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Le câble nucléaire

février 13, 2008

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Toutes les forces que l’on rencontre dans notre vie quotidienne sont d’origine électromagnétique. Cette force électromagnétique qui relie (ou repousse) les atomes entre eux, est responsable de la cohésion de tous les matériaux naturelle ou artificiel de notre univers, c’est aussi elle qui nous permet de prendre un verre ou de nous asseoir sur une chaise.

 

Mais aussi puissante soit elle, cette force a des limites, et celle-ci posera un jour des problèmes si nous voulons construire dans l’avenir des méga structures telles que, par exemple, des planètes artificielles en rotation (en forme de cylindre ou d’anneaux). Est-il envisageable de créer des matériaux capables de résister à des pressions dépassant les limites électromagnétiques ?

 

L’unique force de liaison plus forte que la force électromagnétique est la force nucléaire forte, celle qui relie les nucléons entre eux (et les quarks). Est-il possible d’un point de vue théorique et pratique de créer des « câbles nucléaire », c’est-à-dire des câbles entièrement formés de nucléons ?

On pourrait imaginer par exemple un collier de protons et de neutrons, le tout entourer d’une peau d’électrons. Un tel atome linéaire est-il stable ? J’ignore si il est possible de répondre rigoureusement à cette question mais cela ne semble pas complètement impossible.

 

Il semble évident qu’un tel câble aurait tendance à ce mettre en boule, il ne peut donc exister que tendu. Par ailleurs sa jonction avec la « matière ordinaire » peut poser problème, il faudrait prévoir une structure pyramidales (ou en « branche d’arbre ») aux extrémités pour diminuer la force de tentions au niveau des atomes afin d’assurer la jonction entre la matière ordinaire et ce câble super dense.

 

L’autre problème est lié à sa stabilité quantique, un proton pourrait-il s’échapper du câble par effet tunnel et rompre la cohésion, et qu’en est-il de la stabilité du neutron ?

 

Dans la nature une paire de proton ne survie pas plus de quelque millième de seconde, il suffis pourtant d’un seul neutron supplémentaire pour assurer sa stabilité (3He). La géométrie d’un câble filiforme est différant de celui d’un noyau atomique, mais, à première vue, un collier de nucléons constitué alternativement de protons et de neutrons pourrait bien être stable.

Admettons donc la chose et voyons quelle propriété pourrait avoir un tel câble :

Un câble fait de matière ordinaire est limité par la force électromagnétique que ces atomes produisent entres eux :

Force typique entre deux atomes : un energie de 10ev sur un rayon atomique, soit une force de l’ordre de 2.10-8N (E=F.r). Se qui donne une tension au niveau du câble de P=F/r2=2.1012N/m2. Soit Pmax=2.108tonnes/m2ou encore Pmax=200 tonnes/mm2.

L’acier résiste à 100 kg/mm2(1 Gpa), le Kevlar à 400 kg/mm2(4Gpa) et les nanotubes qui sont les plus solides ont quant à eux une résistance théorique de 13 tonnes/mm2(130 Gpa), 6.5 tonnes/mm2en pratique (actuellement).

l’énergie de liaison entre nucléon est de l’ordre de 8 Mev (800 000 fois plus qu’entre deux atomes!), La pression (ou tentions) maximal peut être calculé à partir de cette valeur, une pression étant une densité d’énergie on a : Pmax=E/r3 =1033 N/m2 ou 1e23 tonnes/mm2, soit l’équivalant du poids d’un homme sur un seul nucléon !

Un homme pourrait donc (à l’instar de la fameuse pub pour super glu) être suspendu au plafond par un seul « fil nucléaire »…

La masse d’un tel fil serait si faible (1.6e-12 kg/m) que 0.4 g de matière suffirait à relier la terre et la lune (utile pour les ascenseurs spatiaux…).

(Malheureusement il pourrait aussi devenir une redoutable et sournoise arme destructrice : ce fil est si fin qu’il serait aussi invisible que pénétrant et si résistant qu’il pourrait couper en deux n’importe quoi…mais n’en est-il pas ainsi de toutes les inventions?)

Quelques fils tressés ou mis côte à cote formeraient des câbles ultra résistants avec des rapports résistance/masse défiant l’imagination. De quoi pouvoir construire n’importe quel méga structure ultra-légères.

Nul doute que si c’est théoriquement possible cela existe déjà quelque part chez une lointaine civilisation…

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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