Du carburant automobile à partir de l'air ambiant

Des chercheurs du Sud-Ouest de l'Angleterre travaillent actuellement sur un projet d'1,4 M£ qui pourrait permettre de récupérer le dioxyde de carbone de l'air et le transformer en carburant automobile. Le projet, dirigé par l'Université de Bath, est réalisé en collaboration avec des scientifiques et des ingénieurs de l'Université de Bristol et de l'UWE (University of the West of England).


Le projet vise à élaborer des matériaux poreux pouvant absorber le gaz responsable du réchauffement climatique et le convertir en produits chimiques qui peuvent être utilisés pour fabriquer du carburant automobile ou de la matière plastique, le tout au cours d'un processus alimenté par l'énergie solaire.

Plus concrètement, les chercheurs:
1 - développeront des réseaux métallo-organiques (MOF: Metal Organic Frameworks), sortes de matériaux nanoporeux aux capacités d'absorption phénoménales qui peuvent stocker des gaz comme le CO2 ;
2 - utiliseront des catalyseurs pour transformer les MOFs en carburant ou en matières plastiques.




Les chercheurs espèrent qu'à l'avenir les matériaux poreux seront utilisés dans les cheminées d'usine afin de récupérer des polluants tels que le dioxyde de CO2, et ainsi, réduire les effets du changement climatique. Selon le Dr Frank Marken, maître de conférences en chimie à l'Université de Bath: "Les procédés actuels reposent sur des technologies distinctes pour capturer et utiliser le CO2, ce qui rend le processus très inefficace. En combinant les processus, il est possible d'en améliorer l'efficacité et de réduire au minimum l'énergie nécessaire pour conduire à la réduction de CO2. Ce sera un énorme défi, mais nous avons une très bonne équipe interdisciplinaire comprenant des chimistes, des ingénieurs chimistes, des biologistes, et des analystes du cycle de vie." Dr Petra Cameron, RCUK Fellow, de la faculté de chimie de Bath, espère: "que l'utilisation des énergies renouvelables pour recycler le CO2 sera un moyen efficace de réduire la quantité de CO2 dans l'atmosphère".

La collaboration entre les universités de Bath et Bristol réunit des scientifiques de diverses disciplines, y compris des chercheurs de l'I-SEE (Institute for Sustainable Energy & the Environment, Institut pour l'énergie et l'environnement durable), de la faculté de chimie de l'Université de Bristol, du laboratoire de robotique de Bristol (BRL, Bristol Robotics Laboratory), et de la faculté des sciences de la vie de l'UWE. D'après le Dr Ioannis Ieropoulos, du BRL: "l'un des grands avantages de ce projet est qu'il va exploiter les capacités naturelles des micro-organismes à réduire les émissions de CO2 dans l'atmosphère et dans le même temps produire de l'électricité ou de l'hydrogène". Dr David Fermin de l'Université de Bristol indique: "qu'à l'heure actuelle, il n'existe pas de technologies à grande échelle disponibles pour la capture et le traitement du CO2 de l'air. Cela est dû au fait que le CO2 est plutôt dilué dans l'atmosphère et que sa réactivité chimique est très faible. En combinant un matériau conçu intelligemment à la catalyse hétérogène, l'électrocatalyse et la biocatalyse, notre objectif est de développer une technologie verte efficace".

Bien que ce projet, financé par l'Engineering & Physical Sciences Research Council (EPSRC, Conseil de recherche pour les sciences physiques et de l'ingénieur), n'en soit qu'à ses débuts, les chercheurs prédisent déjà que cette nouvelle technologie pourrait faire une réelle différence dans la lutte contre le changement climatique.

Source: BE Royaume-Uni numéro 103 (7/05/2010) - 
Ambassade de France au Royaume-Uni / ADIT -

Une voiture électrique parcourt 1000 km sans charger ses batteries

Le Japan Electric Vehicle Club, une association de citoyens qui se consacrent au développement des véhicules électriques, a réussi à rouler avec une voiture légère sur une distance dépassant les 1000 km, sans effectuer une seule recharge des batteries.

La voiture électrique Daihatsu "Mira EV" et son équipe
 
 Le gouvernement japonais a fait du développement des véhicules électriques une de ses priorités pour réduire les émissions de gaz à effet de serre du pays. Si les moteurs électriques ont depuis longtemps prouvé qu'ils n'étaient en rien inférieurs aux moteurs thermiques (le projet Eliica de l'Université Keio a permis notamment de construire une voiture qui atteint les 370 km/h), il est régulièrement reproché aux véhicules électriques de manquer d'autonomie. De fait, celle des voitures actuellement vendues dans le commerce ne dépasse guère les 150 km.
 
En réalisant ce type de démonstration, l'association espère faire prendre conscience aux populations que le problème de l'autonomie pourra être réglé et qu'il ne sera plus longtemps un frein au développement des véhicules électriques. L'association avait ainsi réalisé un premier voyage entre Tokyo et Osaka, parcourant les 555,6 km qui séparent les deux villes sans recharger les batteries de sa Daihatsu "Mira EV". Cependant, les aléas du trafic multiplient les accélérations et les freinages, ce qui entraine une décharge prématurée des batteries. L'équipe a donc décidé de retenter l'aventure, cette fois sur une piste de 689 m de circonférence située à Shimotsuma, dans le département d'Ibaraki (Est de Tokyo).




La voiture dispose de batteries lithium-ion composées au total de 8 320 éléments cylindriques fournis par Sanyo. La capacité totale maximale est de 74 kWh. 17 pilotes se sont succédé pour effectuer 1 456 tours de piste, parcourant ainsi 1003,184 km à une vitesse moyenne de 40 km/h, et consommant au total 63 kWh (soit une consommation moyenne de 62,8 Wh/km).

Même s'il ne s'agit que d'un prototype, c'est la première fois au monde qu'un véhicule électrique parcourt une distance supérieure à 1.000 km sans qu'il soit nécessaire de recharger ses batteries. Ces résultats sont encourageants pour l'avenir des véhicules électriques.

Source: BE Japon numéro 540 (28/05/2010) -
Ambassade de France au Japon / ADIT -
http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /63491.htm Illustration: Communiqué de Sanyo

Une électricité 100% renouvelable en 2050 en Allemagne ?

L'Allemagne serait à même d'assurer 100% de son approvisionnement en électricité grâce aux seules énergies renouvelables (EnR): c'est ce qu'indique une étude que vient de publier l'Office fédéral de l'Environnement (UBA) sur la production d'énergie allemande, ayant pour titre: "Objectif énergétique 2050: 100% d'électricité à partir de sources renouvelables". Jochen Flasbarth, président de l'UBA, assure par ailleurs que cet objectif est réalisable avec la technologie disponible actuellement, avec comme condition préalable une efficacité extrême dans la production et l'utilisation de l'énergie.



Pour atteindre ces objectifs d'ici 2050, l'UBA plaide pour des prises de position politiques rapides, afin de conserver plus de temps pour les adaptations techniques et sociétales, essentielles, associées au développement des EnR. L'UBA met aussi l'accent sur la réduction nette de la dépendance allemande aux importations de sources énergétiques primaires (majoritairement le charbon et le nucléaire) si, parmi les trois axes de consommation de l'énergie primaire (transport, bâtiment, électricité), l'une au moins provient à 100% de sources renouvelables.




L'UBA analyse la transition vers cette électricité "verte" dans trois scénarii de base. L'étude publiée actuellement se base sur le scénario "interconnexion régionale", considérant une exploitation considérable de toutes les régions d'Allemagne de leur potentiel en EnR ; un échange d'électricité aurait lieu à l'échelle du pays, et l'importation d'électricité de pays voisins serait réduite. Les évaluations nécessaires pour cette estimation ont été mises à disposition de l'UBA par l'Institut Fraunhofer de recherche sur l'énergie éolienne (IWES). Les scientifiques de l'IWES ont modélisé précisément ce scénario heure par heure, sur 4 années. Selon M. Flasbarth, "les résultats de l'étude montrent que l'approvisionnement électrique peut se baser entièrement sur les EnR d'ici 2050 et que la sûreté d'approvisionnement peut être garantie d'ici là". Les différents moyens de production d'EnR, les réservoirs d'énergie et la gestion de charge seraient exactement harmonisés dans ce scénario. Même les fluctuations liées aux EnR pourraient être compensées.

Il est donc nécessaire, selon l'étude, d'aménager et de développer sensiblement les EnR, les réseaux et le système de stockage. Les possibilités d'économie d'énergie doivent également être exploitées. L'isolation des bâtiments doit aussi être considérablement améliorée afin de limiter la consommation d'électricité pour l'approvisionnement en chaleur des bâtiments. Les potentiels de gestion de charge doivent aussi être exploités pour mieux adapter la demande électrique à la production fluctuante provenant des énergies éolienne et solaire.

La production électrique est responsable de plus de 40% des émissions de CO2 allemandes. "Si nous souhaitons réduire les émissions de gaz à effet de serre de 80 à 95%, il faut asseoir l'approvisionnement électrique sur les EnR. C'est la seule manière de réduire à zéro les émissions de CO2 liées à la production électrique ", explique M. Flasbarth.

Dans une étude qui sera publiée ultérieurement, l'UBA étudie actuellement deux alternatives possibles au scénario "interconnexion régionale": le scénario "technologies à grande échelle" et le scénario "autarcie".

Source: BE Allemagne numéro 492 (23/07/2010) - 
Ambassade de France en Allemagne / ADIT - 

La Lune est dépourvue d'eau si l'on se fie au chlore

Contrairement à de récentes études qui suggéraient que l'intérieur de la Lune puisse contenir plus d'eau que ce que prévoyaient les scientifiques, une nouvelle analyse d'échantillons lunaires issus des missions Apollo de la NASA indique que la Lune est essentiellement dépourvue d'eau.


Zachary Sharp et ses collègues ont trouvé en mesurant la composition d'isotopes du chlore dans les roches volcaniques lunaires que la gamme de ces isotopes présents était 25 fois plus étendue que celle des roches et minéraux terrestres ou de météorites. Le chlore étant très hydrophile, il est un indicateur extrêmement sensible des teneurs en hydrogène, et les chercheurs écrivent que si les roches lunaires avaient eu des niveaux en hydrogène proches de ceux sur la Terre, le fractionnement du chlore en isotopes aussi différents ne se serait jamais produit sur la Lune.

Ces résultats permettent à Sharp et ses collègues de proposer que l'intérieur de la Lune est anhydre, comme l'avaient initialement proposé des scientifiques. Ils avancent que les récentes teneurs élevées en hydrogène calculées dans certains échantillons lunaires sont singulières et que ces derniers sont le produit de processus magmatiques les ayant fortement enrichi en éléments volatiles. Ils ne présentent cependant pas, selon Sharp et ses collègues, les valeurs élevées et variables en isotopes du chlore rapportées dans la majorité des roches lunaires.
Source: Science via EurekAlert !
Illustration: NASA

Nouvelles colles à bois qui s'affranchissent du pétrole

Les substances adhésives sont des composantes des planches de bois composite ou de contreplaqué. Actuellement les phénols issus de la pétrochimie sont la principale source de colles utilisées industriellement, raison pour laquelle leurs coûts sont indexés sur les prix du pétrole. Si le prix du pétrole augmente considérablement, les coûts des colles à bois augmentent drastiquement. Aussi peut-il paraître judicieux de réduire les coûts de production de colles à bois à l'aide de molécules aromatiques issues des biocarburants (aux prix beaucoup moins fluctuants que le pétrole).


Les résultats de l'étude en laboratoire ouvrent la voie à l'utilisation de l'explosion par vapeur de pâtes végétales comme matériaux pour l'auto-fixation de planches en fibres, mais aussi à l'utilisation de la lignine extraite de la biomasse après autohydrolyse par explosion à la vapeur comme adhésifs non soufrés.




En coopération avec la société par actions "Latvijas Finieris", les phénols (produits par explosion à la vapeur) sont testés comme substituts des colles synthétiques en phénol pour le contreplaqué. Des efforts ont été faits pour évaluer la consommation énergétique de l'explosion par vapeur de la biomasse de bois et l'estimer en termes d'auto-subsistance et de durabilité de ce système de bioraffinerie.
Source: BE Lettonie numéro 4 (20/08/2010) - 
Ambassade de France en Lettonie / ADIT -

L'âge du système solaire se précise

La datation d’une météorite trouvée dans le Sahara permet d’affiner l’âge du système solaire, qui prend un léger coup de vieux.
Les manifestations du champ magnétique à la surface du Soleil. Image obtenue en mai 2010 avec le Solar Dynamic Observatory. (SDO)
Que pèsent deux millions d’années de plus ou de moins pour un système qui en compte plus de 4,5 milliards? A première vue, la précision apportée à l’âge de notre système solaire par deux astrophysiciennes est une paille. Cette nouvelle datation réalisée à partir d’une météorite trouvée dans le Sahara, la plus ancienne jamais obtenue pour un matériau du système solaire, permet pourtant de mieux connaître les circonstances de la naissance du Soleil et des planètes qui l’entourent.

Jusqu’à présent, c’est la météorite Allende tombée au Mexique en 1969 qui fournit les plus anciennes datations pour le système solaire: 4,567 milliards d’années. Ces chondrites contiennent en effet de petites inclusions riches en calcium qui se sont formées dans le disque protoplanétaire qui entourait notre étoile après sa naissance. Ces petits grains de quelques millimètres sont donc considérées comme les plus anciens solides connus du système solaire.

Pour dater ces inclusions, les chercheurs s’appuient sur la désintégration de certains isotopes radioactifs. Cependant, les deux techniques les plus utilisées, plomb-207/plomb-206 et aluminium/magnésium, ne donnent pas exactement le même âge au système solaire. La seconde lui donne un million d’années de plus.

Le travail d’Audrey Bouvier et de Meenakshi Wadhwa, de l’Université de l’Arizona, permet de dépasser ce problème. Pour la chondrite du Sahara, les deux horloges donnent le même résultat. Et recule un peu l’âge du système solaire, qui serait donc de 4,5682 milliard d’années.

La différence n’est pas anecdotique pour les astrophysiciens qui tentent de comprendre dans quelles circonstances est né le Soleil. L’un des éléments clefs de cet environnement primitif est le fer-60, un isotope radioactif dont la demi-vie est de 2,6 millions d’années. Cela signifie, pour un échantillon donné, qu’il perd la moitié de son fer-60 au bout de cette période.

Repousser la naissance du système solaire de presque deux millions d’années revient donc à ajouter pas mal de fer dans son berceau. Ce qui confirmerait l’idée selon laquelle des supernovae ont explosé au moment où se formait le Soleil, ces explosions d’étoiles géantes en fin de vie sont en effet réputées pour leur capacité à injecter d’importantes quantités de fer dans leur environnement.
Cécile Dumas
Sciences et Avenir.fr
23/08/10

Quelle est la taille du proton ?

Le proton, l'un des constituants fondamentaux de la matière, serait plus petit que ce que l'on pensait jusqu'à présent. Tel est le résultat établi de manière expérimentale par une collaboration internationale de physiciens, à laquelle participe le Laboratoire Kastler Brossel (ENS Paris / UPMC / CNRS). Obtenue avec une extrême précision, cette nouvelle mesure du rayon du proton pourrait remettre en cause certaines prédictions de l'électrodynamique quantique, l'une des théories fondamentales de la physique quantique, ou bien la valeur de la constante de Rydberg (constante physique la plus précise à ce jour). Publiés le 8 juillet dans Nature, ces travaux font la couverture de la revue.

 
Les noyaux des atomes sont constitués de protons et de neutrons. Autour de ces noyaux, gravitent les électrons. Ces trois éléments (protons, neutrons et électrons) constituent pratiquement toute la matière terrestre. Alors que l'électron est considéré comme une particule "sans taille", le proton, qui est constitué de quarks, est un objet étendu. Jusqu'à présent, seules deux méthodes avaient permis de mesurer son rayon. Basées sur l'étude des interactions entre un proton et un électron, elles s'intéressent soit aux collisions entre un électron et un proton, soit à l'atome d'hydrogène (atome constitué d'un électron et d'un proton). La valeur ainsi obtenue, celle utilisée par les physiciens, est de 0,877 femtomètre (1) (à +/- 0,007).

Pour déterminer plus précisément le rayon des protons, les physiciens ont utilisé de «l'hydrogène muonique" au sein duquel l'électron est remplacé par un muon, une particule élémentaire chargée négativement. "Cette idée remonte aux années 70", précise François Nez, chercheur CNRS au Laboratoire Kastler Brossel (LKB). "Toutefois, il fallait que les techniques évoluent pour qu'elle soit réalisable". L'atome d'hydrogène, qui est le plus simple existant, a souvent été le meilleur objet pour étudier des questions fondamentales en physique. Mais, pourquoi remplacer l'électron par un muon ? Chargé négativement (2), ce dernier est 200 fois plus lourd que l'électron. Il doit donc, selon les lois de la physique quantique, évoluer 200 fois plus près du proton que ne le fait l'électron dans l'hydrogène «normal". Le muon est "beaucoup plus sensible" à la taille du proton qu'un électron. Ainsi, son énergie de liaison à l'atome dépend fortement de la taille du proton. La mesure de cette énergie permet aux scientifiques de déterminer le rayon du proton d'une manière nettement plus précise (0,1 % de précision) qu'à partir des mesures utilisant des électrons (environ 1 % de précision).

Pour cela, un laser infra-rouge a été spécialement conçu. Les six chercheurs du LKB, appartenant au CNRS et à l'UPMC, ont tout particulièrement apporté leur expertise dans sa fabrication, essentiellement pour la partie "titane-saphir" de la chaîne laser. L'objectif a été de concevoir un laser dont la longueur d' d'émission (c'est-à-dire la couleur de la lumière laser) peut être réglée à volonté. Comme un muon se désintègre en 2 millionièmes de secondes, il faut pendant ce laps de ondetemps très court pouvoir réaliser la mesure sur l'hydrogène muonique. Le tir laser doit donc pouvoir être déclenché très rapidement (dans un temps d'environ 1 millionième de seconde). Une première campagne de mesures fin 2002 a permis de valider ce dispositif expérimental mis au point par le LKB qui a également été chargé de mesurer la longueur d'onde d'émission du système laser complet. Il s'agit de cibler, les unes après les autres, les différentes longueurs d'onde absorbées par l'hydrogène muonique, ce qui permet d'en déduire l'énergie du muon autour du proton et donc la taille du proton.

Une divergence inattendue:

Après plusieurs séries de mesures menées à l'accélérateur de l'Institut Paul Scherrer PSI en Suisse, où le faisceau de muons est particulièrement intense (3), les chercheurs ont obtenu une valeur inattendue pour le rayon du proton. En effet, ce résultat diffère de celui obtenu en utilisant des électrons. Il est de 0,8418 femtomètre (à +/- 0,0007), au lieu de 0,877 femtomètre pour les mesures utilisant des électrons. "Nous n'avions pas envisagé qu'il puisse y avoir des divergences entre les valeurs connues et nos mesures", précise Paul Indelicato, directeur du LKB. Cette différence est beaucoup trop importante pour qu'on puisse l'imputer à des imprécisions dans les mesures. Les scientifiques sont en train d'essayer d'expliquer cet écart. Il pourrait remettre en cause la théorie la plus précisément testée de la physique à savoir la théorie de l'électrodynamique quantique qui est l'une des clés de voûte de la physique actuelle. Autre possibilité, la valeur actuelle de la constante de Rydberg, aujourd'hui la constante physique déterminée avec le plus de précision, pourrait être révisée. Les chercheurs envisagent de reproduire prochainement cette expérience avec de l'hélium muonique (à la place de l'hydrogène). Un nouvel éclairage sur ces résultats pourrait en découler.

Vue d'ensemble du dispositif complexe permettant de former les atomes d'hydrogène muonique
installé dans l’accélérateur de PSI. Deux jours après la fin de prise de données, le dispositif est démonté...
Ces expériences sur accélérateur comportent toujours une longue phase de mise en place
puis une phase de démontage très rapide pour laisser la place aux autres utilisateurs de la zone.

 
Source: CNRS
Illustrations: © CREMA collaboration

Equation de Fisher: quand la génétique donne des idées à la chimie

Ronald Aylmer Fisher, un mathématicien et biologiste anglais considéré par le célèbre scientifique Richard Dawkins comme le plus grand des successeurs de Darwin, a proposé en 1930 une équation dans le domaine de la génétique des populations qui montre que l'adaptation moyenne d'une population donnée à son environnement, via le jeux de la sélection naturelle, est d'autant plus rapide que la variance de ses allèles est élevée, c'est-à-dire que les formes alternatives de ses gènes sont nombreuses en son sein. Autrement dit, une population diverse du point de vu de ses gènes sera bien armée pour évoluer suffisamment vite face aux changements d'environnement et ainsi survivre. Cette équation dite de Fisher ou de Fisher-Kolgomorov exprime une relation mathématique suffisamment générale pour être appliquée à d'autres domaines que la génétique.


Le chercheur américain John Ross de l'université de Stanford suggéra par exemple en 2005 une application à la cinétique chimique, c'est-à-dire au calcul de la vitesse des réactions chimiques. Cinq ans plus tard, le travail est accompli: John Ross et quatre collègues espagnols de l'institut de recherche marine (IIM) du CSIC à Vigo et du département de Biochimie et Biologie Moléculaire de l'université Complutense de Madrid ont démontré une telle transposabilité dans une publication parue dans la revue PNAS. Pour eux, l'accord expérience/modélisation est tel qu'un mauvais accord entre un résultat et la prévision qu'en donne l'équation de Fisher généralisée peut être le signe de mesures trop imprécises.
Source: BE Espagne numéro 96 (26/07/2010) - 
Ambassade de France en Espagne / ADIT - 

De bonnes vibrations: de nouveaux produits à l’échelle atomique à l’horizon

Une découverte permet de nanomanipuler l’effet piézoélectrique.

L’effet piézoélectrique, c’est-à-dire la génération d’un champ électrique par la compression et l’expansion de matériaux solides, offre une vaste gamme d’applications sur des objets du quotidien comme les montres, les détecteurs de mouvements et les systèmes de positionnement précis. Des chercheurs du Département de de l’Université McGill de chimieMontréal viennent de découvrir comment maîtriser cet effet sur des nanosemiconducteurs appelés points quantiques, ce qui ouvre la porte à la mise au point de nouveaux produits incroyablement minuscules.

Bien que le terme "quantique" soit utilisé dans le langage courant pour faire référence à quelque chose de très gros, il signifie en fait la plus petite mesure par laquelle certaines propriétés physiques peuvent changer. Un point quantique présente un diamètre d’à peine dix à 15 atomes, soit moins de dix nanomètres. En comparaison, le diamètre de la double hélice de l’ADN fait deux nanomètres. Les chercheurs mcgillois ont découvert une nouvelle manière de faire en sorte que les charges individuelles demeurent à la surface du point, ce qui produit un vaste champ électrique au sein du point. Ce champ magnétique produit d’énormes forces piézoélectriques, entraînant une expansion et une contraction importantes et rapides des points en une picoseconde ou moins. De plus, l’équipe est capable de maîtriser l’ampleur de cette vibration.

Les points quantiques de séléniure de cadmium peuvent être utilisés dans une vaste gamme d’applications technologiques. L’énergie solaire est un des secteurs explorés, mais cette nouvelle découverte ouvre la voie à d’autres applications dans des appareils à l’échelle nanoscopique. Elle permet de maîtriser la vitesse et le temps de commutation des appareils nanoélectriques, voire de mettre au point des sources d’alimentation nanoscopiques, grâce auxquelles une petite compression produirait une tension élevée.
"L’effet piézoélectrique n’a jamais été manipulé à cette échelle dans le passé. Par conséquent, le spectre des éventuelles applications est très stimulant, a expliqué la candidate au doctorat Pooja Tyagi, chercheuse au laboratoire du professeur Patanjali Kambhampati. Par exemple, on peut analyser les vibrations d’un matériau pour calculer la pression du solvant dans lequel elles se trouvent. Grâce à des mises au point et des recherches plus avancées, peut-être pourra-t-on mesurer la tension artérielle de manière non invasive, en injectant des points, en y dirigeant un laser et en analysant leur vibration pour déterminer la tension." Madame Tyagi fait remarquer que le séléniure de cadmium est un métal toxique, et, par conséquent, un des obstacles à surmonter en ce qui concerne cet exemple en particulier serait de trouver un matériau de remplacement.

La recherche a été publiée dans Nano Letters et a reçu du financement de la Fondation canadienne pour l’innovation, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et du Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies.
Source: Université McGill (William Raillant-Clark, 
Service des relations avec les médias - Tél.: 514-398-2189)
Illustration: Voir la légende.
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