DOCUMENT           CNRS             LIEN

Paris, 4 mars 2011
Une percée dans la conception de moteurs moléculaires
Des chercheurs du CNRS et de l'Université de Bordeaux, en collaboration avec une équipe chinoise (1), ont réalisé le premier piston moléculaire capable de s'auto-assembler. Ces recherches représentent une avancée technologique significative dans la conception de moteurs moléculaires. Un tel piston pourrait, par exemple, servir à fabriquer des muscles artificiels ou à créer des polymères à la rigidité contrôlable. Ces résultats sont publiés le 4 mars 2011 dans la revue Science.
Les organismes vivants ont largement recours à des moteurs moléculaires pour remplir certaines de leurs fonctions vitales comme stocker l'énergie, permettre le transport cellulaire ou même se propulser dans le cas des bactéries. Les agencements moléculaires de ces moteurs étant extrêmement complexes, les scientifiques cherchent à créer leurs propres versions, plus simples. Le moteur développé par l'équipe internationale emmenée par Ivan Huc (2), chercheur CNRS au sein de l'Unité « Chimie et biologie des membranes et des nanoobjets » (CNRS/Université de Bordeaux), est un « piston moléculaire ». Comme un véritable piston, il est constitué d'un axe sur lequel glisse une pièce mobile, à la différence près que l'axe et la pièce ne mesurent que quelques nanomètres de long.
Plus précisément, l'axe est formé d'une molécule longiligne, tandis que la pièce mobile est une molécule en forme d'hélice (toutes deux sont des dérivés de molécules organiques spécialement synthétisés pour l'occasion). Comment le mouvement de la molécule hélicoïdale est-il possible le long de l'axe ? C'est l'acidité du milieu dans lequel baigne le moteur moléculaire qui contrôle l'avancée de l'hélice sur l'axe : en augmentant l'acidité, on pousse l'hélice vers une extrémité de l'axe, car elle possède alors une affinité pour cette portion de la molécule filiforme ; en réduisant l'acidité, on inverse le processus et l'hélice fait machine arrière.
Ce dispositif offre un avantage essentiel par rapport aux pistons moléculaires déjà existants : l'auto-assemblage. Dans les versions précédentes, qui prennent la forme d'un anneau glissant sur une tige, la pièce mobile passe mécaniquement à travers l'axe avec une extrême difficulté. A l'inverse, le nouveau piston se construit tout seul : les chercheurs ont conçu la molécule hélicoïdale spécifiquement pour qu'elle vienne s'enrouler spontanément autour de l'axe, tout en conservant une certaine liberté de mouvement ensuite pour ses déplacements latéraux.
En permettant une fabrication à grande échelle du piston moléculaire, cette faculté d'auto-assemblage laisse espérer voir fleurir rapidement des applications. Les domaines concernés sont variés : biophysique, électronique, chimie... En greffant bout à bout plusieurs pistons, on pourrait, par exemple, réaliser une version simplifiée d'un muscle artificiel, capable de se contracter sur commande. Une surface hérissée de pistons moléculaires deviendrait, à loisir, un conducteur ou un isolant électrique. Dernière idée : on peut imaginer une version grand format de l'axe sur lequel glisseraient plusieurs hélices, ce qui fournirait un polymère à la rigidité mécanique ajustable. On le voit, les possibilités de ce nouveau piston moléculaire sont (presque) infinies.

DOCUMENT       CNRS          LIEN

Paris, 20 novembre 2008

D'où vient la masse du proton ?

A 95 % de l'énergie des quarks et des gluons, répondent les physiciens du Centre de physique théorique de Marseille (1). Menés à partir du modèle standard qui décrit les interactions entre particules élémentaires, leurs calculs prouvent que la masse du proton résulte principalement de l'énergie portée par ces tous petits "éléments" que sont les quarks et les gluons, au travers de la célèbre formule d'Einstein E=mc2. Cette prouesse confirme la validité d'une théorie pour dépeindre les interactions fortes entre particules. Publiés dans Science le 21 novembre 2008, ces travaux ont été accomplis grâce à des supercalculateurs parmi les plus puissants au monde. Ils permettent d'envisager l'arrivée d'une nouvelle théorie en physique fondamentale, au-delà du modèle actuel, avec d'éventuelles découvertes dans le domaine des interactions faibles de quarks.

Dans les noyaux des atomes, on trouve des protons et des neutrons. Ceux-ci sont eux-mêmes constitués de quarks et de gluons, sortes de petites sous-structures fondamentales. Or, la masse des gluons est nulle. Et, contrairement à ce que l'on pourrait penser, la masse des quarks qui composent un proton ne représente que 5% de la masse de ce dernier. D'où proviennent donc les 95% restants ?

Une équipe de physiciens français, allemands et hongrois vient de prouver que ces 95% résultent de l'énergie due aux mouvements des quarks et des gluons, et à leurs interactions. Une masse issue d'une énergie, c'est un résultat quelque peu déroutant, pourtant traduit par la célèbre formule d'Einstein E=mc2 énonçant l'équivalence entre masse et énergie. Jusqu'ici hypothèse, ce résultat est pour la première fois corroboré.

Les chercheurs, pilotés en France par Laurent Lellouch, directeur de recherche CNRS au Centre de physique théorique, se sont appuyés sur plus de vingt ans de recherches effectuées par des physiciens du monde entier. Partant des équations de la chromodynamique quantique (2), c'est-à-dire la théorie qui décrit les interactions fortes, ils sont parvenus à calculer la masse des protons, des neutrons et autres particules du même type (3). Résultat, les masses obtenues par le calcul sont en excellent accord avec celles mesurées expérimentalement. Les chercheurs confirment ainsi que le modèle standard est correct pour décrire l'origine de la masse de ces particules et donc celle de plus de 99% de l'univers visible, comprenant le Soleil, la Terre, nous-même et tous les objets qui nous entourent.

Pour parvenir à leurs fins, les chercheurs ont utilisé une approche où l'espace-temps est envisagé comme un réseau cristallin à quatre dimensions, composé de sites espacés le long de rangées et de colonnes. Leur principal défi était d'arriver à une solution qui corresponde à notre espace-temps continu, tout en contrôlant toutes les sources d'incertitudes liées aux calculs sur réseau. Sur le plan pratique, ce travail marque l'arrivée à maturité de méthodes numériques pertinentes pour l'étude des interactions fortes. Il devrait jouer un rôle fondamental dans la nouvelle ère de la physique qui s'ouvre avec le Large Hadron Collider. En effet, contrôler le modèle des interactions fortes pourrait permettre de mettre en évidence de nouveaux effets liés aux interactions faibles de quarks qui sont masqués par les interactions fortes.

Ce calcul s'avère l'un des plus importants calculs numériques effectués à ce jour. Une véritable performance qui a requis les ressources des supercalculateurs Blue Gene de l'Institut du développement et des ressources en informatique scientifique (IDRIS) du CNRS et du Forschungszentrum Jülich, mais également des fermes de calcul de l'Université de Wuppertal et du Centre de physique théorique de Marseille.

Paris, 12 Juillet 2011

Il apprend en temps réel
Un robot humanoïde français obtient la 4ème place dans le défi « Open Challenge » de la compétition internationale "Robocup@home" à Istanbul.

Grâce aux performances de son robot humanoïde, Nao(1), une équipe française de chercheurs a obtenu la 4ème place sur 19 équipes internationales dans le défi « Open Challenge » de Robocup@home. Ce challenge est l'un des nombreux défis de la compétition internationale de robotique « Robocup » qui avait lieu du 5 au 11 juillet 2011 à Istanbul. Le secret de ce succès est le système cognitif du robot développé par l'équipe Inserm dirigée par Peter Ford Dominey, chercheur au CNRS dans l'Unité Inserm 846 « Institut Cellule souche et cerveau ».
L'objectif de la compétition de robotique « Robocup » est de créer une équipe de football robotisée capable de battre une équipe de football humaine d'ici 2050. En plus de la RoboCupSoccer, d'autres compétitions étaient organisées cette année à Istanbul : la RoboCupRescue, la RoboCupJunior et la RoboCup@Home(2). Cette dernière est consacrée aux robots domestiques capables d'effectuer des tâches ménagères. Une aubaine pour l'équipe de recherche de l'Inserm-CNRS qui a pu participer à la compétition et tester ses derniers développements dans le cerveau de leur robot humanoïde.

Nettoyer une chambre à coucher, faire la vaisselle, le ménage…Tout ceci sera peut-être bientôt à portée de main des robots ...Il suffira juste de leur apprendre. Le système cognitif développé par l'équipe Inserm de Peter Ford Dominey, chercheur au CNRS, permet ainsi à leur robot de comprendre un être humain par une simple discussion et d'apprendre de nouvelles tâches. Grâce à son échange avec l'homme, le robot apprend comment effectuer différentes actions utilisant la vision, la langue et la démonstration physique.

DOCUMENT               CNRS                LIEN

Paris, 19 juillet 2007

Mise en forme d'un matériau moléculaire intelligent pour le stockage de l'information
Une avancée importante vient d'être réalisée dans le domaine des nanotechnologies et des matériaux intelligents. Des chercheurs de deux laboratoires du CNRS à Toulouse (LCC - Laboratoire de chimie de coordination et LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes) ont réussi à fabriquer un réseau de plots nanométriques aux propriétés uniques : ces plots réagissent à des changements de température, de pression, de champ magnétique ou de composition chimique du milieu environnant en subissant une modification de leurs propriétés électroniques (transition de spin). Ces deux états électroniques, état ON (haut spin) et état OFF (bas spin), sont stables à température ambiante. La transition de l'un vers l'autre est réversible. Cette avancée scientifique permet d'envisager le développement de mémoires d'ordinateur de très haute densité et de capteurs chimiques de taille nanométrique. Elle ouvre aussi de grandes perspectives dans le domaine de l'optique et le traitement de l'information.
En utilisant une technique d'assemblage séquentiel (récemment brevetée1 par l'équipe d'Azzedine Bousseksou du LCC2 et de Chistophe Vieu du LAAS) et une technique de lithographie électronique, les chercheurs toulousains sont parvenus à mettre sous forme de plots nanométriques (nommés 'DOTS' dans l'appellation anglaise) un matériau à transition de spin. Ainsi, un réseau de plots de 30 nm de diamètre, espacés régulièrement de 200 nm a été réalisé (voir figures ci-dessous). Ces plots passent de l'état ''bas spin'' de couleur rouge à l'état ''haut spin'' de couleur jaune, soit par un léger chauffage, soit par un éclairement pulsé avec un laser vert, avec des impulsions de l'ordre de la nano-seconde. Certaines substances chimiques ainsi que des variations de champ magnétique ou de pression appliquée sont aussi capables de provoquer cette transition entre les deux états électroniques. Point important en vue des applications potentielles : la transition de spin a lieu à température ambiante.
 
Ces travaux sont un pas de plus vers l'ordinateur moléculaire et les composants nanoélectroniques. En effet, la bistabilité de ces nanostructures dans l'état haut spin (ON) et bas spin (OFF) permet d'envisager de stocker de l'information binaire dans des structures de dimensions moléculaires. Ainsi, un bit d'information serait stocké dans une structure de 30 nm voire plus petite encore. Ceci représente une alternative potentielle pour déplacer les limites (autour de 70 nm) de miniaturisation des composants électroniques conventionnels.
 
Mais ce n'est pas la seule application qu'envisagent les chercheurs. La réactivité de ces nanomatériaux à des substances chimiques permettrait d'en faire des capteurs de taille nanométrique extrêmement performants. De même, leur sensibilité aux variations de pression appliquée, de température ou de champ magnétique leur ouvre des perspectives dans l'industrie des instruments de mesure. Les propriétés optiques de ce matériau sont tout aussi intéressantes. En effet, un verre recouvert de ces plots nanométriques pourrait être le composant actif de base de filtres optiques aux caractéristiques modulables à volonté. Cette mise en forme originale d'un matériau susceptible de stocker une information binaire à température ambiante est une étape indispensable vers de nouvelles mémoires moléculaires.

DOCUMENT             CNRS                LIEN