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Physique de l’espresso

Une recette ancestrale

Dans les grandes lignes, depuis son invention en 1884, la préparation d’un espresso consiste à forcer de l’eau chaude à passer assez rapidement à travers du café moulu très fin. Plus précisément, la température de l’eau doit être d’environ 90°C, son volume de 25 mL et afin qu’elle ...

Des panneaux solaires bifaces

Les panneaux solaires : du silicium « dopé »

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Les électrons peuvent s’écouler comme l’eau

Lorsque l’eau s’écoule dans un tuyau, ce sont les interactions entre ses molécules qui la freinent. A l’inverse, lorsque des électrons s’écoulent dans un fil conducteur, c’est avant tout le fil lui-même qui les freine. Une équipe de chercheurs britanniques et israéliens, ...

Les cristaux temporels

Réseaux cristallins associés à l'eau. by Psi?edelisto, based on version by Dbuckingham42 - Own work, CC BY-SA 4.0,

Cristal et brisure de symétrie 

Un cristal est un état de la matière dans lequel les atomes sont ordonnés selon une périodicité spatiale ...

Du ribose dans les météorites

Le ribose, sucre vital

L’ADN - ou acide désoxyribonucléique - est formé en particulier d’un sucre, le désoxyribose, lui-même un dérivé du ribose (C5H10O5). Plus précisément, dans le désoxyribose (C5H10O4) un groupement hydroxyle (-OH) du ribose ...

Un nouveau comportement des électrons

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Isolants, conducteurs et semi-conducteurs

Le comportement d’un solide cristallin relativement au courant électrique, peut être celui d’un isolant, d’un semi-conducteur, d’un métal ou d’un supraconducteur. Dans les isolants, ...

Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » des électrons, des photons...

Les fentes de Young
Rappelons la fameuse expérience des fentes de Young, réalisée au tout début du XIXe siècle. La lumière issue d’une source ponctuelle tombe sur un obstacle opaque percé de deux fentes parallèles très fines et très rapprochées. Sur un écran placé derrière on observe non pas deux bandes claires (une en face de chaque fente), mais une série alternée de bandes claires et sombres : des franges d’interférences. On explique ce phénomène en admettant que la lumière passée par l’une des fentes et celle passée par l’autre se recouvrent sur l’écran d’observation et se renforcent (zones claires) ou se contrarient (zones sombres). Si la différence de longueur des deux trajets depuis chacune des fentes jusqu’à un point sur l’écran est un multiple entier de longueur d’onde, les deux lumières se renforcent ; en revanche, si l’écart vaut une demi-longueur d’onde, elles se retranchent, il y a extinction : leur somme donne alors de l’obscurité. Tout cela s’explique sans mystère dans le cadre de la théorie ondulatoire de la physique classique. Mais la mécanique quantique prédit que si la lumière est envoyée sous forme de photons, un à un, les uns après les autres, leur accumulation devrait encore donner des franges sur l’écran d’observation : des bandes parallèles alternativement surpeuplées et sous-peuplées par les points d’impact des photons ! L’expérience confirme ce résultat très étrange.

Des intérférences avec des molécules 
Le même résultat est encore obtenu même si les particules sont des électrons, des atomes, de petites molécules, voire des fullerènes comme cela a été réalisé à la fin des années 1990… Cela signifie qu’à cette échelle, la matière ne se comporte pas comme un grain ordinaire, car l’expérience des fentes de Young réalisée avec des billes ou des grains de sable donne sans surprise juste deux séries de points d’impact, une en face de chaque fente. La question est donc de savoir à partir de quelle dimension le comportement classique laisse sa place à un comportement quantique, interférentiel. Très récemment, deux collaborations internationales ont chacune réalisé une expérience d’interférences avec de très grosses molécules, cependant en employant avec un autre dispositif que des fentes de Young. Le premier groupe (Chine, Autriche, Suisse, Allemagne) a réussi une prouesse puisque leur molécule est composée d’environ 2000 atomes (il s’agit d’une porphyrine), tandis que la seconde équipe (Autriche, Royaume-Uni, Etats-Unis) a expérimenté avec un antibiotique composé de quinze acides aminés, la gramicidine A1. Ces résultats extraordinaires constituent un pas de plus vers des expériences quantiques avec des organismes vivants !

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Le nouvel or vert
Le recyclage des urines humaines en engrais

Fabien Esculier, chercheur à l’École des Ponts ParisTech, a récemment publié les résultats de ses recherches portant sur une gestion alternative des urines et matières fécales. Ces recherches font partie du programme OCAPI (Optimisation des cycles Carbone, Azote et Phosphore en ville) qui vise à étudier et accompagner les évolutions possibles des systèmes d'alimentation et d'excrétion en ville.

Les engrais azotés

Les principaux nutriments apportés par les engrais sont l’azote, le phosphore et le potassium. Pour ce qui est de l'azote, il compose 78 % de l’air sous forme de diazote (N2), un gaz non réactif. Mais ce n'est pas sous cette forme que les plantes peuvent l'assimiler. Les engrais azotés, qu'on appelle aussi «engrais minéraux simples» sont fabriqués à partir de l'ammoniac, obtenu par la combinaison de l'azote présent dans l'air et de l'hydrogène, lequel est produit par reformage du gaz naturel. Environ 80% du coût de production de l'ammoniac est lié à l'utilisation du gaz naturel.

Une alternative moins coûteuse et plus écologique

L’urine est une solution aqueuse excrétée par le corps après filtration du sang par les reins. Composée à plus de 95 % d’eau, elle contient de l'urée, de la créatinine, ainsi que d'autres composés organiques et inorganiques. Les trois principaux nutriments des plantes sont excrétés par le corps dans l’urine, à savoir l’azote, le potassium et le phosphore. Très rapidement après l’excrétion d’urine, l’azote va majoritairement se trouver sous forme ammoniacale. Les plantes sont alors capables d'assimiler directement les deux formes d'azote résultantes : les ions ammonium (NH4+) et nitrate (NO3 -). Quant au phosphore, il est assimilable par les plantes sous sa forme dissoute PO43- (orthophosphate).

La fin du tout-à-l’égout

Ces produits obtenus à partir de l’urine constituent une nouvelle source prometteuse de fertilisation azotée en agriculture. La mise en œuvre de systèmes d’assainissement alternatifs est également en mesure de générer des avancées environnementales et sociales considérables : diminution de la consommation d’énergie, réduction des émissions de gaz à effet de serre, renforcement de la qualité des eaux de surface, source pérenne de nutriments, reconnexion des territoires urbains et ruraux, etc. Des expériences supplémentaires vont bientôt être lancées. Elles viseront à étudier l’innocuité de cette nouvelle source d’azote et les impacts environnementaux potentiels à travers les émissions de gaz après application.

Publié le 24/10/2018

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Yassa HARBANE
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