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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants 2017

16 octobre 2017

Le collagène est la protéine la plus abondante dans le corps humain, et sa structure particulière en triple hélice est à l’origine de propriétés mécaniques spécifiques au cartilage (élasticité, robustesse…), dont il est le composant majoritaire. Une collaboration entre physiciens, chimistes et radiobiologistes du laboratoire CIMAP étudie depuis quelques années l’irradiation du cartilage afin d’améliorer le traitement des tumeurs associées par hadronthérapie. Dans ce contexte, des expériences ont été menées sur des systèmes moléculaires isolés modèles de la triple hélice du collagène. Les résultats montrent que cette structure existe en l’absence de tout solvant, et que ses propriétés de stabilité sont les mêmes que dans les tissus biologiques. L’hypothèse longtemps admise d’une influence de l’eau est donc sans doute à exclure.

 

21 juillet 2017

La réalisation de composants électroniques nanométriques peut nécessiter de façonner les surfaces à l'échelle de l'atome et de nombreuses procédés sont proposés et étudiés. Parmi eux, il a été montré que l’irradiation par des ions rapides permet de structurer une surface à cette échelle ultime. En modifiant plusieurs paramètres d’irradiation, on observe la formation de structures variées, telles que l'alignement de bosses, des incisions ou encore des pliages.

Des calculs avec le modèle de la pointe thermique montrent que les modifications sont possibles à des énergies cinétiques des ions rapides relativement faibles, fournis par de petits accélérateurs. En collaboration avec l’Université de Duisburg-Essen en Allemagne, l’Université de Pennsylvanie aux États-Unis et l’Université de Vienne en Autriche une équipe du CIMAP a exploré les mécanismes et potentialités de cette méthode originale de structuration de surface à l'échelle nanométrique sur des monocouches de disulfure de molybdène.

 

02 février 2017

La sonde atomique tomographique est un outil unique permettant d’analyser la composition chimique en 3 dimensions à l’échelle nanométrique. L’analyse est basée sur la reconstruction des trajectoires des ions émis par une pointe très fine soumise à un potentiel électrique de quelques dizaines de kV. En dépit de réels succès dans l’observation de matériaux métalliques, les mesures réalisées avec des matériaux semiconducteurs ou isolants font apparaître des écarts à la composition chimique attendue.

Pour comprendre l’origine de ces écarts et faire progresser la méthode expérimentale, l’équipe SIMUL du CIMAP analyse l’émission et la stabilité des molécules sous champs électrique intense. Ce travail est réalisé en collaboration avec l’équipe instrumentation du GPM de Rouen, dans le cadre d’un projet financé par le Labex EMC3. Dans le cas d’un échantillon de ZnO nous avons montré que la proportion des différentes voies de dissociation moléculaire varie avec l’intensité du champ, et que la gamme de champ accessible à l’expérience favorise la formation d’oxygène atomique neutre, indétectable expérimentalement. Ce travail montre ainsi la grande utilité des simulations atomistiques pour améliorer la qualité des mesures quantitatives par sonde tomographique.

 

10 novembre 2017

La filière nucléaire produit des déchets nucléaires de natures très variées qui sont aujourd'hui entreposés dans des sites sécurisés. Dans le cadre de la loi de 2006 relative à la gestion durable des matières et des déchets radioactifs, ces déchets nucléaires doivent être repris et conditionnés pour leur stockage définitif selon les normes d’entreposage actuelles.

Les déchets peuvent être compactés au sein d'une matrice en verre ou cimentaire, cette dernière présentant plusieurs avantages de coût et de stabilité au cours de la mise en œuvre du procédé, mais dont il faut maitriser la tenue à l'irradiation. Une étude conduite au cours d'une thèse au Laboratoire des Solides Irradiés du CEA, permet d'orienter le choix de la meilleure variété cimentaire et de préciser son procédé d'élaboration, pour obtenir une structure résistante à l’irradiation jusqu’à au moins 300 MGy*. À très forte dose (3 GGy), des effets microstructuraux, incluant la possibilité de désordre local, sont observés. Cependant, aucune amorphisation et aucune nouvelle phase ne sont constatées, ce qui permet de conclure que les hydrates étudiés peuvent résister aux conditions d’irradiation au cours du stockage.

 

21 juin 2017

Le graphène est un matériau carbonné bidimensionnel aux propriétés structurales, électroniques et de conduction thermique originales que l'on cherche à exploiter. Au-delà de la simple utilisation de feuillets de graphène (pour l'électronique haute fréquence, ou en tant qu'anode d'accumulateurs...), d'autres applications sont aussi envisagées, pour lesquelles le feuillet de graphène doit être nanostructuré, pour améliorer ses propriétés optiques ou catalytiques ou permettre la réalisation de capteurs ciblés.

Une collaboration du LSI avec des équipes italiennes de l’Université de Bologne et du Politecnico de Turin, ainsi que l’équipe allemande de l’accélérateur d’ions lourds du GSI (Darmstadt) propose une technique originale d'irradiation aux ions lourds rapides d'un monofeuillet de graphène pris en sandwich dans un système multicouche polymère-graphène-cuivre. Le traitement chimique, mis au point au LSI, rend possible l’obtention d’un graphène nanoporeux 2D supporté, robuste et facilement manipulable. La méthode de synthèse nécessite peu d’étapes et est facilement industrialisable sur de grandes surfaces.

13 mars 2017

Dans une cellule photovoltaïque, l'absorption de la lumière excite les électrons à assez haute énergie, de l’ordre d’un électronvolt au-dessus du bas de la bande de conduction d’un semiconducteur. La relaxation de ces "porteurs chauds" est le principal phénomène limitant les performances de ces cellules, ainsi que de nombreux autres capteurs photo-électroniques.

Le premier processus de diffusion inélastique subis par les électrons chauds est le transfert d’énergie vers les vibrations du réseau (phonons). Comprendre cette dynamique de relaxation électronique, en particulier le rôle du couplage électron-phonon, est un enjeu majeur pour proposer les matériaux les plus performants pour les dispositifs photovoltaïques. Le travail collaboratif entre les théoriciens du LSI, de l’IMPMC, de l’université de Rome, et les expérimentateurs de l’Université d’Osaka, Japon, a permis de mettre en évidence dans le composé GaAs, deux régimes de relaxation distincts, entièrement dus à l’interaction électron-phonon. Ce résultat a pu être obtenu grâce à une méthode de calcul ab initio très avancée, développée récemment par les chercheurs du LSI en collaboration avec l’IMPMC. Les concepts élaborés dans ce travail faciliteront la description de la dynamique de relaxation des porteurs chauds dans des nombreux matériaux semiconducteurs.

01 mars 2017

La découverte de la supraconductivité a plus de 100 ans, et la théorie BCS, décrivant le phénomène sous une forme conventionnelle, a 60 ans cette année. Aujourd'hui, le mécanisme au cœur de la supraconductivité à haute température (non BCS), découverte il y a plus de 30 ans, reste à identifier. Dans tous les cas, la phase supraconductrice est caractérisée par l'ouverture d'un gap entre les états électroniques occupés et inoccupés, qui se ferme au-dessus de la température critique dans la phase conventionnelle.

Dans une étude conjointe des équipes du LSI, du LPS et de l'UPMC, on observe par spectroscopie de photoémission à résolution angulaire résolue en temps (TR-ARPES) qu'après une excitation électronique ultra-brève par laser pulsé, le gap supraconducteur peut être transitoirement fermé, selon des orientations cristallographiques privilégiées, pendant un temps de l'ordre de la picoseconde. Cette observation illustre les potentialités de la méthode qui fournit une nouvelle façon d'explorer les mystères de la supraconductivité à haute température. La méthode semble également prometteuse dans l'étude de la physique de la dynamique d'autres systèmes fortement corrélés, tels que les polaritons et les atomes ultra-froids.

 

22 novembre 2017

Les effets optiques non linéaires permettent de disposer par génération d'harmoniques de faisceaux lumineux de courtes longueurs d'onde, nécessaires à de multiples applications dans de nombreux domaines, tels que la nanoélectronique ou encore la médecine de précision. Cependant, ces effets nécessitent des éclairements laser très importants, que seuls des systèmes laser amplifiés complexes, volumineux et coûteux permettent d’atteindre.

En utilisant les avancées récentes de la plasmonique et des techniques de nanostructuration, une collaboration entre des physiciens du LIDYL et des chercheurs de l’ICFO de Barcelone et de l’Université de Hanovre étudie la génération d’harmoniques d’ordre élevé dans des cristaux semi-conducteurs. Pour ceci, des micro-guides d’onde sont gravés à la surface d'un cristal, afin de condenser la lumière d'un faisceau excitateur infrarouge de forte puissance. Grâce à la nano- structuration, un gain de plus d’un ordre de grandeur sur l’efficacité de la génération d’harmoniques est obtenu, ce qui permet d’alléger les contraintes pesant sur le système laser. Les concentrations de champ obtenues permettent ainsi de rendre plus abordable la physique des champs forts, dans des conditions de laboratoire.

22 juillet 2017

Les paires d’ions, atomiques ou moléculaires, sont naturellement omniprésentes, dans l’eau de mer, les aérosols et jusqu’au sein des organismes vivants. Elles s'assemblent dans les toutes premières étapes de la cristallisation des espèces ioniques, influencent les propriétés des solutions concentrées en ions ou des liquides ioniques, et jouent ainsi un rôle majeur dans de nombreuses applications.

L'équipe SBM de l'UMR LIDYL a réalisé une première en isolant en phase gazeuse des paires d'ions complexes typiquement rencontrées en solution, et en les caractérisant par spectroscopie IR et UV. Cette approche expérimentale originale ouvre la voie vers une meilleure connaissance de ces objets supramoléculaires qui restaient non caractérisés individuellement jusqu'à présent.

17 avril 2017

Les vortex optiques sont des faisceaux de lumière à plan d’onde hélicoïdaux porteurs de moment angulaire orbital (OAM), comme le montre leur capacité à induire un mouvement de rotation de la matière. De par leurs propriétés étonnantes (phase en spirale et intensité distribuée en anneau), ces faisceaux ont d’ores et déjà ouvert la voie à de nouvelles applications (spectroscopie, microscopie, manipulations optiques…) dans les domaines du visible et de l’infrarouge, que l'on cherche naturellement à étendre dans le domaine X-UV.

Les lasers possédant de l'OAM suscitent un intérêt croissant dans la communauté des faisceaux laser ultra-hautes intensités (UHI), puisqu'ils offrent de nouveaux moyens de contrôle des interactions avec la matière : le transfert d'OAM à un plasma modifie profondément la physique des interactions lumière-matière et apporte de nouvelles possibilités sur les deux grandes applications des faisceaux UHI : la production de rayonnement harmonique XUV et la production de faisceaux ultrabrefs de particules de haute énergie.

Dans ce domaine, si un grand nombre d'études théoriques ont été réalisées sur le sujet, aucune expérience n'avait encore démontré ces effets pour les très hautes intensités (I > 1016 W/cm2), étant donné la difficulté de produire un faisceau laser large et intense avec un front d'onde hélicoïdal. Une équipe de recherche du LIDYL vient de montrer, sur l’installation laser UHI100, qu’il est possible de générer des impulsions lasers porteuses de moment angulaire orbital et de transférer ce moment à un faisceau d’harmoniques générées sur miroir plasma pour des intensités supérieures à 1019 W/cm². Ces travaux font l’objet de deux publications dans Physical Review Letters [1] et Nature Physics [2].

30 mars 2017

La nouvelle plateforme ATTOLab au CEA-Orme des merisiers est destinée aux études de dynamique ultrarapide en phases diluée et condensée. La salle SE1 (Salle Expérimentale 1kHz) a pour mission de fournir une source d’impulsions attosecondes polyvalente et adaptée aux expériences nécessitant des impulsions intenses. Après une première phase d’installation des équipements, les premiers photons UVX d’ATTOLab ont été générés à l’automne 2016.
 

 

13 février 2017
L'étude des macromolécules biologiques, telles que l'ADN, l'ARN et les protéines, nécessite une connaissance préalable et approfondie des propriétés physico-chimiques de leurs briques constitutives, soit respectivement les bases nucléiques et les acides aminés. Expérimentalement, plusieurs espèces (isomères* et tautomères**) coexistent, ce qui rend très difficiles l’interprétation et la déduction des propriétés des molécules biologiquement importantes qu’elles constituent. Un consortium scientifique international, structuré autour de l’Université Paris-Est Marne-La-Vallée et comprenant notamment le LIDYL du CEA-Université Paris-Saclay et le synchrotron SOLEIL, a pu identifier en phase gazeuse, les tautomères et isomères du cation d'une base nucléique : la cytosine (C4H5N3O), en utilisant les méthodes de la chimie quantique les plus sophistiquées associées à la photoionisation VUV par imagerie de photoélectron implémentée sur la ligne DESIRS du Synchrotron SOLEIL. Ces travaux viennent de paraitre dans J. Am. Chem. Soc.


 

03 octobre 2017

Pour survivre dans leur milieu, les bactéries doivent s'adapter à des conditions de croissance très différentes. Cette propriété est de première importance lorsque ces dernières doivent coloniser un hôte. Bien que la façon dont elles s'adaptent à leur milieu ne soit pas encore complètement comprise, il a récemment pu être montré que les bactéries utilisent pour cela une protéine appelée Hfq et des acides ribonucléiques (ARN) qui lui sont associés, les deux ayant la propriété de s’auto-assembler en nanostructures. Cette thématique est l’une de celles développées au sein de l’IRAMIS.

Une équipe de l’IRAMIS/LLB associée à des équipes de l’I2BC, du Synchrotron SOLEIL et de l’Institut Curie d’Orsay, s’est intéressée à une nouvelle propriété des assemblages formés par Hfq : ces équipes ont pu montrer que la protéine bactérienne forme des structures amyloïdes, comme celles retrouvées lors de maladies neuro-dégénératives, et que ces structures protéiques affectent l’intégrité des membranes biologiques. Ce résultat publié dans la revue Scientific Reports pourrait avoir d’importantes conséquences pour comprendre la communication bactérienne et pourrait être utilisé pour développer de nouveaux agents antibactériens.

 

01 septembre 2017

Les liquides ioniques sont des électrolytes composés exclusivement de cations et d’anions organiques en interaction. Leurs remarquables stabilités chimique et électrochimique en font d’excellents candidats pour le développement de systèmes de stockage d’énergie, devant répondre à des critères stricts quant au risque de combustion.

En tant que liquides purs, ils présentent des propriétés physico-chimiques originales, liées à leur structure locale sous la forme d’agrégats transitoires de taille nanométrique, qui résulte de la compétition entre interactions électrostatiques et forces de van der Walls. Une analyse fine de l’auto-diffusion des cations , mesurée aux différentes échelles, entre le niveau moléculaire jusqu'à l’échelle mésoscopique, par diffusion de neutrons ou de lumière et RMN, montre que ce phénomène d’auto-association des espèces ioniques de charge opposées est un facteur limitant de la conductivité électrochimique.

Il est ensuite montré que la frustration de la formation des agrégats par confinement nanométrique unidimensionnel est alors une voie prometteuse pour apporter aux liquides ioniques des propriétés de conductions, qui se révèlent compétitives en comparaison avec des électrolytes moins stables.

01 juin 2017

La richesse de la structure électronique de certains matériaux, dits "à électrons fortement corrélés", leur confère de nombreuses propriétés de nature intrinsèquement quantique, telles que la supraconductivité, ou encore l'état d'isolant de Mott (localisation des électrons de conduction) ou de liquide de spin (état magnétique frustré) [1]. Plusieurs interactions électroniques sont responsables de ces fortes corrélations : au-delà de la simple interaction électrostatique, attractive avec les noyaux des atomes et répulsive entre électrons, on trouve l'interaction résultant du principe d'exclusion de Pauli, qui interdit l'occupation d'un même état par deux électrons, et l'interaction spin-orbite (interaction relativiste entre la vitesse d'un électron et son spin).

Parmi ces matériaux, les chercheurs du LLB, en collaboration avec le Laboratoire de Physique du Solide d'Orsay, montrent que des composés iridates (anion d'iridium) à structure pérovskite présentent à basse température un nouvel état magnétique [2], généré, selon un modèle similaire à celui proposé pour les supraconducteurs à haut Tc, par des boucles de courant de la taille de la maille cristalline [3]. Les similitudes structurales et de propriétés électroniques entre les deux familles de composés éclairent d'un jour nouveau les différents états des solides à électrons fortement corrélés, aux nombeuses applications (électronique de spin, capteurs magnétiques, supraconducteurs, ...) .

14 mars 2017

Liquide et solide désordonné se distinguent en premier lieu par leur viscosité : l'un coule, l'autre pas. Mais existe-t-il de réelles différences de structure entre ces deux états de la matière et quelle est la nature exacte la transition "vitreuse" qui les sépare ? Si des réponses ont pu être apportées pour des liquides composés d'atomes ou de petites molécules, ces questions se posent aussi pour les polymères fondus, constitués de longues chaines de molécules. Cette question est technologiquement d'importance, puisque la solidification de liquides polymères est au cœur de beaucoup de procédés, tel que le façonnage de la matière plastique.

Une collaboration de spécialistes du domaine, incluant des chercheurs du LLB, montre toute la spécificité du problème de la transition vitreuse pour les polymères, qui font apparaitre une dimension caractéristique supplémentaire : leur longueur de chaine. Si pour les courtes longueurs de chaine, un comportement générique est bien observé à la température de transition vitreuse, des déviations significatives apparaissent pour les longues chaines. Il est alors montré que l'accord peut être rétabli en considérant une propriété dynamique plus macroscopique, telle que la viscosité du polymère.

 

23 novembre 2017

Le site WEB du projet COSMICS.

L'équipe SPEC/GMT du CEA coordonne le projet européen H2020 Fet-Open "Cosmics" (Concepts and tools in molecular spintronics) dont la réunion de lancement s'est tenue les 27 et 28 novembre 2017. Issu d’un appel d’offres très sélectif, ce projet porte sur la recherche de nouveaux dispositifs hybrides, associant molécules et électrodes magnétiques métalliques, qui pourra enrichir la conception de composants électroniques miniaturisés.

07 novembre 2017

Il est montré que la manipulation d’un atome et d’une molécule à l’aide d’un microscope à effet tunnel permet la construction d’un nano-objet sur une surface, dont les propriétés électroniques sont modulables en fonction de la position relative de ses deux composants.

Cette étude illustre les multiples potentialités d'une chimie de piègeage (Trapping chemistry), permettant de moduler les propriétés mécaniques et réactives des molécules, par une maitrise fine des transferts de charge au sein du nano-objet constitué.

02 septembre 2017

Dans une expérience de laboratoire, les chercheurs de l’Iramis/SPEC ont observé qu'un écoulement très turbulent pouvait présenter une dynamique chaotique entre plusieurs régimes d'écoulements métastables. Une collaboration SPEC-LSCE propose aujourd'hui un jeu de trois équations déterministes "simples", rendues stochastiques par l'ajout d'un terme aléatoire, qui permet de décrire un tel écoulement au comportement intermittent.

Les simulations, basées sur ce modèle permettent effectivement de décrire le comportement chaotique observé entre plusieurs états métastables, effet que l’on pourrait qualifier de "super-effet papillon". Un bon point de départ pour mieux décrire des phénomènes atmosphériques complexes, comme par exemple la circulation atmosphérique globale !

 

29 juin 2017

Les matériaux antiferromagnétiques sont susceptibles de jouer un rôle important dans les futurs développements technologiques pour le stockage de l'information, mais leur état magnétique est difficile à sonder et à manipuler. Dans un article paru dans la revue Nature Materials, une collaboration de chercheurs du SPEC-UMR 3680 CEA-CNRS et de Thalès propose une méthode optique d’imagerie par génération de seconde harmonique (SHG) utilisant un laser femto-seconde. La technique a permis de suivre l'évolution de la structure en domaine d'un matériau antiferromagnétique sous l'effet de différents stimuli, champ électrique externe ou excitation optique.

12 avril 2017

Du fait de leur très haute sensibilité, les capteurs magnétiques basés sur le principe de la magnétorésistance géante (Giant Magneto Resistance - GMR) ont de nombreuses applications, principalement dans le domaine de l'engistrement magnétique. Les applications biologiques ne sont pas en reste, puisque l'activité biologique (neuronale, musculaire, ...) s'accompagne de faibles courants électriques, source de très faibles champ magnétiques, que l'on est aujourd'hui capable de mesurer.

Au delà des mesures réalisées en magnétoencéphalographie ou magnétocardiographie, l'équipe du LNO a développé des sondes à base de capteurs GMR qui permettent de mesurer localement un signal magnétique lié à une activité biologique. Le succès des premières mesures in vitro sur des neurones musculaires va permettre de poursuivre les études vers des mesures in vivo de l'activité neuronale.

09 février 2017
Des physiciens viennent de montrer qu’en connectant un fil moléculaire conducteur à une électrode de graphène, il est possible de réduire de manière importante l’atténuation du courant électrique à la jonction entre la molécule et l’électrode.

 

En utilisant des molécules comme composants élémentaires, le domaine de l’électronique moléculaire met directement à profit les propriétés quantiques des molécules. La synthèse chimique permet alors d’ajuster ces propriétés et d’élaborer des architectures variées. Toutefois, à cette échelle et dans ces nouveaux composants, la circulation du courant électrique est bien moins aisée que dans les conducteurs métalliques ou semi-conducteurs : une jonction moléculaire atténue fortement la propagation du courant. Et surtout, cette atténuation augmente exponentiellement [1] avec la longueur de la molécule. Une équipe internationale de physiciens du Service de physique de l’état condensé (SPEC, CNRS/CEA), de l’Université de Liverpool au Royaume-Uni et de l’Université Xi’an-Jiaotong-Liverpool en Chine, viennent de trouver une parade à ce problème en remplaçant l’électrode métallique traditionnelle par une électrode en graphène. Ils ont ainsi observé une nette augmentation du courant mesuré en fonction de la longueur de la molécule. Cette augmentation représente un facteur 2 par rapport à ce qui était connu dans les jonctions moléculaires classiques métal/molécule/métal. Ces résultats supportés par un modèle théorique ont fait l’objet d’une publication dans Nano Letters.

23 janvier 2017
An international team published in Nature, the discovery and interpretation of a surprising form of biological collective motion:  They observed that millions of motile cells in dense bacterial suspensions can self-organize into highly robust collective oscillatory motion, while individuals move in an erratic manner.  This "weak synchronization" phenomenon presents a novel mechanism of oscillatory behavior in multicellular systems and constitutes a new type of ordered active matter. Experimental evidence, together with a mathematical model developed by theorists Hugues Chaté from CEA-Saclay in France and Xia-qing Shi from Soochow University in mainland China, demonstrate that the self-organized collective oscillatory motion may result from spontaneous symmetry breaking of bacterial motion mediated by purely local interactions between individual cells.

 

 
23 janvier 2017

Une équipe du Service de Physique de l'État Condensé (IRAMIS/SPEC – UMR 3680 CEA-CNRS) est coordinatrice du projet européen H2020 – FET Proactive* MAGENTA, qui est lancé le 23 janvier 2017, pour une durée de 4 ans (2017-2020). Ce projet, financé à hauteur de 5 M€, rassemble 10 partenaires européens, pour ouvrir une nouvelle voie technologique dans la recherche de matériaux et dispositifs magnéto-thermoélectriques, optimisés pour des applications de récupération de chaleur résiduelle.

 

16 janvier 2017

C’est bien connu, l’or brille et c’est l’une des raisons de son succès ! A l’état de nanoparticule, son aspect "doré" disparait, mais sous forme de nanoparticules il présente des propriétés de luminescence assez inattendues, compte-tenu de son très faible rendement quantique (10-10) pour la réémission d'un photon après excitation.

Ainsi, une très forte luminescence visible (centrée dans le vert) est observée après excitation par des photons infrarouge de nanobâtonnets d'or : le signal d’un bâtonnet unique (10 nm x 40 nm) excède plus précisément de quelques millions le signal d’un fluorophore tel que la fluorescéine. Lors de son travail de thèse, Céline Molaro, a mené des études approfondies qui ont permis d’identifier l’origine de ces effets, et le rôle joué par les modes plasmons des nano-objets uniques étudiés, lors de l'absorption et de l'émission de lumière.

18 décembre 2017
Le CEA, le CNRS et la PME Protec Industrie lancent leur laboratoire commun Mestrel pour mettre au point un procédé de préparation de surface avant peinture, destiné en particulier à l’aéronautique et aux transports, sans produits chimiques dangereux pour la santé.

 

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 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.

 

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 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] .

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.

 

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.

 

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.

 

 

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