S'inscrire identifiants oubliés ?

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.

» lire tous les articles 1 2 3 4 5 6 7 8
sciences en ligne
exploratheque
du premier stage au premier emploi


Observation directe d'une exoplanète
L'instrument Sphère, installé depuis 2014 sur le Très grand télescope au Chili, a détecté de manière directe une exoplanète à 385 années-lumière de la Terre, une première pour lui.

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 celle de leur étoile, qui noie donc leur éclat pour les télescopes situés dans un autre système solaire. Les méthodes indirectes contournent le problème, en observant les effets de la présence d'une planète plutôt que la planète directement : sur le mouvement d'une étoile pour la méthode de la vitesse radiale, sur la luminosité d'une étoile pour la méthode du transit, sur la déviation des rayons lumineux d'une étoile lointaine pour la méthode de l'effet de microlentille gravitationnelle.

Voir l'infographie présentant ces trois techniques indirectes de télédétection spatiale

Aujourd'hui, sur les trois mille six cents exoplanètes détectées depuis 1995, seules quelques-unes ont été observées directement par les méthodes de télédétection spatiale. L'instrument Sphère, pour Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet Research, installé sur le VLT, le Very Large Telescope, au Chili, a obtenu dans le domaine infrarouge son premier cliché d'une exoplanète. Conçu pour caractériser des exoplanètes gazeuses et des disques de poussières autour d'étoiles relativement peu éloignées, le système optique est capable de détecter le signal d'une planète jusqu'à un million de fois plus faible que celui de son étoile, l'équivalent de distinguer depuis Paris la flamme d'une bougie déposée à cinquante centimètres seulement de la puissante lumière d'un phare à Marseille.

Cette finesse dans la résolution est obtenue grâce à la technique de coronographie qui atténue spécifiquement la lumière d'une étoile, à la manière d'une éclipse artificielle. En outre, Sphère est équipé d'un miroir déformable corrigeant, plus de mille deux cents fois par seconde et à une échelle nanométrique, les effets de la turbulence atmosphérique. La technique, dite d'optique adaptative, affranchit l'instrument des contraintes météorologiques. Le télescope produit ainsi des images d'aussi bonne qualité que s'il se trouvait dans l'espace, avec l'avantage d'être plus facilement installé et entretenu.

Une exoplanète qui interroge sur la formation des systèmes extrasolaires

Située à environ 385 années-lumière de la Terre, dans l'association d'étoiles du Scorpion-Centaure, l'exoplanète nommée HIP65426b a été photographiée par Sphère et ses composés atmosphériques ont été analysés. Entre six et douze fois plus massive que Jupiter, âgée de dix à dix-sept millions d'année donc relativement jeune, il s'agit d'une géante gazeuse orbitant loin de son étoile, trois fois plus loin que Neptune de notre Soleil. Sa température est estimée entre 1 000 et 1 400 degrés Celsius, tandis que son spectre révèle l'existence d'eau dans son atmosphère et la présence probable de nuages, des caractéristiques semblables à d'autres exoplanètes observées directement.

Son étoile, nommée HIP65426, deux fois plus massive que le Soleil, ne semble pas entourée d'un disque de débris et tourne très rapidement sur elle-même. Deux scénarios permettraient d'expliquer ces particularités, surprenantes pour un système jeune. Soit l'exoplanète s'est déplacée sur une orbite éloignée après sa formation, soit il s'agit d'une étoile qui n'a pas pu aller au bout de son accrétion à cause de la deuxième étoile massive et serait devenue une planète. Les géantes gazeuses façonnant l'architecture des systèmes planétaires du fait de leur masse importante, les observations que Sphère effectuera amélioreront la compréhension de la formation et l'évolution des systèmes extrasolaires.

Publié le 21 juillet 2017

En savoir plus

Les méthodes de détection d'exoplanètes, sur le site Astronomie & Astrophysique

Première découverte d'une exoplanète pour Sphère, sur le site du CNRS

Une planète autour de Proxima du Centaure, sur Science en ligne

Sept exoplanètes prometteuses, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
Twitter Facebook Google Plus Linkedin email