Force de Van der Waals et impact de géocroiseur

[Fred_76]

Bonjour

 

Après lecture d'une énigme de Julie la québécoise dans le Quizz Alternatif Convivial du forum, je me pose une question. Résumons :

 

L’astéroïde (29075) 1950 DA est une agglomération lâche d’une pile de débris qui ne peuvent être maintenus ensemble que par la gravité puisque cet astéroïde tourne si vite sur lui-même que la force centrifuge est supérieure à la force de gravité. "La rotation de cet astéroïde est si rapide qu'à son équateur, il y a de la gravité négative". Donc, s’il n’y avait que la force de gravité pour maintenir ensemble tous les débris qui forment l’astéroïde, il se désintègrerait.

 

En effet, cet astre tourne sur lui-même à une vitesse supérieure à la limite de dislocation pour sa densité. Mais il reste uni. Donc, il y a une autre force en jeu : la force de Van der Waals. Elle agit au niveau atomique et moléculaire et retient ensemble les composantes de l’astéroïde. C’est la première fois que cette force est observée.

 

L’autre raison pour laquelle on s’intéresse à 1950 DA est qu’il s’agit d’un astéroïde géocroiseur qui pourrait heurter la Terre en 2880. La probabilité d’une collision, s’il n’y a pas de modifications des trajectoires, est de l’ordre de 1/300, ce qui en fait une source réelle d’inquiétude.

(cf. http://www.nature.com/nature/journal/v512/n7513/full/nature13632.html)

 

D'où ma question : comment un tel astéroïde se comporterait en entrant dans l'atmosphère ? Les forces de frottement étant largement supérieures à la force de VdW, les fragments (selon l'article cité, la taille moyenne des plus gros ne dépasserait pas 6 cm !), s'éparpilleraient dès leur arrivée dans les plus hautes couches de l'atmosphère, et l'on aurait alors la sublimation et ablation simultanée d'une énorme quantité de petits débris, au lieu de la sublimation et l'ablation lente de quelques gros fragments, comme par exemple Cheliabinsk.

 

 

Outre le fait que cet astéroïde fait entre 1 et 1.4 km de diamètre, on pourrait imaginer qu'il n'est pas le seul dans ce cas à rester intègre grace à la force de de Van der Waals. L'impact de 1950 DA, quelle que soit sa nature, au vu de ses dimensions, aurait de toutes façon un effet majeur sur la Terre.

 

 

Mais si un astéroïde plus petit mais de même nature venait à tomber, les effets seraient probablement peu visibles sur la morphologie de la surface de la Terre, pas ou peu de cratérisation, quasiment aucun fragment de taille notable touchant le sol, mais effroyables pour la vie et l'environnement local à cause de la formidable énergie libérée.

 

Cela me fait naturellement penser à l'évènement de la Tunguska : pas de cratère, aucun fragment trouvé au sol, mais une énorme explosion en altitude et toute une région entièrement ravagée.

 

Modifié 24 juin 2015 par Fred_76

[ursus]

A la va vite... les forces de VDW sont responsables de la cohésion des liquides et de certains solides. L'échauffement lié à la rentrée dans l’atmosphère suffirait à les vaincre...fusion puis vaporisation ou peut être sublimation directe suivant les conditions de P et T.

 

Je n'ai pas lu tout l'article mais les auteurs parlent d'une chute de multitudes d'objets suite à la rupture des forces de VDW.

[Coch]

Je m'étonne un peu de l'affirmation que ce sont les forces de VDW qui sont responsables de la cohésion de l'astéroïde. En effet, les forces de VDW sont très faibles, et, si elles agissent sur une distance plus grande que les forces de liaison chimiques, cette distance reste tout de même bien minuscule. Or, ici, on parle d'un "agglomération lâche d'une pile de débris". Pas vraiment une compression de César ! C'est à peu près affirmer qu'une poignée de sable tient entre elle par la force de VDW... Essayez, et vous verrez !

 

Christian

[Fred_76]

Christian, l'article publié dans Nature à été écrit par des scientifiques du Dept. Of Earth and Planetary Science de l'université de Knoxville, Tennessee et revu par un comité scientifique. Ils n'ont donc pas "joué au château de sable"...

 

Ils commencent dans leur article par expliquer que l'astéroïde ne peut pas être constitué d'un bloc unique, mais que seul un agglomérat de particules permet de justifier ses caractéristiques physiques (densité, porosité...). Mais, il tourne trop vite sur lui même pour que la gravité seule retienne la matière, il y a donc un hic. Ils font alors l'hypothèse de la force de VdW, dont on a constaté les effets sur la régolithe lunaire.

 

For the derived bulk density, (29075) 1950 DA has 48 ± 24% of its surface experiencing negative ambient gravity (...) This makes the presence of a fine-grained regolith unexpected, and requires the existence of cohesive forces for (29075) 1950 DA to retain such a surface. (...) To prevent loss of surface material requires bond numbers of at least one, but surface stability requires the bond numbers to be greater than ten, which places limits on the possible grain sizes present. (...) this relationship dictates that only grains with diameters less than ~6 cm can be present and stable on the asteroid’s surface.

 

Le lien avec la régolithe lunaire :

 

In granular mechanics, the strength of this cohesive force is represented by the bond number (...) which is defined as the ratio of this force to the grain’s weight. Lunar regolith has been found to be highly cohesive because of van der Waals forces arising between grains (...).

 

S'en suit une justification physique qui explique que la prise en compte de cet effet permet d'expliquer pourquoi, malgré sa vitesse de rotation, l'astéroïde ne vole pas en éclats et qui explique aussi d'autres bizarreries observées sur d'autres astéroïdes, comme Itokawa. L'article justifie aussi des mesures de densité, de porosité et de vitesse de rotation.

Modifié 24 juin 2015 par Fred_76

[ursus]

Christian, l'article publié dans Nature à été écrit par des scientifiques du Dept. Of Earth and Planetary Science de l'université de Knoxville, Tennessee et revu par un comité scientifique. Ils n'ont donc pas "joué au château de sable"...

 

qui plus est...dans Nature...THE journal de science.