La planète océan d'interstellar existerait-elle vraiment ?

 

Découverte dans la constellation du Dragon à une centaine d'années lumières de la Terre, l'exoplanète TOI-1452 b, orbitant autour d’une naine rouge, a pour caractéristique principale d’être intégralement ou presque recouverte d’eau liquide, ce qui lui vaut d’être classée dans la catégorie des planètes océans. Cette présence d’eau liquide en abondance n’est pas anodine, elle nous donne une information sur les températures de surface de la planète. Nous ne connaissons pas encore les conditions atmosphériques sur TOI-1452 b, mais nous pourrions imaginer un spectre de températures du même ordre de grandeur que celui de la Terre, en supposant donc que l’eau sur cette planète est soumise à une pression similaire à notre pression atmosphérique. Aussi, cette planète gravite dans la zone habitable de son étoile. Ces observations sont porteuses d’espoir concernant l’habitabilité de cette planète, la présence d’eau liquide étant un élément indispensable au développement d’une forme de vie sur une planète.

TOI-1452 b est aussi qualifiée de super-Terre, ayant une taille supérieure de 70% par rapport à celle de la planète Bleue. Le terme de super-Terre est attribué à des planètes rocheuses, ayant généralement une taille comprise entre 1,2 et 1,9 fois celle de la Terre. Là où l’eau représente moins d’un pour cent de la masse de notre planète, elle compte pour 30% de celle de TOI-1452 b, suggérant donc une quantité d’eau plus de 30 fois supérieure à celle sur Terre, proportionnellement aux masses des deux planètes. Finalement, des observations ont montré que la masse de cette planète océan est 5 fois supérieure à celle de la Terre. Par rapport à sa taille, cela suggère une densité étonnamment faible pour une planète rocheuse et on peut expliquer cela par la grande quantité d’eau liquide en surface, beaucoup moins dense que les métaux et roches qui pourraient composer son cœur. 

Pour conclure sur la potentielle habitabilité de TOI-1452 b, un grand frein est l’étoile autour de laquelle elle gravite. Il s’agit de la naine rouge TOI-1452. Les naines rouges ont une luminosité et une température assez faibles. Pour TOI-1452, sa température est de 3185 K soit un peu plus de la moitié de celle du Soleil et sa luminosité est de 0,7% celle du Soleil. Pour qu’une planète se situe dans la zone habitable d’une naine rouge, elle doit donc se trouver beaucoup plus proche que nous nous trouvons du Soleil. L’effet final est que les planètes orbitant autour d’une naine rouge sont extrêmement exposées aux éruptions de cette dernière, pouvant aller jusqu’à déchirer leurs atmosphères ou fortement altérer les conditions de vie sur ces planètes. Des observations plus précises devront donc être entreprises pour déterminer si oui ou non TOI-1452 b pourrait être habitable. 

Cette planète qui paraît tout droit sortie du film de science-fiction Interstellar sorti en 2014 n'a pourtant été découverte que récemment. En effet, dernièrement, les astronomes de l’Université de Montréal et l’Institut de recherche sur les exoplanètes ont révélé cette découverte dans The Astronomical Journal. Mais alors pourquoi? Quelles avancées technologiques et quel matériel nous ont permis aujourd'hui une telle trouvaille? Parmi tout un panel d'outils et de machines qui ont participé à cette découverte, on en dénombre 2 principaux : PESTO et SPIRou. 

L'histoire de TOI-1452 b commence lorsqu'un petit télescope de la NASA nommé TESS observe une légère diminution de la brillance d’une naine rouge tous les 11 jours faisant penser à la présence d’une exoplanète. C'est en suivant cette découverte, que la caméra PESTO, placée sur un télescope au Mont-Mégantic au Canada, fait son entrée. En effet, de par son taux d'échantillonnage très élevé, cette caméra permet de mesurer le transit d'exoplanètes comme aucune autre caméra sur terre. Par conséquent, son utilisation a permis aux astronomes de l’université de Montréal de confirmer l'hypothèse de TESS, mais aussi d’avancer que la tâche lumineuse observée n’était pas composée d’une seule étoile mais de deux. De plus, elle a révélé que TOI-1452 b orbite autour de la plus grande des deux. Une nouvelle exoplanète située à environ un centaine d'années lumière de la planète Terre a alors accroché l'œil des scientifiques.

Mais alors, de quoi est-elle composée? Pour répondre à cela, l’Université de Montréal et l'Institut de recherche sur les exoplanètes ont fait appel à un deuxième outil d'observation très puissant: SPIRou. Comme l'indique son nom complet "SpectroPolarimètre InfraRouge", SPIRou est un télescope qui permet d'observer des spectres optiques, c'est-à-dire des longueurs d'ondes, dans l'infrarouge proche. Ce télescope, localisé à Hawaï et utilisé par l'Observatoire Midi-Pyrénées, est spécialisé dans la caractérisation de planètes de petites masses autour de naines rouges. Il est donc idéal pour cette mission et permettra dans un futur proche de déterminer la masse de TOI-1452 b. Car c’est cette valeur qui permettra aux chercheurs d'affirmer ou d'infirmer que cette planète est recouverte d'eau.

Mais l'intérêt des chercheurs pour TOI-1452 b ne disparaîtra pas de si tôt. En effet, une exoplanète comme celle-ci est une cible de choix pour le télescope spatial James-Webb tout récemment lancé dans l’espace. Cet instrument est une sorte d’observatoire qui peut examiner les exoplanètes lointaines, les éventuelles traces de vie à leur surface et aussi expliquer la formation des premières galaxies en observant les lumières qu’elles ont pu émettre. TOI-1452 b est une des rares planètes tempérées connues qui a des caractéristiques compatibles avec un monde d’eau et elle est assez proche de la Terre pour que les chercheurs puissent parvenir à étudier la composition de son atmosphère et ainsi confirmer s’il s'agit bien d’une planète similaire que celle imaginée par Christopher Nolan. De surcroît, sa position dans le ciel fait qu’elle se trouve dans le champ de vision permanent du télescope. Ainsi, les astronomes comptent sur la puissance de ce télescope pour valider leur hypothèse et en découvrir davantage sur TOI-1452 b.

La découverte de cette exoplanète potentiellement recouverte d’eau démontre l'expertise de l’instrumentation spatiale et des chercheurs actuels. Malgré sa grande proximité avec une naine rouge, TOI-1452b présente de nombreuses caractéristiques similaires à celle de la planète Terre laissant imaginer qu’une forme de vie est possible à sa surface. 

Blog écrit par : Rose Peybernès , Alex Briendo , Maxime Arresseguet

Sources : 

https://www.caminteresse.fr/environnement/toi-1452b-une-planete-ocean-decouverte-a-100-annees-lumiere-de-la-terre-11186329/

https://www.science-et-vie.com/ciel-et-espace/des-astronomes-decouvrent-une-planete-ocean-entierement-recouverte-deau-92716.html

https://nouvelles.umontreal.ca/article/2022/08/24/une-planete-ocean/

https://www.livingfuture.cz/etoiles/toi-1452

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/naine-rouge-il-vraiment-dur-vivre-cote-naine-rouge-53966/

L’électricité : une réelle solution écologique ?

Avec la fin de la COP27 - sommet international des questions environnementales-  le sujet de la transition écologique est à l’ordre du jour en politique. En effet, le réchauffement climatique et la pollution prennent progressivement de l’importance dans les débats institutionnels, ces derniers oscillant majoritairement cependant autour de la transition énergétique, c’est-à-dire la transformation durable de tous les secteurs de l’énergie. Elle se traduit notamment par des mesures telles que la prime à l’achat ou la location d’un véhicule électrique, ou encore par le délaissement d’énergies fossiles.

Cependant, le noyau de la transition écologique comporte ses contradictions. En effet, l’électricité devrait devenir la principale manière de stocker de l’énergie alors que la production de batterie reste polluante et possède des limites physiques de stockage.Aujourd’hui, il faut donc se pencher sur l’enjeu technologique des batteries dans la transition écologique et la création d’une électricité complètement verte.

Fonctionnement d’une batterie. Une cathode et une anode sont reliées par un circuit électrique et un pont salin. Elles sont toutes les deux dans une solution ionique. L’oxydation de l’anode amène les électrons à circuler dans le dispositif. Ainsi, un courant électrique est créé et la pile arrête de fonctionner lorsque l’anode est complètement “rongée”. Voir images.

L’extraction de Lithium, un processus néfaste pour l’environnement. Il existe de nombreux types de batteries, mais celles que nous rencontrons le plus souvent sont les ion-lithium, présentes dans nos téléphones, ordinateurs, vélos, etc. D’une importance capitale, la consommation de lithium dans le monde a augmenté de 10% depuis 2015 et risque de croître encore largement avec le développement des voitures électriques. 

En quoi ceci constitue-t-il un problème pour l’environnement ? 

Le lithium est présent naturellement dans les lacs salés dont il est principalement extrait, mais aussi dans des roches magmatiques telles que les pegmatites. Son extraction constitue cependant un réel problème. En effet, pour extraire le lithium de son état salin et le récupérer des lacs, il faut utiliser de nombreux processus tels que le dessèchement des lacs de sel ou encore le traitement par produits chimiques tels que la précipitation ou la filtration, -par l’ajout de substances chimiques dans un liquide, ses constituants se séparent.

Ceci entraîne non seulement le pillage des ressources à proximité en eau douce, mais aussi une pollution conséquente des sols et des cours d’eau par l’utilisation de tels produits chimiques. Son extraction détruit de même les paysages et vide les lacs de toute forme de vie. Les ressources amoindries et les eaux intoxiquées, l’alimentation de nombreuses espèces devient difficile et la chaîne alimentaire est perturbée, jusqu’à l’échelle humaine L’extraction du lithium menace donc véritablement les écosystèmes et met en danger la qualité de vie des habitants voisins des ces “mines d’or blanc”.

L’extraction du cobalt, et l’exploitation moderne. Un autre composant important des piles lithium-ion est le cobalt, qui est utilisé dans la plupart des cathodes. Contrairement au lithium, le cobalt n’est pas présent abondamment sur la croûte terrestre et est aussi très mal réparti : les mines principales se situent en République Démocratique du Congo (RDC), une véritable opportunité pour les habitants d’obtenir du travail, si ce n’était dans des conditions déplorables. En effet, le travail dans ces mines n’est ni réglementé et ni réellement encadré. Les enfants sont entraînés à creuser dès leur plus jeune âge et drogués pour augmenter leur capacité de travail, le tout pour un salaire moindre. En plus des accidents de travail fréquents, le cobalt pur est toxique pour l’organisme et entraînerait des maladies congénitales et respiratoires. De plus, l’extraction de cobalt entraîne de nombreux impacts environnementaux. Effectivement, l’exploitation minière est très gourmande en énergies fossiles, mais elle cause surtout la remontée de minéraux et de gaz toxiques. C’est le cas pour l’uranium en RDC, qui finit donc souvent par être introduite dans les cours d’eau ou éparpillée dans l’air. La nécessité de se défaire de cette exploitation aberrante confirme qu’un changement radical doit être fait dans l’industrie des batteries. 

Comment faire des batteries moins polluantes ?

Il existe déjà plusieurs alternatives aux batteries ion-lithium et qui pour certaines présentes des avantages intéressants. Déjà disponibles sur le commerce, les batteries lithium-fer-phosphate disposent d’une densité énergétique moins élevée(150-200 Wh/kg) que les batteries lithium-ion(90-120 Wh/kg) mais cela leur permet d’avoir une plus longue durée de vie (50 jours de plus environ), d’être rechargées moins fréquemment et de plus rapidement. 

Ces batteries ne contenant aucune substance toxique sont plus stables et supportent mieux la chaleur. Elles sont cependant plus lourdes que les batteries lithium-ion.

De plus, des scientifiques de l’Université de Californie ont élaboré une nouvelle méthode de recyclage extrêmement efficace. Pour les mêmes batteries lithium-fer-phosphate, elle utilise à minima 80% d’énergie et provoque 75% d’émission de gaz à effet de serre en moins. Le protocole établi par l’équipe utilise les cellules d’une batterie épuisée à 50% et une solution de sel de lithium et d’acide citrique. En reconstituant les stocks d’ion lithium dans la cathode, il permet d’en produire de nouvelles avec une capacité de 100%.

Pour des batteries épuisées à 50% de leur capacité, il s’agit de faire sécher puis chauffer une solution de sel de lithium, d’acide citrique et la poudre obtenue lors du désassemblage des cellules de la batterie.

Comme le montre aussi IBM (International Business Machines Corporation), une réponse existe à ces enjeux. En effet, le groupe a créé une batterie avec des matériaux extraits de l’eau de mer et contenant un électrolyte -substance ionisante lorsque dissoute dans des solvants appropriés-, ainsi celle-ci est nettement moins polluante et inflammable que les batteries ion-lithium.

Elle présente aussi une plus haute densité d’énergie et de puissance, qui lui permet d’atteindre 80% de recharge en 5 minutes. En plus des coûts de production moindres, ce dispositif innovant est donc plus efficace énergétiquement.

On voit que des entreprises peuvent faire avancer l’innovation technologique et arrivent par la science à trouver des réponses aux enjeux environnementaux. Un soutien de la recherche et de l’innovation semble donc primordial dans le cadre de la transition écologique.

Blog écrit par : Alexandre TAUFFLIEB, Hafsa LECLERC

Sources : 

Quel est l'impact écologique d'une batterie ?

Bolivie : l’extraction du lithium menace le plus grand désert de sel du monde | National Geographic

Batteries au lithium : des scientifiques ont trouvé la clé qui les rendra beaucoup moins polluantes

IBM invente une batterie écologique sans métaux lourds grâce à l'eau de mer

La différence entre les batteries au lithium-ion et les batteries au lithium-phosphate de fer - Fournisseur de batteries au lithium-ion personnalisées - LithiumBatteryChina

Les "champs de lithium" d'Amérique du Sud loin d'être anodins | Euronews

Le parcours du lithium - depuis l'extraction jusqu'à la batterie | CultureSciences-Chimie (ens.fr)

L’extraction du cobalt (notamment pour les véhicules électriques) a de lourdes conséquences en République démocratique du Congo (trustmyscience.com)