Gonfler ses pneus à l’azote, pour quoi faire ?

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Il y a quelques semaines, ma voiture a eu besoin de nouveaux pneus … les quatre d’un coup à changer ! Le « spécialiste » des pneus (le « maître européen ») m’indique qu’il serait sage de les faire gonfler à l’azote ! Je… Read more → Continue reading

La sélection scientifique de la semaine (numéro 142)

- Grand article du Temps sur Ebola et VIH, deux virus venus de la forêt africaine. Voir aussi cette infographie du Monde.fr qui, en plusieurs panneaux, explique comment le virus Ebola s’en prend à l’organisme. – La consommation de sodas, en plus … Continuer la lecture

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Des chercheurs dressent une goutte d’alcool à s’orienter dans un labyrinthe

Reconnaissons-le, il n’est pas vraiment fréquent qu’une vidéo de chimie suscite l’intérêt du public sur Internet. C’est pourtant ce qui se passe depuis quelques jours avec le court film suivant, visionné à quelque 200 000 reprises au moment où j’écris … Continuer la lecture

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La sélection scientifique de la semaine (numéro 140)

- Et bientôt la science assistée par ordinateur qui suggérerait aux chercheurs les hypothèses à tester, les voies à explorer ? (en anglais) – Bel exemple de collaboration scientifique internationale, le CERN, où est abrité le LHC, plus grand accélérateur … Continuer la lecture

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Titan : Un Vortex Polaire Inattendu

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titan hcn cloud
C’est au printemps 2012 qu’apparut un nuage étrange dans l’atmosphère de Titan, le plus gros satellite de Saturne (avec plus de 5000 km de diamètre, et le seul satellite connu possédant une atmosphère dense). Ce nuage tourbillonnaire se trouve toujours aujourd’hui au niveau du pôle Sud de Titan. Et ce n’est qu’aujourd’hui, plus de deux ans après son apparition, que nous savons de quoi il est composé, et c’est une surprise.


Dans un article paru cette semaine dans la revue Nature, l’astrophysicien néerlandais Remco De Kok et ses collègues anglais et français fournissent les résultats des analyses spectrales qu’ils ont pu effectuer sur ce nuage tourbillonnant de Titan.
Le nuage de HCN au pôle sud de Titan
(Space Science Institute/JPL-Caltech/NASA)
La réponse est sans appel, et inattendue : il s’agit de cyanure d’hydrogène, la molécule HCN, composée d’un atome d’hydrogène, d’un atome de carbone et d’un atome d’azote, sous forme de fines particules glacées.
La surprise vient du fait qu’on ne s’attendait pas du tout à trouver un tel nuage de HCN à cet endroit là, à 300 km de la surface de Titan. C’est bien trop haut… Le HCN doit se condenser normalement dans l’atmosphère de Titan, à une altitude de 80 km environ.
Ce nuage est apparu durant l’hiver polaire Titanesque dans une région où la sonde Cassini avait mesuré trois mois plus tôt une température de -100°C, soit 45° trop chaud pour que le HCN se condense…
Il existe donc peut être une anomalie de température dans la haute atmosphère de Titan. 
La sonde Cassini devrait refaire des mesures de température dès l’année prochaine. On en saura alors plus sur ce qui se passe vraiment dans cette atmosphère, qui ressemble par de nombreux aspects à notre atmosphère terrestre. En fait l’atmosphère de Titan ressemble surtout aux modèles de l’atmosphère terrestre très ancienne, à l’époque où il n’y avait pas encore d’oxygène en grandes quantités, et où le méthane était la principale composante carbonée. 

L’atmosphère de Titan est dominée par l’azote (N2) et le méthane (CH4). Ces deux molécules se retrouvent cassées par photolyse par le rayonnement ultra-violet du soleil dans la haute atmosphère de Titan, vers 1000 km. C’est par les radicaux libres ainsi formés que vont notamment se construire les molécules de HCN.
Ces molécules gazeuses peuvent ensuite migrer soit vers le sol du satellite ou bien être emportées par les vents qui peuvent être violents, jusqu’aux pôles fournissant des régions plus froides où peut avoir lieu une condensation en nuages.

L’atmosphère de Titan vue par Cassini dans le visible (NASA)
Cassini, grâce à son instrument VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer), a identifié deux familles de nuages dans l’atmosphère polaire de Titan : une couche située à 55 km, constituée d’hyrocarbure (C2H6) et l’autre, à 300 km, celle identifiée aujourd’hui par De Kok et ses collègues faite de HCN. La température au niveau des pôles de Titan semble régulée par de multiples paramètres entrelacés : la chimie atmosphérique, le rayonnement et la dynamique, qui contrôlent l’absorption et l’émission de rayonnement, ainsi que la compression, l’expansion et les mélanges entre gaz. De Kok et avancent une explication à la présence de ce nuage de HCN à cette altitude : ils pourraient être le résultat d’un phénomène de cellules de convection, au cours duquel le gaz froid et dense descend et se réchauffe lentement tandis que le gaz situé autour monte en se refroidissant, et créé des nuages par condensation… Il existe aussi de fortes variations de température en fonction de la latitude qui peuvent renforcer ces phénomènes en produisant des vortex au niveau des pôles, qui vont avoir pour effet d’isoler les nuages en leur donnant un aspect tourbillonnaire, comme ce qui a été observé.
La présence de tels nuages de molécules qui sont des produits de photolyse de l’azote et du méthane est intéressante à plus d’un titre, car il existe d’autres molécules très intéressantes issues de cette même photolyse, que l’on soupçonne Titan de contenir : des acides aminés et des bases de nucléotides

L’atmosphère de Titan apparaît être un laboratoire de chimie organique à ciel ouvert d’une grande richesse, certes un peu loin, mais qui vaut certainement le coup d’être exploré plus en profondeur pour y découvrir peut-être les briques primordiales qui ont fait de nous ce que nous sommes.


Source : 

HCN ice in Titan’s high-altitude southern polar cloud
R. de Kok et al.
Nature 514, 65–67 (02 October 2014)
http://drericsimon.blogspot.com
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Show Chimie – Concours Faîtes de la science

 Vendredi 23 mai avait lieu la 9ème édition du concours Faîtes de la science, à l’université Montpellier 2. À cette occasion, le pôle culture scientifique a conçu un show chimie avant la remise des prix des élèves. En pleine préparation d’une belle soirée de remise, le courant est coupé…! Nos deux chimistes tentent alors de nous […]

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Lumière au néon

« Accordez-moi ce délai, et n’ayez crainte — notre homme ne peut m’échapper. Un peu plus loin, sur le trottoir d’en face, des lumières au néon grelottaient deux fois moins vite que mon cœur : elles traçaient les contours d’une enseigne de restaurant, une cafetière énorme qui, toutes les secondes ou secondes et demie, naissait en une […]

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Les Instruments Scientifiques de PHILAE

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Philae, vous allez souvent entendre ce nom dans les semaines qui viennent, avec un paroxysme le 12 novembre, date à laquelle cette petite sonde atterrira sur la comète Churyumov-Gerasimenko. Philae est le petit atterrisseur que la sonde Rosetta va envoyer à la surface de la comète au nom imprononçable, autour de laquelle elle s’est mise en orbite à plus de 1 milliard de kilomètres de la Terre. 

Les instruments scientifiques de Philae (ESA).
La raison pour laquelle les planétologues ont décidé de poser une petite sonde sur une comète est simple : on veut savoir de quoi sont faites les comètes, ces objets qui existent depuis le début du système solaire sans avoir trop évolué, qui sont des vestiges de notre système solaire, vieux de plus de 4 milliards d’années. Nous voulons tout savoir sur les comètes, car elles peuvent être comme une pierre de Rosette pour notre compréhension de la formation de notre système solaire, et par extension de tous les systèmes stellaires…

Et Philae est une toute petite sonde de 100 kg à peine, avec un volume un peu plus petit que 1 mètre cube, mais littéralement bourrée de technologie. Car Philae doit analyser la comète Churyumov-Gerasimenko (alias 67P) in situ. Il n’est pas question de rapporter des échantillons, tout doit se faire sur place. Je vous propose de partir à la découverte de tous les instruments high tech emportés par Philae, qui ont été imaginés et développés il y a maintenant plus de 15 ans…
Ces instruments scientifiques sont au nombre de 10 et vont exploiter de nombreux paramètres physiques : la lumière émise, absorbée, et diffusée, la conductivité électrique, le champ magnétique, la chaleur ou encore les ondes acoustiques, pour étudier de nombreuses propriétés de la comète, on peut citer la morphologie et la composition chimique du matériau de surface, la structure interne du noyau cométaire, ou encore les gaz ionisés au dessus de la surface. Philae est en outre muni d’un bras pouvant emporter un instrument, et a la possibilité de pivoter sur lui-même sur 360°.

Listons ces instruments plus en détail : 

Tout d’abord, nous avons deux imageurs : CIVA et ROLIS. CIVA est en fait un ensemble de trois systèmes de caméras, CIVA-P est un système multiple de prises de vues panoramiques, situés tout autour de Philae et permettant de surveiller les alentours de l’atterisseur, notamment dans la phase d’atterrissage. CIVA-M/V est un imageur en trois couleurs ayant une résolution microscoscopique (7 µm), et CIVA-M/I, quant à lui est un imageur infra-rouge qui observera les échantillons avant qu’ils soient envoyés dans les fours de COSAC et PTOLEMY (voir plus loin).
ROLIS, lui, est un imageur unique, il couvre un champ de vue de 57° est est situé à l’aplomb immédiat de Philae. Son objectif est de vérifier ce qui se passe exactement en dessous du module durant sa descente vers la comète. Mais une fois posé, ROLIS continuera à prendre des images de la surface en mode spectroscopique. Et comme il n’est pas situé au centre de l’atterrisseur, il pourra étudier une zone circulaire sous Philae, lorsque ce dernier produira des rotations autour de son axe.

Le détecteur Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS) de Philae
Inst. for Inorganic Chemistry & Analytical Chemistry,
Max-Planck Institute for Chemistry)
Puis, nous avons un instrument incontournable pour toute sonde ayant pour objectif d’analyser un matériau, quel qu’il soit : APXS (Alpha Proton X-ray Spectrometer). Comme son nom l’indique, APXS est un spectromètre qui exploite différents types de rayonnements. Il contient une source radioactive de curium-244, qui est un puissant émetteur alpha. L’émission de rayons alpha vers le sol va permettre de connaitre sa nature en mesurant les rayonnements qui reviennent vers la source d’émission.
Ces rayonnements peuvent être de trois sortes : premièrement des rayons alpha qui se trouvent rétrodiffusés par des noyaux d’atomes possédant à peu près la même masse que le noyau d’hélium (de l’hydrogène au béryllium en gros), deuxièmement des protons, lorsque les rayons alpha interagissent avec des noyaux un peu plus gros, des protons peuvent être éjectés, et être mesurés. Enfin, des rayons X, lorsque les rayons alpha ont ionisés des atomes et que les couches électroniques des atomes en questions se réorganisent en produisant instantanément des rayons X, dont l’énergie particulière est une signature sans équivoque du type d’atome qui lui a donné naissance.

Vient ensuite un instrument peu commun sur les sondes planétaires : CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radio wave Transmission). Son objectif est de déterminer la structure interne de la comète en mesurant comment se transmettent des ondes radio à travers le noyau cométaire. Des ondes radio sont émises par Philae et reçues par Rosetta en orbite et inversement. L’atténuation des signaux radio est ensuite disséquée par des algorithmes très élaborés et c’est alors la comète qui s’en trouve disséquée…

Parlons ensuite de MUPUS (Multi-Purpose Sensor for Surface and Subsurface Science). MUPUS doit étudier les propriétés mécaniques et thermiques du sol cométaire jusqu’à une profondeur de 30 cm. Pour cela, il est muni d’un pénétrateur qui est une sorte de gros marteau devant taper un gros coup pour enfoncer l’instrumentation composée de thermomètres qui seront situés à différentes profondeurs, et d’un accéléromètre. Au niveau de la surface du sol, MUPUS sera équipé d’un radiométre, sorte de thermomètre pour mesurer la température via le rayonnement infra-rouge.

Il y a un autre instrument sur Philae qui va creuser des trous, c’est SD2 (Sample Drill and Distribution). Son but est de carotter le sol sur une profondeur maximale de 20 cm. Les échantillons prélevés, de quelques millimètres cube seulement, sont ensuite distribués à d’autres instruments pour analyse (notamment COSAC et PTOLEMY). Précisons que les zones à forer par SD2 seront déterminées auparavant par les données issues de ROLIS et APXS. 

COSAC et PTOLEMY, parlons-en, tiens. COSAC, de son vrai nom Cometary Sampling and Composition est ce qu’on appelle un chromatographe en phase gazeuse. Il analyse la nature des atomes ou molécules d’un gaz grâce à un spectromètre de masse, qui trie les molécules par leur masse respective. Il sera très utile notamment pour l’étude des molécules organiques, qui devraient être nombreuses à la surface de 67P (j’utilise son pseudo, pardon).
PTOLEMY, lui, est également un analyseur de gaz, mais dédié principalement à la quantification des isotopes d’un élément donné. Un point essentiel sera l’analyse du carbone contenu dans le comète, et les ratios des isotopes carbone-12, carbone-13 et carbone-14, qui permettront de savoir beaucoup de choses sur l’histoire de la comète.
Ces deux analyseurs ont en commun qu’ils analysent du gaz, ce qui veut dire que les échantillons fournis par SD2 devront au préalable être chauffés dans des petits fours pour en extraire le gaz à analyser.
Les analyseurs COSAC (intégré sur Philae, à gauche) et PTOLEMY (au labo, à droite) (ESA)

SESAME (Surface Electrical Sounding and Acoustic Monitoring Experiment). En fait, sous ce nom unique se cachent trois instruments d’analyse acoustique et électrique. Le premier d’entre eux s’appelle SESAME-CASSE, il est tout à fait original dans le sens où il est positionné sur chacun des pieds de Philae et va émettre et écouter des sons (dans la gamme audible), c’est un peu le chant de Philae. Un pied émet un son et les autres écoutent l’écho de ce son en provenance de l’intérieur de la comète et ainsi de suite à tour de rôle. Mais SESAME-CASSE fonctionnera aussi en mode silencieux, juste à l’écoute des craquements internes de la comète…
Le deuxième élément de SESAME s’appelle SESAME-PP, c’est un instrument visant à mesurer la permittivité électrique du sol cométaire, toujours via les pieds de la sonde.
Le troisième sous-système de SESAME est le SESAME/DIM (Dust Impact Monitor). Son objectif est de mesurer très précisément les grains de poussière venant impacter l’atterrisseur, grâce à un détecteur piézoélectrique. Il pourra compter le nombre de grains de poussière ayant une taille de 1 µm à 6 mm de diamètre, et une vitesse comprise entre 0,025 et 0,25 m/s.

Enfin, nous terminons ce tour de Philae par l’instrument ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma). ROMAP est là encore un détecteur multiple composé de trois appareils différents : un magnétomètre, qui mesurera très finement le champ magnétique de 67P (si il y en a un), avec une sensibilité de 1 centième de nanotesla. Ensuite, un moniteur de plasma, ROMAP/SPM, qui va mesurer la densité, l’intensité, et la direction des électrons et des particules légères chargées au niveau du sol de la comète. Ce gaz ionisé n’est rien d’autre que le gaz relâché par la comète qui se trouve ionisé par le rayonnement UV du soleil, et qui va former la belle chevelure de la comète à son approche du Soleil. Enfin, ROMAP contient également un capteur de pression, pouvant mesurer une pression de l’ordre de 1 milliardième de la pression atmosphérique…

Tous ces instruments de haute technologie ont été développés spécifiquement pour cette mission, et ont du être adaptés aux contraintes de masse, de taille et de puissance électrique consommée, qui ont été, on s’en doute, extrêmement difficiles à concevoir et mettre en oeuvre. 
L’enjeu est de taille, au delà des planétologues, les scientifiques du monde entier attendent beaucoup des résultats qui seront obtenus grâce aux instruments de Philae. Le 12 novembre prochain sera un jour crucial. Il faut que l’atterrissage de Philae se passe bien…


source:
Rosetta’s Philae Lander: A Swiss Army Knife of Scientific Instruments
T. Reyes 
Universe Today  september 22, 2014
http://drericsimon.blogspot.com
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Le moindre atome de poussière

« Comme je les connaissais, ces bibelots de la science minéralogique ! Que de fois, au lieu de muser avec les garçons de mon âge, je m’étais plu à épousseter ces graphites, ces anthracites, ces houilles, ces lignites ces tourbes ! Et les bitumes, les résines, les sels organiques qu’il fallait préserver du moindre atome de poussière ! Et […]

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Hurrah pour l’aluminium !

« Eh bien ! alors, que faire ? reprit Elphiston d’un air embarrassé. – Employer un autre métal que la fonte. – Du cuivre ? dit Morgan. – Non, c’est encore trop lourd ; et j’ai mieux que cela à vous proposer. – Quoi donc ? dit le major. – De l’aluminium, répondit Barbicane. – De l’aluminium ! s’écrièrent les trois […]

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