La goutte qui fait recharger l’iPod.

Un exemple d'électromouillage pour l'US Air Force Academy

Une fois n’est pas coutume, j’ai choisi de parler d’un sujet assez proche de ce qui m’avait préoccupé pendant mes études. On va donc parler en partie de gouttes, de solide, d’étalement, en bref, de mouillage. Rien de sexuel, et je vais pouvoir reprendre par les bases.

Quand on dépose un peu de liquide sur une surface solide, il y a plusieurs scenarii : soit elle va s’étaler pour former un film (comme de l’eau sur du verre très propre, par exemple)- on parle alors de mouillage total, soit elle va faire une goutte (comme la même eau sur un K-way, sur une poêle neuve)- on parle de mouillage partiel. Pourquoi cette différence ? Il s’agit juste de savoir si former deux nouvelles interfaces, comme dans le cas du mouillage total (une interface solide/liquide et une interface liquide/gaz), permet d’abaisser l’énergie du système. On peut aussi faire changer ce bilan énergétique, en injectant de l’énergie électrique pour forcer le mouillage total- on parle alors d’électromouillage.

L’idée exposée par deux chercheurs de l’Université de Technologie d’Eindhoven (une région historiquement importante dans l’histoire du mouillage avec la présence de Phillips) est précisément l’inverse. Ils expliquent dans Nature Communications leur concept de rétro-electromouillage. Le principe est de forcer un démouillage d’un liquide sur une surface diélectrique par un moyen mécanique, pour récupérer l’énergie de surface sous forme électrique.

Et pour effectuer ce forçage mécanique, nous pouvons utiliser une source d’énergie disponible en quantité : l’homme. Et plus particulièrement le mouvement humain, répercuté sur de minuscules gouttelettes dans un dispositif microfluidique. Les scientifiques espèrent pouvoir tirer plus de 20 watts à partir de la marche du célèbre individu lambda.

On pourrait voir, si les grandes espérances se confirment, débarquer un nouveau type de chargeurs, convertissant énergie mécanique en énergie électrique pour recharger la pléthore de gadgets que nous emmenons chaque jour avec nous. C’est une petite révolution, puisque ce type de conversion n’existait jusqu’ici qu’à grande échelle (avec les éoliennes par exemple) ou à très petite (les fameuses calculatrices solaires).

À terme, outre nous permettre de réaliser des économies d’énergie en utilisant moins d’électricité d’origine fossile pour recharger nos batteries diverses, on peut envisager d’alimenter des appareils électroniques loin de toute source fixe d’électricité, comme en situation de combat (pour alimenter des lunettes de vision nocturne par exemple) ou en situation de détresse humanitaire.

Publicités

Astronomie bling-bling

Un pulsar et son diamant qui lui sied comme un gant (Image Swinburne Astronomy Productions)

Dur dur d’éviter les poncifs sur l’infiniment grand lorsque l’on parle d’astronomie. C’est donc la tête dans les étoiles (j’avais prévenu, ne m’en voulez pas) que l’on va se pencher sur une découverte 24 carats. Évidemment, avant de venir à l’extraordinaire trouvaille, il va falloir se rafraîchir un peu la mémoire.

Tout commence au Max Planck Institute, où des chercheurs, bien assis derrière leurs télescopes, explorent le ciel systématiquement à la recherche de pulsars. Les pulsars, ce sont des étoiles d’une vingtaine de kilomètres de diamètre qui émettent un rayonnement électromagnétique dans la direction de leur axe magnétique. Comme ces étoiles tournent très rapidement sur elles-même, ce rayonnement nous arrive épisodiquement, comme par pulsations, d’où le nom (certains chercheurs sont doués pour l’étymologie). Et ce jour-là c’est vers J1719-1438 (certains chercheurs sont moins doués pour l’étymologie). Le rayonnement qui nous arrive de celui-ci est en effet non pas régulier, mais modulé. Cette modulation est un indice de la présence d’une planète en orbite.

C’est l’histoire de cette planète que nous racontent les astronomes dans un article de la prestigieuse revue Science. En effet, l’analyse de la modulation nous apprend trois choses : la distance qui sépare la planète du pulsar (environ 600 000 km), la taille de cette planète et son poids. Et c’est là que ça devient intéressant : si cette planète est relativement petite (environ cinq fois le diamètre de la terre), puisque toute masse supplémentaire serait arrachée par le pulsar, elle est plus lourde que Jupiter. En bref, cette planète est extrêmement dense.

Si elle est si dense, c’est parce que vraisemblablement, avant d’être une planète, l’astre était une étoile (et surement une naine blanche). Cette étoile, si proche du pulsar, a vu une partie de sa masse arrachée par le champ de gravité voisin. Et une grande partie : plus de 99.9%. Et ce qui reste, au vu de la fréquence de rotation du pulsar, est surement un mélange de carbone et d’oxygène. Au vu de la densité de la planète, ces éléments doivent se trouver sous une forme cristalline, en partie donc similaire à du diamant. Le plus gros solitaire connu du monde en quelque sorte, le meilleur ami des astronomes.

La cape d’invisibilité, le retour.

On comprend que certains veuillent se rendre invisible.

Certaines mauvaises langues diront qu’il ne s’agit pas que du retour de la cape, mais aussi d’un petit pic sur un encéphalogramme bien plat ces derniers mois. Rien d’étonnant pour ceux qui se sont aperçus que ça m’arrivait régulièrement, avec cette fois une vraie excuse : j’ai un peu passé mon temps à faire de la diffusion scientifique en vrai, devant des vrais gens, pendant un bon moment. Bref, ce n’est pas si intéressant que ça, mais je me sentais obligé.

Donc, je parlais cape d’invisibilité. Un sujet qui tombe aussi bien qu’une vieille acariâtre pendant la canicule du mois de Juillet que nous avions tant souhaité, puisqu’outre mon invisibilité électronique, c’est le retour annuel d’Harry le Potier, qui use et abuse de l’artefact. Dans un précédent article (qui fait lui aussi référence au magicien, c’est dire si je me renouvelle), j’évoquais une approche nouvelle pour cacher au regard un objet.

Résumons donc, il existe deux grandes voies pour atteindre l’invisibilité pour le moment, en dehors bien sur de toute magie ou technologie extraterrestre. Ces deux approches reposent toutes les deux sur l’utilisation de métamatériaux, des matériaux qui réagissent de façon un peu particulière à la lumière :

  • tout d’abord, certains de ces matériaux peuvent courber la lumière d’une façon inhabituelle ( avec par exemple un indice de réfraction négatif ou variable). On peut ainsi penser les utiliser pour détourner la lumière d’un objet, de sorte qu’aucun rayon lumineux ne touche l’objet.

    Un bon schéma vaut mieux que de grands discours, surtout quand on parle d'optiques. Ici, une illustration prise à l'université d'Helsinki.

  • Ces métamatériaux permettent aussi d’influer sur la vitesse de propagation de la lumière. Ainsi, on peut reprendre l’image de la téléportation « Star Trek », comme l’ont baptisée les chercheurs anglais à son origine (voilà qui n’aidera pas les clichés sur les scientifiques, mais les références à la téléportation sont relativement rares dans les milieux moins geek- mais je préfère Code Quantum-) : il suffit alors de ralentir la lumière le temps de laisser l’objet à cacher passer, puis de la réaccélérer derrière afin de donner l’illusion que rien ne s’est produit.

Ces deux techniques présentent chacune leurs inconvénients : si la seconde demande l’installation d’un corridor de métamatériaux et des conditions très strictes en terme d’illumination, quasi-impossible à obtenir dans le monde réel (confinant Prédator au laboratoire, Schwarzi devra mettre une blouse et des lunettes de sécurité avant de le voir saigner), le premier ne marchait jusqu’à présent que dans l’infrarouge. Jusqu’à présent, puisque dans Nano Letters est narrée le petit bond en avant réalisé par des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley.

En effet, en fabriquant un guide d’onde (qui, comme son nom l’indique, sert à guider les ondes) en nitrure de silicium déposé sur une couche d’oxyde de silicium nanoporeux spécialement conçue. Ensuite, on creuse des trous dans ce guide à toute petite échelle (plus petite que la longueur d’onde de la lumière), ce qui va permettre de moduler l’indice de réfraction. On peut alors cacher des objets, pour le moment de la taille d’un globule rouge (même si, dans leur enthousiasme légendaire quand il s’agit de parler de leur travail, les chercheurs en questions indiquent que l’on pourrait cacher de plus gros objets), en les glissant entre le guide et l’oxyde de silicium. L’avancée réside dans le fait que l’on peut cacher des objets non plus dans l’infrarouge, mais bien dans le visible. On obtient alors le rêve de la ménagère : un tapis sous lequel la poussière disparaît de sa vue.

L’étrange comportement du Lithium.

Pour continuer sur les brèves cette semaine, parlons du Lithium. Cet élément, le métal dont l’atome est le plus petit, est connu pour son utilisation dans les batteries (mais également pour lutter contre les troubles bipolaires). On apprend en lisant Nature Physics que le lithium a également des propriétés de changement de phase un peu particulières.

En effet, on connaît déjà sa supraconductivité à 17K et sa transition métal/semi-conducteur. À température ambiante le lithium est un solide, mais devient liquide lorsque la pression dépasse 40 GPa, et reste dans cet état jusqu’à une température de 200K. Il ne redeviendra liquide qu’après 60 GPa. Voilà son diagramme de phase, donné dans la publication :

D’après les auteurs, cette bizarrerie tiendrait à la masse même des atomes de lithium. En effet, même lorsqu’on est face à un solide à basse température, les atomes continuent à bouger, et l’importance de ses mouvements augmente lorsque la masse des atomes diminue. Les atomes ont donc une certaine énergie résiduelle (l’énergie du point zéro), et cette énergie pourrait, d’après l’article, augmenter avec la pression, pour dépasser ainsi le seuil de liquéfaction.

Le bon cholestérol, celui du laser.

Structure périodique des cristaux liquides (Optics Express)

Les fêtes approchant, il est de bon ton d’évoquer la ripaille traditionnelle et ses effets sur la santé. Mais comme tout le monde va s’accrocher au marronnier, je vais tenter d’évoquer les bienfaits du cholestérol sans parler de dinde (l’animal, pas la fille exaspérante), de bûche (le gâteau, pas la fille désespérante), ou de foie gras (le pâté, pas la fille écœurante). En effet, c’est grâce au cholestérol que l’on peut envisager de produire des lasers à trois dimensions (par opposition aux pointeurs laser, qui n’ont qu’une seule dimension) petits, abordables et réglables en fréquence, en un mot pratiques.

En effet, on connait depuis bien longtemps la capacité du cholestérol à s’organiser en cristal liquide, puisque ces cristaux ont été l’objet des premières études dès 1888. C’est cette faculté qui a été mise à profit dans une université Slovène, dont les résultats sont publiés dans Optics Express. Ainsi, dans une gouttelette de polymère rendue sphérique par la tension de surface, les cristaux de cholestérol vont s’organiser de façon périodique créant une sorte de structure en oignon.

Pour faire un laser, on a besoin de deux éléments : un amplificateur optique, qui va servir à transformer l’énergie reçue en lumière, et une cavité réfléchissante. Pour obtenir l’amplificateur, on greffe sur le cholestérol des molécules fluorescentes. La cavité, elle, est formée par cette structure en oignon formée par les cristaux liquides hélicoïdaux dont la période est variable (ce qui va permettre de régler la fréquence du laser), dont chaque couche aura un indice de réfraction différent. On aura donc un rayonnement partant dans toutes les directions de l’espace.

Cela permet de créer un dispositif laser facilement, et à peu de frais : il suffit de mélanger le polymère et les cristaux liquides (qui s’organiseront alors d’eux-même) dans des gouttes de petite taille (15 microns environ). Avec un rayonnement laser dont la fréquence (la couleur) sera changeable facilement, en modifiant la température. Ces sources lasers pourraient être employées pour fabriquer facilement des ensembles lumineux, mais peuvent être également injectées dans des objets que l’on souhaiterait observer, pour pouvoir faire de l’holographie par exemple.

Les recettes de Mamie Supernova

L'expérience de M. Rogers

Hier, j’évoquais une expérience que je trouvais amusante à monter, avec son ubuesque RoboGator. Mais apparemment, il est possible d’exciter encore plus l’enthousiasme du nerd qui sommeille (plus ou moins profondément, suivant que vos fantasmes vont vers Félicien ou Jamy– voire Jamie pour les plus irrécupérables d’entre nous). Comment? En proposant de reproduire chez soi les plus formidables explosions de l’univers, les Supernovæ, ou en tout cas, une certaine forme de supernova (de type Ia).

En effet, il peut arriver qu’au cœur d’une naine blanche naisse une boule de flammes qui grandit très rapidement et forme un panache sur lequel se trouve un  anneau de fumée qui monte de plus en plus vite. Dans Physical Review E, on peut lire la recette pour recréer le même phénomène chez soi (ou pas, si quelqu’un est blessé suite à cet article, je nierai en bloc et accuserai un complot reptilien), par des « cuisiniers » américains et canadiens, qu’on ne retrouvera vraisemblablement aux ordres de Carole Rousseau dans le prochain Masterchef. Pour cela, dans un récipient cylindrique d’une trentaine de centimètres de rayon, déposez vos ions iodates IO3- et de la poudre d’oxyde arsénieux. Ces deux composés réagissent ensemble pour former l’acide iodo-arsenique (en fait, on va l’appeler comme ça, mes souvenirs de nomenclature chimique sont loin -et je ne tiens pas tant que ça à les raviver-, je suis sur que quelqu’un corrigera dans les commentaires). Cette réaction est auto-catalytique, c’est à dire qu’elle se produit d’autant plus rapidement que l’acide est déjà présent. Une goutte d’acide au fond de votre récipient devrait donc vous permettre de voir apparaître le panache, et éventuellement un anneau.

Il faut savoir que cette réaction est exothermique, c’est-à-dire qu’elle dégage de la chaleur, et donc que l’acide, plus chaud, va avoir tendance à remonter. Le panache est ainsi créé et son extrémité va pouvoir ou non se détacher, suivant la viscosité de la solution, pour former un anneau d’acide.

Il est évident qu’aller observer de près les mouvements à l’intérieur des étoiles est très difficile, le dispositif proposé permet d’extrapoler ce qu’il pourrait s’y passer, même si les convergences et différences méritent d’être plus étudiées. Les auteurs vont jusqu’à prétendre que l’expérience permettrait de mieux comprendre la taille et l’évolution de l’univers. En tous les cas, avec une boule de glace vanille, cela fait un dessert passe-partout.

De belles images…

La semaine est compliquée par un emploi du temps un peu chargé, suivi du traditionnel pont de thanksgiving. Cet article sera donc essentiellement composé de jolies vidéos vues lors du 63e congrès de l’American Physical Society- Division of Fluid Dynamics.

Historiquement, la mécanique des fluides est une science expérimentale (même si bien entendu, le volet théorique est loin d’être absent), et basée sur l’observation. On se rend d’ailleurs compte, en regardant un peu ses progrès, que les grandes avancées des techniques d’imagerie, l’apparition de la photographie, des caméras numériques puis le développement des caméras rapides, ont permis la découverte et l’exploration de nouveaux phénomènes.

Comment les chats lapent :

Impact d’une goutte sur un matériau granulaire :

La vaisselle au ralenti :

Comment boivent les mouches :

Gouttes d’oxygène liquide et Effet Leidenfrost :

Des chiens et des souris qui s’ébrouent :