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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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Véhicules autonomes : situation et défis
Où en sont les développements des véhicules autonomes aujourd'hui, et quand les verra-t-on à grande échelle sur les routes

Les véhicules autonomes font l'objet d'importants efforts de recherche et développement chez les industriels du secteur automobile ou encore chez les géants de la Silicon Valley. Les premiers développements ont commencé dans les années 2000 et aujourd'hui, de nombreuses sociétés testent leurs prototypes sur les routes.

Un système robotique

Dans un véhicule autonome, l'utilisateur n'a idéalement plus qu'à entrer sa destination et à se laisser conduire sans avoir à intervenir. Ces véhicules sans chauffeur mettent en oeuvre des capteurs pour collecter des données sur l'environnement, et un ordinateur central pour prendre des décisions en fonction de ces données et gérer les commandes permettant la navigation.

L'un des moyens les plus fiables de reconnaître de tels véhicules sur la route, c'est le lidar. Monté sur le toit de la voiture, ce "radar laser" détecte les objets environnants, dans un rayon compris entre 50 et 100 mètres, afin de produire en continu une cartographie 3D de la situation. D'autres détecteurs, placés tout autour du véhicule fournissent son positionnement. De plus, des radars placées à l'avant et l'arrière du véhicule, mesurent à chaque instant la distance qui le sépare des autres véhicules ou des piétons. Enfin, la voiture dispose de capteurs et d'émetteurs lui permettant de communiquer avec les infrastructures et les autres véhicules connectés proches, via internet par exemple, de manière à disposer en temps réel de l'information sur leur vitesse, leur position, leur itinéraire... ce qui permet une gestion globale optimisée du trafic.

Toutes ces données sont ensuite transmises à l'ordinateur central du véhicule, qui constitue le coeur du fonctionnement des automobiles sans chauffeur. Il définit la vitesse à adopter, le chemin à emprunter, ou encore la voie sur laquelle se placer, à l'aide d'algorithmes d'intelligence artificielle. Par exemple, les problèmes de reconnaissance des objets rencontrés sont traités grâce à des réseaux neuronaux convolutifs (une des disciplines principales du deep learning). Si ces technologies n'en étaient qu'à leurs balbutiements il y a 25 ans, elles permettent aujourd'hui à certains véhicules autonomes d'être en phase d'essais sur route.

Les défis de la conduite autonome

Une voiture autonome est donc un système robotique qui reprend les composantes du système de conduite classique, "biologique" : les données reçues par les radars, lidar, caméras et autres capteurs viennent remplacer les sens du conducteur humain (en premier lieu la vue), et l'informatique se substitue au cerveau du chauffeur, pour la prise de décision.

De nombreux défis technologiques et sociétaux en découlent. En 2016 par exemple, on déplore le décès d'un conducteur esssayant un modèle autonome de la marque Tesla, lors d'un accident avec un camion. La société avait par la suite fait savoir que la machine n'avait pas fait la différence entre la couleur du camion et... le ciel ensoleillé de Floride. Les défis technologiques à relever sont donc encore importants, mais pas moins que les nombreuses questions sociétales engendrées.

L'un des aspects majeurs de cette technologie est bien sûr la sécurité. Si les conducteurs humains ne sont plus en charge, ce sont donc les algorithmes qui vont devoir prendre les décisions. Or, sur la route, les décisions peuvent souvent avoir des conséquences graves. Par exemple, quelle réaction programmer dans la voiture dans le cas d'un piéton imprudent qui traverse au rouge ? Dévier brutalement et risquer la vie du passager, ou continuer sa marche ? Et dans le cas où dans la déviation de la marche se trouve, par exemple, des enfants en bas-âge ? Toutes ces questions, qui étaient traitées de manière « instinctive » par les conducteurs humains (qui dans de telles situations n'ont en effet pas le temps de réfléchir), vont devoir être traitées « rationnellement » par des algorithmes, qui, eux, ont un temps de réction beaucoup plus faible que celui des conducteurs humains.

Outre les impacts sociaux liés à une éventuelle disparition des emplois de chauffeurs routiers, il faudra prendre en considération les dépenses engendrées pour les infrastructures, telles que la construction de bornes de rechargement électrique (les développements des véhicules autonomes et électriques allant de pair).

Enfin, les problèmes de fiabilité face aux pirates, figurent parmi les plus importants à prendre en compte pour les concepteurs de voitures autonomes. L'État devrait-il obliger les industriels à publier les algorithmes utilisés ? Et quelles possibilités de contrôle donner aux humains à l'intérieur du véhicule ? Le piratage informatique dans le cadre des véhicules autonomes prend une ampleur différente de ce à quoi sont habitués les consommateurs quotidiens de smartphones et d'ordinateurs, notamment via les communications véhicule-véhicule et véhicule-infrastructure, effectuées par internet. Des tests de fiabilité ont déjà été menés, à l'issue desquels des pirates ont été capables de prendre, à distance, le contrôle du véhicule automatique. Cela pose de nombreux problèmes de sécurité, et il sera nécessaire de disposer d'algorithmes de cryptographie très performants pour y remédier, ainsi que de dispositifs physiques de basculement du contrôle de l'automobile à l'utilisateur humain, si il y en a un présent dans le véhicule.
Publié le 02/03/2018

Pour en savoir plus :

http://www.vedecom.fr/larrivee-du-vehicule-autonome-remet-elle-en-cause-le-regime-dindemnisation-de-la-victime/

https://news.stanford.edu/2017/05/22/stanford-scholars-researchers-discuss-key-ethical-questions-self-driving-cars-present/ (Université de Stanford, lien en anglais)


 

Jérôme Robert
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