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La mission Rosetta de l'ESA a montré que la comête « Tchouri » (67P Churyumov-Gerasimenko), sur laquelle l'atterrisseur de la sonde a fini par s'écraser, est composée à près de 40 % de molécules organiques. D'après les travaux de Jean-Loup Bertaux, du Laboratoire atmosphères, ...

Cassini, la descente finale

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Cassini est un projet  d'exploration spatiale très ambitieux, avec une sonde qui aura passé près de 20 ans dans l'espace. La sonde Cassini elle-même est la première à être mise en orbite autour de Saturne, dont les missions Voyager ...

Alzheimer et l'immunité du cerveau

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La maladie neurodégénérative d’Alzheimer est la cause la plus courante de démence, puisqu'elle serait à l’origine de près de 70% des cas. Ses premières ...

Vers un nouvel outil de génie génétique

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Une des énigmes majeures de l'astrophysique est de comprendre l'accélération de l'expansion de l'Univers. Afin de caractériser la nature de l'énergie ...

Un tamis moléculaire plus performant et vert

La purification du gaz naturel

Le gaz naturel extrait du sol a besoin que l'on élimine l'eau et le dioxyde de carbone qu'il contient, afin que seul le méthane reste présent. Dans l'optique de développer des procédés industriels plus efficaces de séparation de gaz, une équipe de chercheur·euse·s a conçu un nouveau matériau poreux, KAUST-8. De la famille des MOF (metal organic framework), extrêmement stable et facilement recyclable, il s'agit d'un matériau cristallin poreux composé d'ions métalliques d'aluminium associés à des ligands organique de type pyrazine.

Au-delà de la purification du gaz naturel, KAUST-8 peut aussi être utilisé comme un agent déshydratant. Il peut par exemple jouer un rôle de dessiccant en chimie, de déshumidificateur de l’air par absorption d’eau dans des systèmes de climatisation ou encore de protection de certaines substances contre la dégradation ou la corrosion sous l’effet de l’humidité. Ses performances de captage sélectif de l’eau, ses capacités de régénération à faible coût énergétique et son potentiel d'adaptation sont d'un intérêt majeur dans le domaine de l'énergie et de l'environnement, vers ce qui peut être qualifié de chimie verte.

Des structures poreuses qui piègent les molécules

Dans le domaine de la chimie, les matériaux poreux fonctionnent comme une éponge à l'échelle des molécules. Leur structure cristalline forme des pores de dimension nanométrique, soit une succession de canaux et de cages, qui permet d'adsorber des composés spécifiques en fonction de leur taille. L'industrie utilise généralement des zéolithes, une variété d'aluminosilicates stable chimiquement, efficace et facile d'utilisation. La régénération du matériau KAUST-8 est atteinte en chauffant à des températures beaucoup moins élevées que dans le cas des zéolithe, d'où un processus moins énergivore au cours des cycles d'utilisation.

Les simulations numériques ont prédit que KAUST-8 était capable de purifier le gaz naturel avec de meilleures performances que les zéolithes. D'un diamètre de seulement trente-six centièmes de nanomètres, les tunnels formés par les pores de KAUST-8 ne laissent pas le méthane pénétrer à l'intérieur du tamis, au contraire des molécules d'eau et de dioxyde de carbone. Par le jeu des interactions chimiques, l'eau reste piégée en se liant aux sites métalliques d'aluminium du matériau et le dioxyde de carbone en se liant aux atomes de fluor de la pyrazine. De plus, la structure et la chimie du matériau peuvent être modulées, afin de les adapter à la séparation d’autres molécules de tailles différentes comme le propane et le propylène qui joue un rôle majeur dans le domaine de la pétrochimie.

Article réalisé à partir d'un entretien avec Guillaume Maurin, chercheur au CNRS.

Publié le 5 juillet 2017

En savoir plus

Un nouveau matériau pour purifier le gaz naturel, communiqué de presse du CNRS

Comment un matériau poreux peut-il trier les gaz ?, en direct des laboratoires de l'Institut de chimie

Représentation en trois dimensions de quelques molécules, sur Sciences en ligne

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Usines galactiques
Des usines galactiques présentes au centre de notre Galaxie sont capables de libérer des énergies colossales détectées sur Terre grâce à leur rayonnement gamma.

La Voie Lactée, un creuset énergétique

Le coeur de notre Galaxie recèle des objets tels que des vestiges de supernova, issus de l’explosion d’une étoile ; des nébuleuses à vent de pulsar, constituées par de la matière éjectée lors d’une supernova et dont l’intensité décroit du centre au bord ; ou encore un amas compact d’étoiles massives. Ces objets jouent le rôle d’accélérateurs naturels de particules cosmiques capables de libérer de très grandes énergies. Ce sont de véritables « usines » galactiques.

Pendant un temps, une supernova peut briller autant qu’une galaxie toute entière. Cela se traduit par des particules cosmiques atteignant des énergies colossales d’environ 100 téraélectronvolts (TeV), soit 1012 électronvolts (eV). A titre de comparaison, l’énergie émise par la fission d’un atome d’uranium est d'environ 200 mégaélectronvolts (MeV), soit 106 eV. Il existerait même des « usines » galactiques capables de produire des particules cosmiques dotées d'énergies beaucoup plus élevées que celles jamais produites par l’Homme, de l'ordre du pétaélectronvolt (PeV), soit 1015 eV, alors que les accélérateurs actuels n’atteignent « que » quelques dizaines de TeV.

La détection des rayons gammas

L’énergie libérée par ces « usines » galactiques se caractérise par leur rayonnement électromagnétique gamma. Ces rayonnements constitué de photons, sont détectés lorsqu’ils atteignent l’atmosphère terrestre. C’est dans ce but qu’a été réalisé, il y a environ 10 ans, le réseau de télescopes gamma HESS (High Energy Stereoscopic System), auquel contribuent le CNRS et CEA. Destiné à mesurer les rayons gamma d’origine cosmique de très grande énergie, c’est le plus grand observatoire gamma jamais construit.

Entre 2004 et 2013, les observations du HESS ont mis en évidence l’existence d’une source cosmique située au centre de la Voie Lactée, et capable d’accélérer des protons jusqu’à des énergies avoisinant le PeV. D’après les chercheurs, cette source émettrait sans interruption depuis au moins mille ans. Elle constituerait ainsi le premier « Pévatron » jamais observé. Aujourd'hui, leur étude livre ses derniers secrets.

Un trou noir au centre de notre Galaxie

Au centre de la Voie Lactée, plusieurs objets cosmiques peuvent être à l’origine d’une telle énergie. Cependant, d’après les chercheurs, la source la plus probable serait un trou noir supermassif appelé Sagittarius A. Dès lors, plusieurs régions d’accélération sont envisageables : le voisinage immédiat du trou noir ou une région plus éloignée. Dans ces zones, une fraction de matière tombant sur le trou noir est réinjectée dans l’environnement et peut initier l’accélération de particules.

Bien qu’importante, l’activité actuelle de Sagittarius A ne permet pas d’expliquer à elle seule l’intensité du rayonnement cosmique observé sur Terre. Néanmoins, à supposer que le trou noir fût plus actif dans le passé, il pourrait être à l’origine de la quasi-totalité du rayonnement cosmique galactique observé à ces énergies. Hypothèse qui alimente le débat sur l’origine de ces rayons.

Pour en savoir plus :

 

La rédaction de Sciences en Ligne
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