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Quel mécanisme microscopique empêche la chaleur de se propager dans un cristal de clathrate ?

S. Pailhès, V. Giordano, R. Debord  et D. Machon  (équipe (Nano)Matériaux pour l’Energie), viennent de publier dans la revue Physical Review Letters un article intitulé “Localization of propagative phonons in a perfectly crystalline solid”. Ce travail a été effectué dans le cadre d’une étroite collaboration  avec des équipes du CETHIL à Lyon, du SIMAP à Grenoble et de l’Université de Vienne.

Les matériaux inorganiques dits à structures cages présentent un grand intérêt dans le domaine de la conversion électrique de la chaleur par effet thermoélectrique, notamment grâce à la grande diversité de leurs propriétés électroniques et aux faibles valeurs de leur conductivité thermique (~1-2 W.K-1.m-1 à température ambiante). La compréhension et la modélisation des propriétés thermiques de ces systèmes cages font l’objet de récents travaux de recherches.

Dans cet article, les auteurs ont réalisé une étude expérimentale approfondie des phonons par diffusion inélastique des rayons X dans un monocristal de clathrate.  En comparant directement l’expérience aux simulations ab initio, il a été possible de mettre en évidence l’existence d’un mécanisme microscopique de localisation des ondes acoustiques. Cela résulte en une transition du mode de transport de la chaleur d’un mode propagatif vers un mode diffusif, similaire à ce qui est observé dans des systèmes désordonnés. Ce résultat peut être commun à tous les matériaux aux structures cristallographiques complexes.  Il établit un premier lien entre la dynamique de réseau des systèmes cristallins complexes et celle des systèmes désordonnés. 


 

European High Pressure Research Group International Meeting

Des chercheurs de l’ILM (équipe nanomatériaux et énergie) organisent le 52ème EHPRG, European  High Pressure Research Group International Meeting, que se tiendra du 7 au 12 septembre dans les locaux de l’Université Lyon 3 (Manufacture de Tabacs).

Couplée à l'Année Mondiale de la Cristallographie, cette 52ième rencontre multidisciplinaire réunira quelques 200 acteurs européens et d’autres continents concernés par l'utilisation des hautes pressions dans leur recherche. EHPRG 2014 englobe des études de physique fondamentale, science des matériaux, les géosciences, la chimie, les biosciences, les procédés hyperbariques de conservation des aliments…

La 52ème édition du EHPRG est organisée conjointement par le CNRS, l’Université de Lyon et l’Université de Montpellier. Plus d’informations sur www.ehprg2014.fr.


 

Comment résister au vieillissement : ce que les protéines nous apprennent.

 

Q. Enjalbert, C. Brunet, R. Antoine et P. Dugourd (équipe SpectroBio) viennent de publier dans PLOSone un article intitulé : « Structural basis of protein oxidation : a lysozyme study ». Ce travail est le résultat d’une collaboration avec l’Institut des Sciences Analytiques (ISA), l’Inserm, l’Université Paris Descartes, l’Université de Liverpool, et le Mediterranean Institute for Life Science à Split dans le cadre d’un « laboratoire international CNRS ».

Lors de leur existence les protéines subissent un ensemble d’agressions chimiques qui les endommagent et nuisent à leurs fonctions cellulaires. En particulier, les dommages oxydatifs induisent progressivement mais de manière irréversible leur dégénérescence. Ces dommages sont directement corrélés au vieillissement des organismes. En réponse, l’évolution a favorisé des structures intrinsèquement résistantes à l’oxydation. Cet article explore les bases structurelles de la résistance des protéines à l’oxydation. Des radiations sont utilisées pour générer un milieu fortement oxydant autour d’une protéine dans son état natif ou dénaturée (destructurée), et l’oxydation est suivie par spectrométrie de masse. La combinaison d’une approche protéomique et de simulations de dynamique moléculaire a ainsi permis de corréler la résistance à l’irradiation avec plusieurs paramètres structuraux tels l’accessibilité au solvant ou encore la fluctuation des chaines secondaires.


 

Félix Balima lauréat 2014 du Prix du Groupe Français d'étude des Carbones (GFEC)

Félix Balima, postdoc dans l’équipe Nanomatériaux pour l’énergie est l’heureux lauréat 2014 du Prix du Groupe Français d’Etude des Carbones (GFEC) pour ses travaux de thèse sur la porosité du graphite expansé soumis à de fortes contraintes mécaniques, réalisés à l’Institut Lumière Matière sous la direction d’A. San Miguel, V. Pischedda et S. Le Floch.

Ce prix récompense une contribution significative à la science ou à la technologie des carbones, apportée par un jeune scientifique ou ingénieur ayant réalisé son travail dans un pays francophone. Il a été remis à Félix Balima par le président du GFEC, Rolland Pellenq (CINAM-CNRS, Marseille et CEE-MIT, Cambridge, MA) lors du dîner de gala de la Conférence Mondiale du Carbone, le 3 juillet 2014 sur l’île de Jeju (Corée du Sud).


 

Vers un diagnostic précoce du cancer du poumon

 

F. Lux et O. Tillement (équipe FENNEC) viennent de publier avec des collègues du Centre de résonance magnétique des systèmes biologiques (CNRS/Université de Bordeaux) et de l’Institut Albert Bonniot (Inserm/Université Joseph Fourier) un article intitulé « Targeting and in vivo imaging of non-small–cell lung cancer using nebulized multimodal contrast agents » dans la revue PNAS et décrit dans un communiqué de presse du CNRS.

L’une des principales raisons du pronostic très sombre associé au cancer du poumon est liée à son diagnostic tardif. Trois équipes de recherche composées de physiciens, chimistes et biologistes respectivement de Bordeaux, Lyon et Grenoble, ont réussi à le détecter précocement par IRM, en utilisant comme marqueur des nanoparticules ultrafines de gadolinium. Ce couplage a permis de détecter, chez la souris modèle, de minuscules tumeurs, d’un diamètre de l’ordre du millimètre. Et ce de manière non invasive puisque ces nanoparticules sont administrées par voie aérienne. Si l’utilisation de l’aérosol de gadolinium apporte la même précision de localisation des cellules cancéreuses que l’injection classique par intraveineuse, l’intérêt repose dans son efficacité : quatre fois moins de produit suffisent pour obtenir le même marquage. De plus, le signal est visible pendant plusieurs heures après l’inhalation, contre seulement une demi-heure pour la perfusion. Cette augmentation manifeste de contraste en passant par la voie aérienne suggère l’existence d’un nouveau mécanisme d’accumulation des nanoparticules dans les tumeurs.


 

3 Distinctions à l'iLM

 

Trois membres de l'iLM à l'honneur ce printemps :

  • Marie-France Joubert, Directrice de l'iLM, faite Chevalier de l'Ordre National du Mérite

  • Bernard Varrel, Ingénieur d'étude à la retraite aujourd'hui, fait Chevalier de l’Ordre National des Palmes Académiques

  • Brigitte Prével, Responsable communication et valorisation de l'iLM faite Chevalier de l’Ordre National des Palmes Académiques


 

 

Observer les nanoparticules se former dans l'atmosphère

G. David, B. Thomas, A. Miffre et P. Rairoux (équipe OET) ont publié avec des collègues de IRCELyon un article dans Optics Express intitulé « UV polarization lidar for remote sensing new particles formation in the atmosphere ». Sur proposition de Mme Lehtipalo de l’expérience CLOUD, cet article a été sélectionné et figure dans les « Spotlight on Optics » du mois de juin de l’Optical Society of America (OSA).

Dans cet article, les auteurs présentent une nouvelle méthode extrêmement sensible, permettant de mesurer à distance (lidar) la diffusion optique des centres de nucléation de particules responsables de la formation des nuages dans l'atmosphère.  Les auteurs ont identifié, par simulation numérique les exigences spectrales et de polarisation permettant de réaliser cette mesure difficile (faibles taille et concentration des nouvelles particules formées). Ce travail ouvre la voie à l’observation, pour la première fois, de l’extension spatiale verticale du processus de nucléation, impliqué dans la formation des nuages. 

 

Première observation à distance par lidar de la formation de nouvelles particules dans l’atmosphère


 

Fabrice Vallée, directeur par intérim de l’Institut de physique

INP

Fabrice Vallée, directeur de recherche à l'iLM, est nommé directeur par intérim de l’Institut de physique (INP) à compter du 10 juin 2014. Jusqu’à présent, il était directeur adjoint scientifique en charge de la politique de sites à l’INP. Fabrice Vallée succède à Jean-François Pinton, nommé Président de l’École Normale Supérieure de Lyon.

 


 

L'eau là où personne ne l'avait jamais étudiée

Gael Pallares, Mouna El Mekki Azouzi et Frédéric Caupin (équipe Liquide et interfaces) viennent de publier un article intitulé "Anomalies of bulk supercooled water at negative pressure" dans la revue PNAS et décrit dans Le Monde.

L’eau liquide présente de nombreuses anomalies, qui deviennent de plus en plus marquées quand l'eau est surfondue. Les théories proposées pour expliquer ce comportement se distinguent par la prédiction de l'existence ou de l'absence d’extremum dans certaines propriétés du liquide (compressibilité, capacité calorifique...). Les nombreuses mesures sur l'eau surfondue n'ont jusqu'à présent pas pu trancher en raison de la cristallisation prématurée du système. Les auteurs ont eu l'idée de faire les mesures dans l'eau surfondue à pression négative, où ils ont pu observer un minimum de la vitesse du son avant que la cristallisation ait lieu. Ces résultats, appuyés par des simulations de dynamique moléculaire réalisées dans l'équipe de Chantal Valeriani (Universidad Complutense de Madrid), permettent de mieux contraindre les scénarios théoriques proposés pour expliquer les anomalies de l'eau. 

 


 

Des nanovecteurs magnétiques pour l'imagerie de l'athérosclérose

 

V.-A. Maraloiu et M.-G. Blanchin (équipe Biophysique) viennent de publier chez l’éditeur Scholar’s Press un livre intitulé "Multiscale study of magnetic nanovectors Application to USPIO contrast agents for MRI of atherotic inflammation in a murine model".

Avec le boom des nanosciences, les nanoparticules à cœur magnétique connaissent un développement considérable quant à leurs applications pour les sciences de la vie et de la santé : on parle alors de nanovecteurs magnétiques,  qui peuvent être injectés aux patients à fins de diagnostic et/ou thérapie. Il s’agit alors de comprendre leur comportement collectif et individuel dans l’organisme, notamment les biotransformations éventuelles dans les organes et les cellules. Dans  l’ouvrage les auteurs exposent l’approche multiéchelle qu’ils ont développée pour déterminer dans l’organisme la biolocalisation des nanovecteurs ainsi que l’évolution de leurs structures et propriétés de l’échelle de l’organe jusqu’au niveau subcellulaire.

 


 

Certains glissent, certains collent : imprévisibles Nanotubes!

A. Niguès, A. Siria, P. Vincent, P. Poncharal et L. Bocquet (équipes PNEC et Liquides aux interfaces de l'ILM) viennent de publier en collaboration avec le MIT un article dans Nature Materials intitulé « Ultra-high interlayer friction in multiwall Boron Nitride Nanotubes ».

Les nanotubes multi-feuillets présentent par nature une configuration idéale pour étudier les origines des phénomènes de friction à l’échelle nanométrique. Il est en effet possible sous certaines conditions, de faire glisser deux couches adjacentes de ces nanotubes l’une par rapport à l’autre comme le feraient deux surfaces parfaitement parallèles, ce qui est le cas habituellement étudié en nanotribologie. C’est dans ce contexte que les auteurs ont développé un montage de traction de nanostructures. Dans ce système, des nanostructures sont étirées entre un microscopie à force atomique, et une station de nanomanipulation.  En comparant la dissipation induite par ce glissement pour des nanotubes dont les structures cristallographiques sont identiques (Nitrure de Bore et Carbone) mais dont les propriétés électronique diffèrent, les auteurs ont mis en évidence, en mesurant une dissipation beaucoup plus grande dans le cas des nanotubes de BN, le rôle prépondérant des contributions phononiques a la friction a l’échelle manométrique.

 


 

Ecole "Water 2014" organisée par F. CAUPIN à l'ILM

 

Frédéric Caupin (ILM) co-organise avec Abraham Stroock (Cornell University) une session de l’Ecole de Physique des Houches du 1er au 6 juin : “WATER 2014 – Metastability and nucleation in water: theory, experiments, and applications”. Cette semaine rassemblera une soixantaine de doctorants et chercheurs, expérimentateurs et théoriciens venant de disciplines variées (physique, chimie, géosciences, biologie). Elle permettra de faire le point sur les dernières avancées sur l’eau surfondue ou à pression négative. Il sera question des anomalies de l’eau métastable, de la nucléation de la phase stable (cristal ou vapeur) et des processus dans lesquels l’eau métastable intervient (nuages, cryoconservation, sève des arbres…).

Tous les détails sont disponibles sur : http://water2014.sciencesconf.org/

 


 

Ecole "Energie ThermoElectrique" organisée par l'ILM

 

L'ILM en collaboration avec le "Laboratoire optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement" (LOCIE, Chambéry) organise du 01-06 juin une école sur le thème de l'énergie thermoélectrique, i.e. de la conversion de la chaleur en électricité. La thermogénération de l’électricité ouvre de nouvelles possibilités de recyclage de l'énergie et joue également un rôle important dans la climatisation d’ambiance ou le refroidissement de composants. Cette école thématique offre une vue d’ensemble exhaustive et contemporaine de la thermoélectricité, allant de la théorie à l’expérience puis à l’application. Une série de cours spécifiques sera donnée qui vise non seulement à offrir des connaissances de base pour la formation des plus jeunes (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, post-doctorants, doctorants,…) dans les spécialités des différents groupes participants mais aussi à approfondir nombre d’entre elles et en démontrer la richesse pour inciter et initier des collaborations interdisciplinaires. Cette école fait intervenir des acteurs de la recherche publique et privée dans le domaine.

Toutes les informations pratiques sont disponibles sur le site web de l'école : http://ec-te-annecy014.sciencesconf.org/
pour tout renseignemenet supplémentaire, veuillez envoyer un mail à : ec-te-annecy014@sciencesconf.org

 


 

Effet "Lotus" et nanoparticules 

M. Ignacio, et O. Pierre-Louis (équipe Modélisation de la Matière Condensée et des Interfaces ) viennent de publier un article dans Physical Review Letters en collaboration avec des collègues Américains et Japonais : "Wetting of Elastic Solids on Nanopillars".

 

L'état Cassie-Baxter (ou effet Lotus), où une goutte liquide est maintenue au sommet d'une forêt de micro-nanopiliers grâce aux forces de mouillage, est bien connu pour les gouttes liquides. Récemment des états similaires ont été observés pour des nanoparticules solides sur des nanopiliers.

Nous avons mis en évidence les différences entre les liquides et les solides causées par l'énergie de déformation élastique des solides. Ces effets augmentent la stabilité de l'état Cassie-Baxter, et mènent de plus à de nouveaux états, où les nanoparticules sont partiellement empalées sur les nanopiliers, ou ont une morphologie asymétrique. Ces résultats pourraient permettre de mieux contrôler les intéractions entre nanoparticules et surfaces.

 


 

ANDOR Academy                                             

                     

La société ANDOR Technologies a organisé une ANDOR Academy à l'Institut lumière matière les 16 et 17 avril 2014. Ces journées de formation théorique et pratique sur les derniers appareils ANDOR se sont tenues au bâtiment LIPPMANN en salle de séminaires et sur la plateforme POPS, Campus Lyon Tech La Doua.

programme

 


 

Blocage de Coulomb à haute température

Alina Pascale-Hamri, Sorin Perisanu, Arnaud Derouet, Catherine Journet, Pascal Vincent, Anthony Ayari et Stephen Purcell (équipe Physique des Nanostructures et Emission de Champ) viennent de publier un article intitulé “Ultrashort single-wall carbon nanotubes reveal field-emission Coulomb blockade and highest electron-source brightness” dans la revue Physical Review Letters. Cet article a été sélectionné par les éditeurs comme suggestion de lecture (Editors' suggestion) et a été retenu pour une actualité de l’Institut National de Physique du CNRS.

Dans cet article l’étude de nanotubes de carbone monofeuillet a montré la persistance du blocage de Coulomb jusqu’à des températures de 1100 K, bien au-delà des records précédents limités à température ambiante, ce qui peut relancer des applications escomptées du blocage de Coulomb pour le stockage d’information. De plus, les courants importants observés,  associés à la très petite taille de l’émetteur, font de ces nanotubes les sources d’électrons ayant la plus haute brillance [9*1011A/(str*m2*V)], 100 fois supérieure à la meilleure valeur déjà présentée. Ces sources d’électrons  associent des propriétés de haute brillance, nécessaire pour la microscopie électronique, et de haute cohérence combinée à la possibilité de contrôle de la statistique d’arrivée des électrons, propriétés intéressantes pour la spectroscopie moléculaire ultrarapide par diffraction d’électrons.

 


 

Vers le contrôle des propriétés rédox de nanoparticules à base de fer

 V. Dupuis, G. Khadra et F. Tournus (équipe Nanostructures Magnétiques) viennent de publier un article intitulé "Mixing Patterns and Redox Properties of Iron-Based Alloy Nanoparticles under Oxidation and Reduction Conditions" dans la revue Chemistry of Materials.

Les nanoparticules à base de fer peuvent être utiles en tant que catalyseurs pour différents processus industriels, c'est pourquoi il est important de bien comprendre leur activité et leur stabilité dans un environement réactif. Dans ce travail, des nanoparticules bimétalliques de FePt, FeRh et FeAu préparées par voie physique à l'ILM et triées en taille ont été étudiées par spectroscopie de rayons X (synchrotron BESSY à Berlin) in situ, sous atmosphère de O2 ou H2 jusqu'à 400°C.
Les mesures de photoémission X (XPS) et d'absorption X (XAS) ont montré que l'interaction fer-métal noble affecte la stabilité et la structure de l'oxyde de fer, ainsi que la façon dont les deux constituants de l'alliage se mélangent. Ces résultats permettent de clarifier le rôle du métal noble sur les propriétés d'oxydo-réduction des particules bimétalliques à base de fer.

 


 

Vers une physique moléculaire à l’échelle attoseconde 

 

F. Lepine (équipe Dynamique des Etats Excités) vient de publier, en collaboration avec des collègues du Max-Born Institute à Berlin, un article intitulé "Attosecond molecular physics: fact or fiction?" dans la revue Nature Photonics.


La physique moléculaire attoseconde est un domaine naissant de la photophysique dans lequel la dynamique des charges dans les molécules peut être observée en temps réel à l’échelle de 10-18s. A ces échelles de temps les effets les plus fondamentaux de la mécanique quantique, tel que la corrélation électronique, ont un rôle prédominant, et déterminent la manière dont les électrons se meuvent dans la matière. Le groupe DYNAMO de l’ILM a contribué aux premières réalisations expérimentales en physique moléculaire attoseconde pompe-sonde. Cet article de revue fait le point sur ce domaine qui n'existe que depuis quelques années et met en évidence les recherches actuelles menées notamment à Lyon.

 


 

L'iLM au Musée des Beaux Arts

 

Dans le cadre des nocturnes du Musée des Beaux Arts, plusieurs chercheurs de l'iLM et un chercheur du LMI participent aux ateliers et conférences proposés le vendredi 4 avril 2014 de 18h à 22h : Les couleurs ont la parole.

  • conférence : Les pigments en peinture : couleurs éternelles ou éphémères? avec Anne Pillonnet, Davy Carole et Muriel Charrière, médiatrice culturelle.
  • médiation Lumière sur l’Impressionnisme : avec Anne-Marie Jurdyc, Cécile Le Luyer, Brigitte Prével, Christine Martinet et Florence Manin, médiatrice culturelle devant le tableau Charing Cross Bridge, la Tamise, de C. Monet
  • médiation L’outremer : une couleur luxueuse avec Amina Bensalah-Ledoux, Gilles Ledoux, Estelle Homeyer, Noémie Butin et Claire Beyssac, médiatrice culturelle, devant le tableau La Circoncision du Gerchin.

 

Dynamique des nanobulles générées par des nanoparticules chauffées

 

Julien Lombard, Thierry Biben et Samy Merabia (équipe Modélisation de la Matière Condensée et Interfaces) viennent de publier un article intitulé "Kinetics of nanobubble generation around overheated nanoparticles" dans la revue Physical Review Letters.


L'interaction entre un laser puissant et une nanoparticule entourée d'eau permet de génerer des nanobulles de vapeur, comme il a été montré par des expériences récentes. Ces nanobulles ont notamment des applications biomédicales, et peuvent être utilisées pour tuer des cellules cancéreuses. Dans cet article, les auteurs ont étudié à l'aide de simulations la cinétique de formation des nanobulles. Ils ont montré que suivant l'énergie du pulse laser, le temps d'apparition des nanobulles peut être très long, en regard des temps de diffusion thermique dans l'eau, à cause de la résistance thermique d'interface entre la nanoparticule et l'eau. Ces temps longs permettent d'optimiser le transfert d'énergie entre le laser, la nanoparticule et l'eau, et fournissent des conditions idéales pour la croissance des nanobulles.

 


 

Quand des évènements lents  nécessitent des mesures rapides

 

Menka Stojanova, Loïc Vanel et Osvanny Ramos (équipe Liquides aux Interfaces) ont publié, avec S. Santucci de l'ENS Lyon, un article intitulé High frequency monitoring reveals aftershocks in subcritical crack growth dans la revue Physical Review Letters. 

La rupture sous-critique d’un matériau hétérogène a une dynamique similaire à celle des séismes, avec une fissure qui se propage d’une façon lente et intermittente, en une successsion d’évènements ayant une énergie distribuée en loi de puissance. Grâce à des mesures acoustiques synchronisées avec de l’imagerie, les auteurs ont poussé cette similitude plus loin en détectant la présence de répliques dans des expériences de fracturation. Les deux méthodes de mesure conduisent à des exposants différents. Néanmoins, lorsque les évènements acoustiques sont cumulés sur des échelles de temps plus grandes, l’exposant de la loi de puissance évolue (figure : trait rouge) et la même statistique est retrouvée lorsque les échelles temporelles des deux méthodes coïncident. Cette différence résulte de la présence de corrélations temporelles (répliques) à des échelles de temps (~1ms) non détectables par l’imagerie (zone grise). Ce résultat, qui a été validé après avoir artificiellement enlevé les corrélations temporelles (trait bleu), montre qu’une analyse basse fréquence peut mener à une valeur erronée de l’exposant, cette valeur étant déterminante pour la prédiction des événements catastrophiques. 

 

 


 

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