De Slow Brains à Fast X, la science derrière l'oxyde nitreux

May 19, 2023

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Ce week-end, le public du monde entier reviendra sur les aventures à indice d'octane élevé de la Fast Saga dans Fast X. Le dixième volet de la série est réalisé par le réalisateur Louis Leterrier et met en vedette Vin Diesel (Dominic Toretto), Michelle Rodriguez (Letty Ortiz) et le reste de la famille élargie, avec des apparitions des nouveaux venus de la franchise Jason Momoa (le méchant du film, Dante) et Brie Larson (Tess). Cela prend en charge la partie Furious de l'équation, mais nous devons toujours tenir compte du Fast. Et pour cela, nous allons avoir besoin de l'autre pilier de la Fast Saga : le protoxyde d'azote.

Le protoxyde d'azote est un oxyde d'azote gazeux (évidemment) avec la signature chimique N2O. Il est ininflammable en soi, ce qui peut surprendre compte tenu de son utilisation dans les moteurs à combustion (plus à ce sujet dans une minute) mais il aime réagir, en particulier avec la couche d'ozone.

L'azote est l'élément le plus abondant dans l'atmosphère terrestre. Il représente plus de 78 % de chaque respiration que vous prenez. L'oxygène est peut-être la star de la respiration, mais il représente un peu moins de 21 %. Le 1 % restant est principalement composé d'argon, de CO2 et d'autres gaz traces. Le fait est qu'il y a beaucoup d'azote qui flotte.

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Cet azote atmosphérique est capté par des bactéries fixatrices d'azote dans le sol et dans les nodules racinaires des plantes. Ils transforment l'azote en ammoniac en ajoutant un peu d'hydrogène. Ensuite, des microbes nitrifiants prennent l'ammoniac et le transforment en nitrites (NO2) ou en nitrates (NO3). C'est une excellente nouvelle pour les plantes car elles adorent les composés azotés. L'azote est l'une des principales choses que nous devrons ajouter à la terre lorsque nous commencerons à faire pousser des plantes sur la Lune, Mars ou ailleurs.

Les plantes récupèrent ces nitrates du sol et les utilisent pour construire certaines de leurs structures. C'est pourquoi les légumes-feuilles sont une si bonne source de nitrates alimentaires. Ces plantes sont ensuite mangées ou meurent et se décomposent, de toute façon, elles finissent par retourner dans la terre où les microbes se remettent au travail, reconvertissant les nitrates en azote gazeux. Cela se produit plus profondément dans le sol, ou profondément sous l'eau, où l'oxygène est plus difficile à trouver et où les microbes anaérobies se développent. Le long du chemin entre le nitrate et l'azote gazeux, les composés traversent un certain nombre de gaz intermédiaires, y compris l'oxyde nitreux.

L'azote pourrait servir à peine plus qu'un espace réservé sous pression pour votre propre respiration, mais c'est une partie importante de l'infrastructure naturelle de l'écosystème. Les sources naturelles produisent environ 60% de l'oxyde nitreux mondial, dont chaque livre a 265 fois l'effet de réchauffement de la quantité équivalente de CO2, et il reste dans l'atmosphère pendant une moyenne de 121 ans avant d'être à nouveau récupéré par les bactéries. Les 40 % restants sont le résultat de l'activité humaine, y compris la production commerciale.

La production intentionnelle d'oxyde nitreux est un processus entièrement chimique, au lieu d'un processus facilité biologiquement. La production commence avec le nitrate d'ammonium, un sel cristallin blanc - en chimie, un sel est tout composé contenant des ions chargés positivement et négativement, sans charge électrique nette; le sel de table est un exemple courant, mais loin d'être le seul — qui est mélangé avec de l'eau à une concentration de 80 à 93 %. La solution de nitrate d'ammonium est ensuite chauffée à 250 degrés Celsius, ce qui provoque la décomposition réactive du nitrate d'ammonium en vapeur d'eau et en protoxyde d'azote.

Les moteurs à combustion fonctionnent en mélangeant une source de carburant avec de l'air et en allumant ce mélange en feu. Chaque fois que vous vous rendez au travail ou que vous vous rendez au théâtre, vous le faites sous la puissance d'explosions soigneusement contrôlées. Le mélange de carburant est mis sous pression et une étincelle est introduite. Lorsque le mélange brûle rapidement, il crée une chaleur et une pression intenses qui déplacent les pistons de votre moteur. Ces pistons font tourner un vilebrequin qui agit sur les engrenages et ainsi de suite, déplaçant votre véhicule sur la route.

Nous pensons que l'essence (ou le carburant que vous utilisez) est la chose qui brûle, la chose qui fait tout le travail, mais ce n'est qu'en partie vrai. Même la substance la plus inflammable est incapable de s'enflammer à moins qu'elle ne soit proche et confortable avec un oxydant.

Sur Terre, que vous construisiez un feu de camp ou allumiez vos moteurs, le comburant le plus courant que vous êtes susceptible de rencontrer est, bien sûr, l'oxygène. Mais ce n'est pas obligé. Lorsqu'une source de combustible est chauffée à la bonne température, un oxydant prélève des électrons de la source de combustible. Cette réaction exothermique rapide est ce que nous appelons la combustion. C'est juste une oxydation à grande vitesse, comme la rouille en avance rapide, et la réaction se poursuivra jusqu'à ce que le carburant soit consommé, que l'oxydant soit épuisé ou que la température diminue.

Si vous avez passé du temps autour d'une flamme nue, vous savez que souffler dans un feu avec vos propres poumons ou avec un soufflet est un moyen efficace d'augmenter temporairement la taille et l'intensité des flammes. C'est parce que vous ajoutez plus d'oxygène, ce qui facilite un taux de combustion plus élevé. Puisqu'il n'y a pas de moyen facile de pointer un soufflet vers l'intérieur de votre moteur, la proportion d'oxygène dans votre mélange de carburant est limitée à 21 %, car c'est ce qui est disponible dans l'atmosphère. C'est aussi pourquoi votre voiture peut devenir lente lorsqu'elle fonctionne à des altitudes plus élevées.

Cependant, lorsqu'un système d'oxyde nitreux (NOS) introduit de l'oxyde nitreux dans le mélange de carburant et qu'il est chauffé au-dessus de 300 degrés Celsius, il se décompose en un atome d'oxygène et deux atomes d'azote. En conséquence, la concentration d'oxygène dans votre mélange de carburant est aussi élevée que 36 %, considérablement plus élevée que les 21 % de fond disponibles au niveau de la mer. Plus d'oxygène signifie un taux de combustion plus élevé et plus de vroom.

Le protoxyde d'azote n'a pas vraiment été inventé, mais il a été découvert puis synthétisé par Joseph Priestly, en 1772. Avant la fin du XVIIIe siècle, les gens jouaient déjà avec des usages récréatifs et médicinaux. En 1799, Humphry Davy avait commencé à expérimenter les effets de l'oxyde nitreux sur les humains, en inhalant lui-même le gaz. Il a immédiatement remarqué son effet euphorique et en aurait été tellement épris qu'il a construit une boîte hermétique où il restait assis pendant des heures, respirant du nitreux, au point de presque mourir.

Aujourd'hui, le protoxyde d'azote est largement utilisé en milieu médical pour ses effets analgésiques (soulagement de la douleur) et anesthésiques. C'est un ajout séculaire aux environs médicaux et dentaires, et le saint patron des patients endodontiques partout. Il est privilégié car ses effets sont quasi immédiats, mais de courte durée. Les médecins peuvent soulager la douleur en temps quasi réel et les patients sont de retour et fonctionnent généralement normalement en quelques minutes.

Bien que nous sachions que le protoxyde d'azote fonctionne, les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment cela fonctionne, mais nous avons le cadre de base et quelques hypothèses. Lorsqu'il est inhalé, le protoxyde d'azote pénètre dans la circulation sanguine par les poumons et se dirige vers le cerveau. Là, il déclenche une augmentation de la production naturelle d'endorphines, de corticotropines et de dopamine. C'est probablement ce qui vous donne la sensation agréable et euphorique. Une fois dans le cerveau, le protoxyde d'azote diminue également la sensation des cinq sens et peut empêcher certains des centres émotionnels du cerveau de fonctionner à leur capacité maximale.

Il a été proposé que le protoxyde d'azote pourrait remplacer l'oxygène dans le cerveau, provoquant certains de ses effets, mais des études supplémentaires sont nécessaires avant d'en être sûr. Quel que soit le mécanisme, les effets combinés de l'oxyde nitreux sur le cerveau peuvent ralentir ou arrêter complètement certains processus cérébraux, permettant à votre dentiste de percer votre visage pendant que vous êtes heureusement ailleurs.

Peut-être que si votre cerveau pouvait chauffer l'oxyde nitreux à 300 degrés Celsius, il pourrait peut-être l'utiliser pour aller très vite, mais nous ne le recommandons pas.

Fast X arrive en salles ce vendredi 19 mai. Procurez-vous vos billets et démarrez vos moteurs !