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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 ...

Du champagne supersonique

Physique du bouchon de champagne

Tout le monde le sait, lorsqu’une bouteille de champagne est débouchée, le bouchon est souvent violemment propulsé… ce qui peut être dangereux s’il percute l’œil. La raison pour laquelle le bouchon saute à environ 50 km/h vient du fait qu’une bouteille de champagne contient 8,8 g de dioxyde de carbone (CO2) soit 0,2 mole, dont l’essentiel est dissout dans le liquide, le reste se trouvant sous pression dans le goulot, en équilibre avec le CO2 dissout. A 20°C, la pression dans le goulot vaut 7 fois la pression atmosphérique, tandis qu’à 30°C, elle lui est 10 fois supérieure. Le bouchon est donc plus fortement poussé vers l’extérieur que l’air ambiant à la pression atmosphérique le pousse vers l’intérieur. Aussitôt après l’expulsion du bouchon, un « nuage » de condensation apparaît au-dessus du goulot. En effet, lors de son expansion, le CO2 pousse le bouchon vers l’extérieur et lutte contre la pression atmosphérique, si bien que l’énergie qu’il dépense pour effectuer ce travail se traduit par une chute de température, le gaz n’ayant pas le temps d’équilibrer sa température avec le milieu ambiant par échange de chaleur : la détente s’effectue de manière adiabatique (sans échange de chaleur). La chute de température provoque la condensation de la vapeur d’eau en liquide et même solide avec apparition de fines gouttelettes et de cristaux. La température après détente est plus basse lorsque la pression initiale est plus importante, c’est-à-dire lorsque la température initiale est plus élevée. Comme la température peut chuter à -90°C, le CO2 peut lui-même geler.

Du nouveau !

C’est en étudiant attentivement ce phénomène que les physiciens français Gérard Liger-Belair, Daniel Cordier et Robert Georges du CNRS viennent de découvrir une chose surprenante qui a faut l’objet d’une publication (Liger-Belair et al. Sci. Adv. 2019; 5 : eaav5528 20 Septembre 2019) : l’expansion du CO2 s’effectue de manière supersonique (c'est-à-dire plus rapide que 340 m/s) avec formation de ce qui s’appelle un « disque de Mach »… qu’il ne faut confondre avec un « cône de Mach », lequel apparaît lorsqu’un objet - comme un avion par exemple ou une balle - avance à vitesse supersonique. Les disques de Mach sont des ondes de choc bien visibles dans les jets des réacteurs d’avions supersoniques. Le jet de plusieurs mètres de long comporte des stries régulièrement espacées : ce sont les « disques de Mach » appelés aussi en anglais « shock diamonds ». À l’aide d’une caméra ultrarapide, les chercheurs ont pu photographier l’apparition d’un disque de Mach et son évolution au cours du temps. Comme quoi, il y a encore de la physique à découvrir dans une simple bouteille de champagne.

 

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Le matériau le plus noir du monde
Des chercheurs ont réussi a créer par hasard le matériau le plus noir au monde

Si vous pensiez qu’obtenir un noir intense était chose facile, vous vous trompiez. Depuis de nombreuses années, artistes et scientifiques cherchent la formule du véritable noir, ou du moins à s'en approcher. Par noir véritable, entendez une surface qui ne renverrait aucun rayon lumineux. Actuellement, tout objet de couleur noire est en réalité gris puisque la lumière n’est pas totalement absorbée et se reflète. C’est cette réflexion de la lumière qui rend possible la détection de relief dans des objets noirs comme les plis d’une chemise de couleur noire par exemple. En 2012, était créé le Vantablack capable d’absorber 99,965 % des rayons lumineux. Il restera le noir le plus intense jusqu'à septembre 2019. C’est un matériau capable d’absorber 99,995 % des rayons lumineux qui l’a détrôné. 

Le carbone allié inattendu :

Le nouveau matériau, comme le Vantablack avant lui, utilise une structure particulière lui permettant d’absorber les rayons lumineux. Cette structure, ce sont les nanotubes de carbone. Présents dans la nature, ils ont été synthétisés pour la première foi en 1993 par deux scientifiques distincts, Sumio Lijima et Donald S. Berthune. Les nanotubes de carbone sont une forme allotropique du carbone appartenant à la famille de fullerènes. Ils sont composés d’atome de carbones qui forment un tube parfois refermé à son extrémité par une demi-sphère. Ces structures dont la dimension est de l’ordre du nanomètre présentent de nombreuses propriétés comme une extrême résistance et une conductivité importante. De fait, les scientifiques les étudient depuis de nombreuses années. C’est par hasard que l’équipe du MIT a créé un matériau d’un noir ultra-profond en étudiant la pousse des nanotubes sur une feuille d’aluminium. 

Le principe

Les nanotubes de carbones sont disposés en « forêt », c’est-à-dire qu’ils sont alignés à la verticale resserré les uns entre les autres. Cette disposition permet de capturer la lumière et donc de minimiser la réflexion en créant des « pores » (espace entre les tubes). La découverte du matériau relève de la sérendipité. L’équipe ne cherchait pas à obtenir un noir 10 fois plus intense que le Vantablack, mais simplement à faire pousser des nanotubes de carbone sur de l’aluminium pour accroître ses propriétés conductrices et thermiques. La raison pour laquelle le matériau absorbe encore plus de lumière que ses prédécesseurs reste inconnue. Cela n’a pas empêché les artistes et les entreprises spécialisées dans le camouflage à s’intéresser au matériau. En effet, tout matériel recouvert par ce matériau perd pour l’œil humain tous ses contours. 

Applications futures :

Un artiste résident du MIT a déjà présenté une œuvre réalisée avec ce matériau. Il en a recouvert un magnifique diamant jaune naturel de 16,78 carats, le tout exposé sur un fond noir le faisant passer de visible à invisible. L’œuvre s’appelle « Redemption of vanity » et montre bien l’efficacité du matériau. 
Ces propriétés pourraient s'avérer très utiles à la conception de futurs télescopes, pour bloquer la lumière parasite qui entre dans les lentilles et ainsi améliorer la capacité de détection d'objets célestes.

 

 

Pour en savoir plus :

 

Communiqué de presse du MIT (en anglais) : http://news.mit.edu/2019/blackest-black-material-cnt-0913

Science et vie : https://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/materiaux/un-materiau-plus-noir-que-noir_137329

Sur les propriétés absorbante des nanotubes de carbone (anglais) : http://www.physics.umd.edu/courses/Phys404/Anlage_Spring10/nl072369t.pdf

Sur les nanotubes de carbone : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nanotube_de_carbone

Sur le Vantablack : https://fr.wikipedia.org/wiki/Vantablack

 

Juliette Torregrosa
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