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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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Polluants de l'air, une menace pour la santé
Les polluants chimiques d'origine humaine sont un véritable problème de santé publique, pas seulement lors des pics de pollution, mais en continu et sur le long terme.

Les polluants chimiques, un enjeu de santé publique majeur

En plus d'avoir des effets sur l'environnement, notamment par l’intermédiaire des pluies acides, la pollution de l’air constitue un danger pour la santé humaine. Chaque jour, environ 15 000 litres d’air transitent par nos voies respiratoires. Les jeunes, les personnes âgées et les populations défavorisées en souffrent le plus, mais cette pollution affecte tout le monde, aussi bien en ville qu'à la campagne, dans les pays développés et ceux dits en voie de développement. Selon l’Agence européenne pour l’environnement, la pollution de l’air serait responsable de 467 000 morts prématurées chaque année en Europe.

Les particules en suspension pénètrent dans le système respiratoire, les plus fines d'entre elles pouvant même rejoindre la circulation sanguine. La dégradation de la qualité de l’atmosphère augmente le risque d’accident vasculaire cérébral, de cardiopathie, de cancer du poumon, de certaines maladies neurodégénératives et de maladies respiratoires aiguës comme l’asthme. En provoquant des irritations au niveau du nez et des yeux, elle est aussi liée à l'augmentation du nombre d'accidents de la route. Dans certaines villes, l’exposition à cette pollution équivaut à un tabagisme passif de six cigarettes par jour. La pollution de l'air intérieur, suivant les méthodes de chauffage et de cuisson des aliments, pose également problème.

Des particules en suspension dans l'atmosphère

Les particules en suspension sont constituées d'un mélange de substances organiques et minérales, sous forme solide ou liquide. On trouve parmi elles les sulfates, les nitrates, l’ammonium, le chlorure de sodium, le carbone, les matières minérales et l’eau. Elles proviennent de sources naturelles, comme le sel de la mer ou les poussières des éruptions volcaniques, des feux de forêts et des déserts, ou proviennent d’activités humaines. En moyenne, les aérosols d'origine anthropique constituent environ 10 % de la quantité totale d'aérosols présents dans l'atmosphère. Les matières particulaires peuvent être classées selon leur diamètre. Ainsi, les PM10 ont un diamètre inférieur à 10 micromètres. Les PM2,5 sont qualifiées de particules fines, les PM1,0 de particules très fines et les PM0,1 de particules ultra-fines ou nanoparticules.

Les processus de transformation, de transport et d'élimination des particules polluantes sont sous l'influence de la chimie de l'atmosphère. Suivant les conditions météorologiques, elles peuvent s'accumuler dans des masses d'air stagnantes. Les particules primaires sont émises directement dans l’atmosphère, alors que les particules secondaires sont formées par des réactions chimiques de polluants gazeux dans l’atmosphère. Le chauffage résidentiel au bois, la combustion de certaines industries ou le trafic, notamment des véhicules roulant au diesel, émettent du dioxyde d'azote sous forme gazeuse. Sous l'effet de composés présents dans l'atmosphère, celui-ci peut se transformer en acide nitriques. Les activités agricoles sont responsables de la présence d'ammoniac, certaines industries émettent du dioxyde de soufre, tandis que les centrales à charbon contribuent à la présence de sulfates.

Des recommandations pour mieux protéger la santé

Les pics de pollution correspondent à des dépassements de seuils réglementaires d’alerte, définis en 2008 par l’Union européenne et transposés dans le droit français fin 2010. En plus d'occulter la question de la pollution quotidienne, ces valeurs seuils ne sont pas assez protectrices. Pour les PM2,5 par exemple, elle est de 25 μg / m3 grâce à la législation européenne, qui deviendront 20 μg / m3 dès 2020, alors que l’OMS recommande un seuil annuel à 10 μg / m3. Les PM1,0, elles, ne sont pas réglementées. De plus, outre l'indicateur de la concentration massique des particules en suspension, la connaissance de leur composition chimique est aussi un enjeu scientifique et politique. Dans un avis publié le 23 mai 2017, l'Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail) recommande ainsi d’abaisser la valeur seuil annuelle pour les PM2,5 au niveau des recommandations de l'OMS, ainsi que d’introduire une valeur seuil journalière pour ce polluant.

L'agence souligne également l’importance de poursuivre les efforts dans la mise en œuvre de politiques publiques de long terme en faveur de l’amélioration de la qualité de l’air. Dans cette optique, la réduction de la formation de particules secondaires implique le développement des transports collectifs et des transports doux, la modification des pratiques d'épandage et d'élevage, le renouvellement des dispositifs de chauffage au bois et un investissement dans l'isolation des logements.

En savoir plus

L’Anses recommande de poursuivre les efforts pour améliorer la qualité de l'air ambiant, l'avis de l'ANSES

Les particules fines sont dangereuses, pas seulement pendant les pics de pollution, sur The Conversation

Qualité de l'air ambiant et santé, aide-mémoire de l'OMS

Accord sur les émissions de HFC, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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