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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 »

Dans un panneau solaire, l’énergie lumineuse est convertie en courant électrique, grâce à l’effet photoélectrique où un photon arrache un électron à un atome. Pour cela, il faut ...

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

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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

Cooper pairs - Tem5psu CC BY-SA
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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Mars a tremblé
Après 128 jours sur Mars, la sonde InSight a détecté le premier « tremblement de Mars ».

© Wiki Commons 

 

6 avril 2019. Le détecteur sismique SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) de la sonde spatiale martienne InSight relève un signal sismique (sol 128, c'est-à-dire après 128 jours passés sur le sol martien) faible mais distinct. D’autres signaux avaient étés détectés le 14 mars (sol 105), le 10 avril (sol 132) et le 11 avril (sol 133), mais trop faibles, ils ont étés considérés comme non significatifs. Le signal sol 128 viendrait probablement de l’intérieur même de la planète rouge, par opposition à un tremblement causé par des forces de surface, comme le vent. Le signal sol 128, reste tout de même trop faible pour espérer récupérer de solides informations sur l’activité interne martienne.

La mission InSight

InSight a été lancé par la NASA (National Aeronautics and Space Administration) le 5 mai 2018 depuis la Vandenberg Air Force Base en Californie. Après un long périple, elle se pose sur le sol martien le 26 novembre 2018. La sonde spatiale portait à son bord deux capteurs : le détecteur sismique SIES, conçu par le CNES (Centre National d’Études Spatiale) et fabriqué par la société SODERN en collaboration avec l’IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris), et le capteur de flux de chaleur HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) fourni par l’agence spatiale allemande. Les deux instruments de mesure ont étés installés sur le sol désertique de Mars le 19 décembre 2018. C’est la première fois qu’un instrument est installé sur une autre planète grâce à un bras robotique. Avant de poser le sismomètre, la sonde a d’abord cartographié le sol martien afin de trouver le meilleur endroit pour déposer SEIS. Trois pieds motorisés ont ensuite permis un nivellement parfaitement horizontal du capteur.

« Le grand succès de cette mission, c’est la mise en place de ce sismomètre. Car le climat martien est très perturbé : poussières, vents, radiations. Il a réussi à être installé de telle sorte que le bruit est presque inexistant », explique Philippe Lognonné, responsable de l’équipe Planétologie et Sciences Spatiales à l’IPGP. Le sismomètre a ensuite été équipé d’un bouclier contre le vent et les températures pour l’isoler de l’environnement qui pourrait interférer dans les mesures. Philippe Lognonné ajoute : « Le sismomètre est composé d’une masse suspendue à un ressort. Lorsque le sol bouge, la masse bouge et ce mouvement est capté. C’est le même principe que ceux sur Terre, seulement les conditions sont bien plus difficiles. Le sismomètre est extrêmement précis : il est capable de détecter des déplacements bien inférieurs à la taille d’un atome. »

Les recherches sur la planète Mars

L’objectif de cette mission est de fournir des informations sur le manteau et le noyau de la planète et ainsi de mieux comprendre comment se sont formées les planètes telluriques. Selon Philippe Lognonné, « Les séismes ou les impacts génèrent des ondes sismiques à l’intérieur de la planète. Leur vitesse de propagation dépend de la structure, de la température, des roches rencontrées. Les chercheurs utilisent ensuite les mesures de ces vitesses pour déterminer la composition interne de la planète. Les ondes rebondissent également sur les discontinuités (comme le passage de la croûte au noyau par exemple). L’étude de la réflexion de ces ondes permet donc de constituer une « image » du centre de Mars. »

Des séismes similaires avaient étés détectés sur la Lune lors des missions Apollo. Entre 1969 et 1972, les scientifiques avaient en effet mesuré plusieurs milliers de séismes, prouvant ainsi que la Lune, même sans plaques tectoniques, avait gardé une activité sismique. La découverte de l’activité sismique de Mars ouvre un nouveau domaine : celui de la sismologie martienne. Comme la Lune, Mars n’a pas de plaques tectoniques contrairement à la Terre. Les séismes sont donc provoqués par des refroidissements et des contractions de la croûte. Ces mouvements provoquent des tensions, qui une fois accumulées, fracturent la croûte martienne et font trembler Mars. Afin de remplir sa mission, InSight va devoir collecter des données concernant la taille et la composition du noyau, de la croûte et du manteau martien mais aussi la force et la fréquence des activités sismiques. « Les chercheurs doivent donc attendre l’impact d’une météorite ou un séisme pour pouvoir réaliser des mesures. Il est en effet interdit par les règles de protection planétaire de l’ONU d’envoyer des objets non stériles sur d’autres planètes. Or pour provoquer un impact suffisant pour générer des ondes analysables, il faudrait faire impacter un bout de fusée sur Mars. Cette technique avait déjà été utilisée par les scientifiques des missions Apollo, mais est maintenant interdite» conclut Philippe Lognonné.

 

En savoir plus : 

Camille Paschal
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