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ÉNERGIE LUMINEUSE ...

 

Paris, 19 Janvier 2015


Un gel contractile qui stocke l'énergie lumineuse
Les systèmes vivants ont la capacité de générer des mouvements moléculaires collectifs qui se transfèrent jusqu'à l'échelle macroscopique, comme un muscle qui se contracte par l'action concertée de moteurs protéiques. Afin de reproduire ce phénomène, une équipe de l'Institut Charles Sadron du CNRS menée par Nicolas Giuseppone, professeur à l'université de Strasbourg, a créé un gel de polymères capable de se contracter grâce à des moteurs moléculaires artificiels. Activés par la lumière, ces moteurs nanométriques enroulent les chaînes de polymères du gel qui se contracte alors sur plusieurs centimètres. Autre atout : ce nouveau matériau parvient à stocker l'énergie lumineuse absorbée. Cette étude est publiée dans Nature Nanotechnology le 19 janvier 2015.
En biologie, les moteurs moléculaires sont des assemblages protéiques très complexes capables de fournir un travail en consommant de l'énergie : ils participent aux fonctions essentielles du vivant comme la copie de l'ADN, la synthèse des protéines, et sont à l'origine de tous les processus de mouvement. Pris individuellement, ces moteurs ne fonctionnent que sur des distances de l'ordre du nanomètre. Mais en s'associant par millions, ils peuvent travailler de manière parfaitement coordonnée et leur action peut se répercuter à l'échelle macroscopique.
Depuis des dizaines d'années, les chimistes cherchent à produire ce type de mouvements à partir de moteurs artificiels. Pour y parvenir, les chercheurs de l'Institut Charles Sadron ont remplacé les points de réticulation d'un gel, qui raccordent les chaînes de polymères entre elles, par des moteurs moléculaires rotatifs, constitués de deux parties qui peuvent tourner l'une par rapport à l'autre si on leur fournit de l'énergie. Pour la première fois, ils ont réussi à faire fonctionner ces moteurs de façon coordonnée et pérenne dans le temps, jusqu'à l'échelle macroscopique : dès que les moteurs sont activés par la lumière, ils enroulent les chaînes de polymères du gel sur elles-mêmes ce qui a pour effet de le contracter.
De la même façon que les systèmes vivants, ces moteurs consomment de l'énergie pour produire un mouvement continu. Cette énergie lumineuse n'est cependant pas totalement dissipée : elle est transformée en énergie mécanique, par l'intermédiaire de l'enroulement des chaînes de polymères, et stockée dans le gel. Si le matériau est exposé de manière prolongée à la lumière, la quantité d'énergie contenue dans la contraction des chaînes de polymères devient très importante, allant jusqu'à provoquer une violente rupture du gel. Les chercheurs de l'Institut Charles Sadron cherchent donc, désormais, à tirer parti de cette nouvelle forme de stockage de l'énergie lumineuse, et à la réutiliser de façon contrôlée.
Ces travaux ont bénéficié du soutien financier de l'ERC et de l'ANR.


DOCUMENT         CNRS        LIEN

 
 
 
 

LES MÉTAMATERIAUX

 


Méta-matériaux : L'invisibilité est en vue !


Rendre un objet invisible et concevoir une cape d'invisibilité comme celle portée par Harry Potter, deux rêves réservés aux amateurs de science fiction ? Plus vraiment, si l'on en croit une étude parue la semaine dernière dans l'édition en ligne de la revue Science…
Le 29/05/2006 à 17:00 - Par Christophe Olry, Futura-Sciences
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L'invisibilité est en vue ! 
(Courtesy of James Davenport)
Quand la lumière "coule" autour des objets
Des chercheurs britanniques et américains avancent qu'en théorie il est désormais possible de concevoir une barrière d'invisibilité, permettant de soustraire tout objet à la vue. Cette cape d'invisibilité, ou plutôt ce bouclier d'invisibilité, étant donnée la largeur que devraient accuser les premiers prototypes, ferait dévier les rayons lumineux, de façon à ce qu'ils s'incurvent suffisamment pour éviter l'objet qu'elle dissimulerait : « C'est un peu comme si vous ouvriez un trou dans l'espace », explique David R.Smith, de la Duke's Pratt School. En théorie, la lumière « coulerait » le long de l'objet protégé par le bouclier et épouserait ses formes comme de l'eau autour d'un rocher, pour ensuite reprendre son courant « normal » en aval. Ainsi, non atteint par la lumière, l'objet deviendrait invisible.
Mais, en quoi pourraient bien être fabriqués cette cape et ce bouclier, pour qu'ils incurvent suffisamment la trajectoire de la lumière ? En méta-matériaux, des composites artificiels que l'on ne trouve pas dans la nature, explique les chercheurs.

Un modèle de déviation de la lumière, laissant apparaître un "trou d'invisibilité" dans lequel serait susceptible de se cacher un objet 
(Courtesy of Leonhardt)
Les méta-matériaux
Les rayons lumineux sont déviés dès qu'ils passent d'un milieu à un autre dont l'indice de réfraction diffère. Mais dévier suffisamment la lumière pour qu'elle évite complètement une région de l'espace, tout en reprenant en aval son cours normal, est un vrai défi. Néanmoins, les méta-matériaux ont permis aux scientifiques de faire de grands progrès dans ce sens. Ces méta-matériaux sont composés de plusieurs couches d'une matrice en fibre de verre, empilées les unes sur les autres, entre lesquelles sont insérés des anneaux métalliques. Soumis à un champ électromagnétique ou à de la lumière, les méta-matériaux réagissent en induisant un champ magnétique interne, et peuvent modifier la course des rayons lumineux. En outre, ils sont même capables de présenter des indices de réfraction « négatifs » !
Les équipes de recherche dirigées par Ulf Leonhardt (université de St Andrews, Ecosse) et de John Pendry (Imperial College, Londres) ont montré que, en théorie, des méta-matériaux pourraient faire « couler » la lumière autour d'un objet donné, et être utilisés pour construire des boucliers d'invisibilité. Néanmoins, ces systèmes ne pourraient dissimuler des objets qu'aux longueurs d'ondes correspondant à la taille des composants des méta-matériaux. Aussi, pour concevoir une cape fonctionnant dans le champ visible, il conviendrait de la « tisser » aux échelles microscopique et nanoscopique. Cependant, les chercheurs pensent pouvoir contourner le problème en entourant le « trou d'invisibilité » d'un matériau à haut indice de réfraction.
Un premier prototype de bouclier d'invisibilité, fonctionnant dans les micro-ondes, devrait être présenté dans 18 mois. Nul doute que les "moldus" seront nombreux à assister à cet événement… Comme quoi, se rendre invisible comme Harry Potter, ce n'est peut-être pas sorcier !

 

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IMAGES DE SCIENCES

 

IMAGES DE SCIENCES : DÉCRYPTAGE

 


La Cité des sciences et le CNRS Images ont édité un DVD qui contient 21 séquences de 1 min 30 s, chaque séquence présentant une image scientifique, fixe ou animée en la décryptant : conditions d'obtention, sens de l'image, intérêt pour le chercheur. On présente ici une sélection de 5 ces séquences.

Chambre à bulles, particules élémentaires : ce film aborde plusieurs techniques de détection et de visualisation des particules élémentaires. D'abord dans les chambres à bulles, puis, plus récemment, dans les chambres à fils. Il explique comment les physiciens interprètent ces images.

Appareil photographique, caméra, mouvements de l'air
Cette image, réalisée par Etienne-Jules Marey est le témoin du travail approfondi qu'il a mené sur les mouvements de l'air et la photographie. Les machines qu'il a construites à cet effet ont été reconstituées à l'occasion d'une exposition à Paris, au musée d'Orsay en 2005. L'étude des mouvements des fluides se poursuit toujours dans les laboratoires à l'aide de la photographie et du film.

Microscope optique, premier caryotype
Aujourd'hui, cette image est connue, elle représente un caryotype humain. C'est en 1955 que pour la première fois, on a pu voir distinctement l'ensemble des 46 chromosomes d'un individu. Cette image est maintenant devenue courante dans le cadre des diagnostics prénataux, mais on peut se demander pourquoi et comment elle a été réalisée lors de sa découverte.

Coronographe, soleil Masqué
Pour mieux voir ce qui se passe à la surface du soleil, le meilleur moyen est d'en cacher le centre ! C'est le rôle du coronographe. Les coronographes C2 et C3 LASCO du satellite SOHO nous permettent d'étudier ces éruptions solaires. Ce film explique comment ces images ont été obtenues et comment les interpréter.

IRM structurelle, le cerveau
Cette image obtenue par Résonance magnétique est une image du cerveau humain. Cette technique permet de voir les structures du cerveau en volume. Ce film est un décryptage rapide de cette image. Comment l'obtient-on, et que peut-elle nous apprendre ?

Générique
Réalisateur : COLOMBANI Hervé. Conseiller scientifique : GUYON Etienne. Production : Cité des sciences et de l'industrie/CNRS Images. Diffuseur : CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/

 

DOCUMENT            CANAL  U               LIEN


( si la vidéo n'est pas visible,inscrivez le titre dans le moteur de recherche de CANAL U )

 
 
 
 

FIBRES OPTIQUES

 

Paris, 24 octobre 2014


Un nouveau mode de diffusion de la lumière dans de minuscules fibres optiques


Des chercheurs de l'institut Femto-ST (CNRS/UFC/UTBM/ENSMM)1, en collaboration avec des collègues du Laboratoire Charles Fabry (CNRS/Institut d'Optique Graduate School) viennent de découvrir un nouveau mode de diffusion de la lumière dans de minuscules fibres optiques 50 fois plus fines qu'un cheveu ! Ce phénomène, qui varie selon l'environnement de la fibre, pourrait être exploité pour concevoir des capteurs innovants et ultra-sensibles. Ces travaux sont publiés le 24 octobre 2014 dans la revue Nature Communications.
Les microfibres optiques sont des fibres de verre effilées 50 fois plus fines qu'un cheveu, au diamètre proche voire inférieur au micromètre (un millième de millimètre). Pour produire ces minuscules objets, des chercheurs du Laboratoire Charles Fabry ont chauffé et étiré des fibres optiques utilisées pour les télécommunications et mesurant 125 micromètres de diamètre. La suite de l'étude s'est déroulée à l'institut Femto-ST, à Besançon. En injectant un faisceau laser dans ces fines mèches de verre, des chercheurs du CNRS ont observé, pour la première fois, un nouveau mode de diffusion Brillouin2 de la lumière, impliquant des ondes acoustiques3 de surface. Cette découverte a ensuite été confirmée par une simulation informatique, qui a permis de vérifier le mécanisme physique en jeu.

Comme le diamètre des fibres utilisées est inférieur à la longueur d'onde de la lumière utilisée (1,5 micromètre, dans l'infrarouge), celle-ci y est extrêmement confinée. Sur son trajet, la lumière fait vibrer de manière infime le matériau, déplaçant la matière de quelques nanomètres (ou millionièmes de millimètre). Cette déformation se manifeste par une onde acoustique qui se déplace à la surface de la fibre à 3 400 mètres par seconde, d'après les résultats des chercheurs. L'onde agit en retour sur la propagation de la lumière : une partie du rayonnement lumineux est renvoyée en sens inverse et avec une longueur d'onde différente.

Ce phénomène n'avait jamais été observé jusqu'ici, car il se produit uniquement lorsque la lumière est confinée dans une fibre plus fine que sa longueur d'onde. En effet, dans une fibre optique standard, la lumière se propage essentiellement dans le cœur de la fibre (d'un diamètre de 10 micromètres). Par conséquent, elle ne génère pas d'ondes de surface.

Comme elles se déplacent à la surface des microfibres, les ondes générées par le confinement de la lumière sont sensibles aux facteurs de l'environnement, tels que la température, la pression ou le gaz ambiant. Cela ouvre la voie à la conception de capteurs optiques4 très sensibles et très compacts pour l'industrie. Ces résultats contribuent également à approfondir nos connaissances sur les interactions fondamentales entre la lumière et le son, à l'échelle de l'infiniment petit.


DOCUMENT            CNRS              LIEN

 
 
 
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