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30/ 10/ 2008

Faire des radios - rayons X - avec du scotch

Des chercheurs ont trouvé un moyen astucieux de générer des rayons X avec un simple rouleau de scotch et une bonne pompe à vide. Cette actualité est aussi l'occasion de parler d'électrostatique et de triboluminescence.

Catégorie	Niveau de difficulté de compréhension
Phys-Chimie	moyen

On connaît tous cela. C'est parfois assez énervant même.

Vous voulez déroulez une belle longueur de ruban adhésif type scotch et, c'est énervant, il a tendance à remonter et coller diaboliquement à votre main.

D'autres fois, vous devez détacher une pochette plastique d'un tas tout neuf.

Vous en prenez une et vous sentez les poils de vos brase et mains être chatouillés par l'énergie électrostatique libérée par la séparation : la poussière et de petits morceaux de papier vont se précipiter sur votre pochette plastique.

Vous connaissez l'origine de ces manifestations : l'électrostatique.

PREAMBULE

En réalité, vous ne vous doutez probablement pas de la quantité incroyable de problèmes de nature électrostatique dans les usines qui sortent des films en rouleaux (Demandez à 3M en particulier : lien rapports 3M).

C'est tellement phénoménal comme énergétique, si toutes les précautions ne sont pas prises, de « méchants » phénomènes de décharge électrostatique peuvent arriver.

Je ne parlent pas des problèmes avec les carburants (comme à la pompe à essence : questions-reponses-science.php) mais plutôt des matériaux pulvérulents (poudres) qui s'ils sont à proximité, peuvent provoquer un gros BOUM !

Ne rigolez pas, il y a des dégâts et morts chaque année ... (voir l'ancienne actu d'Imaginascience poudres et explosions ) ...

Il y a même des rumeurs étranges comme ces personnes qui ont eu l'impression de sentir comme un champ répulsif dans ces usines où règne des conditions électrostatiques (non prouvé ! à lire (anglais) ).

Il existe deux types classiques de machines électrostatiques de démonstration : la machine de Wimshurst et la machine de Van de Graaf (qui est montrée par l'un des chercheurs dans l'introduction de la vidéo).

La machine de Wimshurst est proposée dans notre boutique.

Elle permet d'accumuler dans des sortes de condensateurs (bouteille de Leyde) grâce aux frottement de petits balais de cuivre sur des secteurs métalliques et neutres posés sur des disques tournant en contra-rotation.

Dans la vidéo qui montre les étincelles que l'on obtient avec cette machine dans le noir, on montre également l'effet Corona (Effet_corona sur Wikipédia).

Cet effet est le résultat de l'ionisation de l'air lorsque l'on empêche la décharge par étincelle.

C'est un spectacle impressionnant pourvu que l'on laisse nos yeux s'habituer à l'obscurité plusieurs minutes : on voit des milliers de petits éclairs bleutés jaillirent de différents endroits de la machine.
En même temps, on sent une forte odeur d'ozone.

Cet effet Corona libère donc l'énergie en interagissant avec les particules d'air : cela fait aussi que la tension ne peut monter à des niveaux trop élevés.

On reviendra sur cet effet Corona plus loin dans le décryptage de cette actualité puisque, justement, les chercheurs travaillent dans le vide.

Passons à l'autre machine, dite de Van de Graaf.

La machine de Van de Graaf fonctionne également par frottement.

Une bande caoutchouc tourne et frotte sur un cylindre qui charge à son tour une coupole en métal.

Ce principe d'électrostatique est d'ailleurs repris de manière astucieuse par notre toute nouvelle curiosité scientifique que vous trouverez dans la boutique.

On en fait la démonstration dans la vidéo ci-contre : l' Ovni Electrostatique

Pour la petite histoire, les machines Van de Graaf ne sont pas vraiment que des curiosités de laboratoire pour faire de belles étincelles devant un parterre d'étudiants ou encore leur faire dresser les cheveux sur la tête, loin de là.

Ces machines ont été en réalité inventées pour un but bien précis : servir la physique nucléaire.

En particulier il s'agissait d'alimenter les premiers accélérateurs de particules (dont le récent LHC est le descendant direct même si on utilise d'autres moyens pou générer des particules à présent).

Pour accélérer les particules, il fallait de très fortes tensions.

C'est justement ce dont sont capables ces générateurs électrostatiques.

On trouve toujours aux USA de ces générateurs de Van de Graaf géants comme au musée de Boston.

Les étincelles sont effectivement COLLOSSALES.

Revenons à nos rouleaux de ruban adhésif, si vous le voulez bien.

Il existe une autre expérience amusante à faire avec un simple gros rouleau de scotch (plus il est large, plus c'est impressionnant mais il doit être très difficile de photographier l'effet ).

Eteignez les lumières dans une pièce et attendez deux-trois minutes, soit le temps que vos yeux s'habituent à l'obscurité.

Ensuite, déroulez violemment votre rouleau et regardez au niveau de l'endroit où le ruban adhésif se sépare !

C'est dingue ! Vous allez voir des petits flashs de lumière verte.

Ce phénomène se nomme la triboluminescence (Triboluminescence sur Wikipédia et mieux Triboluminescence sur Wikipédia en anglais) et elle s'exprime également dans les pierres Piezo de la boutique d'Imaginascience .

Cette triboluminescence fait l'objet d'une expérience que les américains connaissent bien avec certains bonbons « Life Savers » si on les croque (ou frappe avec un marteau) dans le noir, d'où la petite image humoristique où l'on voit Godzilla s'attaquer à l'usine de bonbons : Image humoristique.

L'ACTUALITE PROPREMENT DITE

Les chercheurs de l'université de Californie qui sont à l'origine de la recherche que l'on présente ici sont bien aux faits de ces phénomènes.

Ils savent très bien que lorsque l'on a essayé d'améliorer la tension délivrée par les générateurs de Van de Graaf, les chercheurs de l'époque avaient justement pensé à faire le vide autour des générateurs de Van de Graaf (lire cette petite histoire de la machine ) ...

Ils avaient entendu dire que le déroulement de rubans adhésifs, non seulement délivre des photons dans le spectre visible mais que l'on pensait aussi qu'ils le feraient dans les rayons X (voir le spectre électromagnétique image du spectre électromagnétique ).

Le problème est que l'air interagit fortement avec l'électrostatique au travers de l'effet Corona. L'évidence voulait donc que l'on place le scotch sous vide.

Visitez notre boutique !

Le résultat obtenu en déroulant du scotch à vitesse même relativement modérée (3 cm/sec) est étonnant : cela génère des jets de rayons X de 15 Kev (kiloelectronvolts : électronvolts sur Wikipédia), chacun ne durant qu'un milliardième de seconde et contenant un peu plus d'un million de photons.

On ne sait pas exactement comment le phénomène se produit : c'est donc encore un peu un mystère.

Tout ce que l'on sait, comme on l'a expliqué précédemment, est que lorsque deux surfaces sont frottées l'une sur l'autre, il y a séparation de charges (électrostatiques) et une surface devient positive tandis que l'autre devient négative.

Dans le cas présent, l'adhésif collant devient positif et le plastique du dessus du ruban (en polyéthylène) négatif. Une différence de potentiel s'accumule jusqu'à ce qu'un électron saute de l'adhésif au rouleau et l'impact de l'électron vers le ruban est suffisamment énergétique pour générer des photons dans les rayons X.

C'est génial car faire des radios avec des rayons X demande en général du matériel assez complexe.

Ici, il n'y a pratiquement même pas besoin d'électricité : on met le scotch sous vide, on tourne une manivelle et on peut faire une radio d'une main ou de la tête par exemple.

Pour les chercheurs, l'énergie des rayons X est suffisamment forte pour espérer générer une petite expérience de fusion nucléaire mais elle resterait non rentable pour en sortir de l'énergie.

En attendant, n'ayez pas trop peur de vos rouleaux de scotch : dans l'air, les rayons X ne vous atteindront jamais.

Source 1 :Actualité originale (pop-up, anglais)

Source 2 :Actualité originale (pop-up, anglais)

Complément 1 :Triboluminescence avec bonbons (pop-up, anglais)

Complément 2 :Triboluminescence avec bonbons (pop-up, anglais)

Complément 2 :Actualité Imaginascience : éclairs (pop-up, anglais)

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