La fission nucléaire

On ne confondra surtout pas la fission nucléaire et la fusion nucléaire. Je vais aujourd'hui vous expliquer ce qu'est la fission nucléaire et en donner quelques applications. 

Le début de la fission nucléaire 

Le schéma ci-contre nous montre la fission nucléaire initiale: un neutron bombarde un gros noyau d'Uranium 235 ou de Plutonium 239, par exemple, qui se casse en deux noyaux plus petits et il y a une émission de 3 neutrons.
La masse totale des deux petits noyaux étant plus petite que celle du gros noyau, la différence de masses m s'est transformée en énergie E sous forme de chaleur suivant la formule d'Einstein:
E =m c², c étant la vitesse de la lumière.




La réaction en chaîne
Suivant le même schéma, chacun des 3 neutrons va bombarder un gros noyau qui va se casser en deux noyaux plus petits avec dégagement de chaleur et émission de 3 neutrons et ainsi de suite. C'est la réaction en chaîne, le nombre de neutrons obtenus donc de fissions est successivement:
                                1, 3, 3² = 9,  3³ = 27, 3⁴ = 81, 3⁵ = 243, .....
La fission est contrôlée si l'on peut arrêter la réaction en chaîne, elle n'est pas contrôlée (pour la bombe atomique) si la réaction en chaîne ne s'arrête pas.

La bataille de l'eau lourde
Qu'est-ce que l'eau lourde? Une molécule d'eau ordinaire H₂O est formée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène, une molécule d'eau lourde D₂O est formée d'un atome d'oxygène et de deux atomes de deutérium qui est un isotope de l'hydrogène (son noyau atomique possède un proton et un neutron tandis que celui de l'hydrogène possède seulement un proton, mais dans les deux cas un seul électron gravite autour du noyau pour former un atome). La densité de l'eau lourde est plus élevée que celle de l'eau ordinaire, d'où son nom d'eau lourde.

L'eau lourde est un modérateur qui ralentit les neutrons libérés par la fission, ce qui favorise la réaction en chaîne.

Pendant la seconde guerre mondiale les Allemands ont commencé à produire en Norvège de l'eau lourde pour construire une bombe atomique, les alliés ont envoyé des commandos qui ont réussi à détruire tous les stocks d'eau lourde: c'est la bataille de l'eau lourde, que vous avez peut-être vue dans un très beau film: Les Héros de Télémark avec Kirk Douglas et Richard Harris. Vous pouvez encore voir une vidéo de ce film sur Internet.
 
La bombe atomique A
Si l'Allemagne nazie n'a heureusement pas fabriqué une bombe atomique, les Etats-Unis malheureusement, sous la présidence de Truman, ont lancé dans leur guerre contre le Japon une bombe atomique A à l'Uranium sur Hiroshima le 6 Août 1945 faisant 140 000 morts et une deuxième au Plutonium sur Nagasaki le 9 Août 1945 faisant 70 000 morts.
Après 1945, s'ajoutent de nombreux décès des suites de ces bombardements.

Les réacteurs nucléaires
Fort heureusement la fission nucléaire peut être maîtrisée, contrôlée (sauf catastrophes!) dans des réacteurs nucléaires.
Plusieurs générations de réacteurs nucléaires ont vu le jour : la France possède actuellement 58 réacteurs de 2ème génération, des réacteurs EPR de 3ème génération fournissant une puissance électrique jusqu'à 1650 MW (1650 millions de watts!) sont en cours de construction par la France (un en Finlande, un en France à Flamanville). La France prévoit de construire deux autres en Chine, deux autres dans les Emirats Arabes Unis.

Les centrales nucléaires
Les réacteurs nucléaires sont installés dans des centrales nucléaires.
Le fonctionnement d'une centrale nucléaire est le même que celui des centrales thermiques classiques fonctionnant avec du charbon, du pétrole ou du gaz, à la différence que le combustible utilisé comme source de chaleur est de l'uranium par exemple. La chaleur libérée par un réacteur nucléaire permet de chauffer de l'eau afin d'obtenir de la vapeur d'eau, la pression de cette vapeur fait tourner à grande vitesse une turbine, laquelle entraîne un alternateur qui produit de l'électricité.

Pour les centrales construites près des fleuves, l'eau est directement puisée et rejetée sans aucune radioactivité dans le fleuve mais pour les centrales trop éloignées de sources d'eau abondantes, la vapeur d'eau est refroidie dans des tours de refroidissement pour revenir dans le circuit, une partie s'évapore dans l'atmosphère: ce sont ces panaches de fumée blanche qui sortent des centrales nucléaires.
                                                                                                                                                                                                                                                                                   





Pour ou contre le nucléaire?
Vaste question que je vais à peine effleurer.
Les inconvénients
-les déchets radioactifs dont la durée de vie se compte en milliers de siècles et pour le stockage desquels on n'a trouvé aucune solution durable,
-les risques de catastrophes (Tchernobyl, Fukushima).
Les avantages
-l'énergie électrique produite est considérable,
-aucune pollution de l'atmosphère (pas de CO₂).

Dans mon prochain article, j'expliquerai ce qu'est la fusion nucléaire.

                                 EXCELLENTE  ANNEE 2015 !!!

Les mouvements de notre planète

C'est le moine astronome polonais Copernic (1473-1543) qui, le premier, affirma que la Terre tournait sur elle-même et autour du Soleil. Pour avoir soutenu ces affirmations Bruno Giordano fut accusé d'hérésie par l'Inquisition et brûlé vif tandis que Galilée dut se parjurer. 
Mais nous n'en sommes plus là, fort heureusement, et je ne pense pas que je serai brûlé vif si je transmets mon savoir sur les mouvements de notre planète.

La Terre tourne sur elle-même
Le mouvement diurne est le mouvement apparent des étoiles autour de la Terre. En réalité c'est la Terre qui tourne d'un mouvement uniforme autour d'un axe passant par le pôle Nord et le pôle Sud, la rotation de la Terre se faisant dans le sens direct (de l'Ouest vers l'Est) dans l'hémisphère boréal, la durée de la rotation complète étant de 23h 56 min.

La Terre tourne autour du Soleil

C'est en 1609 que Képler énonça l'une de ses trois lois sur le mouvement des planètes et de la Terre en particulier : la Terre décrit une ellipse dont le Soleil est l'un des foyers.

La durée du parcours, à vitesse constante de 30 km/s environ, est de 365, 2564 jours.

L'axe de rotation de la Terre tourne comme l'axe d'une toupie
A cause de son aplatissement aux deux pôles, la Terre ressemble à une toupie dont l'axe de rotation décrit un cône entier en 26 000 ans. On démontre et on constate qu'en un an cette rotation si petite (de 360°/ 26 000) entraîne une avance de l'équinoxe de printemps de 20 minutes tous les ans: c'est la précession des équinoxes. L'intervalle de temps séparant deux équinoxes de printemps consécutifs est de 365, 2422 jours.

L'axe de rotation de la Terre subit des oscillations dues à la Lune
On sait que l'attraction gravitationnelle de la Lune crée les marées, mais ce que l'on sait moins c'est la nutation, balancement périodique de l'axe de rotation de la Terre dû à l'attraction de la Lune. L'amplitude des oscillations de cet axe peut atteindre 18 secondes d'angle.

La rotation de notre galaxie 

notre galaxie
la flèche rouge nous montre où se trouve le système solaire

Le système solaire (le Soleil et les planètes) appartient à une galaxie qui contient environ 200 milliards d'étoiles concentrées dans la voie lactée qui est visible dans le ciel sous certaines conditions.
C'est une galaxie spirale que vous voyez dans la photo ci-contre, le système solaire est sur l'un des bras spiraux.
Toute la galaxie tourne autour de son centre.
La vitesse du système solaire autour de ce centre  est de 220 km/s environ.


Mais le voyage de la Terre (donc de nous-mêmes, les Terriens) ne s'arrête pas là!

La fuite des galaxies
L'astronome américain Hubble (1889-1953) a montré que l'Univers est en expansion permanente,  les galaxies s'éloignant les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance.
De plus, cette expansion s'accélère (la vitesse augmente avec le temps).

L'attraction des galaxies 
Les galaxies les plus proches les unes des autres subissent une interaction gravitationnelle. Notre galaxie, par exemple, attirée par la galaxie d'Andromède, s'en rapproche peu à peu.

Remarques
Il existe d'autres mouvements de la Terre que je n'ai pas mentionnés, faisant appel à des mathématiques ou de la physique (variations de l'excentricité de l'ellipse décrite par notre planète autour du Soleil, rotation du grand axe de cette ellipse, etc,....).

Malgré les vitesses énormes (voir plus haut 30 km/s, 220 km/s), nous ne sentons absolument rien! Parce que les mouvements de la Terre sont uniformes c'est-à-dire à vitesses constantes, comme dans un TGV ou dans un avion... quand il n'y a pas de perturbations!

Ce fabuleux voyage de la Terre n'est-il pas plus beau que ceux de toutes les sondes, de Rosetta, de Philae et de Choury? La variété et la perfection de ces mouvements ne sont-elles pas divines?

                      En hommage à  Roland Maillard, ancien Inspecteur Général de l'Education Nationale.   
             

Le code informatique

Une initiation au code informatique est proposée aux élèves de l'école primaire en France dès la rentrée 2 014. "lire, écrire, compter et coder" tel est l'objectif recherché. Je vais, à mon tour, essayer de vous expliquer ce code le plus simplement possible.

Le bit
Le mot"bit" est la contraction de  "binary digit" (chiffre binaire). Le bit est la plus petite unité d'information pouvant prendre les valeurs 0 ou 1. Les microprocesseurs sont constitués de transistors engendrant ces valeurs:  0 se traduit par l'absence de tension ou de courant, 1 par le passage d'une tension ou d'un courant.

un microprocesseur ou puce électronique
sa taille réelle est environ 1,5 cm /1,5 cm

L'octet
Un octet est une suite de 8 bits, chacun d'eux prenant l'une des deux valeurs 0 ou 1.
Par exemple: 00100110,  11001111, 10011001, 10110000. Il existe 2 ⁸ = 256 octets différents, le premier étant 00000000 et le dernier 11111111.
Un disque dur stocke initialement des milliards d'octets: les portables, les tablettes, les PC et autres ordinateurs peuvent stocker des dizaines et des centaines de Go (un Go est un gigaoctet = 1 milliard d'octets). Les ordinateurs les plus puissants stockent jusqu'à 6 To (un To est un téraoctet = 1 milliard de Go).

Le codage 
Les caractères que l'on tape sur un clavier (lettres, chiffres, signes de ponctuation, espaces entre des mots, %, /, ....) sont codés par un logiciel d'abord dans le code binaire: à chaque caractère est associé un octet. Par exemple la table ASCII la plus employée associe:
à la lettre "a" l'octet  01100001,
à la lettre "A"l'octet  01000001,
au signe   (   l'octet  00101000.

Mais un message codé de cette façon serait beaucoup trop long puisque chaque octet associé à un caractère est formé de 8 bits 0 ou 1. Pour coder une phrase, il faudrait une énorme succession d'octets de 8 bits! C'est pourquoi le logiciel fait un deuxième codage: il convertit chaque octet en un nombre entier beaucoup plus simple du système décimal ou octal ou hexadécimal.

L'ère du numérique
On peut également coder des sons ou des images: les amplitudes des vibrations sonores ou les pixels constituant une image sont codés sous forme de nombres comme précédemment. Depuis la fin du XXème siècle nous sommes entrés dans une nouvelle ère: l'ère du numérique.

Et maintenant
Vous venez de lire cet article et de voir la photo d'un microprocesseur, article et photo ont été codés par mon ordinateur et envoyés dans votre ordinateur ou i phone ou tablette qui les ont décodés. J'espère que cela vous a intéressé.
Et maintenant vous allez faire, bien sûr, un commentaire qui sera codé puis décodé pour me parvenir sur mon blog ou à mon adresse électronique: mgourion@noos.fr
Merci d'avance!




                                                                                                                               

La datation au carbone 14

La datation au carbone 14 du linceul de Jésus-Christ, le Saint-Suaire, trouvé à Turin suscite bien des débats sur lesquels je ne reviendrai pas. Mais ma curiosité scientifique a été éveillée et j'ai cherché à comprendre ce qu'on appelle " la datation au carbone 14". Je vais essayer de vous l'expliquer le plus simplement possible.

Le carbone 14 

Le carbone 14 est radioactif: les noyaux des atomes de carbone 14 se désintègrent en émettant des radiations béta -

Datation au carbone 14
Une plante,un animal,un humain absorbent de leur vivant du carbone 14. Quand ils meurent, le carbone 14 stocké se désintègre. La proportion p d'atomes de carbone 14 restants est une fonction du temps écoulé t représentée par la courbe ci-dessous:

                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                           
Connaissant une valeur de p comment trouver la valeur de t associée? Pour éviter tout calcul qui ferait fuir certains lecteurs,nous procéderons graphiquement sur un exemple:

On suppose  p = 0,5, quelle est la valeur de t associée?

En partant de p= 0,5  sur l'axe vertical et en suivant les pointillés on arrive à t =5730 ans sur l'axe horizontal. C'est le temps mis pour que la moitié du carbone 14 existant dans la substance se désintègre, on appelle ce temps la demi-vie  ou  période de désintégration du carbone 14.

Datation d'un sarcophage
En mesurant le nombre de désintégrations d'atomes de carbone 14 d'un morceau de sarcophage en bois d'un pharaon, on a trouvé p =0,6. Quel est l'âge du sarcophage?

Procédons comme précédemment, en partant de p=0,6 au lieu de p=0,5 on aboutit à t=3800 ans. L'âge du sarcophage est 3800 ans.

Datation des peintures de la grotte de Lasceaux
En mesurant le nombre de désintégrations d'atomes de carbone 14 d'un objet de la grotte de la même époque que les peintures, on a trouvé p = 0,12. Quel est l'âge des peintures de la grotte de Lasceaux?

Procédons encore comme précédemment, en partant de p= 0,12 on aboutit à 17500 ans environ. C'est l'âge des peintures de la grotte de Lasceaux..

Les autres datations
La datation au carbone 14 est limitée à 50 000 ans. Pour des datations de plusieurs millions ou milliards d'années (datation des dinosaures ou âge de la Terre par exemple) on utilise la désintégration de l'Uranium 238 ou celle du Rubidium 87 dont les demi-vies (temps mis pour que la moitié de l'Uranium 238  ou du Rubidium 87 de la substance analysée se désintègre) sont de plusieurs milliards d'années.

On peut faire appel aussi à la géologie. La datation se fait à l'aide des couches de sédiments superposés, la couche la plus basse étant la plus ancienne.....