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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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Des réfrigérateurs à torsion
Une nouvelle méthode de réfrigération utilise les propriétés thermiques des matériaux élastiques

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 à effet de serre susceptibles d’être émis dans l’atmosphère, où ils contribuent au réchauffement climatique. L’industrie du froid s’efforce à employer des fluides moins problématiques, notamment en revenant à des solutions anciennes telles que l’ammoniac.

Face à ces enjeux économiques et industriels de premier plan, de nouvelles techniques de refroidissement sans impact sur l’effet de serre et dotées d’un meilleur rendement que les procédés actuels font également l’objet de recherches. Des chercheurs américains et chinois semblent avoir trouvé une piste prometteuse … dans les élastiques.

Du froid dans la torsion  

Pour comprendre le phénomène, une expérience très simple à réaliser s’impose Etirez rapidement un élastique un peu large (1 cm par exemple) puis, sans le relâcher, mettez-le immédiatement en contact avec vos lèvres très sensibles à la température. Vous percevrez un échauffement. En relâchant l’élastique vous sentirez un rafraîchissement. On parle d’échauffement et de refroidissement élastocaloriques. Connu depuis le début du XIXe siècle, ce comportement repose sur le fait que le caoutchouc est un polymère. Il est formé de très longues chaînes moléculaires qui s’enchevêtrent.  Avec une telle structure, un apport de chaleur aboutit à un raccourcissement et non à une dilatation, car en s’agitant davantage, les molécules se recroquevillent sur elles-mêmes et, comme une corde que l’on secouerait, la distance séparant leurs extrémités diminue. Lorsque l’élastique est relâché, il se raccourcit et emprunte de la chaleur aux lèvres, ce qui provoque un rafraîchissement. Cependant, pour obtenir une bonne chute de température, l’étirement doit être très important, ce qui n’est pas commode. Le moyen de contourner ce problème est passé par l’étude du comportement des matériaux - polymères ou non - lorsqu’ils sont enroulés voire surenroulés sur eux-mêmes puis désenroulés.

C’est justement en effectuant des recherches sur des fibres naturelles ou cristallisées de nylon et de polyéthylène, mais aussi sur des fils à mémoire de forme en nickel-titane, que des chercheurs américains et chinois ont montré que dans certains cas, les cycles de torsions et détorsions correctement menés permettent d’obtenir d’importantes chutes de température allant de 15 à 20°C. La découverte de ce phénomène baptisé twistocalorique pourrait aboutir à la réalisation de nouveaux réfrigérateurs, d’autant qu’ils devraient posséder un meilleur rendement que les systèmes de réfrigération classiques.

 

Kamil Fadel
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