Le mouvement invisible des objets immobiles - Ran Tivony

Voir l'intégralité du cours : http://ed.ted.com/lessons/the-invisible-motion-of-still-objects-ran-tivony

La plupart des objets inanimés autour de vous paraissent tout à fait immobiles. Mais si vous regardez leur structure atomique d'un peu plus près, vous découvrirez un monde soumis à un flux constant, composé d'atomes s'étirant, se contractant, bondissant, tremblotant ou dérivant, absolument partout. Ran Tivony explique comment et pourquoi les molécules bougent, et enquête sur la possibilité d'interrompre ce mouvement.

Cours de Ran Tivony, animation de Zedem Media.

La plupart des objets inanimés paraissent
parfaitement immobiles.

Mais si vous regardez
leur structure atomique,

vous verrez que le monde
est soumis à un flux constant

d'extensions,

de contractions,

de rebonds,

de tremblements

et de dérivations d'atomes, partout.

Même si ce mouvement peut sembler
chaotique, il n'est pas aléatoire.

Les atomes qui sont liés entre eux,

composant presque toute la matière,

bougent selon un ensemble de principes.

Par exemple, prenez les molécules,
des atomes avec des liaisons covalentes.

À la base, les molécules peuvent
bouger de 3 façons :

par rotation,

par translation,

ou par vibration.

La rotation et la translation
déplacent une molécule dans l'espace

mais la distance entre ses atomes
reste la même

La vibration, au contraire,
change ces distances

et modifie la forme de la molécule.

Pour chaque molécule, on peut compter
le nombre de façons qu'elle a de bouger.

Cela correspond à son degré de liberté,

ce qui, dans un contexte mécanique,

correspond au nombre de variables
à prendre en compte

pour comprendre le système en entier.

Un espace tridimensionnel est défini
par des axes x, y et z.

La translation permet aux molécules
de bouger sur tous ces axes.

Ce qui donne trois degrés de liberté.

Elle peut aussi faire des rotations
autour de ces 3 axes.

Ce qui fait 3 de plus,

sauf si la molécule est linéaire,
comme le dioxyde de carbone.

Ici, une des rotations se contente
de faire pivoter la molécule sur son axe,

ce qui ne compte pas, les atomes
restant dans la même position.

C'est avec la vibration que ça se corse.

Prenez une molécule simple,
comme l'hydrogène.

La longueur de la liaison
entre les deux atomes varie en permanence

comme s'ils étaient reliés
par un ressort.

Ce changement de distance est minuscule,
moins d'un milliardième de mètre.

Plus une molécule a d'atomes liés,
plus elle a de modes vibratoires.

Par exemple, une molécule d'eau
compte trois atomes :

un d'oxygène et deux d'hydrogène,
avec deux liaisons.

Ce qui donne trois modes de vibration :

extension symétrique,

extension asymétrique,

et flexion.

Les molécules plus complexes ont des modes
vibratoires encore plus étonnants,

comme le balancement,

le frétillement,

ou l'enroulement.

À partir du nombre d'atomes d'une molécule
on peut compter ses modes vibratoires.

Commencez par le total
des degrés de liberté,

qui est le nombre d'atomes
de la molécule fois 3,

puisque chaque atome peut bouger
dans trois directions différentes.

Dans ce total, 3 correspondent
à la translation,

quand tous les atomes
vont dans la même direction.

Et 3, ou 2 pour les molécules linéaires
correspondent aux rotations.

Et le reste, 3N-6 ou 3N-5
pour les molécules linéaires,

sont les vibrations.

Qu'est-ce qui cause tout ce mouvement ?

Les molécules bougent car elles absorbent
l'énergie autour d'elles,

principalement sous forme de chaleur
ou de radiation électromagnétique.

Quand cette énergie est transférée
aux molécules,

elles vibrent,

pivotent,

ou se déplacent plus vite.

L'énergie cinétique
des molécules et des atomes

croît avec la rapidité du mouvement.

Cela se traduit par une hausse
de température et d'énergie thermique.

C'est le procédé utilisé par votre four
micro-ondes pour chauffer vos aliments.

Le four émet des radiations micro-ondes
qui sont absorbées par les molécules,

en particulier celles qui composent l'eau.

Elles s'agitent de plus en plus vite,

et s'entrechoquent, augmentant la chaleur
de l'aliment et l'énergie thermique.

L'effet de serre en est un autre exemple.

Certains rayons solaires
atteignant la surface de la Terre

sont renvoyés dans l'atmosphère.

Les gaz à effet de serre comme la vapeur
et le dioxyde de carbone

absorbent cette radiation et accélèrent.

Ces molécules plus chaudes et rapides
lâchent des infrarouges dans tous les sens

y compris vers la Terre, qui se réchauffe.

Tout ce mouvement moléculaire
peut-il s'arrêter ?

On pourrait croire que c'est le cas
au zéro absolu,

la température la plus froide possible.

Personne n'a réussi à refroidir
quoi que ce soit à ce point,

mais même si on le pouvait,

les molécules bougeraient encore,
à cause du principe de mécanique quantique

nommé l'énergie du point zéro.

Autrement dit, tout est en mouvement
depuis le début de l'univers

et le sera encore bien, bien longtemps
après notre disparition.