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COVID-19, le B-A BA - l'émergence

By Felipe Esquivel Reed - Own work, CC BY-SA 4.0, COVID-19 virion

Une nouvelle épidémie de coronavirus

En décembre 2019, dans la ville chinoise de Wuhan (province de Hubei), apparaissent les premiers cas d'une pneumonie d’allure virale et d’origine alors inconnue. ...

L'histoire urbaine ... dans les égouts

Une carotte servant d'archive

Le projet Golden Spike, réalisé entre 2017 et 2018 à l’ISTO (Institut de la Terre d’Orléans) avec le soutien d’Orléans Métropole et la participation de chercheurs de l’Institut Pierre Simon Laplace (LSCE-IPSL), vise à ...

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, les charges électriques ne peuvent être mises en mouvement, contrairement à ce qui se passe avec les métaux, qui sont conducteurs. Les semi-conducteurs ont un comportement intermédiaire. Afin qu’ils conduisent, il leur faut un petit apport d’énergie de l’extérieur, par exemple thermique. Dans le cas contraire, ils sont isolants. De ce fait, leur résistance décroît avec une élévation de température, un comportement opposé à celui des métaux, dont la résistance décroît à mesure qu’ils sont refroidis. La résistance électrique qu’offre un métal au passage du courant résulte d’une part des défauts cristallins, d’autre part de l’agitation thermique.

La supraconduction

Malgré tout, certains métaux et alliages métalliques, généralement mauvais conducteurs à température ambiante (plomb, étain, mercure…), offrent une résistance nulle au passage du courant à très basse température, même s’ils ne sont pas exempts de défauts. Lors de leur refroidissement, leur résistance diminue normalement, mais tombe brutalement à zéro en dessous d’une température critique. Ce phénomène de conduction parfaite, découvert en 1911, a été nommé supraconduction. A la température critique, un changement d’état électronique prend place et permet au courant de ne rencontrer aucune résistance, malgré les défauts cristallins. Depuis les années 1950, les physiciens expliquent ce changement d’état par un appariement des électrons : ils se regroupent par deux, formant de nouvelles particules appelées « paires de Cooper », lesquelles circulent sans perte d’énergie, d’où la conduction parfaite.  Ce changement de comportement radical est dû au fait qu’en raison de leur spin demi-entier (+1/2 ou -1/2), les électrons se comportent « comme des billes », ils se percutent et se gênent, tandis que les paires de Cooper possèdent un spin entier (0 ou 1) et se comportent  « comme la lumière »,  elles se traversent sans se gêner.

Facétieuses paires de Cooper

Reste que la physique des supraconducteurs - surtout non métalliques - est loin d’être bien comprise, de même que celle des paires de Cooper. Ainsi, en 2007, on découvre que dans certains matériaux, les paires de Cooper peuvent être piégées, si bien que ces matériaux sont des isolants. La découverte extraordinaire récente vient de révéler que juste au-dessus de leur température critique, certains matériaux offrent une résistance non nulle au passage du courant constitué pourtant… de paires de Cooper !
A présent, on connaît donc les supraconducteurs, mais aussi des isolants et des conducteurs à paires de Cooper. Gageons que la découverte de semi-conducteurs à paires de Cooper arrivera un jour.

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du premier stage au premier emploi


La photosynthèse artificielle
De nombreux travaux de recherche s'inspirent du processus naturel de photosynthèse

CC by U.S. Department of Energy / United Joint Center for Artificial Photosynthesis

Une quête bioinspirée

La photosynthèse est le mécanisme grâce auquel les plantes produisent des matières organiques telles les glucides, en utilisant l'énergie fournie par les rayons du soleil. Pour cela, elles consomment de l'eau (et des minéraux), du CO2 (dioxyde de carbone) et rejettent de l'oxygène.
Depuis les années 1990, l'idée de reproduire de manière artificielle le mécanisme de la photosynthèse se développe au sein de la communauté scientifique, plus particulièrement chez les chimistes et les biologistes. Comme le souligne Bill Gates, cofondateur de Microsoft, « si cela marche, cela pourrait être magique », notamment parce que la photosynthèse artificielle consomme du CO2, le principal gaz à effet de serre, responsable du réchauffement climatique. Mais parvenir à reproduire cette conversion de l'énergie solaire en énergie chimique qu'effectue la photosynthèse reste un vrai défi auquel s'attèlent de nombreuses équipes de recherche dans le monde, dans une démarche qui s'inspire de la nature. 

Diverses pistes de recherche

Certaines approches visent à se servir de l'énergie solaire pour produire un carburant, l'hydrogène, ainsi que de l'oxygène. L'idée est de séparer les molécules d'eau (H20) en hydrogène (H2) et en oxygène (02), grâce à des catalyseurs. Pouvoir dissocier en même temps du dioxyde de carbone, conduirait à des composés riches en carbone et hydrogène, des carburants très énergétiques. Les émissions en CO2 de ces carburants pourraient alors être recyclées par le même processus. C'est ce que semblent avoir réussi des chercheurs de Harvard, en utilisant des micro-organismes spécifiquement sélectionnés. Le rendement global de conversion serait de 10%, à comparer au chiffre de 1% du rendement de la photosynthèse naturelle (production de glucose). Ces pistes de recherche bénéficient des travaux fondamentaux sur le phénomène de la photosynthèse, qui est loin d'avoir livré tous ses secrets. Des chercheurs français viennent ainsi d'apporter une nouvelle brique à cet édifice intellectuel en cours d'élaboration. Ils sont parvenus à caractériser l'un des quatre électrons impliqués dans les réactions photochimiques au coeur de la photosynthèse. L'enjeu est en effet d'identifier les édifices moléculaires parfois transitoires et les processus qui permettent de capter l'énergie lumineuse, et d'accumuler des charges électriques, ce qui permet à des réactions chimiques de se produire.

Applications extraterrestres

Les bienfaits de la photosynthèse artificielle sont multiples. Des chercheurs américains ont en effet réussi à produire des composés riches en nitrates, qui peuvent être utilisés comme engrais. Les différentes formes de photosynthèse artificielle pourraient ainsi servir à la colonisation de planètes telles que Mars, dont l'atmosphère est très riche en CO2 (plus de 95%), en y produisant du carburant, des engrais et de l'oxygène, pour approvisionner une future base sur la planète rouge.

Pour en savoir plus

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