Samedi 6 mai 2017 à 9:04

Sciences et techniques

 Dans mon dernier article, nous avons vu les avantages et inconvénients d’une voiture électrique, parlons maintenant des voitures hybrides.
    En fait les voitures hybrides ne sont pas des voitures électriques, ce sont des voitures à moteur thermique, dans lesquelles un petit moteur électrique vient assister le moteur thermiques dans certains cas et si l’on voulait circuler en tout électrique, on ne ferait que quelques kilomètres. D’ailleurs elles ne se rechargent pas pour la plupart.
    Comment cela fonctionne t’il. ? Disposant du schéma d’une BMW, c’est à partir de là que je décrirai un fonctionnement qui toutefois n’est pas général.

    D’abord quel est le but poursuivi : pas de se propulser à l’électricité, mais d’éviter de faire fonctionner le moteur thermique de la voiture dans des plages où son rendement n’est pas bon (à basse vitesse principalement),  et d’autre part de récupérer de l’énergie au freinage au lieu de la dissiper en chaleur dans les freins.
    On peut ainsi diminuer la consommation d’essence, et donc la production de CO2, voire se contenter d’un moteur un peu moins puissant car quand son rendement est trop faible le moteur électrique l’assiste.

    Dans certaines voitures un moteur électrique est intégré dans la boîte de vitesse du moteur thermique, et fournit la propulsion quand la demande de puissance est faible, (et que le rendement du moteur thermique est mauvais), ou ajoute son énergie quand le demande est importante mais la vitesse de la voiture faible (démarrage, côte..).
    L’énergie électrique est fournie par une batterie et un ordinateur gère la contribution de la batterie à la propulsion
    Lorsque la puissance demandée est inférieure à celle fournie par le moteur thermique (vitesse constante sur route) ou que le moteur freine la voiture, un alternateur charge alors la batterie, en récupérant l’énergie superflue du moteur thermique ou celle de freinage. La batterie est relativement modeste en coût et en poids.
    C’est donc un système complexe et cher, en espérant qu’il soit fiable et en tout électrique on ne fait que 2 ou 3 km..

    Mais on peut faire mieux et plus cher comme « usine à gaz », si on veut faire une voiture hybride « rechargeable qui ait une autonomie électrique de 20 ou 30 km.

    On peut d’abord augmenter les batteries, mais cela augment le poids et le coût.
    Mais c’est trop simple et c’est tellement mieux de faire compliqué.
    Alors on propulse la voiture séparément par un moteur thermique et un moteur électrique. Le moteur thermique est, à l’avant, relié normalement au train avant et le moteur électrique est sur l’essieu arrière (voir schéma ci-dessous).
On peut fonctionner avec un seul moteur ou avec les deux, l’ordinateur gérant alors la contribution de chacun.

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    Les gains en carburant sont plus importants, on peut se servir en ville du tout électrique et de ses avantages, mais le coût de la voiture est notablement plus élevé.
    C’est ce que l’on appelle une « hybride parallèle ».
    Le moteur thermique recharge les batteries, mais lentement et donc si l’on fait beaucoup de tout électrique, il faut recharger la batterie la nuit.

    On aurait pu faire plus simple, ce que l’on appelle les « hybrides série », mais pour le moment, les constructeurs n’utilisent pas cette technique, sauf exception dans des voitures de luxe très chères 
    Là c’est simple : c’est une voiture électrique avec des batteries très importantes lourdes et chères, et deux moteurs électriques sur les roues.
    En plus on a un petit moteur thermique qui fonctionne à vitesse constante et recharge les batteries, comme si on avait un groupe électrogène à bord.
    Là c’est simple, c’est une vraie voiture électrique, qui peut rouler en électrique en ville et faire des centaines de kilomètres sur route à condition de mettre de l’essence dans le réservoir. Malheureusement cette voiture n’existe pratiquement pas et elle est hors de prix. On espère tout de même que ce sera l’hybride de demain à un prix plus raisonnable.
    Mais actuellement son poids et son prix ne la rendent pas rentable par rapport à une voiture à essence.

    La voiture hybride est donc un engin compliqué, extrêmement cher, pour personnes riches passionnées d’écologie.
    Demain si les voitures hybrides parallèles se développent, elles seront techniquement bien plus intéressantes, mais le problème du prix reste pour le moment entier.
    Tout dépend aussi de l’autonomie que pourront avoir des voitures entièrement électriques avec de futures batteries et moteurs, et de leur prix
    Mais actuellement aucune hybride n’est rentable par rapport à une voiture à essence, en raison de son  prix. Il faut faire plus de 15 000 km de ville par an pour la rentabiliser et encore, ce n'est pas sûr, car les consommations réelles sont deux fois supérieures à celles annoncées dans des tests normalisés absurdes et non représentatifs de la réalité.

    Alors il ne faut pas s'étonner si elles n'ont guère de succès. 
    Personnellement je n'achèterai une hybride que lorsque ce sera une voiture électrique avec un générateur électrogène associé et qu'elle soit à un prix abordable. Mais je crois que je serai mort avant.


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Mercredi 3 mai 2017 à 8:22

Sciences et techniques

      Il y a quatre ou cinq ans, on, nous prédisait un essor important de la voiture électrique, puis des voitures « hybrides ». En fait on s’aperçoit qu’il n’en est rien et que si les voitures électriques en location en ville sont relativement utilisées, les acheteurs de voitures électriques sont peu nombreux et ceux de voitures hybrides ne le sont pas plus.
    En fait la voiture électrique n’a qu’une autonomie très limitée et ne peut servir qu’en ville, et la voiture hybride n’est pour le moment qu’un gadget qui n’a rien d’une voiture électrique et est d’un coût prohibitif, donc pas rentable.
    Je vais d’abord parler de la voiture électrique puis dans un prochain article, des hybrides.
    Je ne vous parlerai pas des divers modèles, vous pouvez les trouver sur internet.

    En fait le moteur électrique est très supérieur au moteur thermique car il a un bien meilleur rendement aux basses vitesses et peut fournir un  couple important.; un stator fixe produit un champ magnétique fixe piloté par le courant continu qui le traverse, et un rotor va subir une force sous l’effet de ce champ magnétique, qui le fait tourner quand on le fait traverser par un courant. On maîtrise le couple fourni par le moteur en maîtrisant les deux courants de l’inducteur (stator) et de l’induit (rotor).
    On n’a donc pas besoin d’un changement de vitesse, et de plus en inversant le courant on peut freiner la machine et récupérer de l’énergie.
    On sait faire maintenant des moteurs relativement petits au rendement supérieur à 90 %, à comparer à des rendements des moteurs thermiques de l’ordre de 40 %.
    Ce ne sont plus des moteurs à courant continu, mais des moteurs asynchrones car on s le courant continu en alternatif grâce à un onduleur. Le stator est souvent un aimant permanent.
    Actuellement les moteurs sont assez volumineux et sont placés soit à l’avant du véhicule avec une transmission aux essieux, soit sur l’essieu arrière. Il est probable que dans le futur des moteurs plus petits seront implantés dans les roues.

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    J’ai eu l’occasion de conduire une voiture électrique.
    Quand vous entrez dans l’habitacle, ce n’est pas différent d’une voiture normale, si ce n’est qu’il n’y a pas de changement de vitesse.
    Quand vous démarrez l’absence de bruit est bizarre car on est tellement habitué à surveiller le moteur à son bruit.
    Mais l’accélération est rapide et la voiture est souple Tout va bien.
    Par contre la première fois où vous vous arrêtez, vous avez intérêt à le faire dans un endroit sans autre voiture ! Il faut perdre l’habitude de lâcher l’accélérateur d’un coup pour passer sur la pédale de frein.  Dès que vous lâchez l’accélérateur, le moteur freine énormément. Sauf freinage d’urgence, vous n’avez presque pas besoin de vous servir du frein : un peu en fin de course pour s’arrêter. Et si vous freinez comme sur une voiture normale, on risque de vous renter dans l’arrière. Mais on s’habitue vite.
    Bref en ville c’est aussi agréable qu’une voiture normale. Il faut simplement faire attention car piétons et cyclistes ne vous entendent pas arriver.
    Sur autoroute on peut atteindre sans problème les 130kmh.

    Mais le problème est l’autonomie. En ville c’est de l’ordre de 70/80 km, mais sans chauffage, radio, essuie-glaces et autres accessoires.
    Sur autoroute à 130, je ne sais pas mais plus de moitié moins.
    On peut charger la batterie en 6h sur une prise 16A domestique et sur les prises spéciales disponibles da,s les rues en 2h environ.
    Pour une voiture de ville notamment pour son travail c’est vraiment très commode.
    Mais évidement pas question d’aller en vacances avec !!

    Le prix est très cher, même avec les aides actuelles et ce n’est rentable que si l’on fait à peu près 15 à 20 000 km par an en ville.
    Que se passera t’il dans les prochaines années ? On annonce des voitures à plus grande autonomie; mais les chiffres annoncés résultent de tests standardisés en laboratoire. En fait la pratique semble assez différente d’après les journaux d’automobiles.
    Les 300 ou 400 km annoncés se réduisent à moins de 100 si vous roulez à 130 sur autoroute, en utilisant quelques accessoires.
    Le poids des voiture a augmenté, (batteries) le prix aussi. Plus de 25000 € pour une petite voiture.
    Surtout vous ne pouvez plus recharger totalement la batterie en une nuit chez vous, sauf achat d’une borne et installation d’un compteur 36 kVA, ce qui est fort onéreux : de l’ordre de 3000 € en plus. Donc il faut utiliser les bornes des villes et des routes et pour le moment, le réseau n’est pas suffisant.

    Finalement bien que la voiture électrique soit très agréable à conduire, elle reste aujourd’hui, très chère avec une autonomie limitée. C’est donc soit une très bonne voiture de ville pour des riches, soit une voiture rentable en ville pour une société ou une personne qui fait plus de 20 000 km par an en ville, ce qui reste assez rare, et sans faire plus de 50/70 km par jour.
    Pas étonnant que les ventes ne dépassent pas 0,5% des ventes de voitures neuves.

    Dans le prochain article, je parlerai des voitures hybrides
  

Mercredi 22 mars 2017 à 10:04

Sciences et techniques

Une correspondante me demande de lui expliquer ce qu’est un e chaudière à condensation.
        Je vais essayer de le faire mais avant il faut que j’explique comment est organisée une chaudière normale.


        Les chaudières qui ont une dizaine d’années n’étaient pas des chaudières à condensation.
        Elles sont constituées de 5 éléments :
            • Une enveloppe extérieure, en acier ou en fonte, qui conserve mieux la chaleur. Elle comporte une isolation thermique intermédiaire, en général en laine de roche, pour limiter les pertes de chaleur de la chaudière vers l’atmosphère de la chaufferie.
            • A l’intérieur de l’enveloppe un  réservoir d’eau avec des compartiments successifs dans lesquels l’eau circule et va se réchauffer.
            • Le brûleur dont l’électronique va réguler la combustion, de fioul ou de gaz, et va permettre de faire varier la puissance de la chaudière en fonction des besoins de chauffage.
            Les chaudières à gaz ont une rampe analogue aux feux d’une cuisinière; les chaudières à fioul ont des gicleurs qui pulvérisent le combustible en fines gouttes. Par ailleurs le brûleur est muni d’une soufflante qui envoie l’air nécessaire à la combustion, par son oxygène.
            L’électronique du brûleur comporte des systèmes de contrôle qui garantissent la sécurité - notamment pour le gaz, le fioul liquide étant moins dangereux (incendie mais pas d’explosion).
            • Le corps de chauffe qui est une chambre d’acier ou fonte, où la flamme produite par le brûleur transfère l’énergie de combustion aux éléments métalliques de la chaudière et à l’eau de chauffage. C’est là que sont créent les fumées de combustion composées principalement de CO2 et d’eau et de quelques impuretés telles que les oxydes d’azote.
            • Les conduites de fumées internes : les fumées circulent dans la chaudière dans des tuyauteries de faible diamètre, et transfèrent également une partie de leur énergie à l’eau. Les tuyauteries font circuler plusieurs fois (en général trois fois) les fumées pour qu’elles cèdent le maximum d’énergie.
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/chaudiere.jpg               A l’extérieur de la chaudière les fumées sont conduites par une tuyauterie vers la cheminée. Dans le cas d’évacuation de vapeur d’eau (gaz notamment), la cheminée doit être tubée intérieurement grâce à un tube en inox, pour éviter les dégradations.

        L’eau chaude qui sort de la chaudière est envoyée par une pompe dans un circuit primaire. Sa température est régulée par un thermostat qui actionne le brûleur. Elle est dans la plupart des cas entre 70 et 90 d°C.
        Certaines chaudières fonctionnent à température plus basse, mais il faut alors dans les locaux un chauffage par le sol ou des radiateurs spéciaux
        L’eau du circuit primaire est mélangée à l’eau qui revient des radiateurs par une vanne « 3 voies », et réchauffe cette eau qui est renvoyée dans les radiateurs à une température qui est en général fixée par une régulation électronique, et qui dépend d’une part de la température extérieure météorologique, et de la température que l’on veut avoir dans les pièces.

Qu‘est ce qu’une chaudière à condensation ?

        Les pertes principales de chaleur d’une chaudière classiques sont la chaleur emportée par les fumées, qui peuvent sortir de la chaudière entre 150 et 300 d°, d’où l’idée d’essayer d’utiliser cette chaleur dans un échangeur, pour en récupérer une partie.
        Dans les fumées, il y a du CO2 chaud qui peut céder de la chaleur et de la vapeur d’eau : si on pouvait la liquéfier à nouveau on récupère alors de la chaleur : la chaleur latente de condensation.
        On fait donc passer dans les tuyauteries d’évacuation des fumées, l’eau à basse température de retour des radiateurs. Cette eau récupère une partie de la chaleur du CO2 et, si elle arrive à suffisamment basse température et peut amener la condensation de la vapeur d’eau des fumées, elle va récupérer la chaleur de condensation.
        On réduit alors en réchauffant ainsi l’eau de retour des radiateurs, l’effort demandé à la chaudière pour la chauffer à la température voulue.
        La température des fumées envoyées dans la cheminée peut être réduite à 70 à 90 d°C.
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/condensation.jpg        Les publicités annoncent des économies énormes qui sont erronées.
        L’économie de consommation est de l’ordre de 5% avec une chaudière au fioul et de 10 % avec une chaudière au gaz.
        L’investissement est important, car outre le prix de la nouvelle chaudière, il faut modifier de façon importante le circuit de retour de l’eau des radiateurs.
        Par ailleurs si la température de retour des radiateurs est trop élevée  (notamment lorsqu’il fait très froid, la température de rosée n’est pas atteinte et l’efficacité de la chaudière à condensation baisse et donc également le gain de consommation.
        Le tubage en inox est indispensable et il faut recueillir l’eau de consensation provenant de la cheminée.
        En fait la chaudière à condensation est adaptée aux locaux ayant un chauffage à basse température.
        Dans les installations classiques à chauffage en acier pour lesquelq par grand froid la température de retour sera de l’ordre de 50 à 55 d°, les gains ne dépassent pas 10% au mieux et souvent pas plus de 5%, ce qui n’est pas suffisant pour amortir les frais de l’installation si elle entraîne des modifications importante.
    Donc, ne pas croire les publicités et faire étudier son cas particuier par un chauffagiste sérieux.

Mercredi 8 février 2017 à 16:22

Sciences et techniques

  J’ai choqué certains de mes correspondants en disant qu’en France on négligeait le long terme et notamment la recherche scientifique.

Les gouvernements, qu’ils soient de droite comme de gauche, ont des vues à court terme (le temps d’un mandat  - 5 ans le plus souvent). La recherche s’étend sur des dizaines d’années avant de porter vraiment ses fruits.

 

J’ai trouvé récemment dans la revue « Pour la Science », un graphique intéressant qui montre les efforts de recherches des divers pays du monde en 2014 :

- le diamètre du cercle est proportionnels au budget de recherche.

- en abscisses le pourcentage du PIB correspondant.

- en ordonnées, le nombre de chercheurs par milliers d’emplois.

La France est au milieu du graphique.

http://lancien.cowblog.fr/images/Images3/Recherchemondiale2014.jpg


Certes nous avons encore une place privilégiée en résultats de recherche scientifique, mais pour combien de temps car ils sont dus à nos efforts passés.

Actuellement le budget des laboratoires stagne et je connais une jeune physicienne, de formation bac + 10, entrée dans les premières à Normale Sup sciences, qui a réussi brillamment son doctorat et son agrégation de physique, qui est passionnée de recherche, qu’elle exerce dans un labo d’Etat, et qui gagne à peine plus de 2000 € par mois. Elle ferait de la technique de base dans l’industrie, et gagnerait presque le double.

Comment voulez vous ainsi attirer de jeunes scientifiques brillants : c’est un vrai sacerdoce !

 

La recherche en France a du mal à aborder les domaines nouveaux et à couvrir assez de domaines. La spécialisation sur quelques thèmes n’est pas de mise en recherche à long terme, car les découvertes importantes arrivent souvent dans des domaines où on ne les attendait pas.

La recherche a besoin de cerveaux bien formés, expérimentés et passionnés par leur travail car les résultats sont souvent long à venir et il faut être persévérant. On n’arrive à rien seul : il faut des équipes pluridisciplinaires, qui s’entendent bien et œuvrent dans le même but. 

Mais elle a besoin aussi de moyens matériels importants : la chimie par exemple n’est plus au temps des béchers et des cornues, mais nécessite des appareillages complexes et couteux. Les recherches menées sur le cerveau au CEA nécessitent d’énormes machines IRM (voir mon article du 15/4/2015) performants complexes et très coûteux. Et à coté des appareils de mesure, il faut disposer d’ordinateurs très puissants pour faire simulations calculs et interprétation des mesures, et stocker toutes les données. Si vous examinez où sont ces grosses machines : aux USA et en Chine !

 

La recherche c’est notre avenir scientifique et technique. La prospérité relative actuelle de la France résulte de plusieurs siècles d’efforts et de découvertes.

Aujourd’hui malheureusement le pays est gouverné par des politique qui n’ont que des vues à court terme, et des financiers qui ne se soucient que de la rentabilité immédiate.

Les chercheurs sont considérés comme des « intellectuels » et n’ont plus la considérations qu’ils méritent de par leurs qualités et leurs connaissances;

Samedi 24 septembre 2016 à 16:23

Sciences et techniques

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     J’ai toujours été étonné de certaines options prises par les informaticiens. Le rêve des ingénieurs et techniciens qui créent les logiciels importants (je ne parle pas des gadgets sur téléphone portable ni des jeux), est le plus souvent une automatisation complète, ce qui est une erreur.
    C’était la mode en gestion, il y a une trentaine d’années, quand je travaillais, que ce soit des traitements comptables, financiers, d’approvisionnements, de gestion de stocks, de production, de personnels et même de fabrications …
    Pour les informaticiens, la machine doit se substituer à l’homme, et tout faire seule, à partir du programme prévu; on entre des données et on récupère soit d’autres données, soit des actions automatiques.
    D’une part il en résulte d’énormes programmes, de véritables « usines à gaz », peu évolutifs et peu adaptables, d’un emploi complexe, qui nécessitent une formation de longue durée, et qui favorisent les erreurs des opérateurs.
    D’autre part, ils doivent satisfaire tous les utilisateurs, de tous niveaux, et toutes les particularités des tâches, et il est impossible à un programmeur, quelque soit son niveau, de prévoir tous les détails présents et à venir, tous les cas possibles, et toutes les erreurs (ou parfois idées saugrenues) des utilisateurs.
    La fiabilité parfaite est impossible, et, la machine étant automatique, on ne peut s’apercevoir à temps des erreurs, et leur correction à postériori est difficile, voire impossible.
    J’ai toujours réagi en entreprise à cette tendance, et j’avais fait mettre en place il y a trente ans, un réseau de microordinateurs, reliés à des serveurs de données, le microordinateur n’ayant qu’un petit programme spécifique d’un type d’utilisation et l’utilisateur pouvait en partie l’adapter au niveau de l’interface, la machine se chargeant des tâches fastidieuses et des calculs, mais l’opérateur conservant la maîtrise des opérations et les tâches intelligentes demandant initiative, réflexion et décision.
    Le nombre d’erreurs était bien moindre et les personnels bien plus satisfaits et motivés.

    Je suis étonné de voir que les mêmes attitudes sont aussi de mise dans des études avancées d’intelligence artificielle, par exemple quand Google étudie une voiture entièrement automatique, où le chauffeur n’a plus besoin d’être présent.
    Une telle voiture est très complexe, basée sur des capteurs très évolués, notamment des radars toutes directions, une multitude de caméras et une informatique très importante. Une telle voiture sera donc très chère et sa diffusion limitée.
    Par ailleurs, si elle sera capable de réagir face à des obstacles fixes, et même à un environnement mobile qui obéit à des règles, je doute qu’elle puisse prévoir tous les comportements erronés ou farfelus des autres automobilistes, cyclistes ou piétons, certains comme les enfants ne se rendant pas compte du danger, et d’autres surpris, ayant des comportements aberrants.
    Je crains que la sécurité ne soit pas toujours garantie et la reprise du contrôle par un conducteur demande un temps prohibitif, en cas d’incident inattendu (délai beaucoup plus court de réaction exigé que pour un pilote automatique d’avion, les obstacles étant proches)..
    L’automatisation complète de la conduite est une erreur, alors qu’on pourrait aider le conducteur dans certaines tâches fastidieuses, mais pour lesquelles les risques sont limités, et lui laisser le contrôle intelligent dans les cas difficiles.
    Nous avons déjà des exemples, les détecteurs de recul, le régulateur de vitesse sur autoroute, le GPS, les commandes automatiques de phares ou d’essuie-glaces, le freinage en cas de détection d’obstacle, l’anti-patinage en cas de freinage trop brutal qui bloquerait les roues, etc
    Mais évidemment ces innovations sont moins prestigieuses et n’épatent pas la galerie. Mais elles sont  plus fiables, plus rapides à mettre en service, moins chères, et donc plus utiles

Dimanche 28 août 2016 à 9:06

Sciences et techniques

     Une lectrice me demande par mail, comment « fonctionne » une étoile.
    J’avais fait un article sur le soleil et ses réactions thermonucléaires, le 1er juillet 2011, mais c’était un peu compliqué. Je vais essayer de faire plus simple.

    Newton avait généralement trouvé que deux masses célestes m1 et m2 s’attirent, la force d’attraction étant proportionnelle à m1 X m2  / d2, d étant la distance qui les sépare.
Cette force gravitationnelle s’applique aussi aux masses élémentaires à l’intérieur d’un astre.
    Les étoiles sont constituées de beaucoup de matière, sous forme gazeuse. La matière périphérique est attirée par celle située au centre, de telle sorte que l’étoile se comprime peu à peu. La pression devient énorme, et la température également.
    La température atteint plusieurs millions de degrés et des réactions thermonucléaire de fusion ont alors lieu.
    Mais la pression tend à repousser le gaz en contrant l’attraction de gravitation, repoussant les gaz vers la surface.
    En fait dans une étoile, la boule de gaz est en équilibre, les forces gravitationnelles attractives, et celles de pression répulsives, s’équilibrant.
    Les masses mises en jeu sont énormes; notre soleil, qui n’est qu’une étoile très moyenne, représente environ 2 milliards de milliards de milliards de tonnes de matière (2. 1027) soit 330 000 fois celle de la terre.

    Initialement la matière de l’univers était essentiellement de l’hydrogène et de l’hélium. Mais les réactions thermonucléaires créent de nouveaux éléments, plus l’énergie étant élevée, plus on peut fusionner pour donner des élément lourds : carbone, oxygène, magnésium, silicium, phosphore, soufre calcium, titane, chrome, fer et nickel, qui sont les deux éléments les plus lourds, correspondant aux énergies les plus fortes.
    Des éléments plus lourds tel que or, platine, uranium, sont créés dans l’explosion d’étoiles massives, les énergies instantanées libérées étant alors énormes.
    L’énergie libérée en une seconde dans le soleil, correspond aux besoins énergétiques de notre planète pendant plusieurs centaines de millions d’années.
    Dans notre soleil, il y a 74% d’hydrogène, 24% d’hélium,et 2% d’éléments lords, sous forme de plasma d’atomes dépourvus de leurs électrons.
    Chaque seconde le soleil convertir 700 millions de tonnes d’hydrogène en hélium, grâce à des réactions de fusion nucléaire, libérant ainsi sous forme d’énergie l’équivalent de 4,5 millions de tonnes de matière par seconde, , soit (E = mC2) un peu moins de 4 1026 joules.Chaque seconde le soleil convertir 700 millions de tonnes d’hydrogène en hélium, grâce à des réactions de fusion nucléaire, libérant ainsi sous forme d’énergie l’équivalent de 4,5 millions de tonnes de matière par seconde, , soit (E = mC2) un peu moins de 4 1026 joules.

    Voyons comment est constitué le soleil :

http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences/structuresoleil1.jpg

    Les réactions thermonucléaires ont lieu au centre du soleil, dans ce que l’on appelle le “noyau”. Elles sont auto régulées car toute augmentation de la fusion nucléaire entraîne un réchauffement et une dilatation du cœur qui réduit en retour le taux de fusion, et à l’inverse, toute diminution légère de la fusion refroidit et densifie le cœur, ce qui fait revenir le niveau de fusion à son taux initial.
    Le rayon de la sphère “noyau” correspond à environ un quart du rayon du soleil. La température y est de l’ordre de 15 millions de degrés et la pression de  250 milliards de bars (soit 2,5 1016 pascals; la pression atmosphérique sur la terre est voisine de 1 bar).

    Il y a ensuite une zone dite “radiative”, entre 0,25 et 0,75 rayon du soleil dans laquelle la matière est très chaude et dense, où les divers noyaux perdent leur énergie cinétique et les électrons positifs s’annihilent avec des électrons négatifs en donnant des photons et toute l’énergie est finalement transformée en photons au départ très énergiques, mais qui peu à peu par action sur les noyaux, donnent par absorption et réémission, des photons d’énergie moindre.   
    En raison de ces nombreuses réactions, on estime que le temps de transit d’un photon du cœur à la surface est compris entre 10 000 et 170 000 ans. ! En surface de cette zone la température n’est plus que de 2 millions de degrés.

    Puis une zone de 0,25 rayon solaire où la chaleur est transmise par “convection” c’est à dire que la matière monte à la surface de cette zone et se refroidit de 2 millions à 5800 d°, puis replonge vers le centre et il y a ainsi de nombreux courants de convection turbulent que l’on observe à la surface du soleil sous forme de granulations.
    D’énormes champs magnétiques règnent dans cette zone

    La dernière zone appelée photosphère, n’a qu’une épaisseur de 400 km et sa température est de l’ordre de 5800 d°. C’est elle qui laisse échapper la lumière solaire (ultraviolet, visible et infra-rouge).

    Enfin il existe une zone autour du soleil que l’on appelle “atmosphère solaire” avec deux zones : la chromosphère, très peu épaisse et la couronne solaire qui s’étend à des millions de km. (mais rien de comparable avec l’atmosphère terrestre.). Elle est surtout composée d’hydrogène et d’hélium, mais, dans une première partie, on y trouve des éléments plus lourd : azote, oxygène, oxyde de carbone, eau.
    La température remonte progressivement jusqu’à un million de degrés sans qu’on en connaisse l’explication (probablement d’origine magnétique).

    J’espère que maintenant vous savez mieux comment « fonctionne » une étoile.

Vendredi 26 août 2016 à 8:47

Sciences et techniques

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      L’été, le ciel est souvent clair et au bord de la plage l’horizon est très large. On peut dont se prélasser, couché sur le sable, à regarder les étoiles, innombrables et brillantes dans le ciel.
    Ces étoiles, ces constellations, c’est bien mystérieux.

    Les constellations qui nous sont chères, la grande et la petite ourse, (quand j’étais petit, je trouvais qu’elles ressemblaient plus à des casseroles qu’à une ourse !), le sagittaire, le scorpion, le capricorne, …. et que nous cherchons à localiser dans le ciel, en fait, elles n’existent pas !! Ce sont des illusions d’optique.

    Les astronomes ont en effet mesuré les distances à la terre des principales étoiles d’une même constellation. Elles sont très différentes et ces étoiles ne sont pas proches les unes des autres, mais elles sont dans des directions voisines vers la terre, les unes derrière les autres. C’est donc un effet de perspective qui nous fait croire qu’elles sont proches et forment les figures que nous connaissons.
    Un rêve d’enfant qui s’envole !

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    Comment les astronomes mesurent ils la distance des étoiles proches ? Ils se servent de la notion bien connue des amateurs de photos : la parallaxe.
    Durant l’année, la terre tourne autour du soleil décrivant une ellipse presque circulaire. Le « fond du ciel, étant tellement loin, que ce mouvement ne perturbe guère l’angle sous lequel on le voit : il est donc apparemment fixe.
    Au contraire, les étoiles plus proches de la Terre (quelques centaines d’années lumière), ne semblent pas au même endroit du ciel si on les regarde à 6 mois d’intervalle. Et si on observe leur mouvement durant 12 mois, on constate qu'elles accomplissent un petit cercle sur le fond de ciel fixe.
    On voit, sur la figure ci dessus, que plus l’étoile est proche de la terre, plus le diamètre du cercle est important.
    Si on fait des mesures de la position de l’étoile à six mois d’intervalle, la terre se sera déplacée de deux fois sa distance R au soleil, qui est de 149 597 870 km
     La parallaxe annuelle, d’une étoile est l’angle téta sous lequel on verrait, depuis cette étoile (E), le demi-grand axe de l’orbite de la Terre (R). (schéma ci dessous)


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En mesurant le déplacement de l’étoile sur le fonds de ciel fixe, on peut mesurer les angles  ABE et BAE dont la somme avec 2 téta fait 180 degrés.
On peut donc calculer la parallaxe téta, et R/D = tangente téta d’où le calcul de D distance de l’étoile.  La distance terre soleil est mesurée actuellement par télémétrie radar à partir de sondes spatiales.

De 1989 à 1993,des centaines de milliers de parallaxes ont été mesurées par le satellite Hipparcos, (115 mesures pour chaque étoile). Débarrassé des turbulences de l'atmosphère terrestre, Hipparcos a pu mesurer l'angle de parallaxe de ces étoiles avec une précision inégalée: 118 218 étoiles à 0.001 seconde d'arc près et 1 050 000 étoiles entre 0.007’’ et 0.03’’.

 

Les étoiles que nous observons n’ont pas toutes la même couleur, ni la même brillance.

Cela dépend de la température de leur surface : la loi de Wien simplifiée indique que la couleur d’un corps est liée à sa température, la longueur d’onde de l’émission étant inversement proportionnelle à la température (en degrés Kelvin d°C + 273).

Le soleil dont la température de surface est de l’ordre de 5700 d°C rayonne dans le jaune, alors que Bételgeuse, qui est rouge n’a une température de surface que d’environ 3000 d°C et Sirius à une température de l’ordre de 25 000 d°C est bleue. Une étoile à 60 000 d°C rayonne dans l’ultraviolet et donc nous ne la voyons pas à l’oeil nu.

La brillance est aussi fonction de la température, puisque la puissance rayonnée est proportionnelle à la puissance 4 de la température. Mais le phénomène est complexe, car les photos émis résultent en définitive des réactions thermonucléaires au centre de l’étoile. Donc plus une étoile est massive, plus elle va être brillante.

 

Lundi 27 juin 2016 à 10:26

Sciences et techniques

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      J’ai été frappé par l’accident qui a eu lieu à Paris près du parc Monceau, où, pendant un  orage, 11 personnes, dont huit enfants qui s’étaient réfugiées sous un arbre, pour échapper à la pluie, ont été foudroyées.
Cinq personnes avaient surtout été choquées et ont pu regagner leur domicile dans la soirée. Cinq autres, victimes de brûlures ont été gardées 24 heures à l’hôpital.
    Un enfant, en arrêt cardiaque avait été ranimé par un pompier et a été placé en soins intensifs. La presse ne diffuse plus de nouvelle de sa santé. J’espère qu’il n’a pas trop de séquelles.

    J’ai déjà fait un article sur la foudre ( 16 mars 2015).
    La foudre est une décharge électrique, analogue à un court-circuit électrique, qui se produit lorsque l’électricité statique s'accumule entre des nuages d'orage, ou entre un tel nuage et la terre.
La différence de potentiel peut atteindre des valeurs énormes (20 à 100 millions de volts).
Le nuage forme une sorte de condensateur électrique géant, le milieu du nuage servant d’isolant et la base se chargeant en général négativement et le sommet positivement. Ce sont les gouttelettes de pluie et de glace, qui captent les ions libres de l’atmosphère et le frottement et les collisions de ces particules arrachent les électrons. Ces charges se déplacent avec ces gouttes ou grelons chargés positivement ou négativement, qui se déplacent par gravité et convection.

Lorsque le champ électrique produit dépasse les limites diélectriques de l’air (suivant son humidité et sa pression), une décharge se produit alors. En effet l’air est fortement ionisé. Un précurseur arrache des électrons et produit un canal ionisé, de quelques cm de diamètre, qui se déplace à environ 200 km/s. Quand les deux précurseurs issus des parties positives et négatives se rejoignent un arc électrique se produit dans le canal ionisé, à une vitesse de l’ordre de 100 000 km/s. Le courant peut atteindre en instantané 20 à 30 000 ampères et la température plus de 30 000 d°C. C’est l’éclair
La puissance d’un éclair est d’environ 20 GigaWatts, soit 20 centrales nucléaires, mais il ne dure que 25 millisecondes environ, donc l’énergie n’est que de 140 kWh, ce qui est peu.
Mais évidemment un tel courant peut provoquer des dégâts important, tant sur des objets que dans le corps humain, et les champs électrostatiques induits la destruction de composants électroniques, notamment les circuits intégrés.
Les décharges entre nuages de haute altitudes peuvent avoir plusieurs km de longueur (jusqu’ à 25), alors qu’entre nuage et sol, elle est de quelques centaines de mètres.

La dilatation brutale de l’air, surchauffé par la décharge électrique, produit une onde de choc acoustique, bruit sec et court si on est proche, plus prolongé voire en roulement si on est lointain, en raison des réflexions.
    La vitesse de l’éclair est telle que la perception de sa lumière est instantanée, alors que l’onde de choc se propage à la vitesse du son dans l’air soit 340 m:s, ce qui permet de connaître la distance de la foudre en estimant le temps mis par le son pour parvenir sur place.

La foudre peut emprunter différents chemins dans le corps, selon les circonstances du foudroiement. Si l'éclair arrive directement, il arrive généralement sur un point haut (tête, épaule ou main) et, pour rejoindre la terre, il passe donc par les pieds. Pour cela, il va choisir les organes les plus conducteurs du corps : les nerfs, les vaisseaux sanguins ou les muscles. Les os et la graisse sont en général épargnés car ils ne sont pas ou peu conducteurs, de même que la peau, si elle est sèche.
    On reconnaît alors qu'une personne a été foudroyée aux "marques électriques", de petites brûlures situées aux points d'entrée et de sortie de la foudre (aux doigts, à la tête ou aux pieds).
 Lorsque la peau est mouillée à cause de la pluie ou de la transpiration, au lieu de passer dans le corps, la foudre va circuler en surface, la peau sera brûlée mais les organes vitaux peuvent alors être épargnés.
    Les marques du foudroiement sont également visibles quand la victime porte des accessoires métalliques conducteurs. On peut alors voir des brûlures à hauteur d'un collier, d'une montre ou de la boucle de ceinture.
    Dans la plupart des cas, il est impossible d'évaluer l'étendue des lésions suite à un foudroiement, puisqu'elles sont internes, et on transporte systématiquement les personnes foudroyées à l’hôpital pour examens.
    Secourir une personne qui a été foudroyée est sans danger. Il n’y pas de risque d’électrocution en touchant la victime car il ne s’agit pas d’une électrocution par fil : une fois la décharge passée il n’y a plus de différence de potentiel.

    Autrefois on nous enseignait en CM1 et CM2, les précautions à prendre en cas d’orage, car les précurseurs partant du sol partent en général d’objets plus hauts que l’environnement où la densité électronique dans l’air, est plus élevée ou les objets conducteurs.
    En cas d’orage, il faut éviter de se trouver sur un point haut comme une montagne ou à proximité d'un tel point,comme un arbre.  de rester dans un champ, sur un terrain de foot ou sur une plage, surfaces planes dont on est un point haut isolé.
     Il faut aussi éviter les baignades (lac, mer ou piscine), car la conductivité du corps est alors énormément augmentée et on peut être foudroyé, même sans impact direct.
    Il vaut mieux s'éloigner des lignes électriques ou téléphoniques, de ne pas porter sur soi d'objet métallique, de ne pas se mettre sous un parapluie à baleines métalliques et de ne pas s'abriter dans une cabine téléphonique.
Sur la route, il est prudent de ne pas rouler à vélo, en moto ou en tracteur. En revanche, en voiture, vous ne risquez pas la foudre, le véhicule faisant office de "cage de Faraday". (la décharge se propage jusqu’au sol par la carrosserie métallique extérieure).

    Evidemment on est mieux chez soi par temps d’orage, mais Il faut cependant être prudent même à l'intérieur. Il est d'abord recommandé de fermer les fenêtres pour éviter les courants d'air pouvant véhiculer la foudre qui cherche des conducteurs d'électricité comme le corps humain. Il faut éviter de toucher les conduites d'eau et les robinets, de téléphoner (sauf urgence) et d’utiliser Internet. Ne pas prendre de bain ou de douche, débrancher les appareils électriques, la télévision et son câble d’antenne, les box des opérateurs et votre ordinateur. Eteindre le téléphone portable et le laisser sur une table.

Je crains qu’aujourd’hui, parents et professeurs ne parlent plus de la foudre aux enfants. C’est la raison pour laquelle j’ai fait cet article.
    J’ai vu moi même plusieurs fois tomber la foudre, quand j’étais ado (voir mon précédent article), deux fois sur ma maison, une fois sur un sapin de mon jardin et uen  fois en montagne sur un sommet à 50 mètres de nous.
J’ai reçu aussi trois fois la foudre sur un avion : c’est impressionnant mais sans danger, car il ya des protection spéciales sur tous les avions, qui font en outre cage de Faraday.
    En fait on n’a pas le temps d’avoir peur, si ce n’est rétrospectivement

Samedi 4 juin 2016 à 9:39

Sciences et techniques

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       J’ai déjà fait plusieurs articles sur les imprimantes 3D, notamment les imprimantes simples et pas chères le 1er juin 2014
       L’impression « 3D » est un ensemble de techniques dans lesquelles la fabrication d’objets n’est pas réalisée par moulage ou par enlèvement de matière d’un bloc (usinage), mais par un apport de matière progressif, couche par couches, ces couches étant très fines. Le terme imprimante est inexact.  En fait c’est par analogie avec les imprimantes à jet d’encre qui déposent progressivement des gouttes sur la feuille, mais dans l’imprimante 3D, c’est un fil plastique de faible épaisseur en semi fusion qui est déposé.
De même que sur une imprimante vous envoyez le dessin à exécuter (ou celui des caractères), de même il faut avoir pour utiliser l’imprimante 3D, une description numérique de la pièce dn 3D dans l’espace, plan par plan.
     L’imprimante dépose du plastique à partir d’un filament préalablement fondu dans une tête d’extrusion chauffante.(un peu comme dans les pistolets à colle).
     La tête se déplace horizontalement et dépose une première couche de l'objet désiré sur le plateau d'impression. Un déplacement vertical permet de passer à la seconde couche et ainsi de suite.

      J’ai lu des articles sur de nouvelles machines 3 D aux formes bizarres, qui ne travaillent pas seules mais « en groupe ». Elles ont été étudiées par la société allemande Siemens. Ce sont des « araignées 3D).
      Chaque araignée fabrique uniquement une petite portion d’une pièce plus large, et une autre araignée en fabrique une autre partie. Il faut donc que leurs actions soient coordonnées, et les araignées se déplacent et communiquent entre elles et sont équipées de caméras et de scanners 3D afin d’interpréter au mieux leur environnement.
      Elles sont capables de se déplacer sur la pièce aux formes diverses, mais en cas de difficulté, peut transférer une partie de son travail à une autre araignée. Elle eput aussi décider de se mettre en pose pour recharger ses batteries.
     Comme les araignées ces imprimantes ont huit pattes articulées autonomes et elles sont suivies d’un robot distributeur de filament.
     Mais ces imprimantes araignées ne construisent pas seulement couche par couche un objet massif. Elles savent aussi tirer des fils, comme leur modèle animal et créer ainsi des structures « fil de fer »
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    Le travail le plus complexe a été de mettre au point le logiciel de déplacement des araignées et celui qui coordonne leurs travaux communs.
    je n’ai malheureusement pas trouvé de renseignement sur le prix de ces « bestioles » Ce ne doit pas être bon marché vu leur complexité et leur équipement sophistiqué.

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Vendredi 15 avril 2016 à 10:28

Sciences et techniques

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    Un de mes plus jeunes correspondant, qui est en 4ème, me dit que leur professeur leur a fait un cours sur l’attraction universelle entre les planètes et les astres, et également sur l’attraction terrestre. Il leur aurait dit que, pour des corps qui auraient des qualités aérodynamique égales, si on les jetait d’une grande hauteur, ils arriveraient en même temps au sol en même temps.
    Mais il ne leur a pas expliqué pourquoi et mon correspondant n’arrive pas à croire qu’une plume, un bout de bois et une bille d’acier tomberaient de façon identique.
    En fait mon correspondant a raison, mais son professeur aussi, car ils ne parlent pas de la même chose.


    Mon correspondant a raison : s’il laisse tomber, même de 2 mètres de haut seulement une plume et une bille d’acier, cette dernière arrivera la première, alors que la plume tournoiera doucement dans l’air en en descendant.
    Mais le phénomène est dû à la résistance de l’air et aux qualités aérodynamiques de la bille et de la plume qui dont très différentes.
    La bille est une sphère; l’air s’écoule facilement autour d’elle et même si la résistance augmente avec la vitesse, elle restera assez faible. Mais si on avait lâché la bille de très haut (4000 m par exemple), la résistance de l’air augmentant comme le carré de la vitesse, la bille aurait fini par ne plus accélérer, car les forces de frottement de l’air auraient été équivalente à l’attraction terrestre (la pesanteur).
    Cette force d’attraction terrestre est proportionnelle à la masse m de l’objet et lui confère une accélération g en l’absence de toute autre force :  f = m g

    Mais le professeur avait bien dit : des objets ayant des qualités aérodynamiques égales, c’est à dire la même résistance de l’air à leur chute, et dès lors il a raison.
    En général on préfère ne pas parler d’aérodynamique, mais de dire que la chute se fait dans le vide, dans un tube où il n’y a pas d’air (donc pas de force aérodynamique de frottement).

    Alors pourquoi une bille d’acier et un bout de bois beaucoup plus léger arriveront en même temps.?

    Votre professeur ne vous a pas encore expliqué ce qu’est « l’inertie ».
    Si vous avez reposant sur la route plate et sans pente, dont la réaction compense la pesanteur, une voiture d’une tonne, et une voiture jouet de 300 grammes et que vous poussiez dessus pour les faire rouler, cela ne posera pas de problème à faire avancer votre jouet, mais, même avec les freins non serrés, vous aurez beaucoup de mal à faire bouger la voiture qui est très lourde.
    En effet, si l’on veut faire bouger un corps, et donc lui communiquer une vitesse, il faut d’abord exercer sur lui une accélération G pour atteindre cette vitesse, et le corps résiste : cela s’appelle l’inertie. Cette inertie est proportionnelle à la masse du corps et pour faire bouger le corps, il faut exercer une force m G, pour vaincre cette inertie et lui donner une certaine accélération G.   
    Cette inertie, l’opposition des corps au mouvement, est, comme l’attraction des corps, une des lois fondamentales de la nature et de la physique.
    
    Revenons à la chute de deux corps de masses différentes, par exemple dans un rapport 1000, mais dans le vide ou supposant les résistances de l’air identiques.
    Les forces en présentes sont la pesanteur et l’inertie : la pesanteur entraine 1000 fois plus vite le corps mille fois plus lourd, mais la force inertielle le retient 1000 fois plus,; ces deux effets se compensent et les deux corps atteignent finalement les mêmes vitesses, dont s’ils ont été lâchés en même temps, parviennent en même temps à l’arrivée au sol.

    Il y a cependant un petit bémol : c’est que la masse gravitationnelle doit être égale à la masse inertielle, pour que, pour une même accélération g = G,  les forces m gravitation g et m inertie Gsoient identiques Toute la physique des mouvements est basée sur cette hypothèse qui n’a jamais été prise en défaut, lors de mesures.
    Cependant les études faites sur l’origine du monde et le « bigbang » laissent supposer que, peut être, à l’origine, cette égalité n’était pas totale, mais dépendait de la nature chimique des corps.
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/IMG.jpg    Les physiciens font actuellement une expérience étonnante correspondant au schéma ci contre, qui aura lieu dans des conteneurs situés dans un satellite. Deux cylindres coulissants l’un dans l’autre chutent dans le vide. Dans un premier cas deux cylindre de platine et dans un second cas un cylindre de platine dans un cylindre de titane. Les deux cylindres de platine arriveront en même temps, mais qu’en sera t’il des deux cylindres de métaux différents.
    Evidemment s’il y a une différence, elle est très faible : la mesure du temps se  fera à 10-15 seconde près (un millionième de milliardième de seconde). C’est cent fois mieux que les mesures réalisées jusqu’à présent.
    L'expérience aura lieu très prochainement, le 22 avril 2016.
    Si jamais on décelait une différence et qu’elle ne soit pas due à un artefact, un nouveau domaine de la physique verrait le jour.

    Si vous voulez avoir plus de renseignements vous pouvez voir à l’adresse suivante l’explication de la mission « Microscope », mais je vous préviens, l’article n’est pas simple et facile à lire, même si c’est très bien expliqué..
https://www.oca.eu/IMG/pdf/seminaire_Microscope-Artemis-Mai2015.pdf

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