lu pour vous numéro 48

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"Lu pour vous" numéro 48*

Sommaire :

Technologie : l'ingénierie tissulaire.

lpv481Plusieurs laboratoires chinois figurent parmi les plus performants au monde pour la mise au point de greffons humains artificiels.
A l'université de Nartong, près de Shanghai, un complexe de 4 000 mètres carrés est dirigé par Gu XIAOSONG, spécialiste de la régénération des nerfs périphériques. Son équipe a été parmi les premiers au monde à développer des greffons nerveux utilisant le chitosane, fibre biodégradable tirée habituellement de la chitine présente dans la carapace des crabes et des crevettes. Elle a été la première au monde à tester de tels greffons en recherche clinique.

Plusieurs autres équipes travaillaient sur des greffons nerveux à base de chitosane. Mais la méthode mise au point par Gu XIAOSONG permettait aux chercheurs de contrôler la vitesse à laquelle le conduit en chitosane se dégrade biologiquement. C'est une qualité importante pour la réparation des lésions nerveuses sur des longueurs, des emplacements et des diamètres variables.

Gu XIAOSONG a aussi été le premier à transférer cette recherche sur les nerfs artificiels vers le milieu hospitalier. L'agence chinoise des produits alimentaires et médicamenteux a autorisé des essais cliniques en 2010. Une étude clinique est actuellement en cours dans quatre hôpitaux chinois et trente-cinq greffes ont été réalisées. Cette étude arrivera à son terme en 2013.

lpv482Gu XIAOSONG et ses collègues ont récemment décrit comment ils ont grâce à cette méthode, comblé un segment de 50 millimètres sur le nerf médian chez le macaque rhésus. De plus son équipe développe actuellement d'autres types de greffons nerveux synthétiques, dont un matériau dérivé d'une substance on ne peut plus chinoise : les protéines de soie. La biocompatibilité est encore meilleure que celle du chitosane.

Objectifs commerciaux : en Chine, l'industrie des matériaux biomédicaux représente 42 milliards d'euros, et elle est principalement tirée par des technologies étrangères. Les sociétés chinoises ne représentaient que 3% du marché mondiale en 2011. L'objectif actuel est de commercialiser les technologies issues de l'ingénierie tissulaire et de réduire le fossé entre le monde académique et l'industrie. Le gouvernement a fixé comme objectif d'augmenter la part de la Chine dans le marché mondial des matériaux biomédicaux à hauteur de 10 à 15% d'ici à 2050.

Source : La Recherche, n° 473, mars 2013, signé Mara HVISTENDAHLI, journaliste
Cet article a été publié dans Science, 338, 600, 2012 avec l'autorisation de l'AAAS

 

Energie : l'hydrogène naturel, nouveau eldorado énergétique ?

lpv483La découverte de sources naturelles de ce gaz un peu partout dans le monde pourrait révolutionner la filière énergétique. Propre, renouvelable, peu coûteux, il cumulerait les avantages.

A l'heure du débat sur la transition énergétique qui déterminera, par ses choix, la société de demain, se profile une incroyable filière que nul n'avait imaginée : celle de l'hydrogène naturel. L'institut français de pétrole et des énergies renouvelables (IFPEN) vient en effet de rendre publique une découverte potentiellement révolutionnaire : de l'hydrogène s'échappe naturellement et en continu depuis la surface des continents. Il pourrait transformer des pans entiers de l'économie mondiale, d'autant que cette énergie semble cumuler tous les atouts : renouvelable, puisque l'hydrogène se forme en permanence, contrairement aux énergies fossiles comme les hydrocarbures et les minerais. Décarbonée, car sa combustion ne génère pas de CO2, ce gaz à effet de serre à l'origine du réchauffement global de la planète. Gratuite à la source, puisqu'elle est disponible comme le vent et le soleil. Enfin, plus ou moins également répartie à travers tous les continents.

Les géologues n'avaient jamais imaginé qu'une telle source soit un jour détectable. Les scientifiques étaient en effet convaincus que l'hydrogène à l'état moléculaire (soit H2, le gaz diatomique d'hydrogène que l'on trouve dans l'atmosphère) ne pouvait pas exister tel quel dans le sous-sol mais uniquement sous forme « liée », c'est-à-dire dans le minéral d'une roche ou intégré à une molécule d'eau.

Pourtant, il y a une vingtaine d'années, les experts de l'Ifremer avaient bien détecté d'importantes émanations d'hydrogène au fond des océans, le long des rides médio-océaniques. Cela signifiait qu'à l'intérieur de la Terre, l'hydrogène libre pouvait exister et remonter le long des dorsales et à travers les sources hydrothermales pour resurgir au niveau du plancher océanique. Mais les dogmes scientifiques ont la vie dure et personne ne se doutait que les continents aussi pouvaient dégager de l'hydrogène.

Il a fallu un événement fortuit pour comprendre enfin que cette réaction pouvait avoir lieu également sous nos pieds, et que la circulation d'eau à travers les rochers riches en fer puisse libérer de l'hydrogène en formant ses oxydes de fer (voir ci-dessous comment l'hydrogène se forme au sein de la terre)

Alain PRINZHOFER, qui a participé à cette découverte majeure, se souvient de l'aventure. Il y a trois ans, une équipe russe demandait notre aide pour comprendre une énigme géologique. En effectuant des forages, les géologues russes avaient en effet mesuré dans les tous premiers mètres du sol de gigantesques flux d'hydrogène émanant de structures circulaires au beau milieu des plaines du pays. Les français confirment en effet la nature du gaz s'échappant des structures circulaires, dont le diamètre varie entre 500 m et 1 km. Chaque cercle dégage environ 40 00 m3 d'hydrogène par jour, ce qui équivaut à la consommation moyenne annuelle de 500 habitants en France. Sur les images satellites de la région ces structures circulaires sont tout à fait visibles.

Deux usines d'exploitation de l'hydrogène naturel sont en développement à ce jour.

La première, en construction, est située dans le Kansas (Etats-Unis), la seconde au Mali, à 60 kilomètres de Bamako ; elle est la propriété d'une petite compagnie canadienne qui travaillait sur place et a fortuitement retrouvé une source d'hydrogène. Son extraction permet aujourd'hui de produire de l'électricité pour quelques villages. Ces deux tentatives démontrent, à leur niveau, la faisabilité de la technique.
L'ensemble de la filière industrielle reste à inventer.

lpv484L'IFPEN a annoncé la mise en œuvre d'un programme de recherche. Outre -Atlantique, de nombreuses publications scientifiques portent sur les procédés d'extraction, de stockage et de développement envisagés pour cette filière. Les chercheurs du Savannah River National Laboratory travaillent sur un mode de stockage original dans la perspective d'un développement massif de la filière : des microbilles creuses en verre, d'une fraction de millimètre de diamètre - comme des grains de sable - pourraient contenir de l'hydrogène comprimé jusqu'à des milliers de fois la pression atmosphérique. Leur paroi, devenue poreuse par chauffage, permet d'y faire pénétrer le gaz, puis un refroidissement brutal l'emprisonne au sein de la microsphère. On peut ensuite utiliser les microbilles en les broyant ou en les chauffant pour libérer l'hydrogène dans un moteur. La rupture accidentelle d'un grain ne libère que très peu de gaz qui ne risque pas de s'enflammer. Ainsi un réservoir de 10 litres rempli avec ces microbilles pourra fournir en quantité d'énergie l'équivalent de 20 litres d'essence.

En attendant que le consommateur puisse acheter son paquet de sable d'hydrogène, d'autres applications sont déjà prévisibles à court terme. On pourrait, sans modifier l'état actuel du réseau de distribution de gaz, injecter jusqu'à 20% d'hydrogène sans investissement supplémentaire. De quoi diminuer d'autant le rejet de gaz à effet de serre produit par la combustion du méthane. Fin 2012, GDF-Suez a ainsi lancé le projet GRHYD dont le but est de remplacer 20% du méthane dans le réseau de distribution par de l'hydrogène. Un nouveau carburant baptisé Hythane, dont la phase d'étude préalable s'étend sur deux ans, verra ainsi le jour. Pour l'heure, GDF-Suez fabrique cet hydrogène en convertissant le surplus d'énergie issu des éoliennes et des centrales solaires, qui serait perdu faute de stockage, en électricité. La découverte de sources d'hydrogène naturel, pourrait bien sûr, faire décoller le projet.
Reste aux grandes entreprises de l'énergie à s'intéresser à cette nouvelle filière.

Source : Sciences et Avenir, n° 795, mai 2013, signé Azar KHALATBARI

Actualités high-tech :

Des pattes artificielles pour courir sur le sable.

lpv485En s'inspirant de la marche des lézards, des chercheurs ont mis au point un robot capable de se mouvoir sur les sols meubles ;
Si les insectes ou les lézards se déplacent facilement sur des sols mous, alors il doit être possible de concevoir des pattes artificielles pour donner la même capacité à un robot. Telle a été l'idée émise par des chercheurs du Georgia Institute of Technology d'Atlanta aux Etats-Unis. Pour définir la » morphologie » d'une telle patte, ils ont mesuré les forces qui s'exercent lorsque les membres s'enfoncent et s'extraient du sable selon leur forme et leur orientation. Ils en ont conclu que ce sont des pattes en »C » qui permettent d'aller le plus vite. Leur robot a ainsi atteint les 2,6 km/h à raison de cinq mouvements par seconde. Seul contrainte, il ne peut se déplacer efficacement que dans un seul sens, avec le C qui repose au maximum sur le sable (et non la pointe qui s'enfonce).

Source : Science et Avenir, n°795, Mai 2013, signé C.M.

Energie : le courant passe entre eaux douce et salée.

lpv486Utiliser l'osmose, c'est-à-dire la différence de salinité entre l'eau douce et l'eau de mer, pour produire de l'électricité... Cette idée à l'étude depuis plusieurs années se heurtait à des problèmes de rendement enfin résolus. Des physiciens de l'université de Lyon ont simplement modifié la membrane imperméable qui sépare en deux le réservoir d'eau douce et d'eau salée. Conçu pour ne laisser passer que les ions positifs de l'eau de mer vers le second bac (ce qui produit un courant électrique), cette membrane produisait jusqu'ici l'équivalent de 3W/m2 de membrane. En implantant dedans un nanotube de bore-azote, dont la surface est chargé négativement, les chercheurs ont créé entre les deux réservoirs un courant plus de mille fois plus intense. Cette énergie renouvelable pourrait être produite à celle de mille centrales nucléaires !

Source : Science et Vie, n° 1148, Mai 2013, signé F.G.

Economie d'énergie : architecture, des murs d'algues pour des bâtiments plus verts.

Les architectes sont en train de franchir une nouvelle étape dans le mariage du bâtiment avec la nature : après les façades végétales à vocation décorative, voici les murs »actifs», jouant un rôle dans la dépollution et la production d'énergie ou de substances valorisables. Il s'agit de sortes d'aquariums, posés verticalement contre les murs, dans lesquels baignent des micro algues.

lpv487A Hambourg, en Allemagne, 200 m2 de »bioréacteurs» doivent être inaugurés le 25 avril en façade d'un centre d'exposition. Simultanément, deux projets similaires ont été lancés en France ; l'un dans l'Est parisien, ou la société ENNESYS – qui avait déjà équipé un bâtiment pilote à la Défense à l'été 2012, va recouvrir deux grandes tours, les Mercuriales. L'autre à Nantes, ou les façades de la centrale de valorisation des déchets de l'agglomération vont être tapissées d'algues. Coût de l'opération 5 millions d'euros, qui viennent d'être financés par le Grand Emprunt. Si le choix des concepteurs s'est porté sur les micro algues, c'est en raison de leur capacité à se multiplier très rapidement. Ces organismes monocellulaires, qui peuplent naturellement mers et rivières du monde entier, peuvent doubler leur biomasse toutes les quatre heures. Les bioréacteurs devront donc être vidés à intervalles réguliers( de quelques jours à plusieurs semaines) pour récolter les algues qui seront ensuite séchées pour être valorisées.

Selon les architectes, les avantages sont nombreux. Le premier est qu'on installe une double peau qui a besoin de chaleur, et qui peut partager cette chaleur avec le bâtiment. L'hiver, les bioréacteurs se comportent comme une serre en concentrant la chaleur du soleil ; l'été les algues permettent de se passer de climatisation.

Selon le cabinet X-TUN à l'origine du projet nantais, les besoins en chauffage et en climatisation des bâtiments équipés seront divisés par deux.

lpv488Outre la baisse de la facture énergétique, le projet de la Défense ambitionne de produire de l'énergie. Le choix s'est porté sur des chlorelles, des algues robustes et productives car le but est d'extraire l'huile de la biomasse pour produire soit de la chaleur, soit de l'électricité (Louis KINDLER, directeur général d'ENNESYS). Un rendement énergétique qui dépasserait de 30% celui des panneaux photovoltaïques (soit 120kwh/an et par mètre carré de panneau).
Les algues limitent l'effet de serre en fixant le CO2.

Les algues peuvent nettoyer les eaux usées des toilettes, riches en nitrates et en phosphates : une fois les déchets éliminés, elles restituent une eau épurée. Elles fixent également le dioxyde de carbone atmosphérique, contribuant à la lutte contre les émissions de gaz de serre.
A Nantes, l'espèce choisie ( Haematococcus pluviales) pour couvrir les façades peut fournir un puissant antioxydant, l'astaxanthine. Une molécule très recherchée par l'industrie pharmaceutique, qui se vend 6 000 euros le kilo.

L'avenir semble plein de promesses pour ces organismes aquatiques : les premières estimations du marché des bio façades atteignent pas moins de 19 milliards d'euros d'ici à 2030.

Source : Sciences et Avenir, n° 795, Mai 2013, signé Loïc CHAUVEAU

En pratique : le premier robinet qui sèche les mains après lavage

lpv489Les sèche-mains électriques sont hygiéniques, mais ils sont trop encombrants pour nos salles de bains. C'est pourquoi la société anglaise Dyson a poussé le concept encore plus loin : elle a intégré sa technologie de séchage des mains directement dans un robinet. Après s'être lavé les mains comme sous un robinet automatique classique (des capteurs infrarouge repèrent leur position), on les écarte sous les tubes latéraux. Deux rideaux d'air sont alors pulsés à 650 km/h, pour les sécher en 12 secondes ! Pour concevoir cet étonnant robinet, les ingénieurs de Dyson ont fait bien plus qu'y intégrer un mini-sèche-main et des capteurs.

Trois années de R&D ont été nécessaires .Premier défi miniaturiser l'ensemble, en faisant tenir les circuits d'air, d'eau et d'électricité dans un tuyau de 3 cm de large sous le robinet.

Le moteur à l'intérieur a, lui aussi, été optimisé : plus petit, il tourne encore plus vite (90 000 tours/minute conte 88 000 sur les précédents sèche-mains de la marque). Autre amélioration : l'acoustique. Comme le moteur est monté sur des ressorts, son bruit n'est plus perceptible. Et la taille de la fente à travers laquelle passe l'air (0,8 mm) a été ajusté pour limiter le bruit de l'air, tout en assurant un séchage efficace. Astucieux !

Source : Science et Vie, n°1146, Mars 2013, signé L.B.

*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

 

   
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