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La science et les technologies russes au jour le jour

La science et les technologies russes au jour le jour
20:27 21/01/2011

Un satellite russe pour étudier la microstructure du Soleil

La Russie mettra en orbite dans les prochaines années un petit satellite scientifique performant destiné à étudier le Soleil, et notamment sa microstructure, rapporte le site rian.ru.

Le Bureau du Conseil de l'Académie des sciences de Russie chargé de l'espace a entériné le projet de création d'un petit satellite destiné à étudier les microstructures à la surface du Soleil, ainsi que les processus à la limite inférieure de sa couronne. Cet appareil doit être lancé d'ici 2015, a indiqué Sergueï Bogatchev, du Laboratoire d'astronomie X du Soleil de l'Institut de physique Lebedev (FIAN).

Le Bureau du Conseil, a précisé Sergueï Bogatchev, s'est réuni pour examiner la situation concernant le programme des petits satellites scientifiques pouvant emporter un seul groupe d'appareils, d'un poids maximal de 100 kilos. Le premier de ces satellites, Zond-PP, destiné à dresser des cartes de la salinité et de l'humidité, sera lancé cette année, et les autres progressivement, dans les cinq prochaines années."

"Lors de cette réunion du Bureau, il nous a été demandé d'élaborer l'appareillage scientifique pour le cinquième satellite, lequel doit être lancé d'ici 2015, a poursuivi Sergueï Bogatchev." Les chercheurs, a-t-il indiqué, ont l'intention d'installer sur ce satellite de nouveaux télescopes spatiaux, conçus dans les années 2008-2010. Ils pourront observer la couronne du Soleil avec une résolution angulaire record, de l'ordre d'une centaine de kilomètres, autrement dit de 11 fois supérieure à celle qu'avait l'observatoire solaire Koronas-Photon (*), dont les télescopes avaient eux aussi été réalisés par le FIAN. Une telle résolution est indispensable pour voir (ce serait une première) la fine structure du Soleil, observer les processus qui chauffent la couronne et fournissent de la matière pour le vent solaire, a noté le chercheur.

"Notre appareillage comprendra deux télescopes, précise Sergueï Bogatchev. L'un réalisé par le FIAN, et l'autre en coopération avec des spécialistes de Harvard et du Centre des vols spatiaux Marshall de la NASA. Ce sont eux qui ont fait les télescopes pour l'observatoire solaire SDO de la NASA. Les spécialistes américains sont très impliqués dans notre projet : au cours des deux dernières années, ils sont venus à deux reprises à Moscou pour en discuter."

Pendant longtemps, explique le chercheur russe, la physique du Soleil n'a été étudiée que du point de vue de processus globaux tels que les éruptions solaires. "Mais ces dernières années, les scientifiques sont parvenus à la conclusion qu'un rôle fondamental dans la physique du Soleil est joué par la microactivité au sein de très petites structures qui occupent tout le disque du Soleil, le recouvrant, tel un tapis."

Même durant les périodes de très faible activité du Soleil, comme en 2009, relève Sergueï Bogatchev, quand l'activité visible est totalement absente, la couronne du Soleil ne refroidit pas et ne perd pas de matière. "C'est véritablement le signe qu'interviennent des microprocessus cachés, que pour l'instant nous n'observons pas."

L'un des plus grands centres d'intérêt de ce projet, ajoute le chercheur, sera la couche constituant la frontière entre la couronne du Soleil et sa surface. "L'épaisseur de cette couche, explique-t-il, n'est que de 10.000 km. Sa température est de 6.000 degrés à sa limite inférieure, et d'un million de degrés à sa limite supérieure. C'est bien là le signe que la couronne se réchauffe ici, précisément, mais comment, cela demeure un mystère."

(*) Le FIAN avait déjà élaboré l'appareillage scientifique de l'observatoire solaire russe Koronas-Photon, mis en orbite le 30 janvier 2009. Il s'agissait du premier satellite scientifique russe de la décennie. Les deux précédents appareils de cette série, les Koronas-I et Koronas-F, avaient été réalisés en utilisant des plateformes conçues par des spécialistes ukrainiens. Mais dès l'automne 2009, des dysfonctionnements apparaissaient sur la sonde Koronas-Photon, et le 30 novembre 2009 cette dernière a cessé de transmettre des informations scientifiques.

 
Un nouveau moyen d'obtenir des nanostructures

Des chercheurs russes ont élaboré un nouveau procédé d'obtention de nanostructures, par évaporation, rapporte le site inauka.ru.

Il existe un grand nombre de moyens pour obtenir des nanostructures. On peut pulvériser la matière au moyen d'un laser, obtenir un dépôt à partir d'une fusion, irradier la matière au moyen d'une lampe à décharge gazeuse ou même racler les parois d'un réacteur thermonucléaire. Mais l'on peut aussi, tout simplement, dissoudre des nanoparticules dans de l'eau et "attendre que ça sèche".

Des chercheurs du Centre de photochimie de l'Académie des sciences de Russie et de la compagnie SIAMS (initiales russes pour Systèmes d'analyse d'images et de simulation de structures) ont créé un modèle mathématique qui permet de prédire quelle influence exerce véritablement sur la structure en formation la modification des propriétés du support, de la concentration des particules, de la température du milieu et autres paramètres. Cela signifie donc que ce procédé simple permet désormais d'obtenir des structures ordonnées ayant des propriétés préalablement fixées.

Les travaux réalisés avec le soutien de plusieurs organisations fédérales présentent un intérêt tant pour la recherche fondamentale que pour la science appliquée (*). Premièrement, ces travaux développent la théorie de l'ordonnancement dans un système dissipé, un des domaines de prédilection de la synergétique. Les processus d'auto-assemblage de structures organisées au sein de systèmes déséquilibrés ouverts garantissent, par exemple, l'existence d'une vie organique. C'est pourquoi leur simulation mathématique revêt un très grand intérêt. En second lieu, le programme permet d'établir des projets de microstructures et de matériaux ayant une morphologie déterminée. Les ensembles de particules obtenus peuvent être aussi bien bi- que tridimensionnels et différer de par la densité de la répartition des particules sur le support, le type d'emballage et d'autres paramètres.

Piotr Lebediov-Stepanov et ses collègues ont étudié les paramètres du système qui influent sur le résultat final - propriétés de la surface, taille et masse des particules, viscosité plus ou moins importante du solvant, etc. Toutes ces caractéristiques ont été introduites dans un modèle informatique décrivant le processus d'évaporation des liquides et la dynamique du déplacement des nanoparticules à l'intérieur d'une goutte. Le programme obtenu décrit le processus d'évaporation de la goutte en prenant en compte des paramètres aussi variés que le mouvement brownien ou la force d'absorption. Il permet de prévoir avec une grande précision les caractéristiques de la structure qui se forme après l'évaporation.

Pour la vérification expérimentale de leur modèle, les chercheurs ont utilisé des gouttes d'eau comportant des particules de polystyrène de 540 nm. Ces particules occupaient de 0,5 à 1 % du volume d'une goutte de 280 picolitres (un picolitre étant égal à un millionième de millionième de litre).

Les nanostructures se créent pour l'essentiel à la périphérie de la goutte asséchée. L'évaporation de l'eau sur les côtés provoque en effet des flux hydrodynamiques centrifuges de liquide, lesquels attirent les particules contenues dans l'eau. Si bien qu'il se forme une structure circulaire, dont les paramètres peuvent être modifiés de manière prévisible en apportant diverses corrections dans les paramètres initiaux du système. Les auteurs de ces travaux ont démontré que le modèle informatique qu'ils proposent est parfaitement reproductible dans des conditions expérimentales et qu'il pourrait donc être largement introduit dans la recherche scientifique appliquée, précise le site informnauka.ru.

(*) Ces travaux doivent être publiés dans la revue "Nanotechnologies russes".
 
Des microorganismes pour neutraliser les déchets

Une technologie de neutralisation, au moyen de microorganismes, des déchets industriels et pollutions dues à l'homme a été mise au point à Tomsk, rapporte le site rian.ru.

Des spécialistes de l'Institut de recherche de biologie et de biophysique de l'Université d'Etat de Tomsk (TGOu) ont élaboré une technologie permettant de nettoyer les déchets industriels et les pollutions technogènes à l'aide de microorganismes neutralisateurs.

La plupart des entreprises recourent aujourd'hui, pour neutraliser leurs déchets industriels, à un traitement thermique, ce qui conduit au rejet dans l'atmosphère de substances toxiques. Si l'on enfouit dans le sol, sur des polygones spéciaux, des déchets toxiques, le milieu environnant est également pollué. Les travaux menés par des chercheurs du laboratoire de biocinétique et de biotechnologies du TGOu, travaux qui reposent sur l'utilisation de ces microorganismes neutralisateurs, permettent de transformer efficacement, sans conséquences écologiques négatives, les déchets d'entreprises industrielles, et d'éliminer également les pollutions technogènes occasionnées, notamment, par les déversements de pétrole, et de rétablir les écosystèmes ayant souffert.

"Il s'agit d'une méthode universelle, qui consiste à transformer la saleté en substances utiles. On peut faire ce que l'on veut. Par exemple, si l'on a un mélange de phénol et de formaldéhyde, on peut le détruire à l'aide de microorganismes, et nous obtiendrons alors un "bouillon" universel contenant des acides aminés et des substances utiles, pouvant être utilisé comme aliment pour le bétail ou même pour l'homme, explique Vladimir Kalioujine, collaborateur senior du laboratoire." "Nous recherchons des substances analogues à celles sur lesquelles nous allons travailler. Par exemple, le bois est fait de cellulose et de lignine, or la lignine est un produit analogue au phénol. Les microbes qui détruisent le bois mangeront également le phénol." Ces microorganismes neutralisateurs, résume le chercheur, les scientifiques "les prennent dans le milieu environnant, testent leur caractère pathogène, puis les utilisent".

Selon ce scientifique, plus d'une vingtaine de tests industriels expérimentaux de technologies ont été conduits. Ils ont permis de restaurer plus de 330 hectares de territoires pollués. "Nous avons mené avec succès des travaux dans différentes conditions climatiques, que ce soit dans la République des Komi, dans les régions de Tioumen et de Tomsk ou même au Kazakhstan, a-t-il indiqué."

Afin de commercialiser cette découverte, le TGOu a créé une petite entreprise d'innovation, la société Bio-Retox, qui offrira ses services pour le nettoyage des territoires pollués, ainsi que pour la neutralisation et la transformation des déchets toxiques organiques. Les services de cette compagnie s'adresseront aux entreprises travaillant dans la production et la transformation du pétrole, les industries chimique et pharmaceutique, l'agriculture, ainsi que la transformation du bois et des métaux.
 
Lac Vostok : plus qu'une soixantaine de mètres

Les scientifiques qui tentent depuis des années d'atteindre le lac subglaciaire Vostok, dans l'Antarctique, vont peut-être y arriver dans les prochaines semaines. Le forage de la glace a repris, et à la mi-janvier, il ne leur restait plus qu'une grosse soixantaine de mètres avant de toucher au but, rapportent les sites rian.ru et strf.ru.

Les scientifiques membres de l'Expédition antarctique russe (EAR) engagés dans le forage de la couche glaciaire recouvrant le lac Vostok pensent toucher au but d'ici la fin de la saison. Du 5 au 12 janvier, leur installation de forage 5G-2 a effectué 29 missions de forage et remonté à la surface 24,5 m de carotte glaciaire. Chaque mission dure environ 7 heures. La progression quotidienne moyenne du forage (lorsqu'il n'y a pas de problèmes) est de 3,5 m. Au 12 janvier au matin, la 5G-2 avait atteint la profondeur de 3.685 m, a précisé Valeri Loukine, directeur adjoint de l'Institut de recherche arctique et antarctique et responsable de l'EAR. Les scientifiques pensent rencontrer l'eau à une profondeur de 3.750 m (+/- 25 m).

"Depuis la reprise du forage, en 10 jours, nous avons progressé de 35 m dans la glace, a précisé Valeri Loukine. Il est toutefois difficile, selon lui, de dire avec précision quelle distance demeure à forer pour atteindre la surface du lac. Les données concernant le niveau de la couche superficielle des eaux ont été obtenues par des méthodes de détection à distance et une marge d'erreur d'une vingtaine de mètres, dans un sens ou dans un autre, demeure possible, insiste-t-il. Les travaux avancent aussi rapidement que possible. Trois équipes se relaient 24 heures sur 24.

La principale difficulté à laquelle se heurtent à chaque fois les foreurs est d'arracher au glacier la carotte de glace se trouvant dans l'instrument de forage. En effet, à cette profondeur, la glace est composée de très gros monocristaux pouvant faire un mètre et plus, qui n'ont pas d'axes d'orientation caractéristiques. Il est difficile, dans ces conditions, d'arracher un morceau à ces monocristaux, et bien souvent l'instrument de forage remonte sans carotte de glace.

Il est impossible de faire des pronostics et d'affirmer que la profondeur visée sera atteinte au début février, souligne Valeri Loukine. Tout peut arriver pendant un forage. Il s'agit "d'un type de travaux tout à fait nouveau dans la pratique mondiale, et personne ne possède d'expérience de forage de glaciers d'une telle épaisseur", souligne-t-il.

Les scientifiques de l'Institut de recherche arctique et antarctique qui procèdent à ce forage sans précédent ont pris des mesures pour diminuer les conséquences écologiques de la pénétration dans le lac Vostok. Les tests de la technologie de forage russe recourant au noyage dans un liquide spécial, effectués dans les glaciers de l'Antarctique et au Groenland, ont montré que la pollution ne touche que 10 cm de la couche supérieure de la carotte de glace. Les couches inférieures de la carotte ne sont absolument pas touchées. Par ailleurs, la structure de la glace à ces profondeurs est telle que celle-ci ne comporte pas les capillaires que l'on trouve habituellement dans n'importe quel type de glace. Dans la couche située à 3.623-3668 m, la glace est monolithique, et le liquide injecté dans le puits ne peut la traverser et pénétrer dans le lac. La couche de liquide kérosène-fréon injectée dans le puits sert de protection biologique contre le transport d'un matériau biologique depuis la surface du puits par les instruments de forage et le câble. Quant aux espèces de bactéries présentes dans ce liquide, elles sont différentes de celles se trouvant dans la glace environnante, et les chercheurs ne peuvent se tromper.

Rappelons que les travaux de forage au-dessus lac Vostok, longtemps interrompus pour différentes raisons techniques, économiques ou écologiques, avaient repris en 2005, après que la Russie (en l'occurrence, l'Institut minier de Saint-Pétersbourg) eut obtenu l'aval, en 2003, de la 26ème Réunion consultative du Traité sur l'Antarctique (ATCM), qui avait accepté les propositions russes de forage. (D'autres précisions concernant les garanties écologiques du forage ont été fournies lors de la 32ème ATCM, qui s'est tenue en mai 2010 en Uruguay.)

Le forage a été interrompu une nouvelle fois en octobre 2007, à la profondeur de 3.668 m, à la suite d'un accident matériel (rupture de l'appareil de forage). Les scientifiques avaient alors décidé de faire bifurquer le puits de forage un peu plus haut, en construisant une bretelle à partir de la cote de 3.590 m. A la fin janvier 2010, le nouveau puits avait atteint la profondeur de 3.650 m. Ce forage est naturellement le plus profond au monde entrepris dans une couche de glace. La nouvelle campagne de forage (la dernière ?) a commencé à la mi-décembre 2010.

 

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