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La foudre bat des records

CC BY SA André Karwath aka Aka

Les éclairs et la foudre sont parmi les phénomènes naturels les plus spectaculaires. On estime que chaque seconde l’atmosphère terrestre est traversée par une cinquantaine de ces décharges électriques. En effet, ...

Un moteur moléculaire à effet tunnel

Credit: Empa
Un moteur quantique
Comme d’autres moteurs moléculaires de cette échelle, le fonctionnement de ce nanomoteur conçu à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), met en jeu la mécanique quantique. Mais l’originalité de ce nouveau moteur réside dans le fait que la cause-même ...

Photo-ionisation

A photo of the COLTRIMS reaction microscope built by Alexander Hartung as part of his doctoral research in the experiment hall of the Faculty of Physics. Credit: Alexander Hartung.

La quantité de mouvement de la lumière

Bien que de masse nulle, la lumière possède une quantité de mouvement ...

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 est émis avec une énergie moyenne de 50 keV. On parle de « rayonnement bêta » ou « électron bêta ». L’énergie de l’électron peut être mise à profit en étant convertie en électricité dans un semi-conducteur, de la même manière que l’énergie du photon est employée dans les piles photovoltaïques.

Les piles « bêtavoltaïques » ont ainsi vu le jour au cours des années 1970. La source bêta radioactive employée était le prométhium-147 ou Pm-147. Elles ont été surtout utilisées pour alimenter les pacemakers. Mais les piles « lithium-ion » offrant de meilleures performances, notamment avec une meilleure durée de vie, sont venues les supplanter sans leurs défauts. L’inconvénient majeur de ces « bêtapiles » provenait du fait qu’elles contenaient non seulement du Pm-147 mais aussi du Pm-146 émetteur de rayonnement gamma qu’il fallait arrêter. Aussi, l’essentiel du volume de ces piles était occupé par de la matière employée comme écran pour stopper ce rayonnement. Ces piles ont donc disparu du paysage.

Un moyen d’utiliser le carbone 14

L’idée de l’énergie bêtavoltaïque n’a pas été abandonnée pour autant. Elle a d’ailleurs refait surface récemment avec comme objectif d’employer le carbone-14 comme source d’énergie. Pour mémoire, le carbone occupe la sixième case du tableau périodique des éléments et possède donc 6 électrons et 6 protons. L’essentiel du carbone sur Terre possède également 6 neutrons. C’est le Carbone-12 ou 12C. L’isotope naturellement très rare du carbone (1 atome sur 1012) avec 8 neutrons ou 14C est instable, radioactif bêta. Or, les Britanniques possèdent beaucoup de C-14 dont ils ne savent que faire. En effet, la technologie employée dans certaines de leurs centrales nucléaires fait appel au graphite comme modérateur, pour réduire la vitesse des neutrons. Mais ce bombardement neutronique produit d’importantes quantités de C-14. Ce radioisotope serait ainsi recyclé dans des piles d’une nouvelle génération, employées dans certains dispositifs électroniques, notamment à bord de satellites. Mais une source bêta ne suffit pas, il faut aussi un semi-conducteur. Or, le carbone est un semi-conducteur. Par conséquent les piles envisagées sont formées de carbone avec une part de C-14.

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Chiens policiers, mieux piéger les odeurs
L'odorologie canine, développé par la police scientifique a récemment trouvé une application à la détection de cancers.

L'odorat et les chiens

Les sens chimiques de l'odorat et du goût renseignent sur la nourriture et les odeurs corporelles des êtres vivants qui nous entourent. En ce qui concerne l'olfaction, les molécules amenées par le mouvement inspiratoire à l'état gazeux stimulent par leur interaction les cellules nerveuses réceptrices de la muqueuse olfactive. Un neurone relié à un récepteur est spécifique, mais l'important est que la reconnaissance des odeurs par les récepteurs olfactifs se fait par combinaison, ce qui permet de différencier une grande quantité de produits.

Abrités dans 200 cm² de muqueuse olfactive, le nez des chiens est doté de 300 millions de récepteurs d'odeurs, contre 5 millions pour les êtres humains. Pour prendre un autre chiffre, l'odorat du·chien est 1 million de fois plus sensible que celui de l'être humain. Ainsi, un chien· renifleur est en mesure de reconnaître l'odeur d'une personne dans jusqu'à 90% des cas. Le pourcentage restant n'est pas dû à une défaillance de l'odorat, plutôt à la qualité olfactive des prélèvements.

Chaque individu possède une empreinte olfactive unique, qui se répand partout où il passe. Cette signature est constituée de plusieurs centaines de composés organiques volatils, dont la nature et les quantités sont déterminées génétiquement parmi un nombre quasi infini de possibilités. L'odeur humaine comprend aussi une composante secondaire, induite par notre fonctionnement biologique comme le régime alimentaire ou le niveau de stress, ainsi qu'une composante tertiaire, qui résulte d'apports extérieurs et de notre environnement. Au-delà de la détection des odeurs, l'odorat fin des chiens leur permet de discriminer ces différentes composantes et de reconnaître un individu, y compris entre deux vrais jumeaux avec les mêmes conditions de vie.

Les sciences de l'odorologie

Comme les empreintes digitales ou l'ADN, les odeurs peuvent alors servir à identifier des suspects pour la police scientifique. L'odorologie consiste à capter des traces odorantes, à l’aide de tissus spéciaux enduits de paraffine, puis à les comparer à celles prélevées sur un·e suspect·e grâce à des chiens spécialement formés à cette tâche. Depuis 2003, cette science a été utilisée dans plus de 520 affaires en France et a permis environ 160 identifications.

Pour améliorer l'efficacité de cette technique, des chimistes et des mathématiciens toulousains ont développé un outil biométrique sous la forme d'un piège à molécule, appelé aussi « éponge moléculaire ». Constitué d’huiles végétales auxquelles une substance gélifiante a été ajoutée, un réseau de cristaux de sucre crée de la porosité. Les molécules odorantes se fixent sur les parois de ce réseau et se solubilisent dans le gel. Pour une pastille de la taille d’une pièce de monnaie de ce gel organique microporeux, la surface de contact avoisine les 200 m2, soit autant qu’un court de tennis.

Dans le cadre du projet CNRS Recherche Attentat, mis en place après les attaques terroristes du 13 novembre 2015, cette étude vise aussi à déterminer la composition exacte des molécules odorantes piégées avec un spectromètre de masse. Les algorithmes élaborés permettront de remplacer les chiens dans l'identification des odeurs primaires, voire même de caractériser les composantes secondaires et tertiaires de l’odeur humaine. Cette technique aurait le double avantage de produire des éléments de preuve convaincants pour les magistrats, tout en fournissant des informations comme l’état de santé ou des éléments de l’environnement d’un suspect.

L'odorologie canine peut aussi trouver des applications en médecine, comme le montre le programme de recherche Kdog de l’Institut Curie. Sur 130 prélèvements, des lingettes imbibées de sueur, 100% des 79 femmes à qui venait d’être diagnostiqué un cancer du sein et qui n’avaient pas encore démarré de traitement ont été identifiées. Montrer que les cancers du sein ont une odeur commune est déjà un résultat, que des chiens bien entraînés réussissent à discriminer les composés volatils émis en est un autre. Ce premier test sera suivi d’un essai de plus grande envergure, sur mille femmes. Même si ce type de diagnostic canin de première intention devra toujours être confirmé par des moyens plus conventionnels, en attendant des moyens plus directs, les chiens pourraient être utiles au dépistage dans des zones ou des pays dans lesquels une mammographie est difficile à réaliser.

En savoir plus

Site de l'IMRPC, laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivité Chimique et Photochimique, ainsi que la page sur ce sujet de recherche

Site du projet KDOG

Arthur Jeannot
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