Energy Observer est un catamaran devant naviguer durant six ans grâce au couplage des énergies renouvelables. Les principales sources d’énergie du catamaran sont le soleil et le vent. Le surplus d’énergie est stocké dans des batteries ou transformé en hydrogène pour alimenter la pile à combustible qui produira l’électricité nécessaire aux navigants.
Une interview du chef de projet présente les différentes étapes nécessaires à cette aventure. Puis on présente les diverses technologies qui seront utilisées dans ce projet.
Niveau : Ce numéro entre parfaitement dans les programmes d’enseignement du cycle 4 du collège. Les présentations sont claires et facilement compréhensibles pour des collégiens. De plus, le problème des énergies renouvelables est un sujet d’actualité brûlante !
Selon la théorie d’Einstein, la matière « noire » représenterait 85% de toute la matière de l’Univers. Et pourtant, personne ne l’a encore détectée ! On sait seulement que lorsque deux particules de matière noire s’annihilent, elles émettent des rayons gamma de très haute énergie, ce qui permettrait peut-être de les détecter…
Trois vidéos relativement complexes accompagnent ce texte un peu ardu pour des collégiens.
Objectif : Si ces trois vidéos sont manifestement hors du champ de connaissances des collégiens, les deux infographies qui suivent sur l’histoire de l’Univers, ainsi que celle expliquant pourquoi il est nécessaire d’imaginer la notion de matière noire, sont particulièrement intéressantes et passionnantes et abordables pour des collégiens.
Ce numéro est consacré à l’utilisation de l’évolution du taux de carbone 14 pour « remonter » le temps, c’est-à-dire pour dater des vestiges retrouvés dans la grotte Chauvet ou dans l’Egypte ancienne. Cette méthode n’est cependant valable que pour des objets datant de moins de 50 000 ans, ce qui représente environ 10 fois la période de décroissance radioactive du carbone 14.
Une vidéo permet de voir la manière dont on utilise un spectromètre de masse pour automatiser le procédé de datation. D’autres datations concernent le climat, l’environnement et la biodiversité.
Deux autres vidéos concernent la grotte Chauvet et ses peintures rupestres d’une part, et la description complète du processus de datation du carbone 14 d’autre part.
Niveau : Ce numéro présente une étude pluridisciplinaire sur la manière dont on peut dater avec précision des échantillons contenant du carbone, grâce à l’analyse de la teneur en carbone 14 du dit échantillon. A conseiller aux élèves de fin de cycle 4 (4e, 3e).
Ce numéro est consacré à la conservation-restauration des objets du patrimoine culturel. On utilise pour cela des rayonnements ionisants, la radiographie (rayons X et gamma), la photographie en lumière visible, sous ultraviolets et sous infrarouges, la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), un accélérateur de particules.
Ce dernier a servi à prospecter au large du port égyptien d’Alexandrie pour en extraire les trésors engloutis, à sonder les pyramides égyptiennes (voir les trois vidéos de chercheurs dans leurs missions de sauvegarde et de restauration d’objets d’art).
Niveau : Ce numéro concerne plutôt des connaissances en physique. Cependant, l’intérêt général de son contenu nous conduit à le conseiller aux élèves de fin de cycle 4 (4e, 3e).
« Des calculs à pleine puissance ou Comment la simulation numérique permet de prévoir le comportement des objets lors de changements dans leur environnement ». On utilise l’ordinateur, tout d’abord pour représenter le phénomène selon les lois de la physique, ensuite pour transcrire ce phénomène en équations mathématiques, pour faire une résolution numérique traduite en langage informatique, et enfin pour comparer avec l’expérience ou l’observation.
Pour gérer ces grandes masses de données, on utilise des supercalculateurs qui peuvent effectuer jusqu’à 1012, voire 1015 opérations par seconde (Floating Point Operations Per Second = Flops). Leur puissance est considérable, plusieurs petaflops pour une consommation électrique voisine de 5MW (5.106 W), et leur consommation en eau de refroidissement extrêmement importante.
Les utilisations de ces supercalculateurs sont nombreuses et variées, aussi bien dans l’industrie que dans la recherche (astrophysique, mathématiques), ou les applications militaires.
Niveau : Ce numéro se lit avec passion, même si son contenu est assez éloigné des domaines de la chimie. Nous le conseillons aux élèves du cycle 4 pour leur permettre d’acquérir des connaissances dans ce domaine particulier des supercalculateurs.
« Ça roule avec les algues ou Comment les algues peuvent fournir des biocarburants ». Après un rappel sur le mécanisme de la photosynthèse, on indique que les micro-algues constituent un immense réservoir de biodiversité (voir expédition « Tara ») et que leur culture à grande échelle pourrait aboutir à une production propre et durable de biocarburants.
Différentes molécules peuvent donner naissance à ces biocarburants. Pour les micro-algues dont la vitesse de croissance est inouïe (triplement de leur masse chaque jour), on s’intéresse plus particulièrement à leur contenu riche en lipides, i.e. en acides gras dont la transformation conduit à la fabrication du carburant dit « biodiesel ».
Deux jeunes chercheurs dans ce domaine expliquent leurs travaux et les applications à venir de la culture intensive de ces micro-algues.
Niveau : Ce numéro passionnant se lit avec facilité. Il peut être conseillé à l’ensemble des collégiens (de la classe de 6e à celle de 3e).
Si les nanosciences constituent l’ensemble des méthodes visant à étudier les lois et propriétés particulières des objets nanométriques, les nanotechnologies regroupent les instruments de caractérisation, de fabrication et d’application de ces objets.
On prend comme exemple le cas du carbone pouvant se présenter sous la forme de nanotubes, excellents conducteurs électriques, 100 fois plus résistants et 6 fois plus légers que l’acier, et permettant ainsi par exemple leur utilisation comme nano-électrode pour les écrans plats, les ordinateurs.
La toxicité des nanomatériaux peut poser problème. Elle est étudiée à la plateforme multidisciplinaire de Grenoble.
Enfin, 3 jeunes chercheurs expliquent les travaux qu’ils mènent dans leurs laboratoires respectifs.
Le document se termine par un résumé descriptif de la plupart des applications des nanotechnologies (santé, énergie, transports, communication, environnement, défense).
Objectif : Le nanomonde ou la découverte du monde à très petite échelle (1 nanomètre = 10-9 m, soit 50 000 fois plus petit que l’épaisseur d’un cheveu, ou seulement 10 fois plus grand qu’un atome).
Niveau : Ce numéro se lit avec une relative facilité. On peut donc le conseiller dès le début du cycle 4 (classe de 5e).
Ce numéro est entièrement consacré à l’imagerie médicale. On décrit comment fonctionne un appareillage d’IRM, en prenant pour exemple l’IRM du cerveau et tous les résultats obtenus durant ces dernières années (évolution de la forme du cerveau durant l’enfance, mise en évidence des « autoroutes de l’information », la détection des régions spécialisées dans la motricité, la lecture, l’apprentissage des langues, etc.).
Une version PDF et une version multimédia interactive pour tablette ou ordinateur (e-book et application) sont disponibles.
Objectif : Utilisation de l’imagerie médicale pour comprendre le fonctionnement du cerveau.
Niveau : Ce numéro est extrêmement intéressant, mais sa relative complexité nous amène à le proposer en fin de cycle 4 (4e, 3e).
Après une définition et une approche historique l’auteur précise les caractéristiques des différents constituants d’un mortier. Quelques exemples concrets sont choisis parmi des applications dans la construction de maison et permettent de se rendre compte de l’importance économique des mortiers.
Source : L’Actualité chimique n° 410 (septembre 2016) pp. 63-64
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Faites-vous du bien avec les chocolats de Noël !
Rubrique(s) : Éditorial
La consommation du chocolat va s’accélérer en cette période des fêtes, mais connaissez-vous bien l’objet de cette douceur envahissante ? En début de chaîne de fabrication sont les cabasses cueillies sur le cacaoyer qui contiennent 20 à 50 fèves blanches. Celles-ci sont nettoyées puis laissées à fermenter à l’abri de la lumière durant 4 à 5 jours pour faire disparaître la pulpe qui les recouvre. Après séchage au soleil ou sous air chaud, on trie les fèves les plus dodues pour ensuite les griller à 120 °C /140 °C elles obtiennent alors leur coloration marron. Le concassage qui suit permet d’obtenir la pâte de cacao et la poudre de cacao. Le chocolat par lui-même est fabriqué par mélange de la pâte de cacao avec du sucre, du beurre, et du lait après agitation mécanique à 80 °C puis coulage en moule et refroidissement, la cristallisation intervient au-dessous de 36 °C.
Il y a plusieurs sortes de chocolat (1) :
- le chocolat noir à plus de 50% de cacao, avec du sucre, du beurre de cacao, de la vanille et de la lécithine de soja ;
- le chocolat au lait, qui contient moins de cacao et les mêmes ingrédients auxquels on ajoute le lait ;
- le chocolat blanc qui ne contient que du beurre de cacao ainsi que le sucre, le lait, la vanille et la lécithine de soja.
Le cacao et donc le chocolat contiennent des polyphénols, surtout des flavanoïdes et des anthocyanes qui ont la propriété de piéger les radicaux libres toxiques pour l’organisme (2).
C’est par ailleurs un aliment gras par ses triglycérides qui contiennent principalement l’acide oléique, un acide gras insaturé (Omega 9), et l’acide stéarique, qui une fois dans l’intestin se « désature » en acide oléique, excellent pour éliminer le cholestérol et combattre les maladies cardio-vasculaires. Est-ce que ces acides gras sont mauvais pour la ligne ? À côté des triglycérides, le chocolat contient des méthylxanthines comme la thréobromine et la caféine qui sont des molécules lipolytiques c’est-à-dire qu’elles dégradent les graisses de l’organisme - ce sont les mêmes que l’on trouve dans les crèmes amincissantes (3).
Le chocolat a d’autres vertus, il apporte des oligoéléments comme le magnésium, le phosphore et le potassium, mais aussi des molécules euphorisantes et stimulantes, les endorphines comme le phenyléthylamine et la sérotonine (4) qui « font plaisir » à l’organisme. N’a-t-il donc que des qualités ce produit exotique (5) venu des Mayas et des Aztèques par les conquistadors espagnols et popularisé en France à la cour de Versailles par le roi Louis XIV et la reine Marie-Thérèse d’Autriche ? Non, il contient du sucre qui augmente la glycémie, d’où une attention particulière à lui porter pour les diabétiques. De même, pour nos amis les animaux la théobromine du chocolat est toxique : pour les chiens, car, non éliminée dans le sang, elle peut provoquer des convulsions et des hémorragies internes, et aussi pour le chat, mais lui, n’aime pas le sucré (6).
En cette fin de 2017 nous ne risquons pas une pénurie car la cotation en décembre du cacao est de 1850 $ la tonne alors qu’en certains novembres de 2011, 2014 et 2015 elle avait dépassé 3000 $ la tonne. En cause l’extrême volatilité du cours du cacao qui dépend fortement de la situation géopolitique de l’Afrique de l’Ouest qui fournit presque 60% de la production mondiale avec la Côte d’Ivoire et le Ghana. La consommation mondiale de chocolat atteint de l’ordre de 3 Mt, en France 392 000 t (7) mais les plus gros consommateurs en Europe sont les Suisses suivis des Autrichiens et des Belges.
Faites cependant un peu attention durant la « trêve des confiseurs ». N’oubliez pas l’enseignement de Paracelse « Rien n’est poison, tout est poison ; seule la dose fait le poison » et sur les marchés de Noël préférez le verre de chocolat chaud au vin chaud mais avec modération (8).
Jean-Claude Bernier
décembre 2017
Quelques ressources pour en savoir plus :
(1) Expériences autour du chocolat
(2) Le chocolat est-il bon pour la santé ?
(3) Les emplois thérapeutiques du chocolat
(4) Sport et cerveau (Collection Chimie et… junior)
(5) Le chocolat (Produit du jour SCF)
(6) Le goût : de la molécule à la saveur
(7) Chimie et la chocolaterie
(8) La chimie des sens ? Il y a tant de découvertes à faire !