| Accélérateur : | |
| Physique nucléaire Un accélérateur de particules est un appareil qui permet de communiquer à des particules électriquement chargées une grande énergie cinétique et de les diriger sur une cible (matière solide, liquide ou gazeuse) pour en briser les noyaux atomiques, soit en vue d’étudier leur structure, soit en vue de créer d’autres particules. On accélère les particules soit par un champ électrique seul, soit par un champ électrique associé à un champ magnétique. Dans le premier cas, l’accélérateur est linéaire, sa longueur pouvant atteindre plusieurs kilomètres. Dans le deuxième cas, le champ magnétique provoque la courbure de la trajectoire de la particule, qui devient soit spiralée (cyclotron ou synchrocyclotron), soit circulaire (bêtatron, synchrotron à électrons ou à protons). | |
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| Accélération : | |
| Mécanique D’une façon générale, l’accélération est le quotient d’une variation de vitesse par l’intervalle de temps correspondant. Quand un mobile se déplace sur une droite, l’accélération est positive si la vitesse augmente, négative si elle diminue. L’accélération totale est la différence v - v0 des vitesses aux temps t et t0. L’accélération moyenne est le quotient (v - v0) / (t - t0). L’accélération instantanée au temps t est la limite de ce quotient quand t - t0 tend vers zéro. C’est donc la dérivée de la vitesse et par conséquent la dérivée seconde de l’abscisse par rapport au temps. L’accélération de la pesanteur est la valeur, en un lieu déterminé, de l’accélération que subit un corps abandonné à lui-même dans le vide sous l’effet de son poids. Cette valeur est de 9,81 m/s² à Paris, 9,78 m/s² à l’équateur, 9,83 m/s² aux pôles. | |
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| Accumulateur : | |
| électrochimie. Une pile réversible est un accumulateur. Cette réversibilité a été observée par le physicien français Gautherot en 1801, peu après la découverte de la pile par Volta en 1800. C’est en 1859 que Planté imagina l’accumulateur au plomb. Un élément d’accumulateur est constitué par deux électrodes: une électrode positive reliée à la borne + et une électrode négative reliée à la borne -; celles-ci sont immergées dans un électrolyte (acide, basique ou neutre) contenu dans un bac. Lorsque le générateur débite, on dit qu’il se décharge parce que l’énergie chimique en réserve se transforme en énergie électrique. Quand on régénère l’accumulateur, on dit qu’on le charge. 1. La force électromotrice est la différence de potentiel continu qui existe entre l’électrode positive et l’électrode négative lorsque l’accumulateur ne débite pas; on l’exprime en volts. 2. La capacité est la quantité d’électricité qu’il peut fournir pendant la décharge; on l’exprime en ampères-heures. La résistance interne est la résistance électrique mesurée entre les bornes de sortie; elle est due aux électrodes et à l’électrolyte. On l’exprime en ohms. Les accumulateurs les plus courants sont: les accumulateurs au plomb (automobiles), les accumulateurs cadmium-nickel et fer-nickel (véhicules lourds, éclairages de secours), les accumulateurs argent-zinc (aviation et marine), les accumulateurs argent-cadmium (satellites) et les accumulateurs bioxyde de manganèse-zinc (poste à transistors). | |
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| Acétique : | |
| Chimie. L’acide acétique (CH3-COOH) est le type traditionnel des composés organiques à fonction acide. Il résulte de l’oxydation de l’alcool éthylique en présence de bactéries Acetobacter ou Mycoderma aceti (préparation du vinaigre). L’industrie en prépare de grandes quantités à partir de l’acétaldéhyde ou de l’acétylène. L’acide pur est utilisé comme réactif et dans de nombreuses industries. Ses sels et esters, les acétates, sont importants. L’anhydride acétique est utilisé dans l’industrie des matières plastiques. | |
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| Acétylène : | |
| L’acétylène est le premier terme de la série des alcynes. Dans les conditions normales, c’est un gaz incolore, un peu plus léger que l’air, peu soluble dans l’eau, mais très soluble dans l’acétone. Il se solidifie à - 85 °C sous la pression atmosphérique, sans passer par l’état liquide. Sa combustion dégage une grande quantité de chaleur, ce qui a conduit à l’utiliser dans le chalumeau oxyacétylénique, pour le découpage ou la soudure des métaux, même sous l’eau (la température de sa flamme dépasse 3000 °C). Les réactions d’addition sur la triple liaison carbone-carbone font de l’acétylène un des points de départ de la synthèse de nombreuses substances utilisées dans l’industrie: solvants chlorés, matières plastiques vinyliques, caoutchoucs et fibres synthétiques (Nylon, Orlon, Crylor, Rhovyl, etc.). On le produit industriellement, soit par action de l’eau sur le carbure de calcium CaC2, préparé en chauffant un mélange de chaux vive et de charbon à 2000 °C, soit à partir du méthane. | |
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| Acide : | |
| Chimie- Les propriétés que possèdent tous les acides proviennent de leur capacité de fournir un (ou plusieurs) proton H+ (noyau de l’atome d’hydrogène) à une base qui l’accepte. L’acidité d’une solution aqueuse, qui dépend de sa concentration en ions H+, est mesurée par son pH (potentiel hydrogène). Un litre d’eau pure contient 10-7 mole d’ions H+ et 10-7 mole d’ions OH-. Son pH est égal à 7 et permet de définir la neutralité du point de vue acide/base. Une solution dont le pH est inf. à 7 est dite acide; une solution basique aura un pH sup. à 7. Les solutions acides agissent sur les solutions basiques en donnant un sel, de l’eau et un dégagement de chaleur. Cette réaction est irréversible pour les bases et acides forts comme la soude et l’acide chlorhydrique; elle est réversible pour les bases et les acides faibles, comme l’ammoniaque et l’acide acétique. La libération de protons par les acides modifie la constitution, et en partic. la couleur, de certaines substances. Le tournesol, par ex., vire au rouge en présence d’un acide, tandis que l’héliantine vire au rose. Certains métaux, comme le fer, le zinc ou l’aluminium, cèdent facilement leurs électrons. Ils sont attaqués par les acides avec dégagement d’hydrogène (un atome d’hydrogène est en effet constitué d’un proton et d’un électron). D’autres métaux, notam. l’or et l’argent, ne peuvent céder leurs électrons et ne sont donc pas attaqués par les acides. Parmi les acides minéraux, on distingue: l’acide chlorhydrique HCl, l’acide nitrique HNO3, l’acide sulfurique H2SO4 et l’acide phosphorique H3PO4. Ces acides sont utilisés dans la fabrication des engrais, des matières plastiques, des colorants, des explosifs, des parfums, etc. Les acides organiques possèdent au moins un radical carboxyle -COOH. On trouve parmi eux les acides aminés et les acides gras, composants de substances biochimiques fondamentales. Les acides nucléiques, macromolécules de grande taille, sont constitués de nucléotides, éléments qui résultent de la liaison d’un sucre (ribose ou désoxyribose), d’un acide orthophosphorique et d’une base purique ou pyrimidique. | |
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| Acier : | |
| Métallurgie Pour l’industrie, les aciers sont les plus importants des alliages fer-carbone. On réserve le nom d’acier aux alliages fer-carbone auxquels on a ajouté en petite quantité certains éléments (métalliques, comme le manganèse et le molybdène, ou non, comme le silicium et l’azote) destinés à modifier leurs propriétés mécaniques, magnétiques ou chimiques (résistance à la corrosion). Lorsque le pourcentage de ces éléments d’addition devient important, on parle alors d’aciers alliés (ex.: les aciers inoxydables). Suivant leur teneur en carbone (0,35 à 2%), les aciers possèdent des propriétés différentes; ils forment une gamme allant des aciers doux aux aciers extra-durs, cette gamme des aciers ordinaires étant complétée par celle des aciers dits spéciaux contenant des métaux ou des non-métaux supplémentaires. La préparation de l’acier se fait par affinage de la fonte en deux étapes: oxydation du carbone, du silicium et du manganèse contenus dans la fonte; réduction destinée à diminuer la teneur en oxyde. Les calories nécessaires à ces réactions peuvent être apportées par soufflage d’air ou d’oxygène (convertisseur Thomas) ou par une source de chaleur extérieure, comme le gaz naturel (four Martin). Les aciers spéciaux se préparent au four électrique. Les aciers se différencient par des qualités d’ordre mécanique (dureté, élasticité, résistance à la rupture, etc.), d’ordre magnétique (intensité d’aimantation, hystérésis), d’ordre chimique (résistance à l’oxydation, aux acides, etc.). Ces qualités dépendent étroitement de leur composition et des traitements auxquels ils ont été soumis. Les aciers ordinaires durcissent d’autant plus par la trempe et sont d’autant plus tenaces qu’ils sont plus riches en carbone, mais leur perméabilité magnétique est relativement faible. Les aciers spéciaux contiennent, en proportions diverses, certains métaux (chrome, manganèse, tungstène, nickel, vanadium, aluminium, etc.) et des non-métaux (silicium, antimoine, azote) qui leur confèrent des propriétés mécaniques, magnétiques, etc., spécifiques. Ainsi, certains aciers dits rapides, au chrome, tungstène, vanadium, peuvent travailler dans des conditions acceptables jusque vers 600 °C, alors que les aciers ordinaires ne sont guère utilisables lorsqu’ils atteignent 250 °C (outils à grande vitesse de coupe, soupapes d’échappement de moteurs, etc.). | |
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| Acoustique : | |
| Physique L’acoustique physique étudie la production et la propagation des sons dans les fluides et dans les solides. L’électroacoustique étudie la conversion de l’énergie acoustique en énergie électrique, la transmission des signaux électriques correspondants, leur amplification, et la restitution des sons, ainsi que leur synthèse par des procédés électroniques. L’acoustique physiologique étudie le mécanisme de la sensation et de la perception auditives et détermine les seuils d’audition. L’acoustique architecturale se préoccupe notammant de l’atténuation des nuisances dues aux bruits. L’acoustique médicale s’intéresse aux mécanismes et aux troubles de l’audition (à l’aide d’audiogrammes). L’acoustique musicale étudie les propriétés des sons utilisés en musique, leur combinaison (harmonie), leur production (instruments de musique, voix humaine) et leur synthèse (électroacoustique musicale), leur propagation et leur réception dans les lieux de concert (en étroite liaison avec l’acoustique architecturale). | |
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| Aérodynamique : | |
| L’aérodynamique ne date que du début du XIXe s. (étude du vol des oiseaux et expérimentation de planeurs par l’Allemand Lilienthal et le Français Mouillard). Les études aérodynamiques sont indispensables à la construction des automobiles et des avions. Elles s’appuient sur des essais en soufflerie qui permettent de transposer sur les machines réelles les résultats obtenus sur des maquettes. Les phénomènes aérodynamiques varient suivant la vitesse relative du mobile dans l’air. Aux vitesses subsoniques (inférieures à Mach 0,7), les forces de résistance sont proportionnelles au carré de la vitesse et à la surface du profil. En carénant la carrosserie d’une automobile, par ex., on parvient à réduire sensiblement la consommation d’essence aux vitesses élevées. Aux vitesses transsoniques (Mach 0,7 à Mach 1,1), la vitesse de l’air en certains points du profil peut dépasser la vitesse du son. Une onde de choc se forme, augmentant sensiblement la traînée. Aux vitesses supersoniques (Mach 1,1 à Mach 5), deux ondes de choc prennent naissance au bord d’attaque et au bord de fuite de la voilure d’un avion. Aux vitesses hypersoniques (supérieures à Mach 5), le phénomène le plus important est celui de l’échauffement des structures sous l’effet du frottement de l’air. Les températures atteintes peuvent alors nécessiter l’emploi de métaux plus résistants à la chaleur, comme le titane, ou de matériaux ablatifs. | |
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| Aldéhyde : | |
| Les aldéhydes dérivent des hydrocarbures et sont caractérisés par le groupement CHO (une simple liaison unissant C à H et une double liaison unissant C à O). Ainsi, l’éthanal, de formule CH3-CHO, provient de l’éthane (CH3-CH3). Les aldéhydes sont des corps très réactifs, du fait de la présence de la double liaison carbonyle C = 0. Leur oxydation fournit des acides et leur réduction des alcools. Ils ont une grande importance dans l’industrie des parfums et constituent dans l’industrie chimique le point de départ de la fabrication des résines urée-formol. Les aldéhydes, très répandus dans le règne végétal, sont des agents des synthèses organiques. | |
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| Alliage : | |
| Les alliages sont obtenus par insertion d’atomes de l’élément d’apport dans le métal de base, ou par substitution d’atomes. Les alliages d’insertion sont obtenus à partir d’atomes d’apport légers, comme l’hydrogène, l’azote ou le carbone (cémentite Fe3C, par ex.). Les alliages de substitution se rapprochent davantage de l’état métallique. Ils sont moins durs et plus plastiques que les alliages d’insertion. Les alliages se solidifient et fondent dans un certain intervalle de températures, sauf pour certaines compositions, telles que les eutectiques, pour lesquelles la fusion s’effectue à température constante. On représente les modifications d’état et de constitution des alliages sur des diagrammes appelés diagrammes de phases et diagrammes d’équilibre. Les alliages ont une grande importance dans l’industrie. On peut en effet leur donner, grâce à des traitements thermiques appropriés, les propriétés les mieux adaptées à l’emploi envisagé. Ainsi, les alliages d’aluminium sont multiples. | |
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| Alternateur : | |
| Un alternateur comprend un stator, partie fixe constituée de tôles feuilletées, et un rotor, partie mobile comportant des bobines connectées en série et alimentées en courant continu par l’induit, après redressement du courant alternatif qu’il délivre. On caractérise un alternateur par sa fréquence (50 Hz pour la production du courant sur le réseau national), par sa force électromotrice (exprimée en volts) et par sa puissance (en volts-ampères ou en watts). Les puissances nominales peuvent aller d’une centaine de watts pour les alternateurs d’automobiles à plus d’un milliard de watts pour les turboalternateurs des centrales thermiques. | |
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| Aluminium : | |
| L’aluminium est le métal le plus abondant sur la Terre: il entre pour 7,5 % dans la masse terrestre. C’est un métal peu dense, de masse volumique 2,7 g/cm³ à 20 °C. Ses propriétés mécaniques sont médiocres, mais sa conductibilité, électrique ou thermique, est très élevée. Plastique et ductile, il se transforme en feuilles très minces (utilisées pour l’emballage) ou en fils. L’aluminium, très réducteur, présente une grande affinité pour l’oxygène, mais il est inaltérable à l’air car une pellicule protectrice d’alumine se forme sur sa surface. L’aluminium se prépare par électrolyse de l’alumine. Pour obtenir 1 kg d’aluminium, il faut 4 kg de bauxite (fournissant 2 kg d’alumine), 1 kg de soude, 1 kg de coke de pétrole utilisé comme électrode, 10 kg de carbone et 15 kWh d’énergie électrique. Les utilisations de l’aluminium, pur ou sous forme d’alliages, sont très nombreuses: gaines de barreaux d’uranium dans les réacteurs nucléaires (aluminium à 99,998 %), réservoirs de stockage des acides sulfurique et nitrique concentrés (99,5 %), matériel de cuisine, câbles électriques, etc. Les alliages d’aluminium, duralumin, par ex., sont utilisés dans l’industrie automobile, l’aviation, les constructions navales et le bâtiment. | |
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| Amine : | |
| Les amines sont des bases faibles. On distingue les amines aliphatiques, dont le squelette est formé par une chaîne carbonée non fermée, et les amines aromatiques, à chaîne cyclique, dont le principal représentant est l’aniline. Les amines sont utilisées dans la fabrication des colorants (aniline) et des textiles artificiels (nylon, par ex.). | |
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| Aminé : | |
| Constituants essentiels des protéines, ils sont formés par la réunion d’un radical carboné, d’une ou deux fonctions acide organique (COOH) et d’une ou plusieurs fonctions amine. Dans les protéines, les vingt acides aminés naturels sont liés entre eux par une liaison peptidique selon des combinaisons variables. Chez l’homme, 10 acides aminés naturels sont indispensables; les autres peuvent être synthétisés. La séquence d’acides aminés d’une protéine fabriquée par une cellule est déterminée par la séquence des bases de l’A.D.N. constitutif d’un gène chromosomique. La synthèse protéique s’effectue dans les ribosomes, où l’A.D.N. messager transporte le code, les acides aminés nécessaires étant délivrés par l’A.R.N. de transfert. | |
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| Amplificateur : | |
| Les amplificateurs sont utilisés dans de très nombreux domaines: télécommunications, radars, enregistrement et reproduction des sons (en particulier dans les chaînes haute fidélité), télévision, etc. Ils sont constitués de semiconducteurs et servent à augmenter l’amplitude ou la puissance des signaux. On caractérise un amplificateur par son gain (exprimé en décibels), qui est égal à 10 log A; A est le rapport d’amplification, c’est-à-dire le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d’entrée. | |
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| Analyse chimique : | |
| Chimie. L’analyse élémentaire a pour objet de déterminer la nature des éléments contenus dans un corps pur composé (analyse qualitative), et les proportions de ces éléments (analyse quantitative), donc la formule du composé. Elle est précédée d’opérations destinées à séparer les corps purs présents dans l’échantillon (analyse immédiate). On utilise à cet effet diverses techniques: triage, flottation, lévigation, sublimation et dissolution fractionnée pour les solides; distillation et cristallisation fractionnées, dialyse et électrophorèse pour les liquides; liquéfaction fractionnée, diffusion et absorption pour les gaz. L’analyse qualitative utilise toute une gamme de réactifs permettant d’identifier les corps recherchés. L’analyse quantitative repose sur un certain nombre de méthodes: gravimétrie (mesure des masses), volumétrie (mesure des volumes), colorimétrie (absorption de la lumière), dosages électrochimique et par radioactivité, spectrographie, etc. L’analyse organique permet de déterminer la formule des composés organiques, par opposition à l’analyse minérale, qui s’applique aux espèces chimiques présentes dans l’écorce terrestre. L’analyse chimique présente une grande importance dans de nombreux domaines, que ce soit au niveau de l’homme (biochimie, biologie médicale) ou de l’Univers (cosmochimie). | |
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| Aniline : | |
| L’aniline, découverte en 1826 par l’Allemand Unverdorben, est un liquide huileux et toxique qui se colore facilement par oxydation à l’air et à la lumière. On l’obtient par hydrolyse du nitrobenzène. Elle conduit aux sels de diazonium qui fournissent de nombreux colorants (hélianthine, jaune d’aniline, etc.). | |
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| Anti matière : | |
| De même que la matière est constituée d’électrons, de neutrons, de protons, l’antimatière serait constituée d’antiparticules telles que positons, antineutrons, antiprotons. La rencontre d’une particule et de son antiparticule donne naissance à une dématérialisation produisant un rayonnement électromagnétique. Inversement, un couple particule-antiparticule peut être créé à partir d’un rayonnement électromagnétique. Des antiparticules ont été créées en laboratoire dès 1955 (antiprotons et antineutrons). Elles ont une durée de vie extrêmement courte dans notre Univers. Depuis 1960, on est parvenu à créer également quelques noyaux constitués d’antiprotons et d’antineutrons. | |
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| Antimoine : | |
| L’antimoine est un élément aux propriétés voisines de celles de l’arsenic. D’une couleur blanc bleuâtre, il brûle dans l’air en donnant des fumées blanches. On le prépare à partir de la stibine, minerai sulfuré de formule Sb2S3. L’antimoine est utilisé pour fabriquer des alliages antifriction et des alliages de plomb servant de plaques d’accumulateurs. Ses propriétés thérapeutiques sont connues depuis longtemps (expectorant, par ex.). | |
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| Arc electrique : | |
| Les lampes à arc sont utilisées pour obtenir de très fortes intensités lumineuses (projecteurs, phares, etc.). Les fours électriques à arc, aux températures très élevées (jusqu’à 20000 °C dans le cas de plasmas), sont utilisés notamment pour fabriquer les aciers spéciaux. | |
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| Arsenic : | |
| L’arsenic est un élément intermédiaire entre les métaux et les non-métaux. On l’extrait du mispickel (FeAsS) par grillage à l’air. L’arsenic est utilisé pour durcir les métaux (plombs de chasse) et pour doper les semiconducteurs. Les arséniates
(As2O3) ont des propriétés antiparasitaires externes et internes. Les dérivés organiques moins toxiques étaient utilisés comme anti-infectieux en médecine. Toxicologie. L’arsenic est un poison cumulatif, utilisé surtout sous forme d’acide arsénieux, par dose massive ou par petites doses répétées. Il se fixe sur les protéines et enzymes soufrées des tissus kératinisés (ongles, peau, poils), ce qui permet de déceler facilement sa présence lors d’une intoxication (méthode de Marsh ou de Cribier). L’intoxication aiguë se manifeste par des troubles digestifs (diarrhée hémorragique), cardiaques, respiratoires et rénaux. L’intoxication chronique, ou arsénicisme, se manifeste par des troubles cutanés et nerveux. |
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| Argent : | |
| L’argent existe à l’état natif (métal noble), principalement sous forme de sulfures (argyrose Ag2S) et de chlorures (cérargyrite AgCl), d’où on l’extrait par cyanuration (traitement au cyanure de sodium). L’argent est très malléable et ductile; il possède une conductivité thermique et électrique très élevée. Il est peu attaqué par l’air et résiste aux acides (métal précieux), ce qui explique sa longue coexistence avec l’or comme monnaie (bimétallisme). La ductilité de l’argent permit à l’argenterie de se développer depuis la plus haute antiquité, atteignant ses sommets au XVIIIe s. L’argent est utilisé en photographie (halogénures d’argent), en chirurgie dentaire, en thérapeutique (argent colloïdal), en électricité (contacts), en soudure (brasures à l’argent) et en miroiterie. | |
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| Astronomie : | |
| évolution historique. Née dans l’Antiquité des besoins de l’agriculture, en Mésopotamie, en ةgypte et en Chine, l’astronomie a pris son véritable essor en tant que science en Grèce avec Aristote (IVe s. av. J.-C.), Hipparque (IIe s. av. J.-C.) et Ptolémée (140 apr. J.-C.). Jusqu’à la fin du XVIIe s., elle se livre uniquement à l’étude du système solaire, dans laquelle s’illustrent Copernic, Tycho Brahe, Kepler et surtout Newton, qui parvint à établir la loi de l’attraction universelle (découverte publiée en 1687). Le XVIIe siècle a aussi procuré à l’astronomie les instruments de son développement ultérieur, notam. la lunette astronomique (avec Galilée en 1609) et le télescope (avec Newton en 1671). Dès le XVIIIe s., l’astronomie contribue largement à l’évolution de la pensée scientifique. Les plus brillants mathématiciens participent à l’essor de l’astrométrie et au développement de la mécanique céleste. Parallèlement, grâce à la mise au point de télescopes de plus en plus grands, le champ d’investigation s’étend au domaine stellaire. Dans la première moitié du XIXe s., les progrès de la physique permettent de déchiffrer les informations transmises par la lumière. Les astronomes ne se contentent plus de mesurer la position des astres, ils tentent d’en expliquer la nature en utilisant l’analyse spectrale (V. spectroscopie), ouvrant ainsi un nouveau domaine de l’astronomie: l’astrophysique. Depuis le début du XXe s., l’astronomie s’appuie sur les nouveaux acquis de la physique (mécanique quantique, relativité) et sur les avancées techniques (détecteurs électroniques, conquête spatiale) pour reculer à l’extrême les limites de l’Univers observable que l’on sait maintenant composé d’un nombre immense de galaxies et affecté d’un mouvement général d’expansion, ce qui accrédite l’hypothèse d’une «explosion» originelle, le big bang. Astronomie contemporaine. Parmi les grandes questions liées à l’exploration méthodique du cosmos figure en première place celle-ci: l’expansion de l’Univers se poursuivra-t-elle indéfiniment? Se produira-t-il au contraire un grand retour en arrière au cours duquel l’Univers retrouvera ses conditions d’origine? La matière seule étant capable de ralentir l’expansion générale par son action gravitationnelle, la détermination de la densité moyenne de l’Univers doit fournir une des clés de son devenir. En s’en tenant uniquement à la matière détectable par le rayonnement qu’elle émet, l’expansion devrait se poursuivre indéfiniment. Toutefois, les astronomes ont de bonnes raisons de soupçonner la présence dans l’Univers d’une «masse cachée» beaucoup plus abondante, qui se manifeste par les effets gravitationnels qu’elle provoque sur son environnement. Les astronomes s’emploient désormais à repérer cette masse cachée pour en déterminer la nature (naines brunes, gaz froids, particules connues ou inconnues) et pour estimer si sa quantité est telle qu’elle puisse maintenir l’Univers en équilibre. La recherche de systèmes planétaires accompagnant d’autres étoiles que le Soleil constitue une autre préoccupation de l’astronomie contemporaine. Même si la détection directe de planètes extrasolaires est encore hors de portée des moyens actuels d’observation, les astronomes accumulent des indices de plus en plus concordants en faveur de la présence de systèmes planétaires autour de nombreuses étoiles proches du Soleil, tels que le disque de poussières observé autour de l’étoile B Pictoris. A noter que l’exploration in situ des planètes du système solaire fait désormais l’objet d’une nouvelle branche multidisciplinaire: la planétologie. Astronomie fondamentale. Astrométrie et mécanique céleste composent cette branche la plus traditionnelle de l’astronomie. Il appartient à l’astrométrie d’établir les catalogues d’étoiles, en particulier le catalogue fondamental donnant la position d’un certain nombre d’étoiles de référence. Grâce aux moyens spatiaux, l’astrométrie connaît de nos jours un nouvel essor. L’exploitation des données fournie par le satellite européen Hipparcos (1989-1993) a permis de mesurer le parallaxe d’un très grand nombre d’étoiles et donc de déterminer directement leur distance à la Terre avec une précision jamais atteinte. La mécanique céleste, qui jadis décrivait uniquement le mouvement des planètes autour du Soleil, s’attache auj. à calculer avec une précision extrême les trajectoires des sondes spatiales. Les méthodes de la mécanique céleste sont aussi appliquées aux systèmes stellaires les plus divers: étoiles doubles, galaxies, amas de galaxies. Nouvelles astronomies. L’astronomie, restée trop longtemps limitée à la seule lumière visible, s’étend désormais à l’ensemble du rayonnement électromagnétique, y compris les domaines où l’opacité de l’atmosphère terrestre impose le recours à des moyens spatiaux. Développée grâce aux techniques radar issues de la Seconde Guerre mondiale, la radioastronomie examine avec tout un réseau de grands radiotélescopes terrestres les ondes radioélectriques de quelques mètres à quelques millimètres de longueur d’onde. On lui doit la découverte des pulsars et des quasars, et du rayonnement thermique universel à 2,7 kelvins. Les rayonnements dont les longueurs d’onde sont comprises entre quelques millimètres et 300µm sont l’apanage de l’astronomie millimétrique, orientée surtout vers l’observation de molécules complexes dont plus de cinquante espèces différentes ont déjà été détectées dans les milieux interstellaires. Même si l’atmosphère ne constitue pas pour elle un écran total, l’astronomie infrarouge démontre son aptitude à examiner les rayonnements dont la longueur d’onde est comprise entre 300 µm et 800 nanomètres; à cette fin, on utilise des télescopes embarqués sur des avions et à bord de véhicules spatiaux, comme les satellite néerlando-américain IRAS en 1983 à l’origine de la découverte du disque protoplanétaire autour de l’étoile B Pictoris) et l’européen ISO à partir de 1995. L’astronomie infrarouge se révèle une technique irremplaçable pour repérer les astres les plus froids: planètes, naines brunes, nébuleuses protostellaires, poussières interstellaires. Le domaine visible (celui de rayonnements de 800 nm à 400 nm de longueur d’onde) bénéficie également des innovations techniques et des moyens spatiaux. D’une part, une nouvelle génération de grands télescopes voit le jour avec des instruments aux performances décuplées par la mise en œuvre d’optiques adaptatives et de récepteurs ultrasensibles. D’autre part, le télescope spatial Hubble observe dans le visible depuis 1990 avec une finesse inégalée car il s’affranchit de la turbulence atmosphérique. A l’exception de l’étroite bande spectrale du proche ultraviolet (avec des longueurs d’onde comprises entre 4000 nm et 3000 nm), tous les rayonnements d’origine cosmique dont les longueurs d’onde sont plus courtes que celle de la lumière visible sont irrémédiablement bloqués par l’atmosphère terrestre et ne peuvent être observés que par des dispositifs spatiaux. L’astronomie ultraviolette aborde la gamme des rayonnements aux longueurs d’onde comprises entre 4000 nm et 10 nm pour étudier les étoiles chaudes avec des satellites comme l’américano-européen IUE, en opération depuis 1978. En s’attachant aux rayonnements de 10 ,nm à 20 picomètres de longueur d’onde, l’astronomie X explore les sites les plus chauds: couronnes stellaires, disques de plasmas chauds ceinturant les astres compacts et les noyaux actifs de galaxies; ces plasmas chauds sont présents dans les restes de supernova et les amas de galaxie. L’astronomie X met en œuvre des satellites comme l’allemand Rosat depuis 1991 et le japonais ASCA depuis 1993. Les rayonnements dont la longueur d’onde est inférieure à 20 pm constituent le champ de l’astronomie gamma où se manifestent les astres et les phénomènes aptes à produire les plus grands transferts d’énergie: explosions de supernova, étoiles à neutrons, trous noirs stellaires et supermassifs, processus nucléaires. Le «ciel gamma» est exploré par toutes sortes d’instruments comme le satellite américain Compton depuis 1991 et le russe GRANAT depuis 1989. Ce dernier emporte le télescope français SIGMA à qui l’on doit la découverte de plusieurs trous noirs. Les astronomes tentent aussi d’exploiter d’autres messagers qu’envoient les astres: rayons cosmiques (électrons, protons et noyaux accélérés à des vitesses proches de la célérité de la lumière), neutrinos émis par les réactions de fusion nucléaire au cœur des étoiles massives (les neutrinos ainsi produits par SN 1987a, la supernova du Grand Nuage de Magellan, furent détectés sur Terre le 23 février 1987), ondes gravitationnelles engendrées également lors de l’effondrement des étoiles massives ou par les éventuels mouvements orbitaux des étoiles compactes. |
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| Astrophysique : | |
| Basée sur la mesure et la spectroscopie des rayonnements émis par les astres, l’astrophysique en détermine les dimensions, la masse, la température, la composition chimique, la vitesse par rapport à l’observateur, etc. D’abord limitée à l’étude du rayonnement visible, l’astrophysique a maintenant acquis une nouvelle dimension en étendant son champ d’application à tout le spectre électromagnétique. S’appuyant sur la masse de données recueillies par les nouvelles astronomies, l’astrophysqiue tire également profit des avancées réalisées dans d’autres domaines de la physique: mécanique quantique, physique des particules, physique nucléaire, physique atomique, physique des plasmas. | |
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| Atmosphère : | |
| physique et météorologie. L’atmosphère est constituée par un mélange de gaz et de particules solides d’origines terrestre et cosmique. On admet qu’au-delà de 1000 km d’altitude, du fait de la raréfaction des molécules d’air, l’atmosphère ne donne plus lieu à des phénomènes observables: c’est l’exosphère. La classification des couches de l’atmosphère repose sur la répartition verticale des températures. La troposphère, comprise entre le sol et une altitude de 7 km (- 50°C) aux pôles et 16 km (- 56°C) à l’équateur, représente 90 % de la masse de l’atmosphère; elle contient 100 % de la vapeur d’eau atmosphérique; elle est le siège de phénomènes météorologiques . La stratosphère (ou ozonosphère), où la température moyenne est de 0°C, s’étend jusqu’à une cinquantaine de kilomètres d’altitude; on y rencontre des vents violents pouvant atteindre 350 km/h; le rayonnement solaire y transforme une partie de l’oxygène (O2) en ozone (O3). Dans la mésosphère, qui s’étend jusqu’à 80 km d’altitude, la température décroît jusqu’à atteindre - 90°C. Dans la thermosphère, la température a une grande variation diurne, mais croît toujours à mesure qu’on s’élève (plusieurs centaines de degrés au-dessus de 200 km). Dans la mésosphère et la thermosphère, des couches ionisées, réunies sous le nom de ionosphère, jouent un rôle électromagnétique important (aurores polaires, absorption ou réflexion des ondes radioélectriques, etc.). | |
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| Atome : | |
| Historique. L’atome, «essence de toutes choses», ne fut dans l’Antiquité qu’un concept philosophique sans base scientifique. La première théorie atomique a été élaborée par Lavoisier, Proust, Dalton et Gay-Lussac entre 1789 et 1815. Elle se perfectionna grâce à Mendeleïev (classification périodique des éléments en 1868), Einstein (équivalence masse-énergie en 1900), Planck (théorie des quanta en 1905), Rutherford (découverte du noyau en 1911), Bohr et Sommerfeld (modèles de l’atome en 1913 et 1915), de Broglie (bases de la mécanique ondulatoire en 1923), Chadwick (découverte du neutron en 1932), I. et F. Joliot-Curie (transmutation artificielle en 1934), et aboutit à la divergence du premier réacteur nucléaire en 1942 et à l’explosion de la première bombe atomique en 1945. Structure de l’atome. Bohr, développant les idées de Thomson et de Rutherford, a élaboré un premier modèle (l’atome de Bohr), illustrant la structure de l’atome: autour d’un noyau central, chargé positivement, des électrons, chargés négativement, sont en mouvement; la charge du noyau est égale à la somme de celle des électrons, qui décrivent des orbites circulaires. Chaque orbite est caractérisée par son rayon et par son énergie, qui augmente lorsqu’on s’écarte du centre. Sous l’effet d’une excitation, un électron peut passer d’une orbite à une autre, d’énergie supérieure, mais il revient ensuite spontanément sur une orbite d’énergie inférieure, en émettant un rayonnement électromagnétique (photons) dont la fréquence v est proportionnelle à la différence E entre les énergies de deux orbites: E = hv, h étant la constante de Planck. Pour expliquer le comportement des éléments autres que l’hydrogène, on supposa d’abord que les orbites décrites par l’électron pouvaient être elliptiques (atome de Sommerfeld) puis que l’électron tournait sur lui-même (hypothèse du spin, 1925). Un électron peut tourner dans un sens ou dans l’autre (spin égal à + 1/2 ou - 1/2). Le noyau est formé de A nucléons (Z protons et N neutrons; A = Z + N), Z étant le numéro atomique et A le nombre de masse. Autour du noyau gravitent Z électrons, chacune de leurs orbites étant caractérisée par une énergie (nombre quantique principal), une excentricité (nombre quantique secondaire) et l’orientation de son plan (nombre quantique magnétique). Le modèle actuel de l’atome repose sur la mécanique ondulatoire, dont les lois ont été définies par Louis Victor de Broglie. A toute particule matérielle est associée une longueur d’onde telle que = h/mv, relation dans laquelle h est la constante de Planck, m la masse de la particule et v la vitesse de la particule. La position et la vitesse d’un électron ne peuvent être déterminées simultanément (relation d’incertitude de Heisenberg). Il existe donc une certaine probabilité que les électrons se trouvent dans certaines régions de l’espace autour du noyau: les orbitales atomiques. Cette probabilité peut se calculer grâce à l’équation de Schrödinger. Le modèle actuel de l’atome permet d’expliquer la plupart des phénomènes physiques et chimiques. Un atome est défini par son nombre de masse A, qui indique le nombre de nucléons, et par son nombre de charge Z, qui indique le nombre de nucléons chargés positivement, ou protons (les autres nucléons, dont le nombre est A - Z, sont des neutrons). L’étude de la structure du noyau (nature de ses constituants, calcul des forces de liaison, modalité de sa désintégration) a été menée en parallèle avec celle de la structure périphérique et s’est révélée particulièrement riche en résultats théoriques et en applications pratiques. |
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| Azote : | |
| L’azote est à l’état naturel (N2) un gaz incolore, inodore, peu réactif et peu soluble dans l’eau, de densité 0,97. Sa température d’ébullition est de -196 °C et sa température de fusion -210 °C. Certains de ses composés jouent un rôle capital dans l’industrie (ammoniac et acide nitrique) et dans l’agriculture (engrais azotés). L’azote se prépare par distillation de l’air liquide. Avec l’hydrogène, le carbone et l’oxygène, il constitue l’un des éléments les plus abondants dans l’Univers; il occupe une place capitale dans la composition de la matière vivante. | |
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