29 juin 2009
Le lait "à la loupe"
Bonjour tout le monde,
Le lait, un des produits de consommation de base et ce dès nos premiers instants sur terre, a de nombreuses vertus, et il semble qu'il offre de nombreux espoirs à l'industrie des cosmétiques. Passons donc à la loupe cet élément essentiel de notre équilibre alimentaire afin d'expliquer quelques unes de ses caractéristiques : pourquoi le lait est-il blanc ? comment se forme la crème ? pourquoi forme-t-il une peau lorsqu'on le chauffe ? pourquoi déborde-t-il quand il bout ? d'où vient cette désagréable odeur de lait cuit ? quels sont les bienfaits du lait humain pour le nourrisson ? qu'est ce que du lait qui "tourne" ? quels sont ses attraits pour l'industrie ?
Sa composition et sa couleur blanche
De quoi est il constitué ? D’eau tout d'abord (pas loin de 85%) et de matières grasses puisqu’on en fait de la crème et du beurre.
Mais comme les corps gras et l'eau ne sont pas miscibles, des éléments essentiels sont également présents et permettent de lier les deux : ce sont des molécules « tensio-actives » qui possédant deux parties (voir un précédent post relatif au savon) l’une friande de molécules d’eau (partie hydrophyle), l’autre partie attirant les matières grasses permettent donc de faire la jonction entre deux phases et de rendre le mélange stable.
La matière grasse est donc dispersée dans l'eau grâce aux tensio-actifs, sous forme de minuscules globules (c'est une émulsion de matière grasse dans l’eau) qui dévient la lumière dans toutes les directions : c'est pourquoi le lait est blanc.
D'un point de vue molécules, le lait est constitué de protéines (la caséine, l’albumine (lactalbumine), lactoglobuline), des sucres (le lactose), des lipides (phospholipides/triglycérides), des vitamines, des composés minéraux, de l’acide citrique.
CE sont les phospholipides et certaines protéines du lait qui jouent ce rôle de tensio-actif : en particulier, la caséine chargée négativement assure la répulsion électrostatique des globules les uns des autres.
En observant le lait au microscope, on voit ceci :
Globules de gras en émulsion dans le lait (SOurce)
L'apparition de la crème, les yaourts
Lorsque tous les globules gras se rassemblent (ils "floculent"), ils forment une masse plus légère que l'eau qui remonte donc en surface : c'est la crème.
Source ICI
Les globules peuvent se rassembler sous l'effet de la température par exemple, l'agitation moléculaire favorise les "rencontres" des globules qui peuvent fusionner alors : la crème apparait lorsqu'on chauffe.
En présence d'acides, les charges négatives sont neutralisées, les forces de répulsions disparaissent et les protéines coagulent (elles se soudent, formant un gel) : c'est ce qui se passe dans nos estomacs acides.
POur la fabrication des yaourts, c'est l'ajout d'enzyme qui permet la coagulation des protéines : la chymosine, contenue dans la présure (ainsi que dans le suc gastrique des nouveaux-nés) hydrolyse la caséine , ce qui, en language courant signifie "qu'elle la coupe en deux". L'effet répulsif est de ce fait inhibé.
Les protéines du lait
Une protéine est une longue chaîne dont les maillons sont des acides aminés. Un acide aminé est une molécule organique comportant une fonction acide (COOH) et un groupe amine (NH2). Si le nombre d'acides aminés dans la chaîne est inférieur à 20, on parle de "peptide", de 20 à 100 on parle de "polypeptide" et de 100 à plusieurs milliers de "protéine"
Source ICI
La principale protéine du lait (qui le compose à environ 80%) est la caséine, elle assure un effet "tensio-actif" dont nous avons parlé. A une température supérieure à 80 °C, la caséine coagule, et forme une peau. La vapeur d'eau qui se forme, occupant un volume beaucoup plus grand que l'eau liquide, est piégée sous la peau puis finit par rompre cette dernière : c'est là que la cuisinière crie !
Les autres protéines (albumine, lactoglobuline) sont dites "protéines du petit-lait' et sont solubles dans l'eau.
Elles portent dans leur chaîne certains atomes de soufre qui se combinent, sous l'effet de la température, à des ions hydrogène pour former un gaz nauséabond : le H2S. D'où cette odeur "terrible" lorsque le lait bout et se sauve.
Du lait qui "tourne"
Des bactéries présentes dans le lait (par contamination bactérienne car la bouteille est "âgée" ou par ajout délibéré) vont dégrader le lactose pour former de l'acide lactique...qui en abaissant le pH font "coaguler" les protéines et voilà notre lait "tourné".
L'acide lactique c'est aussi ce qui nous provoque courbatures le lendemain d'un effort. Il est issu d'une fermentation cellulaire dans nos muscles lorsque les cellules ont besoin d'un apport important d'oxygène. L'acide lactique est souvent employé dans l'industrie comme additif (acidifiant, anti-oxygène...)
Le lait humain
Les protéines du lait sont présentes en plus ou moins grande quantité selon l'espèce. Le lait humain est le moins riche en protéines, affichant un taux de 0.9 % contre environ 3.5 % pour le lait de vache (jusqu'à 20 % pour le lait de certaines lapines). Il est donc beaucoup plus digeste pour le nourrisson que le lait de vache : moins de protéines pour faciliter le travail des enzymes digestives.
Moins de protéines, mais une grande variété qui en font un lait unique. Certaines protéines aident à la digestion dans l'estomac du nouveau né, d'autres (la lactoferrine par exemple) aident au développement du système immunitaire.
Le lait, une matière d'avenir
Le lait répond sur de nombreux sujets aux besoins de l'industrie cosmétique.
Les protéines peuvent se substituer aux tensio-actifs de synthèse utilisés dans les shampoings.
La lactoferrine, grâce à sa capacité unique à se lier au fer, prévient le développemnt des radicaux libres lors d'une exposition au soleil.
Certains composants de la membrane des globules gras sont également en ligne de mire pour la synthèse de liposomes : des vesicules constituées d'un volume interne aqueux entouré d'une membrane lipidique. Les liposomes servent dans le domaine thérapeutique pour encapsuler des médicaments, les rendant ainsi plus "ciblés" ou en cosmétologie pour encapsuler des principes actifs.
Pour en savoir plus :
Les secrets de la casserole, Hervé This
http://www2.vet-lyon.fr/ens/nut/webBromato/cours/cmlait/compolai.html
http://www.lactopole.com/le_lait/le_lait_mp.htm
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lait_maternel
http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelavieaulycee/maitrise/fermentation.htm
http://www.espacesciences.com/SMO/Liposomes/Cours.htm
06 mai 2009
Objectif "Mars"
Bonjour
Depuis toujours, les planètes, les étoiles et leur exploration ont fait rêver les hommes. Outre les explorations visuelles mais artificielles via des télescopes, satellites, observatoires spatiaux, sondes, l'exploration physique est un challenge que l'homme a commencé à relever en 1961 : Iouri Gagarine fait le tour de la Terre en moins de deux heures. En 1965, Alexei Leonov sort de la capsule et flotte dans l'espace. C'est le 21 juillet 1969 que le premier homme, Neil Amstrong, touche le sol lunaire.
Pour partir à la découverte de l'espace, comme ce qui a déjà était réalisé, avec prouesse, différents défis technologiques se posent. Tout d'abrod, pour vaincre la pesanteur, c'est-à-dire s'arracher de l'attraction terrestre, cette force qui nous maintient au sol, il faut un engin puissant : la fusée doit de plus, emporter beaucoup de carburant ce qui l'alourdit. L'autre difficulté est le retour dans l'atmosphère : l'air freine la capsule spatiale, les frottements sont si intenses que la température peut atteindre des milliers de °C.
Le défi technologique a donc consisté à trouver un matériau très résistant à la chaleur pour fabriquer un bouclier thermique. La navette spatiale américaine comporte par exemple, des tuiles fixes en céramique réparties sur sa face inférieure et le bord de ses ailes.
Quels sont les nouveaux projets ? et pourquoi ?
Un projet de découverte avec exploration humaine prévue dans un futur proche concerne la planète MArs : notre voisine, plus petite que la Terre. Plusieurs tentatives russes et américaines (entre 1960 et 1980) ont déjà eu lieu mais sans succès.
Position de la planète Mars dans le systèle solaire (juste à côté de la Terre) : Source
Mars, nom du dieu romain de la guerre, est de couleur rouge : cette couleur trouve son origine dans ses roches riches en oxyde de fer (la rouille).
L'intérêt pour l'exploration de cette planète vient du fait :
- que les hommes suspectent une ancienne présence d'eau (les images disponibles montrent comme d'anciens lits de fleuves maintenant asséchés) : ils en recherchent des traces (dans les calottes glacières, ou dans le sous-sol) : signe que la vie a pu s'y développer.
- que la planète présente des similitudes avec la Terre...Mars serait une image du futur de la Terre. Etudier Mars permettrait de dégager des tendances sur la façon dont les choses évoluent.
L'objectif des missions d'exploration est donc de découvrir des traces de vies passées ou présentes (qui sait ?), explorer les niches biologiques potentielles...
Explorations artificielles
Phoenix, un robot américain a été lancé sur Mars en été 2007. Arrivé dans une plaine arctique (la température y est voisine de -100 °C), en mai 2008 (mission terminée en novembre 2008), le but de l'exploration était de confirmer la présence de glace dans le sous-sol. De la glace a effectivement été trouvée, prélevée, analysée... une glace très blanche, très pure suggérant une couche de neige déposée il y a des milliers d'années.
La sonde Phoenix sur la sol de Mars (Source)
Exploration humaine :des voyages "immobiles" pour se préparer
Une opération de cette envergure se prépare longtemps à l'avance. Elle est prévue en réel pour les années 2030, mais tout un travail d'étude technologique mais aussi psychologique de mise en condition est nécessaire. Tout cela vient de commencer (depuis le 31 mars dernier) dans la périphérie de Moscou où une équipe de 6 hommes (dont un français, Cyrille Fournier) va passer 105 jours (un peu plus de 3 mois) enfermée dans un vaisseau (550 m2 habitable) ancré sur Terre. L'opération est baptisée "Mars 105" et a pour but de tester les limites psychologiques liées au confinement : il faut avant tout bien explorer et connaître la nature humaine et sa réaction face à l'isolement afin d'anticiper les risques et les problèmes. En particulier, il s'agira d'étudier comment réagira le système immunitaire et la régulation hormonale.
L'équipe embarquée a été bien choisie en particulier pas de mixité, des cultures proches, des personnes ayant déjà partagé des expériences.
Principales activités et challenges pendant ces 105 jours :
- Expériences scientifiques et médicales,
- Comportements et paramètres physiques continuelement enregistrés,
- Petite serre embarquée (jardinage prévu)
- Vaisseau autonome d'où un rationnement pour éviter famine en fin de mission,
- Communication avec la Terre en différé (40 min entre la question et la réponse)
- Simulation d'épisodes d'urgence
Un des membres de l'équipe dort avec un batterie de capteurs (Source)
Cette première étape préparatoire, sera suivie d'une seconde plus longue : MArs 500, toujours au sol, avec simulation d'un voyage de 250 j vers Mars, une exploration sur place de 30 j et un retour vers la terre de 240 j.
Sur ce site (ici), il est possible de suivre le déroulement de cette mission. Cyrille Fournier nous y raconte, une des expériences en cours : voir l'influence de la lumière bleue sur leur humeur et leur performance. La simulation de l'alternance jour/nuit est également très importante, beaucoup de fonctions vitales en dépendent.
Source : Cratère de Mars : les montagnes et des sillons semblent issus du déplacement de plaques de surface (tectonique)
Pour en savoir plus :
Sciences et Avenirs - Mai 2009 "Le grand voyage vers Mars commence à Moscou"
http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/520-lexploration-de-mars.php
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronautique/d/exploration-de-mars-strategie-de-la-nasa-pour-la-periode-2009-2020_5825/
http://www.etoilepolaire.fr/dossiers-astronomie/Archive-missions/Phoenix.html
http://www.planete-mars.com/
http://www.esa.int/esaHS/SEMLX0BNJTF_index_0.html#subhead3
http://www.planete-astronomie.com/Mars/Mars-Video-00.php
03 avril 2009
Inspirations "Nature"
Les découvertes et avancées technologiques, s'inspirent souvent de la nature bien souvent remplie de secrets.
Ainsi, des textiles auto-nettoyants ont récemment vu le jour grâce à une analyse très précise de la feuille de lotus qui est toujours "immaculée", les gouttes d'eau glissant sur la feuille et emportant avec elles toutes les impuretés qui sont venues s'y déposer...D'ailleurs le phénomène mis ainsi en œuvre dans les textiles mais aussi les peintures, les vitres, les matériaux porte le nom de cette plante : c'est l'effet "lotus".
Source ICI
Le principe :
La forme d'une goutte de liquide n'est pas forcément une sphère comme on peut facilement se l'imaginer... elle peut soit s'étaler comme de l'eau sur du verre, ou rester sous forme de perle bien sphérique comme du mercure par exemple. La forme dépend de plusieurs facteurs : la nature du liquide (sa tension superficielle) et de la nature du solide ( l'hydrophobie liée à la texture).
Le liquide et sa tension superficielle
La tension superficielle, c'est de l'énergie d'interface entre deux milieux ou comment vont se comporter les molécules d'un corps au contact des molécules de l'autre (c'est-à-dire le surplus d'énergie à fournir par les molécules par rapport aux corps purs). Vont-elles avoir tendance à se repousser ou vont-ils tirer bénéfice de leur proximité ? c'est la configuration conduisant à une minimisation de l'énergie qui va orienter la forme de l'interface.
Exemple : une gouttelette d'huile dans l'eau...ne va pas se mélanger (les deux fluides sont dits "non miscibles") car il n'y a aucune affinité entre la molécule d'huile et la molécule d'eau : un surplus d'énergie au contact huile/eau est à fournir. C'est la configuration d'énergie minimale qui va l'emportant en conduisant la goutte à prendre la forme ayant le minimum de points de contact avec l'eau, c'est-à-dire la plus petite interface possible : une sphère.
Autre exemple : une goutte d'eau sur du verre aura tendance à s'étaler car le verre développe une énergie moléculaire de surface qui se rapproche de celle de l'eau : il n'y a donc pas besoin de réduire la surface de contact, la goutte peut s'aplatir.
En résumé : s'il faut beaucoup d'énergie pour créer un interface, car le support "repousse" le liquide, la forme de la goutte de liquide déposé sur un solide sera une sphère (afin de minimiser la surface de contact donc l'effort à faire). Au contraire, si cela demande peu d'énergie, la goutte va s'étaler sous forme de calotte.
De cette notion de tension superficielle, vont dépendre les phénomènes de capillarité, de surfusion ainsi que tout ce qui est lié à l'efficacité d'une lessive.
La capillarité est ce qui explique l'effet bombé de l'eau dans un verre : la bonne affinité du verre par rapport au molécules d'eau (meilleure que celle eau/air) conduit à maximiser la surface de contact verre/eau en minimisant la surface de contact eau/air. C'est dans cette configuration que l'énergie au niveau des différents interfaces est minimale.
La capillarité bien visible dans un tube à essai, la surface de l'eau forme un ménisque bombé vers le bas (l'attraction est plus forte le long des parois).
Pour la surfusion : lorsqu'on abaisse la température de l'eau jusqu'à 0°C (à Pression atmosphérique), il y a tendance à l'apparition de cristaux de glace. Sauf que parfois, on assiste au phénomène de surfusion et l'eau reste liquide et ne gèle pas.
Ce retard s'explique par la tension superficielle liquide/solide : lors de la formation d'un cristal, il y a création d'une nouvelle interface solide/liquide, donc un surplus d'énergie à fournir. La solidification permet d'un côté de libérer de l'énergie mais au tout début de la cristallisation, celle-ci n'est pas suffisante par rapport à l'énergie d'interface nécessaire. On assiste généralement à un effet de retard dû à ce surplus d'énergie à fournir.
Les tensio-actifs (présents dans les lessives) : certains tissus laissent "glisser" l'eau, les gouttes d'eau ne s'étalent pas et n'arrivent pas à mouiller le tissu car l'énergie d'interface eau/tissu est trop grande. L'ajout de tensio-actifs, permet de diminuer la tensio-superficielle et de favoriser l'étalement de l'eau.
Les caractéristiques du solide
La texture et la chimie du solide (le support) sont des propriétés importantes dans la forme de l'interface que prendra une goutte de liquide. On parle de solides "imperméables" ou très "hydrophobes" (qui n'aiment pas l'eau).
La chimie joue un rôle sur les interactions possibles des molécules des deux milieux en présence.
POur la texture, c'est sa rugosité, sa nature "microscopique de la surface" du solide qui va déterminer sa "mouillabilité". En effet, au contact d'un solide très rugueux, de minuscules poches d'air vont être emprisonnées sous la goutte de solide : le liquide repose alors sur un support solide/air où on a montré ci-dessus que cela favorise l'hydrophobie (l'air repoussant l'eau).
Structure microscopique de la feuille de Lotus : Source ICI
L'effet Lotus
Selon (ce lien), la feuille de Lotus doit ses propriétés à une structure à deux niveaux -des rugosités de taille micrométriques et un tapis de poils nanométriques- ainsi qu'à une composition chimique de la surface proche de la cire. La goutte d'eau est repoussée par la cire, et s'appuie sur des petites bosses emprisonnant des poches d'air. Ainsi, la feuille de Lotus n'est jamais mouillée, mais l'eau y glisse en emportant toutes sortes d'impuretés : c'est l'effet auto-nettoyant.
La nature "hydrophyle" / "hydrophobe" d'un contact solide/eau est une notion extrêmement importante dans le milieu industriel (recherche de matériaux non adhésifs pour l'eau) mais également pour l'environnement. Par exemple dans le domaine de l'agriculture, une goutte d'eau a naturellement tendance à rebondir sur les feuilles des végétaux : la possibilité de modifier la "relation" eau/support pour la dispersion d'aérosols de pesticides sur les cultures est primordiale, une quantité impressionante étant gaspillée... et dispersée dans l'environnement.
Alors que faire ? L'idée est d'ajouter au liquide un polymère (qu'on choisit soluble): une longue chaîne carbonée qui lorsque la goutte arrive au sol se déploie au sein de la goutte. Ce déploiement permet d'absorber une partie l'énergie cinétique de la goutte, qui n'en a plus assez pour rebondir.
En imitant le lotus, les chercheurs ont été créé peintures, vitrages, textiles, bétons hydrofugés, crèmes solaires. Pour ce faire, les matériaux qu'on veut rendre hydrophobe doivent subir un traitement de surface favorisant l'emprisonnement d'air.
POur en savoir plus :
http://www.boussey-control.com/tension-superficielle-tension-surface.htm
http://forums.futura-sciences.com/physique/36868-capillarite.html
http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2005/37Quere.pdf
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_lotus
http://www2.cnrs.fr/presse/thema/376.htm
http://www.linternaute.com/science/technologie/dossiers/07/biomimetique/6.shtml
http://exposeh2o.chez.com/eau_indeformable.htm
http://www.espci.fr/esp/CONF/2003/C03_02/conf2_2003.htm
02 mars 2009
Des déserts dans la mer...
Bonjour
Plusieurs polémiques en ce moment autour du réchauffement climatique. S'achemine-t-on oui ou non vers un réel réchauffement de notre climat ? ce qui conduirait à un changement radical de la vie sur terre voire comme certains l'affirment, l'extinction des espèces ?
Force est de constater que plusieurs choses se passent sur la Terre, en Mer et dans l'air. En particulier dans les océans où des récentes données de satellite ont montré que certaines parties sont "vides" de vie, et que ces déserts ont augmenté de 15 % durant la dernière décennie.
Cette bande de désert se situe dans les régions centrales de l'OCéan. Il se caractérise par une couleur plus foncée due à l'absence de chlorophylle (donc de vie).
Source ICI
La chlorophylle, je vous en parlais ICI, permet au phytoplancton (plante verte microscopique) grâce à l'action de la lumière, de transformer le CO2 en Oxygène et en éléments nutritifs pour la plante (molécules organiques hydratées transformées ensuite en acides aminés, lipides...). Le phytoplancton vit généralement dans les eaux de surface (sur 200 m environ) là où la lumière est suffisante pour que s'opère la photosynthèse.
Mais le phytoplancton a également besoin des nutriments que lui apporte le fond des océans.
En bordure de côte, la chose est facilitée car c'est moins profond, le phytoplancton est abondant, le poisson aussi.
Par contre, loin des côtes, dans la partie centrale des océans, ce qui conditionne la vie du plancton, c'est la présence de courants verticaux marins appelés "upwelling" qui ramènent vers la surface les nutriments présents dans les profondeurs. Or d'après les récentes observations, dans ces régions, l'absence de chlorophylle est signe de l'absence de phytoplancton, premier maillon de la chaîne alimentaire marine, d'où la désertification complète. Est-ce un phénomène naturel ou les courants verticaux seraient-ils en train de disparaître ou tout du moins à ralentir ?
Qu'est ce qui est à l'origine du phénomène de "UpWelling" présent au niveau des océans ?
1- Les vents marins (liés à la différence de températures des masses d'air à la surface de la terre) : Ils repoussent les eaux de surface vers les côtes, ou le large, les eaux plus profondes remontent pour les remplacer.
Ceci explique les courants de faible profondeur.
2-Pour les courants plus profonds, les raisons sont d'ordre thermique. La densité de l'eau de mer étant fonction de sa température et la salinité (l'eau froide et l'eau salée sont plus denses), des courants de densité s'établissent selon la température (fonction de la zone géographique donc de l'ensoleillement) et la salinité des eaux.
LEs eaux autour des pôles (arctique,antarctique), même s'il y fait froid, sont riches en vie, parce que les vents et les courants présents dans ces régions du globe conduisent à un très bon upwelling.
Autour des côtes, les eaux sont peu profondes, avec davantage de turbulence favorisant la remontée des nutriments.
Dans les régions tropicales, où les eaux sont si claires et transparentes, les eaux sont chaudes, peu de mélanges avec les eaux froides et plus profondes, les nutriments des fonds marins ne remontent pas en surface, d'où l'absence de phytoplancton donc de chlorophylle.
Il est donc normal de constater une zone désertique proche de l'équateur : oui mais il semble que la désertification s'intensifie.
Une désertification accentuée :
Le réchauffement des océans constatés ces dernières decennies a modifié fortement les courants marins, conduisant à une baisse du phénomène de "upwelling " et diminution du phytoplancton dans certaines régions jusqu'à 30 %.
La carte ci-dessous présente les zones de UpWelling. Elles sont plus intenses près des côtes
Source ICI
Les implications
Plusieurs communautés scientifiques s'inquiètent car si le phytoplancton se raréfie, il y aura par voie de conséquence, diminution de l'absorption de CO2 (photosynthèse) et donc plus de CO2 dans l'atmosphère...d'où l'intensification du phénomène, et effet boule de neige.
Un élément constituant le phytoplancton : source
Source de l'article : Science et Avenir (OCtobre 2008)
Pour en savoir plus :
http://www.clubdesargonautes.org/faq/resviv.htm
http://kingfish.coastal.edu/biology/sgilman/770productivitynutrients.htm
http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=1144
http://www.sciencepresse.qc.ca/node/15442
http://pagesperso-orange.fr/jean-marc.charel/courants/oceancirculation.htm
http://www.rfi.fr/actufr/articles/072/article_40205.asp
http://www.diatomloir.eu/Siteplancton/Index.html
03 février 2009
L'électricité qui vient du chaud
Bonjour
Savez-vous que certaines recherches actuelles visent à mettre en valeur la chaleur dégagée par notre corps pour recharger certains petits appareils ? Des scientifiques de l'Institut Fraunhofer pour circuits intégrés (Erlangen, Allemagne) ont réussi à développer une méthode de production d'électricité à partir de la chaleur dégagée par le corps humain.
Source : ICI
LEs applications : utiliser la chaleur du crâne par exemple, pour alimenter un casque audio...Il est question également, dans le but d'économiser les sources d'énergie et les matières premières :
- de soutirer une partie de la chaleur perdue par les gaz d'échappement pour alimenter une partie des systèmes électriques d'une voiture conduisant à économiser un peu de carburant
- de récupérer la chaleur des incinérateurs pour fabriquer de l'électricité (directement sans fluide caloporteur)
- d'embarquer dans l'espace sur les sondes des générateurs spéciaux pour pallier aux lacunes des panneaux photovoltaiques lorsque les sondes s'éloignent du soleil
Toutes ces belles applications, dont certaines ont vu le jour (cas des sondes spatiales ou de certains réfrigérateurs), reposent sur le principe de l'effet Peltier et de l'effet Seebeck qui ont permis le développement de la technologie dite de "thermoélectricité". C'est sur ce principe que repose la mesure de température par un thermocouple.
La thermoélectricité est la science qui relie la conduction de chaleur au sein d'un matériau au courant électrique qui le traverse.
L'effet Peltier
Selon la définition donnée dans Wikipédia, l'effet Peltier (découvert en 1831) c'est l'apparation d'un phénomène de transfert de chaleur en présence d'un courant électrique et de deux conducteurs de nature différente mis en contact. Sous l'effet du courant électrique, un des conducteur devient plus chaud, l'autre plus froid, créant une différence de température entre eux.
L'application directe, de cet effet, est de créer facilement "du froid". L'enjeu est important pour refroidir, par exemple des puces électroniques sans ventilateur. Des glacières reposant sur ce principe existent déjà.
L'effet Seebeck
L'effet inverse à l'effet Peltier, a été découvert un peu plus tôt (1821) par Mr Seebeck, physicien allemand. C'est donc l'effet Seebeck qui dit qu'en appliquant une différence de température à deux matériaux conducteurs différents mis en contact, il apparaît un courant électrique dans le circuit qui les relie.
LEs deux effets sont liés, comme l'a montré Thomson, en 1851.
On parle du PTE d'un matériau, ou pouvoir thermoélectrique.
L'effet Seebeck est directement fonction des propriétés microscopiques du matériau.
Interprétation des phénomènes
Interactions entre électricité et chaleur, cap sur les atomes !
Lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur électrique, celui-ci s'échauffe : ce sont des pertes par échauffement. Cela s'appelle l'effet Joule. Le courant électrique, dans un conducteur pur, c'est un mouvement des électrons des atomes qui constituent le matériau du conducteur. Les électrons qui bougent, "bousculent" les atomes voisins, qui donc sont mis en mouvement, vibrent : c'est la définition d'une augmentation de température (je vous en parlais ICI). Il y a donc bien un lien entre courant électrique et chaleur. Mais ce n'est pas encore l'effet Peltier (l'effet Peltier se superpose à l'effet Joule) : l'effet Joule est de la "chaleur perdue", l'effet Peltier est réversible et "valorisable".
Rappelons ici en quoi consiste la conduction thermique au sein d'un matériau classique : on chauffe à l'une des extrémité. Les molécules constituants le matériau s'agitent, l'agitation est communiquée "par collision" de proche en proche jusqu'à l'autre extrémité qui voit donc sa température augmenter à son tour.
Pour expliquer l'effet Seebeck, on peut dire pour simplifier que lorsqu'un matériau "possédant de bonnes propriétés thermoélectriques" est soumis à l'une de ses extrémités à une température plus élevée qu'à l'autre, la transmission de la chaleur du chaud vers le froid se fait par ce qui peut voyager au sein de ce matériau particulier c'est-à-dire les électrons libres. C'est ce qui se produit dans les métaux qui ont des électrons libres : le flux de chaleur entraîne par agitation, transmise de proche en proche, un déplacement des porteurs de charge du chaud vers le froid et donc l'apparition d'un courant électrique.
Pourquoi ? Nous avons parlé des différents niveaux d'énergie au sein d'un atome dans l'article précédent...en fait, les électrons de la dernière couche liés au noyau sont appelés "électrons de valence", c'est ceux qui participent aux liaisons chimiques entre atomes pour former des molécules. Certains électrons ont une énergie encore plus élevée (reçue de l'extérieur par ex), si grande qu'ils ont pu s'éloigner du noyau : moins accrochés, ils sont plus mobiles ; ce sont les électrons de la bande de conduction. Sous l'effet de la température, les électrons sont thermiquement excités de la bande de valence à la bande de conduction : ils deviennent mobiles.
NB : cette explication n'est que l'une des composantes de l'effet thermoélectrique. Nous nous en contenterons.
Ce qui se produit pour l'effet Peltier, inverse de l'effet Seebeck, c'est que soumis à un champ électrique, le système électronique est perturbé :
- si les électrons sont accélérés, leur énergie cinétique augmente et est convertie en chaleur,
- si les électrons ralentissent, leur énergie cinétique chute, il y a alors absorption de chaleur.
L'effet Peltier est encore plus "actif" (meilleur rendement) au sein d'une jonction entre deux matériaux conducteurs différents et particuliers des semi-conducteurs notés N et P.
Lorsque sous l'effet d'un courant électrique, un électron passe du matériau N au matériau P, au niveau du point de jonction, il cède de la chaleur. De la même façon, lorsqu'un électron passe du matériau P au matériau N, au point de jonction, il absorbe de la chaleur. Apparaît donc une différence de température entre les deux matériaux N et P.
Alors pourquoi ce gain ou perte de chaleur à la jonction ? parce que les matériaux N et P sont des semi-conducteurs qui ont de bonnes propriétés thermoélectriques. Le flux thermique créé par le mouvement des porteurs de charge sera plus important que celui de la conductivité thermique.
Les semi-conducteurs N et P
La circulation d'un courant électrique, nous l'avons vu, apparaît via le mouvement d'électrons (ou pour être plus précis, via la propagation de proche en proche d'une minuscule mouvement d'électron - comme une onde qui se transmet). Mais le courant peut être favorisé par un autre type de porteurs : les trous. Un trou est lié à une absence locale d'électron au niveau d'un atome : cela crée des zones ionisées au sein du matériau et les charges électriques voyagent de zones ionisées vers d' autres. C'est le principe des semi-conducteurs, la circulation d'un courant est favorisée à la fois par le mouvement d'electrons et de trous (qui se déplacent dans un sens opposé...logique, un électron qui saute d'un atome, laissant derrière lui un trou).
Les propriétés d'un matériau semi-conducteur sont liées au nombre de porteurs électrons et de trous. Lorsqu'un matériau possède plus de trous que d'électron, on l'appelle semi-conducteur dopé P (car un trou est "Positif").
Lorsqu'un matériau possède plus d'électrons que de trous, on l'appelle semi-conducteur dopé N ("Négatif" car surcharge en électrons).
POur revenir à nos moutons :
Source ICI
Pour une différence de température marquée, on utilise plusieurs modules NP en cascade...
En faisant circuler un courant électrique dans un circuit avec deux semi-conducteurs (l'un N, l'autre P) mis en contact, à la jonction P-N, la conductivité est grande, les électrons circulent vite et accèlèrent : l'énergie cinétique est convertie en chaleur. Au niveau de la jonction N-P, il y a décélération des électrons, impliquant une baisse de température.
Source : ICI
Le rendement du phénomène thermoélectrique est cependant très faible et ne permet pas de concurrencer les systèmes classiques permettant de produire de l'électricité à partir de chaleur (je veux parler des machines thermiques avec une turbine entraînée par de la vapeur haute pression ou un gaz très chaud).
Un nouvel article sera rédigé dans quelques temps, et explicitera davantage le principe des semi-conducteurs (comment sont ils fabriqués par ex) et leur implication dans le développement des panneaux photovoltaïque.
A bientôt
Origine de l'idée de cet article :
L'Usine Nouvelle, N° 3113, 4 Septembre 2008
Pour en savoir plus :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Peltier
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Seebeck
http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermo%C3%A9lectricit%C3%A9
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Joule
http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=3155
http://www.presence-pc.com/actualite/eneco-chaleur-energie-20462/
http://www.ilephysique.net/encyclopedie/Effet_thermo%C3%A9lectrique.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Semi-conducteur
http://ffden-2.phys.uaf.edu/212_fall2003.web.dir/Dane_Lenaker/solid.shtm
http://ixbtlabs.com/articles/peltiercoolers/
14 janvier 2009
Lumière concentrée : les lasers
Bonjour
Il y a quelques temps nous avions explicité l'une des façons dont la lumière était émise : tout corps chaud émet un rayonnement. Plus la température est élevée, plus la lumière émise possède une énergie élevée (plus la longueur d'onde est courte). Ainsi, le corps humain émet lui aussi de la lumière correspondant aux infrarouge (énergie faible, longueur d'onde plus grande que la lumière visible). Le soleil quant à lui, émet une lumière allant de la lumière visible aux UV (très énergétiques, longueur d'onde courte) et même rayons X, rayons gamma (encore plus énergétiques).
L'autre façon de porduite de la lumière, cette fois ci de façon artificielle est par l'excitation des atomes. C'est le principe des lasers (principe découvert par Einstein en 1917)
Le mot LASER est en fait un acronyme signifiant Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation : amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement...
L'application des lasers est large :
- dans notre vie quotidienne : lecteur de CD, lecture des codes barres dans les supermarchés,
- dans le domaine médical : ils traitent les zones malades sans toucher aux parties saines (chirurgie laser, épilation laser)
- dans l'industrie : ils permettent de couper, percer, souder avec une grande précision des objets en cours d'usinage.
Principe du laser
Il nous faut rentrer ici dans quelques considérations de physique quantique, et bien que cela ne soit pas mon domaine, je vais essayer de faire simple.
* Structure de l'atome
Toute matière est constituée d'atomes, la partie la plus petite d'un élément de matière (en fait depuis la découverte de l'atome et la création du mot, des éléments encore plus petits ont été découverts).
L'atome est constitué d'un noyau, son centre solide, tout petit et concentré de matière et de sa masse. Le noyau est fait de protons (charges positives) et de neutrons.
Autour de ce noyau très dense, gravitent des électrons (attirés par le centre), de charge négative ce qui assure la neutralité de charge d'un atome. Peut-on arracher ces électrons de l'emprise du noyau de l'atome? Oui, c'est un phénomène bien connu de notre vie quotidienne : on se coiffe par exemple, le peigne arrache par frottement des électrons aux cheveux, qui se chargent alors positivement, le peigne négativement. C'est le phénomène d'électrostatisme ou électricité statique.
Revenons à notre atome bien constitué (sans arrachage d'electron). Les électrons sont disposés sur différentes couches avec des niveaux d'énergie différents. Le nombre d'électron et les niveaux d'énergie sur lesquels ils se situent, sont bien spécifiques pour chaque type d'atome et c'est ce qui distingue les différents éléments chimiques de notre univers.
Un électron ne se trouve jamais à un endroit précis mais il circule sur un niveau d'énergie bien particulier. Les valeurs de ces niveaux d'énergie sont spécifiques pour chaque atome, on dit qu'ils sont "quantifiés". Plus l'électron sera près du noyau plus son niveau énergie sera faible : plus il sera attiré par le noyau, plus il sera difficile à "déloger", c'est l'état le plus stable...
* Génération de lumière
Sous l'effet d'une stimulation, un atome peut "s'exciter", sortir de son état de repos, c'est-à-dire qu'un de ses électrons, s'il reçoit une quantité d'énergie précise, peut grimper vers une couche supérieure (la valeur de la quantité d'énergie à recevoir de l'extérieur correspond à la différence entre les niveaux d'énergie d'une couche à l'autre). C'est le phénomène d'absorption.
La stimulation necessaire à ce gain d'énergie, cela peut être par ex. suite à une collision avec un atome ou un électron accélèré en raison d'une tension électrique ou d'une source de chaleur ou suite à une intéraction avec une source lumineuse.
Ensuite, une fois que l'atome est excité, il ne reste pas dans cet état instable, et il se "désexcite"...l'electron ayant migré, redescend sur son niveau normal, qui est un état plus stable. Or, il y a un surplus d'énergie correpondant à la différence entre les deux niveaux mis en jeu : cet excès est rendu à l'extérieur sous forme de lumière ! C'est un peu, pour illustrer et reprendre un phénomène de la vie quotidienne que nous connaissons bien, le phénomène de phosphorescence où les atomes d'abord excités par la lumière du jour, reémettent ensuite de la lumière car les atomes se "désexcitent" lentement. On parle d'émission spontanée lorsque le phénomène de désesxcitation se produit naturellement, spontanément sans intervention extérieure. On parle d'émission stimulée, lorsqu'un atome excité, reçoit encore davantage d'énergie sous la forme d'une onde lumineuse : il y a desexcitation et le rayonnement incident est alors "amplifié" : la lumière arrivant sur les atomes excités, repart avec une énergie double !
Modèle de Bohr : Source ICI
* Le laser
Le laser n'est autre qu'un "amplificateur" de lumière reposant sur le principe de l'émission stimulée. POur le laser, il s'agit d'un échantillon de matériau phosphorescent qui aura été préalablement excité placé entre deux miroirs. Un rayonnement initialement présent dans le système va être amplifié une première fois (phénomène d'émission spontanée), puis réfléchi sur l'un des miroirs, puis réamplifié, etc. L’un des miroirs est semi-réfléchissant (une partie de la lumière sort du dispositif) et l'autre partie est réinjectée vers l'intérieur de la cavité.
Source ICI
Selon la puissance et le type de rayonnement émis par le laser, celui-ci peut être dangereux pour la vue.
Applications récentes dans le domaine médical
Une première mondiale a récemment été réalisée à la Salpétrière à Paris par une équipe de neuro-cirurgiens français : la destruction de tumeurs cérébrales grâce à la technologie du laser. Après introduction d'une fibre optique dans le crâne du patient (via un petit orificie de 3mm, pas d'ouverture de boite cranienne donc), le laser est positionné au coeur meme de la tumeur et permet la destruction thermique des cellules malignes, l'opération est suivie par IRM.
Les premiers résultats sont plutôt encourageants : la plupart des 15 patients traités n'ont eu aucun effet secondaire, ni aucune récidive alors que leur espérance de vie initiale n'excédait pas 3 mois !
Source : Sciences et Avenir (Octobre 2008)
Quelques grands noms de l'histoire du laser
A. Einstein (description de l'émission stimulée en 1917)
Premier laser conçu en 1953 par Gordon, Zeiger et Townes
Pour en savoir plus :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Laser
http://www.science-et-vie.net/definition-laser-127.html
http://www.science.gouv.fr/fr/dossiers/bdd/res/2970/le-laser-histoire-d-un-rayon/
http://robotchirurgie-news.blogspot.com/2008/09/le-laser-contre-le-cancer.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Niveau_excit%C3%A9
http://www.e-scio.net/ondes/laser.php3
http://www.dsgentreprise.fr/manu/principe.html
http://science-for-everyone.over-blog.com/article-26296744.html
23 décembre 2008
Le feu
Bonjour
Vous vous êtes peut-être déjà demandés comment les allumettes pouvaient s'enflammer ? ou pourquoi l'eau éteignait le feu ? C'est une des questions récentes de mes enfants, alors essayons de faire simple.
Frottements et chaleur
Par frottement, on dégage de la chaleur ! On le conçoit très bien, lorsqu'on se frotte les mains par exemple où la sensation de chaleur est très vite ressentie. Et plus on les frotte intensément, plus on a la sensation de chaud. C'est d'ailleurs ainsi que nos ancêtres ont découvert le feu : par frottement de morceaux de bois les uns sur les autres (et en soufflant aussi pour y apporter de l'oxygène, nécessaire à la combustion).
Source ICI
POurquoi ? la théorie des frottements a beaucoup intéressé les scientifiques pour tenter de les expliquer.
POur faire simple, on peut rappeler ici la théorie cinétique (lié au mouvement) de la chaleur. A l'intérieur d'un corps, quel que soit son état, les atomes sont animés de mouvement (rotation, vibration...) autour de leur position d'équilibre. C'est une énergie désordonnée qui ne donne pas de mouvement d'ensemble mais qui est d'autant plus importante que la température est élevée : plus l'agitation des atomes est grande, plus la température du corps est élevée.
Avec cette théorie, qui s'avère fort juste, on comprend alors aisément, qu'en frottant un corps, on applique une force et on déplace les atomes, on augmente l'énergie cinétique moyenne, ce qui élève la température.
Les allumettes
L'extrémité de l'allumette est recouverte d'un mélange de soufre et phosphore. En frottant l'allumette contre le grattoir, on augmente la température de l'extrémité de l'allumette. Le soufre qu'elle contient s'enflamme spontanément lorsque la température atteint environ 40 °C. Un autre composant de l'allumette est le chlorate de potassium qui sert de comburant (il apporte localement l'oxygène nécessaire à la combustion). Il y a également une fine couche de paraffine qui permet de poursuivre la combustion avant d'enflammer le bois.
Lorsque l'allumette a pris feu, spontanément, on l'incline : en effet, les courants de convection permettent de transporter l'energie thermique vers la partie supérieure du morceau de bois tout ceci afin de poursuivre la combustion.
Et pour l'éteindre ?
On souffle dessus ! Oui mais pour que cela soit suffisant, d'autres produits chimiques ont été ajoutés dans ce petit bout d'allumette. Des inhibiteurs de la réaction.
L'eau et le feu
L'eau éteint le feu pour deux raisons :
- par refroidissement : la vaporisation de l'eau absorbe beaucoup d'énergie, ce qui conduit à un refroidissement des objets en train de brûler. Le feu se propage plus difficilement.
- par étouffement : la vapeur d'eau formée isole physiquement le combustible du comburant en chassant l'air : la combustion s'arrête. C'est le moyen d'action également du sable et de la neige carbonique.
Merci de me lire. Je vous souhaite de bonnes fêtes de fin d'année et on se retrouve en tout début 2009.
POur en savoir plus
http://fr.wikibooks.org/wiki/Tribologie_-_Gen%C3%A8se_des_frottements
http://fr.wikipedia.org/wiki/Faire_du_feu
http://fr.wikipedia.org/wiki/Allumette
http://www.journaldunet.com/science/science-et-nous/comment/07/allumette/allumette.shtml
http://www.journaldunet.com/science/environnement/est-ce-que/05/eau-feu/eau-feu.shtml
06 décembre 2008
AGT et santé
Bonjour
Avant l'arrivée des fêtes et des bons repas, voici un petit point sur l'un des composés utilisés par les industriels de l'alimentaire et qui malheureusement n'est pas recommandé pour la santé.
Les AGT : acide gras "trans"
Je vous ai déjà parlé des acides (ICI), des acides gras et des esters d'acide gras (les savons ICI).
Petit rappel vite fait : un acide est un composé chimique qui possède un atome d'hydrogène (H) qui part facilement dans l'eau (c'est ce qui donne ce goût piquant sur la langue). La quantité de "H+" qui part permet de caractériser le degré d'acidité, on le mesure par le pH : plus le pH est bas, plus la quantité de H+ dans l'eau est élevée, plus la solution est acide. (pH=- log Concentration en H+).
Un acide carboxylique est un composé possédant la fonction COOH (qui s'appelle carboxylique) et qui peut s'écrire R-COOH, R rempaçant n'importe quel chaîne ou atome et le "H" est celui qui part en solution.
Un acide gras, est un acide carboxylique dont la chaîne R est très très longue (16 à 18 atomes de carbones pour les plus courant)
Acide palmitique ici
Un acide gras saturé est un acide gras ayant des atomes de carbone totalement saturés en hydrogène (il n'y a donc que des liaisons simples dans leur formule). Si certains atomes sont insaturés, c'est-à-dire qu'il y a un manque d'atomes d'hydrogène, une ou plusieurs doubles liaisons apparaissent : ce sont des acides gras insaturés.
De part la présence de cette double liaison, les molécules vont pouvoir s'orienter différemment dans l'espace. On distingue alors les acide gras cis et les acides gras trans (AGT) qui sont tous deux, des acides gras insaturés mais de configuration géométrique différente ce qui leur confère des propriétés physico-chimiques différentes et un comportement dans le corps humain différent.
Dans la configuration trans, la molécule est linéaire tandis que dans la configuration cis, elle est courbée.
LEs AGT se trouvent en petite quantité dans la nature (un peu dans le gras des viandes et dans le lait). Les AGT qu'on retrouve en grande quantité dans l'alimentation (notamment les biscuits, les viennoiseries, les pâtes à tartiner si onctueuses ...) sont issus de l'hydrogénation d'huiles végétales liquides (c'est-à-dire qu'on leur apporte des atomes d'hydrogène).
Ce procédé transforme la structure chimique des huiles en acides gras trans.
Leur utilisation dans l'alimentation
Cette hydrogénation permet d'augmenter la stabilité du produit en le solidifiant, comme dans le cas de la margarine contenant de l'huile hydrogénée et améliore la consistance des aliments fabriqués. En gros, il facilite grandement le procédé industriel (plus grande souplesse et maniabilité des pâtes), améliore aussi la conservation des produits et donne la sensation de moelleux à la consommation.
Le procédé par les industriels n'est en fait qu'une hydrogénation partielle (seules quelques doubles liaisons sont éliminées) : un hydrogénation totale conduirait à un acide gras saturé trop solide pour l'industrie alimentaire et aussi moins stable dans le temps.
Les effets constatés sur la santé
Ces AGT, selon certaines études, acrroissent les risques cardio-vasculaires, augmentent le mauvais cholestérol. Il y aurait également une corrélation avec certains cancers (pas vraiment confirmé). Selon un article de "Science et Vie n° 1077", on estime que 70000 à 100 000 décès pourraient être évités aux Etats-Unis en banissant les AGT de l'alimentation.
Les solutions :
Alors que d’autres pays ont déjà pris des mesures draconiennes (obligation d’afficher la teneur en A.G. trans des produits), en France il n'y a pas de réglementation. Néanmoins, réjouissons nous les biscuits de grande marque ne contiennent plus d'AGT.
Un des substituts consiste à utiliser des graisses totalement hydrogénées, donc plus solides mais mélangées avec des graisses liquides pour les rendre plus onctueuses lors du procédé de fabrication.
Alors Beurre ou Margarine ?
Et bien, le beurre contient relativement peu d'AGT (3 à 10 %), mais riche en acide gras saturés ce qui rend les biscuits aux beurre plutôt plus fiables pour la consommation (d'un point de vue AGT). Vivent les bonnes galettes bretonnes "pur beurre" mais le beurre augmente fortement les risques de cholestérol, à limiter donc....Méfiance également des produits dont les étiquettes indiquent "graisses végétales partiellement hydrogénées"
La margarine est peu riche en acide gras saturés (moins de risques pour le cholestérol) mais contient une quantité variable d'acide gras trans (entre 0 et 30 %). Alors que faire ? Utiliser une margarine qui n’est pas hydrogénée afin d’éviter les gras trans, grosso modo, il faut lire les étiquettes des produits. LEs grandes marques affichent de plus en plus ce genre d'informations fort utiles pour notre capital santé.
Quelques autres conseils ICI
Merci pour votre intérêt
POur en savoir plus
- http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_gras_trans
- http://www.sciencesetnature.org/article_lecture.php?clef=283&caractere=3666
- http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/medecine/d/cancer-du-sein-les-acides-gras-trans-fortement-suspectes_15218-1/
- http://www.vegetarian-nutrition.info/positions/french/trans.htm
- http://www.unilever.ch/fr/nosmarques/vivresainement/forumnutrition/themesalimentaires/graissesethuiles/lebeurreoulamargarine.asp
10 novembre 2008
Lumière, soleil et protection
Bonjour tout le monde,
Voici pour faire suite à l'article précédent, un petit topo sur la fonction des lunettes de soleil. Il s'agit d'une synthèse et traduction de l'article du site très intéressant "How Stuff Work ?"
A quoi sert une paire de lunettes de soleil ? A se protéger du soleil, certes, oui mais pourquoi ? et comment ?
En réalité, 4 fonctions leur sont associées :
1- Protection contre les rayons ultra-violets du soleil qui peuvent endommager la cornée et la rétine. Une bonne paire de lunettes filtre complètement les UV.
Généralement, les lunettes de soleil foncent lorsqu'exposées aux UV. Les lentilles sont en effet constituées de millions de molécules (ex Chlorure d'argent) qui réagissent lorsqu'un rayon lumineux UV les atteint (mais elles sont "transparentes" à la lumière visible), elles changent alors de forme via des réactions chimiques. Les nouvelles molécules absorbent alors une partie de la lumière visible, ce qui rend les lentilles plus foncées.
NB : cette sensibilité aux UV de ces molécules, est la même, sur le principe, que l'impression des films photographiques.
2- Protection contre la lumière intense. Lorsque l’œil reçoit trop de lumière, l’iris se ferme naturellement. Une fois qu’il est fermé au maximum, si la lumière reste trop intense (réflexion du soleil sur la neige par exemple), le strabisme apparaît et la rétine peut être endommagée.
De bonnes lunettes peut bloquer jusqu’à 97 % de la lumière entrant dans l’œil.
3-Protection contre l’éblouissement nous empêchant de distinguer certains objets. L’eau par exemple réfléchit une proportion importante de lumière, des points brillants peuvent être tels qu’ils cachent la vision des éléments environnants. De bonnes lunettes peuvent complètement supprimer cet effet en utilisant le phénomène de "polarisation".
Comme nous l'avons vu dans l'article précédent, la lumière est un ensemble d'ondes électromagnétiques c'est-à-dire des vibrations. Lorsque ces vibrations sont alignées dans une ou plusieurs directions, on dit que la lumière est polarisée. C'est exactement ce qui se passe lorsqu'on observe la lumière du soleil réfléchie sur un plan d'eau : nous sommes éblouis parce que la lumière réfléchie du lac est polarisée : la lumière qui rebondit sur la surface l'est dans une direction particulière (horizontalement ici), elle est polarisée donc intensifiée.
Source ICI
NB : l'oeil humain n'est pas capable de voir si la lumière est polarisée.
Les lunettes de soleil possèdent une action polarisante car elles sont recouvertes d'un film dont les molécules chimiques s'orientent parallèlement les unes aux autres...cela crée un filtre microscopique absorbant toute la lumière qui correspond à leur alignement.
4- Protection contre certaines fréquences de la lumière. Certaines fréquences peuvent brouiller la vision ou intensifier les contrastes. Le choix de la couleur adéquate des verres de lunettes permet d’améliorer cette situation.
En effet, la couleur de la teinte des lunettes determine la fraction du spectre lumineux absorbée par les verres.
Des teintes grises reduisent l'intensité de la lumière ce qui permet de protéger de l'éblouissement.
Des teintes jaunes réduisent la quantité de lumière bleue, lumière qui a tendance à être réfléchie par de nombreux objets. C'est généralement la couleur des lunettes de soleil utilisées pour les sports de glisse (neige qui est fortement réfléchissante). Par contre, il y a distorsion dans la perception des autres couleurs.
Des verres de teintes marrons possèdent des molécules qui absorbent les couleurs de haute fréquence (bleus + UV)
Attention à certains types de lunettes bon marché qui non seulement ne protègent pas contre ces effets mais peuvent au contraire être préjudiciable aux yeux.
De bonnes lunettes, sont donc la juxtaposition de différents filtres, films ou revêtements, ayant chacun une action bien précise.
Source ICI
Pour en savoir plus
http://science.howstuffworks.com/sunglass5.htm
http://www2.saf-lastronomie.com/eclsol/observation/protection.htm
http://fr.wikipedia.org/wiki/Polarisation_(optique)
http://www.vision1to1.com/FR/HomePage.asp?BGColor=3&Category=42&Article=111
http://www.opticien-lentilles.com/conso/part1.htm
27 septembre 2008
Lumière !
La lumière est un ensemble d’ondes électromagnétiques c’est-à-dire, une perturbation qui se propage des champs électriques et magnétiques car oui, nous baignons au quotidien dans un champ électromagnétique.
Pourquoi ? Chaque corps, est constitué de particules chargées (protons et électrons : voilà pour la partie électrique) qui se déplacent (voilà pour la partie magnétique). Car des charges qui se déplacent créent un champ magnétique ! et inversement…pensons à la dynamo de notre bicyclette.
Le champ magnétique terrestre est quant à lui créé par le mouvement des alliages de fer et de nickel en fusion dans la partie liquide du noyau de la Terre.
Source ICI
Revenons à nos moutons.
Comment se crée cette lumière ?
Deux voies possibles
Lors d’une perturbation du champ électromagnétique par rayonnement thermique
L’émission de lumière après excitation d’atomes.
La perturbation du champ électromagnétique
Si on perturbe le champ électromagnétique, c’est comme si on lançait un caillou dans l’eau, on perturbe la surface et on fait naître une petite onde qui se propage.
Sachant que toute matière est constituée de particules chargées, que la température d’un corps correspond à une agitation des atomes qui le constituent, on en déduit que tout objet émet de la lumière.
Plus le corps est chaud, plus l’agitation des particules chargées qui le constituent est grande, plus la perturbation du champ électromagnétique est forte : une plus grande quantité de lumière sera émise, et de plus grande fréquence qui comme nous le verrons plus loin tend vers le bleu.
Qui dit onde, dit oscillation avec des minima et des maxima. La distance entre deux maxima est appelée longueur d’onde. La fréquence est le nombre de fois où on retrouve un maxima en 1 s, les deux notions sont inversement proportionnelles.
Une onde électromagnétique se déplace à la vitesse de la lumière soit 300000km/s.
Source ICI
On classe donc les différents types de rayonnement électromagnétique selon leur longueur d’onde ou selon leur fréquence.
Les plus basses fréquences correspondent aux ondes radio (produits par le mouvement des électrons dans les antennes émettrices), puis à une fréquence un peu plus élevée : les micro-ondes qui ont la particularité de faire vibrer les molécules d’eau.
Ensuite, viennent les infra-rouges, invisibles à nos yeux, comme ceux émis par le corps humain par exemple. Puis vient la lumière visible (du rouge au bleu), puis les ultra-violets (émis par le soleil, qui sont très énergétiques).
De fréquence encore plus élevée (et de plus forte énergie), on arrive aux rayons X qui sont si énergétiques qu’ils peuvent traverser le corps humain (mais pas les os, d’où leur intérêt en radiographie)
Et enfin, les rayons gamma qui traversent tout, issus de réactions nucléaires.
Source ici
Revenons à la lumière visible par quelques applications de la création de lumière par un corps chaud.
Comme nous l’avons vu, tout corps émet de la lumière. A 37°C, notre corps émet de la lumière qui n’est pas très énergétique, de faible fréquence, de telle sorte qu’elle n’est même pas dans le domaine visible : c’est de l’infra rouge, visible uniquement à l’aide d’appareils.
En branchant une lampe à incandescence : un courant passe dans le filament de l’ampoule, le faisant chauffer à très haute température (de l’ordre de 2500 °C). Cet température est suffisamment haute pour que la perturbation du champ électromagnétique soit forte, et créer une onde de fréquence correspondant à la lumière visible.
Les étoiles ont des couleurs variant du rouge au bleu, parce qu'elles ont des températures différentes. Les plus chaudes sont bleues ou blanches, alors que les plus "froides" sont rouges.
Source ici
La lumière du soleil est issue de réactions de fusion nucléaire : c'est la fusion de l'hydrogène en hélium qui fournit l'énergie du Soleil : quatre noyaux d'hydrogène fusionnent pour donner un noyau d'hélium :
4 H1 ÷> He4 + énergie
Les températures atteintes sont tellement élevées (15 millions de degrés en son noyau), que la lumière qui s’en trouve émise va de l’infrarouge, à la lumière visible (heureusement pour notre Terre), aux UV (les fameux coups de soleil) mais aussi les rayons X et rayons gamma. C’est dans le visible qu’il émet le plus d’énergie. Arrivés au sol, la répartition est la suivante : 5% d'UV, 40% de lumière visible et 55% d'IR. Le reste des rayonnements ayant été absorbés ou réfléchis par l’atmosphère.
L’émission de lumière après excitation d’atomes (les lasers par ex), sera expliquée dans un prochain article.
Pour en savoir plus :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique
http://www.e-scio.net/ondes/spectre.php3
http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/medecine-1/d/soleil-risques-et-dangers_102/c3/221/p4/
http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=3302
www.astrosurf.com