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La foudre bat des records

CC BY SA André Karwath aka Aka

Les éclairs et la foudre sont parmi les phénomènes naturels les plus spectaculaires. On estime que chaque seconde l’atmosphère terrestre est traversée par une cinquantaine de ces décharges électriques. En effet, ...

Un moteur moléculaire à effet tunnel

Credit: Empa
Un moteur quantique
Comme d’autres moteurs moléculaires de cette échelle, le fonctionnement de ce nanomoteur conçu à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), met en jeu la mécanique quantique. Mais l’originalité de ce nouveau moteur réside dans le fait que la cause-même ...

Photo-ionisation

A photo of the COLTRIMS reaction microscope built by Alexander Hartung as part of his doctoral research in the experiment hall of the Faculty of Physics. Credit: Alexander Hartung.

La quantité de mouvement de la lumière

Bien que de masse nulle, la lumière possède une quantité de mouvement ...

Vers de nouvelles technologies de chargeurs

Image Vedecom - DR

Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, ...

Tromper une caméra thermique

Caméras thermiques : « filmer la température »

Tout corps, en raison de sa température, émet par sa surface un rayonnement dont le spectre (fréquence ou longueur d’onde en abscisse, intensité en ordonnée) couvre théoriquement toute la gamme des ondes électromagnétiques, l’intensité de l’émission variant ...

Piles bêtavoltaïques au carbone 14 recyclé

Des piles « bêtavoltaïques »

Certains noyaux radioactifs, généralement ceux possédant trop de neutrons par rapport à leurs protons, transmutent un neutron en proton, électron et antineutrino. Cette réaction s’appelle la radioactivité bêta moins et s’écrit n -> p + e- + v. L’électron est émis avec une énergie moyenne de 50 keV. On parle de « rayonnement bêta » ou « électron bêta ». L’énergie de l’électron peut être mise à profit en étant convertie en électricité dans un semi-conducteur, de la même manière que l’énergie du photon est employée dans les piles photovoltaïques.

Les piles « bêtavoltaïques » ont ainsi vu le jour au cours des années 1970. La source bêta radioactive employée était le prométhium-147 ou Pm-147. Elles ont été surtout utilisées pour alimenter les pacemakers. Mais les piles « lithium-ion » offrant de meilleures performances, notamment avec une meilleure durée de vie, sont venues les supplanter sans leurs défauts. L’inconvénient majeur de ces « bêtapiles » provenait du fait qu’elles contenaient non seulement du Pm-147 mais aussi du Pm-146 émetteur de rayonnement gamma qu’il fallait arrêter. Aussi, l’essentiel du volume de ces piles était occupé par de la matière employée comme écran pour stopper ce rayonnement. Ces piles ont donc disparu du paysage.

Un moyen d’utiliser le carbone 14

L’idée de l’énergie bêtavoltaïque n’a pas été abandonnée pour autant. Elle a d’ailleurs refait surface récemment avec comme objectif d’employer le carbone-14 comme source d’énergie. Pour mémoire, le carbone occupe la sixième case du tableau périodique des éléments et possède donc 6 électrons et 6 protons. L’essentiel du carbone sur Terre possède également 6 neutrons. C’est le Carbone-12 ou 12C. L’isotope naturellement très rare du carbone (1 atome sur 1012) avec 8 neutrons ou 14C est instable, radioactif bêta. Or, les Britanniques possèdent beaucoup de C-14 dont ils ne savent que faire. En effet, la technologie employée dans certaines de leurs centrales nucléaires fait appel au graphite comme modérateur, pour réduire la vitesse des neutrons. Mais ce bombardement neutronique produit d’importantes quantités de C-14. Ce radioisotope serait ainsi recyclé dans des piles d’une nouvelle génération, employées dans certains dispositifs électroniques, notamment à bord de satellites. Mais une source bêta ne suffit pas, il faut aussi un semi-conducteur. Or, le carbone est un semi-conducteur. Par conséquent les piles envisagées sont formées de carbone avec une part de C-14.

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Les technologies des trains à grande vitesse
La course à la vitesse est à l'origine de nombreuses innovations du domaine ferroviaire

Le TGV en France

L'idée de créer un TGV (Train à Grande Vitesse) pour relier les principales villes françaises émerge au cours des années 1960, dans le but de concurrencer l'automobile et l'avion par une augmentation de la vitesse du transport. Propulsé par des moteurs électriques, ces trains sont composés de deux locomotives indépendantes, encadrant une rame articulée de huit ou dix voitures. Le record de vitesse sur une longue distance a été établi en 2001, avec une moyenne de 306,3 km/h sur le trajet Calais-Marseille.

Le TGV ne peut atteindre ses vitesses maximales que sur une ligne à grande vitesse. Il emprunte les autres voies ferrées à la vitesse maximale autorisée par ces lignes, soit jusqu’à 220 km/h selon le tracé et le type de signalisation. Pour exploiter la grande vitesse, il faut alors construire un réseau de voies ferrées et de gares tenant compte par exemple des contraintes de vibrations sur les voies.

Depuis sa mise en place, le TGV, n'utilise plus une signalisation au sol par des panneaux lumineux mais une signalisation à transmission continue, ce qui permet à la personne aux commandes d'exercer un contrôle constant sur le train. Dans la même idée, les innovations se poursuivent pour les conducteurs·trices de train, comme avec l'application Opti Conduite mise à la disposition en juillet 2016 sur l'ensemble des axes TGV. Installée sur des tablettes, elle permet de visualiser en temps réel la vitesse à adopter, ainsi que les prochains changements de vitesse à effectuer. En assurant une conduite plus souple, plus de confort pour les voyageurs·euses et une harmonisation du trafic, l'applicationdevrait permettre de réaliser une moyenne de 10% d'économie d'énergie en 2017.

Une nouveau type de train, le Maglev

Il s'agit d'un train sur monorail, dont le mode de propulsion est le champ magnétique généré par la voie elle-même. Le Japon a choisi la technologie de la sustentation électrodynamique pour son Maglev. L'Allemagne avait développé la technologie de sustentation électromagnétique, le premier train au monde de ce genre à transporter des passagers en 1979, malheureusement abandonné pour des raisons financières.

Le Maglev lévite grâce à des aimants fixés aux véhicules et à des bobines supraconductrices refroidies à -269°. N'étant pas en contact direct avec le rail, l'absence de frottements permet au train d'atteindre jusqu'à 600 kilomètres/heure.

Une nouvelle forme de train, l'Hyperloop

La SNCF participe au financement d’un projet de train hypersonique, l'Hyperloop. Depuis que le projet a été proposé en 2014 par Elon Musk (patron de Tesla et SpaceX),  avec une stratégie encourageant les démarches collaboratives, de nombreuses entreprises se penchent sur le sujet. Parmi 2 600 dossiers, la firme américaine en a sélectionné 35, issus de particuliers ou de grands services publics. Après une nouvelle étape de sélection au mois de mai, trois lauréats seront désignés au mois d'août.

Le principe ? Des capsules de 3 tonnes et de moins de 3 mètres de diamètre, flottant sur un coussin d’air, sont propulsées par un rail magnétique dans des tubes suspendus ou sous l'eau, le tout fonctionnant à l'énergie solaire. Des moteurs à induction sont placés à intervalle réguliers pour assurer cette propulsion. Les tubes étant presque vides, le peu de frottements permet de transporter les personnes et les marchandises à des vitesses de plus de 1 200 kilomètres par heure, soit presque la vitesse du son. Même si les chantiers de l'Hyperloop avancent, les premiers trains ne devraient pas être mis en circulation avant au moins 2020.

Relier San Francisco-Los Angeles en 30 minutes, Vienne-Bratislava-Budapest en 20 minutes, Paris-Marseille en moins d'une heure, Paris-Reims en 12 minutes contre 48 avec le TGV, parcourir les 12 kilomètres qui séparent la Corse de la Sardaigne en une poignée de secondes, les promesses mises en avant pour chacun des projets font rêver. En plus de la cible grand public, une entreprise réfléchit au transport de fret, un « cargoloop » qui pourrait passer par des voies souterraines voire sous-marines. De quoi transformer de nouveau en profondeur le transport de marchandises en plus du transport des personnes.

L'une des entreprises américaines travaillant sur ce projet a annoncé, le mardi 24 janvier 2017, l'implantation d'un centre de recherche et développement européen à Toulouse. Hyperloop Transportation Technologies doit bâtir des locaux sur l'ancienne base aérienne de Francazal, mise à disposition par l'État. Le centre comprendra notamment des locaux de recherche et une piste d'essai d'environ un kilomètre. Grâce aux synergies avec l’aéronautique et le spatial, l'objectif est de passer à une phase expérimentale d’ici 2021.

En savoir plus

Le métier de conductrices et conducteurs de train, sur Explorathèque

SNCF Opti-Conduite, l’application qui voudrait faire économiser de l’énergie aux TGV

Les trains à sustentation magnétique sont-ils déjà obsolètes ?, un point sur les technologies des trains

L'Hyperloop s'installe à Toulouse, Le Huffington Post

Arthur Jeannot
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