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Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » ...

Anomalie de dilatation thermique

By Simon Mer - Own work, CC BY-SA 4.0
Généralement, les matériaux se dilatent lorsqu’ils sont chauffés. La raison en est qu’une élévation de température correspond à une augmentation de l’agitation des atomes, or cette agitation n’est pas symétrique. ...

Nucléosythèse et étoiles à neutrons

(C) NASA - Nébuleuse du Crabe, marquée par la présence d'une étoile à neutron
Mis à part quelques éléments légers comme l’hydrogène, l’hélium, le lithium… produits peu après le big bang, tous les noyaux atomiques naturels ...

Des réfrigérateurs à torsion

Impératifs environnementaux

Près de 20% de l’énergie électrique produite dans le monde est consommée par les climatiseurs, réfrigérateurs et congélateurs. De plus, ces machines frigorifiques utilisent des fluides frigorigènes dont la plupart sont des gaz ...

Les batteries au lithium pour un Nobel

De la petite électronique à la voiture électrique, la pile lithium-ion - non rechargeable - et surtout l'accumulateur - rechargeable - ont envahi notre quotidien. Sans cette technologie lithium-ion, téléphones mobiles, tablettes et autres appareils nomades n’existeraient pas ou seraient ...

Du champagne supersonique

Physique du bouchon de champagne

Tout le monde le sait, lorsqu’une bouteille de champagne est débouchée, le bouchon est souvent violemment propulsé… ce qui peut être dangereux s’il percute l’œil. La raison pour laquelle le bouchon saute à environ 50 km/h vient ...

Le matériau le plus noir du monde

Si vous pensiez qu’obtenir un noir intense était chose facile, vous vous trompiez. Depuis de nombreuses années, artistes et scientifiques cherchent la formule du véritable noir, ou du moins à s'en approcher. Par noir véritable, entendez une surface qui ne renverrait aucun rayon lumineux. Actuellement, ...

Organes sur puce, vers un futur bionique ?

Imaginez une puce tenant dans la main qui renfermerait un micro-poumon ? Science fiction ? Fantasme de savant fou ? Absolument pas, il s'agit de choses bien réelles et déjà brevetées ! Apparus courant 2010, les organes sur puce visent à reproduire le fonctionnement de certains organes dans des conditions expérimentales choisies.

Des débuts prometteurs

C'est une équipe de Boston, qui la première a mis au point le premier véritable organe sur puce. Il s'agissait d'un dispositif faisant intervenir la technologie microfluidique. « Visuellement, les organes sur puce ressemblent à des dominos » explique Xavier Gidrol, chef de service au CEA-Irig de Grenoble. Domino dans lequel des micro-canaux transportant de l'air et du liquide proche du sang sont séparés par une couche de cellule endothéliale et épithéliale pulmonaire, mimant la paroi alvéolaire d'un poumon. Cette paroi, et c'est la vraie révolution qu'a apportée l'équipe bostonienne, peut s'étirer en rythme, comme lors de la respiration. Ainsi, ce dispositif permet de mimer à la perfection la fonction de l'organe pulmonaire.

Depuis le premier "poumon sur puce", de nombreux chercheurs se sont penchés sur le sujet, recréant les fonctions de nombreux organes sur des puces en polydiméthylsiloxane (un polymère). À la différence des organoïdes (mini-organes produits à partir de cellules souches), les organes sur puce miment la fonction d'un organe tandis que les autres ont pour vocation de répliquer les organes. Les deux technologies peuvent sembler proches, mais n'impliquent pas les mêmes techniques. Les organoïdes sont cultivés en milieu de culture à partir de cellules souches pluripotentes. Ces cellules se différencient progressivement et s'organisent selon les lois qui les régissent pour former des mini-organes. Dans le cas des organoïdes il s'agit d'auto-organisation tandis que pour les organes sur puce le développement est contrôlé et chaque cellule est placée sciemment.

Une révolution pour l'industrie pharmaceutique

La première application des organes sur puce se situe dans la recherche pharmacologique. Cette technologie pourrait permettre à long terme de se passer des essais réalisés sur les animaux. En plus de l'aspect éthique, l'expérimentation animale possède de nombreuses limites. "Cela fait des années que nous savons soigner le cancer chez la souris alors que nous tâtonnons encore pour l'homme", souligne Mr Gidrol. En effet, l'action d'un médicament peut être très différente lorsqu'on l'administre à une souris ou à un homme. Avec les puces, les cellules utilisées sont d'origine humaine, l'effet des médicaments est donc beaucoup mieux évalué. Par exemple, pour tester l'effet d'un traitement de la mucoviscidose, il suffirait de prendre les cellules pulmonaires d'un patient et de recréer le poumon malade sur puce, puis de tester la substance médicamenteuse. Sur le long terme, les traitements pourraient être personnalisés grâce à cette technique.

Depuis ces premiers pas, l'organe sur puce a beaucoup évolué et les financements suivent cette évolution, ce qui permet à de nombreuses équipes de recherche dans le monde de se concentrer sur la question.

Une technique pleine d'avenir :

Dans le domaine, deux nouveaux axes de recherche sont apparus. L'un représenté par les équipes du CEA de Grenoble, qui cherchent à développer des organoïdes sur puces et l'autre par certains chercheurs aux États-Unis qui essayent de connecter plusieurs organes sur puce entre eux, afin d'obtenir un « corps entier » sur puce (Body on a chip). Le but étant pour les deux axes de se rapprocher le plus possible d'une copie réaliste d'organes. « Le Graal serait de se rapprocher le plus possible du vivant, pour avoir l'organe sur la paillasse » indique Xavier Gidrol, qui travaille sur un organoïde de foie et plus précisément sur des îlots de Langerhans sur puce. À l'avenir, cela permettrait de mieux comprendre le fonctionnement et le développement des organes.

À l'avenir, cette technologie pourrait révolutionner la médecine régénératrice, en greffant des organoïdes à des patients en attente d'une greffe (cela ne remplacerait pas la greffe). Par exemple des personnes atteintes d'un diabète de type I pourraient se voir greffer des îlot de Langerhans élevés sur puce, produisant de l'insuline normalement. Le but serait de restaurer la fonction de l'organe en attendant la greffe d'un organe fonctionnel.

 

Pour en savoir plus :

Article de science et vie : https://www.sciencesetavenir.fr/sante/e-sante/organes-artificiels-ces-puces-qui-miment-le-vivant_92753

Les défi du CEA, dossier : http://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/les-defis-du-cea/les-defis-du-CEA-238.pdf

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Révolution hydrogène
Dans le contexte de la transition énergétique, l'hydrogène fait figure selon certains de vecteur énergétique.

L'hydrogène carburant :

L'hydrogène (ou dihydrogène - H2) est considéré comme étant un carburant propre puisque sa combustion n'émet ni CO2 ni particules fines, mais uniquement de la vapeur d'eau. Ses utilisations sont multiples: il peut être utilisé comme carburant dans des moteurs thermiques ou produire de l'énergie électrique dans une pile à combustible. Les émissions n'étant que de la vapeur d'eau, contrairement aux véhicules qui fonctionnent aux hydrocarbures, l'hydrogène est particulièrement adapté aux véhicules citadins pour satisfaire à des réglementations de plus en plus exigeantes.

Sur Terre, l'hydrogène pur est peu présent à l'état naturel, c'est pourquoi il est produit industriellement à partir d'énergies fossiles ce qui lui confère une empreinte carbone et participe au réchauffement climatique. Mais l'empreinte carbone de l'hydrogène peut être réduite étant donné qu'il peut également être produit par électrolyse de l'eau, l'électricité étant issue de sources d'énergie décarbonées (hydroélectrique, photovoltaïque voire nucléaire).

Les motorisations des véhicules fonctionnant à l'hydrogène sont de trois types :

  • électrique : une « pile à combustible » produit de l'énergie électrique, qui alimente un moteur électrique ; ce dernier fournit l'énergie mécanique nécessaire à la propulsion du véhicule ;
  • un moteur thermique classique ;
  • un système hybride qui associe un moteur thermique et un moteur électrique alimenté par une pile à combustible.


Défis techniques :

Stocker de l'hydrogène n'est pas simple, mais pas impossible non plus, et les technologies liées au stockage sont en constante évolution. Il existe plusieurs manières de stocker l'hydrogène :

  • Le stockage à haute pression sous forme gazeuse : partant d'un principe élémentaire de la physique, pour que le volume d'un gaz diminue, à température constante, il faut augmenter sa pression.

  • Le stockage sous forme liquide : afin de pouvoir stocker un maximum d’hydrogène dans un volume réduit il faut transformer l’hydrogène gazeux en hydrogène liquide en le refroidissant à très basse température. L'hydrogène se liquéfie lorsqu’il atteint une température inférieure à -252,87°C. Cependant, cette forme de stockage est pour l’instant réservée à des applications très spécifiques comme la propulsion spatiale.

  • Le stockage sous forme solide : les techniques de stockage de l'hydrogène sous forme solide mettent en jeu des mécanismes d’adsorption/désorption de l’hydrogène par un matériau. Certains métaux purs ou certains composés intermétalliques sont connus pour leurs capacités à adsorber de l'hydrogène de façon réversible.

Le transport de l'hydrogène est lié à la forme sous laquelle il se trouve. Qu'il soit gazeux, liquide ou solide, l'hydrogène peut être transporté de différentes manières :

  • Par canalisation: l'hydrogène peut être transporté via plusieurs de gazoducs spécifiques ou emprunter ceux utilisés pour transporter le gaz naturel. L'Europe de l’Ouest possède un réseau de canalisation d’hydrogène d'environ 1 600 km principalement utilisés par la France, l’Allemagne ou encore le Benelux.

  • Réseau routier ou ferroviaire :Les industriels livrent l’hydrogène par la route ou par rail, soit sous forme de bouteilles en acier contenant de l’hydrogène sous pression, soit sous forme cryogénique.


L'hydrogène en France:

Pour l'instant, la France ne compte aucun programme gouvernemental de longue durée dédié à l'hydrogène, comme c'est le cas dans d'autres pays. Cependant, plusieurs initiatives ont été prises ces dernières années.

Le programme Horizon Hydrogène Energie (H2E) contribue à faire émerger une filière hydrogène-énergie durable et compétitive en France et en Europe. Les objectifs de ce programmes consistent notamment à décentraliser la production d'hydrogène à partir des énergies renouvelables tout en favorisant son transport, son stockage et sa distribution à haute pression. Le programme se concentre également sur la création de nouvelles gammes de piles à combustibles.

Depuis 2015, le consortium Mobilité Hydrogène France a mis en place un plan de déploiement de la mobilité H2 et ce en déployant simultanément des flottes captives (livraisons, utilitaires, taxis, services municipaux, etc.) d’opérateurs qui s’engagent pour l’hydrogène et de stations de recharge partagées.

Le projet Energy Observer pousse l'utilisation de l'hydrogène encore plus loin. Cet ancien bateau de course converti en navire hydrogène repose sur la propulsion électrique générée grâce à un mélange d’énergies renouvelables et un système de production d’hydrogène décarbonée à partir de l’eau de mer. En parcourant les océans en se servant uniquement d'énergies renouvelables, le projet Energy Observer compte démontrer l'efficacité d'une chaîne hydrogène et ce même en milieu maritime extrême.

La France s'oriente également vers une solution innovante en utilisant des véhicules à batterie équipés de prolongateurs d'autonomies à hydrogène, en plus des véhicules ‘full power’ utilisés pour les taxis.

Publié le 23/01/2019

En savoir plus :

Yassa HARBANE
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