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Des métamatériaux aux propriétés étonnantes

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Les métamatériaux constituent un champ de recherche actif, en particulier dans les domaines de l'électromagnétisme et de la mécanique. L'objectif est de conférer à des matériaux des propriétés particulières, en particulier en ce qui concerne leur interaction avec des ondes électromagnétiques ou mécaniques (absorption, réflexion, etc.). La méthode utilisée consiste à concevoir et réaliser des matériaux ayant des structures qui leur confèrent ces propriétés, notamment l'invisibilité ! Ces structures sont généralement constitués par la répétition périodique de motifs de dimension inférieure à la longueur d’onde caractéristique du phénomène à contrôler (de la dizaine de nanomètres à plusieurs mètres selon le domaine considéré).

Un enseignant-chercheur de l'Université Bourgogne Franche-Comté au sein du l’institut FEMTO-ST, Muamer Kadic en collaboration avec des partenaires du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont ainsi obtenu un métamatériau doté d'une propriété mécanique étonnante. Cet assemblage synthétique réagit à une pression qui lui est imposée par un mouvement de torsion. Une réponse impossible dans un matériau continu naturel. La recette appliquée par Muamer Kadic et ses collègues : des motifs chiraux, c'est-à-dire non superposables à leur image dans un miroir, comme l'est la main (chiros, en grec), et une fabrication par impression laser 3D de précision micrométrique.

S’ajoutent à cette nouvelle propriété mécanique d’autres fonctionnalités propres à ce métamatériau telles que l’allégement structurel et l’accroissement de rigidité. Protéger des objets d’ondes mécaniques indésirables pourrait en être une application potentielle. 
Publié le 16 mars 2018

Source 
http://www.femto-st.fr/fr/L-institut/Actualite/?eid=395&y=2018

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La foudre et les neutrons
La foudre participe à la production de neutrons dans l'atmosphère

(C) Thomas Bresson - Eclairs, CC BY 2.0

On sait depuis près de soixante ans que sous l’impact des « rayons cosmiques » - essentiellement des protons de haute énergie dont l’origine reste inconnue - les noyaux des atomes percutés à haute altitude éclatent en gerbes de débris, parmi lesquels se trouvent des neutrons. Un neutron ainsi produit peut alors entrer en collision avec un noyau d’azote (7 protons et 7 neutrons) de l’atmosphère et produire du carbone 14 radioactif (6 protons et 8 neutrons), en éjectant un proton et en prenant sa place au sein du noyau. Au début des années 1970, les mesures du taux de carbone 14 et de ses fluctuations dans les cernes des arbres révèlent qu’outre le bombardement cosmique, un autre mécanisme producteur de neutrons devrait exister. Curieusement, les études montrent une corrélation entre l’augmentation du taux de carbone 14 et le nombre d’éclairs et de coups de foudre dans le ciel. Les physiciens se mettent alors à chercher une liaison entre les deux phénomènes et les mesures dans les années 1980 montrent qu’effectivement un coup de foudre produit entre 10 et 100 millions de neutrons ! Mais par quel mécanisme ? C’est ce qui est en train d’être élucidé, du moins partiellement… Les recherches récentes indiquent qu’un coup de foudre est amorcé lorsqu’une particule cosmique percute violemment un atome de l’atmosphère terrestre. L’énergie de la collision se matérialise alors via la relation E=mc2 en de nouvelles particules, dont des électrons et des positons (anti-électrons) qui se déplacent à de très grandes vitesses entrant en collision avec des atomes neutres et les ionisant. C’est ce processus d’ionisation qui rend l’air conducteur et amorce la décharge électrique qu’est la foudre ou l’éclair. Simultanément, lors de certains chocs, les électrons sont fortement décélérés et un « rayonnement de freinage » ou bremsstrahlung comportant des rayons gamma est émis. Si l’énergie de ces photons gamma dépasse 10,5 MeV, alors ils sont capables d’arracher des neutrons aux atomes d’azote. Les rayons cosmiques seraient donc à l’origine de la production de neutrons dans l’atmosphère selon deux mécanismes différents : collision directe avec les atomes, déclenchement de foudres émettrices de rayons gamma qui arracheraient des neutrons aux noyaux d’azote. Si les mécanismes en jeu sont compris dans les grandes lignes, de nombreux détails restent encore à élucider. Quoi qu’il en soit, ces recherches permettront à terme de mieux estimer les taux de carbone 14 dans le passé, ce qui conduira à de meilleurs datations.

(C) Thomas Bresson - Eclairs, CC BY 2.0

En savoir plus

http://physicsworld.com/cws/article/print/2017/oct/19/a-natural-neutron-source

Kamil Fadel
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