25 février 2014

« Energie solaire » : le nouveau dossier multimédia CNRS/sagascience

Où en est l'exploitation de l'énergie solaire en France et dans le monde ? Quelles technologies permettront son développement ? Quels en sont les freins ? Quelles sont les dernières avancées scientifiques dans ce domaine ? Le vingtième dossier de la collection CNRS/sagascience s'intéresse à l'énergie solaire et à son devenir, dans le contexte du débat national sur la transition énergétique. Cette animation grand public offre des clés pour comprendre les enjeux liés à l'utilisation de cette énergie, qui aurait le potentiel de couvrir largement nos besoins énergétiques, à condition de pouvoir la convertir efficacement et à faible coût.
« Energie solaire » est en ligne sur le site : www.cnrs.fr/solaire
Ce dossier multimédia est organisé en trois parties. Les premières sont consacrées aux deux grandes voies d'utilisation de l'énergie solaire :
- la filière thermique, qui convertit le rayonnement solaire en énergie thermique permettant de chauffer, refroidir et produire de l'électricité,
- la filière photovoltaïque, qui convertit directement le rayonnement solaire en électricité grâce à l'effet photoélectrique. 
Le dossier permet de revenir sur l'histoire et le développement de chacune de ces filières puis de découvrir les recherches menées dans les laboratoires du CNRS et les derniers résultats scientifiques associés. La troisième partie, intitulée « les chiffres du solaire », est une infographie interactive qui illustre le poids réel de cette énergie dans la production de l'énergie mondiale. 
Trois animations simples et didactiques complètent ce dossier et expliquent le fonctionnement :
-    d'une centrale thermique à concentration à tour
-    d'une centrale thermique à miroirs cylindro-paraboliques
-    d'une cellule photovoltaïque

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Paris, 03 MARS 2014

La plasticité du manteau terrestre enfin expliquée

Le manteau terrestre constitue une enveloppe solide animée de lents et constants mouvements de convection. Comment les roches se déforment-elles pour permettre un tel mouvement alors que les minéraux tels que l'olivine -constituant principal du manteau supérieur- ne présentent pas assez de défauts dans leur structure cristalline pour expliquer les déformations observées dans la nature ? Une équipe menée par l'Unité matériaux et transformations (CNRS/Université Lille 1/Ecole nationale supérieure de chimie de Lille), vient d'apporter une explication inattendue à cette question. Celle-ci met en jeu des défauts cristallins très mal connus et jusqu'alors jamais pris en compte, appelés « désinclinaisons », situés à l'interface entre les grains minéraux qui composent les roches. En prenant comme cas d'étude l'olivine, les chercheurs sont parvenus pour la première fois à visualiser ces défauts et à modéliser le comportement des joints de grains face à une contrainte mécanique. Ces résultats qui viennent d'être publiés dans Nature dépassent largement le cadre des géosciences : ils apportent un outil nouveau et extrêmement puissant à l'étude de la dynamique des solides et aux sciences des matériaux en général.
La Terre évacue sa chaleur en continu grâce aux mouvements de convection qui animent le manteau terrestre sur lequel reposent les continents. Comprendre cette convection est donc primordial pour l'étude de la tectonique des plaques. Le manteau est constitué de roches solides. Pour que celui-ci puisse s'animer de mouvements de convection, il est nécessaire que la structure cristalline de ses roches puisse se déformer. Ceci constituait jusque-là un paradoxe que la science n'arrivait pas tout à fait à résoudre. En effet, les défauts de la structure des cristaux, appelés dislocations, qui expliquent très bien la plasticité des métaux, n'étaient pas suffisants pour expliquer les déformations que subissent certaines roches du manteau.

Les chercheurs imaginaient bien que la solution était à chercher au niveau des interfaces des grains minéraux qui composent les roches. Cependant, ils manquaient d'outils conceptuels pour décrire et modéliser le rôle joué par ces parois entre les grains dans la plasticité des roches. Les chercheurs de l'Unité matériaux et transformations (CNRS/Université Lille 1/Ecole nationale supérieure de chimie de Lille) en collaboration avec ceux du laboratoire Géosciences Montpellier (CNRS/Université Montpellier 2) et du Laboratoire d'étude des microstructures et de mécanique des matériaux (CNRS/Université de Lorraine/Arts et Métiers ParisTech/Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz) ont réussi à expliquer ce rôle. En effet, ils ont montré que la structure cristalline des interfaces entre les grains présente des défauts très particuliers appelés « désinclinaisons », défauts qui n'avaient jusqu'à présent jamais été pris en compte. Les chercheurs sont parvenus à les observer pour la première fois sur des échantillons d'olivine (qui constitue jusqu'à 60% du manteau supérieur), grâce à un microscope électronique et un traitement spécial des images. Puis, ils sont allés plus loin : à l'aide d'un modèle mathématique de ces « désinclinaisons », ils ont démontré que celles-ci expliquaient la plasticité de l'olivine. En appliquant des contraintes mécaniques, les « désinclinaisons » permettent aux joints de grains de se déplacer, et donc à l'olivine de se déformer dans n'importe quelle direction. Ainsi, écoulement et rigidité du manteau ne sont plus incompatibles.

Ces travaux vont bien au-delà de l'explication de la plasticité des roches du manteau terrestre. Il s'agit d'une avancée majeure en sciences des matériaux. La prise en compte des « désinclinaisons » devrait fournir aux scientifiques un outil nouveau pour expliquer de nombreux phénomènes liés à la mécanique des solides. Les chercheurs veulent poursuivre leur étude de la structure des joints grains sur d'autres minéraux, mais aussi sur d'autres solides comme des métaux.

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IMAGES DE SCIENCES : DÉCRYPTAGE

La Cité des sciences et le CNRS Images ont édité un DVD qui contient 21 séquences de 1 min 30 s, chaque séquence présentant une image scientifique, fixe ou animée en la décryptant : conditions d'obtention, sens de l'image, intérêt pour le chercheur. On présente ici une sélection de 5 ces séquences.
Chambre à bulles, particules élémentaires : ce film aborde plusieurs techniques de détection et de visualisation des particules élémentaires. D'abord dans les chambres à bulles, puis, plus récemment, dans les chambres à fils. Il explique comment les physiciens interprètent ces images.
Appareil photographique, caméra, mouvements de l'air
Cette image, réalisée par Etienne-Jules Marey est le témoin du travail approfondi qu'il a mené sur les mouvements de l'air et la photographie. Les machines qu'il a construites à cet effet ont été reconstituées à l'occasion d'une exposition à Paris, au musée d'Orsay en 2005. L'étude des mouvements des fluides se poursuit toujours dans les laboratoires à l'aide de la photographie et du film.
Microscope optique, premier caryotype 
Aujourd'hui, cette image est connue, elle représente un caryotype humain. C'est en 1955 que pour la première fois, on a pu voir distinctement l'ensemble des 46 chromosomes d'un individu. Cette image est maintenant devenue courante dans le cadre des diagnostics prénataux, mais on peut se demander pourquoi et comment elle a été réalisée lors de sa découverte.
Coronographe, soleil Masqué
Pour mieux voir ce qui se passe à la surface du soleil, le meilleur moyen est d'en cacher le centre ! C'est le rôle du coronographe. Les coronographes C2 et C3 LASCO du satellite SOHO nous permettent d'étudier ces éruptions solaires. Ce film explique comment ces images ont été obtenues et comment les interpréter.
IRM structurelle, le cerveau 
Cette image obtenue par Résonance magnétique est une image du cerveau humain. Cette technique permet de voir les structures du cerveau en volume. Ce film est un décryptage rapide de cette image. Comment l'obtient-on, et que peut-elle nous apprendre ?

Générique
Réalisateur : COLOMBANI Hervé. Conseiller scientifique : GUYON Etienne. Production : Cité des sciences et de l'industrie/CNRS Images. Diffuseur : CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/

VIDEO             CANAL  U                LIEN

 (si la video n'est pas accéssible,tapez le titre dans le moteur de recherche de CANAL U.)

Paris, 13 mars 2008

Nanoélectronique : les chercheurs observent en direct la compression de la lumière

Une équipe de chercheurs du CEA(1) et de l'Université de Technologie de Troyes associée au CNRS(2) a visualisé, au microscope, des plasmons à la surface de conducteurs mesurant 30 nanomètres. L'utilisation de ces plasmons, signaux à la limite de l'électronique et de l'optique, devient, à cette échelle, un enjeu important pour la miniaturisation recherchée des circuits électroniques.
C'est la première fois que des images d'une telle résolution sont obtenues pour ces phénomènes étudiés depuis une dizaine d'années. Cette observation fait l'objet d'une publication dans Nano Letters du 12 mars 2008.
En électronique, les efforts technologiques se poursuivent pour réaliser des circuits de plus en plus fins et permettant de traiter l'information à des fréquences de plus en plus élevées. Si les dispositifs électroniques deviennent plus petits et plus complexes (les micro-processeurs des ordinateurs), ils restent limités à des fréquences usuelles de l'ordre du gigahertz. Les fréquences optiques sont un million de fois plus élevées (1015 Hz), mais les limites spatiales imposées par la longueur d'onde de la lumière (de l'ordre du micron) empêchent une miniaturisation plus poussée.
Pour réduire encore la longueur d’onde, et en quelque sorte comprimer la lumière, une solution consiste à convertir le signal lumineux en « plasmon ». Le plasmon est un phénomène ayant tous les caractères d’une onde lumineuse, sauf qu’il reste bloqué aux parois d’un métal conducteur. Lorsque le diamètre de l’objet métallique est réduit à 30 nm, le plasmon développe un mode dit « lent » (on parle de plasmon lent). Or ce mode lent a la propriété d’osciller à la fréquence de l’onde lumineuse tout en ayant une longueur d’onde très inférieure à celle de  la lumière !
Les chercheurs s’y intéressent car c’est à cette même échelle approchant les 30 nm que se poseront bientôt les limites de miniaturisation en électronique.

Ces principes étaient connus, mais il restait à les observer concrètement. Lorsque le plasmon excité par la lumière se propage sur le conducteur, différents effets secondaires apparaissent, parmi lesquels l’émission d’électrons. Les chercheurs ont donc utilisé un microscope PEEM (Photo Emission Electron Microscopy) pour obtenir ces images.

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