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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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Cassini, la descente finale
Fin de mission pour la sonde Cassini

Une mission exceptionnelle

Cassini est un projet  d'exploration spatiale très ambitieux, avec une sonde qui aura passé près de 20 ans dans l'espace. La sonde Cassini elle-même est la première à être mise en orbite autour de Saturne, dont les missions Voyager 1 et 2 avaient précédemment fourni des clichés alléchants. Cet orbiteur a ainsi pu effectuer de nombreuses révolutions autour de Saturne, l'une des quatre planètes du système solaire à posséder un système d'anneaux. L'origine de ces anneaux reste d'ailleurs un mystère, malgré l'observation approfondie qui a pu être en être faite par les instruments de Cassini.

Embarqué et largué par Cassini, le module Huygens, dont le développement a été confié aux Européens, a atterri en 2005 sur l'une des nombreuses lunes de Saturne, Titan. Ce satellite lointain présente des analogies avec la Terre, notamment son atmosphère dense de diazote et d'hydrocarbures, qui a permis du reste de ralentir la descente de l'atterrisseur au moyen d'un parachute. Elle semble avoir été modelée par des phénomènes d'érosion similaires à ceux que nous connaissons sur Terre. Des lacs et des rivières d'hydrocarbures ont pu être observés ; de plus le sous-sol de Titan pourrait également renfermer un vaste océan d'eau liquide. D'où l'intérêt des scientifiques en quête d'une éventuelle présence de vie. 

De nombreuses retombées

La moisson de données scientifiques qu'a déjà fournie Cassini est impressionnante : des gigaoctets de photographies, l'observation de la dynamique d'évolution de ses anneaux, de l'atmosphère et de ses perturbations gigantesques, des poussières, du champ magnétique. Cassini a montré que ces différents éléments interagissent étroitement.

Outre la conception de ce type de projet, la qualité du "pilotage" des sondes est également l'un des facteurs de leur réussite. En effet, les aléas, pannes et le déroulement de la mission impliquent de nombreuses prises de décision, pour optimiser en fonction des contraintes diverses (carburants, etc.). La descente en direction de Saturne, le Grand Finale, est le dernier morceau de bravoure de cette mission exceptionnelle : il s'agit d'éviter les satellites de Saturne, pour ne pas les contaminer et compromettre ainis une éventuelle exploration future et pour glaner le maximum de renseignements sur l'atmosphère de la planète. 

publié le 13 septembre 2017

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