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Formation de mousse lors du drainage d’une solution de tensioactif dans un modèle mésoporeux microfluidique

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Formation de mousse lors du drainage d’une solution de tensioactif dans un modèle mésoporeux microfluidique

La dynamique de formation de mousse dans l’espace poreux d’un modèle mésoporeux microfluidique a été analysée lors du déplacement de la solution tensioactive par injection de gaz (air) à débit volumétrique constant. L’évolution de la structure de la mousse et la réversibilité du mouvement des gaz (viscosité apparente du gaz) ont été évaluées en fonction de la concentration en tensioactif.

Modèle microfluidique

Des expériences d’injection de fluide ont été réalisées sur un milieu poreux microfluidique modèle en verre borosilicaté, fabriqué par Micronit. Le micromotif est mouillé avec de l’eau et contient une matrice poreuse d’une longueur de 20 mm × une largeur de 10 mm et d’une profondeur de gravure de 20 µm. Les chambres de distribution du débit d’entrée et de sortie ont une largeur de 500 µm. Le dispositif est conçu en plaçant de manière aléatoire des structures en forme de grain de roche pour ressembler à la géométrie réelle d’une tranche de roche de grès. Des corps poreux et des gorges apparaissent entre les structures matricielles solides. La taille approximative du plus petit anneau est de 12 µm, tandis que celle du plus grand est d’environ 250 µm. Le volume poreux est de 2,3 µL, ce qui correspond à une porosité de 0,57. La perméabilité du modèle, selon le fournisseur, est de 2,5 D. Les valeurs absolues de porosité et de perméabilité sont supérieures à celles des roches réservoirs typiques, cependant, travailler avec une géométrie 2D transparente permet de visualiser les événements à l’échelle des pores et la corrélation entre ceux-ci. événements et comportement d’écoulement macroscopique. La figure 1 montre une image du petit modèle. La répartition des phases a évolué dans une zone de 9,33 x 5,32 mm2 Le microcosme, surligné en jaune sur la figure, a été enregistré pendant toute la durée des expériences afin d’évaluer l’évolution de la texture de la mousse et de déterminer le nombre de lamelles dans l’espace poreux. Après avoir atteint un état stable, une image de l’ensemble de l’espace poreux a été obtenue.

Figure 1

Image de la maquette du milieu poreux utilisé dans l’étude. La zone surlignée en jaune représente la région où l’évolution du nombre de plaquettes lors du moussage a été mesurée.

Configuration et procédure expérimentales

Le dispositif expérimental est schématisé sur la figure 2. Les phases aqueuses et gazeuses ont été injectées à l’aide d’un pousse-seringue (Harvard Apparatus) avec des seringues en verre scellées (Hamilton), avec terminaison en téflon et couplage Luer-Lock. Une vanne à trois voies a été utilisée pour connecter le transducteur de pression à la conduite d’injection. Le dispositif microfluidique a été placé sur la platine d’un microscope inversé (Leica DMi8) pour la visualisation. Une caméra Leica MC170 HD a été utilisée pour enregistrer l’évolution de l’injection de gaz et de la formation des plaques au cours de chaque expérience.

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La pression différentielle a été mesurée à l’aide d’un transducteur de pression DP15TL (Validyne) placé au-dessus du dispositif microfluidique. Les membranes utilisées ont une finesse de 0,5 % et des plages de pression de 0 à 5 psi et de 0 à 20 psi. Le port était à ciel ouvert.

Figure 2
Figure 2

Afin d’assurer une saturation complète de l’espace poreux avec la phase aqueuse sans bulles de gaz, le microcosme a d’abord été saturé de dioxyde de carbone. Après cette première étape, le modèle a été complètement saturé de phase aqueuse (eau ou solution tensioactive).

La phase aqueuse a été déplacée par injection de gaz à un débit volumétrique constant de \(q_g = 1\) ml/h jusqu’à ce que la pression différentielle atteigne l’état stable. L’éventail des figures poétiques a été exploré \(Ca = \mu _a V / \sigma = 2,1 \times 10^{-5}\) à \(4,1\fois 10^{-5}\). Le nombre capillaire est défini en fonction de la viscosité de la phase aqueuse \(\Mo _a\)la tension superficielle entre les phases \(\sigma\) Et la vitesse de Darcy Cinquième.

Le dodécylsulfate de sodium (SDS) était le tensioactif utilisé dans les expériences. La solution a été préparée en dissolvant le tensioactif en poudre dans de l’eau déminéralisée et filtrée sur un filtre de 0,45 µm. Un colorant aqueux a été ajouté à la solution tensioactive pour mieux distinguer le liquide des autres liquides et de la matrice vitreuse lors des expériences de visualisation.

Des mesures de tension superficielle ont été effectuées dans des solutions aqueuses de SDS afin de déterminer la concentration micellaire critique (CMC) du système. Toutes les mesures ont été effectuées sur un tonomètre DCAT25 par DataPhysics Instruments à l’aide d’une plaque Wilhelmy. Les valeurs de tension superficielle rapportées ont été obtenues à une température constante de 23 °C. La tension superficielle d’équilibre de l’eau avec le colorant rouge utilisé pour préparer les solutions était de 61,6 mN/m. La valeur de la tension superficielle se stabilise à 34,4 mN/m à une concentration de tensioactif suffisamment élevée. La concentration micellaire critique (CMC) mesurée était d’environ 3 g/L.

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Quantification par analyse d’images

Les images enregistrées au cours de chaque expérience ont été traitées à l’aide de Fiji Is Just ImageJ.26, qui possède plusieurs plugins intégrés qui facilitent l’analyse scientifique des images. L’objectif principal de l’analyse d’images était d’évaluer la phase aqueuse restante et de déterminer l’évolution de la numération plaquettaire.

Tout d’abord, une image du dispositif entièrement saturé d’air a été utilisée pour déterminer la composition de la matrice solide et l’espace des pores. Cette image s’appelle masque.

Lors du déplacement de la solution tensioactive par injection de gaz, les images acquises toutes les 10 s à partir de la vidéo enregistrée ont été analysées. La figure 3 montre un exemple de ces images. La présence de films liquides délimitant de multiples bulles de gaz est évidente.

figure 3
figure 3

Milieu poreux après déplacement de la solution tensioactive par l’air. L’espace poreux présente plusieurs lamelles.

Le plugin s’appelle BUnwarpJ Il a été utilisé pour aligner les images à chaque pas de temps et masquece qui est essentiel pour les soustractions d’images utilisées pour calculer le nombre de plaques. BUnwarpJ Il s’agit d’un algorithme pour l’enregistrement d’images flexible et cohérent27. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ce processus sont :

Figure A

L’étape suivante consistait à dupliquer les deux images. Trois algorithmes de seuillage, Isodata, ont été utilisés28Huang29 Et le triangle30, en fonction des conditions d’éclairage de chaque expérience. Objets pseudo-isolés (moins de 100 pixels2) Il est possible qu’il y ait de la saleté dans le dispositif en verre ou que des impuretés présentes dans les liquides aient été éliminées après la double procédure. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ces opérations sont :

Figure B

Pour isoler les lamelles et supprimer les limites de matrice solide de l’image, une opération booléenne (ET) a été effectuée entre les images binaires et alignée pour chaque pas de temps et l’image inversée. masque. La macro-commande Fidji utilisée pour cette opération est :

Figure c

En raison de petites différences dans la représentation des joints de grains solides dans les deux images, le processus de soustraction n’est pas idéal et génère de très petits objets. Objets inférieurs à 10 pixels2 Supprimé à l’aide des commandes :

Figure D

Le résultat de ces opérations est représenté sur la figure 4. Le nombre de plaques n’est pas égal au nombre d’objets isolés sur la figure 4, car différentes plaques peuvent être reliées pour former un seul objet. Pour isoler chaque tranche, les objets sont structurés, ce qui implique de supprimer à plusieurs reprises des pixels des limites des objets jusqu’à ce qu’ils soient réduits à des formes d’un pixel de large. Brancher Analyse du squelette 2D/3D Il est utilisé pour trier la branche, le nœud et le point final de chaque objet et les représenter dans différentes couleurs31. Les nœuds (connexion entre différentes branches) ont une tonalité inférieure à 71, ils peuvent donc être supprimés par un processus de seuillage. Les macro-commandes Fidji utilisées pour ces opérations sont :

Figure 4
Figure 4

Une image claire contenant les plaques.

Figure E

Le résultat de ces processus est représenté dans la figure 5, qui montre (a) l’image originale, contenant des joints de grains solides et des lamelles, et (b) l’image structurelle après soustraction. masque et (c) l’image dans laquelle les nœuds et les lamelles ne sont pas connectés les uns aux autres.

Figure 5
Figure 5

(une(Image originale, les nœuds sont marqués d’un cercle rouge, (B(Nœuds identifiés dans l’image structurelle, (C) Image avec les nœuds supprimés.

Suite à la série d’opérations sur l’image décrite précédemment, le nombre de plaques est égal au nombre d’objets isolés dans l’image. Lors de la quantification du nombre de plaques, seuls les objets de plus de 15 pixels sont sélectionnés2 (\(\environ 18,2^2 \mu m^2\)) sont considérés. Le nombre de feuilles dans l’image est déterminé par la commande :

Figure F

Les ensembles de commandes de macro précédents sont regroupés en une seule macro qui peut être exécutée automatiquement et de manière répétée. La macro prenait une image de référence en entrée et parcourait une série d’images contenant des plaques, donnant le nombre de plaques par image en sortie.

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L'atterrisseur lunaire japonais dort après avoir survécu à la nuit lunaire – journal

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L'atterrisseur lunaire japonais dort après avoir survécu à la nuit lunaire – journal

TOKYO : L'atterrisseur japonais est revenu en mode veille après avoir étonnamment survécu à une nuit lunaire glaciale de deux semaines, a annoncé l'agence spatiale japonaise, avec une autre tentative pratique prévue pour la fin du mois.

L'atterrisseur intelligent d'exploration lunaire (SLIM) sans pilote a atterri en janvier sous un angle bancal qui a laissé ses panneaux solaires pointés dans la mauvaise direction.

Au fur et à mesure que l'angle du soleil changeait, il reprenait vie pendant deux jours et effectuait des observations scientifiques du cratère avec une caméra performante. Cette semaine, la sonde SLIM, qui « n'a pas été conçue pour les dures nuits lunaires », lorsque les températures descendent jusqu'à moins 133 degrés, a encore créé la surprise en se réveillant deux semaines plus tard.

« SLIM s'est rendormi au coucher du soleil juste après 3 heures du matin (heure japonaise) le 1er », a déclaré vendredi l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) sur X, anciennement connue sous le nom de Twitter, à côté d'une photo de la surface rocheuse de la lune capturée par le vaisseau spatial. Mars ». L'enquête.

« Bien que la probabilité d'échec augmente en raison des cycles de chaleur extrêmes, nous essaierons de faire fonctionner SLIM à nouveau lorsque la lumière du soleil reviendra fin mars », a déclaré l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale.

Cette annonce intervient après que l'atterrisseur américain sans pilote Odysseus soit devenu le premier vaisseau spatial privé à se rendre sur la Lune. L'atterrisseur a transmis sa dernière image jeudi avant que ses réserves d'énergie ne soient épuisées.

Le rover SLIM, surnommé « Moon Sniper » en raison de sa technique d'atterrissage précise, a atterri à l'intérieur de la zone d'atterrissage cible le 20 janvier.

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Publié dans Al-Fajr, le 3 mars 2024

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Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

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Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

sur Épisode 100 de Cette semaine dans l'espaceTarek Woroud accueille à nouveau le Dr Alan Stern du Southwest Research Institute pour partager son expérience de vol à bord d'un avion spatial privé.

Alan, planétologue et chercheur principal de la mission New Horizons de la NASA vers Pluton et au-delà, effectuera un vol spatial suborbital en novembre 2023 à bord de l'avion spatial VSS Unity de Virgin Galactic. Il explique à quoi ressemble cette expérience, ce qu'elle promet pour la future science spatiale, et bien plus encore.

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Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

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Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

Il y a un peu plus de cinq ans, le 22 février 2019, une sonde spatiale sans pilote était placée en orbite autour de la Lune.

Le nom de la chose Beresheet Il a été construit par SpaceIL et Israel Aerospace IndustriesIl était censé être le premier vaisseau spatial privé à effectuer un atterrissage en douceur. Parmi la cargaison de la sonde se trouvaient des tardigrades, célèbres pour leur capacité à survivre même dans les climats les plus rigoureux.

la mission Il a eu un problème depuis le débutAvec l'échec des caméras de « suivi stellaire » chargées de déterminer la direction de l'engin spatial et ainsi contrôler correctement ses moteurs. Les contraintes budgétaires ont dicté une conception raccourcie et, même si le centre de commandement a pu surmonter certains problèmes, les choses sont devenues plus difficiles le 11 avril, jour du débarquement.

En route vers la Lune, le vaisseau spatial voyageait à grande vitesse et a dû ralentir pour effectuer un atterrissage en douceur. Malheureusement, lors de la manœuvre de freinage, le gyroscope est tombé en panne, bloquant le moteur principal.

A 150 m d'altitude, Beresheet Il roulait toujours à 500 km/h, trop rapide pour être arrêté à temps. La collision a été violente puisque la sonde s'est brisée et ses restes ont été dispersés sur une distance d'une centaine de mètres. Nous le savons car le site a été photographié par le satellite LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) de la NASA le 22 avril.

Des animaux capables de (presque) tout gérer

Alors qu'est-il arrivé à tardigrades Qui voyageait à bord de la sonde ? Compte tenu de leur remarquable capacité à survivre à des situations qui tueraient presque n’importe quel autre animal, est-il possible qu’ils aient pollué la Lune ? Pire encore, peuvent-ils le reproduire et le coloniser ?

Les tardigrades sont des animaux microscopiques mesurant moins d'un millimètre de long. Ils possèdent tous des cellules nerveuses, une bouche s'ouvrant au bout d'une trompe rétractable, un intestin contenant des organismes microscopiques et quatre paires de pattes non articulées terminées par des griffes, dont la plupart sont dotées d'yeux. Malgré leur petite taille, ils partagent un ancêtre commun avec les arthropodes comme les insectes et les araignées.

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La plupart des tardigrades vivent dans des milieux aquatiques, mais on peut les trouver dans n'importe quel environnement, même dans les zones urbaines. Emmanuel Delagotchercheur au Centre national de la recherche scientifique, les récolte dans les mousses et les lichens du Jardin des Plantes à Paris.

Pour être actifs, se nourrir de microalgues comme la chlorelle, et se déplacer, croître et se reproduire, les tardigrades ont besoin d'être entourés d'une couche d'eau. Ils se reproduisent de manière sexuée ou asexuée par parthénogenèse (à partir d'un œuf non fécondé) ou même par hermaphrodisme, lorsqu'un individu (ayant à la fois des gamètes mâles et femelles) s'autoféconde.

Une fois l'œuf éclos, la vie active du tardigrade dure de 3 à 30 mois. Un total de 1265 espèces ont été décritesdont deux fossiles.

Les tardigrades sont réputés pour leur résistance à des conditions qui n’existent ni sur Terre ni sur la Lune. Ils peuvent arrêter le métabolisme en perdant jusqu’à 95 % de l’eau corporelle. Certaines espèces fabriquent du sucre, le tréhalose, qui Agit comme un antigelD’autres synthétisent des protéines censées intégrer les composants cellulaires dans un réseau de « verre » amorphe qui assure la résistance et la protection de chaque cellule.

Lors de la déshydratation, le corps d'un tardigrade peut réduire de moitié sa taille normale. Les pattes disparaissent et seules les griffes restent visibles. Cet état, connu sous le nom Cryptobiosese poursuit jusqu'à ce que les conditions de vie active redeviennent favorables.

Selon le type de tardigrade, les individus ont besoin de plus ou moins de temps pour se déshydrater et tous les spécimens d'une même espèce ne sont pas capables de reprendre une vie active. Les adultes déshydratés survivent quelques minutes à des températures aussi basses que -272°C ou jusqu'à 150°C, et à long terme à des doses gamma élevées de 1 000 ou 4 400 Gy.

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En comparaison, une dose de 10 Gy est mortelle pour l’homme, et 40 à 50 000 Gy stérilisent tous types de matériaux. Cependant, quelle que soit la dose, les radiations tuent les œufs tardigrades. De plus, la protection conférée par la cryptobiose n’est pas toujours claire, comme dans le cas de Melnésium tardigradeumLes radiations affectent de la même manière les animaux actifs et déshydratés.

Les types Melnésium tardigradeum Dans son état actif. (n'importe lequel. Shukrai, Yu. Warnken, A. Hotz-Wagenblatt, MA Groehme, S. Henger et coll. (2012)., CC par)

La vie lunaire ?

Alors, qu’est-il arrivé aux tardigrades après leur collision avec la lune ? Certains d’entre eux sont-ils encore viables, enterrés sous la lune ? Le richeDes poussières allant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres de profondeur ?

Tout d’abord, ils doivent avoir survécu à l’impact. Tests de laboratoire Il a été démontré que des échantillons congelés de… Hypsibius Dujardini Les espèces se déplaçant à 3 000 km/h dans le vide ont subi des dommages mortels lorsqu'elles ont heurté le sable. Cependant, ils ont survécu à des impacts de 2 600 kilomètres par heure ou moins, et leurs « atterrissages durs » sur la Lune, qu’ils soient indésirables ou non, ont été beaucoup plus lents.

La surface de la Lune n’est pas protégée des particules solaires et des rayons cosmiques, notamment gamma, mais là aussi, les tardigrades seraient capables de résister.

En fait, Robert Wimmer-Schoengruber, professeur à l'Université de Kiel en Allemagne, et son équipe ont montré que… Les doses de rayons gamma frappant la surface de la Lune étaient constantes mais faibles Par rapport aux doses ci-dessus, 10 ans d’exposition aux rayons gamma lunaires équivalent à une dose totale d’environ 1 Gy.

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Mais se pose ensuite la question de la « vie » sur la Lune. L'ours d'eau devra supporter des pénuries d'eau ainsi que des températures allant de -170 à -190°C la nuit lunaire et de 100 à 120°C le jour.

Le jour ou la nuit lunaire dure longtemps, un peu moins de 15 jours terrestres. La sonde elle-même n’a pas été conçue pour résister à des conditions aussi extrêmes, et même si elle ne s’était pas écrasée, elle aurait cessé toute activité après seulement quelques jours sur Terre.

Malheureusement pour les tardigrades, ils ne peuvent pas surmonter le manque d’eau liquide, d’oxygène et de microalgues – et ne pourront jamais se réactiver, encore moins se reproduire. Leur colonisation de la Lune est donc impossible.

Cependant, des échantillons inactifs existent sur le sol lunaire, et leur présence soulève des questions éthiques, telles que : Matthieu Soie» souligne un écologiste de l'université d'Edimbourg. De plus, alors que l’exploration spatiale prend son essor dans toutes les directions, polluer d’autres planètes pourrait nous faire manquer la découverte de la vie extraterrestre.

L'auteur remercie Emmanuel Delagot et Cédric Houbas du Musée de Paris, ainsi que Robert Wimmer-Schoengruber de l'Université de Kiel, pour leur lecture critique du texte et leurs conseils.Conversation

Laurent Palkadirecteur de conférences, Muséum National d'Histoire Naturelle (MNHN)

Cet article a été republié à partir de Conversation Sous licence Creative Commons. Lis le Article original.

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