Équipements

Calibreurs de particules

Question :

Qu’est-ce qu’un calibreur de particules et comment ça fonctionne?

Réponse :

Un calibreur de particules fournit aux scientifiques de l’information sur le spectre complet de particules qui peuvent se trouver dans un échantillon. L’échantillon pourrait être, par exemple, une poudre industrielle sèche, un échantillon de sol ou des particules contenues dans un échantillon d’eau prélevé dans une rivière ou un lac. Il faut souvent connaître la taille d’une particule pour mieux comprendre une réaction chimique ou encore la sédimentation ou le transport des particules et la pollution qui en résulte dans un milieu naturel (p. ex. une rivière) ou une infrastructure (p. ex. un égout). Il existe bon nombre de types de calibreurs de particules. Les plus courants utilisent la vitesse de sédimentation des particules, des lasers, des microscopes ou la résistance électrique pour mesurer le spectre de dimensions des particules contenues dans un échantillon. En général, un calibreur de particules permet de déterminer la « répartition des sédiments ou granulométrique ».

- Ian Droppo

 


 

Stimulateur cardiaque

Question :

Bonjour. Pourriez-vous m’indiquer comment fabriquer un simili-stimulateur cardiaque qui fonctionnerait comme un vrai? Merci.

Réponse :

Pour répondre à votre question, nous avons trouvé une solution qui pourrait convenir à un enfant de 10 ans.

Pour construire ce modèle, fabriquez une batterie en mettant 3 piles D bout à bout (positif-négatif-positif-négatif-positif-négatif); vous pouvez les entourer d’un ruban adhésif pour assurer un bon contact. Puis, avec un bout de fil de cuivre, reliez un des pôles de la batterie à une des broches d’un interrupteur à bouton poussoir (que vous pouvez vous procurer chez La Source ou Radio Schack). Entortillez ensuite un deuxième fil de cuivre autour d’un clou et reliez l’une des extrémités de ce fil à l’autre pôle de la batterie, et l’autre extrémité du fil à la deuxième broche de l’interrupteur. Placez ensuite, près de la tête du clou, une rondelle fixée à une tige souple sur une base. Lorsqu’on appuie sur le bouton, un champ magnétique se crée autour du clou et attire la rondelle vers lui. Ce faisant, on reproduit essentiellement l’action du circuit imprimé du stimulateur cardiaque qui détecte l’irrégularité du rythme cardiaque ou son absence. En appuyant sur le bouton, on envoie une décharge électrique au cœur (la rondelle sur la tige) et on rétablit le rythme cardiaque.

Vous pouvez également relier les fils de cuivre aux bornes d’une petite ampoule électrique qui s’allumera chaque fois que vous appuierez sur l’interrupteur.

- Eilean McKenzie

 


 

Simulations

Question :

À des fins éducatives, je veux simuler le passage d’un ultrason et d’un rayon X individuel au travers d’un matériau comme une soudure. J’ai envisagé le tracé des rayons. Où devrais-je commencer d’après vous? Existe-t-il des fonds disponibles pour un nouveau projet de ce type?

Réponse :

Selon nos experts dans le domaine, il est difficile d’obtenir ce type d’évaluations simulées à l’aide de simulations à faible coût. Cette question pourrait être liée à des études essentielles sur le blocage sécuritaire des déchets radioactifs. Si c’est le cas, l’approche nécessite un niveau élevé d’exactitude et de répétabilité, et elle doit être approuvée par les décideurs et organismes concernés. De plus, le vieillissement de la soudure, de la liaison et du matériau peut être très difficile à prévoir.

En somme, il est possible d’utiliser la simulation (p. ex. le tracé de rayons ou la méthode du moment) du passage d’un ultrason et d’un rayon X individuel au travers d’un matériau comme une soudure pour prévoir le degré d’aptitude de telles techniques à détecter les défauts. Toutefois, selon le niveau d’exactitude, cette opération semble difficile à réaliser jusqu’à maintenant et des expériences de taille seront nécessaires aux fins d’amélioration et d’étalonnage à l’aide de matériaux et d’instruments véritables (passage d’un ultrason et d’un rayon X individuel au travers d’un matériau). Il existe actuellement de nombreux instruments qui peuvent mesurer avec exactitude de tels défauts. Ainsi, la combinaison des capacités de simulation et de véritables essais avec des instruments appropriés pourrait constituer une bonne approche.

Veuillez consulter les sites Web suivants :

NDT (en anglais seulement)

NRC (document en anglais avec résumé en français)

K Labs (en anglais seulement)

Si des fonds sont disponibles pour un nouveau projet de ce type, le Conseil national de recherches du Canada serait mieux placé pour vous fournir des renseignements à ce sujet.

- Paul Labbé

 


 

Compression dans les lasers

Question :

La compression des matériaux constituant un laser pourrait-elle être une solution  pour améliorer l'efficacité des lasers si on tient compte du fait que la compression permet de rapprocher les états d'énergie et, par conséquent, de diminuer l'énergie nécessaire pour que les électrons passent d'un état d'énergie à un autre?

Réponse :

Bonne question! Bien sûr, la réponse est « ça dépend ». Pour le comprendre, regardons ce qu'est un laser. « LASER » est un l'acronyme de l'expression anglaise « Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation » (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnements). Tous les lasers sont composés d'un milieu amplifiant, d'une source d'excitation et d'une cavité de rétroaction optique. L'action du laser, ou effet laser, se produit dans le milieu amplifiant du laser. Il est toujours possible de déterminer quel est le milieu amplifiant au moyen du nom spécifique du laser. Par exemple, un mélange des gaz hélium et néon est le milieu amplifiant d'un laser HeNe, et des atomes d'éléments semi-conducteurs constituent le milieu amplifiant d'un laser à diode, tels que ceux trouvés dans les pointeurs laser. La source d'excitation excite les électrons dans le milieu amplifiant jusqu'à un niveau d'énergie supérieur. Lorsqu'un photon de lumière passe à travers le milieu amplifiant excité, il stimule l'émission d'un rayonnement lumineux parce que les électrons se détendent en atteignant un niveau d'énergie plus faible. Par conséquent, la longueur d'onde d'un laser est dictée par la différence d'énergie entre les niveaux d'énergie inférieurs et supérieurs dans le processus d'émission laser.

L'efficacité d'un laser est le rapport de la puissance de la source d'excitation sur la puissance émise et elle dépend de l'interaction complexe entre le processus d'amplification et les pertes au sein de la cavité de rétroaction optique. L'amplification résulte exclusivement du milieu amplificateur et elle dépend de facteurs tels que la concentration du milieu amplificateur, la proportion des états s'excitation qui diminuent par émission de rayonnement et l'efficacité du processus d'excitation des électrons du milieu amplificateur pour les porter au niveau d'énergie le plus élevé de l'activité laser. Les pertes peuvent avoir diverses causes, y compris la diffusion de la lumière, les pertes par réflexion sur chaque surface, les processus de diminution non radiative du niveau d'énergie le plus élevé du processus d'émission laser, l'absorption de la lumière émise par le milieu amplificateur et l'émission spontanée de la lumière dans des directions autres que celle du faisceau laser. L'efficacité typique du laser varie habituellement de moins de 1 %, à un maximum d'environ 30 %. Différents types de lasers ont des degrés d'efficacité intrinsèque différents.

Alors? La réponse courte c'est que le fait de rapprocher les niveaux d'énergie modifie la longueur d'onde du laser et fait généralement augmenter plus efficacement les processus non radiatifs que la décroissance radiative du niveau d'énergie supérieur du processus d'émission laser. Par conséquent, ces effets diminueraient l'efficacité laser. Toutefois, la compression peut également augmenter la concentration du milieu amplificateur, ce qui augmenterait l'efficacité de l'émission laser. L'effet net dépendra de l'équilibre entre ces deux facteurs. Certains lasers, comme les lasers ioniques, comportent des aimants qui compriment les ions gazeux, ce qui améliore l'efficience de l'effet laser en raison d'une plus grande concentration du milieu amplificateur. Par contre, la compression n'est pas assez radicale pour modifier de manière importante les niveaux d'énergie.

- Glen Loppnow

 


 

La bande large

Question :

Comment fonctionne la bande large fixe ? Et la bande large mobile ?

Réponse :

Afin de mieux répondre à ces questions, je donne ici certaines définitions des termes utilisés.  Plusieurs d’entre eux sont utilisés de différentes façons par divers groupements, par conséquent ces définitions devraient permettre de clarifier les choses.      

La bande large est un terme technique qui se réfère à la capacité d’un médium de transmission simultanée de divers genres de signaux et de trafics.  À titre d’exemple, il pourrait s’agir de partager avec plusieurs personnes de votre maison une connexion par modem sans fil.  On peut trouver une amusante description des diverses manières dont le terme est utilisé en consultant la page Wikipédia traitant de la bande large sous l’en-tête Télécommunication (http://en.wikipedia.org/wiki/Broadband).  Le secteur de la téléphonie mobile a tendance à utiliser le terme bande large pour se référer à l’accès à Internet.  Techniquement, cette utilisation est incorrecte puisque la connectivité à Internet par bande étroite, par bande téléphonique ou par ligne commutée est toujours possible.   

La bande large mobile est un terme commercial indiquant l’accès à Internet à l’aide d’un dispositif portable (mobile).  Cet accès se fait habituellement par une station de base qui permet de transmettre des données au moyen d’une passerelle Internet.  Pour ce faire, il faut disposer d’instruments et d’une infrastructure munis d’une technologie de support       (p. ex., de 2 G, 3 G ou 4G).  Les termes bande large mobile et bande large cellulaire tendent à être utilisés d’une manière interchangeable. 

La bande large fixe indique l’utilisation de stations de transmission (stations au sol) pour le déplacement des données à partir des passerelles Internet jusqu’aux ordinateurs des clients.  Les stations de téléphones cellulaires fonctionnent de la même manière en ce qui concerne les bandes larges mobiles.  L’équipement utilisé pour l’accès en bande large fixe comprend un émetteur-récepteur pour communiquer avec les stations au sol.  Il s’agit d’un genre d’antenne (de type coupole) et d’un transmetteur radio.  Ce genre d’équipement ne peut servir qu’aux communications avec des stations au sol (des stations fixes) et non pas à des fins d’accès à Internet par satellite.  Parmi les limites de ce genre de système, on retrouve la nécessité de disposer d’une ligne de visée directe entre la coupolle et la station au sol.  D’autre part, la qualité du fonctionnement peut être perturbée par certaines conditions atmosphériques telles que la pluie et le brouillard.  Qui plus est, l’itinérance est impossible puisque le fonctionnement est lié à un point d’accès physique, soit la station au sol.                  

La bande large sans fil est utilisée pour fournir un accès fixe et mobile à Internet.  Il s’agit du même élément de base qui sous-tend la transmission des données par ondes radio dans le cas de la bande large mobile et de la bande large fixe.  Le client (que ce soit la coupole et le transmetteur, ou encore votre téléphone cellulaire) et la station (que ce soit la station du téléphone cellulaire ou la station au sol) envoient et reçoivent des ensembles de données numériques par ondes radio.  Ils font appel entre eux à des règles ou à des protocoles propres aux réseaux concernés afin d’éviter de perdre les messages ou les ensembles de données.  Les normes et les protocoles se rapportant à la bande large mobile doivent permettre le déplacement des données d’une station de téléphone cellulaire à une autre.  Toutefois, les protocoles se rapportant à la bande large fixe ne concernent pas ces mouvements.  Dans les deux cas, les protocoles doivent traiter de la façon dont les ondes radio sont utilisées pour transmettre les données numériques, de la façon dont les fréquences sont partagées et de la façon dont fonctionne le réseau sous-jacent qui permet de relier votre ordinateur à Internet.  Il existe plusieurs protocoles pour chacune de ces couches de fonctionnement.  Toutefois, dans le but d’assurer la présence d’une assise de base pour la qualité et la capacité des réseaux à communiquer entre eux, l’Institute of Electrical and Electronics Engineers a présenté toute une série de normes auxquelles les membres de l’industrie devraient se conformer au moment d’élaborer de nouveaux protocoles et de nouvelles techniques s’y rapportant.                         

Pour obtenir de plus amples détails sur les divers aspects technologiques, je vous recommande de prendre connaissance de ce document publié en 2005 : http://www.corning.com/docs/opticalfiber/wp6321.pdf.  Le site Web qui suit (la date n’est pas indiquée) donne un aperçu intéressant de la bande large mobile (qui y est appelée la bande large cellulaire ou mobile sans fil) et de la bande large fixe :        http://mobroadbandnow.com/broadband-101/broadband-types/.

-Jackie Rice

 


 

Transporter le pétrole brut

Question :

Suite au visionnement de la vidéo Explorer la science des sables bitumineux, j'aimerais savoir si le transport du pétrole brut est dangereux, et ce, indépendamment du mode de transport utilisé. Il me semble que le transport d'essence, de diesel et de plastique est moins dangereux. Pourquoi ne transforme-t-on pas plutôt le pétrole brut en Alberta, sur place, dans une usine pétrochimique comme il en existe à Montréal? Comment et sous quel forme le plastique est-il transporté?

Réponse :

La question est très pertinente. Premièrement, il n'est pas plus dangereux de transporter le pétrole brut par pipeline, camion-citerne ou train que de transporter l'essence, le carburéacteur, le diesel ou tout autre produit pétrolier liquide par les mêmes modes de transport. Le pétrole brut, l'essence, le carburéacteur, le diesel et les autres produits pétroliers liquides présentent tous des caractéristiques similaires en ce qui a trait à la sécurité. Le plastique, par contre, est particulier parce qu'il est solide et présente notamment un risque très faible d'explosion, de déversement, de combustion.

Deuxièmement, pour transformer le pétrole brut en essence, en diesel ou en d'autres produits pétroliers (comme le plastique, le caoutchouc et les fibres), il faut construire et exploiter des raffineries et des usines pétrochimiques, ce qui est coûteux en argent et en infrastructures (eau, énergie, gaz naturel, et ainsi de suite). De plus, ces usines doivent produire suffisamment pour être rentables. Or, certains champs pétrolifères ne fournissent pas assez de pétrole brut. Et même si l'on construisait les raffineries à proximité des champs pétrolifères, les produits raffinés (comme l'essence et le diesel) devraient être quand même transportés et distribués au moyen de pipelines, de camions et de trains, ce qui poserait des risques similaires pour la sécurité publique et l'environnement à ceux associés au transport du pétrole brut. C'est pourquoi les raffineries et les usines sont normalement construites dans des régions peuplées (près des grandes villes), où la demande est la plus grande et où les produits peuvent être facilement distribués. Les pipelines permettent aux raffineries d'obtenir plus aisément le pétrole brut dont elles ont besoin, sans avoir à dépendre des ressources d'une région ou d'un champ pétrolifère donné. Autrement, elles devraient fermer leurs portes si un problème majeur survenait dans un champ pétrolifère à proximité.

Troisièmement, comme les entreprises veulent toujours tirer le meilleur parti de leurs investissements, elles mènent diverses analyses économiques pour déterminer où les raffineries et les usines devraient être construites. La réglementation environnementale et d'autres contraintes locales (disponibilité de la main-d'œuvre et des ressources, etc.) sont aussi des facteurs importants qui entrent en jeu.

- Jinwen Chen

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