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La Lune / L'électricité / Les abeilles
Le LEND russe à la recherche d'eau sur la Lune
La NASA a entamé en juin une nouvelle mission lunaire, dont l'une des composantes est un appareil russe, le LEND, chargé de détecter à distance la présence d'eau sur la Lune, rapporte RIA Novosti.
Le 18 (19) juin a été lancée la sonde américaine LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), avec à son bord un détecteur de neutrons russe, le LEND (Lunar Exploration Neutron Detector). Le LRO a été placé quelques jours après sur une orbite circumlunaire, à une altitude de 50 km. C'est à partir de là que le LEND va tenter de détecter la présence d'eau sur notre satellite.
La Lune, explique Youri Zaïtsev, de l'Institut de recherches spatiales, est un satellite naturel de la Terre. C'est probablement là que seront créées les premières bases extraterrestres. Or, l'homme aura impérativement besoin d'eau sur la Lune : d'oxygène, pour respirer, et d'hydrogène, pour fabriquer du combustible. S'il y a de l'eau sur la Lune, il ne sera pas nécessaire d'en acheminer depuis la Terre, et la colonisation de notre satellite s'en trouvera grandement simplifiée.
La mission LRO poursuit un triple objectif : étudier les meilleures régions pour un alunissage d'engins automatiques et habités ; explorer les ressources hydriques de la Lune et les ressources potentielles de son sous-sol en minéraux utiles ; étudier la situation radiative sur la Lune, et notamment son incidence sur l'homme.
La recherche d'eau sur la Lune est également importante pour mieux comprendre l'évolution du Système solaire. Le plus probable est que de l'eau, en provenance de comètes, a pu, au fil du temps (depuis un milliard d'années et plus), s'accumuler en couches sur notre satellite, sous forme de glace ou de givre. Leur étude permettrait de mieux connaître l'histoire du Système solaire. De plus, selon une hypothèse sérieuse, la vie sur Terre se serait développée à partir de l'espace, les comètes ayant pu être des "transporteurs de vie". L'étude des "dépôts cométaires" sur la Lune viendra peut-être renforcer cette hypothèse ou, au contraire, l'infirmer, relève Youri Zaïtsev.
Le LEND a été proposé par un groupe de chercheurs russes et américains. Il a remporté l'appel d'offres lancé par la NASA et a donc été retenu pour être embarqué à bord du LRO. Des spécialistes américains participeront au traitement des données recueillies par cet appareil. Ce dernier a été conçu dans le cadre du Programme fédéral spatial russe pour 2006-2016. Plusieurs établissements russes prestigieux (*) ont participé à sa réalisation, le responsable du projet étant le docteur ès sciences physiques et mathématiques Igor Mitrofanov.
Le LEND est, au fond, une version améliorée du HEND (High Energy Neutron Detector), cet appareil russe qui avait déjà permis, au début des années 2000, de détecter à distance l'existence d'eau sur Mars. Le HEND, qui a fonctionné sur la sonde américaine Mars Odyssey plus longtemps que n'importe quel appareil russe envoyé pour étudier la planète rouge, est considéré à l'Académie des sciences russe comme l'une des plus belles réalisations de la science nationale, note Youri Zaïtsev.
Le fonctionnement du LEND, comme celui du HEND, repose sur le principe de l'enregistrement des neutrons secondaires qui surgissent dans la couche superficielle du sol, sur une épaisseur de 1 à 2 m, sous l'action des rayons cosmiques, et partent dans l'espace. Ce faisant, ces neutrons sont partiellement absorbés et freinés par les noyaux des principaux éléments constituant les roches. Le flux de neutrons qui ressort du sol dépend de la composition des matières constituant ce dernier et, en premier lieu, de la présence en son sein d'hydrogène ou de combinaisons en contenant. L'hydrogène étant l'un des principaux composants de l'eau, on peut alors évaluer la quantité de l'eau dans le sol.
Pour enregistrer les neutrons et le rayonnement gamma, le LEND est doté de 10 détecteurs indépendants. Pour obtenir une résolution spatiale élevée, il est équipé d'un bloc spécial permettant de "collimater" les neutrons et d'améliorer la sensibilité en "coupant" les neutrons provenant d'autres secteurs de la surface lunaire. Le LEND est en fait le premier télescope neutronique doté de telles capacités. Il sera sans nul doute réutilisé pour l'exploration d'autres corps célestes.
L'utilisation des techniques de la spectroscopie neutronique permet non seulement de juger de la teneur du sol en hydrogène, et donc en glace d'eau, mais de l'état de cette eau, et de procéder à une évaluation de l'épaisseur de la couverture de glace. Ce résultat est atteint en procédant à une analyse comparative des mesures de flux de neutrons de différentes énergies.
"Théoriquement, l'eau sous forme de glace ne peut exister que dans la région des pôles, au fond des cratères, où la lumière du soleil ne pénètre jamais et où peuvent donc s'être créés ce que nous appelons des "pièges à froid", explique Igor Mitrofanov. Mais pour trouver ces pièges, qui peuvent avoir une diagonale de seulement quelques dizaines de kilomètres, le LEND doit travailler en liaison avec les autres appareils, qui vont traiter avec une très grande précision les flux de neutrons se dirigeant vers les cratères de la Lune."
Les autres appareils embarqués sur la sonde LRO - installation laser pour cartographier la Lune, radiomètre, télescope ultraviolet, caméra, dosimètre - ont été fournis par des universités et instituts américains. La détection in situ de la présence d'eau sera tentée lors de l'expérience Ice blue, qui consistera à bombarder la surface de la Lune pour en extirper de la glace. Ajoutons qu'une autre petite sonde d'investigation, baptisée LCROSS, a été lancée lors de cette mission.
C'est donc prioritairement dans ces "pièges à froid", situés dans des cratères lunaires, que, grâce aux comètes, des amas de glace ou de givre auraient pu se constituer sur le sol lunaire. Et c'est là que les chercheurs espèrent détecter, grâce au LEND russe et aux autres appareils de LRO, la présence d'eau sur la Lune.
(*) Ont pris part, notamment, à l'élaboration et/ou à la construction du LEND : l'Institut de recherches spatiales (organisation pilotant le projet), l'Institut de recherches nucléaires de Doubna, l'Institut astronomique d'Etat Steinberg (Université de Moscou - MGOu).
Une alternative au stockage de l'électricité
Des chercheurs russes proposent de stocker de l'électricité sous forme de chaleur en utilisant un matériau naturel : du chlorure de talc.
L'électricité est conservée d'ordinaire sous forme d'énergie chimique. C'est le cas, par exemple, des piles que l'on utilise dans les lampes de poche ou les téléphones portables, ou bien encore des batteries de voitures. On utilise également dans la vie quotidienne des accumulateurs de chaleur : l'énergie peut être, ainsi, conservée dans des thermos, des bouillottes ou de gros poêles de campagne. Il serait très commode et très avantageux de pouvoir stocker de l'électricité dans des accumulateurs de chaleur de ce type. Des chercheurs de l'Université d'Etat de Petrozavodsk, en coopération avec une compagnie énergétique privée, s'emploient à concrétiser cette idée.
Comme matériau accumulateur de chaleur, ils utilisent du chlorure de talc naturel, dont on trouve des gisements en Carélie et en Finlande. Ce minéral est également appelé pierre ollaire ("pierre de vase") ou stéatite. Il possède une capacité de stockage thermique élevée (2,5 fois supérieure à celle des briques servant pour les poêles). Autrefois, le chlorure de talc, une pierre facilement taillable, servait à réaliser non seulement des poêles pour se chauffer, mais aussi des vases et même des poêles à frire. Le chlorure de talc s'est formé par carbonisation (absorption du gaz carbonique) à partir de roches volcaniques, ce qui lui confère ces qualités tout à fait inhabituelles.
Les chercheurs de Petrozavodsk tentent actuellement d'associer des accumulateurs de chaleur au chlorure de talc à des éoliennes. L'énergie du vent n'est en effet pas utilisée de manière optimale, car il ne souffle pas en permanence. Lorsque l'éolienne tourne à grande vitesse, mais que la consommation est faible, il faut envoyer l'énergie produite dans une résistance ballast, ce qui fait que de l'énergie thermique se dissipe inutilement dans l'atmosphère. Si cette énergie pouvait être dirigée vers du chlorure de talc, le rendement des éoliennes pourrait augmenter de 40%.
Un problème analogue se pose avec les centrales nucléaires. La nuit, la consommation industrielle et domestique d'électricité baisse. Or, il n'est pas facile de diminuer la production des centrales nucléaires. Une des solutions consiste à construire des sortes d'anti-centrales hydrauliques - la nuit, à l'aide de pompes alimentées par le courant de la centrale, on fait remonter de l'eau dans un réservoir situé plus haut afin que le jour, l'eau, en tombant, puisse fournir de l'énergie hydraulique. Mais de tels réservoirs occupent une énorme superficie, alors que les accumulateurs thermiques sont des plus compacts.
Les travaux des chercheurs de Carélie sont soutenus par l'Agence russe de l'énergie nucléaire, le Rosatom, ce qui en dit long sur les perspectives qui s'ouvrent devant eux. L'énergie de demain pourrait fort bien être partiellement stockée dans des "réservoirs" de chlorure de talc.
Les abeilles : un modèle de thermostat, même par très grand froid
Des chercheurs russes se sont intéressés à la manière dont les abeilles résistent aux très grands froids (inférieurs à moins 20 degrés). Leurs constatations sont étonnantes, rapporte le site nkj.ru.
Les abeilles regroupées en grappe sont capables de réguler leur propre température, ce qui leur permet de survivre, globalement, dans de bonnes conditions, que la température dépasse les 35 degrés ou soit inférieure à moins 20 degrés.
La population des abeilles fabriquant du miel s'étend sur une zone immense, allant de l'équateur au Cercle polaire. Comment parviennent-elles à vivre dans des conditions climatiques aussi disparates ? L'abeille, en effet est incapable de réguler sa propre température, comme peuvent le faire les animaux à sang chaud. Une équipe de chercheurs de l'Université agraire d'Etat russe et de l'Université d'Etat tchouvache ont procédé à des expériences qui ont montré qu'avec l'arrivée des grands froids, les abeilles se réunissent en de très grosses masses.
Au cours de ces observations, les chercheurs ont analysé les températures et le rendement thermique des grappes d'abeilles. Il s'est avéré que plus les individus sont nombreux à composer un amas, plus cet amas est dense, et plus la thermorégulation est efficace. Si bien que la "boule" formée par les abeilles ressemble à un animal à sang chaud. Une famille d'abeilles composée de 550 individus "vit confortablement" si la température extérieure oscille entre 8,7 et 10,4 degrés. Une masse d'abeilles de 40 000 individus peut parfaitement résister, quant à elle, à un froid de moins 21,8 degrés !
Un amas dense, ressemblant à une sphère, permet à une famille d'abeilles de diminuer la surface spécifique qu'elle occupe et ses pertes thermiques. Lorsque des changements considérables de la température extérieure interviennent, les amas d'abeilles modifient leur géométrie et leur localisation dans la ruche (dans les espaces entre les rayons de miel).
Un amas d'abeilles qui hibernent ne possède pas d'organisme ou de mécanisme central unique qui contrôlerait ou régulerait la température globale à l'intérieur du nid, comme le fait l'hypothalamus chez les mammifères. Mais chaque abeille, à l'intérieur de l'amas, se comporte comme un individu indépendant et se trouve dans des conditions de température différentes, selon la position qu'elle occupe. A la périphérie de la "pelote" d'abeilles, la température est plus basse, alors qu'elle est plus élevée au milieu.
Les individus positionnés dans la partie chaude se trouvent dans les conditions les plus confortables. Ils ont une température de corps relativement constante et, apparemment, ne participent pas activement à la production de chaleur. En revanche, les abeilles situées à la périphérie de la "pelote" produisent de la chaleur grâce aux microvibrations de leurs ailes. Certains individus migrent à l'intérieur de l'amas pour aller faire provision de nourriture ou lorsqu'ils sont transis. Ils sont alors remplacés par d'autres. Grâce à ce déplacement de la périphérie vers l'intérieur, les écarts de température au sein de la masse d'abeilles ne sont jamais trop élevés.
