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lu pour vous numéro 122

Détails

" Lu pour vous " n° 122*

Sommaire :

  • High-Tech : des drones inspectent les avions
  • High-Tech / Océanologie : un robot sous-marin, auxiliaire tactile des archéologues
  • Dossier spécial / Un Euro high-tech : un ballon pour dompter les caprices de l'aérodynamique
  • Dossier spécial / Un Euro high-tech : une pelouse hybride
  • Passion high-tech : la maison au doigt et à l’œil
  • Zurich : tête de pont de l'habitat partagé
  • Fondamentaux Chimie : les nouvelles variétés des jardins chimiques confinés

High-Tech : des drones inspectent les avions.

lpv1221Une start-up française utilise un essaim de drones dotés de caméras pour détecter les impacts de foudre sur les avions.

Figurant parmi les 10 « innovateurs de moins de 35 ans » français sélectionnés par la revue du MIT (Massachusetts Institute of Technology), Matthieu Claybrough a fondé en 2015 avec trois partenaires la société Donecle, à Toulouse, à l’origine d’une solution alternative à la manière actuelle, (15 personnes pendant 8 heures) : un essaim de drones équipés de micro caméras intelligentes.

Un prototype est déjà autorisé à scruter des A 320 dans le cadre de démonstrations. « Nous le faisons en hangar pour l’instant car la réglementation interdit de déployer des drones près des pistes, explique cet ingénieur de l’école polytechnique de SupAéro. Mais le GPS passe mal, voire pas du tout, à cause des structures métalliques. D’où l’utilisation de capteurs lasers sur les drones et d’algorithmes qui calculent en temps réel leur position par rapport à l’avion.

La mission d’inspection étant toujours la même, les trajets des drones, situés à un mètre de la carlingue, sont préprogrammés dans un logiciel embarqué dans une tablette. Il suffit à l’opérateur de cliquer sur un bouton pour que l’inspection se déroule automatiquement sans qu’un pilotage soit nécessaire. Une fois dans les airs, les caméras ne retiennent que les zones où apparaissent de petites taches noires, défaut ou non. Entrainées avec un logiciel d’apprentissage, elles peuvent les répertorier pour faire la distinction entre une sonde Pitot, un rivet, une tache de corrosion ou une anomalie. « Un rapport de dommages est aussitôt envoyé sur la tablette avec chaque zone d’inspection et sa classification proposée, avec un pourcentage de probabilité. Mais c’est un inspecteur qualifié qui contrôle l’ensemble. « Au final, une telle inspection prend vingt minutes au plus.

Source : Science et Avenir, n° 831, mai 2016, signé Arnaud Devillard.

High-Tech : Océanologie, un robot sous-marin, auxiliaire tactile des archéologues.

lpv1222Océan One est capable d’explorer une épave avec le doigté d’un humain à des profondeurs ou les équipes de recherche ne s’aventurent pas.
Les épaves reposant au fond des abysses depuis des siècles sont désormais à portée de main... d’humanoïde. E effet, le robot sous-marin Océan One est capable d’explorer une épave avec le doigt d’un humain à des profondeurs ou les équipes de recherche n’ s’aventurent pas. Rares sont les archéologues capables de travailler au-delà de 50 mètres. Et passé -300 mètres, l’humain atteint ses limites physiologiques. Le robot, lui, peut y travailler sans contrainte de durée. Conçu par l’équipe du Pr Oussama Khatib, de l’université Stanford (Californie), Océan One est en matériaux composites et pèse près de 180kg. Il effectue actuellement des plongées à 100 mètres de profondeur, mais devrait atteindre les 1 000 mètres à terme.

Des moteurs à hélices lui permettent de se déplacer.

Les premiers essais ont eu lieu ce printemps, au marge de Toulon, le robot a été envoyé explorer La Lune, de la marine de Louis XIV ayant sombré en 1664. Le prototype testé est équipé de deux bras prolongés de mains à trois doigts, de caméras haute définition insérées dans ses yeux et de petits moteurs à hélices qui lui permettent de se déplacer. Il est relié à un robot suiveur immergé à mi- profondeur, qui assure l’interface avec la surface. La liaison se fait par câble car «un grand volume de données doit être échangé avec le contrôle, notamment les images haute définition des caméras. Ce qui nécessite une très grande bande passante. Mais, à terme, Océan One pourrait être équipé d’un modem optique qui permettra une communication sans fil avec le robot suiveur », précise Vincent Creuze, du Laboratoire d’informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier, l’un des concepteurs.

Surtout, si Océan One est un pionnier, c’est par la sensation de toucher qu’il restitue à l’archéologue resté à bord. De faite, grâce à la mesure des efforts mécaniques des bras à deux interfaces haptiques, sortes de joystick restituant les forces et les couples mécaniques, le robot sous-marin transmet à l’archéologue aux commandes ce qu’il «ressent» simultanément en profondeur. « Nous avons utilisé le même concept que pour les robots d’assistance chirurgicale avec lesquels le médecin ressent la texture des tissus qu’il incise », précise Oussama Khatib.

« Océan One n’a pas pour but de remplacer l’humain, mais bien de permettre à l’homme de faire ce qu’il sait faire. Derrière ses commandes, l’archéologue oublie qu’il n’est pas lui-même au fond », affirme Michel L’Hour, le directeur du Drassm (Département de recherches archéologiques subaquatiques et sous-marines). Le développement d’outils robotiques est un enjeu crucial pour l’archéologie sous-marine. Le Drassm a déjà recensé 300 épaves intéressantes situées entre 300 et 1 000 mètres de profondeur.

Source : Science et Avenir, n° 832 ; juin 2016, signé Morgane Kergoat et Joël Ignaste.

Dossier spécial – Un Euro high-tech : un ballon pour dompter les caprices de l’aérodynamique.

lpv1223« Beau jeu » Ballon officiel de l’Euro 2016 : 437 grammes, 69 centimètres de circonférence. Il est formé d’un assemblage de 6 pièces en forme d’hélice composées de cinq couches superposées de polyuréthane, et collées sur une chambre à air en latex.
Chaque ballon utilisé lors de la compétition a passé avec succès une batterie de 80 tests, subissant par exemple des conditions d’humidité et de chaleur extrêmes, ou résistant à une série de 3500 tirs à 50 km/h sur une plaque en acier.

Source : Science et Avenir, n° 832, juin 2016, signé C.G.

 

 

Dossier spécial / un Euro high-tech : une pelouse hybride

lpv1224Alternatives au gazon naturel, dont l’entretien est aussi difficile que coûteux.

Les pelouses 100% synthétiques n’ayant pas convaincu les joueurs qui déplorent leurs rebonds surprenants et leur dureté traumatisante pour les articulations, le football français ne jure désormais plus que par l’hybride.
Deux technologies commercialisées par des entreprises tricolores rivalisent aujourd’hui : celle de Desso, utilisée au Parc des Princes, consiste à implanter, à une profondeur de 20 cm, 20 millions de fibres synthétiques parmi les brins d’herbe d’un terrain, pour obtenir une pelouse trois fois plus résistante qu’un gazon ordinaire.

Le Parc olympique lyonnais a pour sa part opté pour la solution Natural Grass : la pelouse reste entièrement naturelle, mais elle s’enracine dans un substrat de synthèse constitué de 150 milliards de microfibres synthétiques renforçant la résistance de l’herbe, de granules de liège limitant les chocs lors des appuis et de sable fin pour le drainage .Pour ne rien gâcher, un greenkereper, comprendre un jardinier high-tech, est entièrement dédié à l’entretien de la pelouse, sur laquelle veille également des systèmes de chauffage et de luminothérapie.

Source : Science et Avenir, n° 832, juin 2016, signé C.G.

Passions high-tech : la maison au doigt et à l’œil.

De la qualité de l’air au jardinage, les objets connectés touchent désormais tous les domaines. Dernières trouvailles de la domotique.
La domotique s’installe dans les foyers. Et le spectre des objets connectés ne cesse de s’enrichir.

Dorénavant, d’un seul mouvement du doigt sur son smartphone, sa tablette, ou encore à partir d’une télécommande, on peut commander l’ensemble de la maison : l’éclairage, l’arrosage des plantes vertes du salon ou le déclanchement des radiateurs. L’imagination des fabricants traditionnels et de nombreuses start-up est sans limites. Avec, pour tous ces objets, un même objectif : simplifier la vie au quotidien et accompagner les personnes les plus vulnérables.

Les Français plébiscitent toutes ces innovations. Bien que les principaux usages de la domotique dans l’espace privé se limitent encore au chauffage, pour réaliser des économies d’énergie, à l’alarme pour sécuriser son habitat, aux volets roulants pour améliorer le confort et, enfin, à l’éclairage pour contrôler à distance l’extinction des feux.

Viennent ensuite se greffer des fonctions connexes, comme l’ouverture des portes (portail, garage, domicile) à distance ou le pilotage des appareils multimédia (télévision, enceintes sans fil...)

Avec l’explosion d’équipements connectés, le risque est de se perdre dans la multitude de télécommandes ou d’applications téléchargées sur son smartphone. La solution ? Les acteurs du secteur de la domotique, tels Delta Dore et Somfy, mais aussi les opérateurs télécoms ( Orange et SFR), ou encore les grandes surfaces de bricolage ( Castorama) proposent une application unique qui pilote l’ensemble des équipements connectés de la maison, grâce à une box domotique, à l’image de celles pour Internet. Intuitives et conviviales, mais également évolutives, ces box possèdent un mode de fonctionnement identique.

Source : L’Express, numéro 3387, 01/06/2016, par Christophe Soubiran

Zurich, tête de pont de l’habitat partagé

lpv1225Connue comme paradis des banques, la capitale économique suisse incarne aussi la ville du futur, avec 20% de ses habitants vivant en coopérative.

Située au nord de Zurich, Mehr als Wohnung (plus que de l’habitat) est une petite ville dans la ville qui s’étend sur 4 hectares, avec treize immeubles et 370 logements, où vivent 1 200 habitants, dont beaucoup de familles de la classe moyenne et moyenne supérieure. Construit sur une ancienne friche industrielle et inauguré en août 2015, cet ensemble est en réalité une coopérative, le nec plus ultra du genre. Architecte et gérant du projet, Andreas Hofer explique : « Chaque résident dispose de 35 m2 d’espace privé, contre 50m2 en moyenne pour la Suisse, mais jouit de 400 m2 d’installations communes. « Buanderie, salle de spectacle, de méditation, salons de musique insonorisés, sauna, jardin d’hiver, aire de jeu pour enfants... autant d’activités pour tous qui sont l’ADN de cet habitat partagé, dont Zurich est la tête de pont en Europe.

La flambée des prix du centre-ville.

Ses loyers modérés et son architecture soignée attirent de plus en plus de bobos post matérialistes. Un cadre de vie pris d’assaut par les enseignants, avocats, designers, soignants qui y voient une alternative salutaire à la banlieue, ou les relègue
Jeunes créatifs, patrons de PME, universitaires à la retraite, employés côtoient quelques étudiants et étrangers en attente de papiers. Chacun choisit ses occupations, sans obligation. Cinéma, bricolage, jardinage ou barbecue sur toit-terrasse avec vue sur les montagnes. Le lotissement compte aussi deux crèches, dont une privée, une école maternelle et des commerces en rez-de-chaussée : fleuriste, restaurant, coiffeur. Il y a même un atelier de luthier et un hôtel.

Mais le plus étonnant, c’est la modulation de l’habitat. « Nous avons voulu créer un laboratoire qui s’adapte aux phases de la vie », pointe Andreas Hofer. Des annexes aux logements, appelées « chambres jokers », permettent d’héberger temporairement un parent âgé ou un adolescent difficile. De grands appartements dits « satellites », proposent, eux, des espaces privatifs (chambre, salle de bains, cuisine) reliés à un grand salon commun, idéal, par exemple, pour une famille en garde alternée, après un divorce.

Coopérative suisse, en aucun cas ce ne sont des HLM. Elles ne bénéficient d’aucune subvention publique. Ce sont des résidences privées, autogérées, l’auto-organisation, la gestion démocratique et l’esprit de solidarité constituant le socle de notre culture collective ».

Comment ça marche :

La municipalité met des terrains à disposition. Les coopératives y construisent une résidence, dont les habitants achètent des parts, devenant ainsi coopérateurs. Ils sont copropriétaires et locataires de leur logement. Tous les surplus sont réinvestis dans la coopérative.
Tendances :
130 coopératives existent à Zurich, dont la majorité offre une centaine de logements. 28,5% des nouvelles constructions en 2014. 20 nouveaux projets en cours. 1054 euros par mois en moyenne pour un 4 pièce, contre 1 620 euros sur le marché classique.

Source : CHALLENGES, n°481, 8 juin 2016, signée Sabine Syfuss-Arnaud.

Fondamentaux - Chimie : les nouvelles variétés des jardins chimiques

Repères :

lpv1226Les jardins chimiques sont des structures minérales produites par une réaction de précipitation. Ils permettent de produire des matériaux de composition et de forme variables. Une croissance en milieu confiné permet de contrôler leur formation et de la modéliser.
Des chercheurs obtiennent de manière reproductible, de magnifiques concrétions minérales aux motifs variées, futures candidates pour de nouveaux matériaux.

Ces structures minérales colorées aux formes fascinantes sont le fruit d'une réaction chimique courante : une réaction de précipitation, une réaction chimique dont le produit, peu soluble dans le solvant, apparaît sous la forme solide. Avec une pointe de poésie, on appelle cela un « jardin chimique ».

Depuis que le chimiste allemand Johann Rudolf Glauber les a observées pour la première fois en 1646, ces concrétions minérales n'ont cessé de captiver les scientifiques.

Depuis une vingtaine d'années, c'est sur le lien entre les jardins chimiques et la genèse de la vie que se concentre l'intérêt des chercheurs. Etonnante coïncidence : les jardins chimiques partagent en effet les mêmes mécanismes physiques de formation que les cheminées hydrothermales, ces cheminées de plusieurs dizaines de mètres que l'on trouve au fond des océans et que l'on soupçonne être à l'origine de l'apparition de la vie sur Terre sous sa forme la plus rudimentaire. Des chercheurs utilisent ainsi les jardins chimiques tels des laboratoires miniatures, afin de reproduire les conditions observées dans les cheminées hydrothermales et tenter de comprendre l'émergence de la vie, du point de vue physico-chimique.

lpv1227Les jardins chimiques pourraient par ailleurs aider à expliquer bien d'autres phénomènes, puisque l'on retrouve les mêmes mécanismes de formation de structure dans la nature, à de nombreuses échelles, par exemple celle des tubes nanométriques (un nanomètre vaut un milliardième de mètre) qui apparaissent lors de l'hydratation du ciment ou celle des brinicles ; nom anglophone donné aux colonnes d'au fortement salées qui se forment en mer sous la glace. Ils présentent aussi des avantages beaucoup plus concrets : ce sont des candidats prometteurs pour créer des structures auto-organisées de nouveaux matériaux. Ils sont dans ce cadre, l'objet de nombreuses recherches en chimie, en physique et en science des matériaux. Par exemple, en tirant partie de la différence de composition chimique entre les parois interne et externe des tubes créent durant la croissance de jardins chimiques, on peut imaginer produire des dispositifs micro fluidiques ayant des propriétés physico-chimiques particulières. Pour cela, il faudrait néanmoins parvenir à contrôler la croissance des tubes, ce qui est loin encore d'être le cas ? De fait, la compréhension des mécanismes de formation et des propriétés physico-chimiques des jardins chimiques reste lacunaire.

Le protocole pour les obtenir est pourtant simple. Il suffit de se procurer une solution aqueuse alcaline, de type silicate ou carbonate de sodium, et un sel métallique sous la forme de cristaux. Lorsqu'on sème ces cristaux tels de « graines chimiques » de taille variable dans la solution de silicate, un parterre de plantes minérales germe et croît avec des tiges solides plus ou moins tortueuses. Le type de métal utilisé permet de faire varier la couleur des structures émergentes : du fer pour une teinte rouge, du cuivre pour du bleu, du nickel pour du vert, etc.

Fondamentalement, la formation des jardins chimiques implique une réaction de précipitation ; comme lors de la formation du calcaire ; Lorsque le cristal de sel métallique se dissout dans la solution alcaline, la réaction de précipitation entre les deux réactifs conduit à la formation d’une membrane semi-perméable autour du cristal, qui va laisser passer le solvant mais pas la substance dissoute. L’eau de la solution est alors pompée à l’intérieur de la membrane sous l’effet de la pression osmotique induite par la différence de concentration en sel métallique de part et d’autre de la membrane. Grâce à cet apport d’eau, la dissolution du sel métallique peut se poursuivre à l’intérieur même de la membrane, ce qui conduit à une augmentation de la pression. Au-delà d’une certaine pression, la membrane rompt localement et un jet de solution de sel métallique, généralement moins dense, monte alors dans la solution alcaline : la précipitation se poursuit, générant des concrétions solides et des tubes de taille variable.

La modélisation de la dynamique de cette de formation de jardins chimiques se heurte pourtant à d’énormes défis.

lpv1228Plusieurs tentatives ont été réalisées pour séparer ces effets et mieux contrôler la croissance de ces structures. Des expériences en microgravité ont, par exemple, abouti, à une croissance de tubes plus lente et dans des directions aléatoires.

D’autres chercheurs ont essayé de dominer les effets d’osmose en injectant la solution de sel métallique dissout directement dans la solution alcaline de silicate. Ils sont ainsi parvenus à contrôler le débit d’injection et les concentrations des deux, un premier pas pour maîtriser la croissance des tubes. D’autres études ont également montré qu’il est possible de guider la croissance des tubes à l’aide d’une bulle de gaz ou avec des faisceaux lasers. Tous ces systèmes restent néanmoins tridimensionnels et l’analyse de ces structures et leur modélisation sont particulièrement compliquées.

Dans notre laboratoire, pour tenter de contrôler la croissance des jardins chimiques et, à terme, de la modéliser, nous avons choisi une autre voie, inédite : étudier des réactions de précipitation dans un milieu confiné quasi bidimensionnel. Pour y parvenir, nous utilisons une cellule de Hele-Shaw, un dispositif couramment mis à profit pour étudier diverses instabilités hydrodynamiques, comme par exemple la digitation visqueuse obtenue quand un fluide déplace un autre fluide plus visqueux. La cellule de Hele-Shaw est composée de deux plaques transparentes en plexiglas séparées par un mince interstice (environ 0,5 millimètre) contenant un fluide. A l’aide d’un pousse-seringue, on y injecte un autre fluide par un petit orifice, situé au centre de la plaque du dessous. La cellule est placée au-dessus d’une table lumineuse et la dynamique est filmée. Pour contrôler les concentrations initiales des réactifs, au lieu d’initier la réaction en utilisant un cristal de sel métallique, nous utilisons les réactifs en solution. De plus, l’injection d’une solution dans l’autre réduit les effets de pression osmotique et de diffusion moléculaire alors que l’horizontalité du système diminue les effets induits par la gravité.

lpv1229Grâce à cette simplification expérimentale, nous avons observé et recensé un large éventail de motifs suivant la valeur des concentrations initiales des réactifs. Nos structures prennent la forme de protubérances que nous avons appelées lobes, de mèches hirsutes ressemblant à des cheveux, de petits filaments sinueux se frayant un chemin tortueux dans la solution de silicate et devenant verts au cours du temps, de motifs en forme de fleur et dans une large plage de conditions, de structures directionnelles et annelées, rappelant des vers, ou de précipités formés d’arcs de spirales. Pour divers types de sels, nous sommes capables de reproduire les mêmes formes de ces structures pour des domaines de concentrations similaires. Il reste cependant à comprendre en détail leur mécanisme de formation.

L’autre avantage de taille de ce système quasi bidimensionnel est que les structures obtenues peuvent être aisément étudiées avec des outils standards d’analyse d’images. Ce qui permet in fine d’essayer de comprendre et de modéliser leur croissance. C’est ce que nous avons fait pour les spirales, le motif présentant le plus de régularité. Nous avons proposé un modèle géométrique qui permet de décrire leur croissance .Nous avons montré que cette croissance conduisait à des spirales de type logarithmique, fréquemment rencontrées dans la nature. On les retrouve par exemple chez certains coquillages, chez certaines plantes ou dans les cornes de certains animaux.

Ces résultats ouvrent une nouvelle voie vers une production contrôlée de précipités en milieu confiné. Ils font partie des premières tentatives de modélisation de ces processus de croissance.

Source : La Recherche, n° 512, juin 2016, par Florence Haudin, Fabian Brau, Julyan Cartwright, physiciens, et Annie De Wit.

*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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