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Des métamatériaux aux propriétés étonnantes

(C) Tobias Frenzel

Les métamatériaux constituent un champ de recherche actif, en particulier dans les domaines de l'électromagnétisme et de la mécanique. L'objectif est de conférer à des matériaux des propriétés particulières, en particulier en ce qui concerne leur interaction avec des ondes électromagnétiques ou mécaniques (absorption, réflexion, etc.). La méthode utilisée consiste à concevoir et réaliser des matériaux ayant des structures qui leur confèrent ces propriétés, notamment l'invisibilité ! Ces structures sont généralement constitués par la répétition périodique de motifs de dimension inférieure à la longueur d’onde caractéristique du phénomène à contrôler (de la dizaine de nanomètres à plusieurs mètres selon le domaine considéré).

Un enseignant-chercheur de l'Université Bourgogne Franche-Comté au sein du l’institut FEMTO-ST, Muamer Kadic en collaboration avec des partenaires du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ont ainsi obtenu un métamatériau doté d'une propriété mécanique étonnante. Cet assemblage synthétique réagit à une pression qui lui est imposée par un mouvement de torsion. Une réponse impossible dans un matériau continu naturel. La recette appliquée par Muamer Kadic et ses collègues : des motifs chiraux, c'est-à-dire non superposables à leur image dans un miroir, comme l'est la main (chiros, en grec), et une fabrication par impression laser 3D de précision micrométrique.

S’ajoutent à cette nouvelle propriété mécanique d’autres fonctionnalités propres à ce métamatériau telles que l’allégement structurel et l’accroissement de rigidité. Protéger des objets d’ondes mécaniques indésirables pourrait en être une application potentielle. 
Publié le 16 mars 2018

Source 
http://www.femto-st.fr/fr/L-institut/Actualite/?eid=395&y=2018

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Rouge-gorge et physique quantique
Le sens de l'orientation des rouge-gorges et le spin électronique

L'origine de l'exceptionnel sens de l'orientation de certain animaux, notamment les oiseaux migrateurs, fait de longue date l'objet de recherches scientifiques. La sensibilité au champ magnétique dont ils seraient dotés semble jouer un rôle crucial. Une piste d'explication trouvée récemment de cette magnétosensibilité fait appel à la physique quantique.

Physico-chimie de la détection

Le mécanisme repose sur la sensibilité de certaines réactions chimiques au champ magnétique, en particulier celles qui mettent en jeu des « paires de radicaux libres » (atomes, molécules ou ions possédant un électron non apparié à un autre). De manière générale, les radicaux libres cherchent à apparier leur électron célibataire, si bien qu’ils sont très réactifs. Une fois appariés, les deux électrons possèdent des spins en sens opposés, conférant à la molécule - mettons AB - un spin total nul.

Pour comprendre la magnétosensibilité, imaginons la molécule AB dans l’organe spécialisé de l’animal. Sous l’action d’un photon ayant l'énergie adéquate E, AB se scinde en deux, donnant A et B ou A et B (les flèches représentent les spins). En absence de champ magnétique externe, A et B se recombinent aussitôt, libérant un photon d’énergie E. Cependant, en présence d’un champ externe, il se peut que les deux radicaux libres se retrouvent dans l’état A et B ou A et B. Dans ce cas, ils ne pourront pas se recombiner en AB car leurs spins sont dans le même sens. Comme ils sont très réactifs, ils réagiront donc avec d’autres atomes C et D ayant les spins adaptés. Le bilan est, qu’en présence d’un champ magnétique et de photons d’énergie E, la concentration des molécules AB diminue, tandis que celles de AC et BD augmentent. Cela constitue pour l’animal le signal de détection d’un champ magnétique. Cependant, bien que ce mécanisme permette de détecter le champ, il n’en indique pas le sens.

Voir le champ magnétique

Les recherches récentes montrent que chez le rouge-gorge, c’est sous l’action de la composante bleue de la lumière solaire qui pénètre dans les yeux de l’animal que la paire radicalaire est créée. La molécule à l’origine de la paire radicalaire, appelée « cryptochrome », se trouve dans la rétine de l’oiseau. Elle a également été trouvée dans les yeux d’autres espèces connues pour leur magnétosensibilité : cafards américains, drosophiles, papillons Monarque… et même chez l’homme. Il est fort possible que les rouges-gorges traduisent l’intensité du champ magnétique sous forme visuelle, par exemple à travers un paysage perçu plus ou moins clair en fonction du champ. Ils seraient ainsi en mesure de « voir » le champ magnétique. La molécule de cryptochrome est une très grosse protéine. Les réactions en jeu en son sein sont extrêmement complexes et imparfaitement élucidées.
Publié le 30/04/2018

Pour en savoir plus :

Kamil Fadel
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