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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. ...

Nucléosythèse et étoiles à neutrons

(C) NASA - Nébuleuse du Crabe, marquée par la présence d'une étoile à neutron
Mis à part quelques éléments légers comme l’hydrogène, l’hélium, le lithium… produits peu après le big bang, tous les noyaux atomiques naturels ...

Des réfrigérateurs à torsion

Impératifs environnementaux

Près de 20% de l’énergie électrique produite dans le monde est consommée par les climatiseurs, réfrigérateurs et congélateurs. De plus, ces machines frigorifiques utilisent des fluides frigorigènes dont la plupart sont des gaz ...

Les batteries au lithium pour un Nobel

De la petite électronique à la voiture électrique, la pile lithium-ion - non rechargeable - et surtout l'accumulateur - rechargeable - ont envahi notre quotidien. Sans cette technologie lithium-ion, téléphones mobiles, tablettes et autres appareils nomades n’existeraient pas ou seraient beaucoup plus lourds. Pas étonnant que cette invention ait fait l’objet du prix Nobel de chimie 2019, décerné à parts égales à John Goodenough (Américain, 97 ans), Stanley Whittingham (Britannique, 78 ans), Akira Yoshino (Japonais, 71 ans).

Une pile est toujours composée de deux bornes, les électrodes, constituées de matériaux différents. Dans les grandes lignes, voici comment fonctionne une pile. Le matériau employé à la borne négative - appelée anode - perd des électrons et produit ainsi des ions positifs, des cations : il y a oxydation. Electrons et cations se précipitent alors par deux chemins différents vers l’autre borne, celle qui est positive - appelée cathode - où ils se rejoignent. Tandis que les cations y vont par l’intérieur de la pile en traversant un liquide, un milieu pâteux, les électrons passent par le circuit extérieur et alimentent le dispositif électrique.  A la cathode, les cations récupèrent ainsi leurs électrons : il y a réduction. Bien entendu, l’aptitude des deux matériaux à céder des électrons doit être différente, afin que l’un en cède et l’autre en récolte. Cette aptitude, appelée aussi potentiel, est mesurée en volts. Plus l’écart des aptitudes est important, plus la différence de potentiel ou ddp est grande, et plus la pile possède un « voltage » élevé.

Dans le tableau périodique des éléments, le meilleur donneur est justement… le lithium qui, de plus, a le gros avantage d’être très peu dense (0,5 g/cm3). Une pile avec une anode en lithium peut donc être très légère. Malheureusement, le lithium pur, métallique, s’oxyde très facilement et peut s’enflammer voire exploser au contact de l’eau. Grâce aux recherches menées au cours des années 1970 et 1980, les premières batteries sûres au lithium voient le jour en 1991 et commencent à équiper l’électronique portable. Généralement, à l’anode, les atomes de lithium sont intercalés (insérés) dans du carbone et lors de l’usage de la pile, les cations lithium ayant quitté le carbone migrent à travers un polymère avant de s’insérer à la cathode, constituée d’oxyde de cobalt. Dans une telle configuration, la ddp peut atteindre 3 voire 4 volts. Lors de la charge, c’est le processus inverse qui a lieu.
Même si le prix Nobel de cette année vient couronner cette invention, le lithium n’a pas dit son dernier mot. En effet, un gros progrès serait réalisé lorsqu'aura été mis au point une batterie sûre avec du lithium pur à l’anode et pourquoi pas avec du fluor, qui est le meilleur receveur, à la cathode. Des prix Nobel à venir…

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du premier stage au premier emploi


Les routes intelligentes du futur
Produire de l'énergie, véhiculer de l'information, la route du futur pourrait rendre de nombreux services à ses usagers.

Vers la route de 5e génération

En France, plus d'un tiers des émissions de dioxyde de carbone (CO2) est dû au secteur des transports ; lutter contre cet état de fait apparaît comme un enjeu crucial. Si les véhicules et les usages évoluent en matière de mobilité, les infrastructures aussi. Après les chemins muletiers, les voies romaines, les chaussées revêtues et l'autoroute, place aux routes de 5e génération, qui devront répondre à trois grands enjeux :

  • la transition écologique, qui implique d'économiser les ressources naturelles en recyclant les matériaux granulaires déjà utilisés (tels que les pneus usagés et les mâchefers), et de limiter les transports inutiles en utilisant au maximum les ressources locales ;
  • la transition énergétique, qui exige de réduire l'empreinte carbone des routes, par exemples en les rendant productrices d'énergie ;
  • la transition numérique ; c'est-à-dire l'utilisation croissante des technologies de l'information et de la communication (pour gérer plus efficacement le trafic par exemple ou s'adapter à des véhicules de plus en plus connectés).

Nicolas Hautière, Ingénieur des Ponts, des Eaux et des Forêts à l'IFFSTAR (Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux) précise : « Pour avancer sur la route de 5e génétion (R5G), le défi est de parvenir à construire la chaîne de d'innovation entre le laboratoire et la route ouverte. Cela signifie par exemple développer les méthodes d'essai pour caractériser certains matériaux, construire des pilotes de plus en plus réalistes sur site protégé puis identifier un gestionnaire prêt à expérimenter sur route ouverte, de façon à optimiser le système et réduire son coût global (TCO). Concernant la sécurité de la R5G, la question est très vaste et plusieurs approches sont possibles. »

La route hybride

Parmi les pistes envisagées pour réduire l'empreinte environnementale du transport routier, divers acteurs proposent de transformer les chaussées en source d'énergie propre et renouvelable. L'une des solutions à l'étude combine l'utilisation de panneaux photovoltaïques constituant la partie superficielle de la chaussée, et de chauffe-eau solaires. En effet, l'asphalte utilisée pour les routes étant noire, elle emmagasine une importante quantité de chaleur, ce qui explique que la température à la surface des routes puisse parfois dépasser les 60°C en été. Grâce à des capteurs photovoltaïques, les chaussées produiraient alors de l'électricité, et des circuits d'eau garantiraient le refroidissement des panneaux pour en améliorer le rendement.

Mais, seul un bilan carbone permettra de confirmer le réel intérêt écologique du système, ce qui implique de prendre en compte le coût énergétique de la fabrication des différentes pièces qui le constituent, de leur transport, de leur recyclage, etc. Marc Tassone, directeur délégué de l'IFSTTAR, rappelle que « pour le moment, nous sommes dans la recherche. On commence donc par des maquettes, puis on fera une planche d’essai de cent mètres ; si ça marche et qu’on arrive à une preuve de concept, alors le système pourrait être certifié et proposé aux entreprises et aux maîtres d’ouvrage qui pourraient construire les routes ou les entretenir avec ce type de structure. » Du point de vue de la sécurité, il s'agit en particulier de maintenir les niveaux d'adhérence constants.

La route hybride s'annonce comme l'une des briques technologiques s'intégrant dans l'horizon des automobiles connectées.

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Yannis Benzaïd
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