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lu pour vous numéro 114

Détails

" Lu pour vous " n° 114*

Sommaire

  • Science & futur : une centrale solaire géante se monte en plein désert
  • Science & futur : du plastique recyclé pourrait remplacer l'asphalte de nos routes
  • Actualité-médecine : on sait cultiver des cordes vocales pour les greffer
  • Science & futur : un robot agricole permettra de désherber sans pesticide
  • Science & futur : une citerne roulante facilite déjà l'accès à l'eau de 300 000 Africains
  • High-Tech : le train du futur s'affranchit des rails
  • Planètes géantes : leur genèse enfin élucidée

Science & futur : Une centrale solaire géante se monte en plein désert (Ouarzazate, Maroc).

lpv1141La première centrale solaire du complexe Noor (en français, « lumière »), qui en comptera quatre, vient d'être achevée. Ses 500 000 miroirs s'étalent sur 450 hectares dans le désert marocain aux abords de Ourzazate. Chaque miroir, parabolique, haut de 12 mètres, concentre les rayons solaires et les dirigent sur un tube ou circule une huile synthétique. La température de l'huile grimpe ainsi à plus de 300°C et chauffe alors l'eau d'un réservoir, qui se transforme en vapeur, animant des turbines pour générer de l'électricité.
La nuit, deux réservoirs remplis de de sels fondus stockent la chaleur, assurant trois heures de production électrique. Noor 1produit 160 MW d'électricité. Les quatre centrales solaires totaliseront 580 MW, assez pour alimenter un million de foyers.

« Le plus grand défi auquel nous avons été confrontés a été de pouvoir terminer le projet à temps avec le (niveau) de performance dont nous avions besoin », a déclaré le directeur du projet, Rachid Bayed, au quotidien britannique The Guardian.
Lorsque le complexe sera totalement opérationnel, Noor 1sera la plus grande usine d’énergie solaire concentrée dans le monde.
Et le Maroc ne veut pas s'arrêter là : le solaire devra représenter un tiers de l'approvisionnement en énergie renouvelables du pays en 2020.

Source : Science & Vie n°1180, janvier 2016, signé E.P.

Science & futur : du plastique recyclé pourrait remplacer l'asphalte de nos routes.

Et si, d’ici quinze ans, nous roulions en Europe sur des routes fabriquées à base de déchets Plastiques ? Voici ce que propose le géant néerlandais VolkerWessels, spécialisé dans les infrastructures et les transports. Le plastique recyclé sera transformé en éléments préfabriqués, eux-mêmes assemblés sur le tracé en un temps record. « Seulement quelques semaines, contre des mois aujourd’hui, assure VolkjerWessels. Des routes trois fois plus durables qu'actuellement, et résistants, à des températures de - 40°C à 80°C, promet l'industriel.

Principal avantage de la PlasticRoad : sa structure creuse, qui permet de faire passer facilement câbles et tuyaux, mais aussi, et ce dès la phase de fabrication, boucles électriques, capteurs, connexions ... Cette route en plastique n'existe pas encore, mais VolkerWessels espère bien démarrer sa fabrication rapidement. Un prototype doit être testé à Rotterdam.

Source : Science & Vie, n° 1180, janvier 2016, signé E.T.

Actualité-médecine : on sait cultiver des cordes vocales pour les greffer

lpv1142Faire pousser des cordes vocales au laboratoire avant de les greffer sur des patients ayant perdu leur voix après de graves lésions : voilà le défi que tentent de relever des chercheurs américains de l'université du Wisconsin. Certains cancers ou maladies virales peuvent en effet abîmer la muqueuse qui compose les cordes vocales et entraîner une limitation voire une perte de la parole.

Les biologistes ont développé leur méthode à partir de deux types de cellules qui peuvent être prélevées sur les cordes vocales de donneurs : les fibroblastes et les cellules épithéliales. En les cultivant sur des supports en trois dimensions, ils ont eu l'heureuse surprise de constater que ces cellules se réorganisaient naturellement pour former de nouvelles cordes vocales présentant la même structure et les mêmes propriétés élastiques et vibratoires que la version naturelle.

Reste à expérimenter la greffe sur des animaux, puis chez l'homme. » Une telle opération est aujourd'hui tout à fait possible techniquement », rappelle Nathan Welham, coauteur de ces travaux

A terme, « l'idée est de constituer des banques de fibroblastes et des cellules épithéliales conservées par congélation, et de se lancer dans la culture de cordes vocales à la demande pour obtenir la surface désirée », clarifie-t-il.

Source : Science & Vie, n° 1181, février 2016, signé A.R.

Science & futur : un robot agricole permettra de désherber sans pesticide.

lpv1143Exit les pesticides avec Bornirob, un robot imaginé par Deep Field Robotics (une start-up qui dépend de Bosch (Allemagne). Grâce à le télédétection laser et au GPS, il calcule sa position au centimètre près à travers champs Scanner et caméra lui permettent alors, en les comparant à sa banque d'images, de faire le tri entre cultures et mauvaises herbes. Une tige télescopique écrase ensuite les plants indésirables afin de les éliminer mécaniquement. Bonirob suit aussi le développement de chaque plante d'un champ, recommandant arrosage, apport d'intrants.

Source : Science & Vie, n° 1181, février 2016, signé E.T.-A.

Science & futur : une citerne roulante facilite déjà l'accès à l'eau de 300 000 Africains.

lpv1144Plus d'un tiers de la population africaine rencontre toujours des difficultés d'accès à l'eau potable. En particulier parce que les points d'eau se situent souvent à plusieurs kilomètres. Pour faciliter son transport sur de longues distances, Deux Sud-Africains, l'ingénieur Pettie Petzer et le designer Johan Jonker, ont créé l'Hippo Water Rollere. Ce bidon en polyéthylène roto moulé permet de transporter jusqu'à 90 litres d'eau à chaque voyage en le faisant rouler à l'aide d'une grande poignée, limitant les allers-retours, auparavant quotidiens, à deux ou trois fois par semaine. Une innovation qui fête cette année ses ... 25 ans ! Et à laquelle il a donc fallu un quart de siècle, au fil de campagnes de distribution ciblant les lieux ou l'eau est rare, pour être enfin utilisée par 300 000 personnes. Preuve que, même simples, les innovations utiles ont besoin d'être soutenues dans la durée.

Source : Science & Vie, n° 1181,février 2016, signé E.T.-A.

High- Tech : Le train du futur s'affranchit des rails.

La lévitation magnétique permet aux trains de se libérer des forces de friction qui les ralentissent. Chinois et Japonais peaufinent des projets ambitieux alors qu'aux Etats-Unis. Le programme Hyperloop se précise. Gros plan sur cette technologie
A l'université Jiaotong,à Chengdu (Sud-Ouest de la Chine), au laboratoire du professeur Deng Zigang, se dessinent et se testent les trains chinois du futur . Des machines à très grande vitesse, dont la technologie repose sur le phénomène de la supraconductivité.
Dans un hangar ultra moderne destiné aux simulations, un tube transparent de 105 mètres de diamètre, formant une boucle de 6 mètres. Il contient un petit véhicule de la taille d'une auto­ tamponneuse posé sur ce que ressemble à des rails classiques. C'est pourtant le tout nouveau prototype de Maglev destiné à atteindre des vitesses record.

lpv1145Objectif : prouver que ce véhicule peut s'affranchir des contraintes de frottement. Car à très grandes vitesses- et quel que soit leur mode de propulsion, tous les véhicules perdent de l'énergie : par friction des roues sur l'asphalte pour les voitures, de la carlingue plongée dans l'air pour les avions, des roues sur les rails pour les trains « classiques)...

« Nous cherchons à développer une technologie fondée sur la supraconductivité dite à haute température (HTS) poursuit Deng Zigiang. Autrement dit, ou les matériaux sont refroidis à l’azote liquide (-195,79°C), et non à l'hélium, dix fois plus cher, qui se liquéfie à -269°C. » Nous refroidissons des pastilles d'oxydes mixtes de baryum, de cuivre et d'yttrium (YBa-CuO), qui deviennent supraconductrices. Placés aux quatre extrémités de notre véhicule, elles permettent sa lévitation au - dessus du rail magnétique composé d'aimants en néodyme. »
lpv1146L'équipe d'étudiants retire alors les supports qui retiennent la voiturette : aussitôt, celle-ci flotte au­ dessus du rail ! » Vous voyez, sans aucune alimentation électrique ni contrôle, notre véhicule lévite à l'arrêt de façon très stable à près de 15-20 mm au-dessus de la voie ! », s’exclame le chercheur.

Une stabilité obtenue par le phénomène dit de flux pinning. Un incontestable atout face au Maglev japonais qui lui, ne peut décoller magnétiquement, qu'après avoir atteint 150 km/h avec une propulsion à roues classique .
La Chine n'est pas la seule nation à s'intéresser à la HTS. Des tests sont également menés en Allemagne, en Russie et surtout au Brésil ou les essais du Maglev Cobra se font avec une voiture de taille réelle sur une piste de 200 m de long. Mais tous se heurtent au même épineux problème.

lpv1147Pour espérer fabriquer un jour ces rails aimantés, il faudrait s'approvisionner en énormes quantités de néodyme, une terre rare...dont la Chine assure 70% de la production mondiale ! Un atout évident pour ce pays, comme le reconnait Den Zigang qui affirme cependant explorer d'autres pistes. » Nous menons également des recherches pour utiliser des aimants en ferrite, nettement moins coûteuse que le néodyme”. Autre question de physique classique cette fois : jusqu’à quelle vitesse en lévitation peut-il réellement aller ?
Car une contrainte demeure : les frottements de l'air. « Dans le cas d'un avion volant à 400 km/h à quelques mètres d'altitude, 83% de la force de traction est dissipée par la résistance de l'air, rappelle le chercheur chinois. C'est d'ailleurs pour cette raison que les avions commerciales volent à près de 10 000 m d'altitude, ou la résistance est environ cinq fois moindre, » Une seule solution, faire le vide

Les mêmes conditions qu’un avion en vol.

lpv1148C'est l'idée centrale du dispositif en forme de tube contenant le mini-Maglev chinois : le délester de toutes les molécules d'air. Hermétiquement fermé, le Plexiglas renforcé (PMMA) est capable de résister à la dépressurisation assurée par un puissant système de pompe installé à côté du rail de test. Ce dernier est mis en marche à partir d’une salle de contrôle. Rapidement, on entend les craquements du plastique soumis à dépressurisation. En quelques minutes, 20% de l'air du tube est ainsi prélevé et il faut attendre trois quarts d'heure pour atteindre l'équivalent de ce que connaissent les avions en vol.

Une fois ces conditions obtenues, notre Maglev miniature va pouvoir atteindre les 40 km/h contre 20 km/h sans dépressurisation, ce qui est déjà beaucoup sur un circuit en boucle aussi court ! » se félicite-t-il.

L'idée de voyager dans des tubes basse pression rappelle celle du projet Hyperloop. Deng Zigang voit dans l'alliance lévitation magnétique-dépressurisation de quoi révolutionner le transport sur rail ». Et compte parvenir à « faire le vide dans les tubes jusqu'à un dixième de la pression de l'atmosphère au sol et développer des Maglev à taille réelle pour plusieurs passagers ». Objectif affiché, procéder par étapes pour « dépasser les 600km/h puis les 800 km/h et ainsi de suite. Atteindre les 3 000 km/h reste très théorique mais lorsque l'on pourra dépasser la vitesse actuelle des avions de ligne, le Maglev sera alors vraiment crédité comme nouvelle technologie de transport.

Source : Science et Avenir, n° 828, février 2016, par Nicolas Sridi à Chengdu.

Planètes géantes : leur genèse enfin élucidée

lpv1149En mobilisant un incroyable arsenal de mécanismes physique, les astrophysiciens ont finalement réussi à comprendre la formation des planètes géantes. C'était la dernière grande énigme du système solaire : la formation des planètes, en particulier des géantes, lesquelles concentrent toutes les difficultés. Comment se fabriquent Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, ces colosses qui représentent 99% de la masse des astres orbitant autour du Soleil !

Les ingrédients de base sont connus : au départ, il n'y a que de minuscules poussières de taille micrométriques qui gravitent dans un disque autour des toute jeunes étoiles, les télescopes en détectent aujourd'hui dans les nébuleuses protoplanétaires. Le résultat final également : des monstres planétaires composés d'un noyau solide de plusieurs milliers de kilomètres chapeauté par une faramineuse atmosphère gazeuse. Entre les deux ? Deux gros points d'interrogation ...

Sachant que le timing est crucial. Le gaz de la nébuleuse protoplanétaire s'évapore sous l'effet du rayonnement de l'étoile centrale. En quelques millions d'années seulement ; il s'agit donc de fabriquer le noyau des planètes géantes assez rapidement pour lui laisser le temps de se parer de sa gigantesque enveloppe de gaz.

Malgré de simulations numériques de plus en plus raffinées, les spécialistes ne parvenaient toujours pas à proposer une recette qui, du micromètre à la centaine de milliers de kilomètres, permet d'assembler la matière à travers ces 14 échelles de grandeur.
Jusqu'à ce que, ces derniers mois, le puzzle s'assemble enfin. « Dans ses grandes lignes, le scénario de formation des noyaux des planètes géantes est réglé ! », s’enthousiasme Anders Johansen, à l'université Lund, en Suède, l'un des artisans de la prouesse. « Il va falloir affiner, mais qualitativement l'énigme est résolue », confirme Alessandro Morbidelli. Comment ? Grâce à deux avancées majeures, publiées il y a quelques mois à peine, qui permettent enfin de donner corps aux milliards de Jupiter qui peuplent notre galaxie, et qui laissent estomaqué devant l'incroyable débauche de moyens techniques nécessaires pour fabriquer ces géants.

Les cinq étapes de la naissance des géantes.

La première étape de cette genèse, assembler des poussières d'un millième de millimètre en des grains de quelques millimètres à quelques centimètres, n'était pas un souci. Le principal acteur étant ici la force de van de Waals, qui résulte du fait que deux surfaces s'attirent spontanément du fait que les molécules à la surface d'un corps sont en partie privées de leur voisinage.
Le premier gros problème survenait à l'étape suivante : calculs et expériences montraient qu'au-delà de quelques centimètres, les grains cessent de grossir. « Plus les grains grossissent, plus leur énergie cinétique augmente. Ainsi, au-delà d'un diamètre d'une dizaine de centimètres, le bilan d'une collision entre deux grains n'est plus leur accrétion mais leur fragmentation. » Ce que les spécialistes appellent la « barrière du mètre ».

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« Ces dernières années, plusieurs mécanismes ont été invoqués suggérant que les disques protoplanétaires contiennent des poussières chargées électriquement », explique Jean-François Gonzales (Centre de recherche astrophysique de Lyon).
Les expérimentateurs démontrent que lorsque les grains chargés d'électricité statique chutent librement dans un tube à vide, ils s'attirent avec une intensité bien plus importante gue des grains neutres. Les astrophysiciens disposent enfin d'un mécanisme permettant aux grains interstellaires de continuer à s'accréter au lieu de se fragmenter.

Ces expériences n'ont en effet été réalisées qu'avec des grains de taille inférieure au millimètre.
Mais ce mécanisme permet de gagner trois ordres de grandeur dans l'énergie cinétique au-delà de laquelle une collision s'accompagne d'une destruction des impacteurs. Ce qui pourrait faire croître les blocs jusqu'à la taille de quelques mètres. Et permettrait de franchir une étape décisive dans la formation des planètes, en particulier les telluriques.

Le problème, c'est que pour les géantes, ce n'était pas la seule barrière. Tout se passe bien à l'étape suivante. Le mécanisme permettant de faire évoluer des blocs de quelques mètres en embryons planétaires de quelques centaines de kilomètres de diamètre a été mis en évidence par Anders Johansen en 2007. L'acteur clé est, cette fois, la turbulence à l'œuvre dans le disque protoplanétaire, qui engendre de tourbillons de matière à toutes les échelles : les amas de roches liées par la gravité se condensent peu à peu, au point de faire de ces vortex de véritables creusets d'où émergent une myriade d'embryions de quelques centaines de kilomètres de diamètre.

Oui, mais comment transformer ensuite ces embryons en quelques rares noyaux de planètes géantes ? « Toutes les simulations montraient que les interactions gravitationnelles entres ces embryons, plutôt que les faires grossir, les envoient sur des orbites excentriques ou ils cessent de croître », détaille Sean Raymond au Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux.
En 2012, le même Johansen a eu une idée de génie : continuer à faire grossir les embryons sans les faire fusionner entre eux, mais plutôt par l'accrétion de fragments millimétriques ou centimétriques, ceux formés lors de la première étape et qui n'ont pas disparu lors des suivantes.

« Les observations ont révélé que de nombreux disques contenant des planètes en formation contiennent encore ce type de fragments », souligne le physicien.

Les simulations numériques ne tardent pas à le confirmer : à cause de leur petite taille, les grains sont freinés par le gaz dans lequel ils baignent et tombent rapidement sur les embryons, engendrant un noyau de géante avec une efficacité redoutable. Lorsqu’Harold Levinson teste le nouveau mécanisme sur ses ordinateurs à l'échelle d'un système planétaire complet, c'est la catastrophe !
« L'effet de compétition entre les différents embryons a donné une centaine de noyaux de la taille de la Terre, et non quelques noyaux de 10 masses terrestres comme on s'y attendait », raconte Katherine Kretke, membre de l'équipe.

Il manquait de fait un dernier ingrédient... que les astrophysiciens ont découvert il y a seulement quelques mois. L'idée est toute simple : il suffit d'imaginer la première étape continue de former des grains de poussières. Autrement dit, plutôt que de mettre leurs embryons en présence de la totalité de leurs cailloux, ils les plongent dans un réservoir en renouvellement permanent. Résultat des simulations : le processus d'accrétion est plus lent, mais cela laisse le temps aux embryons de se perturber gravitationnellement les uns aux autres, au point que la majorité des corps terminent sur des orbites excentriques et inclinées, privés de ressources.

Ceux qui restent peuvent alors atteindre la taille adéquate, rassemblant généralement dans un seul corps solide de quelques milliers de kilomètres de diamètre dix fois plus de matière que notre Terre. Et ce en quelques millions d'années seulement : assez rapidement pour qu'il y ait encore du gaz à aspirer.

Ne reste plus qu'à admirer la cinquième et dernière étape, lorsque ces quelques monstres planétaires qui gravitent autour de leur étoile aspirent tout le gaz alentour. Les modèles montrent qu'il suffit de quelques milliers d'années seulement. Le processus est si rapide que leur géantes numériques finissent par devenir obèses.

Source : Science et Vie, n° 1181, février 2015, signé Mathieu Grousson.

*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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