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lu pour vous numéro 59

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« Lu pour vous » n° 59*

Sommaire

Actualités technologie : des épines artificielles capteront le pétrole des marées noires.

lpv596Une technologie inspirée des épines de cactus permet d'extraire des gouttes de pétrole jusqu'à présent insaisissables.
Ce sont les cactus qui inspirent le physicien Lei JIANG et son équipe de l'Académie chinoise des sciences de Pékin. Les épines de cette plante possède une vertu remarquable : elles sont capables de récupérer la vapeur d'eau présente dans l'air pour former des gouttes d'eau liquide qui migrent jusqu'à leur base.

Une caractéristique qui n'a pas échappé au physicien et lui a donné l'idée de fabriquer des épines artificielles capables de récupérer les particules de pétrole microscopiques «piégées» dans l'eau lors des marées noires, ce que ne permettent pas les techniques de séparation de phase traditionnelles.

Ces épines sont des cônes en polymère de quelques centaines de micromètres de diamètre, moulés dans un seul et même bloc de polymère et espacés les uns des autres de moins de un millimètre. Une fois placées dans l'eau polluée, ces épines permettent de collecter les gouttes de pétrole jusqu'à présent insaisissables en laissant agir les lois de la physique.

Le principe est le suivant : les gouttes microscopiques de pétrole se déposent contre la paroi conique et s'accumulent jusqu'à former une goutte visible à l'œil nu. Or «sur un cône, la courbure n'est pas constante, si bien qu'une goutte y est instable : ce différentiel de courbure guide alors la goutte de pétrole du sommet vers les régions de plus faible courbure, c'est-à-dire vers la base du cône», explique David QUERE, physicien à l'Ecole Polytechnique.

Ce faisant, la goutte de pétrole remonte vers la surface car la pointe de l'épine est dirigée vers le fond de l'eau. Il devient ensuite facile de pomper et de récupérer les gouttes de pétrole quand celles-ci ont atteint des dimensions macroscopiques.

Réseaux de cônes.

Au départ, les auteurs ont expérimenté le phénomène sur une unique épine de cuivre. En l'espace de trente secondes, leur dispositif avait extrait de 2 à 5 milligrammes de pétrole selon que l'épine est lisse ou rugueuse. Afin d'améliorer l'efficacité de leur système, les chercheurs ont alors fabriqué différents réseaux de cônes : carrés, hexagonaux, ou les épines étaient distantes de moins de 1 millimètre les uns des autres. Ils ont ensuite testé différents profils de cônes : lisses et rugueux, ainsi que plusieurs matériaux parmi lesquels du cuivre et du polymethylsiloxane (PDMS), polymère organominéral.

Ce dispositif est efficace puisqu'il permet de récupérer de 93,7% à 98,9% du volume de pétrole piégé dans l'eau sous la forme de gouttes microscopiques. Le système le plus performant est celui composé d'un réseau hexagonal d'épines rugueuses en polymère PDMS.
Cette nouvelle technologie pourra permettre de lutter plus efficacement contre les marées noires en complément des techniques traditionnelles.

Source : Lei JIANG, Nature Communications, 4, 2276, 2013 / La Recherche, n° 480, octobre 2013, signé G.C.

 

Actualités : étudier la résistance humaine à l'isolement.

lpv597Une équipe va s'installer trente et un jours dans un laboratoire sous-marin pour étudier la psychologie humaine dans un espace confiné et en absence de soleil.

C'est une expérience hors du commun que Fabien COUSTEAU, petit-fils du renommé commandant, et son équipe de chercheurs s'apprêtent à vivre au large de Floride à partir du 12 novembre 2013. Au cours de la «Mission 21», ils seront immergés, durant 31 jours, à plus de 19 mètres de profondeur au sein de l'Aquarius, un laboratoire sous-marin. Il s'agira d'étudier la psychologie humaine dans un espace isolé, sous une pression importante et en l'absence de soleil. L'équipe sera, pour cela, filmée et visible direct sur Internet. Des sorties pourront être effectuées afin d'étudier les fonds marins mais l'équipe ne regagnera la surface qu'à la fin du séjour. Les données récoltées pourront être utilisées dans de futures expéditions sous-marines, voir spatiales.

Source : La Recherche, n° 480, octobre 2013, signé Mathieu LAURIA

Actualités : astronomie, fin de construction pour Alma.

lp591Le plus grand radiotélescope jamais conçu utilisera bientôt la totalité de ses antennes.

La construction de l'observatoire Alma, le plus grand radiotélescope jamais conçu, sera terminée d'ici à la fin de l'année. Avec ses 66 antennes déployées à plus de 5 000 mètres d'altitude sur le plateau de Chajnantor, au Chili, l'instrument permettra d'observer avec une précision inégalée la naissance des étoiles et des systèmes planétaires, ou encore la formation des toutes premières galaxies. Pour cela, les antennes mobiles de 77 et 12 mètres de diamètre, disséminées sur 200 kilomètres carrés et fonctionnant toutes en phase, capterons les rayonnements dits «millimétriques » et submillimétriques, typiques de ces objets célestes qui comptent parmi les plus froids de l'Univers. Depuis octobre 2011, Alma fournit déjà des résultats aux astronomes, mais en utilisant une partie seulement de ses antennes

Source : LA RECHERCHE, n° 480, octobre 2013, signé Julien BOURDET

Technologie : rendre les robots sensibles au toucher.

lpv598Les robots doivent être dotés du sens du toucher pour interagir dans un environnement inconnu. De nouveaux dispositifs améliorent leurs performances.

Nous attrapons des objets avec précision grâce à notre sens du toucher.

Une équipe américaine a fabriqué 1 centimètre carré de peau artificielle avec des capteurs de pression, aussi sensible que la peau humaine.
Ce type de dispositif doit progresser, en rapidité notamment, pour permettre à des robots de manipuler des objets sans les casser ni les faire tomber.

Zhong LIN WANG et ses collègues de l'institut de technologie de Georgie, aux Etats-Unis, ont fait une intéressante proposition dans ce but. Ils ont en effet fabriqué une peau artificielle aussi sensible que la nôtre. Composé d'amas d'environ 1 500 nano fibres d'oxyde de zinc alignées verticalement, pris en sandwich entre deux électrodes, chaque détecteur réagit sous l'effet d'une contrainte mécanique.

Les nano fibres sont piézoélectriques : leur mise sous pression entraîne l'apparition d'un courant électrique. Ce dernier est détecté par les électrodes d'oxyde d'indium dopé à l'étain via une couche d'or. Le tout est recouvert d'une fine couche protectrice d'un polymère imperméable. Ainsi, les chercheurs mesurent précisément le courant qui traverse le matériau et en déduisent la pression exercée sur la surface.

»Ce dispositif nous permet de détecter des pressions inférieures à la centaine de grammes par centimètre carré, ce qui est proche de la sensibilité de notre épiderme », explique Zhong LIN WANG. Cela grâce à une densité de 8 464 détecteurs par centimètre carré. Notre peau, elle, est plus économe : 17 000 capteurs seulement sur chaque main, dont 58 par centimètre carré sur la paume et 240 par centimètre carré au bout des doigts.

Défis à relever :

lpv599Fabriquer suffisamment de cette peau pour recouvrir toute une main ;

Le temps de réaction doit être amélioré .Les informations tactiles sont transmises trois à cinq fois plus lentement que chez l'homme ;
La peau artificielle ne transmet à l'ordinateur que des informations sur la pression. Or la nôtre nous permet de ressentir bien d'autres stimuli. Aucune peau artificielle ne parvient à satisfaire toutes les exigences remplies par une peau biologique.

Malgré tout, ces technologies permettent déjà aux robots d'effectuer un certain nombre de tâches .Aujourd'hui, ils peuvent saisir des objets de façon assez précise, attraper un œuf sans le casser par exemple, à condition qu'ils en connaissent à l'avance des propriétés telles que le poids, la raideur ou la rugosité. Une main mécanique est aujourd'hui encore incapable de repositionner ses doigts pour continuer à tenir un outil qui glisse.

Source : W.WU, SCIENCE, 340, 952, 2013 / La Recherche, n° 480, octobre 2013, par Clément DELORME, journaliste

Génétique : l'ADN fait sa révolution à quatre brins.

Des chercheurs britanniques confirment l'existence d'un ADN à quatre hélices dans le génome humain.

Soixante ans après l'élucidation de sa structure, l'ADN parvient encore à nous étonner.

Une équipe britannique vient en effet de confirmer l'existence d'une nouvelle forme pour la célèbre «molécule de la vie» : une quadruple hélice totalement surprenante. Une découverte dont les conséquences pourraient se révéler capitales pour la recherche fondamentale, mais aussi pour dans des domaines d'application comme la cancérologie, le vieillissement et même en nanotechnologies.

La forme classique : molécule à deux brins entrelacés en double hélice, porteuse de l'information génétique.
Shankar BALASUBRAMNIAN et son équipe de l'université de Cambridge ont mis en évidence in vivo l'existence de cette forme, un arrangement en quatre brins baptisé « quadruplex ». Découverte publiée dans la revue Nature Chemistry.

Afin de «piéger» les quadruplex et de pouvoir enfin les observer, les chercheurs ont conçu des anticorps capables de reconnaître spécifiquement ces quadruples hélices et les ont introduit dans des cellules humaines. Après révélation par immunofluorescence, le mystère s'est dissipé, laissant apparaître dans les chromosomes une multitude de points lumineux, révélateurs des endroits où les anticorps s'étaient fixés sur les quadruplexes. Reste à comprendre le rôle précis de ces arrangements cubiques.

Quantité d'indices laissent penser que les quadruplexes pourraient avoir un rôle décisif dans la lutte contre certaines maladies et ouvrir des voies de traitements inédits. On estime leur nombre à plus de 300 000 sur la totalité de notre génome.

Source : SCIENCE et AVENIR, N° 793, mars 2013, signé Hervé RATEL

Sciences / astronautique :Ariane 6, l'espace à bon marché.

lpv593Le futur lanceur européen, dont le premier vol est attendu vers 2021, mettra en orbite des satellites moins lourds et pour 30% moins cher.
Ariane 6 sera à peine moins haute que son ainée mais plus légère : 650 tonnes au lieu de 780. La principale différence viendra en fait de sa capacité d'emporter la charge qu'elle pourra mettre en orbite, à savoir des satellites jusqu'à 6,5 tonnes en orbite de transfert géostationnaire (GTO). Soit bien moins qu'Ariane 5, qui pouvait emporter jusqu'à 9 tonnes en GTO.

Raison du changement :

Abriter deux satellites, concept novateur à l'époque, est devenu un fil à la patte Accoupler deux satellites (même si cela divisait le coût de lancement), devenait un casse-tête : cela obligeait certains clients à attendre que l'on trouve un satellite compatible en terme de masse avec le leur, retardant d'autant la date du lancement.

Le marché le plus rentable est celui de la mise en orbite géostationnaire de satellites de télécommunications. Or celui-ci comprend une majorité de satellites de 6 tonnes en moyenne.

Ariane 6 sera donc plus modeste. Crise oblige, elle devra être développée pour 2,5 à 3,5 milliards d'euros, quand l'enveloppe allouée à Ariane 5 était de 10 milliards. Une économie en partie réalisable en raison du peu d'innovations déployées pour ce nouveau lanceur qui reprendra des technologies éprouvées sur les autres lanceurs européens. L'ensemble devra pouvoir être rapidement produit en série.
Pour parvenir à abaisser les coûts de lancement, les experts ont opté pour le principe dit du PPH (poudre-poudre-hydrogène).

La coiffe aura le même diamètre que celle d'Ariane 5.

Il est prévu d'augmenter les cadences de lancement pour rester rentable : de commencer à un rythme de 8 à 9 par an, pour atteindre 12 voire 15 lancements annuels.

Source : SCIENCE et AVENIR n° 800, octobre 2013, par Sylvie ROUAT

High- Tech / matériaux : aérogels, légers mais costauds...

lpv594Ces matériaux constitués d'un gaz emprisonné dans un solide offrent de nombreuses applications .Des procédés innovants permettent d'abaisser leurs coûts de fabrication.

Cet article complète le résumé paru dans Lu pour vous n° 54 du 29 juillet 2013.

L'image est impressionnante : un bloc noir de la taille d'une tasse de café est posé sur une graminée.... Qui ne ploie même pas !!
Et pour cause : ce matériau, présenté en mai 2013 par une équipe chinoise dans la revue spécialisée Advanced Materials, est le plus léger au monde. Sa densité est de 0,16 mg/cm3. Un mannequin de taille humaine fabriqué avec ce matériau ne pèserait que 13 grammes, moins que trois feuilles de papier.

Joliment surnommés »fumées gelées», ces aérogels ont en effet tout pour susciter l'enthousiasme, tant du côté des laboratoires que des industriels grâce à leur faible densité puisqu'ils contiennent jusqu'à 99,9% d'air. Ce qui leur confère d'excellentes propriétés thermique et phonique. De plus, ils ne sont composés que de de matériaux très abondants et peu coûteux : carbone, silicium, oxygène..... Enfin, certains aérogels sont également capables d'éponger plusieurs centaines de fois leur masse d'hydrocarbures, d'autres conduisent l'électricité, d'autres encore absorbant remarquablement les chocs. De quoi envisager de multiples applications.

Deux chimistes américains se sont demandés : «Pourrait-on remplacer le liquide d'une gelée par un gaz, sans que tout s'effondre ? ». En 1931, l'un d'eux, Samuel KISTLER a publié le premier article décrivant un «aérogel» ainsi qu'il nomme ce nouveau matériau. Principale difficulté : éviter l'effondrement de la structure.

lpv592La recette est simple : prendre un gel, c'est-à-dire un liquide emprisonné dans un solide. Extraire le liquide et le remplacer par un gaz. La difficulté est d'ôter le liquide « sans que tout s'effondre ». En effet, il existe de nombreuses tensions capillaires dans le gel, des forces entre liquide et le gaz .Ces tensions étant d'autant plus fortes que la taille des pores est petite, elles sont donc très élevées dans les aérogels. Pour éviter l'effondrement, S. KISTLER a remplacé l'eau de son gel de silice (un polymère de silicium et d'oxygène) par de l'éthanol qu'il a chauffé à haute pression jusqu'à atteindre l'état «supercritique», ni liquide ni solide, ou il n'existait donc plus de tension capillaire.

Ces aérogels ont été commercialisés dès les années 1970, sous le nom de Santocel, avant d'être abandonnées à cause des coûts de fabrication.

Ce n'est qu'au début des années 2000 que des industriels se sont à nouveau enthousiasmés pour ce matériau.

En France, la société Enersens, crée en 2010 par le groupe chimique PCAS, prévoit de lancer dès 2014 la production à large échelle d'aérogels de silice, avec l'ambition de devenir le leader de cette famille de matériau. Principale difficulté : sécher le gel. En effet, la technique mise au point par Samuel KISTLER était trop lente, mais aussi trop dangereuse, car utilisant de l'alcool inflammable à haute pression et à température élevée.

D'où l'intérêt de la méthode révolutionnaire évitant les hautes pressions mise au point par la société Enersens, en collaboration avec le centre Procédés, énergies renouvelables et systèmes énergétiques (Persée) de l'Ecole des mines de Paris à Sophia-Antipolis, et breveté en 2004. Leur idée : traiter chimiquement la surface du polymère de silice afin que l'affaissement de gel lors du séchage soi réversible. »Pour cela, il faut éviter que les atomes liés au silicium dans le réseau de silice réagissent chimiquement les uns avec les autres durant l'effondrement » indique Arnaud RIGACCI, Directeur de Persée. C'est pourquoi on remplace ces atomes par d'autres, qui ne forment pas de liaisons chimiques entre eux dans ces conditions. On rend ainsi l'effondrement réversible : un véritable «effet ressort» est observé dès la fin du séchage lorsque les tensions capillaires se relâchent ». Cette méthode peut se dérouler à pression ambiante et température inférieure à 100°C. Une innovation qui devrait permettre à l'aérogel de silice de connaître le succès commercial.

Applications :

La principale visée : l'isolation. «L'aérogel de silice est constitué de cages semi-ouvertes de très petite taille, 20 nanomètres environ. Pour traverser ce matériau, les flux de chaleur doivent faire des zigzags, beaucoup parviennent dans des «impasses», d'où la très faible conduction thermique, explique Pierre-André MARCHAL, directeur d'Enersens. Il suffit ensuite de le conditionner sous forme de panneaux isolants à poser sous les toits ou sur les murs .Si l'aérogel reste largement plus cher que les isolants classiques, il est aussi deux à trois fois plus efficace que la laine de verre ou le polystyrène expansé. Les premiers marchés visés seront donc l'isolation dans les installations industriels (tuyauteries, équipements cryogéniques réservoirs de stockage sensibles.), ou les exigences sont élevées, mais aussi la rénovation thermique des bâtiments, lorsqu'on n'a pas la place d'installer de grandes épaisseurs d'isolants, ce qui oblige à avoir recours aux matériaux les plus performants.

Dernier obstacle : les aérogels sont fragiles et friables. Il faut donc les renforcer mécaniquement, par exemple en les combinant avec des matériaux protecteurs. C'est ce que fait l'américain Aspen en imprégnant une matrice de fibres avec des aérogels de silice, pour former un isolant souple. L'autre solution est de fabriquer des aérogels hybrides à base de silice mais aussi de carbone, intrinsèquement plus résistant. Ces matériaux n'en sont encore qu'au stade de laboratoire, mais c'est probable la clé capable de faire sauter le verrou de la fragilité mécanique des aérogels.

Applications potentielles : adjuvant pour rendre les peintures plus mates ou changer leur viscosité, électrodes de batteries à base d'aérogels de carbone, stockage de gaz...

Source : Science et Avenir, N° 800, octobre 2013, signé Cécile MICHAUT

Sciences : des fourmis coupeuses de feuilles, des mini-Hercules

lpv595On considère ces fourmis comme une des créatures les plus fascinantes au monde. Avec leur bouche ils détachent d'immenses parties de feuilles et les trainent à leur nid. Là, elles sont découpées par des petites fourmis »travailleuses», mâchées, formées en boulettes et empilées. Sur ces empilements ils cultivent des champignons, dont ils se nourrissent. Un photographe hongrois a pris ces photos des «haltérophiles» au Costa Rica et a reçu le prix par la Société de Zoologie de Londres.

Source : Der Spiegel magazine n° 12/2013

*Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

   
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