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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants scientifiques 2021

01 février 2021

En 1983, iI a été prédit théoriquement par A. Schmid que toute jonction Josephson dans son état fondamental, shuntée par une résistance R de forte valeur ne devrait pas être supraconductrice mais isolante.

Même si plusieurs expériences avaient prétendu confirmer cette théorie, des physiciens du SPEC et d'universités allemandes viennent de démontrer que l'état isolant prévu n'existe pas. Ce résultat résout ainsi le paradoxe créé par la prédiction, selon lequel à la limite R infini, aucune jonction Josephson ne devrait être supraconductrice !

 

12 mars 2021
Les imogolites sont des nanotubes d’aluminosilicate à forte courbure interne, dont l'architecture en fil nanométrique se prête à de multiples possibilités de fonctionnalisations chimiques. Par une série d'expériences de radiolyse pulsée, il est montré que la génération et la séparation de charge spontanée induite par la courbure dans ces nanotubes inorganiques en fait des photocatalyseurs aux propriétés intéressantes, et potentiellement utilisables pour le traitement de polluants ou la production d'hydrogène.

 

26 février 2021

La structure des protéines est en lien étroit avec leur fonction. Ainsi, sonder les états de repliement et d'oligomérisation des protéines est un défi majeur en biologie.

Grâce au développement d’un dispositif spécifique, nous avons montré que l’utilisation de la haute pression (HP), associée à des méthodes de caractérisation structurale, est un outil puissant pour caractériser la struture des protéines et révéler des intermédiaires subtils de dépliement, qui seraient inaccessibles par d’autres méthodes de dénaturation.

26 janvier 2021

La "corona" désigne l'enveloppe de protéines qui entoure spontanément toute nanoparticule plongée dans un milieu biologique. Elle joue un rôle important dans les mécanismes couramment en jeu en nanomédecine et nanotoxicologie. En étudiant un système modèle de nanoparticules de silice plongées dans une solution d'hémopotéines, il vient d'être montré que les mécanismes d'assemblage de cette corona est fonction de la taille des protéines, ce qui montre la nécessité d'intégrer ce facteur dans les études protéomiques et toxicologiques.

 

27 mars 2021
Les chercheurs d'une collaboration entre le Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA, ENSTA-X-CNRS) à Palaiseau et une équipe de l'IRAMIS sont parvenus pour la première fois à accélérer des électrons par laser dans le vide (Vacuum Laser Acceleration - VLA) jusqu'à des énergies relativistes en utilisant un champ électrique longitudinal. Pour parvenir à ce résultat, la polarisation linéaire habituellement utilisée dans les expériences a été convertie en polarisation radiale, qui possède une structure idéale pour l'accélération par laser dans le vide et permet d'obtenir des faisceaux d'électrons mieux collimatés. Ces expériences, combinées à des simulations de pointe en trois dimensions, ont permis une compréhension fine des mécanismes physiques en jeu et des optimisations à réaliser lors des futures expériences. Ces résultats montrent que l'accélération par laser dans le vide est une voie prometteuse pour générer de façon compacte des faisceaux d'électrons relativistes de très bonne qualité et de durée femtoseconde.

 

19 avril 2021

En milieu nucléaire (au sein d'un réacteur, au cours du cycle du combustible…), les polymères utilisés (câbles, emballages…) peuvent être soumis sous air à des irradiations α (énergie typique : 5 MeV), à l'origine d'un vieillissement prématuré. Les effets les plus visibles sont un jaunissement des films transparents et leur perte de tenue mécanique. D'un point de vue chimique, c'est dès 1946 que Bolland et Gee ont proposé un modèle générique du vieillissement sous air des polymères basé sur une réaction en chaîne permettant aux radicaux peroxydes ROO•-, au fort pouvoir oxydant, de réagir avec le polymère. En réagissant avec le polymère, chaque radical en libère un nouveau, capable de former à son tour un nouveau peroxyde et le processus se poursuit. Ce modèle thermochimique homogène ne prend cependant pas en compte l'inhomogénéité spatiale liée à la forte excitation très localisée induite par l'arrêt d'une particule α. Les effets d'inhomogénéité et de débits de dose sont pourtant essentiels pour extrapoler de manière fiable les études de vieillissement accéléré sur des périodes de temps très longues. Le développement d'un modèle de vieillissement sous irradiation capable de décrire tous la dynamique spatiale et temporelle est alors nécessaire.

Dans ce cadre, une simulation Monte Carlo de la cinétique d’oxydation de polymères prenant en compte les dépôts localisés d'énergie résultant de l'irradiation comme évènements initiaux a été développée au CIMAP. Ce modèle est basé sur une représentation simplifiée du mouvement des radicaux (P• et POO•, où P désigne une chaine polymère) créés par radio-oxydation Les paramètres du modèle sont déduits de données de diffusion pour le polyéthylène. Cette simulation a permis d’étudier l’endommagement par des ions, comparativement à des particules plus légères. Ce travail montre qu’il existe des différences très nettes entre cinétiques homogènes et hétérogènes [1]. Ces différences se reflètent dans la dépendance des rendements au débit de dose et à la concentration d’oxygène dissout dans le polymère, deux quantités macroscopiques facilement contrôlables expérimentalement.

 

 

18 mars 2021

En spectroscopie moléculaire UV, les spectres observés résultent de l’absorption de la lumière par des groupes moléculaires appelés "chromophores". Dans ce domaine de longueur d'onde, ces spectres sont composés de raies correspondant aux transitions électroniques qui caractérisent à la fois ces chromophores et leur environnement moléculaire. Les chromophores peuvent être ainsi utilisés comme sonde locale de leur environnement, mais l’information contenue dans les spectres UV reste souvent peu accessible et donc sous-exploitée.

L’équipe "Lumières et Molécules - LUMO" du LIDYL a développé une nouvelle approche facilitant l’interprétation des spectres UV [1]. Celle-ci repose sur la corrélation entre les transitions électroniques mesurées et les champs électriques, calculés, produits par l’environnement moléculaire des chromophores UV. Illustrée par des travaux portants sur une série de paires d’ions modèles en phase gazeuse, cette approche originale permet d’interpréter des transitions séparées de quelques cm-1 pour un effort de calcul relativement modeste, permettant d’envisager son application à des systèmes plus grands en phase condensée [1].

12 mars 2021
Les imogolites sont des nanotubes d’aluminosilicate à forte courbure interne, dont l'architecture en fil nanométrique se prête à de multiples possibilités de fonctionnalisations chimiques. Par une série d'expériences de radiolyse pulsée, il est montré que la génération et la séparation de charge spontanée induite par la courbure dans ces nanotubes inorganiques en fait des photocatalyseurs aux propriétés intéressantes, et potentiellement utilisables pour le traitement de polluants ou la production d'hydrogène.

 

19 avril 2021

En milieu nucléaire (au sein d'un réacteur, au cours du cycle du combustible…), les polymères utilisés (câbles, emballages…) peuvent être soumis sous air à des irradiations α (énergie typique : 5 MeV), à l'origine d'un vieillissement prématuré. Les effets les plus visibles sont un jaunissement des films transparents et leur perte de tenue mécanique. D'un point de vue chimique, c'est dès 1946 que Bolland et Gee ont proposé un modèle générique du vieillissement sous air des polymères basé sur une réaction en chaîne permettant aux radicaux peroxydes ROO•-, au fort pouvoir oxydant, de réagir avec le polymère. En réagissant avec le polymère, chaque radical en libère un nouveau, capable de former à son tour un nouveau peroxyde et le processus se poursuit. Ce modèle thermochimique homogène ne prend cependant pas en compte l'inhomogénéité spatiale liée à la forte excitation très localisée induite par l'arrêt d'une particule α. Les effets d'inhomogénéité et de débits de dose sont pourtant essentiels pour extrapoler de manière fiable les études de vieillissement accéléré sur des périodes de temps très longues. Le développement d'un modèle de vieillissement sous irradiation capable de décrire tous la dynamique spatiale et temporelle est alors nécessaire.

Dans ce cadre, une simulation Monte Carlo de la cinétique d’oxydation de polymères prenant en compte les dépôts localisés d'énergie résultant de l'irradiation comme évènements initiaux a été développée au CIMAP. Ce modèle est basé sur une représentation simplifiée du mouvement des radicaux (P• et POO•, où P désigne une chaine polymère) créés par radio-oxydation Les paramètres du modèle sont déduits de données de diffusion pour le polyéthylène. Cette simulation a permis d’étudier l’endommagement par des ions, comparativement à des particules plus légères. Ce travail montre qu’il existe des différences très nettes entre cinétiques homogènes et hétérogènes [1]. Ces différences se reflètent dans la dépendance des rendements au débit de dose et à la concentration d’oxygène dissout dans le polymère, deux quantités macroscopiques facilement contrôlables expérimentalement.

 

 

21 janvier 2021

Après le retraitement des combustibles nucléaires, le stockage des déchets radioactifs ultimes est une nécessité. L’étude du dispositif de stockage est activement menée par l’Andra dans le cadre de programmes de recherche ambitieux visant à déterminer l’évolution de chacun des matériaux choisis comme barrière successives à la migration des radionucléides : les matrices vitreuses où ils sont initialement piégés, les chemisages et surconteneurs métalliques en acier bas carbone, puis l’argilite du milieu argileux Callovo-oxfordien du site.

Le NIMBE/LAPA participe à ces programmes en étudiant des analogues archéologiques, sources uniques de données en retour d’expériences long terme, ainsi que des échantillons produits dans le cadre d’expérimentation de laboratoire. La poursuite en parallèle de ces deux voies d'études a permis au laboratoire d'acquérir de solides compétences, développées pour comprendre la phénoménologie des systèmes complexes étudiés, et par la mise en œuvre de techniques complémentaires multi-échelle (mm à nm).

Deux publications récentes de l'équipe LAPA [1,3], en collaboration avec d'autres laboratoires du CEA et du CNRS, présentent d’une part l’importance de la prise en compte de la formation d’une couche interfaciale nanostructurée de magnétite pour la corrosion des métaux ferreux en milieu silicate ; et d’autre part l’effet d’un coulis cimentaire bas pH injecté entre le chemisage et l’argilite dans le dispositif. La compréhension des mécanismes d’altération de ces systèmes est fondamentale pour cadrer la modélisation à des fins prédictives des phénomènes observés.

28 février 2021

La plupart des fluides qui nous entourent -atmosphère, océans, rivières- sont turbulents et caractérisés par des mouvements tourbillonnaires et fluctuants sur une large gamme d’échelles spatiale et temporelle. Ainsi, alors qu’on connaît leurs équations d’évolution - les équations de Navier-Stokes - depuis près de 200 ans, on ne peut que rarement reproduire leur comportement "in silico" avec une simulation numérique sans modèle additionnel pour les petites échelles, faute d’espace mémoire et de capacité de calcul suffisants, même sur les ordinateurs actuels les plus performants.

Ainsi, pour comprendre les propriétés des écoulements très turbulents, les expériences "in fluido" restent incontournables, même s'il est souvent difficile d’avoir accès à des cartographies détaillées du mouvement tourbillonnaire à toutes les échelles, faute de moyens de mesures adaptés.

Une collaboration entre les équipes expérimentales du SPEC/SPHYNX et du LMFL et une équipe numérique du LIMSI a réussi pour la première fois la prouesse de produire une comparaison détaillée des propriétés locales et globales de la turbulence sur une grande gamme d’échelles dans un écoulement de von Kármán. Cette avancée a pu être obtenue grâce à des méthodes innovantes de simulations numériques et des méthodes d’imagerie laser à très haute résolution. Ces études vont prochainement être complétées à des échelles encore plus petites grâce à l’arrivée au SPEC/SPHYNX d'u' nouveau dispositif "Giant Von Kármán".

 

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