La nature regorge de trésors, encore faut-il savoir les dénicher. C’est ce qu’ont fait des chercheurs en découvrant qu’un matériau naturel nommé “birnessite” peut effectuer, moyennant une transformation en laboratoire, une photosynthèse qui coupe les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène, par la simple action de la lumière, à l’instar de ce que font les plantes.

L’hydrogène ainsi extrait de ce processus peut alors servir comme carburant de piles à hydrogène pour de nombreuses applications. Cette découverte, fruit d’années de recherches et d’un heureux concours de circonstances, s’inscrit dans la quête de sources d’énergie propres et peu couteuses.

Une photosynthèse minérale

Au départ, ils ne visaient pas aussi haut : les chercheurs du Département d’ingénierie chimique et biomédicale de l’université d’État de Floride étudiaient les propriétés physico-chimiques de la birnessite, un matériau à base d’oxyde de manganèse, soit contenant des atomes d’oxygène (O) et de manganèse (Mn) que l’on trouve à l’état naturel dans les déserts et les fonds océaniques.

Produite par le dépôt lent d’atomes de Mn dans un milieu liquide, elle a une structure en lamelles (représentées par la formule MnO) qui emprisonne des atomes d’autres éléments chimiques (en bleu), comme le montre la figure ci-dessous.

Or les scientifiques savent que cette structure présente de similarités chimiques avec l’organisation atomique des molécules (ou complexes moléculaires) en jeu dans la photosynthèse au sein des plantes, ce que l’on nomme complexe d’oxydation de l’eau (COE).

La birnessite : une usine à hydrogène figée et inerte

Néanmoins, si la structure atomique de la birnessite est à une certaine échelle similaire au COE de la photosynthèse végétale, elle est inerte chimiquement, ne produisant aucune réaction active : la birnessite ressemble à un générateur d’hydrogène dont toutes les pièces du mécanisme seraient soudées entre elles – une sorte de pâle imitation figée du plan de la machine photosynthétique.

C’est là qu’intervient l’heureux concours de circonstances : afin d’étudier plus en détail la structure atomique du matériau, les chercheurs ont voulu isoler une lamelle de birnessite et modifier également le jeu d’atomes qui se greffent sur la structure de base. Et là, surprise : cette couche d’une épaisseur nanoscopique s’est animée chimiquement et s’est mise sous l’effet de l’éclairage à couper les molécules d’eau du milieu pour produire de l’oxygène et de l’hydrogène.

 

 Vers une énergie propre et peu couteuse ?

Certes, la production de cette structure monocouche particulière nécessite de fournir de l’énergie (et peut-être d’émettre du CO2 et des polluants). Et si l’on compte le temps et l’argent qu’il a fallu investir pour que la connaissance et l’étude de ce matériau aboutisse à ce résultat, le bilan est négatif…

Mais une fois découvert ce nouveau matériau, l’industrie peut prendre le relai de la recherche académique et modifier le bilan global de l’opération. Peut-être qu’à l’avenir, si la faisabilité à grande échelle est confirmée, nous pourrons obtenir de l’énergie presque gratuitement et sans pollution, en faisant le plein d’eau de nos machines et voitures.

– Román Ikonicoff

 

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• Voici les matériaux surnaturels – S&V n°1133 – 2012. Durant des millénaires, l’humanité s’est servie des matériaux offerts par la nature. Mais peu à peu, en apprenant à jouer sur leur composition d’abord, puis sur leur structure microscopique, nous sommes devenus des spécialistes de l’art de créer de nouveaux matériaux aux propriétés inédites.

• Gouttes, les voici utilisées pour créer des matériaux – S&V n°1149 – 2013. Les liquides peuvent aussi former des matériaux, notamment pour la médecine, du moment qu’on apprend à leur donner une structure – ce qui est désormais possible.

• ADN, les physiciens en font un matériau de construction – Depuis le début des années 2000, des physiciens se sont mis à inventer les “origamis” à base d’ADN, posant les bases de cette nanotechnologie très… biologique – S&V n°1113.
  

Un désert à l’échelle d’un monde. Un désert glacial, d’une aridité absolue, telle est aujourd’hui la planète rouge. Mars, c’est une température de -60 °C en moyenne, une atmosphère terriblement raréfiée, un « air » équivalent à la pression de l’atmosphère terrestre à plus de 20 000 mètres d’altitude, mais constitué à 96 % de dioxyde de carbone.
Pourtant, la planète rouge montre, partout à sa surface, les vestiges anciens du passage de l’eau… Des vallées ravinées, des oueds, des canyons érodés par l’eau, et même des indices forts de présence pérenne d’étendues liquides ont été découvertes partout.
Depuis une quinzaine d’années, ces différents indices géologiques ont fait converger les planétologues vers un modèle de l’histoire martienne : il y a 4,5 milliards d’années, lors de la formation du système solaire, la Terre et Mars avaient des caractéristiques proches, et Mars, nouvellement formée, était dotée d’une atmosphère chaude et humide. C’est à ce moment là que l’eau aurait coulé en abondance sur la planète rouge…
On connaît la suite : Mars est devenue un désert.

Pourquoi ?

C’est pour répondre à cette question que la sonde Maven (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) a été lancée par la Nasa en novembre 2013. En orbite autour de la planète rouge depuis septembre 2014, Maven plonge régulièrement dans la haute atmosphère martienne pour l’étudier.

Verdict : c’est bien, comme le soupçonnent les planétologues depuis un quart de siècle, le Soleil qui est responsable de la quasi disparition de l’atmosphère martienne… En effet, Mars est profondément différente de sa grande sœur terrestre : environ dix fois moins massive, elle n’est pas protégée, comme la planète bleue, par un puissant champ magnétique. Résultat, le vent solaire, c’est à dire ces particules de haute énergie émise continûment par notre étoile, souffle perpétuellement sur l’atmosphère martienne, et l’érode peu à peu…
L’effet est infinitésimal : à chaque seconde, c’est seulement cent grammes de dioxyde de carbone qui s’échappent de la planète !
Mais cette infime érosion, continue durant quatre milliards d’années, aurait pu suffire à souffler dans l’espace la quasi totalité de l’atmosphère martienne.
Sauf que les scientifiques Américains suggèrent plutôt que l’atmosphère martienne a été ainsi détruite par le Soleil très tôt dans l’histoire de la planète rouge. Pour eux, en effet, l’activité du jeune Soleil était à l’époque bien plus violente qu’aujourd’hui.
Pour Bruce Jakosky et ses collaborateurs, qui publient leurs travaux dans Science, Mars a perdu son atmosphère primitive en cinq cents millions d’années environ, entre 4,2 et 3,7 milliards d’années. C’est donc à cette époque que progressivement, la planète se serait asséchée, et son eau résiduelle se serait figée sous forme de glace dans son sous-sol.
La confirmation que c’est bien le Soleil qui a soufflé l’atmosphère martienne au début de son histoire a bien sûr une implication dans la quête d’une hypothétique vie martienne. Les chercheurs Américains soulignent que la période pendant laquelle Mars a été propice à l’apparition de la vie correspond à celle où la vie est effectivement apparue sur Terre. Mais sur Mars, ces conditions favorables n’ont pas duré : entre cent et deux cents millions d’années environ, probablement. Suffisamment de temps, en tout cas, pour que la Nasa obtienne durant quelques décennies encore le financement de nouvelles missions spatiales pour que perdure ce passionnant feuilleton scientifique « Y a-t-il, ou y a-t-il eu, de la vie sur la planète Mars ? ».

Serge Brunier

En ces temps où l’on demande aux travailleurs d’augmenter leur productivité – crise économique oblige – une étude insolite montre qu’il y aurait tout intérêt à modifier l’atmosphère des bureaux pour voir cette productivité augmenter quasi-naturellement. Publiée dans le journal Environmental Health Reports, l’étude s’inscrit dans cette vague récente qui interroge la salubrité de nos lieux de vie.

En effet, après les questions de pollution intérieure, dont on a démontré qu’elle dépasse souvent la pollution extérieure, ce sont aujourd’hui les fonctions cognitives des employés de bureaux qui sont au centre d’une étude. Conclusion : les polluants provenant des matériaux et des produits d’entretien et l’air vicié grèvent la pensée des travailleurs, l’amputant d’une part non négligeable (plus de la moitié) de sa capacité !

Victimes d’une atmosphère confinée et polluée

L’étude, qui porte le long titre de “Associations entre les scores des fonctions cognitives et l’exposition au dioxyde de carbone, la ventilation, et les composés organiques volatiles chez les employés de bureau : une étude d’exposition contrôlée aux environnements de bureau verts et conventionnels“, a été menée en laboratoire avec la plus grande précision et en suivant une méthodologie scientifique : 24 travailleurs volontaires (architectes, designers, programmeurs, ingénieurs, créatifs, managers, professions libérales) ont accepté, moyennant 800 dollars de rémunération, de passer six jours à travailler dans des bureaux factices au sein de laboratoire Total Indoor Environmental Quality (TIEQ) de l’université de Syracuse (États-Unis).

Présents sur les lieux de 09H00 à 17H00, les mardis, mercredis et jeudis de deux semaines consécutives (en 2014), les volontaires ont pu travailler réellement mais en répondant durant 1H30 (par jour) à des tests cognitifs spécifiques, sous le regard et les manipulations atmosphériques de l’équipe de chercheurs. Chaque travailleur était placé dans un “bureau” hermétique dont les paramètres d’air (oxygène, CO2, molécules volatiles) variaient au gré des besoins de l’expérience, mais sans en informer les cobayes.

Bureau conventionnel, bureau vert et bureau vert+

Trois types d’ambiances de bureau ont été testés : l’ambiance “conventionnelle”, “verte” et “verte+”. La première baigne dans un air contenant des concentrations en molécules volatiles organiques similaires à celles que peuvent dégager les produits d’entretien, les matériaux et objets bureautiques, les peintures, etc. dans un bureau du type “années 1990″, plus ou moins hermétique, mal aéré et ventilé.

La deuxième ambiance est celle des bureaux construits dans les années 2000 avec la prise de conscience de la nécessité de réduire les déperditions énergétiques : très hermétique avec ventilation intérieure mais faible taux de renouvellement d’air, soit une forte concentration en molécules volatiles et CO2. Enfin, la troisième ambiance est celle des tous nouveaux bureaux (du moins aux États-Unis), hermétiques mais avec un bon taux de renouvellement d’air et l’utilisation de produits et matériaux à faible teneur de molécules volatiles polluantes.

 Évaluation des capacités cognitives

L’étude est très complète et détaillée, mais ses principales conclusions peuvent être exposées en quelques lignes. Les chercheurs ont testé les facultés cognitives des 24 volontaires selon le type d’ambiance auquel ils étaient exposé, tests effectués selon une méthodologie éprouvée (la Strategic Management Simulation), soit des exercices sur ordinateur de prises de décision simulées.

Concrètement, les tests (1H30 par jour) simulaient des situations mettant à l’épreuve la capacité de réaction et de décision des volontaires : problèmes urgents à résoudre en tant que coordinateurs en charge de l’organisation logistique d’une ville, d’une usine, etc. – le logiciel de calcul des réponses admettant plusieurs types de solutions ou de stratégies.

Des employés de bureau amputés de plus de la moitié de leurs capacités cognitives

Les fonctions cognitives notées se divisaient en 9 types, concernant aussi bien la capacité à chercher des informations pertinentes, que la vitesse de réponse, la complexité des stratégies mises en œuvre, etc. (voir le tableau 4 de la publication, en anglais).

Résultat : les employés des bureaux verts atteignent un score cognitif supérieur de 61% à celui des employés de bureau conventionnel, et ceux du bureau vert+ les dépassent de 101%. A méditer (à l’air libre).

Román Ikonicoff

 

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• Polluants domestiques, la chasse est ouverte — S&V n°1032 – 2003. C’est le début de la prise de conscience : l’Observatoire de la qualité de l’air intérieur lance une campagne partout en France pour mesurer les polluants dans les logements.

• Ce qu’il faut savoir pour assainir l’air de sa maison — S&V n°1157 – 2013. Les plantes dépolluent-elles vraiment ? Les assainisseurs d’air sont-ils efficaces ? Tous les conseils de science pour un intérieur sain.

• Pourquoi la pollution de l’air est désormais sous haute surveillance — S&V n°1137 – 2012. La France est le premier pays à avoir lancé un label exprimant les émissions toxiques de chaque produit. Servira-t-il à quelque chose ?

 

Thème chéri de la science-fiction, la « rencontre du troisième type », ou premier contact entre l’humanité et une forme de vie extraterrestre, peut-elle encore être originale ? Le Docu-fiction “The Visit, une rencontre extraterrestre” de Michael Madsen qui sort aujourd’hui, 4 novembre, en France, montre que oui.

Pas d’hémoglobine ni de cranes surdéveloppés ici, non. Mais le réalisateur danois bouleverse les codes du genre, en plongeant le spectateur dans la peau de l’Alien. C’est lui que ce docu-fiction d’une heure trente se propose de suivre, dans sa découverte de la Terre, et surtout de ses habitants, les humains.

Et parlons-en, des humains. On les découvre d’abord d’en haut, lors de séquences sans paroles, comme ce passage piéton que l’on redécouvre tout à coup comme si l’on voyait une curiosité extra-planétaire. Puis en face à face, lors d’entretiens reconstitués avec les vrais experts qui, dans la réalité, seraient les plus aptes à gérer telle situation : forces armées, membres de l’ONU, spécialistes du célèbre projet SETI (Search for ExtraterresTrial Intelligence), ingénieurs de la NASA et autres représentants gouvernementaux, tous se prêtent au jeu, simulant cette rencontre historique.

 

 

C’est pendant ces échanges quasiment unilatéraux (le public/extra-terrestre reste muet), aux silences embarrassants, que l’intérêt du documentaire se révèle. Car au fil du temps, on comprend qu’il n’existe pas de protocole de prévu dans le cas de la venue d’une intelligence non-terrestre. Face à l’inconnu, les réactions sont d’abord très anthropocentrées. Les interlocuteurs cherchent des points de repères (« Avez-vous une imagination ?», « Faites-vous la différence entre le bien et le mal ?»), puis tentent de définir pour nous, public d’un autre monde, la notion d’humain. Le disque d’or embarqué aux confins du système solaire par les sondes Voyager dans les années 1970, portrait de la vie et de la culture terrestre, est d’ailleurs magnifiquement commenté pour l’occasion.

 

 

Mais cette douce réflexion philosophique est vite rattrapée par des préoccupations plus terre-à-terre. L’humain a des démons (« Doit-on parler de la guerre ? »), et il avoue quelque peu gêné que, dans son histoire, les chocs de civilisations se sont mal terminés pour la moins « évoluée » d’entre-elles. La curiosité que l’on pouvait lire dans les yeux des experts laisse alors place à de la méfiance, et même à de la peur. « Nos deux biologies ne risquent-elles pas de s’annihiler ? ». Pressions pour connaître les intentions du visiteur, menaces militaires à peine déguisées… un malaise s’empare du spectateur.

Le tour de force de Michael Madsen est qu’il réussit peu à peu à nous détacher de notre condition humaine, et nous offre un recul inédit pour observer l’Homme. C’est bien notre espèce, qui se révèle ici si jeune, si impatiente et si névrosée, qui est l’objet de ce docu-fiction. Et quand le classique mais toujours très efficace Space Oddity (de David Bowie) sonne la fin de l’expérience, une seule interrogation subsiste. L’humain vaut-il la peine qu’on le visite ?

Thomas Cavaillé-Fol.

 

Voir la bande-annonce du film : “The Visit, une rencontre extraterrestre”.

The Visit est le second docu-fiction d’une “trilogie de l’humanité” réalisée par le Danois Michael Madsen. Celle-ci a débuté avec “Into Eternity” (2010), traitant de la gestion future des déchets nucléaires, et se cloturera prochainement  avec “Odyssey”, qui pose le problème des voyages spaciaux sur plusieurs générations.

 

 

 

 

Plutôt que de les envoyer à l’égout, pourquoi ne pas collecter les déjections humaines et les convertir en une source d’énergie ? Le biogaz ainsi obtenu pourrait fournir, mondialement, une quantité de combustible suffisante à alimenter 138 millions de foyers !

A lui seul, le gaz naturel (ou méthane) qui forme 60 % de ce biogaz, représenterait une valeur de 9,5 milliards de dollars, d’après les estimations de l’université des Nations unies, commanditaire d’un rapport publié aujourd’hui.

De la matière organique, les bactéries font du gaz

Ce sont les bactéries qui produisent le biogaz via un processus naturel de dégradation de matière organique (ou biomasse), comme la matière fécale, dans des conditions d’anaérobie (absence d’oxygène). Ce même processus est exploité en agriculture par la “méthanisation”, la production de méthane à partir des déjections des vaches d’élevage, et pourrait être utilisé lors de missions spatiales habitées. Les chercheurs suggèrent à présent de le mettre en place en substitution du réseau des eaux usées.

Mais extraire du combustible de nos excréments n’est que l’un des bénéfices possibles. Dans le rapport réalisé par l’Institut pour l’eau, l’environnement et l’énergie (une branche de l’université des Nations unies basée au Canada), le concept est poussé jusqu’au bout. Car même une fois brûlé comme combustible, le biogaz peut encore servir.

Une fois carbonisé, le biogaz donne un produit exploitable comme du charbon de bois

Son résidu après combustion s’avère en effet un équivalent du charbon de bois ! Et plus durable, de surcroît : alors que ce dernier est obtenu à partir des arbres, le biogaz généré par les déchets corporels humains pourrait fournir 2 millions de tonnes d’une matière équivalente en termes énergétiques. Et ce, sans abattre une seule plante !

Les gains possibles pour l’économie et l’énergie sont donc flagrants. Mais d’après les experts de l’ONU, les bénéfices pour l’environnement et la santé humaine seraient encore plus importants, surtout dans les pays les moins développés économiquement, où les sanitaires manquent cruellement dans de nombreuses régions.

1 milliard de personnes n’ont pas accès aux sanitaires

Un milliard de personnes sur la planète, en particulier en Inde, n’ont pas du tout l’usage des toilettes et font leurs besoins à l’air libre. Si leurs déjections étaient récupérées, 200 millions de dollars (180 millions d’euros) par an pourraient être générés par le biogaz extrait. Le gain énergétique permettrait d’alimenter en électricité jusqu’à 18 millions de foyers sur place.

En somme, cette nouvelle étude montre l’intérêt de cesser de considérer nos déjections comme un déchet, mais plutôt comme une ressource. Pour juger de sa richesse, les analyses chimiques ont montré que l’urine humaine contient 300 grammes de phosphore, 900 grammes de potassium et 300 g de soufre par mètre cube, tandis que les excréments produit en un an par une seule personne sont riches de 4,5 kilos d’azote et 550 grammes de phosphore.

—Fiorenza Gracci

 

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• A quel point les gros méthaniseurs sont-ils une solution écologique ? – S&V n°1163 (2014). Le grand public a fait leur connaissance lors de la polémique autour de la “ferme des mille vaches”. Quel est l’impact écologique des méthaniseurs ?

• L’Europe peut miser sur la biomasse pour son énergie — S&V n°1071 (2006). Déjà il y a une dizaine d’années, les scientifiques pointaient le potentiel de la biomasse, provenant autant de l’agriculture que des déchets.

• Un égout plus grand que le tunnel sous la Manche — S&V n°883 (1991). La ville de Chicago se dote du plus grand égout jamais construit, censé résoudre les problèmes environnementaux posés par les déjections humaines.