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Aimant au néodyme et verre de spin

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Domaines micrométriques et aimantation
Dans un morceau de fer, il existe des milliards de très petites régions micrométriques appelées « domaines magnétiques » composés de milliards d’atomes de fer pointant leur spin parallèlement, dans le même sens. Chacun de ces domaines est ainsi ...

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 ...

Une forêt tropicale en Antarctique

Vue d'artiste de cette forêt (C) Alfred-Wegener-Institut, James McKay, Creative Commons licence C-BY 4.0
Un sol bien conservé

Des chercheurs de l'Institut Alfred-Wegener ont découvert un sol forestier du Crétacé très bien préservé dans les fonds marins proches du continent Antarctique. ...

COVID-19 : pistes thérapeutiques

© CDC/Dr. Fred Murphy/Sylvia Whitfield

La crise sanitaire qui touche actuellement le monde entier, avec l'épidémie de COVID-19 a déjà causé des dizaines de milliers de morts dans le monde. Les scientifiques se mobilisent pour contrer le plus rapidement possible le virus dévastateur. Traitements, vaccins, ...

La chimie ultrafroide

Les réactions chimiques, une histoire d’électrons

Lors d’une réaction chimique, des molécules appelées réactifs se rencontrent et forment des produits. Par exemple, lors d’une réaction bimoléculaire, deux réactifs A et B - atomes ou molécules - interagissent pour donner un produit C (ou plusieurs produits). Beaucoup moins fréquentes, il existe aussi des réactions monomoléculaires dans lesquelles une molécule M initiale se scinde en deux, ou bien ses atomes se redistribuent pour donner autre chose que M.

Une réaction chimique met toujours en jeu des électrons. Par exemple, dans une réaction bimoléculaire, A peut arracher un électron à B, ou les molécules peuvent mettre en commun un électron, le partager. De cette manière l’électron n’appartient ni à l’un, ni à l’autre mais aux deux. Cela crée une liaison entre A et B qui les rend « inséparables ». La liaison est alors dite « covalente ».

Souvent, un atome au sein d’une molécule va s’en séparer en défaisant une liaison covalente tout en engageant une nouvelle plus favorable, plus forte avec une autre molécule. Pour illustrer cela, prenons la réaction du dichlore Cl2 avec le dihydrogène H2 qui donne du HCl. L’atome chlore préfère engager une liaison avec un atome d’hydrogène qu’avec un atome de chlore. Il en de même pour l’hydrogène dont la molécule se défait pour se lier au chlore. La chimie est ainsi essentiellement une affaire de liaisons covalentes.

Refroidir pour mieux comprendre

Ces réactions sont partout présentes, de la respiration à la cuisine et à la photosynthèse en passant par toutes les industries chimiques… Comment au juste les liaisons covalentes se font-elles et se défont-elles ? En passant par quelles étapes, via quelles séquences ? Il s’agit là de questions dont les réponses sont mal connues. En effet, les chimistes connaissent bien le début et la fin de l’histoire, mais ce qui se passe entre est loin d’être maîtrisé, car cela ne dure que de l’ordre d’un millionième de milliardième de seconde ou femtoseconde (10-15s).

Pour y voir plus clair, il faut observer une réaction chimique au ralenti, c’est à dire à très basse température puisque la température est le reflet de la vitesse d’agitation atomique ou moléculaire. Cette étape vient d’être franchie par une équipe de l’université de Harvard aux USA et du laboratoire Aimé Cotton de l’université de Paris-sud.

La réaction mettait en jeu deux molécules de potassium rubidium, \( KRb \). La réaction s’écrit : \( 2 KRb \to  K_2 + Rb_2 \). Réalisée à 0,5 microkelvin, soit à peine au-dessus du zéro absolu (- 273,15°C), la durée de la réaction n’est plus la femtoseconde, mais de l’ordre de la microseconde soit un milliard de fois plus longtemps, une durée suffisamment longue qui a permis aux chercheurs d’observer l’état intermédiaire \( K_2Rb_2 \).

La chimie ultrafroide va permettre de mieux comprendre et mieux maîtriser les réactions et provoquer des réactions impossibles à température ambiante.

Publié le 09/04/2020

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La radio
Les ondes radio sont partout : télévision, internet, téléphonie, GPS. L'allocation du spectre radio revêt une importance stratégique.

Répartition des fréquences radio aux Etats-Unis. (C) NASA

Une révolution radiophonique ...

A la fin du XIXe siècle, Guglielmo Marconi (1874-1937) construit un oscillateur, sur le modèle de ce que Heinrich Hertz avait fait avant lui, et un détecteur fondé sur les travaux d'Édouard Branly. Muni de cet émetteur et de ce récepteur, il arrive en 1895 à établir une communication sans fil sur une distance d'un kilomètre, à l'heure où le télégraphe règne encore sur le télécommunications.

Mais son invention n'intéressant pas le gouvernement italien, il décide de partir au Royaume-Uni, où il crée la première entreprise de communication sans fil (1897). Il y devient un riche homme d'affaire, car son invention permet de communiquer depuis le sol britannique avec les bateaux de la Royal Navy. En 1909, Marconi reçoit le prix Nobel pour ses travaux, alors que des communications sans fil sont déjà établies entre l'Europe et l'Amérique.

À l'origine de l'allocation réglementaire du spectre

Dans son désir de détenir le monopole commercial de l'utilisation des fréquences radio, Marconi est en butte avec les États qui voient là un enjeu de sécurité et de souveraineté nationale. Cette opposition se solde en 1906, lors de la première conférence radiotélégraphique internationale, par l'instaure de principes d’interopérabilité, de liberté d’intercommunication, de priorité absolue pour les appels de détresse, etc. Depuis cette époque, ce sont les États qui contrôlent l'accès aux bandes de fréquences d'émission radio. Le spectre radioélectrique est en effet une ressource finie et son allocation s'effectue dans le cadre d'un processus réglementaire qui comprend deux niveaux :

  • la répartition des bandes de fréquences, qui décide de la destination d’usage des bandes, avec de usages gouvernementaux et des usages civils et commerciaux ;
  • l'autorisation de l’utilisation des fréquences pour la fourniture de services de communication.

L'attribution à des entreprises de télécommunications de licences d'utilisation du spectre radio fait l'objet d'appels d'offres organisés par la puissance publique. L'objectif est d'abord d'éviter les problèmes techniques tels les interférences et de gérer au mieux la ressource, mais aussi d'engendrer des recettes non négligeables pour l'État.

Publié le 13/02/2018

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