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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

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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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Transport de l’énergie électrique
La revanche du courant continu

La quasi-totalité de l’énergie électrique dans le monde est produite puis transportée vers les villes et les centres industriels sous forme de courant alternatif.

Pourquoi en alternatif et pas en continu ? C’est précisément ce choix qui oppose violemment Thomas Edison et Nicolas Tesla à la fin du XIXesiècle, et s’achève avec la victoire du second. Le courant alternatif est très facile à produire, il suffit de faire tourner une bobine de fil électrique dans un champ magnétique. C’est ce principe - appelé induction - qui est en jeu dans la dynamo de vélo. De plus, en alternatif, la tension U (voltage) est facilement ajustable, ce qui est important. En effet, tout courant rencontre une résistance que lui oppose le conducteur. Cela se traduit par un échauffement ou effet Joule qui croît comme le carré de l’intensité I (ampérage). Pour limiter ces pertes, il faut donc une intensité faible. Mais en diminuant l’ampérage, on diminue d’autant l’énergie électrique transmise… sauf si cela est compensé en augmentant la tension U, car l’énergie par unité de temps est égale au produit UxI. Il faut donc transporter l’énergie électrique à haute tension (400 kV par exemple) et « faible » intensité (2 500 A), puis, une fois en ville, passer à basse tension (230 V en France) pour alimenter les habitations. Comment effectuer ces élévation et abaissement de tension ? Grâce à des transformateurs, lesquels fonctionnent… en alternatif justement ! Production et transformation sont donc les deux atouts de l’alternatif. Mais le courant alternatif possède également des inconvénients qui se manifestent lors du transport. En particulier, un câble parcouru par un courant alternatif crée dans les câbles voisins un courant parasite, ce qui implique des pertes. De plus, même s’il n’y a pas de consommation en bout de ligne, un transformateur dissipe quand-même de l’énergie. Il en est de même des câbles (par des effets « capacitifs ») surtout s’ils sont souterrains, voire sous-marins. Au total, pour des raisons physiques mais aussi financières, il apparaît qu’au-delà de 500 km environ, le transport haute tension continue devient beaucoup plus avantageux. La production demeure toujours en alternatif en raison de sa simplicité, même si cela exige de coûteux convertisseurs alternatif/continu, rentables sur de grandes distances. Le continu revient donc en force. Ainsi, la Chine a récemment mis en service (le 31 décembre 2018) une ligne UHVDC[1]800 kV à 6 GW longue de 2000 km pour alimenter Shanghai, et envisage aussi des lignes continues à 1 100 kV.  La Chine, l’Inde et le Brésil ainsi que les autres vastes pays possédant un fort potentiel hydro-électrique éloigné des lieux de consommation misent de plus en plus sur les avantages du transport continu. 

Pour en savoir plus :

- Article sur la première ligne ultra haute tension en courant continu (CCUHT) en Chine : https://www.industrie-techno.com/article/en-chine-une-ligne-ultra-haute-tension-en-courant-continu-traverse-le-pays.54779

- Le point de vue de l'équipementier : http://www.abb.com/cawp/seitp202/64e9e253ac962d19c1257ff70034781e.aspx

 


[1]Ultra Hight Voltage Direct Current

Kamil Fadel
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