Faits marquants 2017

17 mai 2017

Des équipes du CEA Paris-Saclay, du CNRS du Mans, de l'Institut Fresnel et de l'Université Libanaise ont mis en œuvre une nouvelle technique de microscopie optique permettant d'observer les nanomatériaux bidimensionnels avec une résolution inégalée et de suivre en temps réel leur fonctionnalisation chimique. Basée sur un principe optique simple mais jusque-là inexploité – la technique utilise dse couches antireflets absorbantes – la technique nommée BALM (pour Backside Absorbing Layer Microscopy) permettant l'observation de matériaux aussi fins et transparents que l'oxyde de graphène monocouche. Cet exploit expérimental, couplé à la versatilité de la technique, permet par exemple d'observer en temps réel l'adsorption de molécules ou de nanoparticules sur du graphène ou d'autres matériaux ultraminces. Mieux encore, la géométrie particulière de la microscopie BALM permet de travailler aussi bien à l'air que dans un solvant et peut être combinée à d'autres techniques d'analyse ou de modification de nanomatériaux, notamment l'électrochimie. Ce travail est publié dans la revue Science Advances.

 

06 juillet 2017
Ce que nous révèle la structure des biominéraux...

Chez les organismes vivants, les processus de biominéralisation régulent la croissance des tissus minéralisés, tels que les dents, les os, les coquilles… Ces procédés restent fascinants à étudier pour une meilleure compréhension du monde naturel qui nous entoure et de sa diversité, d'autant plus que ces recherches peuvent contribuer à l'élaboration de procédés biomimétiques pour la réalisation de nouveaux matériaux.

Une équipe interdisciplinaire française, à laquelle participe l'équipe du LIONS de l'UMR NIMBE, s'est intéressée à la bio-formation du carbonate de calcium, dont la structure complexe est encore largement incomprise. La texture complexe de matériaux naturels, observés auprès du synchrotron de l'ESRF par une méthode originale de diffraction de rayons X développée par l'Institut Frenel, est décrite et les résultats publiés dans la revue "Nature Materials". Un point de départ pour comprendre l'élaboration de ce composé, et définir les conditions physiques, chimiques et biologiques nécessaires pour produire de façon synthétique ce type de biominéraux.

17 février 2017

La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil puissant pour la biologie, permettant l'imagerie (IRM) ainsi que l'analyse structurelle et chimique des métabolites. Une collaboration de scientifiques de Nimbe, de Neurospin et de l'Université de Bordeaux a récemment conçu une sonde μRMN non invasive pour le profilage en ligne d'activités physiologiques métaboliques in vivo avec un capteur RMN de taille micro placé à proximité immédiate d'une sonde d'échantillonnage de microdialyse. Un tel dispositif est capable d'effectuer un diagnostic en temps réel, déchiffrant des activités métaboliques complexes.

 

16 décembre 2017

Caractérisés par la présence d’une liaison Si-H, les hydrosilanes sont des réducteurs chimiques très puissants. Ils permettent notamment de transférer en une seule étape un hydrure (H) et un groupement chimique contenant Si, à un composé organique possédant une liaison double (C=C ou C=O) [1]. Cette propriété est en particulier mise à profit à l’échelle industrielle pour la fonctionnalisation des silicones et la synthèse des élastomères. Au NIMBE, ils sont utilisés pour la réduction des liaisons C=O du CO2 ou de la biomasse, ouvrant l’accès à des composés chimiques à haute valeur ajoutée et à des carburants comme le méthanol [2].

Des chimistes du NIMBE proposent de réaliser de telles réactions en remplaçant les hydrosilanes par une famille d’hydrures basée sur l’acide formique. Ils ont pu démontrer qu’en présence de catalyseurs moléculaires à base de ruthénium développés au laboratoire, ces hydrures – les formiates de silicium – réduisent les liaisons C=O de composés organiques (aldéhydes).

L’avantage des formiates de silicium est qu’il est possible de les régénérer par réaction du produit oxydé avec de l’acide formique, source renouvelable d’hydrures, car pouvant être produit par hydrogénation ou électroréduction du CO2 dans des conditions énergétiques favorables.

06 juillet 2017
Ce que nous révèle la structure des biominéraux...

Chez les organismes vivants, les processus de biominéralisation régulent la croissance des tissus minéralisés, tels que les dents, les os, les coquilles… Ces procédés restent fascinants à étudier pour une meilleure compréhension du monde naturel qui nous entoure et de sa diversité, d'autant plus que ces recherches peuvent contribuer à l'élaboration de procédés biomimétiques pour la réalisation de nouveaux matériaux.

Une équipe interdisciplinaire française, à laquelle participe l'équipe du LIONS de l'UMR NIMBE, s'est intéressée à la bio-formation du carbonate de calcium, dont la structure complexe est encore largement incomprise. La texture complexe de matériaux naturels, observés auprès du synchrotron de l'ESRF par une méthode originale de diffraction de rayons X développée par l'Institut Frenel, est décrite et les résultats publiés dans la revue "Nature Materials". Un point de départ pour comprendre l'élaboration de ce composé, et définir les conditions physiques, chimiques et biologiques nécessaires pour produire de façon synthétique ce type de biominéraux.

10 juin 2017

La demande de dispositifs de stockage d'électricité performants pour l’électronique nomade ou l’automobile est en croissance rapide et nécessite une amélioration des performances des batteries (capacité, durée de vie, sécurité). La technologie Li-ion, actuellement la plus répandue, a des performances limitées dues à l’utilisation d'électrodes de graphite, et une forte activité de recherche est consacrée au développement de matériaux alternatifs.

Parmi ceux-ci, les oxydes métalliques tels que SnO2 semblent prometteurs car ils offrent une capacité de charge élevée. Leur comportement lors des cycles de charge/décharge peut être amélioré par la nanostructuration de l’électrode et en modifiant leurs propriétés électroniques par dopage. Des électrodes ont été élaborées à partir de nanoparticules d’oxyde d’étain dopées à l’azote, synthétisées par pyrolyse laser. Les accumulateurs réalisés avec ces électrodes montrent des performances très prometteuses (vitesse de charge, nombre de cycles charge-décharge...), bien supérieures à celles des dispositifs de laboratoire reportés dans la littérature.

Ces travaux, financés par le programme transverse Matériaux Avancés du CEA, ont été réalisés en collaboration avec l’Université Technologique de Nanyang (NTU) à Singapour dans le cadre de la thèse en co-tutelle de Paul Wang. Les résultats obtenus sont publiés dans la revue Advanced Materials [1] .

18 février 2017
The chemical bonding in actinide compounds is usually analysed by inspecting the shape and the occupation of the orbitals or by calculating bond orders which are based on orbital overlap and occupation numbers. However, this may not give a definite answer because the choice of the partitioning method may strongly influence the result possibly leading to qualitatively different answers. In this review, we summarized the state-of-the-art of methods dedicated to the theoretical characterisation of bonding including charge, orbital, quantum chemical topology and energy decomposition analyses. This review  is not exhaustive but aims to highlight some of the ways opened up by recent methodological developments. Various examples have been chosen to illustrate this progress.

 

26 septembre 2017

La détection de biomarqueurs dans des fluides biologiques est une étape essentielle du diagnostic de plusieurs maladies et indispensable à leur traitement. Ces biomarqueurs sont souvent présents en quantité très faible nécessitant une étape de concentration. Leur analyse s’effectue usuellement par spectrométrie de masse à partir d’un volume d’analyte déposé puis séché sur une plaque. Les phases de dépôt et d’évaporation des gouttes sont des étapes essentielles qui gouvernent la qualité, l’efficacité et la sensibilité de l’analyse. Cette méthode manque cependant d’homogénéité et de reproductibilité avec une grande variabilité sur un même dépôt ou d’un dépôt à l’autre.

Dans cette perspective le laboratoire LIONS du NIMBE, en collaboration avec le Service d’Ingénierie Moléculaire des Protéines (IBiTec-S/SIMOPRO) a récemment développé un procédé DMF-MALDI (en anglais : Droplet Microfluidic-Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation) interfaçant une puce microfluidique digitale à un spectromètre de masse MALDI-TOF (MALDI - Time of Flight). Appliqué aux peptides, ce procédé permet d’augmenter fortement leur détection et d’analyser des solutions de concentrations initiales sub-nanomolaires (< 10-9 mol/l).

06 octobre 2017

La modélisation prédictive de la corrosion des aciers est un enjeu majeur dans plusieurs domaines de l'industrie (nucléaire, génie civil, etc…) et pour la conservation des métaux du patrimoine. Le stockage profond des déchets nucléaires ultimes vitrifiés propose de mettre en œuvre en France, une multi-barrière destinée à isoler notre environnement des radionucléides, dont un des éléments clés sera un sur-conteneur en acier, dont il faut maitriser le comportement en corrosion au cours du temps. Pour ceci une modélisation phénoménologique des processus de corrosion a été établie, validée à la fois par des expériences en laboratoire de recherche et par l'étude d'analogues archéologiques.

Dans les conditions du stockage, il a été montré que les produits de corrosion (PC) formés étaient constitués de carbonates de fer plus ou moins poreux. Le LAPA a mis en place une méthodologie analytique multi-échelle (du µm au nm) basée sur le croisement de techniques complémentaires (FESEM, MET, STXM) qui a permis de mettre en évidence la présence d’une couche submicronique, constituée d’oxyde de fer (magnétite et maghemite), à l’interface entre le métal et les PCs. Cette mise en évidence est d'autant plus importante, que l'on montre que cette couche contrôle les cinétiques de corrosion. L’épaisseur de cette couche varie de quelques dizaines de nm au µm, en fonction de la compacité du milieu d'argile environnant. Ces nouvelles données vont enrichir le formalisme des modèles de corrosion à long terme, mis en œuvre par le CEA et l’ANDRA dans le cadre de la maitrise du stockage des déchets.

 

18 février 2017
The chemical bonding in actinide compounds is usually analysed by inspecting the shape and the occupation of the orbitals or by calculating bond orders which are based on orbital overlap and occupation numbers. However, this may not give a definite answer because the choice of the partitioning method may strongly influence the result possibly leading to qualitatively different answers. In this review, we summarized the state-of-the-art of methods dedicated to the theoretical characterisation of bonding including charge, orbital, quantum chemical topology and energy decomposition analyses. This review  is not exhaustive but aims to highlight some of the ways opened up by recent methodological developments. Various examples have been chosen to illustrate this progress.

 

 

 

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