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Physique de l’espresso

Une recette ancestrale

Dans les grandes lignes, depuis son invention en 1884, la préparation d’un espresso consiste à forcer de l’eau chaude à passer assez rapidement à travers du café moulu très fin. Plus précisément, la température de l’eau ...

Des panneaux solaires bifaces

Les panneaux solaires : du silicium « dopé »

Dans un panneau solaire, l’énergie lumineuse est convertie en courant électrique, grâce à l’effet photoélectrique où un photon arrache un électron à un atome. Pour cela, il faut ...

Les électrons peuvent s’écouler comme l’eau

Lorsque l’eau s’écoule dans un tuyau, ce sont les interactions entre ses molécules qui la freinent. A l’inverse, lorsque des électrons s’écoulent dans un fil conducteur, c’est avant tout le fil lui-même qui les freine. Une équipe de chercheurs britanniques et israéliens, ...

Les cristaux temporels

Réseaux cristallins associés à l'eau. by Psi?edelisto, based on version by Dbuckingham42 - Own work, CC BY-SA 4.0,

Cristal et brisure de symétrie 

Un cristal est un état de la matière dans lequel les atomes sont ordonnés selon une périodicité spatiale ...

Du ribose dans les météorites

Le ribose, sucre vital

L’ADN - ou acide désoxyribonucléique - est formé en particulier d’un sucre, le désoxyribose, lui-même un dérivé du ribose (C5H10O5). Plus précisément, dans le désoxyribose (C5H10O4) un groupement hydroxyle (-OH) du ribose ...

Un nouveau comportement des électrons

Cooper pairs - Tem5psu CC BY-SA
Isolants, conducteurs et semi-conducteurs

Le comportement d’un solide cristallin relativement au courant électrique, peut être celui d’un isolant, d’un semi-conducteur, d’un métal ou d’un supraconducteur. Dans les isolants, ...

Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » ...

Anomalie de dilatation thermique

By Simon Mer - Own work, CC BY-SA 4.0
Généralement, les matériaux se dilatent lorsqu’ils sont chauffés. La raison en est qu’une élévation de température correspond à une augmentation de l’agitation des atomes, or cette agitation n’est pas symétrique. En effet, deux atomes liés au repos sont espacés d’une distance optimale d’un point de vue énergétique, et ont beaucoup plus de mal à se rapprocher très près, que de s’éloigner l’un de l’autre. Cela résulte du fait que la force répulsive croit extrêmement vite si l’on cherche à diminuer la longueur de liaison, alors que la force attractive croit très lentement lorsqu’on tente d’augmenter cette longueur. En somme, la liaison interatomique agit comme « ressort » qui se comprime plus difficilement qu’il ne s’étire. Par conséquent l’agitation thermique a plutôt tendance à augmenter les distances interatomiques, donc le volume.

Pourtant, il existe des exceptions, comme l’eau lorsqu’elle gèle et qui est d’ailleurs l’exemple le plus courant. Plus précisément, la densité maximale de l’eau se situe vers 4°C, ce qui signifie que le liquide voit son volume diminuer lorsque la température grimpe de 0°C à 4°C. Sur cette plage de température, l’eau possède un « coefficient de dilatation négatif ». Certains éléments du tableau périodique se comportent également de cette manière, leur congélation provoquant une diminution de leur densité, le solide flottant sur le liquide. C’est le cas du silicium, du bismuth, du gallium, du germanium, du plutonium et de l’antimoine. Il s’agit là d’exemples d’anomalie de dilatation ne concernant qu’une petite plage de température ou n’ayant lieu que lors du changement de phase liquide - solide. Mettons l’eau liquide et les changements de phase de côté et intéressons-nous à des solides cristallins.

Existe-t-il de tels matériaux ayant un coefficient de dilatation négatif ? La réponse est oui et cela est bien mystérieux. Un des exemples les plus étudiés est le tungstate de zirconium (ZrW2O8) qui exhibe cette anomalie entre -273°C et 777°C. Un autre est le trifluorure de scandium (ScF3) entre -263°C et 827°C. D’autres exemples sont également connus, comme certains silicates, cyanures, les nanotubes de carbone, la glace elle-même quand elle est refroidie à – 200°C… Les études récentes du trifluorure de scandium (ScF3) commencent à lever le voile sur le mystère du coefficient négatif des solides cristallins. La distance entre des atomes liés ne diminue pas, mais c’est l’agitation de la structure cristalline qui permet une réduction de volume comme sur le schéma ci-dessous. Il est fort probable que toutes les autres anomalies puissent s’expliquer selon ce même modèle.

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du premier stage au premier emploi


L’économie circulaire du béton
Le recyclage du béton est un problème délicat qui trouve progressivement des solutions.

Pendant de longues années, le béton n’était pas recyclé et finissait systématiquement son cycle de vie enfoui sous terre. Le schéma traditionnel, qui a longtemps été le seul en vigueur, était linéaire : extraire les minéraux, fabriquer le béton, l'utiliser puis le jeter. En plus de la pollution, les industriels sont longtemps passés à côté d’une valorisation possible de ces déchets. Aujourd’hui, c’est un véritable virage en faveur de l’économie circulaire que ces professionnels ont pris. Avec l’appui du CERIB (Centre d'études et de recherches de l'industrie du béton), leur optique est de concevoir des ouvrages faciles à déconstruire, d’opérer de façon sélective pour trier et séparer les matériaux puis de les recycler. A terme, l’ojectif est d’utiliser les matériaux recyclés pour d’autres emplois ou pour être intégrés au béton. Concrètement, 80% du béton démoli est, aujourd’hui, trié et réutilisé. Soit, après traitement (concassage, tri), comme sous-couche pour la construction d’infrastructures routières, soit incorporé au sable et au ciment pour produire à nouveau du béton.

Des améliorations possibles
L’État s’est, lui aussi, engagé pour faire évoluer cette démarche de valorisation des déchets : « Le Plan national Déchets, Directive cadre déchets vise à transformer un déchet en une nouvelle ressource, et en particulier à accélérer le recyclage et la valorisation des ressources minérales, qui sont par nature les plus faciles à recycler », explique François-Michel Lambert député, président de l’Institut de l’Économie Circulaire. La mise à disposition auprès des acteurs de la construction, de solutions permettant de préserver les ressources, mais aussi de limiter la production de déchets non réutilisés facilite cette démarche d’économie circulaire. Rémi Galin, chef du Bureau de la Gestion et de la Législation des Ressources Minérales Non Energétiques du ministère de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer confirme : « Il existe des tendances fortes favorisant l’Industrie du Béton, grâce au recyclage et à la réutilisation de matériaux. » Toutefois, des points de tensions subsistent pour rendre complètement efficaces les principes de l’économie circulaire : conception de produits démontables, gestion des déchets sur les chantiers, organisation de leur collecte avec des centres intermédiaires. Par exemple, les travaux de voirie sont parmi les plus gros producteurs de déchets de béton mais aussi ceux qui pourraient utiliser le plus de déchets recyclés. Or, les centres de tri sont bien souvent trop éloignés de ces chantiers et les navettes ne sont pas efficaces.

Exemples de projet :
- RECYBETON : ce projet national, réunissant tous les types d’acteurs de la chaîne de la construction, vise à valoriser la réutilisation de béton issu de la démolition de bâtiments dans du nouveau béton sans toutefois altérer sa qualité.
- DEMODULOR : ce projet, soutenu par l’ADEME, vise à proposer des solutions constructives de prévention de la production de déchets, grâce à une approche systématique de démontabilité. Le but est de faciliter la séparation des systèmes et composants sur le chantier, la séparation des matériaux en vue d’un recyclage, la réutilisation ou le réemploi des matériaux et composants.
- BIM (modélisation des données du bâtiement) : l’objectif de ce projet, soutenu par le Plan de Transition Numérique du Bâtiment, est de s’appuyer sur des maquettes numériques incluant diverses données sur les éléments en béton pour améliorer la traçabilité des produits et leur récupération.

Pour en savoir plus : 
Le site du Centre d'études et de recherches de l'industrie du béton
Le site du projet RECYBETON

Basile Perrin-Reymond
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