top of page
LES SECRETS DU CHOCOLAT
La cabine optique
La cabine optique est composée de plusieurs mirroirs qui concentrent la lumière et la dirigent.
Il y a d'abord une fente pour obtenir q'un trait de lumière puis une fibre pour séctionner les bons photons ensuite il y a un monochromateur pour sélectionner une lumière monochromatique et enfin deux mirroirs concaves qui focalisent la lumière. L'échantillon est donc bombardé d'une lumière focalisée et monochromatique.
Lorsque la trajectoire des électrons est déviée, cela entraîne l'émission d'une lumière. Cette lumière peut émettre plusieurs rayonnements de différentes longueur d'onde.
Or les chercheurs ont besoin d'un rayonnement d'une longueur d'onde bien précise. Le sélectionneur sélectionne le type de rayonnement souhaité.
Le sélectionneur
Le contrôle de l'anneau de stockage
Le canon à électrons est le premier constituant de l'accélérateur linéaire.
Il fabrique des paquets d'électrons.
Ces électrons ont une énergie égale à 90keV.
Ces électrons ont une vitesse faible (ils sont deux fois moins rapides que la lumière)
Le canon est constitué de plusieurs éléments :
- Filament de tungstène, c'est grâce à cet élément que les électrons sont
émis.
- La grille en or permet de pulser les électrons qui sortent
du canon. Elle a le rôle de filtre : si un electron passe en
dessous d'un seuil de tension (-100kV) il reste piégé.
- La cathode permet de regrouper les électrons qui ont une
faible vitesse
Après être passés dans le groupeur, les electrons atteignent
une vitesse égale à 99,9% de celle de la lumière.
groupeur
Les cavités accélératrices sont des éléments essentiels pour les synchrotron ils permettent d'accélérer les électrons qui peuvent potentiellement perdre de l'énergie (donc de la vitesse)
elles sont alignées et forment une section. Le schéma ci dessous représente une section de 8 cavités.
Les chambres accélèrent les électrons à l'aide de champs électriques accélérateurs. Pour avoir des champs aussi puissants, on insert des ondes radio fréquence (appellées très haute fréquence car elles ont une fréquence de 3000MeV) La chambre contient plusieurs cavités résonantes qui dissipent les ondes. Les électrons ne sont jamais perturbés par la force qui va à contre courant mais ils sentent celle qui les pousse en avant. Cela les font accélerer.
Les ondes radio-fréquence sont insérés ici
Le tube de circulation
La chambre est à vide car si les électrons rencontrent un atome (qui est 100 000 000 de fois plus grand qu'un petit électron) il serait dévié de sa trajectoire et se perdrait dans la matière du tube. Le tube n'est évidement pas complètement vide donc il arrive que l'on soit obligé de relancer un groupe d'électrons pour qu'il y ait toujours le bon nombre d'électrons.
Le tube de circulation (ou chambre à vide) est un élément capital.
Ce tube d'un diamètre de 5 cm est en aluminium.
C'est à l'intérieur de ce tube que les électrons circulent.
Ce tube est présent dans l’accélérateur linéaire, dans le booster et dans l'anneau de stockage. Vous comprenez maintenant pourquoi ce tube est "capital" ?
L'experience
2. L'expérience
Canon à électrons
Les cavités accélératrices
B) booster
Dans Soleil, Les électrons sont donc créés par le canon à électrons. Ils circulent dans le tube de circulation. Après être passés dans un groupeur et dans 2 sections de 9 cavités accélératrices chacune, les électrons arrivent à la fin de l'accélerateur linéaire. Ils ont donc parcourut 15 mètres. Ils viennent d'atteindre une énergie de 100 MeV et une vitesse égale à 99,9 % de celle de la lumière.
Ils sont maintenant envoyés dans la ligne de transfert numéro 1. Cette ligne sélectionne les électrons qui ont la bonne vitesse et la bonne énergie pour passer dans le booster. (environ 30% des électrons pourront passer dans le booster, il faut le mériter !)
Pour former des électrons et les ammener à la vitesse de la lumière, les chercheurs ont besoin d'un accélérateur linéaire. Cet accélérateur est constitué d'un tube à vide, d'un canon à électrons, d'un groupeur et de deux sections de cavités accélératrices.
C) L'anneau de stockage
D) Les lignes de lumière
B) La diffraction
C) Conclusion
1. Constitution du synchrotron
Les dimensions utilisées sur cette page sont celles du synchrotron SOLEIL à Saclay en France
Le Dipole
Le dipole est un aimant de courbure c'est à dire que les électrons changent de trajectoire lorsqu'ils passent dans le dipole. Cela permet aux électrons d'avoir une trajectoire presque circulaire dans le booster
Le dipole est un élément extrêmement complexe qui
utilise les champs électro-magnétiques pour modifier
la trajectoire des électrons.
Dans le booster de SOLEIL, il y a 36 dipoles de 2 mètres chacun.
le Quadrupole
le quadrupole est un aimant qui concentre les électrons
Le quadrupole doit recentrer le faisceau d'électrons. Ces électrons ont tendance à s'écarter les uns des autres. Effectivement, les électrons sont de charge négative, donc ils se repulsent. Si ils s'écartent trop, ils risquent de se perdre dans la matière du tube de circulation. En faisant varier les champs électro-magnétiques, le quadrupole arrive à recentrer grossièrement les électrons.
Dans le booster de SOLEIL, il y a 44 quadrupoles.
Le sextupole
le sextupole a le même rôle que le quadrupole mais il fait son travail de façon plus précise. Au lieu de faire varier quatre champs électro-magnétique, il en fait varier six. Ceci permet au sextupole d'être plus précis encore lorsqu'il recentre les électrons.
Dans le booster de SOLEIL, il y a 28 sextupoles.
Le Booster de SOLEIL contient donc un tube de circulation (la chambre à vide), des cavités accélératrices (pour accélérer les électrons), 36 dipoles (pour courber leur trajectoire), 44 quadrupoles et 28 sextupoles (pour recentrer les électrons).
Dans SOLEIL, le booster a un périmètre de 157 m. Pour passer de 100 à 2750 MeV en 166 ms, les particules font environ 300 000 fois le tour du booster.
Après avoir atteint une vitesse égale à 99,99% de celle de la lumière, les électrons sont envoyés dans l’anneau de stockage par l'intermédiaire de la ligne de transfert numéro 2 (42 mètres et sélectionne 70% des électrons)
Ancre 1
C. L'anneau de stockage
1
1
L'onduleur
L'onduleur est un élément de l'anneau de stockage qui fait onduler les électrons. Il faut savoir que l'orsqu'un électron est dévié de sa trajectoire, il émet de la lumière synchrotron. En faisant onduler les électrons, les scientifiques peuvent utiliser un rayonnement dont la longueur d'onde peut varier.
les électrons sont attirés ou répulsés par plusieurs aimants à la suite. Plus ces aimants seront rapprochés les uns des autres, plus la longueur de l'onde émise par les électrons tend vers la longueur d'onde des rayons X. Les scientiiques peuvent ajuster l'écart des aimants. Lorsque cet écart est de 20 mm, le rayonnement peut être des rayons X durs (longueur d'onde des rayons X durs : 0,5 à 0,01 nm)
L'anneau de stockage a pour fonction de produire la lumière que les scientifiques utilisent pour leurs expériences dans les lignes de lumière. L'anneau de stockage de SOLEIL mesure 454 mètres de périmètre et possède une chambre à vide, 32 dipoles, 160 quadrupoles, 120 sextupoles, 2 sections de cavités accéleratrices (pour redonner de l'énergie aux électrons qui en perdent) et 18 onduleurs (+2 wigglers qui ont la même fonction que les onduleurs).
Dans l'anneau de stockage, les électrons gardent une énergie de 2750 MeV et une vitesse égale à 99,99% de celle de la lumière. Ils sont transférés dans les lignes de lumières dans lesquelles travaillent les scientifiques.
1 A 2
1B2
D. Les lignes de lumière
1
Les lignes de lumière sont les bras "tirés" (terme utilisés par les chercheurs et qui est un synonyme de construire) après les différents aimants comme les dipôles ou les onduleurs. c'est dans ces bâtiments que les chercheurs travaillent. Ces lignes de lumière sont constituées de plusieurs éléments comme le sélectionneur, la cabine optique, la cabine expérimentale et la cabine de pilotage.
Démarche: Afin de mieux comprendre le chocolat et sa structure, dans le but de comprendre l'origine des blanchiments, nous utilisons le synchrotron , un accélérateur de particule permettant d'analyser précisément la structure des éléments.
B. Le Booster
Le Booster est un accélérateur circulaire de 157 mètres de périmètre. Effectivement, le Booster est de forme circulaire, les électrons font plusieurs fois le tour dans le booster avant d'être injectés dans l'anneau de stockage. Le booster est constitué d'un tube à vide (identique à celui de l'accélérateur linéaire), de deux cavités accélératrices (identiques à celles de l'accélérateur linéaire), mais aussi de dipoles, de quadrupoles et de sextupoles.
Le synchrotron est un immense bâtiment constitué de plusieurs éléments comme l'accélérateur linéaire, le booster, l'anneau de stockage, et les lignes de lumière. Tous ces éléments permettent aux scientifiques d'obtenir une lumière d'une certaine longueur d'onde. Le lien entre le synchrotron et le chocolat est simple : les scientifiques ont voulu savoir la composition microscopique du chocolat. A l'aide du synchrotron ils ont pu réaliser leur expérience.
A. La démarche
A l'arrivée de la ligne de lumière, l'échantillon est bombardé d'une lumière. Pour la diffraction, la lumière est un rayonnement X dur. C'est-à-dire que la longueur d'onde de ce rayonnement est comprise entre 0,5 et 0,01 nm. Le seul aimant capable de créer ce type de rayonnement est l'onduleur.
Donc les scientifiques se placeront dans une ligne de lumière issue d'un onduleur pour obtenir des rayons X durs. Ces rayons ricocheront sur l'échantillon de chocolat placé préalablement dans la cabine expérimentale. Les scientifiques placeront un capteur derrière l'échantillon pour capter les rayons X déviés. Ils obtiendront un "cliché" qui sera tacheté. Ces taches représenteront la forme de l'échantillon.
Grâce à cette manipulation, les scientifiques pourront en tirer une conclusion.
Les scientifiques veulent connaître la composition du chocolat. Ils veulent savoir ce qu'il se passe dans le chocolat, est-ce que les éléments qui composent le chocolat sont sérrés les uns contre les autres ou sont-ils espacés les uns des autres ?
Pour cela en 2015, les scientifiques font appel à un microscope géant : le synchrotron DESY à Hambourg.
leur expérience conciste à étudier les mouvements d'une micro goutte d'huile qui s'infiltre dans l'échantillon de chocolat. Pour réaliser cette expérience, les scientifiques doivent placer la goutte d'huile sur l'échantillon et bombarder l'ensemble de lumière pour observer à intervalle régulier les mouvements de la goutte d'huile. Cette expérience s'appelle la diffraction.
B. La diffraction
cliché d'une protéine.
DOCUMENTS ET SITES A CONSULTER
Site officiel du synchrotron SOLEIL :
http://www.synchrotron-soleil.fr/
Les documents PDF de SOLEIL :
Malette Machine
Poster le vide
Poster rayons X
Poster cabine optique
Poster machine débutant
Site synchrotron :
http://tpe1s42013.e-monsite.com/pages/acceuil.html
C. Les résultats
Une fois l'expérience réalisée, les scientifiques se rendent compte que la micro goutte d'huile (de l'ordre du nano-mètre) s'infiltre très rapidement dans le chocolat. Cela signifie qu'un corps gras et volumineux arrive à s'inflitrer dans du chocolat.
Ils en concluent que les éléments qui constituent le chocolat sont espacés les uns des autres.
Donc le chocolat est poreux.
Cette conclusion apporte peut-être un élément de réponse à la question "comment fonctionne le blanchiment du chocolat ?"
L'anneau de stockage est contrôlé par une salle de contrôle qui mesure la vitesse et l'énergie des électrons, et la quantité de lumière émise par l'anneau de stockage. Ainsi, lorsqu'un paquet d'électron se "perd" dans la matière, la salle de contrôle envoie un nouveau paquet dans le synchrotron.
1
2
2
1
cliquez sur l'image
cliquez sur l'image
cliquez sur l'image
bottom of page