lu pour vous numéro 44

Détails

"Lu pour vous" n°44*

* Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

Sommaire :

Maladie d’Alzheimer : et si la solution se trouvait autour des neurones ?

Actualités : comment le courant à haute tension passera entre la France et l’Espagne.

Astronomie : planètes errantes, les orphelins de l'univers.

Matières premières : l’Amérique produit du gaz naturel en surabondance. De nouvelles méthodes d’extraction modifient la politique mondiale.

Actualités : cancérologie.

Actualités : technologie ; un robot pour intervenir à Fukushima.

Actualités : le graphène, enfin prêt pour l’électronique.

Technologie : les LED blanches, l'éclairage de demain.

 

Maladie d’Alzheimer : et si la solution se trouvait autour des neurones ?

Directeur d’une équipe de recherche Inserm, Christian GIAUME s’intéresse aux cellules qui entourent les neurones, les astrocytes, et notamment aux protéines qui permettent à ces astrocytes de se connecter entre eux.

La maladie d’Alzheimer est une maladie neuro dégénérative incurable qui touche plusieurs dizaines de millions de personnes dans le monde. Personne ne connaît ses causes exactes, mais, pour les découvrir, les chercheurs étudient depuis longtemps les neurones. Moins célèbres, les astrocytes sont pourtant plus nombreux que les neurones dans le cerveau et jouent un rôle crucial pour leur bon fonctionnement et leur survie.

Il y a quelques années, Christian GIAUME et son équipe ont donc eu l’idée de se pencher sur le fonctionnement de ces astrocytes. Leurs efforts ont été récemment récompensés puisqu’ils sont parvenus à établir un lien entre ces cellules et la maladie d’Alzheimer.

Dans un premier temps, les chercheurs ont montré que les astrocytes s’organisent en réseaux autour des neurones et pouvaient en modifier l’activité. Ils ont ensuite découvert que ces cellules pouvaient se connecter entre elles par des canaux qui les relient directement.

« Un véritable langage s’établit entre les astrocytes par ses canaux. Toutes sortes de molécule y transitent, en véhiculant des informations » précise le chercheur.

Après ces découvertes, Christian GIAUME s’est donc penché sur les protéines qui constituent ces canaux : les connexines. L’un des chercheurs a notamment observé davantage de connexines dans les astrocytes proches des plaques séniles, ces lésions du cerveau typiques de la maladie d’Alzheimer. Or on sait qu’une inflammation est observée autour de ces plaques. »Nous avons donc artificiellement recrée in vitro, sur des astrocytes et sur des neurones, la réaction inflammatoire autour de ces plaques. Ainsi, nous avons reconstitué ce qui se passe dans le cerveau des malades » souligne le Dr GIAUME. Nous avons alors constaté que le fonctionnement des connexines est modifié. Elles ne forment plus de canaux entre les cellules et s’assemblent différemment. Et les astrocytes libèrent des substances toxiques pour les neurones ».

L’implication des connexines dans l’évolution de la maladie est une hypothèse novatrice, que le chercheur espère désormais confirmer in vivo, sur des souris. »Nous mettons tout en œuvre pour mieux comprendre ce lien. L’objectif serait, à terme, d’intervenir sur les connexines pour ralentir la progression de la maladie. Agir sur les cellules qui environnent les neurones serai absolument nouveau.

Lexique

Plaques séniles : lésions caractéristiques observées dans le cerveau des patients atteints de la maladie d’Alzheimer.

In vitro : se dit d’expériences pratiquées sur des cultures de cellules ou de tissus isolés, par opposition aux recherches « in vivo », pratiquées sur des êtres vivants.

Source : Recherche & Santé, la revue de la Fondation pour la recherche médicale, n° 133, 1er trimestre 2013

Actualités : comment le courant à haute tension passera entre la France et l’Espagne ?

lpv446Doubler les capacités d’échange d’électricité entre la France et l’Espagne : telle est l’ambition de la ligne à haute tension en construction entre les deux pays. Les riverains s’étant fortement opposés à une ligne aérienne, c’est une liaison enterrée sur 64,5 km qui a été choisie. Sur une telle distance, seul le courant continu peut transporter une très forte puissance en limitant les pertes. Deux lignes de 1000 mégawatts (l’équivalant de la puissance de deux réacteurs nucléaires moyens) passeront sous les Pyrénées grâce à un tunnel de 8,5km (tension : 320 kilovolts).

Deux stations de conversion, l’une à Baixas (Pyrénées orientales), en France, l’autre, à Santa Llogaia d’Alguema, en Espagne, convertiront le courant alternatif en courant continu et vice-versa.

Ce projet d’un coût de 700 millions d’euros, qui permettra notamment de mieux utiliser les énergies renouvelables espagnoles, illustre le retour en force du courant continu, notamment pour raccorder les éoliennes offshore et améliorer l’interconnexion électrique.

Station de conversion : de 400 000 volts, le courant alternatif voit d’abord sa tension réduite à 320 000 volts, puis il passe à travers un convertisseur ou 5000 interrupteurs électroniques laissent ou non passer du courant à très haute fréquence pour le convertir en courant continu. Cette technologie fonctionne aussi bien pour transformer le courant alternatif en courant continu que l’inverse. Une autre station de conversion effectue les mêmes opérations en Espagne.

Mise en service prévue fin 2014.

Source : Science et Avenir, n° 792, février 2013, information non signée

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Astronomie : planètes errantes, les orphelins de l'univers.

Trahie par l’énergie de sa jeunesse, une planète sans étoile fixe a été découverte, vieille de seulement 100 millions d’années- lumières. Elle serait loin d’être une exception…

Exilée, jetée dans la solitude spatiale par un funeste destin gravitationnel. Tel est le sort d’une planète (CFBDSIR J21497) errante découverte par des astronomes français et canadiens à l’aide du VLT, le très grand télescope européen, au Chili, et du télescope Canada-France-Hawaii (CFHT). Aucune étoile voisine ne réchauffe cette vagabonde. Située à environ 100 années-lumière de nous, c’est la planète errante la plus proche jamais trouvée.

Même à une distance aussi courte – à l’échelle de l’Univers - elle n’était pas facile à repérer car une planète ne brille pas. Les quelques 850 planètes détectées à ce jour hors du système solaire l’ont été de manière indirecte, grâce à leurs interactions gravitationnelles avec leur étoile. Dans le cas de ce corps sans étoile fixe, c’est l’éclat de sa jeunesse qui l’a trahie. Selon les chercheurs, elle n’aurait que 100 millions d’années.

La solitaire, si elle n’a pas d’étoile-mère auprès d’elle, semble en effet se déplacer de conserve avec un troupeau d’étoiles en migration, le groupe bien connu AB Doradus, dont l’âge est estimé entre 50 à 120 millions d’années. Logiquement, la planète doit avoir un âge équivalent. Or «un objet jeune conserve de l’énergie de sa formation liée à la chute de la matière qui tombe sur elle-même pour se former » (Philippe DELORME). Dans son enfance, une planète est donc encore chaude et visible en rayons infrarouges. C’est ainsi qu’elle a pu être débusquée par les astronomes.

A partir de l’âge de la planète associé à sa luminosité, les astronomes peuvent déduire la masse. Soit, dans le cas de notre ermite, entre quatre et sept fois celle de Jupiter, pour un rayon semblable. Ce qui fait un objet très dense. Très chaud aussi, puisque sa température doit être d’environ 430°C. Et puisque cette planète n’est pas polluée par l’aveuglante lumière d’une étoile voisine, il a été possible d’étudier son atmosphère et d’identifier du méthane, de la vapeur d’eau, de l’hydrogène.              

Les simulations numériques du chercheur (Sean RAYMOND, du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux) montrent qu’une instabilité entre deux planètes dont les orbites se croisent, aboutit dans 75% des cas à l’éjection d’une des protagonistes. Celle-ci demeure en orbite autour du centre galactique, mais n’a plus de lien gravitationnel privilégié avec une étoile. »Nous pensons que ce type d’instabilité est très commune et se produit dans 50 à 90% des systèmes abritant des planètes géantes. Pour chaque étoile normale, nos simulations montrent qu’il doit y avoir à peu près deux Jupiter errantes. Si c’est correct, il y aurait deux fois plus de Jupiter errantes dans la Galaxie que d’étoiles !

Cette découverte montre que même des planètes très massives peuvent être éjectées facilement. Cela laisse présager l’existence de nombreuses planètes plus petites, des Terres errantes 1000 fois moins massives, facilement expulsables. Certains chercheurs vont même jusqu’à penser que certains de ces corps, libres de toute attache, trouvent parfois refuge dans d’autres systèmes planétaires. Pour elles, après le temps de l’errance vient celui de l’immigration.

Source ; Science et Avenir, n° 792, février 2013, signé Sylvie ROUAT

 Matières premières : l’Amérique produit du gaz naturel en surabondance. De nouvelles méthodes d’extraction modifient la politique mondiale.

Willingston dans le Dakota du Nord est une petite ville dans l’étendue de la prairie américaine. L’été c’est poussiéreux, l’hiver il fait un froid glacial. Malgré cela, la population a doublé ces derniers mois. Motif : la découverte dans la roche d’une couche de schiste, saturée de gaz et d’huile. Le soi-disant massif Bakken s’étend sur des milliers de km2 et est devenu le symbole d’un miracle économique américain. Dans le Dakota du Nord règne le plein emploi, le budget est en excédent de quelques milliards ; les chauffeurs de poids lourds gagnent jusqu’à 100 000 dollars par an. La découverte de ce massif est comparable aux couches du Texas, du Colorado, de la Pennsylvanie, de la Louisiane et de l’Utah. Il y a de l’énergie pour plusieurs centaines d’années. Dans deux ans, les Etats-Unis dépasseront la Russie comme les plus grands producteurs de gaz naturel. L’extraction du gaz de schiste est passé de 23 millions de m3 /jour en 2000 à 712 millions de m3 /jour en 2012. En cette année, le gaz de schiste représentait 34 % de la production totale.

Certains experts comptent comme probable la création jusqu’à trois millions nouveaux emplois d’ici quelques années.

La Chine et l’Argentine possèdent également d’énormes réserves de gaz de schiste. La Pologne, la France et l’Allemagne ont aussi de ressources importantes, mais la production en dehors des USA est au début. En Europe il y a encore des réticences à cause des éventuels dégâts sur l’environnement.

La technique de la fracturation hydraulique «fracking» est connue (voir « Lu pour vous n° 34 du 22 septembre 2012, pages 6-8)

La chute du prix du gaz a représenté en 2012 pour l’économie américaine une économie de plus de 100 milliards de dollars.

Un nouveau gisement a été identifié dans l’Utah, mais pour son exploitation, un nouveau saut technologique serait nécessaire. Il s’agirait de 1,5 milliards de barils, autant que toutes les réserves mondiales estimées.

Source : Der Spiegel, magazine, n° 5/2013, signés Alexander NEUBACHER, Ralf NEUKIRCH, Matthias Sh, Thomas SCHULZ.

Réserves gigantesques : en jaune, les réserves en exploitation, en rouge, les réserves identifiées

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Actualités : cancérologie

Sous pression, la cellule tumorale ne résiste pas.

Cela semble presque trop simple pour être vrai. Mais les chercheurs de l’université de Californie à Berkeley sont formels : pour arrêter la prolifération des cellules cancéreuses, il suffit parfois… d’appuyer dessus ! Pour le démontrer, ils ont soumis in vitro des cellules mammaires cancéreuses à une pression de 0,05 bar, soit celle régnant sous 50 cm d’eau, pendant trente minutes. Un tiers des cellules ont arrêté de proliférer et repris une forme normale, qu’elles ont conservé une fois la pression relâchée. »La pression pousse les cellules à diminuer l’expression de leurs gènes de prolifération. Elles se réorganisent et communiquent à nouveau entre elles. C’est cette communication retrouvée qui va permettre, une fois la pression relâchée, de continuer à réguler l’expression des gènes de prolifération », propose Gautham VENUGOPALAN, qui a mené l’expérience. Reste à déterminer si ce phénomène s’applique à tous les cancers. Même si Daniel FLETCHER, qui a dirigé les travaux, prévient déjà : »Cela ne signifie pas que la pression mécanique soignera le cancer, tant ce qui se passe dans le corps est complexe. En revanche, les molécules qui, sous pression, donnent aux cellules le signal de redevenir normales, pourraient devenir des cible thérapeutiques ».

Source : Science et Vie, n° 1146, mars 2013, signé E. A.

Actualités : technologie ; un robot pour intervenir à Fukushima.

lpv443Le groupe Toshiba vient de présenter un robot d’intervention pour les zones à fort rayonnement. Contrairement aux robots nucléaires français, ce prototype nippon utilise des pattes articulées pour se déplacer.

Il est monté sur quatre pattes, pèse 65 kilos pour un mètre de hauteur et ressemble à un animal futuriste.

Toshiba vient de présenter mercredi 21 novembre 2012, le prototype d’un nouveau robot, qui permet d’aller là où l’homme ne peut pas poser son pied en raison du rayonnement. L’épisode tragique de Fukushima avait, en effet, révélé l’absence de ce type d’engins, alors que ce pays se considère comme le royaume des robots. C’est pourquoi plusieurs entreprises et instituts de recherche ont entrepris de développer des robots pour ce type de missions, en bénéficiant de fonds publics. Toshiba est l’un des premiers à présenter le résultat de ses recherches.

lpv442Son robot quadrupède -qui n’a même pas encore de nom- est capable de monter des escaliers, de franchir des obstacles, de changer d’orientation et de se relever au cas où. L’engin est piloté à distance via une liaison sans fil, par une manette de jeu vidéo.

Equipé d’un bras manipulateur, d’une caméra et d’un capteur de radioactivité, ce robot peut aussi porter un objet. Il est ainsi capable de poser au sol un autre robot en forme… de plateau à roulettes. Doté lui aussi d’une caméra, il peut partir en éclaireur ou se faufiler dans des lieux inaccessibles pour le quadrupède. Les deux font la paire !

« Dans un premier temps, nous destinons ce robot à des patrouilles dans les zones fortement radioactives, pour de la reconnaissance visuelle et des mesures, afin de juger si l’homme peut ou non y intervenir », a précisé M.YANASE. A l’avenir, il pourrait être équipé d’outils de manutention et d’investigation pour effectuer diverses tâches comme le contrôle, la réparation ou le démontage d’équipements, ou bien encore des prélèvements d’échantillons ou d’aide à la décontamination.

Source : 01 net du 22/11/2012, signé Gilbert KALLENBORN, avec AFP

Actualités : graphène, enfin prêt pour l’électronique.

Véritable matériau miracle, le graphène s’apprête cette fois à révolutionner la microélectronique ! Les physiciens ont réussi à optimiser ses formidables propriétés électriques en gaufrant sa surface… ce qui l’a étonnamment rendu semi-conducteur.

C’était une première très attendue. Des physiciens du Georgia Institute of Technology d’Atlanta (Etats-Unis) ont réussi l’exploit de mettre au point du graphène adapté à la microélectronique. Déjà célèbre pour ses multiples propriétés qui révolutionnent la physique des matériaux, ce tissu d’atomes de carbone dans lequel les électrons se propagent presque sans entraves est enfin en mesure de devenir le composant électronique majeur, loin devant le silicium et les nanotubes de carbone.

Après sa découverte en 2004, des batteries de physiciens se sont échinées à le modeler en transistor, en diode ou en fil électrique pour concevoir des circuits électroniques plus performants. Mais ils se sont heurtés à la difficulté de rendre ce matériau véritablement semi-conducteur –c’est-à-dire tour à tour isolant ou conducteur, selon la tension qui lui est appliquée-, une étape pourtant indispensable pour l’utiliser en électronique. Certes, en 2009, Feng WANG, de l’université de Berkeley, en Californie, avait pu réaliser une telle prouesse en appliquant un champ électrique perpendiculaire à sa surface. Mais des fuites de courant limitaient les possibilités d’application en microélectronique.

La solution présentée par cette équipe franco-américaine consiste à découper très finement le graphène, naturellement conducteur, en minuscules rubans, ce qui en modifie les propriétés électriques. Une recette qui s’inspire en quelque sorte du gaufrier : les chercheurs ont creusé sur la surface d’une plaque de carbure de silicium semi-conducteur de 4 millimètres de largeur des sillons étroits et rectilignes de quelques nanomètres de profondeur. Ils ont ensuite chauffé la plaque à 1500°C pour se débarrasser du silicium.

lpv445Et ils ont vu les atomes de carbone se réorganiser en nanorubans de graphène épousant la forme du substrat. Des rubans aux bords parfaitement réguliers et cinq fois plus fins que ceux obtenus avec la meilleure des lithographies. »Cette technique est très élégante car elle n’endommage pas les bords et est facilement reproductible » s’enthousiasme Annick LOISEAU, une des meilleurs spécialistes du domaine.

En y regardant de plus près, les physiciens ont constaté que les bords des centaines de rubans obtenus sont devenus semi-conducteurs. »On ne s’attendait pas à ce que ce soit le cas », reconnaît Claire BERGER, coauteur de l’étude réalisée en collaboration avec le CNRS.

Or, le graphène obtenu cumule finalement deux fonctions essentielles à son avenir informatique : sa paire semi-conductrice pourrait en faire un interrupteur miniature ultrarapide, tout en conservant une conduction électrique hors norme grâce à sa partie centrale.

Reste à s’en assurer en mesurant la capacité de transport électronique du graphène ainsi produit. Mais les premières analyses en cours s’annoncent d’ores et déjà prometteuses. On n’en attendait pas moins de ce matériau miracle.

Un matériau aux très nombreuses applications.

Le graphène connaît un succès retentissant dans six secteurs clés : l’électronique, l’informatique, l’énergie, la mécanique, l’imagerie et les biotechnologies. Ce sont d’abord ce propriétés physiques exceptionnelles qui ont intéressé les scientifiques, comme sa conductivité électrique et thermique, son hyper résistance mécanique ou sa transparence. Mais c’est seulement depuis deux que les chercheurs osent modifier chimiquement ce nanomatériau pour faire apparaître de nouvelles propriétés. Ainsi, en accrochant un atome de fluor à chacun de ses atomes de carbone, le graphène ne conduit plus l’électricité mais se retrouve doté de la même stabilité thermique que le Teflon.

Fait et chiffres.

Identifié en 2004, le graphène conduit 30 fois mieux l’électricité que le silicium et est 200 fois plus résistant que l’acier, tout en étant 6 fois plus léger. Les électrons s’y déplacent à 1000 km/s, soit presque 150 fois plus vite que le silicium. La Chine en produit 300 tonnes/anpour un prix de revient de 500 dollars/kg.

Source ; Science et Vie, n° 1145, février 2013, signé J.G.

Technologie : les LED blanches, l'éclairage de demain.

L’éclairage représente plus de dix pour cent de la consommation d’électricité en France. Le remplacement des lampes à incandescence par des lampes plus efficaces, à base de diodes électroluminescentes (LED –Light Emitting Diode) blanches, entraînera des économies d’énergie.

Les dispositifs actuels peuvent encore être améliorés pour arriver à maturité. Cela passe notamment par une augmentation de rendement lumineux, défini comme un rapport du flux lumineux émis dans le domaine visible à la consommation électrique. Les LED blanches ont un rendement lumineux déjà élevé, mais il reste inférieur au maxima théoriques qui, en fonction de la qualité de la lumière blanche, sont d’environ 350 à 400 lumens par watt. Le rendement actuel est de l’ordre de 100 lumens par watt pour les LED blanches, 50 à 80 lumens par watt pour les lampes fluo compactes et environ 15 lumens par watt pour les ampoules à incandescence, qui émettent surtout dans l’infrarouge.

En 1993, Shuji NAKAMURA, ingénieur à l’entreprise japonaise Nichia, a mis au point la première LED bleue à forte luminosité, constituée de nitrure de gallium(GaN). Son rayonnement a été dix fois plus intense que celui des autres LED bleues existantes. Cette étape a été cruciale pour le développement des LED blanches : en ajoutant un matériau fluorescent qui absorbe une fraction de la lumière bleue et réémet du jaune, il était désormais possible d’obtenir de la lumière blanche, par addition du bleue et du jaune.

Le cœur des LED blanches à haute efficacité lumineuse est donc constitué de semi-conducteurs inorganiques, composés de nitrures de gallium, d’aluminium ou d’indium.

Les lampes à LED blanches disponibles sur le marché ont des caractéristiques très compétitives, cependant, le prix d’achat est l’obstacle principal à leur diffusion massive Il faut débourser environ 40 euros pour une lampe LED équivalente à une ampoule normale de 60 watts.

lpv444Si les prix ont baissé aux Etats-Unis de 40 pour cent en 2011, de nouvelles techniques de production peuvent encore les réduire .Le nitrure de gallium est aujourd’hui fabriqué sur un substrat de saphir de 100 millimètres de diamètre .Il sera possible de doubler le diamètre du substrat d’ici quelques années.

Un autre approche serait de remplacer le saphir par du silicium, qui est moins cher et dont la taille standard est de 30 cm de diamètre. Le nitrure de gallium produit sur du silicium rattrape en qualité celui fabriqué sur du saphir, ce qui était le principal obstacle de cette technique.

Une solution innovante consiste à faire croître le nitrure de gallium en colonnes ou pyramides de tout petit diamètre, de 0,1 à 1 micromètre. Cette technique permet non seulement d’obtenir une qualité cristalline parfaite, mais aussi un coefficient d’extraction des photons très élevé, en raison de la grande surface présentée par cette structure. La fabrication du nitrure de gallium sur un substrat de silicium permettrait d’obtenir un semi-conducteur bon marché. Mais le LED ne représente que 15 à 20% du coût total. Il faut considérer, par exemple, le système d’alimentation électrique pour adapter la tension au fonctionnement de la LED.

Un autre enjeu majeur des lampes à LED est l’aspect thermique. Le rendement à la prise est dix fois supérieur à celui d’une lampe à incandescence, mais près de la moitié de l’énergie électrique est dissipé en chaleur dans le petit volume de la LED. La gestion de la température est cruciale pour ne pas endommager la lampe. Des dissipateurs thermiques en aluminium évacuent la chaleur et évitent que la LED se dégrade. Une LED est une source lumineuse ponctuelle et, de facto, peu agréable à l’œil. L’une des solutions envisagée par de nombreux constructeurs consiste à intégrer un grand nombre de LED de faible puissance afin de limiter l’éblouissement..

Les LED présentent d’importantes perspectives d’innovations et d’optimisation, ce qui devrait leur assurer un bel avenir.

Source : Pour la Science, n°421, novembre 2012, Auteur de l'article : Nicolas GRANDJEAN, professeur à l'école Polytechnique de Lausanne

Lexique :

La lumière blanche  est le résultat de l’addition des différentes couleurs du spectre électromagnétique visible (380 à 780 nanomètres de longueur d’onde). Il est possible d’obtenir de la lumière blanche en additionnant seulement deux couleurs, telles le bleu et le jaune.

Le lumen est l’unité de flux lumineux. Cette grandeur tient compte de la sensibilité spécifique de l’œil humain aux différentes longueurs d’onde de la lumière visible. Le rendement lumineux d’une lampe, exprimé en lumen par watt, est le rapport du flux lumineux à la puissance électrique.

La température de couleur caractérise la lumière blanche qui peut être « chaude » ou « froide » selon que sa composante jaune ou bleu domine.

L’indice de rendu des couleurs caractérise la qualité d’une lumière blanche et la fidélité du rendu des couleurs perçues. La valeur maximum est de 100 pour la lumière du Soleil.

 

   
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