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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 ...

Le matériau le plus noir du 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, ...

Organes sur puce, vers un futur bionique ?

Imaginez une puce tenant dans la main qui renfermerait un micro-poumon ? Science fiction ? Fantasme de savant fou ? Absolument pas, il s'agit de choses bien réelles et déjà brevetées ! Apparus courant 2010, les organes sur puce ...

50 ans de Lune

© NASA, 1968

Apollo, conquête spatiale et apports scientifiques

"Un petit pas pour l'homme, mais un grand pas pour l'humanité", les mots de Neil Armstrong sont restés dans l'Histoire, comme l’empreinte de la chaussure de Buzz Aldrin restera sur la Lune pendant des milliers d’années.
L'exploration de la Lune fut l'objet d'un enjeu politique et technologique majeur du XXe siècle, mais le coût financier exorbitant (150 milliards de dollars pour le programme Apollo, l'équivalent du coût de l'ISS pour 5 agences spatiales sur 20 ans) aura raison de ces projets à la fin des années 70, et ce malgré d'importantes retombées scientifiques.
Les analyses des échantillons récoltés révélèrent en effet une étrange similarité entre la composition isotopique des roches lunaires et celles de notre planète, avec une quantité notable d'éléments réfractaires (à haute température de vaporisation) sur notre satellite. Ces analyses viennent étayer l'hypothèse de « l'impact géant », qui suppose la collision d'un planètoïde de la taille de Mars avec la Terre, aboutissant à la formation de la Lune par accrétion des débris il y a 4,5 milliards d'années.
Cependant, ces échantillons ne sont pas représentatifs de la totalité de la Lune, sur laquelle de nombreuses zones restent inexplorées.
 

La course reprend, les découvertes aussi

Or, ces données sur les ressources et l'exploitabilité de la Lune sont cruciales dans le contexte moderne. Depuis les années 1990, ce sont donc des sondes qui ont repris l'exploration.
Avec la détection de glace au fond des cratères polaires par la sonde américaine Lunar Reconnaissance Orbiter en 2009, la possibilité d'utiliser l'eau et l'oxygène lunaire pour ravitailler les futurs explorations spatiales, voire de fabriquer directement les ergols de propulsion (hydrogène et oxygène liquides) a fait son chemin dans l’esprit des scientifiques, pour qui la face cachée et les pôles sont les nouveaux horizons de l’exploration lunaire.
Ainsi, l'alunissage du rover chinois Chang'e-4 sur la face cachée, en janvier 2019 devrait permettre d’en savoir plus sur l’exploitabilité des ressources de la Lune. Le retour des échantillons est prévu en fin d'année.

La Lune, tremplin de l'exploration spatiale

Tandis que des sondes et des atterrisseurs partent pour Mars, la NASA prépare la capsule Orion et la mission Artemis, qui prévoit de placer un équipage en orbite lunaire dans les années 2020 et de retourner sur son sol en 2024.
En associant cette capsule habitable au projet de Lunar Orbital Platform – Gateway, sorte d'ISS orbitant autour de la Lune, les Américains ont pour ambition de créer une véritable usine déstinée à la fabrication d'engins spatiaux, en prospectant le sol lunaire. Elle fera aussi office de base arrière de secours pour toute future installation humaine permanente, comme l’ambitieux « Moon Village » de L’ESA, sur le pôle Sud lunaire. Ces missions sont aussi des test d’autonomie, afin de préparer les futurs grandes expéditions vers Mars, qui seront longues de plusieurs années et où les astronautes seront appelés à décider et à agir seuls.

Pour en savoir plus sur la Lune: Histoire, projets à venir, sciences

 

Représentation d'artiste de la station Gateway et du vaisseau Orion en approche.

Représentation d'artiste de la station Gateway et du vaisseau Orion en approche.

© NASA

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Les batteries au lithium pour un Nobel
Les travaux ayant conduit aux accumulateurs au lithium sont récompensés par un Prix Nobel de chimie

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…

Kamil Fadel
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