Volcans explosifs - laboratoires indonésiens (VELI)

La compréhension du fonctionnement des volcans explosifs à dômes est un challenge majeur pour la volcanologie. La communauté volcanologique française sera tôt ou tard confrontée à une situation de crise majeure aux Antilles (Soufrière de Guadeloupe et/ou Montagne Pelée). Or, la Montagne Pelée est actuellement en sommeil et la Soufrière de Guadeloupe en activité hydrothermale de basse température et leur étude ne permet pas d’aborder certains aspects typiques de l’activité catastrophique de ces volcans à dômes (gaz de haute température, déclenchement et mise en place des coulées pyroclastiques ou lahars, déformations actives, dynamique des dômes, etc. De plus, l’instrumentation pour la surveillance de ce type d’activité doit pouvoir être testée et validée en contexte éruptif pour une meilleure adéquation, et d’évidence les volcans français antillais ne constituent qu’en partie un terrain sur lequel peut s’effectuer une telle validation. Le site instrumenté VELI (Volcans Explosifs Laboratoire Indonésien) a été créé pour pallier ces insuffisances. Trois de ces volcans (Merapi, Semeru, Kelut) situés à Java, volcans à dôme considérés comme des volcans analogues des volcans français, constituent des sites idéaux pour la mise en place de réseaux de surveillance, le développement et la validation d’instrumentation et la préparation d’équipes françaises aux situations de crise sur ce type de volcans.
Des activités de ce type sont déjà menées sur ces sites dans le cadre d’une coopération internationale (France-Indonésie, financement MAE) depuis 22 ans. Cette coopération très active et productive démontre la faisabilité de ce projet d’observation et fournit une base minimale en terme d’organisation pour le service. Ce projet est un projet structurant pour la volcanologie française. Il a pour ambition de développer des synergies inter-laboratoires, et de fournir un soutien aux équipes des observatoires en cas de besoin.
Responsable : Jean-Philippe Métaxian
Site web:
http://veli.obs.ujf-grenoble.fr/

DOCUMENT             CNRS            LIEN

LA PHYSIQUE QUANTIQUE (PHILIPPE GRANGIER)

Nous décrirons des expériences permettant de mettre en évidence des propriétés simples et fondamentales de la physique quantique, comme l'existence de superpositions linéaires d'états, ou celle d'états "enchevêtrés" ou "intriqués". Nous montrerons ensuite comment de tels états peuvent être utilisés dans le domaine très actif de "l'information quantique", pour réaliser des dispositifs de cryptographie parfaitement sûrs, ou pour effectuer certains calculs de manière potentiellement beaucoup plus efficace qu'avec des ordinateurs usuels.

VIDEO          CANAL  U              LIEN

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

Paris, 17 février 2013

Explorer la structure d'un supercondensateur… et l'améliorer !

En freinant, le bus le recharge et à l'arrêt, il peut fournir l'électricité permettant d'ouvrir les portes du bus : voilà une des utilisations du supercondensateur ! Bien qu'utilisé dans la vie courante, cet appareil de stockage de l'électricité a une organisation et un fonctionnement moléculaires qui n'avaient jamais été observés jusqu'à aujourd'hui. Des chercheurs du CNRS et de l'Université d'Orléans ont exploré pour la première fois les réarrangements moléculaires à l'œuvre dans des supercondensateurs commerciaux en fonctionnement. Le procédé imaginé par les scientifiques offre une nouvelle clé pour optimiser et améliorer les supercondensateurs du futur. Ces résultats sont publiés le 17 février 2013 sur le site de la revue Nature Materials.
Les supercondensateurs sont des appareils de stockage de l'électricité différents des batteries. Contrairement à ces dernières, leur charge est beaucoup plus rapide (le plus souvent en quelques secondes) et ils ne subissent pas d'usures aussi rapides liées aux charges/décharges. En revanche, à taille égale et bien qu'offrant une plus grande puissance, ils ne peuvent pas stocker autant d'énergie électrique que les batteries (les supercondensateurs à base de carbone fournissent une densité d'énergie d'environ 5 Wh/Kg et les batteries lithium-ion de l'ordre de 100 Wh/kg). On retrouve les supercondensateurs dans la récupération de l'énergie de freinage de nombreux véhicules (voitures, bus, trains), ou encore pour assurer l'ouverture d'urgence de l'avion A380.

Un supercondensateur stocke l'électricité grâce à l'interaction entre des électrodes en carbone nanoporeux et des ions, porteurs des charges positives et négatives, qui se déplacent dans un liquide appelé électrolyte (voir schéma explicatif ci-dessous). Lors de la charge, les anions (ions chargés négativement) sont remplacés par des cations (ions chargés positivement) dans l'électrode négative et inversement. Plus cet échange est important et plus la surface de carbone disponible est élevée, plus la capacité du supercondensateur grandit.

Grâce à la spectroscopie par Résonance magnétique nucléaire (RMN), les chercheurs sont allés plus loin dans cette description et chose unique, ils ont pu quantifier dans quelle proportion se font les échanges de charges sur deux supercondensateurs utilisant des carbones commerciaux. En comparant deux carbones nanoporeux, ils ont pu ainsi mettre en avant que le supercondensateur comportant le carbone avec une structure la plus désordonnée offrait une meilleure capacité et une meilleure tolérance aux tensions les plus élevées. Ceci serait dû à une meilleure répartition des charges électroniques au contact des molécules de l'électrolyte.

Ces résultats sont le fruit de la collaboration de deux équipes orléanaises : l'une au CEMHTI1 du CNRS, spécialiste de la RMN et membre du Réseau français sur le stockage électrochimique de l'énergie (www.energie-rs2e.com), l'autre au Centre de recherche sur la matière divisée (CNRS/Université d'Orléans), qui est centrée sur l'étude de nouveaux matériaux carbonés pour les supercondensateurs. Cette complémentarité permet aujourd'hui la mise au point d'une technique qui offre tant aux laboratoires de recherche qu'aux entreprises un véritable outil pour l'optimisation des matériaux du supercondensateur.

DOCUMENT             CNRS              LIEN

Paris, 27 février 2013

Energie renouvelable : des nanotubes pour tirer le meilleur de l'énergie osmotique

La différence de salinité entre l'eau douce et l'eau de mer est l'une des voies explorées pour obtenir de l'énergie renouvelable. Néanmoins, les faibles rendements des techniques actuelles constituent un frein à son utilisation. Ce verrou pourrait être en train d'être levé. Une équipe menée par des physiciens de l'Institut Lumière Matière (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec l'Institut Néel (CNRS), a découvert une nouvelle piste pour récupérer cette énergie : l'écoulement osmotique à travers des nanotubes de Bore-Azote permet de générer un courant électrique géant avec une efficacité plus de 1 000 fois supérieure à celle atteinte jusqu'ici. Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs ont développé un dispositif expérimental très original permettant, pour la première fois, d'étudier le transport osmotique des fluides à travers un nanotube unique. Leurs résultats sont publiés le 28 février dans la revue Nature.
Les phénomènes osmotiques se manifestent lorsque l'on met en contact un réservoir d'eau salée avec un réservoir d'eau douce par l'intermédiaire de membranes semi-perméables adaptées. Il est alors possible de produire de l'électricité à partir des gradients salins. Ceci, de deux façons différentes : d'un côté, la différence de pression osmotique entre les deux réservoirs peut faire tourner une turbine ; de l'autre, l'utilisation de membranes qui ne laissent passer que les ions permet de produire un courant électrique.

Concentrée au niveau des embouchures des fleuves, la capacité théorique de l'énergie osmotique au niveau mondial serait d'au moins 1 Térawatt, soit l'équivalent de 1000 réacteurs nucléaires. Cependant, les technologies permettant de récupérer cette énergie présentent d'assez faibles performances, de l'ordre de 3 Watts par mètre carré de membrane. Les physiciens de l'Institut Lumière Matière (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), en collaboration avec l'Institut Néel (CNRS), pourraient être parvenus à lever ce verrou.

Leur but premier était d'étudier la dynamique de fluides confinés dans des espaces de taille nanométrique tels que l'intérieur de nanotubes. En s'inspirant de la biologie et des recherches sur les canaux cellulaires, ils sont parvenus, pour la première fois, à mesurer l'écoulement osmotique traversant un nanotube unique. Leur dispositif expérimental était composé d'une membrane imperméable et isolante électriquement. Cette membrane était percée d'un trou unique par lequel les chercheurs ont fait passer, à l'aide de la pointe d'un microscope à effet tunnel, un nanotube de Bore-Azote de quelques dizaines de nanomètres de diamètre extérieur. Deux électrodes plongées dans le liquide de part et d'autre du nanotube leur ont permis de mesurer le courant électrique traversant la membrane.

En séparant un réservoir d'eau salée et un réservoir d'eau douce avec cette membrane, ils ont généré un courant électrique géant à travers le nanotube. Celui-ci est dû à l'importante charge négative que présentent les nanotubes de Bore-Azote à leur surface, charge qui attire les cations contenus dans l'eau salée. L'intensité du courant traversant le nanotube de Bore-Azote est de l'ordre du nanoampère, soit plus de mille fois celui produit par les autres méthodes cherchant à récupérer l'énergie osmotique.

Les nanotubes de Bore-Azote permettent donc de réaliser une conversion extrêmement efficace de l'énergie contenue dans les gradients salins en énergie électrique directement utilisable. En extrapolant ces résultats à une plus grande échelle, une membrane de 1 mètre carré de nanotubes de Bore-Azote aurait une capacité d'environ 4 kW et serait capable de générer jusqu'à 30 MegaWatts.heure 1 par an. Ces performances sont trois ordres de grandeur au-dessus de celles des prototypes de centrales osmotiques en service aujourd'hui. Les chercheurs veulent à présent étudier la fabrication de membranes composées de nanotubes de Bore-Azote, et tester les performances de nanotubes de composition différente.

DOCUMENT               CNRS                  LIEN