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Univ. Paris-Saclay

Faits marquants scientifiques 2024

11 avril 2024

Au-delà de la formation des petites molécules qui constituent notre environnement naturel, l'espace interstellaire est aussi la source de molécules plus complexes. Cette chimie du milieu interstellaire nécessite la présence de molécules "briques élémentaires" et un apport d'énergie, principalement par le rayonnement cosmique composé de lumière, de particules de haute énergie et d'ions massifs. Si le flux d'ions est faible dans le milieu interstellaire, les collisions avec ces ions présentent de très grandes sections efficaces de réaction.

Les composés du fer sont des éléments indispensables au métabolisme de la majorité des êtres vivants, et il est fondamental de comprendre leur origine et toute la chimie qui leur est associée. Si le ferrocène n'a encore été détecté dans l'espace, le cation Fe+ (métal le plus abondant dans l'espace) et les cycles cyclopentadiényles C5H5- ont été détectés. Afin d'explorer plus largement les réactions chimiques possibles dans ce milieu très dilué, il est important de connaitre l'ensemble des voies de fragmentation du ferrocène sous l'impact d'ions.

L'étude expérimentale réalisée par l'équipe AMA du CIMAP, complétée par l'effort de modélisation de théoriciens de l'Université de Madrid, montre que la collision d'ions multichargés induit une simple ou double ionisation par échange de charge, suivie d'une riche dynamique de fragmentation avec une grande diversité de fragments obtenus. Une de ces voies révèle de façon inattendue une fragmentation retardée qui a pu être expliquée par la population d´un état électronique excité spécifique..

Reste à établir le lien possible entre cet ensemble de données fondamentales et les observations spatiales, objectif majeur de l'astrochimie actuelle.

11 avril 2024

 

Le monoxyde de carbone (CO) est un composant essentiel de l’industrie pétrochimique, permettant de former des monomères, briques de base pour la production de polymères et plastiques. Dans le cadre d’un programme de recherche autour de l’utilisation de CO comme intermédiaire réactif issu de ressources renouvelables (dont le CO2), l'équipe du NIMBE/LCMCE a élaboré de nouveaux systèmes catalytiques permettant :

  • de limiter l’usage des métaux, en les substituant en partie par des co-catalyseurs à base de fluorophosphoniums (R3PF+),
  • de concevoir une nouvelle synthèse d’anhydride succinique C4H4O3, un monomère, à partir d’acide acrylique CH2=CHCOOH et de monoxyde de carbone.

Ces travaux ont fait l’objet de deux publications et de deux demandes de brevets.

29 mars 2024

Les "derechos" sont des orgages violents avec un front d'avancée s'étendant sur plus de 100 km en longueur et des vents en rafales dépassant généralement les 100 km/h . Ils se déplacent rapidement en ligne droite sur une distance à l'échelle d'un continent, d'où leur appellation empruntée à l'espagnol signifiant "tout droit".

Plus fréquents aux États-Unis (de l'ordre d'une quinzaine d'événements annuels), leur occurence augmente en Europe avec la transition cimatique comme le montre l'étude statistique menée par une collaboraiton de chercheurs du SPEC/SPHYNX et du LSCE.

 

06 mars 2024

Explorer la matière nécessite des faisceaux sondes de lumière (photons lasers, rayons X…), de neutrons, d'électrons, voire d'atomes, de molécules ou d'ions. Chaque type de faisceau interagit de façon très spécifique avec la matière : les rayons X sont fortement diffusés par les éléments lourds, tandis que les neutrons présentent le grand avantage d'être fortement diffusés par les éléments légers et sensibles au magnétisme.

Les faisceaux de neutrons sont ainsi devenus un outil analytique important des scientifiques dans les domaines aussi divers que la physique et la chimie de la matière condensée, la science des matériaux et de la matière molle, les sciences de la vie ou encore la géoscience. Ils sont aussi utilisés comme sonde dans de nombreux domaines industriels, l’identification de matériaux, la radiographie, la validation de résistance aux rayonnements, la qualification d’assemblages métallurgiques…

 

 

05 mars 2024

La Diffusion de Neutrons aux Petits-Angles - DNPA est une technique qui permet d'explorer la structure et la dynamique d'objets peu organisés (non cristallisés), tels ceux que l'on désigne par "Matière molle". Elle permet ainsi l’étude de structures "mésoscopiques" que l’on retrouve dans un grand nombre de thèmes de recherche en matière molle et condensée, biophysique et science des matériaux.

La compréhension simultanée des configurations spatiales et des propriétés dynamiques de ces objets est souvent requise pour comprendre, et affiner, les fonctionnalités des matériaux étudiés.

C'est avec ces objectifs que le LLB, en étroite collaboration avec l'Institut Laue Langevin de Grenoble, a installé auprès du guide H15 de l'ILL, le diffractomètre "SAM-Small-Angle Modular Instrument", qui permettra de réaliser des études sur une large gamme de paramètres expérimentaux en taille ≈ 0.1 – 100 nm et en durée ≈ 0.1 ps – 10 ns. De plus une variété d’environnements sont également proposés : basses températures, champs magnétiques intenses, hautes pressions, cellules stop-flow, etc...

Après quatre années de conception et d'installation, le spectromètre a reçu ses premiers neutrons et est entré en phase de test début mars 2024, avec une ouverture aux expériences prévue en Juin 2024.

 

19 février 2024

Face à la nécessaire transition énergétique pour éviter l'émission massive de CO2 liée à l'usage des produits pétroliers, la filière hydrogène-énergie verte est souvent mise en avant. Par ailleurs, les besoins de la chimie nécessitent aussi une source d'hydrogène non issue de produits carbonés fossiles. Une voie de production de cet hydrogène est la dissociation photocatalytique de l’eau qui utilise le rayonnement solaire associé à un photocatalyseur.

L'étude de l'équipe LEDNA du NIMBE en collaboration avec l'ICPEES, montre que les surfaces de nano-diamants oxydés produits par détonation permettent d'obtenir un bon rendement photo-catalytique,de production de H2 équivalent à celui obtenu avec des nanoparticules de TiO2, qui constitue une référence dans ce domaine.

 

16 février 2024

L'IRM (basée sur la Résonance Magnétique Nucléaire - RMN)* est une méthode d'analyse et d'imagerie bien connue pour son utilisation en médecine pour le diagnostic clinique. La technique est également très utilisée en chimie, biologie ou encore pour l'étude des matériaux.

Une nouvelle méthode, récemment développée et basée sur l'IRM, permet d'explorer l'aimantation locale de surface d'un objet. Applicable à l'étude de processus électrochimiques, la méthode peut ainsi permettre d'améliorer les dispositifs de stockage d'électricité des équipements nomades.

Cette technique originale, mise au point sur la plateforme RMN du NIMBE au CEA-Saclay, utilise un spectromètre RMN à grande ouverture (Brücker Avance - Super-Wide-Bore NMR instrument NEO, 7T), des techniques avancées d'IRM et des capteurs RF ultra-sensibles fabriqués sur mesure. Ce nouveau procédé d'analyse a pu être mis en œuvre avec succès pour l'étude operando de batteries. Elle révèle en particulier une série de phénomènes électrochimiques fondamentaux, associés au transport des ions lithium dans les matériaux d’électrode positive de cellules Li-ion commerciales de type "pouch".

03 février 2024

Une collaboration de chercheurs autour du groupe Nanoélectronique du SPEC franchit une étape importante en contrôlant pour la première fois une superposition quantique de qubits volants électroniques. Un qubit volant est un bit quantique (ou qubit) non localisé, pouvant être manipulé pendant sa propagation. Si le développement de qubits volants porté par des photons a déjà été réalisé, le contrôle complet d'un qubit volant porté par une onde électronique dans un solide restait à démontrer.

Dans ce travail novateur, il est montré qu'il est possible de contrôler la superposition quantique d'impulsions électroniques individuelles (ou lévitons), se propageant dans un interféromètre formé par une jonction p-n en graphène. Cette réalisation marque une avancée importante vers la génération à la demande de paires quantiques intriquées, exigence requise pour connecter des ordinateurs quantiques distants.

24 janvier 2024

Une collaboration de physiciens a réalisé un nouveau type de bit quantique supraconducteur à basse fréquence (MHz au lieu du GHz) dont la sensibilité aux charges électriques est à même de permettre le contrôle et la mesure de l’état quantique d’un micro-résonateur mécanique.

Le dispositif fournit un composant qui peut permettre des avancées sur une physique nouvelle mêlant gravitation et mécanique quantique.

02 janvier 2024

Le patrimoine artistique et archéologique métallique cuivreux nécessite une protection spécifique contre la corrosion. Pour ces œuvres, la présence d’une couche épaisse de produits de corrosion doit être préservée, ce qui impose des contraintes supplémentaires, et rend les produits industriels existants peu adaptés. De plus, la protection doit-être performante, facilement applicable, et non toxique pour les usagers et l’environnement [1].

Deux équipes du NIMBE (LAPA et LEDNA) se sont orientées vers l'étude de procédés sol-gel dopé en acides carboxyliques [3], composés complexants du cuivre, à même de générer un effet hydrophobe protecteur en surface.

Les analyses structurales et chimiques ont permis de caractériser la couche de protection formée sur des échantillons de cuivre corrodés depuis une centaine d’années. Il est montré que le "sol" a pénétré et gélifié à l’intérieur des porosités de la couche de produits de corrosion et que l’acide carboxylique a bien complexé le cuivre et reste présent en excès. La surface poreuse est ainsi rendue hydrophobe.

La formulation de cette solution de protection doit maintenant être optimisée pour permettre l'application par pulvérisation dans des conditions environnementales variables et la rendre compétitive sur le marché de la restauration.

11 avril 2024

Au-delà de la formation des petites molécules qui constituent notre environnement naturel, l'espace interstellaire est aussi la source de molécules plus complexes. Cette chimie du milieu interstellaire nécessite la présence de molécules "briques élémentaires" et un apport d'énergie, principalement par le rayonnement cosmique composé de lumière, de particules de haute énergie et d'ions massifs. Si le flux d'ions est faible dans le milieu interstellaire, les collisions avec ces ions présentent de très grandes sections efficaces de réaction.

Les composés du fer sont des éléments indispensables au métabolisme de la majorité des êtres vivants, et il est fondamental de comprendre leur origine et toute la chimie qui leur est associée. Si le ferrocène n'a encore été détecté dans l'espace, le cation Fe+ (métal le plus abondant dans l'espace) et les cycles cyclopentadiényles C5H5- ont été détectés. Afin d'explorer plus largement les réactions chimiques possibles dans ce milieu très dilué, il est important de connaitre l'ensemble des voies de fragmentation du ferrocène sous l'impact d'ions.

L'étude expérimentale réalisée par l'équipe AMA du CIMAP, complétée par l'effort de modélisation de théoriciens de l'Université de Madrid, montre que la collision d'ions multichargés induit une simple ou double ionisation par échange de charge, suivie d'une riche dynamique de fragmentation avec une grande diversité de fragments obtenus. Une de ces voies révèle de façon inattendue une fragmentation retardée qui a pu être expliquée par la population d´un état électronique excité spécifique..

Reste à établir le lien possible entre cet ensemble de données fondamentales et les observations spatiales, objectif majeur de l'astrochimie actuelle.

06 mars 2024

Explorer la matière nécessite des faisceaux sondes de lumière (photons lasers, rayons X…), de neutrons, d'électrons, voire d'atomes, de molécules ou d'ions. Chaque type de faisceau interagit de façon très spécifique avec la matière : les rayons X sont fortement diffusés par les éléments lourds, tandis que les neutrons présentent le grand avantage d'être fortement diffusés par les éléments légers et sensibles au magnétisme.

Les faisceaux de neutrons sont ainsi devenus un outil analytique important des scientifiques dans les domaines aussi divers que la physique et la chimie de la matière condensée, la science des matériaux et de la matière molle, les sciences de la vie ou encore la géoscience. Ils sont aussi utilisés comme sonde dans de nombreux domaines industriels, l’identification de matériaux, la radiographie, la validation de résistance aux rayonnements, la qualification d’assemblages métallurgiques…

 

 

29 mars 2024

Les "derechos" sont des orgages violents avec un front d'avancée s'étendant sur plus de 100 km en longueur et des vents en rafales dépassant généralement les 100 km/h . Ils se déplacent rapidement en ligne droite sur une distance à l'échelle d'un continent, d'où leur appellation empruntée à l'espagnol signifiant "tout droit".

Plus fréquents aux États-Unis (de l'ordre d'une quinzaine d'événements annuels), leur occurence augmente en Europe avec la transition cimatique comme le montre l'étude statistique menée par une collaboraiton de chercheurs du SPEC/SPHYNX et du LSCE.

 

24 janvier 2024

Une collaboration de physiciens a réalisé un nouveau type de bit quantique supraconducteur à basse fréquence (MHz au lieu du GHz) dont la sensibilité aux charges électriques est à même de permettre le contrôle et la mesure de l’état quantique d’un micro-résonateur mécanique.

Le dispositif fournit un composant qui peut permettre des avancées sur une physique nouvelle mêlant gravitation et mécanique quantique.

11 avril 2024

 

Le monoxyde de carbone (CO) est un composant essentiel de l’industrie pétrochimique, permettant de former des monomères, briques de base pour la production de polymères et plastiques. Dans le cadre d’un programme de recherche autour de l’utilisation de CO comme intermédiaire réactif issu de ressources renouvelables (dont le CO2), l'équipe du NIMBE/LCMCE a élaboré de nouveaux systèmes catalytiques permettant :

  • de limiter l’usage des métaux, en les substituant en partie par des co-catalyseurs à base de fluorophosphoniums (R3PF+),
  • de concevoir une nouvelle synthèse d’anhydride succinique C4H4O3, un monomère, à partir d’acide acrylique CH2=CHCOOH et de monoxyde de carbone.

Ces travaux ont fait l’objet de deux publications et de deux demandes de brevets.

19 février 2024

Face à la nécessaire transition énergétique pour éviter l'émission massive de CO2 liée à l'usage des produits pétroliers, la filière hydrogène-énergie verte est souvent mise en avant. Par ailleurs, les besoins de la chimie nécessitent aussi une source d'hydrogène non issue de produits carbonés fossiles. Une voie de production de cet hydrogène est la dissociation photocatalytique de l’eau qui utilise le rayonnement solaire associé à un photocatalyseur.

L'étude de l'équipe LEDNA du NIMBE en collaboration avec l'ICPEES, montre que les surfaces de nano-diamants oxydés produits par détonation permettent d'obtenir un bon rendement photo-catalytique,de production de H2 équivalent à celui obtenu avec des nanoparticules de TiO2, qui constitue une référence dans ce domaine.

 

16 février 2024

L'IRM (basée sur la Résonance Magnétique Nucléaire - RMN)* est une méthode d'analyse et d'imagerie bien connue pour son utilisation en médecine pour le diagnostic clinique. La technique est également très utilisée en chimie, biologie ou encore pour l'étude des matériaux.

Une nouvelle méthode, récemment développée et basée sur l'IRM, permet d'explorer l'aimantation locale de surface d'un objet. Applicable à l'étude de processus électrochimiques, la méthode peut ainsi permettre d'améliorer les dispositifs de stockage d'électricité des équipements nomades.

Cette technique originale, mise au point sur la plateforme RMN du NIMBE au CEA-Saclay, utilise un spectromètre RMN à grande ouverture (Brücker Avance - Super-Wide-Bore NMR instrument NEO, 7T), des techniques avancées d'IRM et des capteurs RF ultra-sensibles fabriqués sur mesure. Ce nouveau procédé d'analyse a pu être mis en œuvre avec succès pour l'étude operando de batteries. Elle révèle en particulier une série de phénomènes électrochimiques fondamentaux, associés au transport des ions lithium dans les matériaux d’électrode positive de cellules Li-ion commerciales de type "pouch".

02 janvier 2024

Le patrimoine artistique et archéologique métallique cuivreux nécessite une protection spécifique contre la corrosion. Pour ces œuvres, la présence d’une couche épaisse de produits de corrosion doit être préservée, ce qui impose des contraintes supplémentaires, et rend les produits industriels existants peu adaptés. De plus, la protection doit-être performante, facilement applicable, et non toxique pour les usagers et l’environnement [1].

Deux équipes du NIMBE (LAPA et LEDNA) se sont orientées vers l'étude de procédés sol-gel dopé en acides carboxyliques [3], composés complexants du cuivre, à même de générer un effet hydrophobe protecteur en surface.

Les analyses structurales et chimiques ont permis de caractériser la couche de protection formée sur des échantillons de cuivre corrodés depuis une centaine d’années. Il est montré que le "sol" a pénétré et gélifié à l’intérieur des porosités de la couche de produits de corrosion et que l’acide carboxylique a bien complexé le cuivre et reste présent en excès. La surface poreuse est ainsi rendue hydrophobe.

La formulation de cette solution de protection doit maintenant être optimisée pour permettre l'application par pulvérisation dans des conditions environnementales variables et la rendre compétitive sur le marché de la restauration.

 

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