La science des colloïdes (BCAT-C1)
L'astronaute de l'Agence spatiale canadienne (ASC) Chris Hadfield nous parle de BCAT-C1, une expérience scientifique canadienne réalisée à bord de la Station spatiale internationale (SSI). La première séance de BCAT-C1 a été réalisée le 23 janvier 2013. Les résultats de cette étude pourraient être appliqués sur Terre à la production des plastiques ou de prolonger la durée de conservation de produits destinés à la consommation comme la peinture, la mayonnaise et les vinaigrettes. (Sources : ASC, NASA.)
Les colloïdes : une brève description
Les colloïdes. Il y en a partout, dans la peinture qui recouvre vos murs et même dans votre vinaigrette préférée. Mais qu'est-ce qu'un colloïde?
Les colloïdes sont des particules réparties partout dans un milieu. Le milieu peut être un solide, un liquide ou un gaz. Pour qu'il s'agisse d'un colloïde, les particules ne doivent pas être solubles dans le milieu. Par exemple, la peinture est un matériau colloïdal parce qu'elle est constituée de pigments suspendus dans un milieu liquide. Elle doit être mélangée pour obtenir la consistance voulue parce que, au repos, les éléments liquides et solides se séparent. Une vinaigrette est aussi un matériau colloïdal, car elle est formée de particules d'huile dispersées dans un milieu aqueux. C'est le contraire d'une solution, un mélange où les particules et le milieu sont mélangés. Une boisson gazeuse est une solution, car les molécules de sucre sont dissoutes dans l'eau.
On trouve aussi des colloïdes dans la nature. Certains types d'eau boueuse sont colloïdaux, même s'ils ressemblent à des solutions. Les particules fines de limon ou de glaise ne sont pas dissoutes dans l'eau, mais elles la rendent trouble.
Les colloïdes peuvent aussi être le résultat de processus techniques très sophistiqués. Par exemple, on insère parfois de l'argent colloïdal dans des matériaux médicaux pour servir d'agent antibactérien.
Les scientifiques qui étudient les colloïdes veulent comprendre comment ces derniers réagissent et interagissent. En contrôlant et en perfectionnant des colloïdes, ils espèrent arriver à créer des innovations comme de la peinture qu'il n'est pas nécessaire de mélanger, de la mayonnaise qui se conserve plus longtemps et de nouvelles façons de traiter des matériaux comme les matières plastiques.
BCAT-C1 est une mission scientifique canadienne qui sera menée à compter d'août 2012 à bord de la SSI. Elle est la suite de la participation de l'ASC à l'expérience BCAT-5, parrainée par la NASA l'ASC, qui a été menée en 2009-2010 à bord de la SSI.
L'expérience BCAT-C1 portera sur l'étude de nanoparticules dispersées dans un liquide, un système appelé suspension colloïdale, qu'on retrouve couramment dans divers produits commerciaux, comme la peinture, les composés de polissage de matériel électronique et les produits alimentaires. Ces systèmes de suspension présentent la propriété unique de se séparer en phases (comme un mélange d'huile et d'eau). Les particules s'autoassemblent pour former des cristaux qui interagissent fortement avec la lumière (comme l'opale). En photographiant les échantillons soumis à la microgravité, on pourra mesurer ces processus sans les effets de sédimentation attribuables à la pesanteur. L'étude ouvrira de nouvelles perspectives sur cet important processus associé aux matériaux.
Les chercheurs principaux de BCAT-C1 sont Barbara Frisken, professeur de physique à l'Université Simon Fraser (SFU), et Art Bailey de la société canadienne Scitech Instruments, Inc. Ils sont responsables de sept des dix échantillons qui se trouvent dans la charge utile BCAT-C1. On a invité l'Université de New York (NYU) à contribuer les trois autres échantillons et à poursuivre les recherches entreprises dans le cadre de l'expérience BCAT-5. L'expérience BCAT-C1 SFU étudiera le comportement de particules colloïdales lorsqu'elles subissent un changement de phase; dans ce cas précis, lorsque les états gazeux, liquide et cristallin existent simultanément dans une suspension colloïdale. Plus particulièrement, l'expérience de la SFU portera sur un comportement colloïdal observé pour la première fois au cours de l'expérience BCAT-5. Pour sa part, la NYU mènera des expériences sur la croissance amorcée de cristaux en microgravité. Les résultats de l'étude BCAT-C1 pourraient être appliqués à des processus colloïdaux à l'avenir, y compris la recherche de façons novatrices de produire des plastiques ou de prolonger la durée de conservation de produits destinés à la consommation.
Le matériel de l'expérience BCAT-C1 comprend un boîtier d'acrylique transparent qui contient les dix échantillons à l'étude, une caméra, un flash et divers composants de montage. Pour commencer l'étude, un membre de l'équipage de la SSI mélangera les échantillons à l'aide d'un aimant. Le flash va les illuminer de l'arrière et la caméra saisira des images à intervalle de l'évolution des colloïdes pendant dix jours. Les astronautes seront guidés par les scientifiques et l'équipe de soutien de mission au sol. On s'attend à ce que l'astronaute canadien Chris Hadfield réalise une partie de cette expérience pendant la mission Expedition 34/35.
2011-02-03 - L'astronaute de la NASA Catherine Coleman prend une photo du matériel BCAT-5 installé dans le module japonais Kibo. (Source : NASA.)
Installation de l'expérience BCAT-5 dans le module japonais Kibo de la SSI. BCAT-C1 sera installée de façon similaire. (Source : NASA.)
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