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ours bonbon Parfois on mange des choses normales sans savoir ce que c’est d’un point de vu chimique. Je ne parle pas des conservateurs ou colorants, mais de produits ordinaires qui ont aussi des usages extraordinaires. Voici une petite liste.

Certains états des USA ont encore la peine de mort par injection. L’un des produits administrés est le chlorure de potassium qui provoque (à haute dose) un arrêt cardiaque. Ce produit est le même produit que le sel de régime, utilisé comme substitut du sel de table normal, car moins dangereux.

En Hollande, et dans certains pays du nord (Allemagne, Danemark…) on trouve des bonbons au « salmiak », au goût un peu salé, spécial, mais bon quand même.
Le produit qui donne ce goût est du chlorure d’ammonium. Oui, le même truc qu’on retrouve dans les colles, les peintures et qui est précurseur pour faire des explosifs. Sympathique non ?

On dit que le café contient de la caféine, et le thé de la théine. Pourtant, ces deux molécules sont les mêmes : la théine et la caféine sont la même chose (idem pour la guaranine dans le guarana : ces trois termes sont un seul et même produit).
Les plantes qui produisent ces molécules le font d’ailleurs pour se protéger des insectes prédateurs : la caféine est un puissant insecticide. Il en va de même pour la vanilline, la théobromine (molécule du chocolat) et la nicotine et plein d’autres substances.

Vous connaissez les bombes de crème chantilly ? Il y a un gaz propulseur dedans. C’est du protoxyde d’azote : du gaz hilarant (également un gaz à effet de serre très polluant).

Les oignons piquent les yeux, n’est-ce pas ? C’est à cause d’une substance libérée lorsque les cellules de l’oignon sont coupées. Cette substance réagit plusieurs fois avant d’atterrir dans l’œil où il se transforme une dernière fois pour devenir de l’acide sulfonique, isomère de l’acide sulfureux. Toujours surpris que ça pique ?

Les flans, puddings et yaourts contiennent des gélifiants ou épaississants. Vous savez ce que sont ces produits ? Des extraits d’algues.

Les fruits c’est bon pour la santé qu’ils disent ! Ouais, sauf les pépins : ceux des pommes, pêches, prunes ou cerises contiennent du cyanure. Les amandes et les pousses de bambou en contiennent aussi en quantité relativement importante.

Parlant de fruits, la banane contient pas mal de potassium. Une part est du potassium 40 (40K), qui est radioactif. À tel point qu’une unité a été créée : la dose équivalente en bananes. Sympa, pour briller en soirée. Littéralement.

Voilà, c’est tout pour aujourd’hui, et bon appétit !

image de Werner Kunz

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On connait les trous noirs comme des objets célestes duquel rien ne s’échappe, pas même la lumière. Ce qu’on sait moins c’est pourquoi la lumière ne peut pas s’en échapper, ni pourquoi les trou noirs existent.



Avant de commencer à expliquer pourquoi rien ne peut s’échapper d’un trou noir, il faut savoir que dans l’univers tous les corps massifs s’attirent grâce à l’attraction gravitationnelle.

Ensuite ça commence à devenir compliqué : un objet très massif comme une étoile ou un trou noir déforme l’espace-temps aux alentours. Une ligne droite y serait alors tordue. Pas qu’elle ne serait plus droite, mais c’est la définition de l’espace et de la rectitude qui serait alors redéfinie, comme les déformations que l’on voir quand on regarde à travers une bouteille d’eau..

Ces déformations de l’espace sont d’autant plus importantes que l’astre est massif. Pour les trou noirs, la déformation est telle que les lignes de l’espace-temps sont aspirées dans le trou noir, comme un siphon. Toute ligne droite passant par un trou noir pointe donc vers son centre sans ressortir de l’autre côté.

black-hole Ici, la déformation des lignes de l’espace-temps ↑ (image)


La lumière, elle, suit les lignes droites de l’espace. Les déformations font donc que la lumière se propage jusqu’à dans le trou noir, sans en ressortir (vu que les lignes droites de l’espace sont déformées par la présence du trou noir).
Bien, maintenant on sait comment la lumière est déviée par un astre massif, et on comprend donc comment les trou noirs dévient la lumière, jusqu’à l’aspirer.

Mais pourquoi la matière et la lumière ne peut-elle plus s’en échapper ?

Pour répondre à ça il faut voir la notion de vitesse de libération

Lorsque l’on lance une balle en l’air, l’attraction de la Terre la fera retomber. Si on la lance plus fort, elle ira plus haut et retombera plus tard. Maintenant si on la lance vraiment très vite, elle ira infiniment haut et l’attraction terrestre ne suffira pas à la faire retomber : elle ira dans l’espace et sera libérée de l’attraction terrestre.

La vitesse à partir de laquelle l’objet ne retombe plus est nommé vitesse de libération. Sur Terre, elle est de 11,2 km/s (soit 40 000 km/h). Ces vitesse sont facilement atteints par les satellites ou les fusées.

La vitesse de libération dépend de la masse de l’astre d’où on lance la balle : pour le Soleil, elle est 617 km/s (2 221 000 km/h) à la surface. Pour les trou noirs la vitesse de libération dépasse la vitesse de la lumière : pour être libérée, la balle devrait aller plus vite que la lumière. Ceci n’est pas possible et l’objet finira par retomber sur le trou noir quelque soit la vitesse de son élan. La lumière aussi : se déplaçant à la vitesse de la lumière et étant sensibles à la gravitation, elle non plus ne peut pas s’échapper du trou noir.

Comme rien ne sort du trou noir, pas même la lumière, il n’émet pas de rayonnement, ceci non seulement dans le visible, mais également dans toutes les gammes de fréquence électromagnétiques : il n’est pas observable ou transparent : il est noir.

Il est impossible de voir ce qui se passe réellement à l’intérieur, seuls quelques théories pourraient prédire ce qui s’y passe sans pouvoir vérifier, mais il faut savoir que les trous noirs sont des astres aux conditions si extrêmes que les théories actuelles ne fonctionnent plus du tout.

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Vous connaissez le cercle : une figure dont le rayon est constant. C’est la seule figure qui a un rayon constant.
Le diamètre du cercle est lui aussi constant, mais cette propriété là ne lui est pas exclusive : il y a toute une diversité de figures dont le diamètre peut être constant. Ces figures font partie des figures de Reuleaux.

Il existe ainsi le triangle de Reuleaux :

le triangle de reuleaux
Ce triangle, si on le posait debout et le faisaient rouler aurait toujours la même hauteur :

Rouleaux triangle Animation

Cela ne signifie pas pour autant qu’on verra un jour des voitures avec roues de cette forme, mais juste que l’on peut faire rouler des choses dessus (comme sur cette image) : on ne s’apercevra alors pas plus que si elles avaient été circulaires.

De la même façon qu’il existe des triangles au diamètre constant, toutes les figures avec un nombre impaire de côtés : pentagones, heptagones, etc. peuvent avoir un diamètre constant. Par exemple, la pièce de 20 pence anglaise ou de 10 pesos mexicain sont des heptagones de Reuleaux.

Les figures de Reuleaux sont utilisées quand une diamètres constant est nécessaire, mais pas forcément un cercle.
Les pièces de monnaies ont besoin de cela pour que les distributeurs automatiques les reconnaissent correctement. On les utilise également pour les plaques d’égouts : un diamètre constant empêche la plaque de tomber dans le trou.
Le triangle de Reuleaux est également présent dans les perceuses qui font des trou carrés.

Le principe d’un diamètre constant n’est pas la seule propriété que l’on peut tirer de ces objets. Si on juxtapose deux triangles de Reuleaux correctement, on a une distance entre les deux centres qui est constante et on peut les faire tourner comme un engrenage. Et là, il y a une très grande variété de formes possibles, même des formes non-régulières !

On retrouve aussi ces figures dans l’architecture :

un triangle de reuleau dans une église
↑ Le vitrail est un triangle de Reuleaux, dans son ensemble (image de David Joyce)

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Le verre, l’eau, le diamant sont transparents : la lumière passe au travers, alors que d’autres matériaux ne le sont pas : bois, papier, métaux sont opaques.

Pourquoi ?

sunflowers-through-glass
Pour être clair et pour bien définir de quoi on parle, la transparence c’est quand un rayon lumineux traverse le matériau et n’est donc pas arrêté par ce dernier.

La question devient donc : pourquoi le verre laisse t-il passer la lumière ?

La réponse réside avec la physique quantique : les gaps entre les niveaux énergétiques des électrons dans le verre sont trop grands pour que la lumière puisse être absorbée. J’explique.

Il faut voir les électrons comme des systèmes ne pouvant recevoir et émettre que des quantités précises d’énergie. Un électron qui n’a rien reçu est dans son état fondamental et un électron ayant absorbé une certaine quantité d’énergie est dans un état excité.
Selon la quantité d’énergie absorbée, il se trouve sur un niveau d’énergie bien défini ; si bien définie que chaque atome a sa propre liste d’états d’énergie possibles, ce qui constitue d’ailleurs la signature spectrale d’un atome.

transparence des materiaux
Par exemple, si un atome A ne peut absorber que des « doses d’énergie » de 8 eV, 10 eV et 30 eV, alors si on lui envoie un rayon de 5 eV, il n’en voudra pas. Si on lui envoie un rayonnement de 7 eV en même temps qu’un rayonnement de 3 eV, il n’en voudra pas non plus. Il ne prend que les rayonnements de 8 eV, 10 eV ou 30 eV.

Pour le verre, les gaps d’énergie sont trop importants pour la lumière visible : la lumière visible n’est pas assez énergétique, et les électrons ne peuvent pas les absorber. La lumière traverse donc le verre, sans être absorbée.

Pour le bois ou le plastique opaque, le photon disparaît : la lumière visible est absorbée et les électrons sont excités.
La désexcitation peut alors se faire de plusieurs façon :

  • sous la forme d’une émission de chaleur : un bout de métal chauffe au soleil ;
  • sous la forme de lumière émise par diffusion : un objet opaque rouge diffusera du rouge ;
  • sous la forme de lumière émise par fluorescence : mercure gazeux dans un tube fluorescent ;
  • sous la forme d’électricité : les plaques photovoltaïques fonctionnent en transformant la lumière en courant électrique ;
  • sous la forme d’énergie chimique : les plantes transforment le CO2 et l’eau en sucres sous l’effet de la lumière ;

Et bien d’autres formes.



Notez qu’il peut y avoir des matériaux qui absorbent des photons de faible énergie (infra-rouge) et laissent passer des photons de haute énergie (visible), c’est pas exemple le cas d’une serre ou du CO2 : là ce n’est pas parce que les électrons changent de niveau d’énergie mais parce que la molécule change de mode de vibration.

Entre les modes de vibration et les niveaux de transition électronique, les domaines de fréquences sont différents.

image de marcomagrini

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