Le Monde et Nous

Partir à la découverte du monde qui nous entoure, comprendre quelques phénomènes de la nature, observer, se tenir informés des découvertes scientiques ...

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.

thermoelectricite
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.

glaci_re

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
I
nteractions 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 :

semiconducteurNP
Source ICI

Pour une différence de température marquée, on utilise plusieurs modules NP en cascade...

jonctionNP

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.

peltier
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/

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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)

laser

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 !

bohr

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.

laserschema
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://www.lefigaro.fr/sante/2008/08/29/01004-20080829ARTFIG00528-des-tumeurs-au-cerveau-eliminees-par-laser-.php

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

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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).

feu

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.

allumettes

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

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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)

acidegras
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.

CisTrans

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.

beurre

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

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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 ?

lunettes

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.

polarisation

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.

sunglasses

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

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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.

champterre

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.

ondeelectromag

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.

spectre_rayonnement

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.

soleil
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

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05 septembre 2008

Des légumes toujours verts !

Bonjour

Avez-vous déjà remarqué la belle couleur verte que prennent certains légumes (exemple des poireaux) dans les premières minutes de leur cuisson à l’eau bouillante ? Si l’on poursuit la cuisson, le vert s’estompe et devient fade.

La cuisson à la vapeur permet par contre de maintenir de belles couleurs à nos légumes…et des légumes bien colorés sont plus jolis et appétissants dans nos assiettes !

Alors voici quelques petites explications de ces phénomènes.

Le vert des légumes

Pourquoi les légumes et les végétaux plus généralement sont-ils verts ? A cause de la chlorophylle, un pigment présent dans toutes les plantes vertes. La fonction de la chlorophylle est très importante car c’est cette molécule qui permet à la plante de se nourrir grâce à la photosynthèse.

chloro
Source ICI

La chlorophylle est une famille de molécules (contenue dans les chloroplastes, principalement présentes dans les feuilles) dont la forme est un gros motif carré avec en son centre un atome de magnésium*. Sa formule est C55H70MgN4O6

Chlorophylle

La photosynthèse est la réaction permettant sous l’action de la lumière, de fabriquer le sucre pour nourrir la plante à partir d’eau et de dioxyde de carbone (CO2).

La réaction peut se schématiser de la façon suivante  :

6 CO2 + 12 H2O + énergie è C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

L’énergie est apportée à la plante via la lumière et précisément par l’action des chloroplastes. Ceux-ci absorbent la lumière naturelle, mais pas tout le spectre…la partie correspondant au vert est réfléchie, ce qui lui donne cette belle couleur caractéristique.

*Un sol pauvre en magnésium rend la synthèse de la chlorophylle difficile. Les feuilles naissantes seront d’un vert pâle-jaune.

La cuisson

Les cuisinières l'ont toutes observé : au tout début de la cuisson à l’eau, le vert des poireaux s’intensifie. Ceci est dû à la libération de gaz entre les chloroplastes. Les poches d’air se comportent alors comme des loupes à chloroplaste qui rend le vert plus intense.

Oui mais lorsque la cuisson se poursuit, le vert devient beaucoup plus fade et tend à se transformer en jaune brun. Ceci est dû à la modification de la structure de la molécule de chlorophylle qui donne la phéophytine. Une molécule issue de la transformation de la chlorophylle par perte de son « magnésium » : la phéophytine est une chlorophylle dépourvue de l’atome de magnésium.

La molécule de chlorophylle se trouve ainsi transformée car lors de la cuisson, des acides organiques se trouvent libérés dans l’eau de cuisson. Et les H+ (caractéristiques des acides, voir l'article sur ce blog ), vont se substituer au Mg2+ caractérisant la chrlorophylle.

La phéophytine réagit avec la lumière de façon différente ce qui lui donne cette couleur brune.

Pour conserver la couleur

Pour éviter cette transformation de la chlorophylle et garder ce beau vert, il vaut donc mieux favoriser les cuissons sans contact avec l’eau (d’où la cuisson à la vapeur) pour éloigner au maximum les H+.

Une grande quantité d’eau permet également de diluer l’acide et donc de garder la chlorophylle plus longtemps.

asperges

La chimie des couleurs de l’automne

La chlorophylle n'est pas un composé très stable: la lumière brillante du soleil la décompose. Ainsi, en été, pour garder cette belle couleur verte de leurs feuilles, les plantes en synthétisent continuellement.

En automne, les températures plus basses (surtout la nuit) favorise la destruction de la chlorophylle et le renouvellement chlorophyllien se trouve fortement ralenti. Seul reste en place dans les feuilles un autre pigment, jusque là masqué par la chlorophylle, la carotène (plus stable)  qui réfléchit la lumière jaune.

automne
Source ICI

Les rouges, les pourpres, et leur combinaisons qui caractérisent le feuillage d'automne proviennent d'une autre famille de pigments : les anthocyanes. A la différence des deux précédents, ceux-ci n’apparaissent qu’au moment de l’automne. Pourquoi la synthèse d’un nouveau pigment au moment même où les feuilles vont tomber ? Plusieurs théories sont avancées…dont en particulier la possibilité grâce à ce pigment de se protéger des effets de la lumière afin de récupérer un maximum de nutriments présents encore dans la feuille avant sa chute.

Pour en savoir plus

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorophylle

http://www.scienceamusante.net/wiki/index.php?title=La_chlorophylle

http://fr.wikipedia.org/wiki/Changement_de_couleur_des_feuilles

http://www.looknature.fr/main/focus/details/feuillesaut.php

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10 août 2008

Les biocarburants

Désolée pour le retard à la publication de cet article mais, j'ai connu quelques soucis de PC.

Bonjour, je vous propose un petit point sur les biocarburants.

Face aux contraintes environnementales actuelles, en particulier l'obligation de limiter les gaz à effet de serre (voir mon article ici), la recherche de nouveaux carburants visant à limiter les émissions de CO2 émis par les transports routiers (représentant environ 30 % des émissions de CO2 en Europe) s'est considérablement accrue : on parle énormément des biocarburants. D'autre part, les pays européens cherchent à réduire leur dépendance énergétique face aux pays exportateurs de pétrole. Les biocarburants font partie d'une des voies possibles afin de réduire la consommation de pétrole.

En quoi consistent ces biocarburants? Comment sont-ils fabriqués ? Pourquoi les émissions de CO2 liée à la combustion d'un biocarburant sont-elles diminuées ? Que doit-on intégrer dans le bilan ? Quelles sont les controverses actuelles?

Définition

Un biocarburant est un carburant produit à partir d'éléments organiques renouvelables et non fossiles. Il est donc issu de la transformation des matières végétales produites par l’agriculture (betteraves, blé, maïs, colza, tournesol, pommes de terre…), ou de déchets organiques.

On trouve aussi l'expression "carburant végétal" ou "carburant vert"

Mode de synthèse

Différentes voies de synthèse sont possibles.
* Filière huile
Plusieurs espèces végétales donnent de l'huile (soit par pressage ou par attaque chimique), c'est le cas par exemple du Colza, le Tournesol, le Palmier à Huile. L'huile brute obtenue peut être utilisée dans certains moteurs diesels adaptés, c'est ce qu'on appelle le "Biodiesel" qui de plus ne contient pas de soufre (on voit certains bus qui roulent "au vert")

colza
Champ de Colza : source ICI

* Filière fermentation alcoolique
De nombreuses espèces végétales sont cultivées pour leur sucre comme la betterave sucrière, la canne à sucre, le maïs... La fermentation de ces sucres par certaines levures conduit à la synthèse d'éthanol qui est alors concentré (distillation) puis déshydraté pour donner le "bio-éthanol". Le bio-éthanol peut remplacer totalement ou partiellement l'essence.

Chimiquement parlant, "glucose (le sucre) donne éthanol + dioxyde de carbone" s'écrit

C6H12O6 = 2 CO2 + 2C2H5OH

En France, l’éthanol que nous trouvons dans nos voitures (Superéthanol E85) est obtenu à 70 % grâce à la betterave.
Au Brésil, le bioéthanol est produit à partir de la canne à sucre, et aux Etats-Unis, il est issu de la transformation du maïs.

betterave
Source ICI

1 hectare de betteraves permet de produire plus de 8000 litres de bioéthanol

* Filière gaz
Le bio-méthane est  issu de la fermentation méthanique (ou méthanisation) de matières organiques animales ou végétales riches en sucres (amidon, cellulose) par des bactéries méthanogènes qui vivent dans des milieux anaérobiques (sans oxygène).
Les gaz issus de la fermentation sont composés de 65 % de méthane, 34 % de CO2 et 1 % d'autres gaz dont le sulfure d'hydrogène et le diazote.

* Filière charbon de bois
Le charbon de bois est obtenu par pyrolyse (décomposition par la chaleur mais SANS combustion) du bois, de la paille ou d'autres matières organiques.

* Filière "déchets" ou produits non valorisés
Il ne faut pas que la production de biocarburants rentrent en compétition avec l'agriculture ou la production de produits nobles ou encore la forêt en place car ce qu'on gagnerait d'un côté, on le perdrait de l'autre (voir le paragraphe "Bilan"). Le but des recherches actuelles est donc de produire des biocarburants à partir de produits non valorisés. C'est ce qu'on appelle les biocarburants de seconde génération.

Certains recherches se concentrent par exemple sur la transformation de la cellulose (constituant du bois, des végétaux)

termitecellul
Les termites possèdent des bactéries capables de transformer de manière efficace et économique les déchets de bois en sucres pour la production d'éthanol. Source ICI

Une autre voie possible et d'un rendement énergétique plus élevé consisterait à transformer des microalgues (algues microscopiques). Certaines algues microscopiques produisant 30 fois plus d'huile/ha que tous les oléagineux terrestres ! De nombreux programmes de recherche sont lancés.

Economie des émissions de CO2
Tous les carburants (parce qu'ils contiennent du carbone), dégagent du CO2 lors de leur combustion mais dans des proportions différentes.

Si l'on y regarde d'un peu plus près,  la différence de formule entre l'essence (C8H18, octane pur) et le bioéthanol (C2H5OH) est nette, 4 fois plus de carbone dans la molécule d'essence.

Grosso modo en simplifiant, "+ de carbone dans la formule brute"  implique plus de CO2 dégagé lors de la combustion. Oui mais, lors de la fermentation du glucose pour former l'éthanol, se dégage déjà du CO2 dont il faut bien tenir compte !

Il faut également tenir compte du fait que le bioéthanol est moins "énergétique" que l'essence donc pour le rendement du moteur, il faudra consommer plus de carburant pour atteindre les mêmes performances...

Alors ? dans tout cela, le balance penche tout de même du côté des biocarburants qui permettent des réductions de CO2. Et l'une des principales raison est que les végétaux de départ ayant servi à produire des biocarburants, sont grands consommateurs de CO2 pour leur photosynthèse ! ce qui n'est évidemment pas le cas avec le pétrole.

L'heure du bilan
Beaucoup de débats à l'heure actuelle autour des biocarburants.

En effet, les biocarburants produits à partir de produits agricoles sont accusés :
- de favoriser la déforestation (afin de planter des végétaux pour les transformer en biocarburants),
- de favoriser l'érosion des sols,
- de faire concurrence à l’alimentation,
- de générer des émissions de N2O (protoxyde d'azote) - à cause des engrais. Rappelons que le N2O est bien plus "à effet de serre" que le CO2 lui-même...

Les solutions : Une grande nécessité de développer des biocarburants de seconde génération qui permettront de se libérer de toutes ces contraintes. Beaucoup de voies de recherche sont créées mais les technologies ne permettent pas encore des rendements intéressants.

Pour en savoir plus

http://fr.wikipedia.org/wiki/Biocarburant

http://www.hespul.org/-Biocarburants-.html

http://www.huilerie.com/Fabrication-de-l-huile-de-colza-grille-La-production-L-ENTREPRISE/p/3/91/0/

http://www.roulonspropre-roulonsnature.com/2007/04/02/comment-fabrique-t-on-de-l%E2%80%99ethanol-a-partir-de-betteraves/

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04 juillet 2008

Cap sur les nanotechnologies

Les nanotechnologies : le nerf de la prochaine révolution technologique

On peut définir les nanotechnologies comme les procédés de fabrication de structures ou de machines à l'échelle du nanomètre, c'est-à-dire à l'échelle moléculaire.

Rappelons qu’un nanomètre (noté nm) est un millionième de mm, soit la taille de quelques atomes.

Rappelons également que l’épaisseur du cheveu humain est de l’ordre de 25 000 nm à 50 000 nm. Une cellule sanguine mesure 2500 nm. Un atome mesure environ 0,1 nm.

Le but de cet article est d’exposer l’intérêt de ces nouvelles techniques, les moyens mis en œuvre, les propriétés obtenues et différentes applications.

Historiquement, en 1959, un certain Mr Feynman « imagine  un monde où les atomes seraient manipulés un à un et agencés en structure de très petite taille ».

Ce n’est qu’en 1985, qu’on découvre une nouvelle forme allotropique du carbone le C60 qui donnera jour en 1996, aux nanotubes de carbone, une des principales applications (voir les exemples d’applications). L’émergence des nanotechnologies peut être située dans les années 90.

Pourquoi ?

On peut s’interroger sur l’intérêt de la manipulation de la matière à si petite échelle.

L’un des intérêt majeur est la fabrication de structures si petites qu’elles pourront non seulement permettre un gain de place, mais également accroître les capacités de stockage, la performance d’ installations industrielles (d’un point de vue chimique, plus une particule est petite, plus elle est réactive). Quelques autres intérêts notables seront décrits dans la partie « applications »

Mode de fonctionnement

Sans entrer dans les considérations de la physique quantique, on dira qu’à l’échelle du nanomètre la matière se comporte de manière différente (la particule adopte un comportement ondulatoire) de ce qui se passe l’échelle macroscopique. En particulier, les propriétés physico-chimiques sont différentes : propriétés quantiques (dont nous verrons tout l’intérêt plus loin) mais aussi l’apparition des effets de surface, de volume, de bords.

Ex : des matériaux isolants à l’échelle macroscopique, deviennent semi-conducteurs à l’échelle nanométrique…

Ainsi une bonne partie des nanosciences s’applique à étudier les propriétés totalement nouvelles (par rapport à l’échelle macroscopique et inconnues de matériaux à l’échelle nanométrique).

Techniques et moyens mis en œuvre

Diverses techniques sont utilisées afin d’observer et d’interagir avec la matière à l’échelle moléculaire.

  • Le microscope à effet tunnel permettant de parcourir des surfaces conductrices et semi-conductrices. (L’effet tunnel est un phénomène quantique qui permet aux électrons de la matière observée de passer -comme une sorte de « téléportation »- , sous réserve que les distances soient suffisamment faibles entre la matière observée et la pointe métallique du microscope)

  • Le microscope à force atomique (pour les matériaux non conducteurs)
  • microeffettunel

Microscopie à effet tunnel

Deux techniques vont permettre de construire ce nanomonde : approche descendante (qui consiste à miniaturiser avec des motifs de plus en plus fins) et l’approche ascendante (ou bottom-up) qui consister à assembler des atomes ou molécules.

Domaines et exemples d’application

  • Médical et paramédical

Des nanoparticules de TiO2 sont introduites dans les crèmes solaires de part leur grande capacité d’absorption des ultraviolets.

La recherche médicale travaille sur les possibilités très intéressantes des nanoparticules à pénétrer les tissus cellulaires : elles pourraient donc être utilisées comme outils de diagnostic (imagerie des cellules), ou même dans la thérapie du cancer (injection possible au cœur des tumeurs de nanoparticules permettant de les détruire)

On pense aussi à des nanorobots permettant de l’intérieur de détruire le cholestérol.

  • Electronique

La miniaturisation des composants électroniques des ordinateurs lie son avenir aux nanotechnologies.

  • Energie

Les nanomousses permettent une isolation thermique des habitations hors du commun. En effet, elles renferment au sein de nanopres une grande quantité d’air ce qui augmente considérablement la résistance thermique.

Grâce aux nanotechnologies, de nouvelles perspectives s'ouvrent également dans le secteur des capteurs solaires. Les nouveaux nanomatériaux ne se contentent pas d'absorber la lumière visible, mais peuvent aussi exploiter la lumière infrarouge ce qui conduirait à de bien meilleures performances.

Une équipe du Department of Biological and Agricultural Engineering and the Nanomaterials in the Environment, Agriculture and Technology (NEAT) de UC Davis (Californie) a créé un nouveau type de matériau de stockage à base de nanotubes de carbone. grâce à leur petite taille et leur forme cylindrique, les nanotubes procurent de grandes surfaces efficaces pour le stockage et la fourniture de l’énergie requise.

nanotubes

Nanotubes de carbone (grande caoacité de stockage)

  • Chimie

Les métaux précieux sont souvent utilisés comme catalyseur (produit permettant d’accélérer une réaction ou de la faciliter) dans l’industrie chimique. Ils sont néanmoins coûteux, les utiliser sous forme de nanoparticules (plus réactives) permettrait de réduire la quantité requise tout en augmentant la performance.

  • Environnement

Les nanopoudres (par exemple celles produites à partir de fer) vont considérablement accroître les possibilités de décontamination des sols pollués.

  • Les risques des nanotechnologies

Il n’existe à l’heure actuelle aucune étude permettant de conclure sur les risques liés à l’utilisation des nanotechnologies. Néanmoins, l’une des questions importante en cours de réflexion concerne la santé et  la possibilité d’interaction des nanoparticules avec nos cellules, et jusqu’à quel point ?

nanotechnology

Source ICI

Pour en savoir plus

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologie

http://terresacree.org/nanotechnologies.htm

http://www.internetnews.com/

http://science.howstuffworks.com

http://www.france-science.org/Photolithographie

http://www.nanoquebec.ca/nanoquebec_w/site/explorateur.jsp?currentlySelectedSection=259

http://drgoulu.wordpress.com/2007/04/15/mini-micro-nano/

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14 juin 2008

En Osmose !

Dans la vie courante, "Etre en osmose" signifie "être sur la même longueur d'onde, en parfait accord, en symbiose".

Qu'en est-il de ce phénomène physico-chimique qui régle de nombreux phénomènes de notre vie quotidienne ?

Définitions
La nature aime les choses équilibrées et c'est ce qui régit généralement les ph"nomènes de transport de matière et transferts de chaleur.

En ce qui concerne la matière, nous allons d'abord distinguer la diffusion de l'osmose.
La diffusion est un transfert de soluté au sein d'un solvant permettant d'obtenir une concentration parfaitement homogène dans tout le volume considéré. C'est la goutte d'encre qui est ajoutée dans un verre d'eau et qui peu à peu "diffuse" pour que la concentration soit partout la même.
Il s'agit donc d'un mouvement du soluté (c'est à dire du composant dissous) de façon à se répartir uniformément.

Le but de l'osmose est également d'atteindre une concentration uniforme mais elle mets en jeu une membrane semi-perméable ne laissant passer que les plus petites molécules : en particulier les molécules d'eau. Ainsi, contrairement à la diffusion, c'est l'eau qui va migrer de la zone la moins concentrée vers la zone la plus concentrée afin d'équilibrer les concentrations de par et d'autre de la membrane.

Exemples de la vie quotidienne

  • Dans les végétaux
    La plante va chercher son eau dans la terre par osmose et c'est ce phénomène qui est à l'origine de la turgescence (assurant la rigidité et la maintien des végétaux)

    Les racines des arbres portent dans la zone voisine de leur extrémité de très nombreux poils. Un poil absorbant est une cellule allongée qui peut atteindre 1mm de long sur 0,01mm de diamètre avec une très grande cavité interne : la vacuole. Le contenu de la vacuole est constitué d’eau et de substances dissoutes. Le poil absorbant est en contact, par sa face externe, avec l’eau du sol qui contient également des substances dissoutes. Or, la concentration du suc vacuolaire est supérieure à celle du milieu extérieur. L’eau pénètre donc par osmose dans les poils absorbants.

    osmose

Autre application : il n'est pas conseillé de mettre de l'engrais trop près d'une plante car dans ce cas, il y a risque la concentration en sels soit plus élevée dans le milieu l'extérieur qu'au niveau des vacuoles impliquant ainsi une migration de l'eau en dehors de la plante...

  • Dans la cuisine
    Saler la viande en début de cuisson la rend sèche. pourquoi ? La viande est un ensemble de cellules, compartiments contenant des sels et séparés par des membranes cellulaires ne laissant passer que les petites molécules. En salant en début de cuisson, le phénomène d'osmose favorise la migration de l'eau vers l'extérieur (afin d'égaliser les concentrations), la viande se déssèche.
    Une conséquence est que la salaison permet de conserver les aliments plus longtemps. Une viande sans eau et durcie en surface limite le développement des bactéries.
    Le principe de conservation des fruits dans la confiture repose sur le même principe : la grande quantité de sucre ajoutée fait sortir l'eau des fruits ce qui empêche la prolifération bactérienne.

fraise

confiture
Source :ICI

  • Dans le corps humain

C'est l'osmose qui intervient dans les échanges respiratoires. Elle permet le passage des petites molécules comme l'oxygène ou le dioxyde de carbone entre l'air contenu dans les alvéoles et les globules sanguins circulant dans les capillaires.

  • L'osmose inverse comme méthode de purification de l'eau

  Comme nous l'avons vu, l'osmose est la migration "naturelle" du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré de façon à uniformer les concentrations.

En appliquant une pression (supérieure à la pression osmotique, d'autant plus élevée que la concentration est élevée), on parvient à inverser le sens de migration de l'eau qui passe alors à travers une membrane semi-perméable, du milieu de plus concentré vers le milieu de moins concentré : on obtient une fraction très concentrée appelée "concentrat" et une fraction d'eau très pure.

osmoseinv

Source ICI

A bientôt

Pour en savoir plus

http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-experimentale-extraction-article-TechMembranaires.html

http://hygiene-alimentation.com/cuissons_aliments.php

http://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose_inverse

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