3 choses que vous devriez savoir sur la chasse d'eau, la photosynthèse artificielle et l'activité volcanique sur une lune de Jupiter.

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Voici Voici Renée-Claude Goulet, Cassandra Marion et Michelle Campbell Mekarski.

Ces conseillères scientifiques d’Ingenium fournissent des conseils éclairés sur des sujets importants pour le Musée de l’aviation et de l’espace du Canada et le Musée des sciences et de la technologie du Canada.

Dans cette captivante série mensuelle de billets publiés sur le blogue, les conseillères scientifiques d’Ingenium présentent des « pépites » d’information insolite en lien avec leur champ d’expertise respectif. Pour l'édition de janvier, elles expliquent pourquoi il faut fermer le couvercle des toilettes avant de tirer la chasse d'eau, comment nous pourrions faire pousser des plantes sans lumière, et l'activité volcanique prolongée sur Io, une lune de Jupiter.

Une vue latérale d’une cuvette devant un fond noir. Au-dessus du siège de toilette, on voit un nuage en champignon vert fluorescent de l’eau de toilette aérosolisée qui atteint environ un mètre au-dessus du niveau du siège.

Des lasers verts montrent le panache d’eau de toilette aérosolisée au-dessus du siège 4,4 secondes après la chasse. 

Message d’intérêt public : Fermez le couvercle lorsque vous tirez la chasse d’eau de la toilette

Les toilettes sont de merveilleuses inventions. En fait, bien des scientifiques et historiens soutiennent que l’invention de la toilette a sauvé plus de vies que la découverte de la pénicilline, de l’insuline ou des vaccins! Elle transporte nos déchets corporels rapidement et de façon sécuritaire depuis nos maisons pour les envoyer vers des systèmes sanitaires pour être traités. Près de 50 maladies peuvent se propager par les déjections humaines, y compris la dysenterie, le choléra et la fièvre typhoïde. Sans toilettes, nos déchets stagneraient et contamineraient notre eau, notre sol et nos maisons de maladies mortelles. 

Cependant, même si les toilettes sont excellentes pour éliminer les déchets, des travaux de recherche en cours démontrent également qu’elles sont aussi (malheureusement) bonnes à projeter les déchets dans les airs. 

Lorsqu’on tire la chasse d’eau de la toilette, la force de la chasse peut faire éclabousser le contenu de la cuvette dans les airs, créant de minuscules gouttelettes que l’on appelle aérosols. Ces gouttelettes se répandent dans la pièce, recouvrent les surfaces à proximité et demeurent suspendues dans les airs pendant plusieurs minutes. En plus d’être dégoûtantes, ces minuscules gouttelettes peuvent également transporter des pathogènes. Au début de la pandémie de COVID, on a prouvé que le virus de la COVID-19 pouvait se répandre de cette façon. 

Une nouvelle recherche de la University of Colorado Boulder nous permet d’observer ce phénomène en action. Des lasers verts fluorescents ont permis aux chercheurs de voir, et de mesurer, le jet créé par la chasse.  

Ils ont découvert qu’après une chasse, les gouttelettes étaient projetées dans les airs à une vitesse de deux mètres par seconde. Ce qui veut dire qu’on ne peut fuir le jet. Ils ont également constaté que les gouttelettes pouvaient atteindre une hauteur de plus d’un mètre et demi au-dessus de la surface du siège de toilette, les plaçant directement au niveau du visage. Cette information est particulièrement préoccupante étant donné que le nez et la bouche offrent des points d’accès aux pathogènes pour qu’ils puissent pénétrer dans le corps des innocents visiteurs de salle de bain. 

Donc, que faut-il faire pour éviter d’avoir le visage recouvert d’eau aérosolisée? Heureusement, il existe une solution facile. Le couvercle de la toilette. Fermer le couvercle avant de tirer la chasse garde presque tout le jet à sa place... dans la toilette. 

Les toilettes sont une merveilleuse invention, tout comme les couvercles de toilette. Assurez-vous de les utiliser à leur plein potentiel.

Par Michelle Campbell Mekarski

Une main gantée tient une éprouvette contenant une petite plante qui pousse dans un gel transparent. On peut voir une boîte de Pétri contenant plus de plantules en arrière-plan.

Les scientifiques ont réussi à démontrer que les laitues cultivées dans le noir peuvent utiliser un produit de photosynthèse « simulée » pour produire de l’énergie ainsi que des protéines et des glucides.

Il est impossible de cultiver des plantes sans lumière? Peut-être pas!

Imaginez un avenir où nous pouvons cultiver des plantes sans leur fournir de lumière solaire ou artificielle. Cela peut sembler être seulement le rêve de gens amateurs de plantes d’intérieur ou qui exerce la serriculture, mais certains scientifiques sont en train de démontrer que cela pourrait être possible! 

Nous pouvons remercier le soleil pour la plupart de nos aliments! Sans lumière solaire, les plantes et autres organismes, comme les algues, seraient incapables de créer les composés dont ils ont besoin pour croître et se reproduire. Un éclairage adéquat constitue un obstacle important pour la culture des aliments, particulièrement à l’intérieur. En fait, les plantes ne convertissent qu’environ 1 % de l’énergie lumineuse à laquelle elles sont exposées en biomasse ou en tissus végétaux. Les scientifiques ont longtemps tenté de rendre la photosynthèse plus efficace. Mais maintenant, un laboratoire de la University of California, Riverside, a adopté une approche différente et a fait preuve d’innovation en créant un système révolutionnaire de « photosynthèse artificielle »  qui élimine la lumière de l’équation et permet de faire pousser des algues et des plantes dans le noir! Ça ressemble à de la science-fiction? Et bien non!

La photosynthèse est un processus complexe qui capte l’énergie de la lumière solaire, permettant aux plantes de produire des glucides (sucres et amidons) à partir de l’eau et du dioxyde de carbone (CO2). Le processus que les scientifiques ont utilisé pour remplacer ce phénomène se nomme l’électrolyse. L’électrolyse est une façon d’utiliser l’électricité pour provoquer des réactions chimiques. Elle est largement utilisée dans l’industrie de la fabrication, par exemple pour purifier le minerai de cuivre et plaquer des métaux comme les pièces de voiture chromées. 

Grâce à l’électrolyse, il est possible de transformer l’eau et le CO2 pour en faire une solution contenant différents produits de carbone, comme l’acétate, les alcools et l’éthylène (le gaz que les fruits libèrent quand ils mûrissent). L’acétate est contenu dans le vinaigre et les scientifiques ont découvert que lorsqu’ils leur fournissaient de l’acétate en bonnes quantités, les plantes et autres organismes pouvaient l’utiliser comme source de carbone et d’énergie! Cette avancée de l’équipe de recherche a créé un nouveau type de système d’électrolyse qui produit des solutions contenant des concentrations suffisamment élevées d’acétate pour faire croître des organismes. La découverte leur a permis de cultiver des algues, de la levure, des champignons et neuf types de plantes potagères, dont des laitues, des tomates, du riz, des poivrons et du canola, et ce, indépendamment de la photosynthèse!

Qu’est-ce que cela signifie pour la sécurité alimentaire? Si on dissocie la photosynthèse de la production de certains aliments, par exemple la levure et les algues, lesquelles sont généralement cultivées à l’aide de produits dérivés des plantes et des combustibles fossiles, nous pourrions libérer cette matière pour d’autres usages ou créer ces aliments sans besoin d’apports. Ce système pourrait également stimuler les plantes, car l’équipe de recherche a réussi à démontrer que les plantes qui recevaient la solution élevée en acétate par leurs racines pouvaient l’incorporer à leurs tissus et à leurs protéines, et l’utiliser pour puiser de l’énergie. Cette technologie pourrait même nous permettre de produire des aliments dans des environnements difficiles, comme dans l’espace. En fait, ce projet fait partie des présentations gagnantes de la phase un du Projet de l'alimentation dans l'espace de la NASA et de l'ASC.

Cette innovation n’est pas une solution miracle, mais un pas dans une direction très intéressante. Cette technologie ne sépare pas entièrement la production alimentaire du soleil. Le système d’électrolyse fonctionne à l’électricité et les personnes à l’origine de l’étude proposent que cette énergie soit fournie par panneaux solaires. Une autre facette intéressante est que cette technologie nécessite du CO2 comme ingrédient, donc elle pourrait jouer un rôle dans la capture de carbone de notre atmosphère. 

Compte tenu de notre population mondiale croissante, de la crise climatique qui ne facilite pas la culture de plantes potagères et de l’investissement renouvelé dans l’exploration spatiale, ce système de « photosynthèse artificielle » pourrait être un morceau prometteur du casse-tête pour nourrir davantage de gens avec moins d’apports... et dans des endroits éloignés!

Par Renée-Claude Goulet

Une vue globale de Io en infrarouge. Le côté gauche est illuminé par le soleil et le côté droit est dans l’ombre, et le globe en entier est parsemé de taches claires représentant des volcans actifs.

Une vue infrarouge de la lune volcanique de Jupiter, Io, prise en juillet 2022 par l’astronef Juno. Les taches plus claires représentent des températures plus élevées, ici des volcans actifs. 

La récente éruption d’Io, la lune volcanique de Jupiter

À l’automne 2022, l’observatoire Input/Output d’Io du Lunar and Planetary Institute a enregistré des éruptions volcaniques massives provenant du corps dont les volcans sont les plus actifs dans notre système solaire, la lune de Jupiter Io. L’observatoire a détecté plus spécifiquement un nuage de sodium gazeux autour de Jupiter qui a persisté pendant plusieurs mois. Ce phénomène était accompagné d’un embrillancement (une augmentation) de l’anneau de plasma riche en soufre, des gaz qui trouvent leur origine dans les éruptions d’Io et forment un anneau autour de la géante planète. 

La surface d’Io est recouverte de centaines de volcans que l’on peut voir dans l’image infrarouge ci-dessus. Légèrement plus grosse que la Lune terrestre, Io est semblablement soudée par les marées à sa planète hôte, donc elle fait un tour sur son axe pour chaque orbite de Jupiter. Ainsi, le côté de la lune qui fait face à Jupiter est toujours le même. Io est soumise à d’immenses forces tidales et se trouve donc dans une lutte gravitationnelle incessante avec la massive planète qu’est Jupiter et avec deux autres de ses grosses lunes galiléennes, Europe et Ganymède. Ces forces pressent et compriment Io, provoquant une friction interne et un réchauffement que l’on croit être à la source de son volcanisme. En fait, cette friction interne crée un flux de chaleur 20 fois plus grand que celui de la Terre. Remarque : La Terre est le deuxième corps planétaire volcanique le plus actif de notre système solaire.

Les volcans sur Io sont uniques dans le sens qu’ils sont principalement composés de lacs de lave qui remplissent d’immenses calderas, ou creux, que l’on appelle pateras. Les pateras peuvent produire des éruptions massives qui génèrent des panaches de vapeurs riches en soufre et qui s’élèvent à des centaines de kilomètres au-dessus de la surface. Ces édifices volcaniques sont répandus partout autour du globe, recouvrant constamment la surface de la planète de nouvelles coulées de lave, de dioxyde de soufre et de cendres. Les laves ultrachaudes d’Io, avec des pateras affichant une température de plus de 1 600 °C, sont une autre caractéristique intrigante. Même si l’intérieur est chaud, la température de surface sur Io se situe à environ -130 °C, ce qui entraîne le développement de champs de neige de dioxyde de soufre. Cet important volcanisme et les laves aux températures élevées suggèrent la présence d’un réservoir magmatique sous la surface, mais aucune preuve directe n’a été rapportée. Les éruptions de soufre d’Io sont également reliées aux aurores ultraviolettes sur Jupiter.

Io a une atmosphère de dioxyde de soufre souple et diurne. Le terme diurne fait référence au fait que lorsqu’elle se trouve dans l’ombre, ou qu’il fait nuit, l’atmosphère de dioxyde de soufre se condense en givre, tandis qu’à la lumière du soleil elle se reconvertit en gaz. 

Divers astronefs ont visité cette lune riche en soufre, dont Voyager, Cassini, Galileo, New Horizons et, plus récemment, Juno. L’astronef Juno a réalisé un survol à proximité en décembre 2022 et devrait en réaliser deux autres en décembre 2023 et février 2024. L’objectif est de pouvoir mieux comprendre la relation entre les éruptions volcaniques d’Io et l’aurore et la magnétosphère de Jupiter.

Par Cassandra Marion


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Michelle Campbell Mekarski

En tant que conseillière scientifique au Musée des sciences et de la technologie du Canada, Michelle Campbell Mekarski vise à combler l’écart entre la communauté scientifique et le public en rendant les sciences et la technologie intéressantes, accessibles et amusantes. Détentrice d’un doctorat en biologie évolutionniste et en paléontologie, elle possède de nombreuses années d’expérience en conception et en animation d’activités de vulgarisation scientifique. Dans ses temps libres à l’extérieur du Musée, elle enseigne à l’Université d’Ottawa ou à l’Université Carleton, fouille le sol à la recherche de fossiles ou se détend au bord de l’eau.

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Renée-Claude Goulet

Renée-Claude est conseillère scientifique au Musée de l'agriculture et de l'alimentation du Canada et enseignante agréée de l'Ontario. Grâce à sa formation en biologie, en éducation et à ses nombreuses années d'expérience dans le développement et la mise en œuvre de programmes et expos au musée, elle a développé une expertise dans la communication de sujets liés à la science et à l'innovation qui sous-tendent la production d'aliments, de fibres et de carburants, auprès de publics variés.  

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Cassandra Marion

Cassandra est la conseillère scientifique du Musée de l'aviation et de l'espace du Canada. Elle est titulaire d'un doctorat en géologie et en science et exploration planétaires. Ses recherches portent sur les cratères d'impact de météorites dans l'Arctique canadien. Elle a plus d'une décennie d'expérience dans le domaine de l'éducation et de la sensibilisation dans l’élaboration et la prestation de programmes scientifiques. Elle se consacre à partager sa passion pour les sciences avec les communautés proches et lointaines, et à améliorer la culture scientifique au Canada.