28 octobre 2009
Le syndrome Titanic
Mue par l’intérêt que je porte aux questions environnementales, je suis allée visionner le documentaire de Nicolas Hulot et Jean-Albert Lièvre « Le syndrome Titanic », sorti en salle le 7 octobre dernier.
Ma première impression est qu’il s’agit d’un film déroutant très noir, qui ne manque pas de provoquer un sentiment de malaise chez le spectateur, sentiment que je suppose voulu par les réalisateurs.
De quoi s’agit-il exactement ? Durant toute la durée du documentaire, des images flashs de quelques secondes, un tour du monde de situations inconcevables, noires, sur une musique un peu triste et la voix monocorde et désabusée de Nicolas Hulot ;
Ce qui marque les esprits de cette multitude d’images :
§ l’alternance des lumières et de la noirceur (les lumières surabondantes des paysages urbains, des trafics de voiture sur des serpentins de routes qui s’entrecroisent à l’infini avec un fourmillement de voitures (idem dans le ciel), la noirceur des bidonvilles et du quotidien de ceux qui ne vivent que des maigres ressources naturelles que les autres veulent bien leur laisser.
§ le rythme aussi de cet enchaînement d’images : dans les villes des pays riches, tout va très vite, s’accélère, s’enchaîne : les nuits illuminées, les gratte-ciels, la bombe atomique, les guerres…la vie des pays riches bourdonne à 100 à l’heure !
§ la surconsommation des pays riches et leurs conséquences : tout est à outrance, , les réseaux de télécommunications, la productivité à n’importe quel prix pour les industriels, les achats à outrance dans les centres commerciaux, le tourisme, la pub qui nous manipule. En face de ces images : les déchets d’une part (les déchets de tout : des parcs entiers d’avions, des ordinateurs qui s’entassent, les détritus) et le grand dénuement des autres (images de bidonvilles), ceux qui de l’autre coté de la planète n’ont même pas l’essentiel, qui vivent dans le plus grand dénuement, les uns sur les autres, et l’exemple de la vieille dame qui vit et dort dans sa voiture !
§ la surexploitation de notre planète, conséquence directe du mode de vie des plus riches, de la surconsommation, du gaspillage avec encore une fois des images et des mots bouleversants :
§ Les gros engins pour l’exploitation et le transport des matières premières, puisées au plus profond de la terre, toujours plus loin.
§ Les pylônes électriques, les puits de pétrole, les mines…
§ Les paquebots venues des deux parties du monde et qui se croisent, en transportant la même chose et en polluant
§ Les phrases choc de N. Hulot (NH « On ne consomme pas, on consume », « La nature succombe, elle est en charpie » « J’ai vu la planète se rétrécir sous mes yeux, je suis passé de la conviction insouciante de vivre dans un monde infini et immuable à la conscience d’un monde fini et vulnérable » « J’ai peur pour mes enfants et pour tous les enfants du monde »
§ La conséquence de l’épuisement de la planète et de cette politique de surconsommation est la pollution qui engendre le réchauffement climatique…dont les plus démunis vont souffrir en premier, mais les autres aussi, plus tard !
La solution ? seule lueur d’espoir mais un espoir tout de même : le Soleil et l’énergie colossale qu’il dégage. NH « : mieux utiliser l’énergie du soleil qui en 2 minutes, offre plus d’énergie qu’on en utilise chaque année sur terre »
Ce documentaire malgré tout, distille quelques belles images…pas vraiment au sens « esthétique » de la chose (quoique la terre, notre « planète bleue » vue de l’espace est assez séduisante), mais dans le sens qu’il donne conscience du miracle qu’est la Vie. Car il faut un sacré concours de circonstances dans l’Univers pour qu’une planète rassemble les circonstances nécessaires et suffisantes pour que la Vie s’y développe. Sur Terre, c’est arrivé un jour, et depuis la Vie n’a cessé de se complexifier et de se diversifier… Là on nous montre des images évoquant l’infini de l’espace où nulle part encore, on n’a découvert trace de vie. Nous possédons un bien précieux (images de fœtus en cours de développement), un miracle et on n’en a pas conscience. NH « La vie ne tient qu’à un fil et on n’a de cesse de jouer avec un rasoir »
Ce n’est qu’à la fin du film qu’est évoqué clairement le nom du Titanic. Pourquoi le syndrome Titanic ? car on se dirige tout droit vers un iceberg, parce qu’il ne suffit pas de ralentir la cadence, c’est un changement radical dans nos habitudes, un virage à 90° si on veut éviter l’obstacle. Mais d’autres analogies avec l’aventure du paquebot :
- lors de la mise à l’eau du Titanic, un petit nombre avaient évoqué leurs doutes quant à l’insubmersibilité…ils n’avaient pas été écoutés !
- lorsque l’énorme iceberg a été vu par l’équipage, la prise du conscience du problème s’est opérée : il était déjà trop tard !
- lorsque la catastrophe a commencé et que le bateau a pris l’eau, on a demandé à l’orchestre de jouer plus fort…
Alors j’ai lu quelques critiques sur ce film. Et quelques uns reprochent une vision un peu trop sombre, fermée sans lueur d’espoir, culpabilisante…donc à quoi bon faire des efforts s’il n’y a plus rien à faire ?
En fait, je ne crois pas qu’on cherche à nous faire culpabiliser …C’est plutôt la critique de notre modèle économique , social, politique…tout est lié …A l’échelle de chaque individu, on est parfois, souvent, coincé dans les convenances, les habitudes, les systèmes…
Il est vrai que le film est dense, dense en images, un peu rapides…on aurait aimé s’appesantir un peu plus longtemps sur certaines situations, pour mieux comprendre les enjeux, les détails…
J’ai pu constater également une certaine lassitude du public, des problèmes écologiques…on en parle trop, les gens se sentent agressés…certains médias ou personnes en parlent certainement par mode, pour faire comme tout le monde et parce que cela fait bien !
Néanmoins, je pense qu’il faut croire tous ces scientifiques et experts qui ont réalisés moult études sur le sujet…ils savent de quoi ils parlent. Pas nous…
Je rappellerai aussi l’exemple cité dans le livre « Home » de Yann Arthus-Bertrand…L’histoire de l’île de Pâques de l’Océan Pacifique. La civilisation a disparu brusquement …Selon un expert américain, J. Diamond, cette disparition est liée au fait que les habitants auraient coupé tous les arbres de l’île se privant ainsi d'une ressource naturelle non renouvelable entraînant l’érosion des terres, l’impossibilité de construire des bateaux
et enfin une dernière citation de Nicolas Hulot « Nous assistons à une forme de déni, car l’évidence nous gêne »
En conclusion, je conseille d’aller voir le film car il faut prendre conscience …et ne pas laisser voir venir, les yeux grands ouverts mais aveugles.
Source ICI
Quelques liens :
http://www.lesyndromedutitanic.com/
http://www.passerelleco.info/article.php?id_article=300
http://www.manicore.com/documentation/aeroport.html
14 octobre 2009
De l’utilité du grand froid…
Non, je ne vais pas vous parler des régions polaires, quoiqu’il y aurait beaucoup de choses à dire mais du froid industriel, celui qui est produit par l’homme et qui a de nombreuses applications dans de nombreux domaines (médical, biologique, alimentaire, industriel, agricole et même environnemental)
Petite histoire de température
Qu’est-ce que la température ? Qu’est-ce que la notion de chaud et de froid ? Prendre la température par simple toucher est il objectif ? Pourquoi ?
En réalité, il est assez difficile de définir la notion de température sans faire appel à la théorie moléculaire que nous donnerons un peu plus tard.
En effet, cette propriété est assez liée à la sensation de froid ou de chaud mais pour être vraiment précis, cela se complique. Lorsqu’on touche deux objets à même température mais de matériaux différents, selon qu’il est dense ou aéré, notre corps ne perçoit pas la même sensation : un matériau dense (tel que le métal par exemple) nous paraîtra toujours plus froid qu’un tissu (rempli d’air). La raison en est que le contact avec un matériau dense, produira un transfert de chaleur plus intense (car plus de contacts) entre notre main et l’objet plus froid.
Alors pour mesurer ou chiffrer la température, on doit faire appel à un phénomène physique qui accompagne une variation de température (soit la dilatation d’un liquide, la variation d’une résistance, l’émission d’un rayonnement).
Plusieurs échelles de températures existent, et celle qui nous est la plus familière est l’échelle Celsius qui repose sur deux repères à la pression atmosphérique normale : celui de la glace fondante qui repère le 0°C et celui de l’eau bouillante qui repère le 100°C.
Cependant, même si nous percevons bien cette échelle, celle-ci n’a aucune réalité physique ! Ce qui est un peu embêtant tout de même !
Alors finalement, la réalité physique de la température c’est quoi ? Il faut pour comprendre passer à la description moléculaire de la matière : la température traduit l’énergie d’agitation des molécules d’un corps. Plus il est chaud, plus les molécules qui le constituent seront agitées.
Que se passe-t-il lorsqu’on diminue la température ? les molécules sont de moins en moins agitées, jusqu’à devenir complètement immobiles (ainsi que les atomes qui les constituent et les électrons présents dans les atomes), point où on atteint le zéro absolu. Une autre échelle de température prend ici tout son sens, c’est l’échelle Kelvin qui est la mesure du degré d’agitation des molécules. Le zéro Kelvin correspond au zéro absolu. Le lien avec l’échelle Celsius est un décalage de 273.15 degrés : 0K = -273,15 °C
Histoire de la cryogénie
Peut-on atteindre le zéro absolu ? et quels en seraient les applications ?
Vers les années 1860, est apparue une nouvelle science : la cryogénie. « Cryo » vient du grec Kruos (« froid extrême »). La cryogénie est l’étude et la production du grand froid avec des températures de -150 à -270 °C ce qui signifie qu’on atteint pratiquement le zéro absolu. Avec des techniques très sophistiquées, on peut même descendre au 10-10 K. Cette descente vers les températures les plus basses a été rendue possible par les progrès de la science et de la technologie. De façon naturelle,la température la plus basse est celle du rayonnement cosmique dans lequel baigne l’univers (2.7 K)
Des températures jusqu’à -150°C sont rendues possibles par les techniques frigorifiques classiques : on fait circuler un fluide particulier, le fréon par exemple dans un circuit fermé, il subit un certain nombre de transformations dont une évaporation. Pour s’évaporer, c’est-à-dire briser des liaisons, il prend de la chaleur quelque part, il refroidit donc un autre corps au niveau de l’évaporateur placé dans la machine frigorifique.
Pour atteindre des températures cryogéniques, l’utilisation d’un fluide frigorigène tel que le fréon subissant un changement de phase n’est pas suffisante. On travaille généralement avec l’hélium liquide qui permet d’atteindre des températures de quelques K ou l’azote liquide ou encore l’hydrogène liquide (pour travailler entre 14 et 20 K).
Pourquoi est-ce important ? Parce qu’à ces températures extrêmement basses, et on le comprend aisément avec la définition du mouvement moléculaire, les propriétés des corps changent…de nouvelles propriétés étonnantes apparaissent, avec des applications extraordinaires.
La cryogénie alimentaire
L’une des grandes applications de la cryogénie est la conservation alimentaire. La différence essentielle avec la congélation classique est la vitesse de refroidissement, extrêmement rapide par traitement cryogénique. La principale conséquence est qu’au lieu de former de gros cristaux dendritiques de glace qui endommagent les cellules de l’aliment, il se forme une multitude de tous petits cristaux qui n’endommagent pas les cellules du produit. On parle de surgélation.
Les supraconducteurs
A très très basse température, certains matériaux présentent la propriété de supraconductivité : c’est l’absence totale de résistance électrique et également la propriété de repousser un champ magnétique.
Pourquoi ces matériaux à basse température n’offrent ils pas de dissipation d’énergie au passage d’un courant électrique ? Parce que les liaisons moléculaires sont tellement ralenties que le passage des électrons n’est pas ralenti (pas de frottement). L’autre conséquence intéressante est qu’il n’y aura de dissipation d’énergie par effet Joule au passage du courant, donc pas d’échauffement… d’où un réduction importante de la taille des fils électriques s’il étaient dans un matériau supraconducteur.
On appelle température critique, la température sous laquelle apparaît la propriété de supraconductivité. Le problème est que cette température critique de dans la gamme des températures cryogéniques ! d’où des applications plus que limitées dans la vie quotidienne.
Cette supraconductivité permet de créer des électro-aimants puissants qui sous l’effet d’un courant électrique élevé ne subissent pas d’échauffement (application pour l’imagerie médicale et les accélérateurs de particules).
L'autre conséquence de la supraconductivité est qu'au voisinage d'un champ magnétique, il se crée des courants induits (qui ne sont anihilés par aucune résistance) ce qui provoque un champ magnétique opposé à celui de l'extérieur...il y a donc répulsion.
Lévitation magnétique grâce à la supraconductivité du matériau : Source
Superfluidité
Une autre propriété un peu similaire de la supraconductivité est la superfluidité qui concerne un fluide qui ne présente aucune viscosité : sans chocs entre molécules, pas de gêne entre molécules, l’écoulement est parfait.
Autres applications
En abaissant suffisamment la température, on parvient à fragiliser certaines liaisons et donc à faciliter leur broyage. Ceci est particulièrement intéressant dans le domaine industriel (économie d’ énergie pour le broyage) mais aussi alimentaire. Un broyage cryogénique (à -100°C) pour les céréales permet par exemple de réduire les partcueles à une taille inférieure à 50µm en une seule étape.
Pour en savoir plus
http://fr.wikipedia.org/wiki/Cryog%C3%A9nie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Supraconductivit%C3%A9
http://science-for-everyone.over-blog.com/article-2301364.html
http://www.universalis.fr/encyclopedie/R171171/SUPERFLUIDITE.htm
24 septembre 2009
Dossier Mer (2/2)
Bonjour
Suite de la petite présentation sur le thème de la mer, les ressources, son rôle dans le climat, les menaces ...issu d'une petite synthèse du dossier spécial de La recherche " La mer" d'août 2009.
Source ICI
Origine des Océans sur Terre
L’auteur (B. Marty) nous invite à un voyage dans le temps pour expliquer l’origine de l’eau sur Terre…ou comment l’eau liquide est apparue sur notre planète il y a 4.4 milliards d’années alors qu’il y faisait si chaud ? Quelques pièces manquent encore au puzzle mais il explique que la vapeur d’eau qui composait à 90% l’atmosphère primitive s’est condensée…sous l’effet d’une soudaine et rapide baisse de la température. Comment et pourquoi ? L’hypothèse évoquée est une diminution du CO2 atmosphérique qui a réagi avec le manteau terrestre pour former des carbonates (mais cela reste une hypothèse). Cette vapeur d’eau en grande quantité aurait été apportée par des météores de grande taille, fort riches en hydrates.
Question du devenir, quantitativement peu d’eau est perdue (par dissociation en haute atmosphère par les UV du soleil) et les apports (via des météorites) sont également faibles. Mais qualitativement, le réchauffement va nécessairement augmenter la part de vapeur d’eau dans l’atmosphère (ce qui accentuera l’effet de serre) et l’acidification va forcément perturber les équilibres chimiques.
La glaciation des Océans (J. Kirschvink)
L’histoire de la terre et des Océans est marquée par plusieurs grandes périodes de glaciation et la Terre s’est transformée en une énorme boule de glace. Beaucoup de controverses sur le sujet dans le monde scientifique notamment autour de la glaciation au niveau des tropiques trop proche du soleil. Mais lorsque les océans commencent à refroidir et à se solidifier, les calottes glacières s’étendent et lorsqu’elles parviennent à 30° de latitude, les rayonnements solaires sont réfléchis par la glace et l’énergie absorbée par la terre est moindre : le refroidissement s’emballe* et la Terre se transforme entièrement en une boule de glace.
Comment expliquer l’entrée dans l’ère glaciaire ? par la baisse des gaz à effet de serre (CO2, CH4). La modification de la position des continents sur la Terre (plusieurs morceaux dans des zones chaudes) favorise l’altération des roches silicatées (puits de CO2)** La baisse du CH4 qui est également évoquée est due à une augmentation de la concentration en O2 (CH4 est très instable en présence d’oxygène).
Comment expliquer la sortie de l’ère glaciaire ? C’est encore une fois le rôle joué par CO2 atmosphérique qui est primordial. Pendant l’ère glacière, l’équilibre entre l’apport et la consommation de CO2 se rompt : l’activité volcanique produisant du CO2 s’est poursuivie tandis que la consommation reste bloquée par la présence de la glace (photosynthèse et phénomène d’altération des roches silicatées**). Le CO2 s’accumule pendant plusieurs millions d’années et la surface de terre se réchauffe mettant fin à la glaciation.
*C’est l’emballement inverse que notre époque risque de connaître: la fonte des glaciers sous l’effet du réchauffement induira une diminution du réfléchissement des rayons lumineux, et donc la hausse des températures sera davantage accentuée.
**Les roches silicatées fixent le CO2. Ce phénomène est accentué par les précipitations, l’érosion mécanique, une augmentation de température.
Les îles menacées
La journaliste, grâce aux explications d'A. Cazenave (membre du GIEC et chercheur au Lab. d'études en géophysique et océanographie spatiales de l'Observatoire Midi-Pyrénées), nous dresse un état des lieux des menaces sur nombre d'îles.
Ce qui les menace, c'est l'augmentation des niveaux de la mer d'une part mais aussi les fortes tempêtes, l'intensification de l'érosion côtière. Tout cela semble lié au changement climatique.
L'augmentation des niveaux de la mer est de 3 mm en moyenne (mesures via des marégraphes et des satellites), chiffre relativement faible mais en accélération depuis un peu plus d'un siècle, et la tendance n'est pas prévue à la baisse ce qui nous conduirait à une élévation de l'ordre de 40 cm en moyenne d'ici 2100, voire même 4 à 6 m selon d'autres études. Ce phénomène engendrerait alors la disparition de nombreuses îles (Polynésie, Maldives ...)
Les causes sont liées à une dilatation des océans sous l'effet de leur augmentation de température, la fonte des glaces continentales (montagnes) et des calottes polaires : le détachement des glaces de l'Antarctique, du Groenland (ce dernier perd actuellement environ 130 milliards de tonnes de glace par an !!) est en cours d'étude. En ce qui concerne ce dernier point, il y a encore pas mal d'incertidues sur les mécanismes mis en jeu ce qui entrave la qualité des prévisions à long terme.
En ce qui concerne l'expansion thermique des océans, il est à noter qu'elle n'est pas uniforme d'une région à une autre ce qui n'est pas non plus pris en compte, pour l'instant, dans les modélisations.
Icebergs dans la baie de Disko (côte ouest du Groenland) Photo Anny Langanné Source ICI
L'autre impact du changement climatique sur les îles est lié à une modification des précipitations, du régime des vents et des tempêtes. Tout cela provoque une augmentation de l'érosion des côtes (vagues plus énergétiques, fluctuations rapides du niveau de la mer, érosion des sols par ruissellement). Une corrélation a été établie entre la température des eaux et la force des cyclones... ce qui laisse présager une intensification de ces derniers.
Mais d'autres phénomènes sont également à prendre en considération : certaines espèces de coraux (mais pas toutes) pourraient atténuer ce phénomène d'érosion en ralentissant les vagues...mais les fortes tempêtes peuvent endommager les récifs ...l'augmentation de la température des océans a également un impact sur la vitesse de croissance de certaines espèces de coraux, et fort heureusement dans le bon sens ! Bref, de nombreux paramètres sont liés et interagissent les uns sur les autres, ce qui rend les modélisations délicates et des prévisions précises difficiles.
Les glaciers suisses continuent de fondre © SNAT.ch
Pour en savoir plus :
http://www.snowballearth.org/cause.html
http://www.snowballearth.org/end.html
http://www.wwf.fr/s-informer/nos-missions/oceans-et-cotes
29 août 2009
MER et climat : tout est lié (1/2)
Le temps des vacances prend fin…il est temps de remettre cet espace en activité ! Pour faire le lien entre ces deux mois d’été et les préoccupations de la rentrée, je vous propose de faire un petit tour de présentation du dernier numéro des « Dossiers de la Recherche », N°36 (aout 2009), pour ceux qui ne l’ont pas eu entre les mains. Son thème en est « La mer », des dossiers très éclectiques et très riches en enseignements : une façon de rendre hommage aux Océans tout en tentant de sensibiliser sur ses multiples rôles de protection de la Vie et sur l’urgence des actions à mener pour maintenir des équilibres qui semblent bien fragiles : tout peut basculer, s'emballer et très vite !
Cette présentation ne se veut pas exhaustive de l’ensemble des articles du magazine mais simplement être le relais des idées fortes qui m’ont marquée.
Préface par Yann Arthus-Bertrand (auteur de Home, sorti le 5/06/09):
Le cinéaste souhaite nous faire prendre conscience de l’immensité de notre ignorance en ce qui concerne l’Océan : son incroyable synergie avec l’atmosphère et tout l’écosystème sur Terre. L’Océan est en danger ce qui menace la survie de toute la planète. Et pourtant, nous n’en avons pas conscience, malgré les alertes répétées des scientifiques… Pourquoi ! Parce que nous sommes naturellement optimistes ? ou parce que l’Océan nous semble toujours aussi beau, toujours aussi bleu ? oui, mais tout se joue en profondeur ou des espèces sont menacées à cause du réchauffement climatique, bien réel, l’effondrement des ressources lié à la surpêche, et la pollution.
L’eau se réchauffe (lié à l’augmentation des gaz à effet de serre issus de nos activités humaines et industrielles voir explications de l’effet de serre ICI), conduisant une augmentation des niveaux des mers (fonte des glaciers, dilatation des liquides avec la température)
Mais l’augmentation du CO2 atmosphérique a une autre conséquence : il est absorbé en plus grande quantité par les océans ce qui rend l’eau plus acide (CO2+H2Oè H2CO3 qui est l’acide carbonique) ce qui dissout lentement les récifs de coraux et les coquillages calcaires…les éco-systèmes se détruisent lentement remettant en cause la production d’oxygène dans l’atmosphère.
La pollution par les nitrates et phosphates (issus de l’agriculture industrielle et des égoûts) est un élément aggravant. Alors agissons très vite.
Les enjeux de la surpêche ou l’entrée dans « l’ère du visqueux »
D. Pauly nous dresse un bilan des conséquences plus que néfastes de la pêche intensive et des synergies avec la pollution et le réchauffement climatique. Les ressources des océans ne cessent de s’épuiser avec deux constats de l’auteur : le tonnage des pêches mondiales ne cesse de diminuer depuis 20 ans malgré tous les progrès techniques, la taille des poissons pêchés est de plus en plus réduite. Cette modification atteste d’un tarissement des ressources et en particulier celui des grands prédateurs. Cela modifie l’écosystème et la biodiversité des fonds marins : la raréfaction des grands poissons induit un fort développement des petites espèces consommant le zooplancton, le phytoplancton n’est plus contrôlé et explose : on assiste à une forte progression des algues toxiques, de méduses et de la masse microbienne. C’est l’entrée dans « l’ère du visqueux » ; les poissons filtreurs qui nettoient les côtes de ces déchets ont disparu, victimes de la surexploitation, pêchés plus vite qu’ils ne peuvent se reproduire.
Ce phénomène est accentué par la pollution (rejets en mer) et le réchauffement climatique qui atteint préférentiellement les espèces utiles plutôt que l’espère microbienne.
Les solutions sont la multiplication des aires maritimes protégées, l’interdiction du chalutage qui détruit totalement les écosystèmes pour se tourner vers une pêche raisonnée et durable (développer des techniques de pêche sélective avec des appâts spécifiques aux espèces non protégées, consommer différemment).
L’auteur déplore le fossé gigantesque entre le résultat catastrophiques des études sur les ressources de l’océan et ce qui est réellement fait : notamment en Europe.
Source : ICI
Océan et réchauffement :
Comprendre l’océan, c’est aussi comprendre l’évolution du climat car il joue un rôle essentiel dans la régulation de l’atmosphère. E. Bard nous en présente très simplement les différents mécanismes.
1- La mer : puits de CO2 atmopshérique
Sous l'effet des vents , le CO2 se mélange à l'eau tout d'abord en surface puis sur une couche d'une centraine de mètres. Sous l'effet de la circulation marine le CO2 est alors amené dans les profondeurs.
2 -La mer : puits de chaleur
Pour chauffer de l'eau et augmenter sa température, il faut beaucoup d'énergie (de chaleur = on l'appelle la capacité thermique) comparativement à d'autres corps (à cause des liaisons hydrogène de l'eau dont je vous parlais ICI). Ainsi l'énorme volume que représentent les océans et cette forte capacité thermique de l'eau, par nature, expliquent pourquoi les mers peuvent stocker d'énormes quantités de chaleur. Le réchauffement de l'atmosphère est donc en très grande partie absorbé par les oceans.
3- La mer : moyen de transport de la chaleur
La chaleur reçue par la terre au niveau de l'équateur est bien plus importante qu'aux pôles. Les océans absorbent cette chaleur et l'envoient via les courants marins vers les pôles.
Les courants marins sont d'une part la conséquence des vents de surface et d'autre part par les différences de densité entre une eau très chaude (donc moins dense) et une eau plus froide. Les courants marins sont également liés à la salinité de l'eau (plus l'eau est saline, plus elle est dense) permettent l'oxygénation des profondeurs des océans, source de vie.
4- La mer renvoie dans l'atmosphère les rayons du soleil
La glace étant moins dense que l'eau liquide (les liaisons hydrogène dont nous parlions sont rectilignes dans le cas de la glace, et tordues dans l'eau liquide, le volume (d'une même masse) occupé est donc moindre dans le cas du liquide). La conséquence est que la glace flotte sur l'eau, et que la banquise se forme en surface et non en profondeur. Etant située en surface, la glace permet de réfléchir une bonne partie du rayonnement solaire, beaucoup plus que l'eau de mer...D'où l'extrême importance des banquises sur le climat.
Source ICI
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Quel pourrait être l'impact de l'augmentation du CO2 dans l'atmosphère ?
On a déjà commencé à voir certaines conséquences de la forte concentration en CO2.
1- La capacité de pompage de l'Océan pourrait être ralentie si l'excès devient trop grand. Sous l'effet de l'augmentation du CO2 dans l'atmosphère, la planète se réchauffe et risque de modifier les densités de certaines eaux, et perturber la circulation marine et donc l'enfouissement du CO2 dans les profondeurs. Si le CO2 émis par les activités humaines et industrielles est moins stocké dans l'Océan, il reste dans l'atmosphère et c'est l'effet boule de neige, le phénomène s'emballe ! Quelques observations confirment certaines perturbations en Atlantique Nord, mais pas de ralentissement du pompage du CO2 cependant il n'y a pas encore de recul suffisant pour tirer de réelles conclusions. Le prochain siècle sera décisif.
2-L'acidification des mers : L'acide carbonique tend à faire diminuer progressivement le pH de l'eau (c'est à dire augmenter son acidité). Cet aspect auquel s'ajoute le réchauffement, aura de réelles conséquences sur la vie marine. En particulier, la dissolution des coraux est un risque majeur. Une étude a montré que la diminution de la calcification des coraux est bien réelle, elle a été observé sur une échelel de temps de 20 ans au niveau de la grande barrière australienne.
3- La perturbation des courants marins pourrait avoir également comme conséquence la diminution de l'oxygénation de certaines zones de l'océan...des "zones mortes" où sans oxygène, certaines bactéries peuvent s'adapter en utilisant des nitrates dissous et en rejetant du "N2O", puissant gaz à effet de serre (250 fois plus que le CO2)...et là encore la machine s'emballe...
Le N2O océanique n'a fort heureusement pas été mesuré, mais la baisse de l'oxygénation a bel et bien été constatée...
Enfin, je rajoute ici l'impact sur la fonte des glaces..qui en diminuant de surface, réduisent d'autant le réfléchissement des rayonnements solaires...le réchauffement s'accélère.
Conclusion : le constat n'est pas glorieux...partout où on regarde, s'affiche la fragilité de tout l'écosystème...il est plus que temps d'agir, heureusement beaucoup ont commencé, est ce que cela sera suffisant ?
Suite de la présentation dans un prochain article...a très bientôt
Liens pour les enfants :
http://www.wwf.fr/s-informer/
http://www.defipourlaterre.
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