De quoi s’agit-il ?

Polymère 2D

Plus résistant que l’acier !

Adapté de : Irreversible synthesis of an ultrastrong two-dimensional polymeric material https://www.nature.com/articles/s41586-021-04296-3

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier polymere-2D).

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Encore un nouveau polymère ! Sa particularité : une synthèse directe en deux dimensions (au lieu des chaînes linéaires des polymères classiques). Ses propriétés : grandes performances mécaniques, faible densité, imperméabilité aux gaz et liquides…

Il s’agit ici d’une étude documentaire avec production d’une synthèse ordonnée.

Document de consigne

[1-polymere-2D.pdf]

Documents à exploiter

 [2DPA-1.pdf]

[molecules.pdf]

[synthese.pdf]

[proprietes-mecaniques.pdf]

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Laser

Principes du fonctionnement des lasers

http://rpn.univ-lorraine.fr/UNIT/physique-quantique-volet1/co/chap2_3.html

La découverte de l’émission stimulée par Einstein. A. Einstein, encore lui, découvre un phénomène tout à fait particulier en examinant l’absorption et l’émission de photon par un gaz de particules à l’équilibre. Son objectif dans cette approche formelle est d’appliquer la théorie des gaz à l’équilibre de Maxwell-Boltzmann d’une part, et les équations cinétiques d’absorption et d’émission d’autre part, afin d’en examiner la cohérence. […] Il est étonnant qu’Einstein ait découvert ce processus, alors que non seulement il ne travaillait pas directement sur l’établissement de la théorie quantique, mais en plus il était extrêmement critique sur son interprétation (mais pas sur sa validité expérimentale).

http://research.vuse.vanderbilt.edu/bmeoptics/bme285/mainframes/module2/module2sec3.htm

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Une étude documentaire permettant de s’approprier les principes de base du fonctionnement des lasers.

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Document de consigne

[1-fonctionnement.pdf]

Documents de travail

[emission-stimulee.pdf]

[helium-neon.pdf]

[rubis.pdf]

[cavite-optique.pdf]

Documents de synthèse

[laser.pdf]

[proprietes.pdf]

On trouvera également diverses vidéos et une animation

[emission-stimulee.mp4]

[laser.mp4]

[principe laser.mp4]

[cavite-resonante.mp4]

[laser.swf]

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Télécommunication (4) – Satellites

Méga-constellations

http://cis471.blogspot.com/2017/02/two-approaches-to-routers-in-space.html

OneWeb intends to cover the Earth with a constellation of more than 600 low-Earth-orbiting smallsats built by Airbus Defence and Space. Credit: Airbus video still

Amazon and SpaceX Think Satellite Constellations Are the Key to Faster Internet. But they’re already polluting the sky. […] One of the biggest problems with satellite constellations is the sheer number of objects that will end up in space. In fact, the number of man-made objects in orbit around Earth is expected to quintuple in the next decade. […] https://onezero.medium.com/satellite-constellations-are-the-future-of-the-internet-d48c22b87918

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La société SpaceX (Elon Musk) met en œuvre le projet Starlink, fournisseur d’accès à Internet par satellite. A terme il s’agit de placer en orbite terrestre basse (altitude 550 km) une méga-constellation de 42 000 satellites… Et ce n’est pas le seul projet : Oneweb (indo-britanique), Kuiper (Amazon), Hongyan (Chine) sont également dans la course…

Deux propositions d’étude : satellites et constellations.

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1. Satellites

Documents :

[1-satellites.pdf]

[satellites-en.pdf]

[lois.pdf]

2. Constellations

Documents :

[1-constellations.pdf]

[starlink.pdf]

[oneweb.pdf]

[constellations.pdf]

[historique.pdf]

[mega-constellations.pdf]

[debris.pdf]

[controverses.pdf]

On trouvera également des vidéos :

[Galileo.mp4]

[orbital-debris-flythrough-animation.mp4]

[RemoveDebris Mission-720p.mp4]

[Using ground relays with Starlink-720p.mp4]

Ainsi que des problèmes type bac… par exemple « In the sky » :

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Comète

La comète de Halley

Nucleus of comet Halley imaged by Giotto – 06 April 2000 – Copyright: ESA.

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Victor Hugo – La Légende des siècles – La Comète. 1759. (Extrait)

Ce Halley, certes, qu’aux gémonies

Rome eût traîné, qu’Athènes au cloaque eût poussé,

Était impie, à moins qu’il ne fût insensé !

Jamais homme ici-bas ne s’était vu proscrire

Par un si formidable et sombre éclat de rire ;

Tout l’accabla, les gens légers, les sérieux,

Et les grands gestes noirs des prêtres furieux.

Quoi ! Cet homme saurait ce que la Bible ignore !

La comète de Halley supposée, dans le tableau de Giotto, l’Adoration des Mages.

Cosmographie – Pierre Apian (observation de 1531)

https://www.retronews.fr/sciences/echo-de-presse/2018/04/27/1910-la-comete-de-halley-va-t-elle-provoquer-la-fin-du-monde

Au début du XXe siècle, tandis que la dernière apparition de la comète remonte à 1835, les Français attendent avec impatience le grand retour de l’« astre chevelu », le passage du noyau de la comète devant le soleil étant annoncé par les astronomes pour la nuit du 18 au 19 mai 1910. Cependant, ce retour de la comète est également une source d’inquiétude, et pour cause : elle est liée à l’émergence de prédictions fantaisistes. En effet, selon certains esprits pessimistes, ce passage de la comète de Halley serait à même  d’entraîner « la fin du monde ». Ainsi, en janvier 1910, un article du journal Le Parisien intitulé avec un certain sens du drame « La Date fatale » annonce, avec plusieurs mois d’avance, le jour prévu du passage de la comète et, peut-être aussi, de l’extinction de l’humanité : « Nous n’y sommes pas encore, mais elle arrive tout doucement. D’ailleurs, personne ne veut la prendre au sérieux, et c’est pourquoi tout le monde en parle. Il s’agit du 18 mai. Comme vous le savez, c’est ce jour-là que nous devons entrer dans la queue de la comète, dont on ne peut pas dire qu’on y sera mieux qu’au sein de sa famille. Le mal, au surplus, ne serait pas grand, si cette queue de comète, que certains assurent être une chevelure, n’était pas composée de gaz malsains, capables d’empoisonner en moins de temps qu’il n’en faut pour l’écrire notre atmosphère terrestre. […]

Une du Petit Parisien, Supplément littéraire illustré du 15 mai 1910 – source : RetroNews-BnF

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Trois études à propos de la comète de Halley

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1 – Comète – Nature et origine

 [1-comete.pdf]

Documents de travail :

[comete.pdf]

[composition.pdf]

[etoiles-filantes.pdf]

[comete.pptx]

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2 – Histoire – La prédiction de Halley ; comment fait-il ?

[1-histoire.pdf]

Documents de travail :

[histoire.pdf]

[synopsis.pdf]

[prediction.pdf]

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3 – Mécanique – Les lois de Kepler et Newton

[1-mouvement.pdf]

Documents de travail :

[lois.pdf]

[trajectoire.pdf]

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Pinatubo

Géo-ingénierie

Dave Harlow, United States Geological Survey  http://vulcan.wr.usgs.gov/Volcanoes/Philippines/Pinatubo/images.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pinatubo

Le Pinatubo a émis lors de son éruption une importante quantité d’aérosols et de cendres volcaniques dans la stratosphère. Les volcans rejettent en particulier des mégatonnes de dioxyde de soufre. Celui-ci réagit avec l’eau pour former des aérosols d’acide sulfurique qui se sont répandus dans toute la stratosphère dans l’année qui a suivi l’éruption. Cet apport d’aérosols dans la stratosphère est le plus important depuis l’éruption du Krakatoa en 1883, avec un total estimé à 17 millions de tonnes de dioxyde de soufre. C’est la quantité la plus importante jamais enregistrée par les instruments modernes. L’acide sulfurique absorbe et réfléchit le rayonnement solaire, entraînant dans le cas du Pinatubo une diminution de la luminosité de l’ordre de 10 % à la surface terrestre. Il se produit alors un refroidissement à l’échelle mondiale : en 1992-1993, on estime la diminution de la température moyenne au sol entre 0,5 et 0,6 °C dans l’hémisphère nord et 0,4 °C sur tout le globe. Dans le même temps, les températures dans la stratosphère se sont accrues de plusieurs degrés Celsius en raison de l’absorption du rayonnement solaire par les aérosols.

Paul Crutzen   https://fr.wikipedia.org/wiki/Paul_Josef_Crutzen

En 2006, il plaide pour l’intensification de la recherche sur l’injection d’aérosols de sulfate dans la stratosphère pour augmenter son albédo. Il considère en effet cette méthode de géo-ingénierie comme prometteuse pour stopper rapidement le réchauffement climatique au cas où celui-ci deviendrait incontrôlable. Mais il souhaite qu’elle ne soit envisagée qu’en dernier recours, et non pour pallier les insuffisances des politiques de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) qu’il considère comme indispensables.

Imiter le Pinatubo : est-ce bien raisonnable ?

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Document de consigne

[1-pinatubo.pdf]

Documents disponibles

[pinatubo.pdf]

[geoingenierie.pdf]

[sulfur-injections.pdf]

[benefices-risques.pdf]

Vidéos

[pinatubo.mp4]

[Eruption.mp4]

[Mount Pinatubo.mp4]

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Ammoniac

Une agriculture de guerre ?

https://agriavis.com/produit-9076-ammonitrate-koch+fertilizer-nexen.html

En 1909 Fritz Haber parvient à mettre au point un procédé de synthèse de l’ammoniac. Carl Bosch et son équipe, de la société BASF, réalisent en 1913 la première mise en application industrielle : c’est le procédé Haber-Bosch. L’oxydation de l’ammoniac permet d’obtenir également l’acide nitrique (procédé Ostwald). On pourra alors  produire des fertilisants à base d’azote tels que le nitrate d’ammonium, obtenu par réaction de l’ammoniac avec l’acide nitrique… Et c’est aussi la voie royale pour la production de divers explosifs : trinitrotoluène ou nitroglycérine. D’ailleurs le nitrate d’ammonium est déjà un puissant explosif, comme le savent les voisins de l’usine AZF ou les habitants de Beyrouth.

L’agriculture (occidentale) est-elle une « agriculture de guerre », comme le propose Dominique Guillet dans le film de Coline Serreau « Solutions locales pour un désordre global »?

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Document de consigne

[1-ammoniac.pdf]

Vidéos

[haber.mp4]

 [agriculture-guerre.mp4]

Documents disponibles

[haber.pdf]

[synthese.pdf]

[ostwald.pdf]

[basf.pdf]

[nitrate-ammonium.pdf]

[engrais.pdf]

[alternatives.pdf]

[nitroglycerine.pdf]

[trinitrotoluene.pdf]

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Télécommunication (3) – Fibre

http://www.slate.fr/monde/84347/carte-cables-sous-marin-internet

https://www.submarinecablemap.com/

Des dizaines de milliers de kilomètres de fibre optique ont été déployés dans les mers et océans…

Mais comment ça marche ?

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Tous les documents  nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier telecom (3) fibre).

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Documents de travail :

[1-fibre.pdf]

[2-debit.pdf]

[3-amplification.pdf]

Documents d’aide :

[a-fibre.pdf]

[b-fontaine.pdf]

[c-cable.pdf]

[d-inventions.pdf]

[e-amplificateur.pdf]

[f-detections.pdf]

[g-debit.pdf]

[h-photodiode.pdf]

[i-modulations.pdf]

[j-laser.pdf]

Vidéos et animation :

[transatlantique.mp4]

[underwater.mp4]

[laser.mp4]

[laser.swf]

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Piles

Les piles historiques

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1800.0018 – Sur l’électricité excitée par le simple contact entre deux substances conductrices différentes. Alexander Volta.

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Larousse pour tous

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_Bunsen

La pile Bunsen (1841) est une pile électrique du nom de son inventeur, Robert Wilhelm Bunsen. Elle consistait en une anode de zinc dans de l’acide sulfurique dilué, et une cathode de carbone dans de l’acide nitrique concentré. Les deux liquides étaient séparés par un pot en céramique poreuse.

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Les travaux expérimentaux concernant les piles sont déjà très largement proposés. On trouvera ici une approche par l’exploitation documentaire concernant les piles « historiques ».

Voir également : Evolution (2) – Redox ainsi que Lithium-ion

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Documents de travail :

[volta.pdf]
[daniell.pdf]
[leclanche.pdf]


Ainsi que la vidéo du CNRS :

[volta.mp4]

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Prothèse

Ciment de prothèse : polyméthacrylate de méthyle – PMMA

https://eorthopod.com/hip-replacement

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MMAMéthacrylate de méthyle

CAS : 80-62-6

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Polym%C3%A9thacrylate_de_m%C3%A9thyle

Le poly(méthacrylate de méthyle) (souvent abrégé en PMMA, de l’anglais poly(methyl methacrylate)) est un polymère thermoplastique transparent obtenu par polymérisation en chaîne dont le monomère est le méthacrylate de méthyle (MMA). Ce polymère est plus connu sous son premier nom commercial de Plexiglas, marque déposée utilisée dans le langage courant […]

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https://prosep.ro/wp-content/uploads/2017/08/featured-PMMA-XT-placi-extrudate.jpg

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J. Chappuis et S. El Banna. Le rôle du ciment en orthopédie. (Extrait)

Le ciment osseux fut développé à partir de 1936 par la société Kulzer, après la publication par Otto Rohm d’une thèse sur la polymérisation des méthacrylates qui sont le matériau de base du ciment osseux. En 1943, le premier ciment osseux polymérisable à froid breveté est développé par la société Heraus. En 1958, Sir John Charnley fixe pour la première fois une prothèse fémorale avec du ciment « acrylique autodurcissable ». Mais, en réalité, les premières applications furent réalisées en dentisterie avec l’utilisation de « résine acrylique ».

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Le PMMA est utilisé notamment en dentisterie et en chirurgie orthopédique comme ciment de prothèse. La polymérisation est réalisée in-vivo à partir d’un mélange complexe. Il s’agit d’une polymérisation radicalaire où interviennent un amorceur (BPO) et un accélérateur (DMPT)…

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Document de travail

[1-polymerisation.pdf]

Documents d’aide

[ciments-osseux.pdf]

[composition.pdf]

[methyl-metacrylate.pdf]

[peroxyde-benzoyle.pdf]

[dimethyl-toluidine.pdf]

Documents complémentaires

[polymerisation-complements.pdf]

[proprietes-mecaniques.pdf]

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Télécommunication (2) – Radio-micro-ondes

Extrait – pour le document entier voir : https://www.emitech.fr/fr/mesures-radiofrequences-essais-radio

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https://theconversation.com/les-ondes-electromagnetiques-quels-dangers-averes-pour-la-sante-97350. Le téléphone portable représente-t-il un risque pour la santé des utilisateurs ? Jon Tyson/Unsplash. Les ondes électromagnétiques : quels dangers avérés pour la santé ? 2018. The conversation.

Alors que 79 % des Français interrogés déclarent utiliser un téléphone mobile tous les jours, quel est aujourd’hui l’état des connaissances concernant le risque potentiel représenté par leur utilisation ? Remy Slama répond à cette question dans son livre Le mal du dehors, L’influence de l’environnement sur la santé. Extraits.

Les champs électromagnétiques de très basse fréquence. Les champs électromagnétiques dont la fréquence est inférieure à celle de la lumière visible, contrairement aux rayons ultraviolets, X, gamma, alpha… n’ont pas l’énergie suffisante pour ioniser la matière. Cette gamme « non ionisante » du spectre électromagnétique inclut notamment, en allant vers les fréquences les plus élevées : les ondes radio AM, les ondes FM et télévisées, les micro-ondes (émises par les fours à micro-ondes et les téléphones portables), et les ondes infrarouges, juste en dessous de la fréquence du rayonnement de la lumière visible. Considérons d’abord les fréquences les plus faibles. Les champs électromagnétiques d’extrêmement basse fréquence sont générés par les lignes à haute tension servant à transporter l’électricité sur des longues distances. On parle de haute tension lorsque le courant dépasse les 50 000 volts, et on y a recours pour le transport d’électricité car à puissance égale, la perte d’énergie est plus faible quand la tension du courant est élevée. Les études épidémiologiques ont suggéré une association entre la proximité de ces lignes et le risque de développement de leucémies de l’enfant (OMS, 2007), sans qu’un mécanisme biologique qui pourrait expliquer un tel effet ait été identifié. Le CIRC a classifié les champs électromagnétiques comme un cancérigène humain possible (niveau « 2B »). Les méta-analyses réalisées à partir des études épidémiologiques ne sont en revanche pas en faveur d’une augmentation du risque d’autres cancers de l’enfant (tels que les cancers du cerveau) ou des cancers de l’adulte.

Micro-ondes et réchauffement. Si on continue à se promener le long du spectre électromagnétique, on arrive aux micro-ondes. Ce sont elles dont on se sert pour réchauffer les molécules d’eau dans les fours à micro-ondes, eau qui compose par ailleurs la majorité de notre cerveau. Or les téléphones portables en émettent également. Une partie des émissions du téléphone est due au microprocesseur de l’appareil et a donc lieu même si celui-ci n’est pas en communication ou se trouve en mode « avion ». Les technologies Bluetooth et wifi émettent autour de 2,4 GHz, ce qui est aussi dans la gamme des micro-ondes. La puissance des émissions est généralement plus faible pour un appareil donné que celle des communications et donc, à durée égale d’utilisation, l’énergie transmise à l’organisme absorbant l’onde sera plus faible. Le principal mécanisme connu par lequel les rayonnements ayant la fréquence de ceux des téléphones portables actuels interagissent avec l’organisme est un réchauffement. Les effets possibles d’un tel réchauffement – dont l’intensité est bien plus faible que si on se trouvait à l’intérieur d’un four à micro-ondes – ne sont pas clairs en l’état actuel des connaissances.

Hypersensibilité aux champs électromagnétiques. Des préoccupations concernant un nouveau trouble de santé, l’hypersensibilité aux champs électromagnétiques (la terminologie en usage est celle d’intolérance idiopathique attribuée aux champs électromagnétiques), ont émergé. Des études randomisées en aveugle, dites de provocation, auprès de personnes déclarant souffrir d’une telle hypersensibilité suggèrent que celle-ci n’est pas reliée à l’exposition aux champs électromagnétiques (Rubin et coll., 2011) – c’est-à-dire que, sans nier les symptômes déclarés par les personnes se déclarant hyper- sensibles, il n’y a pas d’élément fort montrant qu’elles ont des réactions physiologiques particulières en présence d’un champ électromagnétique. En revanche, dans la gamme des radiofréquences, des études expérimentales chez l’animal indiquent des effets possibles des champs électromagnétiques sur le sommeil, la régulation thermique ou la prise alimentaire (Pelletier et coll., 2013 et 2014).

Gliomes et névromes : un niveau de preuve limité. Une préoccupation importante concerne le risque de cancer, et notamment de cancer du cerveau. Les cancers du cerveau les plus fréquents sont les gliomes malins, et ils sont considérés comme étant de développement rapide. Le CIRC indique que le niveau de preuve en faveur d’une augmentation du risque de gliome ou de névrome acoustique en lien avec l’utilisation de téléphone sans fil est limité. […] Comme pour les champs électromagnétiques d’extrêmement basse fréquence, le CIRC a classifié les champs de la gamme des radiofréquences dans la catégorie 2B, « catégorie utilisée lorsqu’on considère crédible un lien de cause à effet, mais sans qu’on puisse éliminer avec une certitude raisonnable le hasard, un biais ou des facteurs de confusion ». Le niveau de preuve est considéré comme inadéquat pour les autres types de cancer que les gliomes.

Des précautions peu coûteuses, en attendant d’en savoir plus. […] Dans l’attente de davantage de connaissances, des précautions ont été émises par les agences sanitaires. Celles de l’Anses, l’agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail française, sont notamment de limiter l’utilisation de téléphones par les enfants, de ne pas garder son téléphone sur soi ni dormir à côté, de téléphoner en utilisant un casque filaire permettant de ne pas coller le téléphone contre sa tête, ou encore de privilégier l’achat de téléphones affichant un faible niveau d’émission (ou DAS, pour débit d’absorption spécifique).

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Les radiofréquences et micro-ondes : usages et problèmes.

Une collection documentaire pouvant donner lieu à exploitation pour une synthèse ordonnée…

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Documents :

[1-radio-micro-ondes.pdf]

[2-frequences.pdf]

[3-fours-micro-ondes.pdf]

 [4-precautions.pdf]

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