lu pour vous numéro 87

Détails

" Lu pour vous " n° 87*

Sommaire :

  • Science futur : des flotteurs vont transformer les vagues en électricité
  • Culture-science : quelle est la plus grande structure connue dans l'Univers
  • Culture science : technofolies, la première voiture à hydrogène grand public
  • Mécanique : un système de transmission qui ne s'use jamais
  • Actualité-cosmos : l'eau de la comète visitée Rosetta est unique
  • Actualités - physique : le graphène, superfiltre à protons
  • Actualités-technologie : filmer 100 milliards d'images par seconde
  • Science et technique : un métal extrêmement hydrofuge
  • Les plus grands chantiers du monde : le pont de la démesure - liaison Hong Kong-Macao

Science futur : des flotteurs vont transformer les vagues en électricité.

lpv871Profiter du mouvement des vagues pour produire de l'électricité ... Voilà l'ambition de WaweNET, un projet né en 2007 et dont les essais commerciaux ont débuté au large de l'île de Muck, en Ecosse. Trois séries de huit flotteurs ont été mises à l'eau en vue d'alimenter une ferme salmonicole. A l'intérieur de chaque flotteur, d'une capacité de 7,5 kw, une station de pompage convertit l'énergie mécanique des vagues en énergie hydraulique, puis en électricité. Le dispositif fonctionne dans une profondeur d'eau minimale de 20 m et supporte des vagues de 6 m de hauteur. Prochaine étape : doubler la capacité de chacun des flotteurs avant d'obtenir, à l'horizon 2024, un maillage de 1,25 km de longueur produisant jusqu'à 1OO MW.

Source : SCIENCE et VIE, N° 1169, février 2015, signé E.T.-A.

 Culture science : quelle est la plus grande structure connue dans l'Univers ?

A priori, ce sont les superamas : sous l'effet de la gravitation, les étoiles se regroupent en galaxies, qui s'assemblent en amas de galaxies, qui eux-mêmes se regroupent en superamas. Ceux-ci, qui s'étendent sur plusieurs centaines de millions d'années-lumière, seraient donc ce qu'il y a de plus grand dans l'Univers.

La Voie lactée fait ainsi partie du superamas Laniakea dont les contours viennent d'être fixés à 500 millions d'années-lumière de diamètre.
Et pourtant : les astronomes ont découvert en 2013 un groupe de 73 galaxies qui fait ... 4 milliards d'années-lumière de long.

Un autre monstre ?

lpv872C'est 40 000 fois la taille de la Voie lactée. Cette structure nommée Huge Large Quasar Group (LQG) est si vaste que si on pouvait la voir à l'œil nu dans le ciel elle s'étendrait dans la Constellation du Lion sur une largeur équivalente à 30 pleines lunes côte à côte, malgré sa distance ! Au contraire des amas et des superamas, les galaxies qui constituent le Huge LQG sont si éloignées les unes des autres qu'elles ne sont pas liées gravitationnellement.

Pourtant, on peut bel et bien parler de structure. Car à partir de l'échelle de 1 milliard d'années lumière, l'Univers est parfaitement homogène - ce principe d'homogénéité, à la base même du modèle cosmologique, la théorie qui décrit l'Univers, a été vérifié en 2013 par le télescope spatial Planck.
Ainsi, chaque cube, qui fait 1 milliard d'année-lumière de côté, est censé être de même densité de matière que ses voisins. Et le LQG est un grumeau dans cette soupe uniforme. Une zone où il y a plus de matière qu'ailleurs. Une structure donc.

Et la plus grande jamais découverte ... en attendant peut être qu'un autre monstre sorte de l'ombre : des astronomes ont entraperçu en 2013 une concentration de galaxies nommée Grand Mur d'ercule, de 10 milliards d'années-lumière de long. Ils sont en train de tenter de confirmer son existence.

Source : SCIENCE et VIE N° 1169, février 2015, signé B.R.

Culture Science : Technofolies.
La première voiture à hydrogène grand public.

lpv873Cette berline de 4,89 m, commercialisée par Toyota depuis mi-décembre au Japon, inaugure une nouvelle génération de voiture qui roule ... à l'hydrogène ! Son nom ? Mirai qui signifie « futur ». Sous le capot, un moteur électrique est effectivement alimenté en courant par une pile à combustible qui fabrique l'électricité grâce à un processus d'oxydation, impliquant de l'hydrogène, présent dans des réservoirs, et l'oxygène de l'air. Résultat : aucune émission de C02. La voiture ne rejette que de la vapeur d'eau. Et ce n'est pas tout. Mirai présente des atouts en matière d'autonomie, comparé au tout électrique, puisqu'un seul plein réalisé en trois minutes permet de rouler pendant quelque 500 km.

lpv874Deux bémols cependant : l'hydrogène est essentiellement produit à partir de gaz naturel, ce qui, en termes d'émission de C02, du puits à la roue, place la Lirai au même niveau que les hybrides essence. Par ailleurs le maillage en bornes de recharge en hydrogène est pour l' instant quasi nul dans le monde, ce qui limite les possibilités de développement de la voiture. Toyota espère toutefois que les stations se multiplieront vite. Date de commercialisation prévue aux Etats-Unis, en Allemagne et en Grande-Bretagne : septembre 2015. Pour la France, il faudra patienter jusqu'à 2017, le temps de voir un réseau suffisant se déployer, l''Hexagone ne comptant que deux stations de recharge. (prix : env. 78 500 euros).

Source : SCIENCE et VIE, N° 11696, février 2015, signé E.T-A.

Mécanique : un système de transmission qui ne s'use Jamais.

lpv875Les engrenages des systèmes de transmission mécaniques - telle la boîte de vitesse de nos voitures -ont un défaut : ils s'usent sous l'effet des frottements. Pour pallier cet inconvénient, des chercheurs de l'université Carlos Ill de Madrid ont mis au point un système magnétique sans contact : les dents des engrenages sont remplacées par des aimants qui se repoussent et s'attirent. Alors que leur objectif était de créer un prototype fonctionnant dans l'espace (à -210°C et dans le vide), ils ont réussi à en réaliser un opérationnel à température ambiante. Ce système propre (sans lubrifiant) et à durée de vie plus longue pourrait avoir des applications dans de nombreux domaines industriels (transport, agroalimentaire ...).
Source : SCIENCE et VIE, n°1169, février 2015, signé O.L.

 

 

 

 

 

Actualité - Cosmos : l'eau de la comète visitée Rosetta est unique.

C'est fait ! Les physiciens ont analysé l'eau de la comète 67P Tchouri. Elle est différente non seulement de l'eau terrestre mais aussi de celle des comètes de la même famille, issues de la ceinture Kuiper.

Le spectromètre de masse Rosina, embarqué à bord de la sonde Rosetta, a livré ses mesures. Il s'agissait de capter des molécules d'eau dégazées par la comète, puis de compter combien étaient d'atomes d'hydrogène (au noyau formé d'un unique proton), et combien de deutérium (isotope de l'hydrogène dont le noyau contient un proton et un neutron).

Les gaz émis par Tchouri contiennent 5,3 atomes de deutérium pour 10 000 atomes d'hydrogène. Soit trois fois plus que dans les océans terrestres. Les comètes de Halley, Hale-Bopp en ayant deux fois plus, il est possible que les compositions des comètes soient hétérogènes. Pour en savoir d'avantage, il faudra affiner les analyses. En mesurant la variation d'autres éléments chimiques comme l'azote. Toutes les comètes ont deux fois plus d'azote lourd (15N) que les météorites ou que la Terre. Les scientifiques attendent donc la mesure de la composition isotopique de l'azote de la comète Tchou ri (prévue dans les prochains mois) qui apportera donc un indice supplémentaire déterminant.
A la lueur des résultats de Rosetta, ce sont les astéroïdes qui reviennent sur le devant de la scène pour expliquer l'origine de l'eau sur Terre. L'étude de l'évolution du système solaire primordial plaide en leur faveur.

« Les comètes ont pu apporter un maximum 2% de l'eau terrestre », Alessandro MORBIDELLI, planétologue à l'observatoire de la Côte-d'Azur, à Nice.

Planétologie :

Météorites.

Caillou extraterrestre tombé sur Terre. La plupart sont des morceaux d'astéroïdes. Les plus primitives sont les chondrites carbonées, de billes d'agglomérées dans une matrice de silicates hydratés.

Astéroïdes.

Petit corps rocheux de quelques mètres à quelques centaines de kilomètres et qui gravitent sur des orbites peu elliptiques soit entre Mars et Jupiter, soit dans la ceinture de Kuiper;

Comètes.

Petit corps glacé qui gravite sur des orbites elliptiques, soit dans la ceinture de Kuiper, entre 30 et 50 fois la distance Terre-Soleil, soit dans le nuage d'Ort, entre 10 000 et 150 000 fois la distance Terre Soleil.

Source : SCIENCE et AVENIR, n° 816, février 2015, signé Jacques- Olivier BARUCH.

Actualités- physique : le graphène, superfiltre à protons.

lpv876Matériau le plus résistant et le plus fin qui soit, le graphène, feuillet de carbone de l'épaisseur d'un seul atome, ajoute une nouvelle qualité à la liste de ses propriétés exceptionnelles.

Une équipe internationale menée par André GEIM, de l'université de Manchester en Angleterre, a en effet mis en évidence que ce matériau agissait comme un filtre chimique extrêmement efficace : il laissait passer des protons -des atomes d'hydrogène dépouillés de leurs électrons- tout en étant imperméable au moindre atome, y compris l'hydrogène.

La découverte promet d'améliorer considérablement la technologie des piles à hydrogène et de l'oxygène, une membrane joue un rôle central en empêchant les deux réactifs d'entrer en contact, tout en laissant passer les protons produits par l'hydrogène.
Mais les membranes actuelles présentent des défauts : elles ne sont pas totalement imperméables et elles sont assez épaisses, si bien que le flux n'est pas optimal. Deux verrous que l'on pourrait faire sauter avec le graphène.

Mais il reste encore du chemin à parcourir. « Dans leur expérience, les chercheurs ont utilisé un film de graphène de 6 micromètres de diamètre seulement, note Gérard POURCELLY, de l'Institut européen des membranes, à Montpellier. Pour une pile à hydrogène, il faudra cette fois concevoir des membranes sans défaut de plusieurs centimètres carrés. Ce qui signifie améliorer sensiblement les techniques de fabrication actuelles ».

Source : LA RECHERCHE, n° 496, février 2015, signé Julien BOURDET.

Actualités- technologie : filmer 100 milliards d'images par seconde.

lpv877Cent milliards d'images par second ! C'est le rythme effréné auquel une caméra ultrarapide d'un nouveau genre filme des événements uniques en deux dimensions. Mise au point par Lihong WANG et son équipe de l'université Washington de Saint-Louis, aux Etats-Unis, elle a filmé en une seule prise des phénomènes physiques qui ne se répètent pas dans le temps, telle la course d'une impulsion lumineuse dans l'air. Le dispositif consiste en une caméra « à balayage de fente », utilisée à filmer des phénomènes rapides et répétés dans le temps, associé à un système optique capable de compresser les signaux lumineux à l'aide d'une puce connectée à un ordinateur. Cette puce est recouverte d'un million de miroirs de quelques micromètres de côté et d'inclinaison réglable selon deux orientations. Dans l'une, la lumière est transmise vers la caméra de balayage, dans l'autre, elle est réfléchie vers l'extérieur du système. Un programme fixe l'orientation des miroirs de façon aléatoire, de sorte que seule la moitié de l'information lumineuse est transmise.

La caméra de balayage reçoit cette information partielle, convertit les photons en électrons et les sépare selon leurs temps d'arrivée. Ces électrons, contenant l'information visuelle, sont ensuite distribués pixel par pixel sur un capteur optique. Après cinq milliardièmes de secondes d'acquisition, chaque rangée de pixels contient une image compressée de la scène à un instant donné. Enfin, un algorithme trie ces données et reconstitue la vidéo dans son intégralité.

Source : La Recherche, n° 496, février 2015, signé Gautier CARIOU.

Science et technique : un métal extrêmement hydrofuge.

Des chercheurs ont réalisé une surface métallique extrêmement hydrofuge. On l'obtient sans le traitement chimique habituel. L'équipe de Chunlei GUO de l'université de Rochester a traité le métal au laser. Leur travail est rapporté dans la revue « Journal of Applied Physics ». Il est tellement hydrophobe que les gouttes d'eau rebondissent comme des balles de caoutchouc. Il est beaucoup plus hydrophobe que le Teflon. Une goutte d'eau sur une surface en teflon se renverse seulement si on incline la surface de 70 degrés. Sur une surface traitée au laser il suffisait seulement de 5 degrés.

Les chercheurs ont réchauffé la surface métallique avec un rayon laser en réalisant des rainures parallèles, extrêmement fines. La nanostructure fissurée empêche les gouttes d'y adhérer. La nanostructure fine est durable et ne s'enlève pas.
Pour les matériaux super-hydrophobes il y a de multiples applications. La plus connue est la céramique sanitaire, mais elle protège aussi de la rouille et de l'englacement.

Source : Der Spiegel on-line du 23 janvier 2014, signé hda.

Les plus grands chantiers du monde : le pont de la démesure- liaison Hong Kong-Macao.

lpv878Ce projet pharaonique, conçu pour relier Hong Kong à Macao en 2016, fut un véritable casse-tête pour ses concepteurs : sur 42 km, il alterne ponts et tunnels pour esquiver chacun des obstacles dressés sur son tracé.

Il faut aujourd'hui plus de quatre heures en voiture pour contourner l'embouchure de la rivière par le nord, et la traverser grâce au pont de Humen (4,5 km de longueur) et relier les deux côtés de l'estuaire. Avec le futur pont-tunnel, le temps de trajet sera divisé par cinq : pas plus de 45 minutes. De quoi permettre d'accompagner le développement économique de cette zone, l'une des plus dynamiques de Chine. En 2016, de 10 000 à 14 000 véhicules devraient emprunter l'ouvrage chaque jour. Un chiffre qui pourrait atteindre entre 35 000 et 50 000 véhicules (soit près de 200 000 usagers) par jour en 2035, selon les prévisions des autorités chinoises.

lpv879En réalité il ne sera pas un « simple» pont routier de 42 kilomètres, mais une kyrielle d'ouvrages d'art mis bout à bout pour former un ensemble d'une taille et d'une ambition absolument inédite.

En partant de la rive ouest, le projet débute par une île artificielle de 2 kilomètres carrés gagnée sur la mer, le seul moyen de trouver un endroit pour accueillir les locaux d'administration et de maintenance du pont.

Vient ensuite un pont en béton précontraint de 22,9 km de longueur et de 33 mètres de large, supportant une route à deux fois trois voies limitée à 100 km/h et enjambant la majeure partie de l'estuaire. Cette portion sera dotée de trois parties à grandes travées (de plus de 100 mètres de longueur) équipées de haubans. La route plongera ensuite jusqu'à 45 mètres sous le niveau de la mer pour se transformer en tunnel sous-marin de 6,7 km de longueur. Pour assurer la transition entre le pont et le tunnel, chaque extrémité de ce dernier sera formée, là aussi, d'îles artificielles d'une dizaine d'hectares chacune.

Puis, la route reprend sur 9,4 kilomètres la forme d'un pont en béton précontraint à double tablier, avant de se transformer à nouveau dans un tunnel d'un peu plus de 1 kilomètre, percé dans une colline. Enfin, un tronçon de 2 kilomètres de viaduc terrestre accoste sur une seconde île artificielle qui fait office de poste frontière.

Le coût de l'ensemble de ce projet s'élève à près de 10 milliards d'euros. L'ensemble représentera des millions de mètres cubes excavés et de béton, 830 pieux de fondation, 3 500 tonnes d'acier inoxydable anticorrosion pour le renforcement du béton, le tout mis en œuvre par plus de 4 000 personnes !

lpv8791L'ampleur du projet est telle qu'il a dû être saucissonné et sa conception confiée à plus d'une dizaine de cabinets d'études.
Le chantier est en cours de construction depuis plusieurs années. La pose de la première pierre a eu lieu en 2009 à Macao, mais n'a réellement démarré qu'en 2011 à Hong Kong. A ce jour, la base des îles artificielles est réalisée, et les piles du pont devraient être terminées à la fin de l'année pour permettre la pose des travées et l'installation des chaussées en 2015. L'ensemble doit, en théorie, entrer en service en 2016.
Outre son envergure et son ambition, le projet se caractérise par un nombre impressionnant de contraintes externes, qui font de ce mégaprojet de construction un véritable casse-tête chinois.

6 défis à relever :

  • S'intégrer dans le trafic aérien et maritime : permettre le passage de porte-conteneurs de plus de 40m de hauteur ; tunnel sous-marin dans l'axe des pistes de l'aéroport.
  • Résister aux typhons : le tablier du pont supportera des vents de 300km/h. Le tablier du pont sera bardé de capteurs GPS dernier cri pour mesurer en temps réel sa déformation, détecter rapidement d'éventuelles anomalies.
  • S'adapter aux spécificités géologiques locales : pour que les fondations reposent directement sur la roche, des pieux mesurant jusqu'à 100 mètres ont été forés dans le sol marin.
  • Respecter les contraintes administratives : à proximité de l'aéroport de Hong Kong, la hauteur de chantier doit respecter une limite, contrôlée par les autorités à l'aide de radars.
  • Préserver l'environnement : parmi les espèces animales à ne pas déranger : le dauphin blanc de Chine, endémique à l'estuaire et menacé d'extinction.
  • Intégrer le risque sismique : le pont a été conçu pour une durabilité de cent vingt ans, au lieu de cinquante à cent ans habituellement demandés pour ce type de structure. S'adapter, c'est utiliser de joints de dilatation, des peignes métalliques imbriqués qui sont placés entre des portions de tablier et qui peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre jusqu'à 30 centimètres, permettant ainsi au pont d'absorber sans dégât les secousses.

Source : SCIENCE et VIE hors série, décembre 2014, par Pierre-Yves BOCQUET.

*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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