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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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Le plongeon final de Cassini
En orbite depuis 2004 autour de Saturne, la sonde Cassini effectue une lente descente en direction de sa surface avant de se désintégrer en septembre 2017.

Une mission riche en enseignements

Afin de mieux connaître Saturne et ses satellites, la sonde spatiale Cassini a quitté la Terre en octobre 1997. Parvenue à destination en 2004, elle s'est mise en orbite autour de la planète gazeuse, dont elle a étudié l'atmosphère, la magnétosphère, les anneaux et les satellites. Quelques mois après, elle a libéré la sonde Huygens, qui est descendue sur Titan en fournissant des informations sur l'atmosphère et le sol de la plus grosse des lunes de Saturne.

En treize ans, la sonde Cassini a fourni de nombreux résultats scientifiques, tels que la découverte des geysers d’Encelade, l'identification de plus de soixante lunes – y compris à l’intérieur des anneaux – ou l'observation d'un vortex à six tourbillons situé au pôle nord de la planète. Cassini devait clore son voyage en 2008, mais, devant ces succès, la mission a été prolongée.

Dans les nuages de Saturne

Le 22 avril 2017, Cassini a effectué son cent vingt-septième et dernier survol rapproché de Titan, subissant une accélération qui a amorcé la manœuvre suivante. Le 26 avril, en effet, la sonde a effectué à une vitesse de cent vingt-quatre mille kilomètres par heure un plongeon entre Saturne et ses anneaux, s’enfonçant dans l’épaisse enveloppe gazeuse de la planète. Dans cet espace encore inexploré, la grande antenne radio de la sonde a été pointée vers l’avant en guise de bouclier face à d'éventuelles collisions avec des poussières, ce qui l'a empêchée de communiquer avec la Nasa durant ce laps de temps.

Lorsque Cassini a repris contact avec la Terre, elle a transmis les cent seize images collectées lors du survol, des images brutes de la planète prises à une distance de seulement trois mille kilomètres. C’est la première fois qu’un engin spatial s’aventure si près de la planète gazeuse. Le deuxième des vingt-deux survols rapprochés de Saturne a eu lieu le 2 mai. La sonde passera à deux mille kilomètres de la surface de référence de Saturne, avant de se désintégrer sur Saturne en septembre 2017, soit un mois pile avant ses vingt ans.

Le grand final

Choisir la désintégration dans la haute atmosphère de Saturne comme fin de mission permet d'éviter de polluer Encelade et Titan, deux lunes de Saturne qui pourraient contenir de l’eau liquide sous leur surface gelée. En plus de cette démarche de protection planétaire, cette étape final permettra au vaisseau de faire des mesures scientifiques qui auraient autrement été impossibles.

Les mesures du champ de gravité autour de la planète renseigneront sur sa structure interne, tandis que les mesures de la masse des anneaux permettront de déduire leur âge. Dans les deux cas, les résultats obtenus grâce à la sonde seront confrontés aux modèles établis par les astrophysicien·ne·s, de manière à les affiner, les valider ou les remettre en question. Enfin, mesurer le champ magnétique de Saturne conduira à calculer plus précisément la rotation de la planète.

En savoir plus

Cassini-Huygens, sur le site du CNES

L'exploration de Saturne, sur le site du CNES

Juno explore Jupiter, sur Sciences en ligne

Une sonde à l'assaut d'un astéroïde, sur Sciences en ligne

New Horizons lancée vers Pluton et ses lunes, sur Sciences en ligne

Cassini : ultime ballet cosmique pour le sondeur des anneaux, entretien réalisé par le CNES

Arthur Jeannot
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