En octobre, la sonde PSP (Parker Solar Probe) va entamer sa première révolution autour de Vénus pour accélérer en profitant de l’assistance gravitationnelle et se lancer dans sa première ellipse autour du Soleil en novembre. Il convient alors de rappeler comment la chimie (1) est concernée par cette exploration historique.
« Toucher le soleil » (2) est un vieux rêve que l’humanité et les scientifiques caressent avec envie depuis Icare. Le Soleil est en effet un gigantesque laboratoire où la fusion nucléaire, la gravité géante, la physico-chimie des plasmas et les tempêtes magnétiques posent autant de problèmes physiques inexplorés qu'ils suscitent de soifs de savoirs.
La couronne solaire s’étend sur plusieurs millions de kilomètres et est composée d’hydrogène, d’hélium, de carbone et d’ions de métaux de transitions. C’est là que sont générés les vents solaires qui se déploient à travers tout notre système planétaire. La température y est d’un million de degrés Celsius, soit 300 fois la température de surface du Soleil (5500°C). C’est dans la perspective d’étudier cette couronne que la sonde PSP va s’en approcher progressivement, jusqu’à une distance de 6 millions de km en 2024 lors de sa dernière rotation. Même à cette distance qui équivaut à plusieurs fois le rayon du Soleil, la température peut avoisiner 1300°C et le rayonnement émis est 600 fois supérieur à celui que vous avez peut-être reçu sur la plage cet été (3).
La sonde PSP embarque de multiples instruments et capteurs auxquels des laboratoires et équipes de chercheurs français ont collaboré pour étudier la vitesse et la densité du vent solaire : la caméra pour visualiser des parties de la couronne, le détecteur magnétique pour étudier les champs électriques et magnétiques, le capteur pour mesurer l’énergie des particules, ions, électrons et protons issus des éruptions solaires... (4).
Par exemple, le laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’espace (LCP2E) d’Orléans a réalisé et assemblé le magnétomètre à induction SCM (Search Coil Magnetometer) pour l’étude ses champs dans le plasma. Le Laboratoire de physique des plasmas (LPP) à l’École polytechnique a conçu un spectromètre assemblé aux États-Unis pour étudier les turbulences du vent solaire. L’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse (IRAP) est sollicité pour l’interprétation des images de la caméra.
Tous ces instruments, circuits et capteurs doivent pouvoir résister aux rayonnements et hautes températures. Les circuits électriques et une partie de l’électronique (5) sont réalisés à base de niobium et de tungstène, métaux réfractaires à hautes températures de fusion. Il faut même un bouclier protecteur de ces instruments, de 2,4 mètres de diamètre, épais de plus de 11 cm et composé de deux panneaux en fibres de carbone (6) séparés par un sandwich de mousse de carbone et, sur la face qui sera exposée au Soleil, une couche céramique blanche réfractaire et réfléchissante.
Ces équipements ont été testés au laboratoire du CNRS PROMES qui dispose à Odeillo d’enceintes sous vide pour tester des objets de grande dimension à plus de 2000°C grâce au four solaire.
Les résultats des mesures devraient pouvoir permettre de connaître les processus de la surchauffe fantastique de la couronne sous l’influence d’ondes électromagnétiques et comprendre l’origine des tempêtes de vents solaires dont les vitesses de 200 à 800 km/s ont érodés la Lune et la planète Mars (7), faisant disparaître toute trace de vie et provoquant sur notre terre des perturbations électriques et magnétiques qui peuvent avoir des répercussions dramatiques dans les télécommunications et le climat (8).
Jean-Claude Bernier
Septembre 2018
Pour en savoir plus :
(1) La chimie et l’espace
(2) Spectre et composition chimique du soleil (vidéo)
(3) De la terre au soleil (vidéo)
(4) Fusion au cœur des étoiles (vidéo)
(5) De la chimie au radar du Rafale
(6) Les nouveaux matériaux composites pour l’aéronautique
(7) De la chimie sur Mars
(8) Le changement climatique : question encore ouverte ?
La Délégation générale à la langue française et aux langues de France vient de publier une édition revue et augmentée du Vocabulaire de la chimie et des matériaux paru pour la première fois en 2007 : 582 termes et définitions concernant des notions nouvelles dont beaucoup n’avaient pas de désignation en français.
Voir sur le site de la Délégation générale à la langue française et aux langues de France
Télécharger : Vocabulaire de la chimie et des matériaux (2018) PDF - 1271 Ko
Venez participer aux Journées du Patrimoine à la Maison du Soleil à Saint-Véran les 15 et 16 septembre 2018 autour des thèmes Cadrans solaires de Saint Véran et au-delà et Cristaux, mines de cuivre et océan.
Samedi 15 Septembre
Cadrans solaires de Saint-Véran et au-delà
- 15h - 17h : Atelier cadrans solaires (6 - 15 ans)
- 17h30 : Visite autour des cadrans solaires de Saint-Véran (adultes et enfants)
- 18h30 : Conférence : L'art et l'histoire des cadrans solaires haut-alpins par Elsa Giraud (adultes et enfants)
Dimanche 16 Septembre
Cristaux, Mine de cuivre et Océan alpin
15h - 17h : Atelier fabrication de cristaux (6 - 15 ans)
17h - 19h : Conférence sur l'histoire géologique de l'océan alpin et de la mine de cuivre de Saint-Véran par Raymond Cirio (adultes et enfants)
Toutes les activités sont gratuites.
Contact :
Maison du soleil - Saint-Véran - Hautes-Alpes
04 92 23 58 21
www.saintveran-maisondusoleil.com
contact@saintveran-maisondusoleil.com
L’actualité de cet été 2018 a été marquée par les annonces et descriptions de feux de forêts. Le Portugal, la Grèce, la Suède, la Californie ont été les théâtres de gigantesques incendies très médiatisés où l’élévation de température (1) ou des actes criminels (2) ont eu leurs rôles. Des centaines de milliers d’hectares et habitations ont été détruites malgré les grands moyens de lutte mis en action. Quelles sont les réactions chimiques présentes lors de ces embrasements et de leurs extinctions ?
Lors d’un feu de forêt, hors de la combustion du carbone des végétaux qui dégagent des oxydes de carbone CO2 et CO (3), de nombreux composés organiques volatils (4) sont présents dans les fumées issues de la pyrolyse de la cellulose. Ces composés ont été très étudiés par le CEREN en fonction du type de végétaux :
- pour le chêne les fumées contiennent des composés benzéniques et phénoliques tels que C6H6, C7H8, du furfural C5H4O2, l’acide acétique, le p-crésol sont aussi présents, mais peu de terpènes ;
- pour les ajoncs, buissons épineux et broussailles de sous-bois les fumées sont riches en benzène (5), toluène, xylène et acide acétique, mais pas de terpènes ;
- pour le pin au contraire on trouve dans les fumées beaucoup de terpènes et peu de composés phénoliques.
Tous ces composés volatils qui se dégagent lors de la pyrolyse sont très inflammables et dès qu’ils rencontrent les conditions favorables de température et de concentration en oxygène ils transforment les arbres en torches incandescentes quasi explosives telles que nous les décrivent les pompiers sur place.
Hors les principes de préventions mis en place notamment en France et en Europe du Sud, comment lutter contre les incendies lorsqu’ils se sont déclarés ? Les principes sont toujours les mêmes :
- faire baisser la température de combustion (750 °C - 400 °C)
- priver les composés carbonés d’accès à l’oxygène de l’air
C’est pourquoi depuis toujours on arrose les flammes avec de l’eau (6). Sa chaleur latente de vaporisation très élevée permet à l’eau de puiser des calories au brasier et de faire baisser la température. Sa vapeur remplace l’oxygène de l’air.
Depuis les années 1960, on y ajoute des retardateurs de combustion non toxiques pour l’environnement. Ce fut d’abord des ajouts d’argile (7) en suspension comme la bentonite qui recouvre d’une couche les végétaux et retarde la pyrolyse. Puis des hydroxydes d’aluminium, [Al(OH)3], ou de magnésium, Mg(OH)2, qui à température élevée délivrent de l’eau et donnent les oxydes Al2O3 ou MgO réfractaires.
Actuellement les moyens aériens et additifs largués se sont perfectionnés. On distingue trois types d’ajouts :
- les retardateurs tels que les polyphosphates d’ammonium avec des argiles comme l’attapulgite dilués dans l’eau à 20 % ;
- les agents mouillants de types tensioactifs ;
- des agents moussants (8) comme l’hexylène glycol (ou 2-Methyl-2,4-pentanediol) et le n-octanol qui isolent de l’air le végétal par une couche de mousse adhérente.
Les techniques d’attaque du front de flamme se sont perfectionnées avec les célèbres canadairs qui en quelques secondes larguent 1/3 de leur charge de 7 m3 sur les flammes et 2/3 sur la végétation avant qu’elle soit atteinte par les flammes. On y ajoute un colorant qui est souvent l’oxyde de fer Fe2O3 de couleur rouge pour que les avions suivants voient bien la trace du largage précédent. Et que dire du supertanker de Boeing le 747–400 qui peut larguer en 10 secondes 72 m3 de mélanges que l’on a vu en action en Californie ? Mais finalement ne vaut-il pas mieux suivre en forêt les recommandations de prudence de la protection civile et des pompiers pour éviter la première flamme ?
Jean-Claude Bernier
Août 2018
Pour en savoir plus :
(1) Chimie atmosphérique et climat
(2) La chimie mène l’enquête
(3) Nom de code : CO2
(4) Pollution et feux de cheminées
(5) Sur la structure du benzène
(6) L’eau : ses propriétés, ses ressources, sa purification
(7) Biogéochimie et écologie des sols
(8) Les secrets des mousses, une interview de Claude Treiner
La fin du mois de juillet et le début d’août 2018 sont marqués par des températures notablement supérieures à la moyenne et plusieurs départements français ont été mis en vigilance canicule. Ces problèmes de chaleur touchent une partie de la population, surtout en milieu urbain. Comme il n’est pas facile de « mettre les villes à la campagne » comme le souhaitait Alphonse Allais, il s’agit de mettre en œuvre les moyens de lutter contre ces températures extrêmes dans les habitations, dispositifs où la chimie est largement sollicitée.
Essayons de se rappeler quelques éléments simples de thermodynamique. Dans un fluide gazeux les zones chaudes migrent inévitablement vers les zones froides. Pour un solide, sa conduction thermique facilite plus ou moins le transfert des calories du chaud vers le froid. Pour un liquide, en fonction de la température et de la pression, la vapeur est en équilibre avec le liquide. Pour passer de l’état liquide à l’état vapeur, il faut fournir une certaine quantité d’énergie qui est l’enthalpie de vaporisation qu’on appelle parfois chaleur latente et qui diffère suivant les formules chimiques des liquides (pour l’eau : 2260 kJ/kg, pour l’alcool 855 kJ/kg).
Premier moyen donc : améliorer l’isolation thermique des bâtiments (1), ce qui est valable en hiver l’est aussi en été. Isolation des combles par la laine de verre, de roche ou de cellulose, doublage des cloisons externes par le polystyrène expansé, double vitrage à lame d’argon, permettent de placer des barrières à très bonne isolation entre l’extérieur et l’intérieur (2).
Deuxième moyen : utiliser un liquide à bonne chaleur latente et l’évaporer à l’intérieur car il va pomper les calories et évacuer les vapeurs à l’extérieur pour les recondenser en évacuant les calories grâce à un échangeur. C’est le principe du climatiseur en utilisant un fluide frigorigène comme des chlorofluoroéthanes (maintenant interdits) ou l’ammoniac qui ont des températures d’ébullition assez basses sous des pressions compatibles avec des installations domestiques.
On peut aussi utiliser de petits ventilateurs refroidisseurs qui utilisent l’évaporation d’un film d’eau, car l’eau a une forte chaleur latente, capables de refroidir de quelques degrés une pièce de la maison.
Le problème des grandes villes est plus large (3), car elles possèdent des « îlots de chaleur », en centre-ville le béton, le goudron, absorbent la chaleur le jour et la restituent la nuit et la température nocturne reste élevée. La forme et l’implantation des bâtiments et surtout la végétalisation sont de nature à refroidir l’atmosphère (4). En effet, les arbres font de l’ombre et leurs feuilles rejettent la vapeur d’eau. Lors des fortes chaleurs, il peut y avoir 3°C de différence entre le Bois de Boulogne et le centre de Paris. En ville, moins utiliser la climatisation mais avoir plutôt recours au réseau de froid urbain (5) qui utilise de l’eau naturelle glacée et qui permet d’économiser plus de 90 % de gaz à effet de serre. Avoir des revêtements clairs réfléchissant les rayonnements, remplacer le goudron par des pavés granit plus poreux et moins absorbants sont les éléments d’une nouvelle politique de la ville. Enfin la circulation automobile (6), n’oublions pas que le moteur thermique même s’il émet du CO2 émet aussi des calories car le rendement d’un moteur thermique (7) est de l’ordre de 40% ceci veut dire que 60 % des 44000 Kj/kg d’essence servent à chauffer l’atmosphère des villes. Demandez donc de nouvelles pistes cyclables et roulez en vélo mais avec un bidon d’eau fraiche.
Jean-Claude Bernier
Août 2018
Pour en savoir plus
(1) La discrète révolution de la performance énergétique des bâtiments
(2) Vivre en économisant cette « chère » énergie
(3) Les défis des grandes villes : apports possibles des chimistes
(4) Impact de la végétation sur le microclimat urbain et la qualité de l’air
(5) Le réseau de froid urbain
(6) La mobilité urbaine
(7) Le moteur électrique comparé au moteur thermique : enjeux et contraintes
Mercredi 1er août à 20h30 aura lieu la
Présentation du projet d'installation d'un télescope de
recherche scientifique à l'Observatoire de Saint-Véran
par François Taris
Laboratoire SYRTE - Observatoire de Paris
L'astronomie à Saint Véran, une longue histoire. De la rénovation de l'Observatoire de Saint-Véran, le plus haut d'Europe, à la réalisation d'un projet scientifique d'envergure internationale.
http://stveran.obspm.fr/index.php
Venez découvrir le nanomonde - l’organisation de la matière à l’échelle du nanomètre - le millionième de millimètre et ses applications lors du colloque :
CHIMIE, NANOMATERIAUX, NANOTECHNOLOGIES
Mercredi 7 Novembre 2018
Ce colloque est ouvert à un large public, avec une attention particulière aux lycéens, aux étudiants et à leurs enseignants.
Depuis une vingtaine d’années les responsables industriels comme les scientifiques ont découvert le « nanomonde » - l’organisation de la matière à l’échelle du nanomètre - le millionième de millimètre. Des applications de toutes sortes sont apparues qui changent les capacités techniques dans des domaines très variés – qu’il s’agisse du bâtiment, des textiles, des télécommunications et des technologies numériques ou encore de la santé et des nano-médecines.
Les produits de la vie quotidienne - alimentation, cosmétiques, produits d’entretien, etc. - n’échappent pas à ces évolutions : ils font un usage extensif de nanomatériaux comme additifs. Ces utilisations suscitent à juste titre des questions sur les risques sanitaires qu’elles pourraient induire, questions rendues difficiles en raison des incertitudes qui demeurent quant à l’activité biologique des nanomatériaux.
Ce colloque dans lequel nous avons réuni des experts chimistes, physiciens, biologistes, universitaires et industriels, a l’objectif d’illustrer la richesse du nanomonde en présentant la découverte continue de nouveaux nano-objets naturels ou artificiels et de nouvelles propriétés, qui mobilise tant les milieux scientifiques qu’industriels. Le colloque présentera des perspectives de développement des nanotechnologies dans les domaines d’actualité (comme le développement des batteries pour les voitures électriques ou celui des capteurs de l’état de l’environnement), mais il illustrera aussi le soin qui est apporté par tous les acteurs à l’évaluation de la toxicité des nano-objets par le développement de méthodes de caractérisation spécifiques de l’échelle nanométrique.
Le niveau des interventions se veut accessible à tous pour permettre un large débat.
Les inscriptions, gratuites mais obligatoires, sont ouvertes dès à présent.
En cette fin de coupe du monde et le magnifique comportement des « bleus » on voit fleurir un peu partout, dans les magasins, sur les automobiles, sur les façades des maisons, et au-dessus des rassemblements innombrables, les drapeaux bleu blanc rouge. Pour la plupart ces drapeaux sont issus d’une PME française qui les fabrique à partir de coupons de tissus teints dans les trois couleurs nationales et ensuite assemblés.
Les couleurs de ces teintures sont maintenant synthétisées par la chimie organique mais il existe encore de nombreux pigments minéraux organiques ou végétaux qui sont utilisés pour les vernis, les peintures et les teintures (1).
Bleu – De nombreuses nuances ont été trouvées par les chimistes : le bleu outremer dont le constituant essentiel vient d’une pierre naturelle le lapis-lazuli, le bleu de Prusse qui est un ferrocyanure Fe4[Fe2(CN)6]3 découvert un peu par hasard à Berlin par Dippel, le bleu de cobalt qui est un aluminate CoAl2O4 de structure spinelle dont le procédé de synthèse a été découvert par le français Thénard en 1802, et enfin le bleu indigo (2) qui est un nitrobenzoate de sodium très célèbre car c’est lui qui colore les tissus de jeans (3).
Blanc – Il faut remonter à la civilisation égyptienne pour voir les premiers fards à base de sels de plomb (4), la cérusite PbCO3 de phosphogénite Pb2Cl2CO3 de laurionite Pb(OH)Cl mélangés à de la graisse (5). Le blanc de zinc ZnO est obtenu par oxydation d’un minerai, la blende. L’oxyde de titane TiO2 (6) est très lumineux avec lequel on fabrique des centaines de milliers de tonnes pour les peintures, les papiers et les revêtements d’immeubles.
Rouge – Sans compter l’hémoglobine du sang (7) qui est un composé organique du fer et qui sert à l’échange d’oxygène, on connait l’alizarine extraite de la racine d’une plante, la garance, qui colorait les pantalons des uniformes de l’armée avant 1914 et qui fut abandonnée car trop voyant, le minium Pb3O4 utilisé sur les aciers et sur le fer comme protection anticorrosion et la cochenille qui est un pigment à base d’acide carminique extrait d’un insecte.
Jean-Claude Bernier
Juillet 2018
Pour en savoir plus
(1) La chimie crée sa couleur… sur la palette du peintre
(2) La synthèse de l’indigo (vidéo 4:30)
(3) La teinture d’un jeans (vidéo 5:03)
(4) Même les pharaons se maquillaient
(5) Dermo-cosmétique et beauté à travers les âges
(6) Les textiles photocatalytiques
(7) Le sang des animaux est-il toujours rouge ?
Le World Materials Forum qui s’est tenu cette semaine du 23 au 28 juin à Nancy et qui réunit la plupart des experts internationaux miniers et métallurgistes a réalisé deux études pour évaluer la criticité de plusieurs métaux ou éléments du tableau périodique. Ils se sont focalisés sur les métaux intervenant dans plusieurs secteurs stratégiques : l’électronique, l’énergie, l’aéronautique, la défense, l’automobile.
Le BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières) avec le Comité ministériel pour les métaux stratégiques (Comes) vient à cette occasion de publier un nouveau tableau de Mendeleïev qui évalue pour chaque numéro atomique les risques d’approvisionnements pour l’industrie Française et européenne : risques élevés (rouge), veille attentive (jaune), risques faibles (vert).
Ils ont ainsi identifiés six métaux dont la pénurie nous guette : le cobalt (1), le tungstène, l’étain, le cuivre, le nickel et le zinc qui doivent être sous haute surveillance pour des raisons variables : géopolitiques, réserves limitées, monopole géographique d’un État, consommation exponentielle, volatilité des prix.
Mediachimie a déjà attiré l’attention sur ces problèmes, tout indique que l’on doit, nous chimistes, nous impliquer davantage dans des méthodes innovantes de recyclages (2) et d’extractions minières.
Jean-Claude Bernier
Juin 2018
Voir le tableau de Mendeleïev revisité par le BRGM et les consultants de CRU et de McKinsey sur le site de l'Usine Nouvelle : [lien]
Pour en savoir plus :
(1) Et si le cobalt manquait... quel serait l’avenir des voitures électriques ?
(2) Vie et recyclage des appareils et supports numériques (Chimie et… Junior)