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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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Mercure et environnement
Les activités humaines auraient conduit à une forte augmentation du mercure dans le milieu naturel.

Un comité international de scientifiques a produit une évaluation mondiale du mercure pour l'UNE (Nations Unies pour l'environnement). Le rapport de 2018 démontre une augmentation significative du mercure dans l'atmosphère avec une hausse d'environ 450 % par rapport aux niveaux naturels (prévalant avant 1450) et à une augmentation moyenne des dépôts de mercure vers les océans et les sols de 300 % .

Le mercure et l'environnement

Le mercure élémentaire gazeux (Hg0), aussi appelé "mercure métallique", est émis dans l’atmosphère par des sources naturelles et par des sources anthropiques. La seule source naturelle primaire du mercure est volcanique, qu'elle soit terrestre (volcans) ou marine (sources hydrothermales). Le mercure circule à la surface de la terre transitant par dégazage des eaux de surface, plantes, et feux de forêt.

Le mercure est un polluant absorbé aussi bien par les écosystèmes terrestres que marins. De plus, son temps de séjour dans l'atmosphère est suffisamment long pour qu'il soit distribué à une échelle globale. Il est donc en mesure de contaminer des milieux très éloignés des lieux d'émission. Complexe, son cycle dans le milieu naturel fait intervenir plusieurs espèces chimiques organiques et inorganiques, et dépend de variables telles que la température, l’ensoleillement, la végétation et l'activité bactérienne.

Le cycle du mercure est semblable au cycle du dioxyde de carbone dans la mesure où il existe des émissions naturelles et des échanges entre l’atmosphère et l’océan. Durant le temps géologique, une grande partie du CO2 a été séquestrée par les plantes et enfouie dans les fonds terrestres et océaniques. Sa concentration est donc moindre à la surface de la Terre, dans l'atmosphère ou dans la mer. Les émissions de CO2 sont issues de la combustion des plantes, du charbon ou du pétrole et enrichissent à nouveau l'atmosphère et l’océan. C'est également le cas du mercure, dont une grande partie a été séquestrée et est aujourd’hui réémise.

La toxicité du mercure métallique (Hg0) dépend de sa forme physique : nocif lorsque ses vapeurs sont inhalées, il ne présente qu'un très faible danger sous forme liquide. Quant à la forme ionique du mercure, Hg2+, déjà toxique, elle peut se transformer en méthylmercure (CH3Hg+), une forme organique du mercure très répandue dans l'environnement et d'une extrême toxicité.

Le Dr. Lars-Eric Heimbürger-Boavida, océanographe chimiste du CNRS au MIO (Institut Méditerranéen d'Océanologie) explique que : «L’homme a ajouté, et continue à ajouter du mercure dans les océans. Les niveaux restent néanmoins très faibles, le mercure est même parmi les éléments les moins concentrés. On parle de picogrammes par litre. Les bactéries qui vivent dans l’océan transforment une partie de ce mercure en méthylmercure. Ce methylmercure se bioamplifie le long de la chaîne alimentaire d’un facteur 50 millions. C’est-à-dire qu’un prédateur comme le thon peut atteindre des niveaux de mercure de 1 mg/kg (la limite de vente en France étant de 0.5 mg/kg). Ce milligramme est dispersé dans 50 millions de litres d’eau de mer avant de s’accumuler dans le phytoplancton, puis le zooplancton, puis les petits poissons, tout en augmentant dans les niveaux et les proportions à chaque niveau de la chaîne alimentaire. »

Des évaluations mises à jour 

Tous les cinq ans, une équipe internationale de scientifiques est chargée par l’UNE d’une évaluation du bilan mercure, à l'échelle mondiale. Les chercheurs ont d'abord pensé que l'exploitation minière de l'argent dans l’Amérique du Sud, du XVIe à la fin du XIXe siècle (orpaillage), était la plus importante source d'origine humaine de mercure atmosphérique de l'histoire. Cependant, de récents travaux ont conduit à réviser à la baisse le rôle des émissions minières, en s'appuyant en particulier sur la géochimie du minerai d’argent et sur des documents historiques relatifs à l'utilisation du mercure.

Il résulte de cette réévaluation un bilan réajusté dans lequel les émissions de mercure dans l'atmosphère dues aux activité humaines ont entraîné une augmentation moyenne de 300 % des dépôts de mercure dans les continents et les océans, une augmentation de 230 % de la concentration en mercure des eaux marines de surface et de 12 à 25 % pour les eaux marines plus profondes . « Il est donc possible que le thon contienne aujourd’hui jusqu’à 3 fois plus de mercure à cause de nos émissions », ajoute le Dr. Lars-Eric Heimbürger-Boavida.

Afin de réduire et de limiter les incertitudes, les chercheurs ont également donné des indications de recherche spécifiques en prônant notamment une meilleure compréhension des processus fondamentaux du cycle du mercure et l'amélioration continue des inventaires des émissions de grandes sources naturelles et anthropiques : « On parle d'une augmentation du mercure par rapport aux niveaux naturels. Pour ce faire, il faudrait bien quantifier les apports naturels », précise le Dr. Lars-Eric Heimbürger-Boavida. C'est pour cette raison que les chercheurs prônent notamment une meilleure compréhension des apports naturels tels que les sources hydrothermales.

Publié le 05/12/2018

En savoir plus :

Sur le cycle du mercure:
http://envlit.ifremer.fr/content/download/28153/232653/file/fiche1.pdf
Sur le mercure dans l'océan: https://twitter.com/m3lab?lang=en
Sur l'évaluation : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.8b01246

Yassa HARBANE
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