Faits marquants 2016

25 mars 2016

Le stockage des déchets radioactifs à vie longue est un des enjeux majeurs de la filière nucléaire. Pour ce faire, les éléments radioactifs sont vitrifiés, au sein d'une matrice de verre placée dans un conteneur en acier. Il est ainsi nécessaire de comprendre la dégradation du verre en présence des produits de corrosion de l'enveloppe métallique. Pour ceci, des expériences sont réalisées en laboratoire autour de systèmes modèles, où le verre nucléaire est mis en contact avec des produits synthétisés de corrosion du fer.

Cependant, du fait des durées de stockage considérées, le verre sera en présence de produits de corrosion qui se sont formés au cours des siècles. Afin de se rapprocher au mieux de cette situation, les équipes du LAPA (Laboratoire Archéomatériaux et Prévision de l'Altération) et du LCLT (Laboratoire d’Etude du Comportement à Long Terme des matrices de confinement) ont eu l'idée d'étudier la dégradation du verre en présence de produits de corrosion prélevés sur des objets archéologiques corrodés sur plusieurs centaines d’années, dans des conditions anoxiques proches de celles du stockage.

L'étude confirme l'influence du fer sur l'altération du verre. Elle met également en évidence des différences dans les processus d’altération en fonction de la nature des produits de corrosion : avec les produits archéologiques, les effets d'altération du verre sont très atténués ou différent des effets obtenus avec des produits synthétisés en laboratoire. Cette étude permet enfin de pister la migration du fer dans le système, à la fois dans la pellicule d’altération du verre et lors de la précipitation de phases secondaires, le fer jouant le rôle de "pompes à silicium". Ces données sont cruciales pour la modélisation du comportement du verre sur le très long terme pour une meilleure maîtrise du stockage profond des déchets.

07 avril 2016

Pour enrichir les graines en éléments nutritifs et donc minimiser les carences nutritionnelles en Zinc dans le monde, des scientifiques travaillent sur des solutions dites de biofortification. Dans un article paru dans Nature Plants, deux communautés de chercheurs ont allié leurs compétences en biologie moléculaire et en spectroscopie pour identifier les gènes impliqués dans le transfert du zinc de la plante-mère aux graines consommables. Une première étape indispensable vers la biofortification.

15 décembre 2016

La réalisation de dispositifs basés sur l’électronique de spin (spintronique) où une molécule magnétique est le composant actif est un objectif de premier plan dans le domaine du magnétisme moléculaire. La collaboration entre des groupes de physiciens et de chimistes, théoriciens et expérimentateurs avec le soutien du Laboratoire d’excellence NanoSaclay a permis de mettre en évidence la présence d’une bistabilité magnétique à l’échelle de la molécule individuelle. Pour ceci, les chercheurs ont greffé de manière covalente différentes molécules magnétiques (phosphonates à base de cobalt ou nickel) sur une surface ferrimagnétique d’oxyde de fer (Fe3O4). Ils ont mis en évidence, grâce à la combinaison de plusieurs techniques de caractérisation de surface, un greffage covalent d’une monocouche de molécules sur le film magnétique.

Des études de dichroïsme magnétique des rayons X sur la ligne DEIMOS du Synchrotron SOLEIL ont ensuite révélé la présence d’un couplage magnétique à l’interface molécule/film magnétique et la modification de l’anisotropie magnétique des molécules (selon le métal de transition considéré) conduisant à la présence d’un cycle d’hystérèse des molécules individuelles. Les calculs théoriques permettent de rationaliser les données expérimentales. Ces études ouvrent des perspectives de réalisation de dispositifs de spintronique moléculaire.

02 octobre 2016

L'analyse de larges quantités de données ou d'images, le développement des véhicules autonomes, les progrès de la robotique ou des biocapteurs, changent nos attentes vis-à-vis des puces électroniques. Si le calcul haute-précision, idéalement réalisé par les microprocesseurs conventionnels, reste incontournable, d'autres fonctionnalités sont de plus en plus recherchées, telles que les fonctions de classification. Pour celles-ci les algorithmes de type "réseaux de neurones artificiels" (ANNs) sont mieux adaptés. Ils sont aujourd'hui implémentés de façon logicielle sur des processeurs conventionnels, mais de nouvelles puces électroniques spécifiquement conçues pour ce mode de traitement de l'information permettraient d'accélérer considérablement l'analyse des données, tout en réduisant la consommation énergétique. Ces nouveaux processeurs peuvent être fabriqués à partir de la technologie silicium classique. Cependant l'une de leurs fonctions clés (coder l'intensité des connexions entre neurones) requiert une très grande quantité de mémoire non-volatile qui pourrait être plus efficacement réalisées par des mémoires résistives analogiques : des "memristors". Si de nombreux types de memristors sont à l'étude (mémoires à changement de phase, Ox-RAM, CB-RAM, etc.) aucun n'est idéalement adapté à l'application analogique visée.

Une collaboration CEA-IEF a réalisé un nouveau type de mémoires résistives analogiques organiques basées sur l'électro-greffage de molécules redox au sein de jonctions métal/organique/métal. Ces dispositifs sont intégrés en tant que synapses dans un prototype élémentaire de circuit capable d'apprendre sa fonction, selon deux règles d'apprentissage. La caractérisation des imperfections des synapses a servi de base à d'importants efforts de simulation, montrant l'effet de leur variabilité sur l'efficacité d'apprentissage du circuit. Le potentiel de cette approche est également évalué par simulation pour la réalisation de fonctions complexes comme la reconnaissance d'écriture manuscrite.

18 mai 2016

Le soleil apparait à ce jour comme la source d’énergie à la fois inépuisable et gratuite qu'il faut cependant réussir à capter efficacement. Les différentes générations de cellules photovoltaïques ont permis une amélioration progressive des coûts et/ou des rendements [1]. Parmi les dispositifs efficaces émergents, on peut retenir les cellules sensibilisées à colorant qui reposent généralement sur une couche poreuse de dioxyde de titane (TiO2) qui améliore le contact électrique et évite la recombinaison des charges. Une voie étudiée pour l’optimisation de cette couche est l’utilisation de nanoparticules dopées à l’azote.

Le procédé pour élaborer le dispositif à partir des nanoparticules requiert de nombreuses étapes de mise en forme, traitements chimiques de passivation, recuits,… On peut ainsi se demander si les propriétés observées au niveau de la cellule reflètent ou pas les propriétés du matériau initial. Dans le cadre d’une collaboration européenne (CEA – NIMBE à Saclay, XLIM - Limoges, LCP - Orsay, Institut des nanosciences de Jyväskylä (Pologne), et Institut Laser à Bucarest), des nanoparticules ont été synthétisées et leurs propriétés ont été caractérisées à diverses étapes du procédé de fabrication : particules, électrodes (couches minces après traitement thermique) jusqu'à la cellule finale (passivation, infiltration de colorant) [2]. Des techniques de caractérisation complémentaires prouvent que l’efficacité de la cellule est le reflet direct du produit initial, mais que si l’azote se positionne en surface du TiO2 dopé, il est nuisible à l’efficacité du dispositif.

03 février 2016

La recherche de biomarqueurs volatils en vue d’un diagnostic non-invasif de pathologies telles que le cancer ou de maladies infectieuses comme la tuberculose, est un enjeu médical majeur. Dans le cadre du projet COVADIS, l’équipe Capteurs Chimiques d’IRAMIS/NIMBE/LEDNA, en collaboration avec BioMérieux et IRAMIS/LYDIL, a exploré la possibilité de détecter un marqueur spécifique de la tuberculose active, l’acide nicotinique, présent chez les patients infectés par Mycobacterium tuberculosis. Le défi est de trouver une méthode d’analyse simple et peu coûteuse pouvant rivaliser avec la méthode d’amplification de l’ADN recommandée par l’Organisation Mondiale de la Santé, mais qui reste chère pour les pays pauvres malgré un coût négocié.

La molécule-sonde choisie est un sel de lanthanide, le nitrate de terbium, Tb(NO3)3, dont la luminescence dans le domaine visible est exaltée en présence d’acide nicotinique. Ce dernier forme avec le sel de terbium un complexe stable et joue le rôle d’antenne pour absorber efficacement les photons d’excitation et transférer l’énergie d’excitation vers l’ion lanthanide qui luminesce intensément. Pour s’affranchir de l’interférence des autres métabolites présents dans le condensat d’haleine, qui diminue l’intensité de luminescence, les chercheurs exploitent la différence de volatilité entre ces interférents et l’acide nicotinique. Le piégeage des composés volatils par des éponges nanoporeuses permet de recouvrer la luminescence intense des complexes de terbium signalant la présence d’acide nicotinique.

La simplicité de la méthode et son coût modique, comparé à la méthode d’amplification de l’ADN, fait de la détection de métabolites volatils une voie particulièrement prometteuse pour le diagnostic non-invasif de la tuberculose.

24 février 2016

Comprendre comment les électrons émis lors de la décharge d’une batterie interagissent avec l’électrolyte est indispensable pour mieux appréhender les causes de leur vieillissement. Les chercheurs du Laboratoire de chimie-physique (CNRS/Université Paris-Sud) et du laboratoire Nanosciences et innovation pour les matériaux la biomédecine et l'énergie (CNRS/CEA) ont utilisé la radiolyse impulsionnelle picoseconde pour étudier la formation des électrons solvatés et leur interaction avec les carbonates de l’électrolyte. Ils ont mis en évidence un comportement particulier dans le cas du carbonate de propylène cyclique par rapport aux espèces non cycliques (linéaires). Ces travaux font l’objet d’une publication dans le Journal of Physical Chemistry Letters.

 

06 janvier 2016

La matière nanostructurée offre des propriétés originales que l'on peut mettre à profit pour de très nombreuses applications innovantes. Les nanotubes de carbone ou le graphène en sont les exemples phares.  Dans ce domaine, une collaboration rassemblant des chercheurs du LPS-Orsay et de l'IRAMIS/NIMBE montre dans une publication dans Nature-Communication [1], les propriétés remarquables de cristal liquide des suspensions colloïdales de nanotubes d'imogolite (aluminosilicate). L'organisation colonnaire observée à grande dilution est une phase originale ouvrant la voie à l'élaboration de procédés de mise en ordre des imogolites, indispensables à leurs utilisations, ou de façon générique en biophysique pour les solutions de biopolymères.

 

30 décembre 2016

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique d'analyse puissante mais peu sensible. Des enjeux majeurs en analyse chimique (détection de produits en très faibles concentrations ou étude des effets isotopiques, notamment) incitent à rechercher de nouvelles méthodes pour détecter et séparer les signaux faibles des composantes principales du signal.

Pour ceci, une approche existe : au lieu d'appliquer une impulsion radiofréquence pour exciter le système, il est possible d'analyser l'autocorrélation du bruit du signal aux bornes de la bobine radiofréquence de détection RMN, qui est, par construction, fortement couplée avec les spins de l'échantillon à analyser. Dans le cadre d'un travail collaboratif avec une équipe de l'Université Johannes Kepler de Linz (Autriche), financée par une subvention conjointe ANR-FWF, une nouvelle théorie générale de ce type de détection a pu être établie, et montre la forte amélioration de sensibilité permise par la technique.

De plus, l'existence d'une signature spectrale due à l'inhomogénéité du champ magnétique statique est démontrée et elle fournit aussi une référence pour le déplacement chimique, non affectée par le couplage non linéaire entre l'aimantation de l'échantillon et la bobine de détection. Cette capacité de détection améliorée a pu être appliquée aux mesures d'effets isotopiques secondaires [1].

 

 

 

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