Fermi et la première pile atomique

On fête aujourd’hui, à 15h25 précises je vous prie, l’anniversaire de la pile atomique du physicien Enrico Fermi. Si le 2 décembre 1942 n’est pas la date de son invention, c’est celle de son premier fonctionnement victorieux.

pile_fermiLa Chicago pile 1

Une pile est un appareil qui transforme l’énergie chimique d’une réaction (chimique donc) en énergie électrique. Une pile atomique transforme, elle, l’énergie des atomes. Ça n’a pas l’air bien dangereux ? C’est aujourd’hui appelé un réacteur nucléaire, et c’est ce qui servit de base à la fabrication de la bombe atomique.

Fermi et compagnie ont expérimentés ce qui sera appelé la Chicago-pile 1 au cœur de cette ville, dans une salle de jeu de raquette abandonnée, sous les gradins d’un stade de foot de l’université. Cette pile fonctionne grâce à l’énergie dégagée par la fission d’atomes. Phénomène lors duquel le noyau d’un atome lourd, un gros noyau qui contient beaucoup de neutrons et de protons, se divise en plusieurs noyaux plus légers en émettant un (ou plusieurs) neutrons et une forte énergie. Energie, le mot magique ! Il s’agissait donc de provoquer cette réaction, en chaîne, et d’en récupérer l’énergie dégagée.

Enrico Fermi pensait avoir trouvé comment fissionner de l’uranium en chaîne. Ce qui dégage une forte chaleur. Pour éviter un échauffement trop important, il faut un « stoppeur de neutrons ». Dans le jargon on appel ça un modérateur. Fermi and co ont utilisé du graphite, un minéral de carbone. Leur pile était donc ainsi constituée : un  « coeur » où une réaction en chaîne de fission d’uranium avait lieu et un dispositif de modération. C’était une grande structure en bois qui supportait une pile de bloc de graphite et des briquettes d’oxyde d’uranium. D’une sorte de balcon, les chercheurs pilotaient la pile. Le système était automatisé, mais ils pouvaient stopper la réaction en faisant glisser dans le cœur des barres de graphite. Une grosse barre de sécurité avait été ajouté ; elle était encordée et suspendue au dessus du puits. En cas de défaillance du système, un physicien armé d’une hache pouvait intervenir. Ouf ! Ils pensent à tout ces scientifiques. Tout, sauf aux écrans de protection. Bon, on leur accorde tout de même quelques jours pour expérimenter en irradiant les riverains.

Stade-FermiLes gradins du stade de football américain, leur planque pour oeuvrer

 L’équipe ainsi préparée, démarre sereinement l’expérience dans la matinée. Georges Weil sorti la barre de contrôle du cœur de la pile, et Fermi calculait à tout allure. Ses calculs montraient que l’activité neutronique croissait, se stabilisait puis, automatiquement, les barres de graphite modéraient l’expérience. Tout se déroulait comme prévu, à merveille ! Car si les barres stoppaient la réaction avant même qu’elle aie vraiment pris de l’ampleur, c’est que nos chercheurs avaient établis, par prudence, un niveau d’alerte trop bas. Loin de s’emballer, Fermi réagit peu : « Allons déjeuner » dit-il. Et l’expérience repris quelques heures plus tard.

Georges Weil sorti de nouveau la barre de contrôle, la fission pouvait (re)commencer. Avec un seuil d’alerte augmenté, on laissa la réaction avancer d’elle-même un peu plus longtemps. Les physiciens suivaient attentivement des yeux la courbe que leur donnait le stylo encreur sur le tambour de papier… Se rongeant les ongles jusqu’au sang, ils découvrirent peu à peu une courbe horizontale, sans palier. Pendant 28 minutes, la réaction en chaîne a bien eu lieu ! Dégageant pas moins de…1/2 Watt. 24000 fois plus et ils auraient pu se faire griller un toast. Mais qu’importe, pour la première fois l’Homme avait libéré de l’énergie des atomes, et « allumer un soleil » diront certains journalistes de l’époque. De quoi éclairer les esprits du siècle à venir…

reacteur_ChicagoLa pile vue du balcon

Le moindre atome de poussière

« Comme je les connaissais, ces bibelots de la science minéralogique ! Que de fois, au lieu de muser avec les garçons de mon âge, je m’étais plu à épousseter ces graphites, ces anthracites, ces houilles, ces lignites ces tourbes ! Et les bitumes, les résines, les sels organiques qu’il fallait préserver du moindre atome de poussière ! Et ces métaux, depuis le fer jusqu’à l’or, dont la valeur relative disparaissait devant l’égalité absolue des spécimens scientifiques ! »voyage au centre de la terre

– Jules Verne, Voyage au centre de la terre, le livre de poche, 1864 éd. 1989.

I, Asimov

asimov cover - I, robotsAuteur de Science-Fiction le plus connu, vous connaissez tous, au moins une des histoires d’Isaac Asimov, peut-être sans même le savoir.

Plus qu’un simple style littéraire, la science fiction, presque par définition, crée un pont vers la science et le futur. C’est pourquoi il nous semble impossible de parler de science, de découvertes et même d’histoire des sciences sans aborder ce genre littéraire.

Mais avant tout une petite présentation du personnage s’impose.

Amazing Stories d’Isaac

Isaac Asimov est né dans les années 20 en Biélorussie mais n’y resta pas longtemps car émigra trois ans plus tard à New-York, d’où il ne bougea plus jusqu’à sa mort en 1992. Titulaire d’un doctorat de physique, il s’est rapidement tourné vers la lecture puis l’écriture d’ouvrages de science-fiction. Il écrit ainsi ses premières nouvelles dans la revue Amazing Stories à l’âge de 19ans. Au final, il publiera en tout des centaines d’ouvrages de Science-Fiction dont la plus célèbre est la trilogie Fondation. Il est également célèbre pour ses ouvrages sur les robots et les lois de la robotique.

Petite anecdote surprenante, en 1964 Asimov a fait des prédictions quant à la vie que nous aurions 50 ans plus tard, en 2014 ! Or, beaucoup se sont aujourd’hui totalement d’actualité ! En voici deux exemples :

  • « Les communications seront à la fois visuelles et auditives. Vous pourrez à la fois voir et entendre la personne à qui vous téléphonez. Les écrans serviront non seulement à communiquer, mais aussi à consulter des documents, lire des livres, regarder des photos ».
  • « Des repas entiers, semi-préparés, pourront être stockés au frigo et prêts à être consommés. Les équipements de cuisine pourront préparer des ‘repas automatiques’, chauffer l’eau et en faire du café ».

Réelles prédictions, coïncidences ou influence sur les scientifiques ? A vous de choisir !

La chimie par Asimov

Une grande partie de ouvrages d’Asimov concernent les robots. Pourtant, il a également écrit des nouvelles de SF accès sur la biologie et la chimie. C’est le cas de sa nouvelle « la Cane aux œufs d’Or » que l’on retrouve dans Le Livre d’or de la Science Fiction. Dans cette version de l’histoire qui se passe au Texas, une cane a été irradiée par des essais nucléaires. Cette irradiation a produit une mutation génétique chez le volatile, lui permettant d’être « imperméable » aux radiations mais surtout de transformer l’oxygène 18 en or 197 ! Rien que ça ! En fait non, il y a une étape intermédiaire : L’oxygène serait d’abord transformé en Fer 56 avant d’être métabolisé par le foie en or 197.

En voici un extrait

« — _Alors ? Le nombre des réactions possibles est très réduit. Je n’ai réussi à trouver qu’un seul système plausible, L’oxygène 18 converti en fer 56 dégagerait suffisamment d ‘énergie pour transformer le fer 56 en or 197. C’est un peu comme les montagnes russes, si vous voulez »

Asimov était certes initialement un scientifique, mais il était avant tout un écrivain… Ce qui fait parfois de drôles de mélanges ! Il inventa par exemple une substance chimique irréelle : la Thiotimoline. Il l’inventa dans sa nouvelle Propriétés endochroniques de la thiotimoline resublimée qu’il fit publier dans un journal scientifique. Elle aurait comme propriétés d’être soluble dans l’eau mais avec un temps de dissolution négatif… ! C’est à dire qu’elle se dissoudrait 1,12seconde avant de toucher l’eau !

Le plus étrange (et le plus drôle)  est probablement que ses examinateurs de thèse lui posèrent des questions – sérieuses – sur cette substance ! Ils souhaitèrent « discuter des propriétés de la thiotimoline ». Asimov s’affola à l’idée d’être pris pour un hurluberlu pas sérieux et ne pouvant être chercheur. En réalité, ces examinateurs souhaitaient lui montrer leurs soutien pour son travail de vulgarisateur.

D’ailleurs, il est également très célèbre pour ses nombreux ouvrages de vulgarisation scientifique dont :

Les comètes ont-elles tué les dinosaures ?
Science-fiction et faits de science
– La Pollution de l’espace

Il Issac Asimovécrit par la suite des nouvelles de SF avec cette même molécule L’application micropsychiatrique de la thiotimoline (1953), La thiotimoline et l’âge spatial (1969), Thiotimoline vers les étoiles (1972)

Un peu mégalomane sur les bords, Asimov n’hésite pas à s’auto-citer dans ces différents ouvrages. C’est ce qu’il fait dans la Cane aux œufs d’or où il mentionne sa publication sur la Thiotimoline.

Agent of Shield et les super pouvoirs de l’atome.

Série TV américaine de l’unives Marvel est diffusée de 2013. En GROS, c’est l’histoire d’une équipe d’agents secrets du SHIELD (Strategic Homeland Intervention, Enforcement and Logistics Division) et de supers héros.

Agents-of-Shield-Marvel-ABC

C’est officiel, je suis contaminée… Je ne peux même plus regarder tranquillement un épisode d’Agent of SHIELD sans penser au blog et à une idée d’article ! Et là, je ne pouvais pas ne pas en parler ! Ils ont tout bonnement inventé un nouvel élément du tableau périodique !

GRAVITORIUM

C’est le Gravitonium (fiche élément) Il a un numéro atomique de 123 et une masse de 308. Sachant qu’aujourd’hui le dernier élément découvert (en 2006) a le numéro 118 … nous ne sommes qu’à 5 éléments du Gravitorium !!

Mais quelles sont les propriétés de cet élément ? Comme son nom l’indique, il a un lien direct avec la gravité.

Il déforme la force de gravité à l’intérieur de l’atome, devenant ainsi une forme ondulée et amorphe, semblable à un liquide. Ensuite, lorsqu’on lui applique un courant électrique, cette masse aqueuse se solidifie en une sphère au champ gravitationnel intense et instable. Sauf que cette gravité autour de la masse est variable! C’est à dire qu’elle peut s’inverser, s’accentuer, changer la direction… C’est bien la toute la ‘beauté’ de l’élément… Et c’est ainsi qu’ils se retrouvent à faire léviter des camions dans la série!

Dr hall shieldDans cet épisode (saison 3, épisode 1), le Dr.Hall a ‘découvert’ de manière théorique cet élément. Et il a au passage élaboré une machine capable de stimuler cet élément afin de maitriser ses propriétés. Bien entendu, comme dans tous les Marvels, un méchant cupide et vaniteux veut s’emparer du dispositif pour conquérir le monde… Mais je m’arrête là ! Je ne voudrais pas vous spoiler 😉
Et vous, vous avez déjà découvert des éléments dans une série télé ?

Nous, on a créé notre tableau périodique des séries!

Tableau périodique des séries

Une cuillère d’aluminium, une pincée d’oxygène et une once de chrome…

Rubis, saphirs, émeraudes… des noms qui font rêver et autant de pierres précieuses portées, adorées et arborées fièrement depuis des millénaires.
Pourtant, savons-nous comment se forment ces joyaux, ce qui les constitue et définit leurs couleurs ?

Je vous le donne en mille : les atomes !
Et la variation d’un seul d’entre eux est à l’origine du joyau obtenu.

« Joyau » vient du pluriel de joyal, du latin tardif joyale et du latin classique jocus qui signifient joie. »

Seigneur des Gemmes

 

image de l'ird.fr

image de l’ird.fr

Rubis: Issue du latin ruber, rouge

Pour commencer, structurons un peu ces gemmes.

Au départ, il y a le groupe des corindons-hématites regroupant les minerais possédant la même structure cristalline. Tous composés à base d’atomes d’oxygène, ils peuvent s’associer à des atomes de Fer, aluminium, titane, chrome, manganèse, magnésium, sodium, antimoine ou zinc. (J’espère n’en avoir oublié aucun !)

Ceux qui nous intéressent ici sont les corindons (pour les curieux, de formule Al2O3). L’oxygène s’est donc associé à l’aluminium. Mais ce n’est pas tout ! En effet, les minerais en question possèdent également des traces d’autres éléments : le fer, le titane, le chrome, le manganèse, le nickel, le vanadium ou le silicium. Et ce sont ces traces qui font toute la différence !

Car les saphirs et les rubis sont tous deux des oxydes d’aluminium à quelques nuances près ; les pierres rouges sont des rubis et tous les autres sont des saphirs.
Pour devenir rubis, l’oxyde d’aluminium doit contenir une forte concentration de chrome.
En revanche, une faible concentration de chrome donnera une teinte rosée et appartiendra aux saphirs.

 

Saphir: de l’hébreu « sappir », qui signifie « belle chose »

 

Composition atomique Couleur de la pierre
Fer + Titane concentration élevée bleu
Fer + titane c faible orange
vanadium violet
Fer c faible Jaune verte
Chrome faible rose

 

Mais ne vous méprenez pas ! Si cela à l’air simple dit comme ça… c’est loin de l’être !
Car les rubis et saphirs se forment dans le marbre (la plupart du temps) sous une température et une pression très élevées.
C’est pourquoi les rubis sont beaucoup plus précieux que les saphirs et même que les diamants

Les rubis sont extraits dans des mines, en Afrique, en Asie, en Australie. Mais les prin­ci­paux gise­ments se trou­vent en Birmanie, où les extractions ont commencé au 15ème siècle, (90 % de la pro­duc­tion mon­diale), au Sri Lanka et en Thaïlande.

Vert Émeraude

Les émeraudes de leur côté sont des silicates d’aluminium appartenant à la famille des béryls de formule Be3Al2Si6O18 (beaucoup moins sympa d’un seul coup) et sont réputés pour leur couleur verte bien spécifique. Or, si vous avez un minimum suivi ce qui a été écrit précédemment, vous devez vous douter que leur couleur dépend des atomes présents ; en l’occurrence le chrome et le vanadium, et parfois un peu de fer !

Comme les rubis, les émeraudes sont rares car il faut des conditions physico-chimiques particulières pour qu’elles se forment. Ici, la difficulté provient du béryllium que l’on trouve principalement dans le magma de la croûte terrestre alors que les « colorants » ; chrome, vanadium, fer ; sont dans le manteau terrestre… leur proportion dans l’émeraude fera varier la nuance du vert (vert clair à bleuté)

 

La rareté et la valeur de nos précieux bijoux ne se joue donc qu’à quelques atomes près. Une « dernière » pierre précieuse manque à cet article, le diamant. Mais il y a tellement de choses à en dire… qu’il fera l’objet d’un prochain post !

 

Sources

ATOM : un super héros atomique !

Vous devez l’avoir compris maintenant : la science fiction et les super héros, ça nous plait bien …

Alors, quelle ne fut pas ma surprise en découvrant un super héros au doux nom d’Atom ?! C’est LE super héros emblématique du projet !

ATOM- Ray Palmer

Je vois déjà venir certains, me jetant l’opprobre car je ne connaissais pas ce cher Atom… Je l’avoue, mais pour ma défense, il n’est plus tout jeune (1961) ! Et je ne pense n’être certainement pas la seule à ne pas le connaître… Découvrons ensemble ce personnage étonnant…

Ray Palmer : super minuscule 

 Atom

Avant de devenir un super héros sauvant le monde, Atom s’appelait Ray Palmer, était un physicien et un professeur spécialisé dans « la compression de la matière » dans une université de nouvelle Angleterre. Et ce cher professeur espérait ainsi résoudre les problèmes de surpopulation et de famine grâce à ses pouvoirs. C’est pourquoi il inventa une ceinture capable de miniaturiser jusqu’à une taille subatomique ; c’est à dire plus petite que la taille de l’atome ! entre 62 pm et 596 pm… (pm =1, picomètre qui vaut 1.10-12 mètres c’est à dire que vous (homo sapiens d’environ 1 m70) mesurez 17.10^11 picomètres en moyenne ! )

Bon après, le fait qu’il soit tout petit pose quand même quelques problèmes techniques que les auteurs semblent allégrement zapper. Mais afin d’éviter de me faire lyncher par les fans de comics, je laisse le soin au professeur Moustache de vous expliquer ça !

Le pouvoir de l’atome !

 

Atom peut donc rétrécir… mais, tout en conservant sa force de taille humaine ! En fait, point particulier de ce super héros, il contrôle totalement les pouvoirs  et son action sur son corps !

RayPalmerJe vous donne quelques exemples de ses transformations spectaculaires :

– Il s’est rétrécit au point de pouvoir s’introduire dans le système sanguin de superman pour traiter une tumeur de kryptonite dans le corps de Superman. (Super intimiste comme relation quand même…)

– Il a également rétrécit cinq autres super héros avec lui.

– Son moyen de transport préféré est de passer par la ligne téléphonique

Ce qui prouve bien qu’avec l’atome, on peut tout faire !

Cette histoire me fait également penser au film « l’homme qui rétrécit » (de 1957) … Un prochain post à l’occasion!

La sérendipité, deuxième épisode!

La pierre philosophale est en nous !!

Elément numéro 15 du tableau périodique, correspondant au « poulet » dans la rengaine mnémotechnique, le phosphore a plein de choses à raconter et surtout, il entre parfaitement dans notre série sur la sérendipité !

Savez-vous où, quand et comment a été découvert le phosphore? Quelle question… bien sur que non ! Mais après avoir lu cet article, vous vous coucherez moins bête et surtout, aurez une histoire de science marrante à raconter !

Joseph Wright - Alchemist

« L’Alchimiste, la découverte du phosphore  » par Joseph Wright

De l’or, il me faut de l’or…

Pour planter le décor, nous nous trouvons en Allemagne au XVII° siècle, dans le laboratoire d’un souffleur de verre, Hennig Brand. A cette époque, l’Alchimie est toujours de mise même si la chimie prend de plus en plus de place. Or, Hennig pratique (ou du moins essaye) l’alchimie et – étant un peu fauché – souhaite transformer les métaux en or avec la pierre philosophale…

Il se met alors à examiner l’urine humaine dont la couleur jaune lui fait penser qu’il y a là un rapport avec l’or. Il semblait un peu mono maniaque le monsieur… Il fait quelques expériences dessus, dont celle de la mettre à chauffer dans un espace hermétique. Lorsque soudain, il obtient des vapeurs qui en se condensant, ressemblent à de la cire ! Et fait intéressant, celle-ci a la particularité de s’enflammer à faible température et de briller dans le noir ! D’où son nom fosforos qui veut dire « porteur de lumière »

Pendant une petite centaine d’années, le phosphore a été uniquement produit à partir d’urine avant que des chimistes le retrouvent également dans les os et qu’il puisse être produit à plus grande ampleur.

En même temps, ce cher Hennig cacha sa formule (pratique courante d’alchimiste apparemment). Il a donc fallu que les chimistes trouvent eux même la technique…

Cherchant de l’or dans le pipi notre alchimiste a découvert un nouvel élément chimique !

Si vous aussi vous souhaitez obtenir du phosphore à partir de votre urine, voici la recette de Hennig!

  • Prendre un seau (environ 20l) d’urine. Apparemment c’est faisable en 3jours..
  • Laisser macérer une quinzaine de jours au soleil… je vous laisse imaginer l’odeur…
  • Après avoir enlevé les vers, faîtes bouillir et laisser réduire
  • Ajouter les restes de charbon et de l’eau et refaire bouillir 15 minutes
  • Filtrer à travers un vêtement en laine
  • Récupérer la ‘liqueur’ et faire à nouveau bouillir jusqu’à l’obtention d’un sel
  • Laisser évaporer sur du sable chaud
  • Refaire chauffer doucement pendant 24h

C’est prêt!