Le navire solaire PlanetSolar part pour un tour du monde

Le Tûranor PlanetSolar croise actuellement en Méditerranée et s'apprête à boucler un tour de la planète réalisé exclusivement à l'aide de l'énergie solaire.
 
L'imposant navire de 95 tonnes a quitté lundi le port de Monaco. Direction... Monaco. C'est bien un tour du monde qu'entendent boucler en 160 jours les six marins de l'équipage du Tûranor PlanetSolar. Ce curieux catamaran, avec une coque centrale profilée qui lui donne une allure de trimaran, n'a pas de mât, ni de cheminée, ni de pot d'échappement. 

Longue de 31 mètres et large de 15, la vaste coque porte jusqu'à 537 mètres carrés de panneaux photovoltaïques, avec des parties amovibles qui débordent sur les côtés et à l'arrière. Le carré se trouve en dessous, avec un pont arrière, et un cockpit au-dessus.
Le Tûranor PlanetSolar
Le Tûranor PlanetSolar repose sur ses deux coques latérales qui ressemblent plutôt à des flotteurs de catamaran. Son pont généreux supporte près de 540 mètres carrés de cellules solaires et sa coque centrale accueille un équipage de six personnes
Cent kilowatts de puissance électrique:
Le projet PlanetSolar est né en Suisse, sur les rives du lac de Neuchâtel, tout comme... Solar Impulse, l'avion solaire de Bertrand Piccard et de son équipe. Construit par l'entreprise allemande Knierim Werft, battant pavillon suisse, le Tûranor PlanetSolar est entre les mains d'une équipe internationale, dont le Français Patrick Marchesseau, qui a pris la place de Gérard d'Aboville, appelé semble-t-il à une mission pour le gouvernement français. 

Avec sa puissance électrique disponible maximale de 93,5 kW, fournie uniquement par les cellules solaires (d'un rendement de 18,8 %), alimentant plusieurs moteurs, il croise à 7,5 nœuds (14 km/h). 

Après Gibraltar, le navire fera route vers Miami, sa première escale. Le canal de Panama, le Pacifique, l'océan Indien et la mer Rouge l'accueilleront ensuite avant son arrivée à Monaco.

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Des cellules pour tolérer le soi

Des chercheurs aux États-Unis ont découvert une cellule du système immunitaire qui empêche d'autres cellules de l'organisme de s'attaquer au soi : une stratégie potentielle contre les maladies auto-immunes.

Les lymphocytes T régulateurs CD8+ limitent la production des auto-anticorps; ils éviteraient les maladies auto-immunes.

Les maladies auto-immunes, tels la sclérose en plaque, le diabète de type I, le lupus ou la maladie de Crohn, sont dues à une hyperactivité du système de défense qui ne tolère plus le « soi » et détruit des cellules ou des substances de l'organisme. On trouve alors chez le patient des auto-anticorps, c'est-à-dire des molécules reconnaissant comme étrangers des antigènes (des « marqueurs ») du soi. On ignore souvent les causes des maladies auto-immunes, mais des prédispositions génétiques et un facteur déclencheur (un virus, une bactérie, un antigène alimentaire, etc.) pourraient être à l'origine du dérèglement du système immunitaire. Hye-Jung Kim, de la Faculté de médecine de Harvard à Boston, et ses collègues viennent de découvrir des cellules du système immunitaire qui contrecarrent ce déréglement, en empêchant la production des auto-anticorps.

Le système immunitaire est censé défendre l'organisme contre des agents pathogènes extérieurs et des cellules du soi anormales ou cancéreuses. Pour ce faire, des cellules nommées lymphocytes B et T reconnaissent des protéines antigéniques à la surface des intrus. Elles déclenchent alors la réaction immunitaire, soit en produisant des anticorps dirigés contre les antigènes pathogènes, soit en détruisant directement l'intrus. Parfois, les lymphocytes B produisent des anticorps contre des molécules du « soi ». Ces auto-anticorps peuvent alors déclencher une réaction immunitaire « intolérante » et la maladie auto-immune s'installe.

Les lymphocytes T et B sont très nombreux et variés selon leur fonction et les récepteurs qu'ils portent à leur surface. On sait notamment que des lymphocytes T régulateurs (appartenant à la catégorie des cellules T CD4+) sont capables de limiter la réponse immunitaire quand celle-ci s'emballe, par exemple lors d'une inflammation. Ils jouent le rôle de « police des polices du corps humain ». Les immunologistes ont désormais découvert, chez la souris, une population de lymphocytes T régulateurs dits CD8+ qui évite la production des auto-anticorps et empêche le développement d'une maladie auto-immune chez la souris.

Comment agissent ces lymphocytes T CD8+ ? Ils interagissent, via une protéine de surface nommée Qa-1, avec les lymphocytes T auxiliaires folliculaires, une autre variété de lymphocytes T CD4+ qui commandent aux lymphocytes B de produire des anticorps. Cette rencontre inhibe les lymphocytes T auxiliaires folliculaires qui ne stimulent plus les lymphocytes B ; les auto-anticorps ne sont donc plus produits.

Les immunologistes ont étudié des souris qui n'expriment plus la protéine Qa-1 des lymphocytes T auxiliaires folliculaires. Ces rongeurs développent une forme de lupus, preuve que leur système immunitaire s'est emballé et a produit trop d'auto-anticorps. En effet, les lymphocytes T CD8+ ne peuvent alors plus jouer leur rôle de régulateur et limiter l'activation des lymphocytes B.

La manipulation des lymphocytes T régulateurs CD8+ peut ouvrir des perspectives thérapeutiques. En augmentant leur nombre, on limiterait des réactions auto-immunes. À l'inverse, en les éliminant, on pourrait stimuler l'immunité pour lutter contre des cancers ou des infections graves.

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La relativité à l'épreuve du décimètre

Une hauteur de 33 centimètres ou des vitesses de quelques mètres par seconde ont suffi à des physiciens pour mettre en évidence, par comparaison entre deux horloges atomiques, des effets de dilatation du temps prévus par la théorie d'Einstein.

Deux horloges identiques situées à des altitudes différentes dans le champ de pesanteur terrestre ne battent pas à la même cadence. Le temps "se dilate" ou s'écoule plus lentement pour l'horloge plus basse, soumise à un champ plus intense.

La théorie de la relativité (restreinte et générale) d'Einstein prévoit des effets qui, d'habitude, ne sont perceptibles que pour des vitesses relatives importantes comparées à la vitesse de la lumière ou pour des champs de gravitation intenses. Parmi ces effets figure la « dilatation du temps » : une horloge A en mouvement par rapport à une autre B retarde par rapport à celle-ci, et il en est de même d'une horloge A située dans un champ de pesanteur plus intense qu'une horloge B (la différence est d'environ trois secondes sur un million d'années pour deux horloges terrestres dont la différence d'altitude est de un kilomètre). Or une équipe de quatre physiciens du NIST (l'Institut américain des étalons et de la technologie, à Boulder) a réussi à mettre en évidence ces effets de dilatation du temps à des échelles bien plus petites et quotidiennes.

Chin-Wen Chou, David Wineland et leurs deux collègues ont utilisé deux des horloges atomiques expérimentales les plus précises à ce jour. Il s'agit d'horloges à aluminium, fondées sur la fréquence du rayonnement correspondant à la transition entre deux niveaux d'énergie de l'ion d'aluminium 27Al+, cet ion étant immobilisé dans le dispositif à l'aide, notamment, d'un piège électromagnétique. Les fréquences de ces horloges, de l'ordre de 1015 hertz (ou 1 pétahertz), appartiennent au domaine optique, alors que les horloges atomiques usuelles fonctionnent à des fréquences micro-ondes. Ces horloges optiques présentent des incertitudes en fréquence inférieures à 10–16 en valeur relative, environ un ordre de grandeur de moins que les horloges atomiques à césium.

C.-W. Chou et ses collègues ont réalisé deux types d'expériences sur les deux horloges, placées dans des laboratoires séparés, qu'ils comparaient en transmettant le signal optique de chaque horloge à travers une longue fibre optique. Dans le premier type d'expériences, les physiciens ont imprimé un mouvement oscillatoire à l'ion d'aluminium d'une des horloges, grâce à un petit champ électrique statique ajouté aux champs de piégeage. Le décalage en fréquence des deux horloges dû à ce mouvement, dont la vitesse moyenne était fixée entre 5 et 35 mètres par seconde environ, correspond bien à ce que prédit la théorie de la relativité. Par exemple, pour une vitesse moyenne d'oscillation de 30 mètres par seconde, le retard de l'horloge où l'ion oscille par rapport à l'autre horloge est d'environ 4 x 10–15 en valeur relative (soit un décalage d'environ un dixième de seconde sur un million d'années).

Dans l'expérience du second type, les physiciens du NIST ont placé les horloges à des hauteurs différant de 33 centimètres. L'horloge située plus bas est soumise à un champ de pesanteur légèrement plus intense, donc retarde par rapport à l'autre. L'expérience du NIST donne ici des résultats compatibles avec la relativité générale, mais ils sont moins probants étant donné la petitesse de l'effet, à la limite de la résolution expérimentale. Plus précisément, le décalage relatif en fréquence des deux horloges est d'environ 4 x 10–17.

Ces expériences suggèrent que des horloges atomiques encore plus précises, que les laboratoires ne tarderont sans doute pas à mettre au point, pourront, grâce à leur sensibilité à de petites variations du champ de gravité, trouver plusieurs applications intéressantes en géodésie (par exemple pour mesurer l'écart entre la surface terrestre et le géoïde, surface imaginaire où le potentiel gravitationnel a la même valeur en tous ses points), en hydrologie ou pour tester dans l'espace les lois fondamentales de la physique.

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Une fontaine de jouvence neuronale ?

Une molécule aurait la capacité de stimuler la production de nouveaux neurones et de restaurer les capacités cognitives altérées par le vieillissement.

Une souris de laboratoire à laquelle on a injecté la molécule p7c3, qui augmente le taux de survie des neurones dans la région cérébrale de l'hippocampe.

Les expériences n'ont été réalisées à ce jour que sur des souris et des rats. Mais après avoir testé 1 000 composés chimiques soupçonnés d'avoir des effets sur la croissance des neurones, Andrew Pieper et ses collègues de l'Université de Dallas et d'Atlanta pensent avoir trouvé un composé, nommé P7C3, doté de propriétés intéressantes.

Le composé aurait la capacité de relancer la synthèse de nouveaux neurones dans une aire du cerveau (le gyrus denté) de souris ayant perdu cette capacité de régénération à cause de mutations génétiques créées en laboratoire. De telles souris sont incapables d'apprendre et ont de graves retards cognitifs. La substance isolée restaure à la fois la production de neurones dans leur gyrus denté, et les capacités d'apprentissage.

La molécule régénératrice a été testée afin de savoir si elle protège des effets dus au vieillissement. Des rats âgés, atteints de déclin cognitif, ont reçu le médicament dans leur alimentation et ont subi le test du labyrinthe aquatique, consistant à mémoriser l'emplacement d'une plate-forme dissimulée sous la surface de l'eau. Après deux mois, ils ont présenté une augmentation de 50 pour cent de leurs performances par rapport à des rats non traités.

La molécule P7C3 bloquerait une cascade de réactions biochimiques faisant intervenir les mitochondries (les organites qui fabriquent l'énergie des cellules) et provoquant la mort des neurones. Il s'agirait par conséquent d'une substance s'opposant à la mort programmée des neurones, ou apoptose, parfois qualifiée de suicide cellulaire. Des neurones sont continuellement produits à partir des cellules souches du gyrus denté, ce qui permettrait de reconstituer les stocks dans cette région du cerveau cruciale pour la mémoire.

Toutefois, il faut se souvenir que l'essai a eu lieu chez la souris, qu'on n'a pas encore évalué ses éventuels effets secondaires et que si l'intérêt de la molécule se confirme, il faudra encore au moins dix ans pour disposer d'un éventuel médicament pour l'homme : c'est le temps qu'il faut pour qu'un nouveau médicament soit mis sur le marché, après qu'une molécule intéressante a été identifiée.

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Gros dormeurs

Leur activité cérébrale particulière les isole des perturbations du milieu extérieur.

Certaines personnes se réveillent au moindre murmure, d'autres continuent à dormir même dans les environnements les plus bruyants. Comment font-elles ? Jefferey Ellenbogen et ses collègues de l'Université de Boston ont montré que leur cerveau présente une activité électrique particulière pendant le sommeil.


La différence se manifeste lors de la seconde phase du sommeil profond, qui s'enclenche environ 15 minutes après l'endormissement. Lors de cette phase dépourvue de rêves, le cerveau est le siège d'oscillations électriques rapides nommées fuseaux, dont la fréquence peut être plus ou moins élevée selon les individus. Ces oscillations reflètent une activité spontanée des voies nerveuses reliant le cortex cérébral au thalamus, un sas d'entrée des informations extérieures tels les sons ou les images.
J. Ellenbogen et ses collègues ont constaté que les personnes ayant les fréquences les plus élevées de fuseaux thalamo-corticaux pendant cette phase du sommeil sont les plus résistantes à toutes sortes de bruits que l'on fait retentir autour d'elles : moteurs, sonneries de téléphone, claquements de portes. Il semble que les fuseaux thalamo-corticaux assurent une activité uniquement endogène des circuits reliant le thalamus et le cortex, de sorte que le sujet devient imperméable aux  stimulus sonores extérieurs. La fréquence des fuseaux est une caractéristique très stable chez un individu, et devient ainsi un biomarqueur de la force du sommeil.
On sait par ailleurs qu'elle diminue avec l'âge, tout comme la profondeur du sommeil ; qu'elle est partiellement héritable puisque les jumeaux ont des fréquences de fuseaux identiques, et que les personnes dotées des plus hautes fréquences ont aussi les meilleures capacités de consolidation des souvenirs pendant le sommeil. Sans doute parce que, chez ces personnes, le sommeil est moins facilement interrompu.

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Comment les cellules cancéreuses profitent de leurs voisines

Les cellules du micro-environnement où sont immergées les cellules cancéreuses s'autodigèrent-elles pour favoriser la croissance des cellules cancéreuses ? Une nouvelle théorie le suggère.



Tumeur du sein au microscope. Les cellules cancéreuses (en violet) sont entourées de tissu conjonctif (en rose et rouge), partie essentielle du stroma.
Dans les tumeurs cancéreuses épithéliales, les cellules anormales sont entourées d'un tissu, le stroma, formé de cellules de soutien, des fibroblastes modifiés, infiltrés de vaisseaux sanguins qui apportent les sucres, les acides aminés et l'oxygène nécessaires à la croissance de la tumeur. Il est bien établi que ce stroma participe au maintien des tumeurs. Mais jusqu'à quel point ? L'équipe de Michael Lisanti, de l'Université Thomas Jefferson, à Philadelphie, propose une idée iconoclaste : en s'autodigérant sous l'influence des cellules cancéreuses, et en fournissant ainsi à ces dernières des nutriments et de l'énergie, les cellules stromales serviraient de carburant à la croissance tumorale.

Les cellules cancéreuses, même alimentées en oxygène par la circulation sanguine, ont un métabolisme énergétique différent des cellules normales. Pour produire de l'énergie, sous forme d'ATP (adénosine triphosphate), elles transforment le glucose en lactate par une série de réactions chimiques qui constituent la glycolyse. Elles produisent ainsi deux molécules d'ATP par molécule de glucose consommée, et cela malgré la présence d'oxygène. En revanche, la plupart des cellules normales utilisent l'oxygène pour produire leur ATP dans des organites nommées mitochondries, par un mécanisme nommé phosphorylation oxydative : le glucose est d'abord transformé dans le cytoplasme en pyruvate, qui entre dans les mitochondries où il subit un cycle de transformation en énergie et en dioxyde de carbone.

Ainsi, l'absence de respiration observée dans les cellules cancéreuses s'expliquerait par une reprogrammation métabolique décrite en 1924 par le chimiste allemand Otto Warburg, prix Nobel en 1931. L'importance physiologique de cet « effet Warburg » est toutefois controversée, car certaines tumeurs apparaissent capables de respiration mitochondriale ; le métabolisme énergétique varierait selon le type de tumeurs, voire selon leur stade d'évolution, les gènes qui y sont exprimés et le micro-environnement tumoral.

En outre, Michael Lisanti et ses collègues suggèrent qu'en fait, l'effet Warburg a lieu non pas dans les cellules cancéreuses, mais dans les cellules du stroma, selon un « effet Warburg inverse ». Le déclencheur serait une mutation qui empêche la synthèse d'une protéine des fibroblastes, la cavéoline 1. L'absence de cette protéine est associée à un mauvais pronostic chez les patients atteints de cancer du sein ou de cancer de la prostate.

D'après les analyses réalisées sur des tissus de souris rendues incapables de produire la cavéoline, l'équipe de Philadelphie suggère le mécanisme suivant : l'absence de la cavéoline 1 activerait la production de métabolites, tel l'ADMA (diméthylarginine asymétrique), qui entraîneraient un stress oxydatif, c'est-à-dire la production de molécules oxydantes, tels les radicaux libres. Les cellules cancéreuses induiraient aussi directement un stress oxydatif dans les cellules stromales voisines, dont une des conséquences serait la perte de cavéoline. Le stress oxydatif endommagerait les mitochondries, poussant les cellules stromales à les « digérer » (mitophagie) et à se digérer (autophagie). Cette digestion serait facilitée par la surproduction d'un facteur chimique, HIF1-alpha (hypoxia factor 1), elle-même stimulée par celle d'un microARN sous l'effet du manque de cavéoline. Privées de mitochondries, les cellules stromales seraient contraintes d'utiliser la glycolyse pour produire l'énergie vitale (effet Warburg inverse). Finalement, les produits de l'autophagie des cellules stromales et de la glycolyse (acides aminés, nucléotides, métabolites énergétiques) seraient réutilisés par les cellules cancéreuses adjacentes pour produire leur énergie, par phosphorylation oxydative cette fois, ce qui rendrait possible leur prolifération.

L'hypothèse tient debout, estime Rodrigue Rossignol, chercheur en métabolisme cellulaire au Laboratoire Physiopathologie mitochondriale (INSERM U688), à Bordeaux. « Plusieurs résultats ont montré que l'effet Warburg et la production d'énergie par les mitochondries varient selon les tumeurs ; l'effet Warburg inverse complèterait les possibilités d'adaptation des cellules cancéreuses, de façon peut-être comparable au soutien qu'apportent les cellules gliales aux neurones dans le cerveau. Toutefois, le mécanisme décrit suggère la présence d'un stress oxydatif important qui pourrait altérer les composants de fibroblastes "digérés", d'autant plus que l'autophagie détruit les protéines, les lipides et les acides nucléiques ; comment ces composés sont-ils sauvegardés d'une destruction complète ? L'autophagie est-elle incomplète ? » Pour les chercheurs américains, ce modèle demandera une validation expérimentale plus poussée, mais peut déjà servir de base rationnelle à de nouveaux développements thérapeutiques visant à inhiber l'autophagie du stroma, par exemple en ciblant la molécule ADMA, HIF1-alpha ou le stress oxydatif. Toutefois, « aussi séduisante que paraisse cette nouvelle piste, n'oublions pas que la caractéristique principale des cellules cancéreuses est leur plasticité et leur adaptabilité, relativise Jean-Pascal Capp, spécialiste du micro-environnement tumoral à l'INSA de Toulouse. La dynamique des populations de cellules cancéreuses fait qu'elles sont toujours capables de trouver une voie alternative lorsqu'elles font face à une barrière soit thérapeutique, soit naturelle dans l'organisme. »

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Le voyage de l'ARN à travers les pores nucléaires

Des chercheurs ont pu suivre en temps réel le passage de l'ARN messager à travers un pore nucléaire, avec une résolution spatiale et temporelle inégalées.

L'ARN messager (en jaune) traverse un pore nucléaire (en rouge) du noyau au cytoplasme (de gauche à droite).

Les pores nucléaires, de grands complexes protéiques de 120 nanomètres de diamètre qui traversent la membrane du noyau des cellules eucaryotes, sont les portes de sortie des molécules d'ARN messager (les copies de portion de l'ADN servant d'intermédiaire pour la synthèse des protéines) du noyau vers le cytoplasme. On connait bien la structure et la composition du pore nucléaire, mais moins ce qui s'y passe au moment du passage de l'ARN messager. David Grünwald, de l'Institut Kavli, aux Pays-Bas, et Robert Singer, de l'Université de Médecine Albert Einstein, aux États-Unis, viennent de combler cette lacune en étudiant la dynamique d'exportation de l'ARN messager du noyau vers le cytoplasme.

Jusqu'à présent, le pore nucléaire était une « boîte noire » à laquelle les chercheurs n'avaient pas accès. La faute aux techniques de microscopie employées, limitées à une résolution spatiale de 200 nanomètres. Or le diamètre intérieur d'un pore est d'environ 45 nanomètres, pour une longueur de près de 100 nanomètres. Pour s'affranchir du problème, D. Grünwald et R. Singer ont observé simultanément les pores nucléaires et les molécules d'ARN messager. Afin de les différencier, les molécules sont d'abord marquées par des protéines fluorescentes, jaunes pour les molécules d'ARN messager et rouges pour les pores nucléaires. Deux lasers (rouge et vert) sont montés sur le microscope afin d'exciter les protéines fluorescentes, et deux caméras CDD ultra-rapides détectent chacune le signal émis par l'une de ces protéines. Elles permettent d'obtenir une image d'ensemble du pore nucléaire et de l'ARN messager toutes les 20 millisecondes, avec une précision spatiale de 20 nanomètres, soit dix fois plus que les techniques traditionnelles. 

On s'attendrait à ce que l'ARN messager soit ralenti lors de son passage dans le pore nucléaire. Pourtant, ces nouvelles observations ont révélé que la traversée du pore est très rapide : seulement cinq millisecondes. D. Grünwald et R. Singer ont montré que l'entrée et la sortie du pore nucléaire sont les deux étapes limitantes en vitesse : l'ARN messager attend pendant 80 millisecondes avant d'entrer, et autant à la sortie du pore.

En outre, dix pour cent des ARN messagers attendent à l'entrée des pores nucléaires sans jamais pouvoir franchir cette barrière. Selon les chercheurs, cette étape servirait de point de contrôle de l'ARN messager : les ARN messagers défectueux seraient inspectés puis détruits pour éviter qu'ils n'atteignent le cytoplasme, par un mécanisme qui reste à préciser.
Dans ses précédentes recherches, R. Singer a étudié une maladie génétique qui affecte en particulier les muscles, la dystrophie myotonique. Elle est causée par une mutation d'un gène, qui entraîne la répétition de séquences de trois nucléotides dans l'ADN. R. Singer avait alors constaté que les molécules d'ARN messagers correspondantes restent bloquées à l'entrée du pore nucléaire.

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La course aux mémoires hautes-densités conditionnée par les propriétés magnétiques et électriques de matériaux

La mémoire des ordinateurs n'est jamais assez grande et la lecture et l'écriture sur les disques est toujours trop lente. Pour innover, les chercheurs doivent étudier les propriétés électriques et magnétiques de nouveaux matériaux dans l'espoir de trouver ceux qui pourront facilement êtres miniaturisés et intégrés dans des circuits. Ils recherchent de nouveaux effets qui permettraient de manipuler rapidement les propriétés de ces matériaux à l'aide de champs magnétiques ou électriques, autorisant une écriture et une lecture rapide sur les disques.
Différents types de mémoire RAM
Des chercheurs de l'Ohio State University ont construit un instrument qui permet d'aller étudier le champ magnétique dans un matériau ferroélectrique de dimension nanométrique. Ce travail ouvre la voie à la compréhension des effets électromagnétiques à cette échelle dans le but d'intégrer ces matériaux dans les mémoires et les microprocesseurs. A la Rutgers University, une équipe de recherche à mis en évidence un effet magnétoélectrique au sein d'un nouveau matériau. Un champ électrique appliqué sur la structure permet d'en modifier les propriétés magnétiques.

Observer le champ magnétique à une échelle nanométrique:

Pour pouvoir manipuler les propriétés électromagnétiques de matériaux à une échelle nanométrique, encore faut-il disposer d'instruments de mesure qui permettent de visualiser les effets à cette échelle. Les travaux de l'équipe de Chris Hammel viennent de déboucher sur une image haute-résolution des propriétés magnétiques d'un matériau ferromagnétique de 2 micromètres de large et de 40 nanomètres d'épaisseur.

Pour cela les chercheurs ont du mettre au point un instrument utilisant la
résonance magnétique nucléaire, la résonnance ferromagnétique et la microscopie à force atomique. En jouant avec les différentes excitations et en utilisant une pointe d'AFM équipée d'une sonde magnétique, les chercheurs sont parvenus à dresser une cartographie du champ magnétique avec une résolution jamais atteinte. Cette technique a été baptisée "Scanned Probe Ferromagnetic Resonance Imaging".

Les matériaux ferromagnétiques sont déjà largement utilisés pour la fabrication des mémoires magnétiques et dans les composants des ordinateurs. Cette nouvelle technique d'imagerie permettra de poursuivre les efforts dans la miniaturisation et l'intégration des matériaux magnétiques au sein des composants.

L'obtention d'un effet magnétoélectrique:

La découverte de la magnétorésistance géante (GMR) en 1988, qui a valu son Prix Nobel au français Albert Fert en 2007, a entrainé le développement de nouvelles mémoires, les Magnetoresistive Random Acces Memory (MRAM). Les données sur cette mémoire sont non-volatiles puisque codées magnétiquement. Leur utilisation requiert bien moins d'énergie que les mémoires basées sur le stockage électrique des données et les MRAM sont en théorie inusables.

La GMR est un processus dans lequel l'application d'un champ magnétique vient modifier les propriétés de résistance électrique d'une structure comprenant des matériaux ferromagnétiques. Des chercheurs de la Rutgers University ont observé l'effet complémentaire, à savoir le contrôle des propriétés magnétiques par application d'un champ électrique, sur un matériau à base d'oxyde de manganèse contenant de l'ytterbium et de l'europium. L'
observation de cet effet, prévu théoriquement, a surpris car le couplage entre magnétisme et champ électrique est beaucoup plus faible que le couplage entre ferroélectricité et champ magnétique. Même si la compréhension du phénomène reste à approfondir, le nouveau matériau va permettre de déterminer les conditions nécessaires pour réaliser ce couplage.

L'utilisation du champ électrique pour lire et écrire des données dans un disque, à la place de celle d'un champ magnétique dans le cas des MRAM, permettrait d'augmenter la
densité de stockage des mémoires. Elle accélèrerait l'exécution des opérations tout en conservant l'avantage des mémoires MRAM, notamment de non-volatilité. Cependant, les températures nécessaires à l'observation du phénomène actuellement - proches du zéro absolu - compromettent son utilisation industrielle.

Le passage de la découverte de la GMR en 1988 à la généralisation des mémoires MRAM en 2010 n'a pu être possible que par la découverte de matériaux présentant les mêmes effets de manière plus marquée. De la même manière, cette nouvelle découverte ouvre la voie à la recherche de matériaux qui pourraient présenter les mêmes caractéristiques magnétoélectriques dans des conditions moins extrêmes.


Source: BE Etats-Unis numéro 220 (24/09/2010) - Ambassade de France aux Etats-Unis / 

Un miroir qui devient transparent sous l'effet de l'hydrogène


Une équipe japonaise de l'Institut National des Sciences et des Techniques Industrielles Avancées (AIST) a développé un nouveau miroir qui peut devenir transparent de manière réversible sous l'action de l'hydrogène.

A gauche le miroir est dans son état opaque, à droite dans son état transparent
La consommation énergétique d'un bâtiment peut être réduite par une meilleure gestion de son système de climatisation. Le contrôle de la lumière qui pénètre à l'intérieur constitue une des pistes d'amélioration envisagées. L'idée est d'adapter la transparence des fenêtres à l'intensité lumineuse incidente, de manière à contrôler le réchauffement des pièces en fonction des besoins. Des verres constitués de électrochromes sont déjà en vente dans le commerce: leur transparence varie sous l'effet d'une électrique, ce qui permet de la contrôler automatiquement au fil des matériauxtensionheures. Cependant, augmenter la teinte des verres augmente leur capacité à absorber l'énergie lumineuse, une énergie qu'ils finissent tôt ou tard par se restituer à l'environnement. Un matériau qui réfléchit la lumière plutôt que de l'absorber serait mieux adapté pour la gestion énergétique des bâtiments.

En 2002, l'AIST avait présenté un miroir constitué de deux plaques de verre encadrant un film composé d'un alliage de magnésium et de nickel. Il pouvait devenir transparent (50%) sous l'action de l'hydrogène, mais présentait alors une teinte jaune. En 2006, l'institut a tenté d'améliorer le dispositif en utilisant un alliage de magnésium et de titane mais si le miroir restait incolore, sa transparence (30%) était trop faible pour qu'il puisse être utilisé pour fabriquer des fenêtres de bureaux. Cette fois-ci, les chercheurs ont utilisé un alliage de magnésium et de calcium, et ont obtenu un miroir qui, sous l'action de l'hydrogène, devient transparent (60%), tout en restant incolore.

Le miroir est fabriqué par pulvérisation cathodique d'atomes de calcium et de magnésium sur un substrat de verre, formant ainsi un film de 50 nm d'épaisseur. La même méthode permet de le recouvrir d'un autre film de palladium, de 4 nm d'épaisseur. Une deuxième plaque de verre vient compléter le miroir. L'introduction d'un gaz comportant 4% d'hydrogène mais pas d'oxygène permet de rendre transparent le miroir. L'opération inverse est réalisée par un gaz comportant 20% d'oxygène mais pas d'hydrogène.

Les chercheurs travaillent actuellement à rendre leur miroir plus solide. Ils pensent que leurs travaux pourraient déboucher rapidement sur un produit commercialisable.

Source: BE Japon numéro 548 (3/09/2010) - Ambassade de France au Japon / 

Le vin rouge permet de rendre un matériau supraconducteur

Une équipe japonaise du Centre des Matériaux Supraconducteurs de l'Institut National des Sciences des Matériaux (NIMS) a réussi à rendre supraconducteur un alliage à base de fer en le plongeant dans du vin rouge.


La supraconductivité est une caractéristique de certains matériaux à l'intérieur desquels, au dessous d'une température dite critique, la résistance électrique disparait et le champ magnétique s'annule. De tels matériaux, dits supraconducteurs, présentent un intérêt particulier dans la mesure où ils permettent la circulation de courant électrique sans perte d'énergie. Leurs applications sont nombreuses, en particulier dans le domaine des transports (trains à sustentation magnétique), le stockage de l'énergie (volant d'inertie), etc.

Les premiers phénomènes de supraconductivité ont été observés pour des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu (-273,15°C ou 0 K). Cependant des matériaux supraconducteurs à haute température ont été découverts en 1986. Le terme "haute" reste néanmoins très relatif (la température critique maximale est de 133 K, soit -140,15°C). Augmenter la température critique permet des utilisations à des températures moins basses et donc de simplifier considérablement les structures de refroidissement des matériaux.


L'équipe du NIMS travaille depuis 2008 sur les matériaux supraconducteurs à base de fer dans l'espoir de trouver de nouveaux matériaux à haute température critique. Parmi les candidats figure un alliage de fer, de tellure et de soufre, le FeTe0,8S0,2, qui présente des caractéristiques supraconductrices lorsqu'il est fabriqué par fusion. En revanche, lorsqu'il est produit par réaction chimique solide, il se comporte comme un corps antiferromagnétique. Il perd néanmoins cette propriété pour devenir supraconducteur lorsqu'il est exposé à l'air libre pendant plusieurs
mois. Pensant que ce phénomène est le produit d'une réaction avec l'eau et l'oxygène de l'air, les chercheurs ont essayé de plonger le matériau dans de l'eau pure, de l'éthanol pur, ou dans un mélange des deux, sans résultats.

L'équipe du NIMS a par la suite essayé d'immerger le matériau pendant 24 heures dans du vin puis de le chauffer. Il est devenu supraconducteur avec une température critique de 8 K. La répétition de l'expérience avec d'autres vins et alcool de degrés divers a montré que la supraconductivité obtenue n'est pas liée au degré d'alcool dans la boisson, des résultats similaires ayant été obtenus avec de la bière, du whisky et du saké. A noter que les meilleurs résultats ont été obtenus avec du vin rouge, les moins bons avec du shochu, dont la composition est proche du mélange eau-éthanol.


Les mécanismes de la réaction mise en jeu restent encore inconnus des chercheurs. Il se pourrait qu'un composant du vin facilite l'introduction des atomes d'oxygène entre les feuillets de la structure à deux
dimensions du FeTe0,8S0,2. Ils comptent en tout cas continuer leurs travaux pour tenter d'expliquer le phénomène et l'appliquer pour découvrir de nouveaux matériaux à température critique plus élevée.
Source: BE Japon numéro 548 (3/09/2010) - Ambassade de France au Japon / 

Un médicament utilisé dans le traitement du VIH efficace contre les virus herpès

Les résultats d’une nouvelle étude publiée dans le journal Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS) démontrent que le raltegravir, un médicament approuvé en 2007 pour le traitement du virus du SIDA et commercialisé sous le nom d’Isentress par Merck, est capable d’inhiber la fonctionnalité d’une protéine essentielle dans la réplication d’un des virus de la famille herpès. Ce travail a été effectué par des chercheurs de l’Institut de Recherche en Biomédecine à Barcelone en Espagne en collaboration avec l’équipe de Darren Hart à l’EMBL de Grenoble.

Raltégravir - N-(2-(4-(4-fluorobenzylcarbamoyl) -5-hydroxy-1-methyl-6-oxo-1,6-dihydropyrimidin -2-yl)propan-2-yl)-5-methyl -1,3,4-oxadiazole-2-carboxamide
Illustration: Dpersohn - licence Creative Commons

La famille des virus herpès comprend plusieurs types de pathogènes tels que les virus herpès simplex 1 et 2, le virus varicelle-zona, le virus Epstein-Barr, le virus de la roséole, le cytomégalovirus, le virus associé au Sarcome de Kaposi chez les patients au stade SIDA,... Le cytomégalovirus humain (HCMV) sur lequel porte cette étude est présent chez près de 90% des adultes et cause des pathologies dès que le système immunitaire est affaibli (cancer, SIDA, transplantation et nouveaux-nés). Il est responsable de désordres neurologiques chez 1% des nouveaux-nés dans les pays riches, il est associé à la cécité chez 25% des patients au stade SIDA, ou encore il est responsable de la mononucléose et de sérieuses pathologies de la gorge.

Pour se répliquer, le virus herpès entre dans le noyau d’une cellule et utilise la machinerie de l’hôte pour copier son ADN plusieurs fois sur une même chaine. Dès que les copies sont créées, un complexe protéique appelé terminase coupe le nouvel ADN en plusieurs fragments correspondant chacun au matériel génétique d’un seul virus. La terminase intègre alors chacun de ces fragments dans une capside vide formée également dans le noyau pour reconstituer le virus herpès entier. Les nouveaux virus fonctionnels quittent la cellule hôte pour infecter d’autres cellules et recommencer le cycle. En analysant les structures protéiques tridimensionnelles des composants de la terminase, les scientifiques se sont aperçus que la sous-unité UL89 ressemblait fortement à l’intégrase du virus du SIDA, protéine permettant l’intégration du matériel génétique du virus dans la cellule hôte infectée et dont l’activité est bloquée par le raltégravir.

Du fait de la ressemblance entre l’intégrase et ce composant de la terminase, les chercheurs ont montré une action efficace du raltégravir bloquant la fonctionnalité de la terminase et donc de la réplication du HCMV. Ces données sont médicalement intéressantes puisque tous les virus de la famille herpès possédent cette protéine. De plus, la terminase est une protéine uniquement virale et le médicament raltégravir est déjà sur le marché facilitant son exploitation et limitant ses effets secondaires et sa toxicité.

Auteur de l’article: Pierre-Alain Rubbo

Invention d'une puce à deux photons: un grand pas pour l'informatique quantique

Des chercheurs du Centre de Photonique Quantique de Bristol ont réussi à mettre au point une nouvelle puce photonique. Si l'idée avait déjà suscité de nombreuses recherches, les experts n'avaient réussi, à ce jour, à n'utiliser qu'un seul photon au sein d'une puce. La nouveauté réside ici en l'insertion d'un second photon dans une puce en silicium, les deux se déplaçant sur un réseau de circuits. Le principe utilisé se nomme "la marchevoyage des photons, par des chemins variés. L'ajout d'un second photon s'est avéré être une tâche très difficile, car il faut tenir compte des interactions entre les deux particules. des photons": cela correspond au


L'informatique d'aujourd'hui est limitée à utiliser un système binaire dans lequel un bit est soit égal à 0, soit égal à 1. Un bit quantique (qubit) peut quant à lui se trouver dans plusieurs états simultanément. C'est pourquoi depuis plusieurs années, de multiples équipes travaillent sur divers supports de bits quantiques, comme les atomes ultra-froids, les supraconducteurs ou encore les ions. Avec cette puce, on peut dès lors imaginer que l'informatique de demain utilisera la lumière pour traiter de multiples informations en même temps.

Les possibilités de calcul augmentent de façon exponentielle en ajoutant un second photon à cette puce: un système quantique avec un seul photon génère 10 résultats mais une "marche" à deux photos génère 100 solutions, trois photons en génèrent 1 000, etc. Les calculs difficiles que les ordinateurs actuellement sur le marché sont incapables de traiter pourraient être résolus grâce à cette technique, de même que la simulation de phénomènes comme la
supraconductivité ou la photosynthèse qui étaient jusqu'à présent réservés à la physique quantique.

Auteur de l'article: Cédric DEPOND

Invention d'un avion à pédale qui bat des ailes

Un étudiant Canadien de l'université de Toronto a récemment testé son invention: un avion à pédales qui avance grâce à un battement d'ailes.

Cet ornithoptère, baptisé "Snowbird", a volé pour la première fois le
mois dernier à Tottenham, près de Toronto. Il ne pèse que 43 kg mais ses ailes (aussi larges que celles d'un Boeing 737 !) ont une envergure de 32 m. Il a été construit avec des fibres de carbone et du bois de balsa. 

L'ornithoptère Snowbird - Extrait de la video de présentation

 Le pilote (et responsable du projet), Todd Reichert, a réussi à parcourir 145 m en maintenant l'appareil dans les airs pendant 19,3 secondes. La vitesse moyenne du vol était de 25,6 km/h. Le Snowbird n'a toutefois pas pu décoller seul: il doit être remorqué par une voiture pour procéder au décollage.

Ce résultat est loin d'être ridicule, si on le compare au premier vol motorisé des frères Wright, qui s'était réalisé le 17 décembre 1903 pendant 12 secondes sur une distance de 37 mètres. Le premier vol d'un avion à propulsion humaine, quant à lui, date de 1977. Il s'agissait d'un appareil à hélice, le Gossamer Condor, qui avait réussi à tenir un peu plus de sept minutes dans les airs en parcourant 1,6 km.

Todd Reichert s'est peut être inspiré de Léonard de Vinci qui, au XVe siècle, avait esquissé un tel engin. Quoiqu'il en soit, sa réussite était méritée: il s'était donné la peine de perdre 8 kg pendant l'été pour parvenir à ce résultat ! une vidéo du Snowbird en action est disponible ici.


Auteur de l'article: Cédric DEPOND
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