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Les rayons X révèlent des changements de composition sur la surface active dans des conditions de réaction – ScienceDaily

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Une équipe de recherche dirigée par DESY utilise des rayons X à haute intensité pour observer une seule nanoparticule catalytique en action. L’expérience a révélé pour la première fois comment la composition chimique de la surface d’une nanoparticule individuelle change dans les conditions de réaction, la rendant plus active. L’équipe dirigée par Andreas Stierle de DESY présente ses découvertes dans la revue Science Advances. Cette étude représente une étape importante vers une meilleure compréhension des matériaux catalytiques synthétiques réels.

Les catalyseurs sont des substances qui améliorent les réactions chimiques sans être consommées par elles-mêmes. Aujourd’hui, les catalyseurs sont utilisés dans de nombreux procédés industriels, de la production d’engrais à la fabrication de plastiques. Pour cette raison, les catalyseurs sont d’une grande importance économique. Un exemple très connu est le pot catalytique installé dans les systèmes d’échappement des automobiles. Il contient des métaux précieux tels que le platine, le rhodium et le palladium, qui permettent de convertir le monoxyde de carbone (CO) hautement toxique en dioxyde de carbone (CO2) et de réduire la quantité d’oxydes d’azote (NOx) nocifs.

« Malgré leur utilisation généralisée et leur grande importance, nous ne connaissons toujours pas beaucoup de détails importants sur le fonctionnement des différents catalyseurs », explique Stierle, président de DESY NanoLab. « C’est pourquoi nous avons longtemps voulu étudier les vrais déclencheurs pendant le fonctionnement. » Ce n’est pas facile, car afin de rendre la surface active la plus grande possible, les catalyseurs sont généralement utilisés sous forme de petites nanoparticules, et des changements qui affectent leur activité se produisent à leur surface.

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Contrainte de surface liée à la composition chimique

Dans le cadre du projet European Union Foundries Nanoscience and Microanalysis (NFFA), l’équipe DESY NanoLab a développé une technique permettant de classer et donc d’identifier des nanoparticules individuelles dans un échantillon. « Pour l’étude, nous avons cultivé des nanoparticules d’alliage de platine-rhodium sur un substrat en laboratoire et marqué une seule particule spécifique », explique le co-auteur Thomas Keeler de DESY NanoLab et responsable du projet à DESY. « La particule marquée a un diamètre d’environ 100 nanomètres, ce qui est similaire aux particules utilisées dans le convertisseur catalytique d’une voiture. » Un nanomètre est un millionième de millimètre.

À l’aide des rayons X de l’installation européenne de rayonnement synchrotron ESRF à Grenoble, en France, l’équipe n’a pas seulement été en mesure de créer une image détaillée des nanoparticules ; Il a également mesuré la pression mécanique à l’intérieur de sa surface. « La contrainte de surface est liée à la composition de la surface, en particulier le rapport des atomes de platine aux atomes de rhodium », explique le co-auteur Philip Plesso du Karlsruhe Institute of Technology (KIT), dont le groupe a calculé la contrainte en fonction de la formation de la surface. En comparant la déformation en fonction des faces observées et calculées, des conclusions peuvent être tirées concernant la composition chimique à la surface des particules. Les différentes surfaces des nanoparticules sont appelées facettes, tout comme les côtés d’une pierre précieuse taillée.

Lorsque la nanoparticule croît, sa surface est principalement constituée d’atomes de platine, car cette configuration est fortement préférée. Cependant, les scientifiques ont étudié la forme de la particule et sa déformation de surface dans diverses conditions, y compris les conditions de fonctionnement du convertisseur autocatalytique. Pour ce faire, ils ont chauffé la particule à environ 430 degrés Celsius et ont permis aux molécules de monoxyde de carbone et d’oxygène de la traverser. « Dans ces conditions de réaction, le rhodium à l’intérieur de la particule devient mobile et migre vers la surface car il réagit plus fortement avec l’oxygène que le platine », explique Pleso. Ceci est également prédit par la théorie.

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« En conséquence, la contrainte de surface et la forme des particules changent », explique le co-auteur Ivan Vartanianets, de DESY, dont l’équipe a transformé les données de diffraction des rayons X en images spatiales 3D. « L’enrichissement à base de rhodium est effectué sur les faces, où des coins et des bords supplémentaires sont formés. » La composition chimique de la surface ainsi que la forme et la taille des particules affectent grandement leur fonction et leur efficacité. Cependant, les scientifiques commencent tout juste à comprendre exactement comment ils sont liés et comment contrôler la structure et la composition des nanoparticules. Les rayons X permettent aux chercheurs de détecter des changements de moins de 0,1 pour mille dans la souche, ce qui dans cette expérience correspond à une résolution d’environ 0,0003 nanomètres (0,3 picomètres).

Une étape critique vers l’analyse des matériaux de catalyseur industriel

« Nous pouvons maintenant, pour la première fois, observer en détail les changements structurels de ces nanoparticules catalysées pendant le fonctionnement », explique Stierle, scientifique en chef à DESY et professeur de nanosciences à l’Université de Hambourg. « C’est un énorme pas en avant et nous aide à comprendre toute une classe d’interactions qui utilisent des nanoparticules alliées. » Les scientifiques de KIT et DESY veulent maintenant explorer cela systématiquement dans le nouveau Centre de recherche collaboratif 1441, financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) intitulé « Suivi des sites actifs dans la catalyse hétérogène de contrôle des émissions (TrackAct) ».

Stierle note que « notre enquête est une étape importante vers l’analyse des matériaux catalytiques synthétiques. » Jusqu’à présent, les scientifiques devaient développer des systèmes modèles en laboratoire pour effectuer de telles investigations. « Dans cette étude, nous avons atteint la limite de ce qui peut être fait. Avec le microscope à rayons X PETRA IV prévu par DESY, nous serons en mesure d’examiner des particules individuelles dix fois plus petites dans de vrais catalyseurs et dans des conditions de réaction. »

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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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