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Tchouri ou l'âge des comêtes

La mission Rosetta de l'ESA a montré que la comête « Tchouri » (67P Churyumov-Gerasimenko), sur laquelle l'atterrisseur de la sonde a fini par s'écraser, est composée à près de 40 % de molécules organiques. D'après les travaux de Jean-Loup Bertaux, du Laboratoire atmosphères, ...

Cassini, la descente finale

Une mission exceptionnelle

Cassini est un projet  d'exploration spatiale très ambitieux, avec une sonde qui aura passé près de 20 ans dans l'espace. La sonde Cassini elle-même est la première à être mise en orbite autour de Saturne, dont les missions Voyager ...

Alzheimer et l'immunité du cerveau

Qui est touché par la maladie d'Alzheimer ?

La maladie neurodégénérative d’Alzheimer est la cause la plus courante de démence, puisqu'elle serait à l’origine de près de 70% des cas. Ses premières ...

Vers un nouvel outil de génie génétique

Que sont les ARN circulaires ?

L'ARN, acide ribonucléique constitué principalement d'un seul brin de nucléotide, est une molécule non codante ou participant à l'expression du

Observation directe d'une exoplanète

L'instrument Sphère et ses techniques de détection

Comment détecter les exoplanètes ? L'entreprise est difficile puisque les planètes n'émettent pas de lumière par elles-mêmes, elles réfléchissent ...

La microfluidique pour réduire la pollution

La physique de la microfluidique

La microfluidique, science des fluides au niveau du micromètre, est apparue au début des années 2000. Les phénomènes mettant en jeu les fluides existent partout dans la nature, ...

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Un tamis moléculaire plus performant et vert

La purification du gaz naturel

Le gaz naturel extrait du sol a besoin que l'on élimine l'eau et le dioxyde de carbone qu'il contient, afin que seul le méthane reste présent. Dans l'optique de développer des procédés industriels plus efficaces de séparation de gaz, une équipe de chercheur·euse·s a conçu un nouveau matériau poreux, KAUST-8. De la famille des MOF (metal organic framework), extrêmement stable et facilement recyclable, il s'agit d'un matériau cristallin poreux composé d'ions métalliques d'aluminium associés à des ligands organique de type pyrazine.

Au-delà de la purification du gaz naturel, KAUST-8 peut aussi être utilisé comme un agent déshydratant. Il peut par exemple jouer un rôle de dessiccant en chimie, de déshumidificateur de l’air par absorption d’eau dans des systèmes de climatisation ou encore de protection de certaines substances contre la dégradation ou la corrosion sous l’effet de l’humidité. Ses performances de captage sélectif de l’eau, ses capacités de régénération à faible coût énergétique et son potentiel d'adaptation sont d'un intérêt majeur dans le domaine de l'énergie et de l'environnement, vers ce qui peut être qualifié de chimie verte.

Des structures poreuses qui piègent les molécules

Dans le domaine de la chimie, les matériaux poreux fonctionnent comme une éponge à l'échelle des molécules. Leur structure cristalline forme des pores de dimension nanométrique, soit une succession de canaux et de cages, qui permet d'adsorber des composés spécifiques en fonction de leur taille. L'industrie utilise généralement des zéolithes, une variété d'aluminosilicates stable chimiquement, efficace et facile d'utilisation. La régénération du matériau KAUST-8 est atteinte en chauffant à des températures beaucoup moins élevées que dans le cas des zéolithe, d'où un processus moins énergivore au cours des cycles d'utilisation.

Les simulations numériques ont prédit que KAUST-8 était capable de purifier le gaz naturel avec de meilleures performances que les zéolithes. D'un diamètre de seulement trente-six centièmes de nanomètres, les tunnels formés par les pores de KAUST-8 ne laissent pas le méthane pénétrer à l'intérieur du tamis, au contraire des molécules d'eau et de dioxyde de carbone. Par le jeu des interactions chimiques, l'eau reste piégée en se liant aux sites métalliques d'aluminium du matériau et le dioxyde de carbone en se liant aux atomes de fluor de la pyrazine. De plus, la structure et la chimie du matériau peuvent être modulées, afin de les adapter à la séparation d’autres molécules de tailles différentes comme le propane et le propylène qui joue un rôle majeur dans le domaine de la pétrochimie.

Article réalisé à partir d'un entretien avec Guillaume Maurin, chercheur au CNRS.

Publié le 5 juillet 2017

En savoir plus

Un nouveau matériau pour purifier le gaz naturel, communiqué de presse du CNRS

Comment un matériau poreux peut-il trier les gaz ?, en direct des laboratoires de l'Institut de chimie

Représentation en trois dimensions de quelques molécules, sur Sciences en ligne

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L'accélération de l'expansion de l'Univers
Des simulations numériques préparent le calibrage du satellite Euclid, qui sera lancé en 2020 pour essayer de comprendre l'accélération de l'expansion de l'Univers.

Le modèle cosmologique à l'épreuve

Une des énigmes majeures de l'astrophysique est de comprendre l'accélération de l'expansion de l'Univers. Afin de caractériser la nature de l'énergie sombre, qui en constituerait 68% de l'énergie, le satellite Euclid sera lancé en 2020 par l’Agence Spatiale Européenne pour une durée de vie de six ans et trois mois. Grâce à l'analyse de la déformation de la lumière sous les effets d'influence gravitationnelle, il dressera une cartographie en trois dimensions de plusieurs centaines de millions de galaxies.

Les creux et les pleins de l'Univers sont qualifiés par les spécialistes de toile d'araignée cosmique. Savoir comment la matière se distribue dans l’Univers en fonction du temps dans cette toile permettra de constituer un large catalogue de simulations, fondées sur différents modèles de la physique. Aujourd'hui, les physiciens sont obligés d'utiliser la constante cosmologique pour expliquer l'expansion de l'Univers, outil de modélisation qui ne s'inscrit pas encore dans un cadre théorique solide.

Vingt-cinq milliards de galaxies dans une simulation numérique

En Suisse, une équipe de chercheur·euse·s a réalisé une simulation numérique contenant vingt-cinq milliards de galaxies, soit 3 fois 1012 particules dans la simulation, le nombre de particules simulées traduisant le degré de précision du modèle. Les données utilisées dont issues des mesures du rayonnement cosmologique de fond du satellite Planck, lancé en 2009. Le code a été optimisés pour des microprocesseurs graphiques à l'origine développés pour les cartes graphiques, il a donc été rendu possible par l'industrie du jeu vidéo.

Grâce à la faible occupation en mémoire du programme réalisé, la simulation astrophysique n'a nécessité que huitante heures de traitement par le supercalculateur suisse Piz Daint, doté de cinq mille processeurs graphiques fonctionnant en parallèle. La simulation a été essayée sur un supercalculateur plus puissant, à Oakridge, aux États-Unis, qui a permis d'inclure jusqu'à 8 fois 1012 particules. La prochaine étape sera de multiplier les simulations en montant jusqu'à 1013 particules, ainsi qu'en intégrant au modèle de calcul des écarts au modèle standards.

De telles simulations parviennent à prédire l'évolution des amas de galaxies vers la distribution actuelle d'énergie dans l'espace, avec une grande précision puisque les petites galaxies sont prises en compte, à partir de 10% de la taille de la Voie Lactée soit à peu près à la taille du Grand nuage de Magellan. Ces travaux participeront à calibrer le satellite Euclid, ainsi qu'à confronter ses résultats avec les données du satellite pour confirmer ou invalider les modèles de la cosmologie. D'ici le lancement de la mission en 2020, d'autres modélisations seront effectuées, y compris avec des modèles non-standards s'écartant des équations d'Einstein.

Publié le 12 juillet 2017

En savoir plus

Une simulation virtuelle de 25 milliards de galaxies pour vérifier les lois de la physique, sur Sciences et avenir

Nouvelle mesure de l'expansion de l'Univers, sur Sciences en ligne

Un sondage aux origines de l'Univers, sur Sciences en ligne

Un milliard d'étoiles à l'étude, sur Sciences en ligne

Usines galactiques, sur Sciences en ligne

Euclid, sur le site du CNES

Arthur Jeannot
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