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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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Le nouvel or vert
Le recyclage des urines humaines en engrais

Fabien Esculier, chercheur à l’École des Ponts ParisTech, a récemment publié les résultats de ses recherches portant sur une gestion alternative des urines et matières fécales. Ces recherches font partie du programme OCAPI (Optimisation des cycles Carbone, Azote et Phosphore en ville) qui vise à étudier et accompagner les évolutions possibles des systèmes d'alimentation et d'excrétion en ville.

Les engrais azotés

Les principaux nutriments apportés par les engrais sont l’azote, le phosphore et le potassium. Pour ce qui est de l'azote, il compose 78 % de l’air sous forme de diazote (N2), un gaz non réactif. Mais ce n'est pas sous cette forme que les plantes peuvent l'assimiler. Les engrais azotés, qu'on appelle aussi «engrais minéraux simples» sont fabriqués à partir de l'ammoniac, obtenu par la combinaison de l'azote présent dans l'air et de l'hydrogène, lequel est produit par reformage du gaz naturel. Environ 80% du coût de production de l'ammoniac est lié à l'utilisation du gaz naturel.

Une alternative moins coûteuse et plus écologique

L’urine est une solution aqueuse excrétée par le corps après filtration du sang par les reins. Composée à plus de 95 % d’eau, elle contient de l'urée, de la créatinine, ainsi que d'autres composés organiques et inorganiques. Les trois principaux nutriments des plantes sont excrétés par le corps dans l’urine, à savoir l’azote, le potassium et le phosphore. Très rapidement après l’excrétion d’urine, l’azote va majoritairement se trouver sous forme ammoniacale. Les plantes sont alors capables d'assimiler directement les deux formes d'azote résultantes : les ions ammonium (NH4+) et nitrate (NO3 -). Quant au phosphore, il est assimilable par les plantes sous sa forme dissoute PO43- (orthophosphate).

La fin du tout-à-l’égout

Ces produits obtenus à partir de l’urine constituent une nouvelle source prometteuse de fertilisation azotée en agriculture. La mise en œuvre de systèmes d’assainissement alternatifs est également en mesure de générer des avancées environnementales et sociales considérables : diminution de la consommation d’énergie, réduction des émissions de gaz à effet de serre, renforcement de la qualité des eaux de surface, source pérenne de nutriments, reconnexion des territoires urbains et ruraux, etc. Des expériences supplémentaires vont bientôt être lancées. Elles viseront à étudier l’innocuité de cette nouvelle source d’azote et les impacts environnementaux potentiels à travers les émissions de gaz après application.

Publié le 24/10/2018

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Yassa HARBANE
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