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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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L'accélération de l'expansion de l'Univers
Des simulations numériques préparent le calibrage du satellite Euclid, qui sera lancé en 2020 pour essayer de comprendre l'accélération de l'expansion de l'Univers.

Le modèle cosmologique à l'épreuve

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 sombre, qui en constituerait 68% de l'énergie, le satellite Euclid sera lancé en 2020 par l’Agence Spatiale Européenne pour une durée de vie de six ans et trois mois. Grâce à l'analyse de la déformation de la lumière sous les effets d'influence gravitationnelle, il dressera une cartographie en trois dimensions de plusieurs centaines de millions de galaxies.

Les creux et les pleins de l'Univers sont qualifiés par les spécialistes de toile d'araignée cosmique. Savoir comment la matière se distribue dans l’Univers en fonction du temps dans cette toile permettra de constituer un large catalogue de simulations, fondées sur différents modèles de la physique. Aujourd'hui, les physiciens sont obligés d'utiliser la constante cosmologique pour expliquer l'expansion de l'Univers, outil de modélisation qui ne s'inscrit pas encore dans un cadre théorique solide.

Vingt-cinq milliards de galaxies dans une simulation numérique

En Suisse, une équipe de chercheur·euse·s a réalisé une simulation numérique contenant vingt-cinq milliards de galaxies, soit 3 fois 1012 particules dans la simulation, le nombre de particules simulées traduisant le degré de précision du modèle. Les données utilisées dont issues des mesures du rayonnement cosmologique de fond du satellite Planck, lancé en 2009. Le code a été optimisés pour des microprocesseurs graphiques à l'origine développés pour les cartes graphiques, il a donc été rendu possible par l'industrie du jeu vidéo.

Grâce à la faible occupation en mémoire du programme réalisé, la simulation astrophysique n'a nécessité que huitante heures de traitement par le supercalculateur suisse Piz Daint, doté de cinq mille processeurs graphiques fonctionnant en parallèle. La simulation a été essayée sur un supercalculateur plus puissant, à Oakridge, aux États-Unis, qui a permis d'inclure jusqu'à 8 fois 1012 particules. La prochaine étape sera de multiplier les simulations en montant jusqu'à 1013 particules, ainsi qu'en intégrant au modèle de calcul des écarts au modèle standards.

De telles simulations parviennent à prédire l'évolution des amas de galaxies vers la distribution actuelle d'énergie dans l'espace, avec une grande précision puisque les petites galaxies sont prises en compte, à partir de 10% de la taille de la Voie Lactée soit à peu près à la taille du Grand nuage de Magellan. Ces travaux participeront à calibrer le satellite Euclid, ainsi qu'à confronter ses résultats avec les données du satellite pour confirmer ou invalider les modèles de la cosmologie. D'ici le lancement de la mission en 2020, d'autres modélisations seront effectuées, y compris avec des modèles non-standards s'écartant des équations d'Einstein.

Publié le 12 juillet 2017

En savoir plus

Une simulation virtuelle de 25 milliards de galaxies pour vérifier les lois de la physique, sur Sciences et avenir

Nouvelle mesure de l'expansion de l'Univers, sur Sciences en ligne

Un sondage aux origines de l'Univers, sur Sciences en ligne

Un milliard d'étoiles à l'étude, sur Sciences en ligne

Usines galactiques, sur Sciences en ligne

Euclid, sur le site du CNES

Arthur Jeannot
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