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Les 90 ans du mot astronautique

En 1927, le mot « astronautique » apparaît pour la première fois dans un bulletin officiel de la Société Astronomique de France, sous la plume de l'ingénieur en aéronautique Esnault-Pelterie  ; dans sa brochure, il tente d'accréditer cette nouvelle science considérée ...

Le canal à houle

(C) Marlene Thyssen. CC Bys 4.0

L’impact du changement climatique sur le littoral

Selon un dernier rapport du GIEC, les océans se seraient élevés de plus de 20 cm depuis la fin du XIXe siècle, et cette élévation pourrait atteindre 1 mètre d'ici ...

La stabilité du collagène

(C) Iramis - CEA. La spectrométrie de masse permet de sonder la stabilité de modèles de la triple hélice de collagène après irradiation.

Le collagène

Les propriétés mécaniques des tissus humains tels la peau, les ongles ...

Diatomées marines et climatologie

Diatomées pennées. Auteur : UBO

La pompe biologique de carbone
Les océans, qui contiennent 65 fois plus de dioxyde de carbone (CO2) que l’atmosphère, jouent un rôle crucial dans la régulation du climat. Ils sont en effet capables d’échanger ...

Emilie du Châtelet (1706-1749)

Longtemps ignorée, Emilie du Châtelet incarne désormais la femme des Lumières par excellence. Il aura fallu attendre le XXe siècle et un regain d'intérêt pour l'Histoire féminine pour que d'aucuns s'intéressent à la première femme authentiquement scientifique. ...

De la lumière superfluide

C'est la récente prouesse d'une équipe italo-canadienne réunissant l'Ecole Polytechnique de Montréal et le CNR Nanotec de Lecce : produire une lumière capable de s'écouler comme un liquide "parfait", entourant le moindre obstacle sans jamais s'évanouir. ...

Clichés d'astéroïdes

(C) ESO/Vernazza et al. Dans le sens des aiguilles d’une montre en partant du haut à gauche, les astéroïdes Amphitrite, Bamberga, Pallas et Julie.

Les observations

L'instrument SPHERE (Spectro-Polarimètre à Haut contraste dédié ...

Des signaux électriques chez les bactéries

(C) By Lamiot - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20798283

Depuis la fin des années 1970, les microbiologistes savent que, chez de nombreux microorganismes, la vie communautaire passe par la production d’une matrice adhésive extracellulaire constituée de polymères qu’ils excrètent. Ce tapis appelé biofilm sur lequel ils se développent et qui les lie, joue notamment le rôle d’un support permettant la communication entre les cellules. Si, par exemple, la nourriture vient à manquer à des bactéries situées au centre d’une colonie, celles à la périphérie arrêtent la production du biofilm, si bien que la colonie cesse de croître. Jusqu’à récemment, on pensait que c’est grâce des molécules excrétées au centre et migrant par diffusion vers l’extérieur que les cellules périphériques sont averties. Mais grâce à des expériences menées à l’Université de San Diego en Californie, il apparaît qu’il s’agit en fait de signaux électriques, lesquels se révèlent beaucoup plus efficaces pour la communication que les messages chimiques. Il a été démontré que le manque de nourriture provoque l'expulsion d’ions potassium (K+) hors des bactéries. Ces ions déclenchent à leur tour l’émission de K+ par d’autres bactéries et ainsi de suite. Ainsi, c’est une onde de « libération de K+ » qui se propage de proche en proche, à quelques millimètres par heure, et parvient aux cellules à la périphérie de la colonie, lesquelles cessent alors la production de biofilm. Les chercheurs ont ensuite montré que le nuage d’ions K+ qui poursuit son chemin hors du biofilm permet de recruter des bactéries libres qui viennent alors se joindre à la colonie. Chose extraordinaire, cela attire non seulement les bactéries de la même espèce mais aussi d’autres bactéries ! Par ailleurs, ces mêmes ions K+ permettent à deux biofilms de communiquer. Ainsi, sous certaines conditions, les colonies se synchronisent : pendant que l’une se nourrit, l’autre marque une pause et inversement, ce qui leur permet de gérer la nourriture de façon optimale. Cette grande découverte, à savoir la communication électrique entre les bactéries, soulève une question intéressante : sachant que les signaux électriques le long des neurones se propagent grâce à la sortie d’ions K+, cette communication électrique bactérienne serait-elle l’ancêtre du neurone ?

Publié le 28/11/2017

En savoir plus

https://www.scientificamerican.com/article/bacteria-use-brainlike-bursts-of-electricity-to-communicate/

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Propriétés du graphène
Les qualités électroniques et mécaniques du graphène ouvrent des pistes technologiques dans les domaines de l'électronique, de l'énergie, de la santé et des matériaux.

Publié le 31 mars 2017

Le graphène est un matériau en deux dimensions, un cristal constitué d’atomes de carbone agencés en hexagones. Dans la nature, l'empilement de couches de graphène forme le graphite, que l'on rencontre couramment dans les crayons. Enroulé sur lui-même, il forme les nanotubes. Flexible, léger, ultrarésistant, transparent, excellent conducteur, imperméable à de nombreux gaz, le graphène a des qualités électroniques et mécaniques qui lui ouvrent de nombreuses pistes dans les domaines des nanotechnologies et des sciences des matériaux.

Pour l'instant, sa structure peu modulable limite ses applications et ses performances et sa production reste très problématique et onéreuse. Le principal obstacle à franchir est donc la synthèse de la molécule de graphène elle-même, selon des procédés rentables. Des recherche cherchent à mettre en point des analogues organiques du graphène, avec les mêmes propriétés, mais plus faciles à produire. Pour une étude publiée dans Nature Chemistry, la méthode de synthèse mise au point devrait permettre la conception d’autres analogues organiques du graphène, ce qui constitue un enjeu majeur en chimie des matériaux.

Le graphène et l'électronique

Le graphène n'est ni un métal ni un semi-conducteur, ce qui laisse la possibilité de lui conférer différentes propriétés. Par exemple, obtenir une surface transparente, flexible et conductrice. Cela ouvre ouvre la voie à l’électronique souple, aussi bien pour les écrans des téléphones portables et des tablettes que pour le secteur textile. Grâce à la mobilité des électrons dans le graphène, qui se propagent cent fois plus rapidement que dans le silicium, ce matériau conducteur peut révolutionner le domaine de l'électronique rapide. Pour des systèmes de détection, par exemple ceux des pare-chocs dédiés au respect automatique des distances de sécurité, ou pour des applications sans fil telles que les télécommunications à haut débit, les communications par satellite, les radars et la photodétection en astrophysique.

Il est possible aussi de créer des dispositifs hybrides, associant par exemple étain et graphène, qui peuvent devenir supraconducteurs à partir de l'application d'une tension électrique. Avec cette nouvelle propriété, le courant se déplace sans perte, ce qui pourra servir notamment à la conception des ordinateurs quantiques, importante avancée attendue dans le domaine du traitement de l'information.

Le graphène et l'énergie

Sous sa forme de minces feuillets, le graphène sert au développement du photovoltaïque. Grâce à sa transparence, sa flexibilité et son excellente conductivité, le graphène peut remplacer dans la fabrication des électrodes des cellules solaires, l’actuel oxyde d’indium-étain, un matériau rare et toxique.

De même, ses propriétés électriques pourraient lui permettre de remplacer le carbone dans les batteries lithium-ion, qui alimentent la plupart de nos appareils électroniques. Enrichies en graphène, la conductivité des électrodes est améliorée, en plus d'augmenter la quantité d'énergie maximale emmagasinée et la durée de vie de la batterie.

Les supercondensateurs, de leur côté, pourraient recharger un téléphone portable en quelques secondes. Les surfaces poreuses des électrodes étant actuellement composées de charbon en poudre, les réaliser avec des nanofeuillets de graphène permettrait d’obtenir une plus grande capacité de stockage des ions. À plus long terme, l'hydrogène des piles à combustible pourrait être emmagasiné dans les feuillets de carbone du graphène plutôt que dans des bonbonnes sous pression. Cela permettrait d'atteindre un meilleur rendement, d'améliorer sans doute la sécurité et de diminuer le coût.

Le graphène et la santé

Avec sa large surface de contact, le graphène est très efficace pour détecter la présence des gaz. Associée à sa conductivité électrique, cette propriété permettrait de détecter une seule molécule de gaz parmi un milliard d’autres, avec l'avantage pour les capteurs de fonctionner à température ambiante. La détection sensible de la pollution sera utile pour sa santé des villes et des campagnes, en aéronautique et en médecine.

Grâce à sa propriété encore mal comprise de s'accumuler dans les tumeurs, le graphène pourrait être utilisé pour cibler les cellules cancéreuses. Soit pour les rendre visible par imagerie photoacoustique en liant les particules de graphène à de l'or, soit pour détruire spécifiquement les cellules malades en chauffant les particules de graphène. En plus de diagnostiquer et traiter les cancers, le matériau pourrait aider à l'ingénierie tissulaire, en accélérant la différenciation de cellules souches en cellules spécialisées.

Le graphène pourrait aussi révolutionner le domaine la désalinisation de l’eau de mer, en permettant à l'eau de mer de passer à travers une membrane extrêmement fine.

Le graphène et les matériaux

Deux cents fois plus résistant que l’acier mais six fois plus léger, et encore plus lorsqu'il fait partie de matériaux composites, le graphène pourrait se substituer à certains métaux. Par exemple, pour la construction d’avions plus légers donc moins coûteux et moins gourmands en énergie. En outre, de tels composites permettent de mieux évacuer le courant, ce qui évite d'ajouter une protection métallique supplémentaire pour évacuer la foudre. Là encore, gain de poids donc moins d'énergie consommée.

En savoir plus

Le graphène superstar, CNRS Le Journal (4 épisodes)

Les prouesses de l'électronique flexible, Sciences et Avenir

Des polymères organiques pour remplacer le graphène, Pour la Science

Arthur Jeannot
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