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Aimant au néodyme et verre de spin

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Domaines micrométriques et aimantation
Dans un morceau de fer, il existe des milliards de très petites régions micrométriques appelées « domaines magnétiques » composés de milliards d’atomes de fer pointant leur spin parallèlement, dans le même sens. Chacun de ces domaines est ainsi ...

Vers de nouvelles technologies de chargeurs

Image Vedecom - DR

Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, ...

Tromper une caméra thermique

Caméras thermiques : « filmer la température »

Tout corps, en raison de sa température, émet par sa surface un rayonnement dont le spectre (fréquence ou longueur d’onde en abscisse, intensité en ordonnée) couvre théoriquement toute la gamme des ondes électromagnétiques, l’intensité de l’émission variant ...

Piles bêtavoltaïques au carbone 14 recyclé

Des piles « bêtavoltaïques »

Certains noyaux radioactifs, généralement ceux possédant trop de neutrons par rapport à leurs protons, transmutent un neutron en proton, électron et antineutrino. Cette réaction s’appelle la radioactivité bêta moins et s’écrit n -> p + e- + v. L’électron ...

Une forêt tropicale en Antarctique

Vue d'artiste de cette forêt (C) Alfred-Wegener-Institut, James McKay, Creative Commons licence C-BY 4.0
Un sol bien conservé

Des chercheurs de l'Institut Alfred-Wegener ont découvert un sol forestier du Crétacé très bien préservé dans les fonds marins proches du continent Antarctique. ...

COVID-19 : pistes thérapeutiques

© CDC/Dr. Fred Murphy/Sylvia Whitfield

La crise sanitaire qui touche actuellement le monde entier, avec l'épidémie de COVID-19 a déjà causé des dizaines de milliers de morts dans le monde. Les scientifiques se mobilisent pour contrer le plus rapidement possible le virus dévastateur. Traitements, vaccins, ...

La chimie ultrafroide

Les réactions chimiques, une histoire d’électrons

Lors d’une réaction chimique, des molécules appelées réactifs se rencontrent et forment des produits. Par exemple, lors d’une réaction bimoléculaire, deux réactifs A et B - atomes ou molécules - interagissent pour donner un produit C (ou plusieurs produits). Beaucoup moins fréquentes, il existe aussi des réactions monomoléculaires dans lesquelles une molécule M initiale se scinde en deux, ou bien ses atomes se redistribuent pour donner autre chose que M.

Une réaction chimique met toujours en jeu des électrons. Par exemple, dans une réaction bimoléculaire, A peut arracher un électron à B, ou les molécules peuvent mettre en commun un électron, le partager. De cette manière l’électron n’appartient ni à l’un, ni à l’autre mais aux deux. Cela crée une liaison entre A et B qui les rend « inséparables ». La liaison est alors dite « covalente ».

Souvent, un atome au sein d’une molécule va s’en séparer en défaisant une liaison covalente tout en engageant une nouvelle plus favorable, plus forte avec une autre molécule. Pour illustrer cela, prenons la réaction du dichlore Cl2 avec le dihydrogène H2 qui donne du HCl. L’atome chlore préfère engager une liaison avec un atome d’hydrogène qu’avec un atome de chlore. Il en de même pour l’hydrogène dont la molécule se défait pour se lier au chlore. La chimie est ainsi essentiellement une affaire de liaisons covalentes.

Refroidir pour mieux comprendre

Ces réactions sont partout présentes, de la respiration à la cuisine et à la photosynthèse en passant par toutes les industries chimiques… Comment au juste les liaisons covalentes se font-elles et se défont-elles ? En passant par quelles étapes, via quelles séquences ? Il s’agit là de questions dont les réponses sont mal connues. En effet, les chimistes connaissent bien le début et la fin de l’histoire, mais ce qui se passe entre est loin d’être maîtrisé, car cela ne dure que de l’ordre d’un millionième de milliardième de seconde ou femtoseconde (10-15s).

Pour y voir plus clair, il faut observer une réaction chimique au ralenti, c’est à dire à très basse température puisque la température est le reflet de la vitesse d’agitation atomique ou moléculaire. Cette étape vient d’être franchie par une équipe de l’université de Harvard aux USA et du laboratoire Aimé Cotton de l’université de Paris-sud.

La réaction mettait en jeu deux molécules de potassium rubidium, \( KRb \). La réaction s’écrit : \( 2 KRb \to  K_2 + Rb_2 \). Réalisée à 0,5 microkelvin, soit à peine au-dessus du zéro absolu (- 273,15°C), la durée de la réaction n’est plus la femtoseconde, mais de l’ordre de la microseconde soit un milliard de fois plus longtemps, une durée suffisamment longue qui a permis aux chercheurs d’observer l’état intermédiaire \( K_2Rb_2 \).

La chimie ultrafroide va permettre de mieux comprendre et mieux maîtriser les réactions et provoquer des réactions impossibles à température ambiante.

Publié le 09/04/2020

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La réalité virtuelle pour des corps paralysés
Une campagne de rééducation a permis à des personnes paraplégiques de retrouver des sensations dans leurs membres paralysés. L’étude comprend un dispositif de réalité virtuelle.

Huit personnes paraplégiques ont retrouvé des sensations dans leurs membres paralysés et un contrôle partiel de leurs jambes après une expérience de rééducation, selon une étude américaine parue dans la revue Scientific Reports.

Pour atteindre ce résultat, ces personnes ont passé près de 2 000 heures réparties sur une année à s'entraîner aux côtés de chercheurs américains. Au moins deux heures chaque semaine, les patients ont évolué dans un monde virtuel à l’aide d’un « casque d'électrodes » relié à un ordinateur. Ce dispositif enregistre les signaux émis par leurs neurones pour les traduire en commandes qui déclenchent un mouvement virtuel. Chaque personne paraplégique avait ainsi un avatar, qu'il pouvait déplacer sur l'écran d'un casque de réalité virtuelle, grâce à la seule force de ses neurones.

Autre étape de l’étude : les patients ont aussi pris les commandes d’une armure robotique pour se déplacer selon un principe identique à l’avatar virtuel. Cette fois, le mouvement des jambes était rendu réel sous l’action de l’exosquelette dont ils s’étaient équipés.

Des fibres nerveuses réactivées

Résultat : tous les patients ont connu des progrès dans leurs sensations au niveau de leurs membres paralysés. Une femme, soutenue par un harnais, a même été en mesure de bouger ses jambes pour la première fois en plus de dix ans. « Jusqu'à présent, personne n'avait observé la récupération de ces fonctions chez un patient tant d'années après un diagnostic de paralysie complète des membres inférieurs », peut-on lire dans le Figaro, relayant les propros du Dr Miguel Nicolelis, co-auteur de l’étude.

Même après un accident causant une paralysie, des fibres nerveuses de la moelle épinière peuvent survivre. Elles resteraient ainsi inactives du fait de l’absence de signaux envoyés du cerveau aux muscles pour commander le mouvement. Selon les chercheurs, la rééducation des huit patients aurait réactivé ces fibres nerveuses.

« Ces résultats sont permis par les propriétés du cerveau humain, capable de changer son architecture corticale ; il est flexible et plastique », explique Thierry Pozzo, professeur de neurosciences à l’université de Bourgogne et chercheur à l’Inserm. Ainsi, dès lors que le cerveau a des retours sensoriels, il peut redevenir en mesure de commander le corps.

Toutefois, le chercheur pointe l’absence de données sur le rôle relatif des différentes activités de rééducation pour expliquer les progrès des patients : « On ignore le rôle de la réalité virtuelle, l’étude ayant eu aussi recours à d’autres activités avec des harnais, des exosquelettes… Il faudrait pour de prochaines études constituer plusieurs groupes avec pour chacun d’entre eux un type d’activités pour comparer leurs bénéfices », préconise Thierry Pozzo. Selon lui, l’apport de la réalité virtuelle n’est pas décisif compte tenu du mode de fonctionnement du cerveau, qui aurait besoin de se confronter au réel. « Le transfert du monde virtuel vers le monde réel n’est pas automatique : tout doit être ré-appris », conclut-il.

Les huit patients qui ont mené l’expérience étaient paraplégiques depuis longtemps -entre trois et treize ans. D’ores et déjà, l'équipe du Dr Nicolelis prévoit de réaliser une nouvelle étude, avec des personnes ayant récemment perdu l'usage de leurs membres inférieurs. Avec l’espoir que la réparation des fibres nerveuses soit encore meilleure.

Pour consulter l’étude : http://www.nature.com/articles/srep30383

Pour en savoir plus : Lien vers le site de l'Inserm

Crédit illustration : Gessica Maio

Mickaël Charpentier
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