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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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Sommes-nous seuls dans l'univers ?
Francis Rocard astrophysicien au CNES, retrace la quête obsessionnelle de la vie extraterrestre dans l'histoire de l'humanité.

Un peu d'histoire

A l'aube de la civilisation, la vie extraterrestre est envisagée par le prisme des dieux et divinités. Les Incas pratiquent des sacrifices, et les Aztèques tracent de grandes figures au sol destinées à être visibles depuis le ciel pour apaiser la colère d'êtres célestes. 
En Europe, la quête de la vie extraterrestre prend une autre tournure. Pendant longtemps, la religion empêchera les scientifiques de publier leurs recherches sur les « autres mondes ». Ainsi, Giordano Bruno a été brûlé vif pour avoir théorisé « qu'il y avait autant de soleils et de planètes dans l'univers qu'il y avait d'étoiles », et l'église fit un procès à Galilée pour ses découvertes.

En France, Bernard Le Bouyer de Fontenelle publie en 1686 « Entretiens sur la pluralité des mondes » qui sera un immense succès de librairie. Deux siècles plus tard, Camille Flammarion récidive avec la « Pluralité des mondes habités » qui rencontre un grand succès auprès du public qui se passionne pour la question mais l'ouvrage ne reçoit pas l'approbation des savants. Nombreux sont ceux qui entament des recherches sur les autres planètes telle que Mars, proche et donc facilement observable avec les techniques de l'époque. Auparavant, en 1666, Cassini avait découvert la calotte polaire de Mars. À l'époque, cette découverte ne pouvait signifier qu'une chose : il y a de l'eau et donc de la vie sur Mars. C'est ainsi que l'imaginaire autour des Martiens a commencé à se développer.

Mars source de tous les fantasmes

Pendant la Guerre froide, les OVNI font leur apparition dans la culture populaire et le mythe des petits hommes verts s'étend. Nombreux sont ceux qui croient, à tort ou à raison que les extraterrestres nous observent et sont déjà entrés en communication avec les autorités mondiales. Parallèlement, la NASA développe les missions MARINER chargées d'explorer la planète rouge. Mariner 4 orbite autour de la planète en 1965 et prendra une série de 21 clichés. Les photos s'avéreront décevantes. Outre la mauvaise qualité des clichés, aucun signe de vie n'est détecté à la surface qui ressemble à l’inhospitalière surface de la lune.


Ce n'est qu'à partir de Mariner 9 que la planète revient au-devant de la scène. En effet, la mission révèle les première images de fleuves asséchés. Ce qui nourrit l'hypothèse selon laquelle l'eau a été présente et l'est peut-être toujours sur la 4e planète de notre Système solaire. En 1976, la mission VIKING, chargée de détecter des traces de vie conduira à des résultats malheureusement très clairs. Mars est 3 fois stérile ! Il n'y a donc pas de vie à la surface de la planète. Même si la présence de vie actuelles pourrait bien se trouver enfouie profondément dans le sous-sol, la recherche aujourd’hui se concentre sur la vie ancienne qui pourrait avoir existé en certains endroits, comme sur les sols argileux de Mars, qui représentent 5 pourcents de la surface. Actuellement, toutes les recherches effectuées sur le sol martien se concentrent sur ce type de sol. C'est le cas de la mission Curiosity et de son rover du même nom. Arrivé en 2012 sur la planète, il a mis 7 ans à atteindre une strate argileuse qu'il a forée en avril dernier. « Malheureusement pour les curieux, il faudra attendre la publication scientifique pour en savoir plus » annonce Francis Rocard, devant un public pendu à ses lèvres.

Futures explorations

Quels que soient les résultats de cette expérience, la future mission pour Mars est déjà sur les rails. Il s’agirait de rapporter sur Terre, à l'aide d'un rover de deuxième génération, des échantillons du sol martien. Le départ est prévu pour 2020. Il faudra tout de même être patient puisque le retour de cette mission ne sera pas avant 2030.

Dans les prochaines années, d'autre missions sont prévues pour les lunes de Jupiter qui sont très prometteuses. Europe, satellite jovien, recouvert de glace avec un océan intérieur, suscite beaucoup d'espoir. La mission JUICE prévue pour 2022 aura pour objectif d'explorer les lunes glacées de la géante gazeuse.

Des planètes habitables habitées ?

En dehors du Système solaire, les exoplanètes de certaines étoiles pourraient également abriter la vie.

Même s'il est relativement facile de déterminer si une planète est potentiellement habitable, la difficulté est de démontrer qu’elle est réellement habitée. Un moyen serait de détecter la vie en détectant la chlorophylle obtenue par photosynthèse. Toutefois, c’est très difficile et la technologie actuelle ne le permet pas. De plus, cela repose sur l'hypothèse que les formes de vie extraterrestre suivraient le même schéma que la nôtre. La question est de savoir si l'ADN qui définit tous les êtres vivants sur Terre est également universelle dans l'univers. Cela signifie que même avec une planète habitée sous nos yeux nous ne serions peut-être pas capable de déterminer si elle abrite une forme de vie qui nous est inconnue.

Des obstacles insurmontables ?

« Il y a beaucoup de freins, à l'exploration interstellaire pour rechercher la vie extraterrestre. Le développement des technologies n'est pas suffisant pour entreprendre un tel voyage, mais surtout le principal frein reste l’immensité de l'univers et le fait que rien ne va plus vite que la lumière » déclare Mr Rocard, « Ce sont les mots d'Einstein, quand il développe la théorie de relativité. Rien ne surpasse la vitesse d'un photon ». Le problème, c'est que même en se déplaçant à la vitesse de la lumière, l'étoile la plus proche de notre système se trouve à 4 années-lumière. Notre Galaxie fait environ 100 000 années-lumière et nos sondes mettront un milliard d’années à la traverser ! Cette immensité pose problème, mais l’aspect temporel également. En effet, pendant combien de temps serons-nous capables d’explorer l’univers ? Un siècle ou deux ? c’est très peu par rapport à l’âge de notre étoile et la fenêtre temporelle pour une rencontre est minuscule ! Donc même si nous ne sommes pas seuls, il paraît pratiquement impossible que nous rencontrions un jour nos voisins de l'univers.

Aujourd'hui, l’espoir est toujours permis, mais il est restreint. Des donateurs privés continuent d'écouter d’éventuels signaux de preuve de vie technologiquement avancé dans l'espace, dans l’espoir d'une découverte qui sera sans conteste un super effet « Wow » !
 

Conférence de Francis Rocard organisée par Conferencia à La Scala, Paris 10.

Juliette Torregrosa
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