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18/03/2011

Messenger, premier satellite artificiel de Mercure

astronomie, Mercure, Messenger, système solaire, sonde, JPL Au terme de 2 418 jours de voyage, la sonde américaine Messenger s'est satellisée la nuit dernière autour de Mercure, la planète la plus proche du Soleil. Une première spatiale, réalisée avec le doigté et la finesse légendaires des "navigateurs interplanétaires" - c'est bien la dénomination officielle de leur métier - du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la Nasa, à Pasadena (Californie).

Messenger est certainement la sonde la plus robuste conçue par la Nasa. Elle doit résister à la chaleur, la lumière, les forces magnétiques et les ondes sonores du Soleil, qui ne se trouve qu'à 57,7 millions de kilomètres (un tiers de la distance Terre-Soleil). Sa mission primaire - cartographie à haute résolution d'au moins 50 % de la surface,  étude du champ magnétique, spectrométrie gamma et X, analyse de la composition de l'atmosphère et de la surface - doit durer au moins une année mercurienne (88 jours); ses instruments sont donc placés derrière un véritable bouclier en céramique pour les protéger de l'étoile.

astronomie, Mercure, Messenger, système solaire, sonde, JPLMercure constitue un monde fascinant car peu connu. D'abord parce que la température de sa surface tournée vers l'étoile Soleil monte à 427°C - de quoi faire fondre  l'étain - et que celle de la face nocturne plonge à - 183°C. Ensuite parce que la première reconnaissance, menée en 1974 et 1975 par Mariner-10, a laissé les images d'une planète densément cratérisée,  parcourue de bassins de lave et présentant les stigmates d'une activité tectonique dûe aux réajustements de la croûte aux extrêmes de température. Enfin parce que sa période de révolution autour du Soleil (88 jours terriens) est accompagnée d'une très lente rotation sur elle-même : chaque jour mercurien vaut près de 6 mois terrestres.

Mariner 10 a laissé les astronomes sur leur faim et leurs questions. Comment s'est formée cette petite planète de 4 878 km de diamètre ? Pourquoi est-elle si dense ? Son noyau est-il réllement en fer ? Pourquoi est-elle entourée d'une très fine atmosphère d'hydrogène et de sodium ? Montre-t-elle réellement des zones glacées aux pôles, comme semblent l'avoir révélé les observations par radar depuis la Terre ? Que peut-elle nous apprendre sur la formation de notre Terre et du reste du système solaire, il y a 4,75 milliards d'années ?

Durant son long voyage vers Mercure, Messenger en a profité pour "tirer le portrait" de ses soeurs planétaires. C'est la première photo de famille (composite) du système solaire vu de l'intérieur, prise en novembre 2010. La photo vue de l'extérieur avait été réalisée par la sonde interstellaire Voyager-1 en 1990.

Des images qui nous rappellent notre habituelle petitesse...

 

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15/03/2011

Réflexions sur Fukushima

Aurait-on pu imaginer semblable triple phénomène quasi-instantané !

Un séisme de magnitude 9 sur l'échelle ouverte de Richter, suivi quelques dizaines de minutes plus tard d'un tsunami dont les vagues ont atteint 10 m de haut (sensiblement comme en 2004 dans l'océan Indien), engendrant des urgences nucléaires dans au moins quatre des six réacteurs de la centrale de Fukushima 1, sans compter le réacteur 2 de Fukushima 2. Trois événements majeurs, consécutifs, inextricablement liés. Et tellement improbables dans leur instantanéité.

C'est la première fois dans l'Histoire qu'un tel enchaînement de causes et d'effets se pose à la sagacité humaine. Le Japon, qui fait partie des huit pays les plus riches de la planète, fait les frais de cette triple catastrophe... qui est bien loin d'être terminée, malheureusement.

D'un point de vue technique – sans même parler des retombées économiques et sociales, pas encore calculables mais qui pointent à l'horizon de la Bourse de Tokyo –, ce qui se passe dans les réacteurs 2, 3 et 4 pose de lourdes questions sur la sûreté nucléaire. Mais pas dans le registre de certains écologistes, ces bourgeois bohèmes de grandes villes qui auraient bien du mal à se passer d'électricité pour leur vie quotidienne, leurs transports collectifs, leurs ordinateurs, leur chauffage, leur éclairage. Comme le reste de la population, d'ailleurs.

On peut se demander pourquoi installer des centrales nucléaires au bord de la mer. Là, il faut rappeler que, contrairement aux pays européens ou aux Etats-Unis, le Japon ne dispose pas de fleuves au débit assez puissant pour assurer le refroidissement de ses réacteurs. Moins de 40 % de la surface de l'archipel est habitable, le reste étant occupé par les montagnes et les volcans. C'est magnifique sur une carte postale avec le Fuji Yama, mais lorsqu'il faut loger 127 millions d’habitants sur 377 835 km2 (soit 337 hab./km2), cela donne l'une des densités humaines les plus importantes au monde.

S'agissant des centrales nippones, leur instigateur est le modèle américain : des réacteurs à eau bouillante (BWR – Boiling Water Reactor), dont la technologie est issue des firmes américaines Westinghouse et General Electric. Un flux d'eau borée – le bore a la propriété d'absorber les neutrons pour modérer la réaction en chaîne – refroidit le cœur du réacteur et se vaporise en même temps, pour faire tourner les alternateurs producteurs d'électricité. On peut comparer ce système à une cocotte-minute, dont l'équilibre thermique et radiatif dépend de la circulation de l'eau.

Le problème survient lorsque dans le quart d'heure suivant le séisme de magnitude 9, qui fragilise déjà certaines structures, le site voit un mur d'eau de 15 à 17 m déferler sur ses installations – en plusieurs vagues d'ailleurs, comme chaque tsunami, dont la première n'est pas obligatoirement la plus haute ou la plus puissante. Chaque vague ajoutant ses destructions à celles de ses « sœurs », les points de sécurité prévus dans la marche normale de chaque réacteur sont mis à mal.

L'alimentation électrique faiblit ou disparaît – un comble pour une centrale nucléaire. !–, des relais électriques sont inondés donc détruits par des court-circuits, des pompes rendent l'âme, des lignes de communication informatiques cessent toute transmission d'ordre. Et les techniciens se trouvent confrontés alors à un enchaînement de malfonctions dans les procédures de sécurité, qui ne font qu'aggraver le problème principal : celui du refroidissement du cœur. Quasiment ce qui s'est passé en 1979 à la centrale américaine de Three Mile Island, mais en bien pire : quatre réacteurs sont en jeu simultanément.

Lorsque le cœur d'une centrale n'est plus refroidi au-dessous des maximums de température, l'eau bouillante se vaporise. La vapeur d'eau, radioactive, est décomposée par la chaleur en deux éléments chimiques naturels, l'oxygène et l'hydrogène. Ce dernier a la pénible propriété, même à une concentration de 3 ou 4 %, de devenir éminemment explosif. Suffisamment pour souffler les bâtiments de trois des réacteurs de Fukushima 1. En cas « d'excursion nucléaire » – ce mot trop joli forgé par l'industrie pour qualifier un réel et souvent grave accident –, surtout depuis Tchernobyl, chacun sait que ce gaz va entraîner un effet de souffle pouvant engendrer des dangers pour l'intégrité de l'enveloppe en acier du cœur. Peut-être serait-il intéressant de réfléchir à une soupape, style torchère, précédée d'une chambre de décompression, permettant alors de brûler ce gaz avant que sa concentration ne conduise à une inévitable explosion. Et pour éviter de relâcher des bouffées de gaz radioactif dans l'atmosphère.

De même, il ne faut pas se cacher que les accroissements de température interne, alliés aux chocs causés par les explosions, ont eu un impact sur la structure même en acier des cuves de ces réacteurs. En prenant l'exemple de la cocotte-minute, il suffit d'un trou dans la paroi pour que la vapeur s'échappe et vous ébouillante... avant que le récipient ne vous explose au visage.

D'autant qu'en période normale de fonctionnement, les barres d'uranium d'un réacteur demeurent aux environs de 350°C. Privées de tout refroidissement, comme dans les coeurs et les piscines des réacteurs 2, 3 et 4, les barres sont portées entre 700°C et 900°C. Les gaines fondent, entraînant les éléments radioactifs dans leur déliquescence.

Enfin, si le cœur même du réacteur est « sanctuarisé » dans un énorme berceau d'acier et de béton, le retour d'expérience provisoire sur ce qui se passe au Japon suggère de "santuariser" aussi ce que l'on appelle les systèmes auxiliaires, comme le refroidissement, qui se révèlent aussi importants que la cuve elle-même.

Une chaîne n'ayant, c'est bien connu, que la force de son maillon le plus faible.