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Prototypes, recherche, innovation

Une démarche collaborative

Dans le domaine de la recherche, la réalisation des expériences scientifiques requiert souvent de nouveaux instruments, plus perfectionnés, plus sensibles, plus puissants ou tout simplement adaptés à des conditions expérimentales particulières. Ces prototypes de laboratoire sont le fruit ...

Quarks : une combinaison à quatre

Par Ranjithsiji — Travail personnel CC BY-SA 4.0

Le légo des quarks

Contrairement au proton et au neutron, les quarks sont des particules élémentaires, c’est-à-dire des particules qui ne sont pas elles-mêmes constituées d'autres « briques ». L’électron est élémentaire aussi, comme ...

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, grâce à l’accélérateur LHC (le plus puissant du monde) qui fait 27 km de circonférence, les protons se percutent avec une vitesse égale à 99,999999 % de la vitesse de la lumière. En réalité, les protons sont pré-accélérés dans d’autres machines plus petites avant de pénétrer dans le LHC et subir leur accélération ultime. Par ailleurs, pour diverses applications, notamment médicales, des accélérateurs de particules plus modestes sont également nécessaires pour produire certains rayonnements employés en radiothérapie.

Les particules sont accélérées à l’aide de champs électromagnétiques, un peu comme des surfeurs avançant sur leurs vagues. L’énergie des particules augmente grâce aux ondes électromagnétiques qui leur en fournissent. Souvent, ce sont des microondes qui sont employées. Or, l’énergie du photon associé à l’onde est proportionnelle à la fréquence ou - ce qui revient au même - inversement proportionnelle à la longueur d’onde.

Ondes plus courtes, accélérateurs plus petits

L’idée que des chercheurs de l’université de Stanford aux Etats-Unis ont poursuivie consiste justement à accélérer des électrons avec des impulsions lasers infrarouges dont la longueur d’onde est de l’ordre de 1000 à 100 000 fois plus courte que les microondes. Cela signifie aussi des dimensions autant de fois plus petites. La taille d’un accélérateur comme le LHC devrait donc pouvoir être réduite à quelques dizaines de mètres, voire à moins d’un mètre. Pour le moment, les physiciens sont parvenus à accélérer des électrons à 1 keV (mille électronvolts) sur une distance de 25 micromètres. En effet, le « tube » de l’accélérateur a été dessiné sur une puce en silicium de 25 micromètres de long : il s’agit d’un sillon de 0,25 micromètre de large. C’est dans ce sillon que les électrons ont été accélérés à mille volts, grâce à 100 000 impulsions lasers par seconde traversant le sillon perpendiculairement. Afin que l’énergie des électrons atteigne 1 MeV soit 94% de la vitesse de la lumière, il faudrait mille tubes de ce type, soit une longueur de 25 mm. Compte tenu de l’exploit réalisé, les accélérateurs ultra-miniaturisés devraient voir le jour prochainement.

En savoir plus 
Sur l'utilisation des lasers pour accélérer les particules
https://home.cern/fr/news/news/physics/nobel-work-shines-light-particle-physics

Publié le 20/05/2020
 

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du premier stage au premier emploi


Ice memory, conserver la mémoire des glaciers
Hier dans les Alpes, aujourd'hui dans les Andes, les scientifiques se mobilisent pour créer un patrimoine glaciaire mondial légué aux générations futures.

La science des glaces et le climat

Les glaciers représentent les seuls enregistrements naturels directs des variations des propriétés de l'atmosphère au cours du temps. La présence d'impuretés issues de cette atmosphère ancienne, telles que des poussières ou des aérosols, donne des informations sur des phénomènes géologiques, géochimiques et biologiques du passé, parfois du passé proche comme dans le cas des polluants d'origine anthropique. Grâce à l'analyse de la proportion des différents isotopes des molécules d'eau, les scientifiques peuvent estimer les températures et les conditions de précipitation lors de la formation de la glace. Les particules emprisonnées dans la glace fixent également des bactéries et des virus, dont l'évolution du génome sera sans doute étudié avec le développement de nouvelles techniques d'analyses.

Dans le cas des glaciers de montagne, la glace présente en profondeur, dans la calotte glaciaire, peut atteindre un âge de plusieurs millénaires. Ce patrimoine est précieux pour la climatologie, plus à travers la paléoclimatologie, qui accèdent à des données anciennes permettant de comprendre les changements environnementaux actuels et d'anticiper leurs évolutions. Malheureusement, l’augmentation des températures conduit au recul des glaciers, voire à leur disparition pour certains. Surtout, avec la fréquence plus élevée d'événements de température positive en haute altitude, l'eau de fonte créée peut percoler à travers les couches supérieures de neige et ainsi altérer la composition chimique des strates de glace plus basses.

La deuxième expédition du projet Ice Memory

Afin de faire face à la disparition de ces enregistrements ou à la perte de leur qualité, le projet Ice Memory vise à forer des dizaines de carottes de glace patrimoine, issues des glaciers les plus fragiles, pour les mettre à disposition de la communauté scientifique. En août 2016, une première expédition s'est déroulée au Col du Dôme, dans le massif du Mont-Blanc, un glacier culminant à 4 300 mètres et permettant de couvrir des échelles de temps de 150 ans. La deuxième expédition s'est terminée le 18 juin 2017, dans le glacier de l'Illimani, en Bolivie. À 6 300 mètres d'altitude, le projet ne pouvant s'appuyer sur l'aide des hélicoptères, le transport de l'équipement et des découpes issues du carottage est assuré par une vingtaine de guides de haute-montagne et de porteurs boliviens.

Les trois carottes de l'expédition alpine, bientôt suivies des trois carottes de l'expédition bolivienne, sont stockées dans un entrepôt frigorifique à côté de Grenoble. Une carotte de chaque lot sera analysée à l'IGE (laboratoire de l’Institut des Géosciences de l’Environnement) de Grenoble en 2019, de manière à constituer une base de données des traceurs chimiques accessibles avec les technologies actuelles. À partir de 2020, les autres seront stockées dans une cave creusée sous la neige au voisinage de la base franco-italienne Concordia, sur le haut plateau antarctique qui connaît des températures inférieures à -50°C. Entre-temps, les expéditions continueront, comme sur le glacier du Colle Gnifetti, à la frontière entre l’Italie et la Suisse, des archives permettant de remonter près de 4 000 années dans le passé.

En savoir plus

Le projet Ice Memory, sur le site de la Fondation Université Grenoble Alpes

La plate-forme et la page Facebook d'Ice Memory, pour suivre l'expédition

Projet Ice Memory : deuxième expédition sur le glacier de l'Illimani, le communiqué de presse du CNRS

Les glaces du Mont-Blanc à l'abri en Antarctique, l'article du CNRS à l'époque de le première expédition

Structure d'un glacier, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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