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Paris-Saclay
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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants scientifiques 2018

30 juillet 2018
Pure spin conductors could behave as nonlinear component in the high power regime, hereby opening up considerably the realm of functions realizable with magnetic materials. An additional feature is that these are continuously tunable by an external magnetic field.

 

01 octobre 2018
Le CEA et le CNRS, et la Société CortecNet, avec le soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR), lancent leur laboratoire commun "Desir" (Détection efficace et sensible d'intermédiaires réactionnels par RMN). L'objectif est de développer les instruments permettant le suivi in situ de synthèses chimiques par RMN (Résonance magnétique nucléaire). Cette avancée rendue possible, grâce aux progrès de la microfluidique et de l’impression 3D, intéresse la R&D académique et industrielle en chimie.

 

19 mai 2018

Dans un article publié le 17 Mai 2018, dans la revue Cell, l'équipe dirigée par Guillaume Duménil à l'Institut Pasteur, en collaboration avec le groupe d’Hugues Chaté (IRAMIS/SPEC) et celui de Raphaël Voituriez (UPMC), décrypte une étape clé de l’infection causée par le méningocoque, un pathogène humain responsable de méningites chez les nourrissons et les jeunes adultes. Malgré une prise en charge rapide, le taux de mortalité dû à ces infections reste très important.

La modélisation statistique permet de rendre compte des interactions conduisant à la formation des agrégats bactériens observés. L'étude révèle un nouveau type de matière active basée sur la présence des forces attractives intermittentes entre ses éléments constituants.

12 avril 2018

La diffusion des macromolécules dans les cellules ne suit généralement pas des lois simples de diffusion du fait de la grande quantité et diversité de molécules présentes dans ce milieu. Les globules rouges présentent un cas particulier de cellules composées quasi-exclusivement d’une seule protéine presque sphérique : l’hémoglobine, reconnue depuis longtemps comme augmentant par sa diffusion le transport d’oxygène à travers une solution.

L'objectif de notre étude a été d’essayer de comprendre si la diffusion de l’hémoglobine au sein du globule rouge modifie la cinétique de capture d’oxygène par la cellule. Cette diffusion a été mesurée en solution pour plusieurs concentrations, par spectrométrie à écho de spin de neutrons. Par cette technique on observe que cette diffusion reste brownienne jusqu’à des concentrations physiologiques, et reste similaire pour une même concentration, au sein des globules rouges et en solution. Il est enfin remarquable de constater que la concentration en hémoglobine dans les globules rouges correspond à un optimum du transport d’oxygène.

19 mars 2018

Dans un contexte de développement exponentiel des nanotechnologies, les nanomatériaux sont susceptibles de se disséminer dans l'environnement. Par ailleurs, les végétaux sont des éléments sensibles des écosystèmes car ils constituent un lien étroit entre les trois écosystèmes eau-sol-air, et se situent à la base de la chaine alimentaire.

Il est donc essentiel d’évaluer l’impact des nanoparticules (NPs) sur les végétaux. Que deviennent les NPs déversées dans l’environnement ? Existe-t-il une capture et un transfert par les plantes ? Et si oui, pourrait-on retrouver des traces de NPs dans notre alimentation, par exemple dans notre pain ? Pour tenter de répondre à ces questions, des chercheurs ont allié leurs compétences afin de localiser les nanoparticules de TiO2 dans les végétaux et plus particulièrement dans des plantules de blé. Il a notamment été possible de doser précisément le titane présent dans les racines de blé à l'aide de la microsonde nucléaire du NIMBE*.

14 mars 2018
Quelle quantité d’hydrogène recèle le noyau des planètes telluriques (telles que la Terre ou Mars) ? Pour tenter de répondre à cette difficile question, une collaboration impliquant l'équipe LEEL de l'UMR NIMBE a simulé en laboratoire la ségrégation d’un alliage riche en fer dans un environnement silicaté, en recréant des conditions de pression et température analogues à celles de la formation du noyau terrestre. Les cartographies de dosage des différents éléments effectuées à l'aide de la microsonde nucléaire du NIMBE montrent, que seule une infime quantité d’hydrogène a dû incorporer le noyau des planètes telluriques, favorisant la formation précoce d’un manteau et d’une atmosphère riches en eau.  

 

27 mars 2018

Fort de l'expérience développées ces dernières années en simulation de la tranmission d'impulsions lumineuses ultra-courtes à travers des systèmes optiques simples ou relativement complexes, l'équipe PHI du Lidyl propose une méthode pour modifier à volonté et de façon conséquente la vitesse de propagation du maximum d'intensité d'une impulsion lumineuse, cette vitesse pouvant même devenir négative !

Le dispositif proposé est simple et consiste à jouer sur le large domaine spectral que présente une impulsion courte (femtoseconde : 10-15 s) et le chromatisme du dispositif. Les avancées dans ce domaine sont rapides puisqu'une équipe américaine a déjà réussi à mettre expérimentalement en évidence le phénomène. Cette nouvelle possibilité de façonner les impulsions lumineuses a de multiples applications potentielles : accélération de particules, physique des plasmas, expériences résolues en temps à l'échelle sub femtoseconde...

10 décembre 2018

Le développement de l’énergie solaire, en compétition avec les autres sources d’énergie décarbonées, demande une recherche continue d’amélioration de l'efficacité de conversion énergétique et une réduction des coûts de production. La technologie silicium, majoritaire dans ce secteur, a ainsi vu les performances de conversion des cellules dépasser les 20% en production industrielle et 26% en laboratoire. Une des principales limitations de ces cellules solaires vient de l’imparfaite adaptation de la sensibilité spectrale de la jonction photovoltaïque avec le spectre solaire. Ainsi, une partie des porteurs de charge photo-générés présentent un excès d’énergie par rapport à l’énergie du gap du silicium, qui est converti en chaleur. Perte supplémentaire, l'échauffement résultant réduit l'efficacité de la cellule. Une solution  proposée pour limiter le phénomène consiste à convertir les photons de la partie la plus énergétique du spectre par absorption,  transfert d’énergie et émission secondaire de photons de moindre énergie.

Dans ce contexte l’équipe NIMPH du CIMAP, en collaboration avec une Université et un industriel de Taiwan, étudie l’intégration de couches minces pour la conversion de fréquence dans des cellules solaires à technologie silicium. Ces couches, à base de nitrure de silicium (SiNx) dopée Terbium/Ytterbium permettent d'obtenir jusqu'à 1.34 % d'efficacité de conversion photovoltaïque supplémentaire.

31 juillet 2018

De multiples recherches sont aujourd'hui orientées vers le développement de nouveaux colorants comme milieu actif de cellules solaires. Une famille de molécules, dites "push-pull", se révèle particulièrement intéressante car ces molécules associent un groupement donneur et un groupement accepteur d'électron. Le transfert de charge (CT) prononcé dans l'état photo-excité est un critère favorable à l'injection de charge dans la cellule photovoltaïque.

En solution, deux phénomènes opposés peuvent fortement influencer ce processus moléculaire : alors qu'un milieu polaire favorise la séparation de charge, la solvatation réduit l’énergie en excès de l’état excité et facilite son retour à l’état fondamental. La présente étude de la dynamique de l'état excité d'un colorant de type "push-pull" par fluorescence résolue en temps à l'échelle sub-picoseconde, permet de mieux maitriser ces comportements [1], et ouvre la voie à plusieurs pistes pour la conception de colorants actifs en cellule photovoltaïque aux propriétés améliorés.

19 juin 2018

En association avec le déploiement des sources d'énergies intermittentes (photovoltaïque, éolien...), il est indispensable de poursuivre les efforts de recherche pour améliorer les performances des batteries. Des équipes du CEA Paris-Saclay et du CEA Grenoble ont réussi à développer de nouveaux matériaux d’électrode positive pour les batteries Li-soufre et Li-organique ne présentant pas de phénomène de dissolution de la matière active. Ces matériaux d’électrode positive sont basés sur la fonctionnalisation de manière covalente de nanotubes de carbone multiparois (MWNT) avec des molécules contenant des groupements électroactifs soufrés. Les nanotubes de carbone présentent une bonne conductivité électrique et sont insolubles dans l’électrolyte. Ils servent donc de bon support pour le greffage de la matière active.

Les systèmes obtenus offrent une excellente stabilité en cyclage et une capacité spécifique prometteuse. Ce travail est publié dans la revue ChemElectroChem.

 

17 avril 2018

Au cours de la mission "Jupiter Icy Moons Explorer" (JUICE 2022-2033) de l’agence spatiale Européenne (ESA), destinée à l'exploration des lunes glacées de Jupiter, des panneaux solaires assureront 100 % des apports énergétiques de la sonde. Le faible flux solaire reçu à ces distances du soleil nécessite d'utiliser des cellules photovoltaïques performantes de type triple-jonctions, permettant de capter une plus grande partie du spectre solaire. Au cours du voyage, ces cellules seront soumises à d’importantes doses d’irradiations (quelques 1016 e-.cm-2), en particulier par les particules de hautes énergies piégées par la magnétosphère géante de Jupiter. L’autre challenge de cette mission dans l’espace lointain est la très basse température (120 K) à laquelle les cellules solaires triple jonctions (GaInP/GaAs/Ge) devront fonctionner.

Pour le succès de la mission, il est ainsi de de première importance de connaitre et comprendre en détail les mécanismes spécifiques de dégradation sous irradiation aux protons et aux électrons à basse température de ces cellules complexes, à base de jonctions n/p de semi-conducteurs III-V et de germanium. Pour ceci, tout en respectant l’architecture de la cellule triple jonction, l'évolution des propriétés électriques de chacune des couches a été étudiée de façon indépendante. Cette étude est l'objet de la thèse de Seonyong Park, dont les premiers résultats, concernant la dégradation sous irradiation protonique, ont été publiés dans la revue "Progress in Photovoltaics Research and Applications" [1,2].

12 avril 2018

Pour l'ensemble des activités humaines, les pertes thermiques représentent 20 à 50 % de la consommation totale d'énergie. Récupérer sous forme d'électricité une fraction de cette chaleur résiduelle aujourd'hui perdue, améliorerait grandement notre efficacité énergétique.

Pour ceci, les liquides complexes tels que les liquides ioniques chargés ou non en nanoparticules (nanofluides ioniques) sont considérés comme de nouveaux matériaux prometteurs permettant d'améliorer le rendement de conversion directe de chaleur en électricité (ou thermoélectricité). Les efforts expérimentaux et théoriques de l'équipe SPHYNX du SPEC contribuent à élucider les divers phénomènes thermoélectriques se produisant au sein des  ces liquides, permettant d'obtenir des coefficients thermoélectriques (TE) parmi les plus élevés. Cette maitrise des phénomènes élémentaires au sein de ces milieux complexes permet de proposer des solutions pour optimiser la production d'énergie thermoélectrique.

21 août 2018

La convection thermique est à l'origine des écoulements turbulents au sein des atmosphères planétaires, des océans, des étoiles et des planètes. En astrophysique, un des objectifs est de déterminer les lois régissant le transport convectif de chaleur, afin de les inclure dans les modèles d'évolution stellaire.

En utilisant un forçage radiatif, les chercheurs du SPEC/SPHYNX sont parvenus à reproduire en laboratoire un régime de convection turbulente similaire à celui observé dans les milieux stellaires. Cette expérience constitue la première confirmation expérimentale d'idées théoriques datant de plus de 60 ans et doit contribuer à déterminer a priori les lois régissant la convection turbulente, afin de développer de meilleurs modèles astrophysiques prédictifs.

 

 

28 mars 2018

Les séismes majeurs sont imprévisibles et pourtant l'analyse statistique des évènements précurseurs et des répliques au choc principal suivent des lois statistiques aujourd'hui bien établies, mais dont l'origine reste encore très mal comprise.

En physique statistique, les mêmes lois peuvent s'appliquer à des systèmes en apparence très différents. Il suffit généralement qu'ils présentent une dimensionnalité et certaines propriétés de symétrie identiques. Il est ainsi tentant de rapprocher les études sismologiques de celles concernant la fracture des matériaux.

Des chercheurs des laboratoires de l’IRAMIS/SPEC/SPHYNX du CEA Saclay et du LTDS-Lyon, associés au CNRS, ont étudié les événements acoustiques émis lors de la propagation d’une fissure unique au sein d'un matériau hétérogène fragile, sollicité en tension. Comme cela a été observé pour un endommagement en compression, ils mettent alors en évidence que l'organisation statistique de ces évènements suit des lois d'échelles similaires à celles observées dans l'étude des séismes. Le système modèle étudié de l'avancée d'une fracture unique étant par nature plus simple et bien défini, il a été possible de comprendre dans ce cas l’origine de ces lois statistiques. Ceci ouvre de nouvelles pistes pour interpréter les lois d'échelles et leur utilisation en sismologie ou pour le suivi de l'endommagement des matériaux.

 

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