Des nano-composites hybrides organiques/inorganiques pour le transport de l'information

Le développement actuel de nos sociétés repose sur leur capacité à transmettre toujours plus vite de plus en plus d'informations. Ceci génère une forte demande de systèmes de transmission novateurs, performants, robustes, bons marchés et durables.
Dans les technologies des communications optiques -en particulier pour la bande C télécom- on utilise de la lumière infrarouge car elle se situe dans une zone de faible absorption des fibres optiques (0.2 dB/km). La source lumineuse constitue alors l'un des éléments clés de la chaîne de transmission d’informations. Sa réalisation, à partir de matériaux hybrides organiques-inorganiques, permet de bénéficier en même temps de la stabilité et de la robustesse des luminophores inorganiques, ainsi que de toutes les techniques de mise en forme « souples » des matériaux organiques. Cette nouvelle génération de matériaux offre donc de nouvelles perspectives pour l'élaboration de sources lumineuses sous différentes formes, à bas coût financier et environnemental.

Des chercheurs de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (CNRS / Université de Rennes 1)  et du Centre de Recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique de Caen (CNRS / CEA) viennent de synthétiser des nanocomposites (polymères, cristaux liquides) dans lesquels la luminescence(*) d'ions terres rares est exacerbée grâce à la présence de clusters de métaux de transition. On parle alors de sensibilisation de la terre rare par le cluster. En développant une approche innovante, les chercheurs sont parvenus à exalter la capacité d'absorption optique d’ions erbium afin d’augmenter leur émission dans l’infra-rouge, grâce à des clusters octaédriques de molybdène, dans une matrice de polymère (Figure). Une collaboration fructueuse entre chimistes et physiciens pour répondre aux défis émergents des nouveaux modes de communication en proposant des sources lumineuses toujours plus performantes.

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Horloges optique à réseau : vers une redéfinition de la seconde ?

La définition de l’unité fondamentale de temps, la seconde, basée depuis 1967 sur la période d’oscillation de l’atome de césium, pourrait bientôt évoluer : des chercheurs de l’équipe " Fréquences Optiques" du laboratoire Systèmes de référence temps-espace - SYRTE de l’Observatoire de Paris (Observatoire de Paris/CNRS/LNE /UPMC) ont démontré que leurs deux horloges optiques à atomes neutres sont en accord à un niveau surpassant la précision de la définition actuelle de la seconde.

Les unités de mesure fondamentales, telles que le mètre, l’ampère ou la seconde, permettent de mesurer toute quantité physique. La précision avec laquelle elles sont définies est l’enjeu de nombreux travaux scientifiques, et a mené à d’importantes innovations technologiques. Les horloges embarquées dans les satellites des systèmes de positionnement, comme GPS ou Galileo, permettent ainsi de trouver la localisation d’un point sur terre avec une précision centimétrique.

Depuis 1967, la seconde est définie à partir de la fréquence de résonance d’une transition énergétique micro-onde très stable de l’atome de césium (9,2 GHz). Un nouveau champ de recherche, qui s’est développé depuis 10 ans, consiste à confiner des atomes dans un piège de lumière, dit « réseau optique », et à étudier leur transition à des fréquences beaucoup plus élevées, dans le domaine optique (1015 Hz). L’équipe de Jérôme Lodewyck et Rodolphe Le Targat, du laboratoire Systèmes de référence temps-espace - SYRTE (Observatoire de Paris/CNRS/LNE /UPMC), a construit deux horloges à réseau optiques fonctionnant avec des atomes de strontium. Ils ont démontré d’une part que ces horloges avaient une connexion très stable avec les trois étalons primaires au césium de l’Observatoire, et d’autre part que ces deux dispositifs étaient en accord au niveau de 16 chiffres significatifs, soit un niveau surpassant la définition actuelle de la seconde.

Dernière génération d’horloge optique au strontium mise au point au SYRTE
Cette première mondiale est une étape très importante en direction d’une possible redéfinition de la seconde. Ces recherches s’inscrivent dans un contexte international très compétitif, dans lequel plusieurs horloges optiques, à atomes neutres ou à ions uniques, ont progressé de façon spectaculaire et apparaissent ainsi comme des candidats très sérieux. La précision sans cesse accrue de ces dispositifs ouvrent des perspectives extraordinaires, notamment en physique fondamentale (tests de relativité générale) et en sciences de la Terre (géodésie relativiste). Les horloges à réseau optiques du SYRTE vont bientôt être comparées à celles d’autres laboratoires européens par le biais d’un réseau de fibres optiques. Elles seront également au cœur des comparaisons avec l’horloge de la mission spatiale PHARAO-ACES supervisée par le CNES et l’ESA, qui sera placée dans la station spatiale internationale début 2016, et dont les retombées seront importantes tant sur le plan des résultats qu’en termes de promotion des sciences auprès du grand public.

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Comment s’assemble la coque d’un norovirus ?
2 septembre 2013

LPS - UMR 8502 , Diffraction , nanoparticule , virus , assemblage , biophysique
Des physiciens ont reconstitué les étapes et la cinétique de l’édification d’une coque de norovirus par autoassemblage de 180 exemplaires d’une même protéine.

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Les virus les plus simples sont constitués d’une coque de protéines encapsulant le code génétique du virus. La capside d’un norovirus, première cause de gastroentérite d’origine non bactérienne, a un diamètre de 40 nm, et est constituée de 180 copies d’une même protéine. In vitro, ces protéines s’auto-assemblent réversiblement en l’absence de génome et de tout autre composant cellulaire, par le seul jeu du pH et de la force ionique. En collaboration avec des biologistes du Laboratoire de virologie moléculaire et structurale à Gif-sur-Yvette, des physiciens du Laboratoire de Physique des Solides - LPS (CNRS / Univ. Paris-Sud) ont étudié l’autoassemblage d’une capside de norovirus par diffusion résolue en temps des rayons X aux petits angles, en utilisant les sources de lumière synchrotron de l’ESRF et de SOLEIL. Ces mesures leur ont permis de reconstruire pour la première fois la structure d’une espèce intermédiaire qui joue un rôle pivot dans le processus d’assemblage. Ce travail est publié dans le Journal of the American Chemical Society.
Les chercheurs ont tout d’abord réalisé une solution de dimères, c’est-à-dire d’assemblages de deux protéines, en dissociant pendant une nuit des coques de virus en milieu basique. Puis grâce à une solution tampon d’acide faible, ils ont provoqué l’autoassemblage de ces éléments et ont suivi en direct cet assemblage en plaçant la solution dans un dispositif d’analyse de la diffusion des rayons X aux petits angles. Pour déterminer la cinétique de cet autoassemblage, les physiciens ont analysé les mesures à plusieurs échelles de temps, de la milliseconde à l’heure. Ils ont mis en évidence les processus suivants :
    •    les protéines initialement sous forme de dimères se combinent en quelques dizaines de secondes pour produire un intermédiaire de dix ou onze dimères, vraisemblablement constitué de deux pentamères de dimères liés par un dimère interstitiel.
    •    du fait d’une forte coopérativité, ces intermédiaires s’associent à leur tour pour aboutir à une capside icosaédrique en plusieurs dizaines de minutes.
    •    la dissymétrie des temps caractéristiques et la forme particulière des intermédiaires qui s’encastrent conféreraient une robustesse accrue du système à l’égard des pièges cinétiques et des erreurs d’assemblage.
Ce travail ouvre de nouvelles perspectives d’une part pour le développement de traitements antiviraux et d’autre part pour le développement de médicaments nanoencapsulés.

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LES ONDELETTES ET LA RÉVOLUTION NUMÉRIQUE

"La "" révolution numérique "" change profondément notre vie, puisqu'elle modifie notre relation au monde et notre relation aux autres. Elle comprend le téléphone digital, le fax et la télévision numérique (qui sont déjà en oeuvre) mais s'inscrit aussi dans le programme beaucoup plus ambitieux de la réalité virtuelle, monde dans lequel nous pourrons entrer, nous mouvoir, mais que nous pourrons aussi transformer et modifier à notre guise. L'interactivité est l'une des conséquences de la révolution numérique. La révolution numérique a également révolutionné l'imagerie médicale, le scanner, la RMN etc. puisque toutes ces images sont aujourd'hui élaborées a l'aide de calculs mathématiques. Dans mon exposé, je commencerai par décrire l'histoire, peu connue, des débuts de la révolution numérique. Les pionniers furent des physiciens et des mathématiciens comme Léon Brillouin, Dennis Gabor John von Neumann, Claude Shannon et Norbert Wiener et leurs résultats conduisirent à la construction des premiers ordinateurs. Ensuite je montrerai que l'analyse par ondelettes est directement issue des préoccupations de ces pionniers et c'est ainsi qu'elle sera introduite. Nous décrirons les succès des ondelettes et indiquerons leurs limites dans le cadre du traitement du signal et de l'image. L'exposé se terminera par l'analyse de certaines images fournies par Hubble (explosion de la Supernova S1987A)."

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