# 11 OCTOBRE 2002 Microscoop / Hors série · de l'INRA et du CNRS. Elle se déroule sur le site d'Orléans la Source. Chaque organisme apporte son concours et partici- ... L'Equipe

Fêtede la science

>> le côté obscurde l’histoire

Microscoop# 11 OCTOBRE 2002

/ Hors série

LE JOURNAL DE LADÉLÉGATION CENTRE-AUVERGNE-LIMOUSIN DU

CENTRE NATIONALDE LA RECHERCHESCIENTIFIQUE

>> CPL-SMla formule magique

>> SPIRALEenvol versla stratosphère

2/ EDITORIAL

Hors sérieMicroscoop

# 11 - octobre 2002

CNRSDélégation

Centre-Auvergne-Limousin3E, Avenue

de la Recherche scientifique45071 ORLEANS CEDEX 2

Tél : 02 38 25 52 01Fax : 02 38 69 70 31

www.dr8.cnrs.frEmail : [email protected]

Directeur de la publicationPhilippe Leconte (CNRS)

Rédactrice de la publicationDanièle

Le Roscouët-Zelwer (CNRS)Secrétaire de la publication

Florence Royer (CNRS)

Comité éditorialMaryse Blet-Lemarquand,

Thomas Cacciaaguerra,Marguerite Charlier,

Philippe Compain,Evelyne Déquéant, Denis

Escudier, Claude Fougère,Danièle Migliore, Laurent

Robin, Jean-Paul Salvetat,Anne-Lise Thomann.

PhotographiesThierry Cantalupo,

Denise De Plinval, BernardGratuze, Laurent Robin.

Création graphiqueEnola Création

> 02 38 76 96 35

ImprimeurImprimerie Nouvelle

ISSN 1247-844X

Il y a un peu plus de onze ans (février 1991) paraissaît lepremier numéro de Microscoop. Edité à plus de six exem-plaires en moyenne par an à l'origine, les objectifs de cemédia étaient centrés principalement sur la visibilité des acti-vités de recherche dans nos régions et la connaissancemutuelle des recherches effectuées dans les laboratoires.Bien que le nombre de tirages annuels ait été réduit et saligne graphique modifiée, l'esprit de ses créateurs subsiste.L'équipe d'aujourd'hui, coordonnée par Danièle Le Roscouët-Zelwer, chargée de communication à la délégation partageune approche similaire afin de rendre mieux compte de ladiversité des disciplines et thématiques développées dansla circonscription tout en mettant en exergue les particula-rités de chaque site.A l'occasion de la fête de la science organisée du 14 au 20octobre sur tout le territoire et dans la plupart des établis-sements de recherche et d'enseignement supérieur, ce numé-ro spécial se traduit par une légère évolution de la lignegraphique de Microscoop ayant comme but essentiel d'identifier le CNRS de façon plus visible et de se rappro-cher, sans s'y fondre, de la forme du journal national. Nousespérons que cette évolution rencontrera votre assentiment,d'ailleurs une enquête de satisfaction sera réalisée dans lesprochains mois, qui portera également sur le fond. Cetteannée, c'est au tour de notre partenaire l'Université d'Orléansd'assurer localement l'organisation de la fête de la sciencepour le compte du BRGM, du CEA, du CEMAGREF, de l'IRD,de l'INRA et du CNRS. Elle se déroule sur le site d'Orléans laSource. Chaque organisme apporte son concours et partici-pe activement aux diverses manifestations qui se déclinenten quatre pôles thématiques : Sciences passions - Génie duvivant - Environnement durable - Lumière sur la science.Notre contribution se concrétise les 18, 19 et 20 octobredans les locaux de l'université par : • la tenue d'un stand dont le thème principal sera "A ladécouverte des métiers du CNRS" où les huit départementsscientifiques présenteront leurs activités au public ainsique les services de la délégation ;• des ateliers "Graines de chercheurs" où les petits de 7 à12 ans s'initient à la science par une approche ludique ;• la présentation et la vente de livres par CNRS Editions,dont les auteurs appartiennent aux laboratoires du CNRS ;• dans le cadre de Passion recherche sera présentée à titred'exemple, la réalisation du projet mené en commun parune classe de CM2 d'Olivet avec des chercheurs autourdes volcans.Et aussi :• des portes ouvertes d'unités de recherche : Laboratoire dePhysique et de Chimie de l'Environnement - Groupe deRecherche sur l'Energétique des Milieux Ionisés - Institut deChimie Organique d'Orléans - Institut de Recherche etd'Histoire des Textes.Autant d'unités qui apparaissent citées dans ce numérospécial à travers des articles rendant compte d'une thé-matique qui leur est propre ou d'une opération significati-vement marquante. Une fois de plus, s'il en était besoin,

cela est le signe du dynamisme et de la richesse des recher-ches d'une circonscription qui présente également des atoutsen matière d'approche interdisciplinaire. C'est le cas parexcellence du campus CNRS d'Orléans dont les laboratoiresconventionnés avec l'Université, de disciplines différentes,disposent d'outils et développent des approches complé-mentaires. Cette approche pourrait lui permettre assez rapi-dement de devenir un site majeur dans les études relatives à l'aval du cycle électronucléaire (gestion des déchets nucléaires) notamment, dans une région qui compte un nombre significatif de centrales. On lira avec attention et intérêt l'article à ce sujet.Enfin, on ne saurait mieux introduire ce numéro spécial, quise doit d'ailleurs d'en être également le porteur et l'un desvecteurs de sa promotion, sans souligner la production d'unebelle et grande œuvre placée sous la direction scientifique de Jacques Dalarun, directeur de l'Institut de recherche etd'histoire des textes anciens : "Le moyen âge à livre ouvert".Comme l'indique Jacques Le Goff en exergue d'un articleparu dans le Nouvel Observateur (12/09 - 2/10/2002) leschercheurs qui ont contribué à la rédaction de cet ouvragesomptueux et à son iconographie exceptionnelle "nous mon-trent le Moyen-Age comme jamais on ne l'avais vu et le met-tent en lumière grâce à des milliers d'images extraites desmanuscrits qui dormaient dans les bibliothèques de France".Mais qui mieux que Jacques Dalarun peut exprimer si jus-tement "Ce que ce livre veut dire et dit, c'est ce qu'il appelle:la puissance historique de la beauté".Dans cette entreprise l'ensemble des supports de diffusion aété utilisé à destination de tous les publics (livre imprimé,Dévédérom, Cédérom scolaire, site Internet). Comme il est sibien dit dans l'article "Le côté obscur de l'histoire", tous lessupports éditoriaux ont été convoqués ! "Faire comprendrel'enluminure du manuscrit, qu'était-ce, sinon mettre leMoyen-Age en lumière."De la même manière, les nouvelles technologies sont au rendez-vous lorsqu'il s'agit de numériser des fonds photo-graphiques afin de mettre en valeur et de conserver le patri-moine photographique exceptionnel portant sur les livres demédecine anciens du Centre d'Etudes Supérieures de laRenaissance à Tours. Ces deux exemples dans des unités de recherche de renom en sciences de l'homme et de lasociété sont significatifs de l'évolution des outils et desméthodes dans ces disciplines. Elles qui étaient restéestrès longtemps dépositaires exclusifs des richesses de notrehistoire faute de pouvoir les mettre à disposition du plusgrand nombre les accompagnant d'une présentation ana-lytique. Les technologies se développant et la vision decertains chercheurs aidant, aujourd'hui et plus encoredemain, c'est un patrimoine exceptionnel qui est et seraaccessible au grand public sans aucun risque de voir sedétériorer les originaux.Ces avancées majeures se développent et se concrétisentau sein d'unités de notre circonscription. Au moment où on parle tant de la décentralisation, il est utile d'en rendrecompte et de mettre en avant la qualité de nos équipes.

EEDDIITTOOPhilippe LeconteDélégué régional

SOMMAIRE /3Hors série > Microscoop / # 11 - octobre 2002

Sciences de la Vie L’ovocyte : usine moléculaireLe mimétisme des araignées

Physique Nucléaire et CorpusculaireATLAS : futur détecteur géant de particules

Sciences de l’Homme et de la SociétéL’or de la combraille

Le côté obscur de l’histoire ?Les technologies numériques

appliquées aux livres médicaux anciens

Sciences de l’UniversEnvol de SPIRALE vers la stratosphère

La subduction continentale

Sciences Chimiques / Sciences de l’Homme et de la Société

Matériaux du futur et du passé...

Sciences pour l’IngénieurRecherches de nouvelles sources de lumière

L’hydrogène s’enflamme au LCSRLe risque ”hydrogène” dans les installations...

Sciences Chimiques / Sciences de l'Univers /Sciences Physiques et Mathématiques

L’aval du cycle électro-nucléaire...

Sciences Chimiques”CPL-SM” : la formule qui révolutionne...

Les insectes au secours de la médecine

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L'ovocyte est la plus grosse cellule ducorps (plus d'un dixième de millimètre dediamètre) ; sa différenciation en ovule nedemande que quelques jours et elle n'achève sa méiose qu'à l'issue de lafécondation. Elle contient l'ADN chromo-somique, équivalent de l'ADN apporté parle spermatozoïde et un ADN mitochon-drial (non nucléaire) qui sera transmis parla mère de génération en génération.L'ovocyte primaire, dit de stade I, se trou-ve à l'intérieur d'un follicule, qui va subirune étape de maturation déterminante,la folliculogenèse, phénomène cycliqueassocié à de profondes modifications hor-monales, conduisant à l'ovulation. Cetteétape complexe est parfois entachée

d'erreurs qui peuvent aboutir à la dégé-nérescence de l'embryon.

L'équipe " Follicule, ovocyte et développe-ment " au sein de l'Unité de Physiologiede la Reproduction et des Comportements,dirigée par Danielle Monniaux étudie lesinteractions qui existent entre l'ovocyte etson environnement somatique folliculairequi sont responsables des transformationsmenant à une ovulation génératrice, aprèsfécondation, d'un embryon viable.

De la cellule à la moléculePour comprendre et approcher ce phéno-mène essentiel, le chercheur se doit depasser par une analyse in vitro.

Un facteur de croissance, une hormone,peuvent-ils améliorer la maturation d'unovocyte in vitro et assurer un développe-ment embryonnaire normal ? Cette ques-tion est au cœur de la réflexion menée parl'équipe "Follicule, ovocyte et développe-ment" et la méthodologie suivie pour yrépondre se décompose en deux aspects,l'un à l'échelle cellulaire, l'autre à l'échellemoléculaire.

À l'approche cellulaire correspond unprotocole expérimental précis : à partird'ovaires prélevés aux abattoirs sur desanimaux morts, on extrait des ovocytesqui, dans la journée, sont mis en cultureen milieu de maturation. À cette culture,

Hors série > Microscoop / #11 octobre 2002

4/ SDV

> Sciences de la Vie

Le contrôle de la fertilité des animaux domestiques, enjeu majeur pour l'élevage moderne, passe par une connaissance appro-fondie de l'ovocyte, véritable usine biomoléculaire dont la maturation et celle de son environnement folliculaire conditionnentla croissance embryonnaire. L'Equipe "Follicule, ovocyte et développement" animée par Pascal Mermillod et Philippe Monget,seule en France à développer cette activité de recherche, rivalise avec les meilleures équipes internationales (Ecosse, Etats-Unis et Italie). Située à l'INRA de Tours-Nouzilly dans l'unité "Physiologie de la Reproduction et des Comportements" (UMR6073 CNRS / Université de Tours), on lui doit notamment le premier chevreau-éprouvette en 1993.

L'Ovocyte, usine moléculaire

DDUU VVIIVVAANNTT

Le journal de la délégation Centre-Auvergne-Limousin du CNRS

SDV /5

sont rajoutés des principes actifs dont oncherche à connaître les effets sur le déve-loppement de l'ovocyte. Après une matu-ration de 24 h, une fécondation in vitroest pratiquée avec les spermatozoïdes.Les effets des molécules étudiées sur laprolifération cellulaire et le développe-ment embryonnaire sont observés dansun délai d'une semaine. La différentiation de l'ovocyte étant étroi-tement liée à son environnement, l'objectifultime est de comprendre pourquoi et comment les ovocytes sont capablesd'assumer les étapes ultérieures à la fécon-dation, en identifiant les différentes étapes moléculaires qui amènent l'ovocyteà des états de compétence particuliers.

A l'échelle moléculaire, pour accéder aux processus qui s'opèrent au niveauovarien, il faut fabriquer des sondes molé-culaires qui permettent d'analyser l'expression des ARN messagers de fac-teurs impliqués dans le phénomène dematuration ovocytaire. Cette rechercheest plus complexe et plus longue mais l'identification de ces facteurs permettrade mieux comprendre, et donc de mieux

mimer in vitro, la maturation ovocytaire.Parallèlement à l'étude fondamentale desmécanismes ovocytaires, l'équipe contri-bue au développement de plusieursapplications, en particulier de nouvellestechniques d'assistance à la reproduction(in vivo et in vitro) appliquées aux ani-maux domestiques.

La régulation de la folliculogenèse et dunombre d'ovulations chez les mammifèresdomestiques est le thème central desrecherches menées par Philippe Mongetet ses collaborateurs. De récents résul-tats permettent dès à présent, par la com-préhension des mécanismes qui régissentla croissance, la maturation et la dégéné-rescence des follicules ovariens, d'envi-sager la régulation des périodes et dunombre d'ovulations chez l'animal. Unepremière application est la maîtrise de lafertilité en vue d'améliorer la gestion desélevages d'animaux domestiques. Grâce àla connaissance des modèles animaux,seront développées de nouvelles tech-niques innovantes d'assistance à la pro-création, un domaine actuellement enplein essor. Le groupe de PascalMermillod se consacre, de son côté, à l'a-mélioration de la qualité de l'ovocyte etde son développement. La qualité d'unovocyte se traduit par son aptitude àatteindre l'état mature (métaphase II de laméiose), être fécondé normalement et parla capacité de l'embryon résultant à sedévelopper normalement jusqu'à terme.L'objectif principal est de comprendre lesdifférentes étapes de la différenciationde l'ovocyte le menant à cette qualité, afind'en maîtriser la réalisation in vitro et d'a-méliorer les techniques d'assistance à lareproduction in vivo et in vitro. Le déve-loppement de nouvelles biotechnologies,comme le clonage et la transgenèse, estrattaché à ces techniques. L'ovocyte plei-nement compétent peut ensuite être uti-lisé, grâce à la fécondation in vitro, en vued'amplifier la descendance d'une femelleparticulièrement importante. Une colla-boration avec le Muséum d'HistoiresNaturelles sur les cervidés vise par exem-ple à amplifier la descendance d'espècesmenacées.

Ovocyte et transgenèseLa transgenèse est l'injection de gènesd'une espèce dans des embryons d'uneautre espèce, en vue de leur intégrationau génome de l'espèce receveuse et dela création d'individus modifiés généti-quement. Elle se divise en deux grandstypes : l'une dite par sur-expression, l'au-tre par invalidation ou modification géné-tique. La transgenèse par sur-expressionrepose sur l'apport d'un gène exogènequ'on laisse s'exprimer. C'est la micro-injection de quelques nanolitres de gènesinclus dans des constructions d'ADN type,dans un ovocyte fécondé in vitro qui doitpermettre l'expression d'un ARN messa-ger puis d'une protéine, dans un tissudonné. La construction d'ADN type estconstituée entre autres, de la séquenced'ADN codant pour le facteur messagerde la protéine, associée à une séquencepromotrice d'ADN régulateur qui doit per-mettre à l'ADN codant de s'exprimer danstel ou tel tissu (muscle, foie, cerveau…).Pour exemple, l'expression des protéinesde la cornée se produit uniquement dansl'œil et pas au niveau de la main, grâce àdes séquences régulatrices qui se trou-vent juste en amont de la séquencecodante.

Le deuxième aspect de la transgenèseconsiste à invalider un gène par la tech-nique du "knock-out". Le gène modifié estinclus dans des cellules embryonnairesdites "souches" qui sont ensuite mainte-nues en culture et après sélection cellu-laires, on peut obtenir des lignées decellules porteuses de la modification sou-haitée. Celles-ci seront injectées dans unnouvel embryon en début de division cel-lulaire et "avec un peu de chance", ellespourront s'intégrer et participer à l'ac-complissement du développement del'embryon.

Très courant chez la souris (prélèvementet culture cellulaire), cela reste rare chezles animaux domestiques, car on ne saitpas manipuler et conserver des cellulesembryonnaires souches dans ces espèces.Le knock-out doit donc se faire sur des cel-lules différenciées qui sont ensuite utili-


6/ SDV

> Sciences de la Vie

Spermatozoïde-ovuleChez les organismes supérieurs, ladiversification du patrimoine génétiquede l'espèce est assurée par l'union dedeux gamètes (cellule reproductrice,spermatozoïde mâle ou ovule femelle,dont le noyau ne contient qu'un seulchromosome de chaque paire et quis'unit au gamète du sexe opposé parfécondation pour donner naissance àun œuf).

Chacun porte un génome original à l'is-sue de la recombinaison génétique etde la répartition aléatoire des chromo-somes parentaux lors de la méiose pré-cédant la formation des gamètes.Rappelons que la méiose est une divi-sion réductionnelle cellulaire qui ne seproduit que dans les cellules spéciali-sées de la lignée germinale, et unique-ment à maturité chez les organismessupérieurs (mammifères…).

Les rôles respectifs de l'ovule et duspermatozoïde ne sont pourtant paséquivalents. N'en déplaise aux mâlesdominants, c'est bien l'ovule qui fait legros du travail. Des travaux récents surle clonage ont en effet montré que lespermatozoïde fécondant pouvait êtreremplacé par le noyau d'une cellulesomatique.

Contact : Pascal Mermillod, Philippe Monget

sées pour le clonage somatique par trans-fert nucléaire, technique qui a donnénaissance à la célèbre brebis Dolly.

Intérêts de ces recherches L'intérêt de produire des animaux trans-géniques est double : Le premier, cognitif , est de comprendrecomment fonctionne et à quoi sert ungène donné dans l'organisme et quelsen sont les effets sur l'animal. Cettedémarche est complémentaire aux étu-des in vitro. Elle permet de mieux com-prendre les fonctions vitales d'unorganisme vivant comme la reproduc-tion, la nutrition, le comportement, ainsique son intéraction avec l'environnement(ressources alimentaires, saison…).

Le deuxième intérêt des animaux trans-géniques concerne l'innovation biomé-dicale, pour la conception et l'utilisationd'un animal transgénique à des fins thé-rapeutiques chez l'homme.

• La production de molécules pharma-ceutiques actives dans le lait de chèvreen est un exemple, molécules trop com-plexes pour être fabriquées en bactéries.• En collaboration avec l'INSERM, unprogramme de recherche se concentreégalement sur la production d'organeset de tissus porcins compatibles pour lesgreffes d'organes chez l'homme. Sur cesujet diverses stratégies sont dévelop-pées à travers le monde. L'équipe trans-

genèse, pour sa part, se mobilise sur leblocage du rejet sur-aigu (non-accepta-tion quelques minutes après latransplantation du corps étranger par lereceveur). Ce phénomène fait intervenirdes protéines appelées protéines ducomplément. Le but de cette rechercheest de faire sur-exprimer, dans différentstissus, des protéines qui bloqueront l'activation du complément.

Des essais préliminaires de transplanta-tions d'organes de cochon transgéniquessur des guenons, le laps de temps avantrejet passe de quelques minutes àquelques jours (6 jours).

Qualité de l'ovocyte et stérilitéDans le cadre d'un projet INSERM, encollaboration avec l'Université deTOURS, des chercheurs étudient la rela-tion entre ovocytes et cellules soma-tiques du follicule chez l'animal et chezla femme. A partir des modèles animaux,par exemple, les kystes ovariens chez lavache, ou le blocage du système d'ovu-lation par manque de ressources éner-gétiques chez la truie, les chercheurstentent de répondre aux problèmes destérilité chez la femme. Ainsi les obser-vations chez l'animal permettent dedévelopper des séries de tests prédictifssur la qualité des ovocytes chez lafemme. Preuve supplémentaire que larecherche sur l'animal contribue forte-ment au progrès médical.

>> Liens utiles:http:// www.tours.inra.fr


SDV /7

Araignées et écologie comportementale C'est sous un angle nouveau appelé éco-logie comportementale que le groupe derecherche de Jérôme Casas, Professeur àl'Université de Tours et Directeur del'Institut de Recherche sur la Biologie del'Insecte (IRBI - UMR 6035 CNRS /Université de Tours) aborde actuellementce sujet en collaboration avec le groupedu Dr Marc Théry (CNRS et Muséum àBrunoy). La problématique est la suivan-te : Qu'est-ce qui motive le changementde couleur de l'araignée : son efficacité àattraper ses proies (mimétisme agressif)ou sa protection contre les prédateurs(mimétisme de protection)? L'araignéepeut elle être à la fois invisible de sesproies (les abeilles) et de ses prédateurs(les oiseaux) ?

L'expérienceou comment étudier le mimétismeLa technologie a beaucoup évolué et il estmaintenant possible de mesurer les cou-leurs (ou longueurs d'onde) par radio-spectrométrie. Ainsi une lumière blancheest envoyée sur une araignée et le spect-re en longueur d'onde émis par l'insecteest enregistré. Un des grands avantagesde cette technique est qu'elle peut êtremise en œuvre directement sur le terrainsans avoir à transférer l'araignée au labo-ratoire, ce qui pourrait modifier son com-portement. Une fois le spectre enregistré,

il faut le faire passer à travers des filtrescorrespondant à la vision de la proie et duprédateur. Obtenir ces filtres représenteun énorme travail de physiologie senso-rielle réalisé par des chercheurs spécia-lisés dans ce domaine. Pour cela, on envoiedes rayonnements monochromatiques,c'est à dire à une seule longueur d'onde,dans les cellules de l'œil de l'animal étu-dié. Des électrodes placées derrière mesu-rent le taux de réaction de la cellule. Onsait ainsi que les oiseaux voient dans l'ultraviolet, les insectes aussi mais seulementpartiellement.

Un don vraiment exceptionnel ! !

Le résultat surprenant auquel les cher-cheurs de l'IRBI ont abouti est que l'arai-gnée-crabe est totalement mimétique à lafleur sur laquelle elle se trouve, aussi biendans le système de vision de l'oiseau quedans celui de l'abeille. Et cela bien que lesfiltres de vision correspondants soient dif-férents. C'est la première fois que dans lemonde animal un mimétisme simultanédans deux systèmes de vision est mis enévidence. Ces recherches ont provoqué unimmense engouement dans le monde (arti-cle dans Nature, télévision, sites web,expositions etc. ) qui peut s'expliquer parune combinaison entre la fascinationqu'exerce sur chacun d'entre nous la beau-té des règnes animal et végétal et l'appro-

che hautement technologique utilisée pourcette étude. Il faut dire que cet aspect nou-veau que constitue l'écologie comporte-mentale qui concerne l'étude de labiodiversité et donc sa conservation, estparticulièrement attrayant.

Que peut on apprendre encore ?Il reste cependant des points à éclaircirsur le mimétisme de l'araignée-crabe. Ilfaudrait par exemple préciser quelles sontses proies et prédateurs les plus com-muns, ce qui est encore mal connu etnécessite de la biologie de terrain : quimange qui ? En effet les filtres de visionqui ont été utilisés ne sont pas forcémentceux qui étaient les plus appropriés, maisil en existe encore relativement peu.L'autre problème à résoudre est le méca-nisme de changement de couleur de l'a-raignée. En effet, on ne sait pas si elleperçoit et ajuste sa couleur ou si la lumiè-re émise par la fleur, passant à travers lapeau, agit de manière biochimique direc-tement sur certains des chromophores. Ce deuxième mécanisme, qui ne nécessitepas une reconnaissance de la couleur parl'insecte, serait un exemple d'un traitementdistribué de l'information (pas de centrali-sation de l'information et de prise de déci-sion, ce qui peut être traité à la périphérie lesera) caractéristique des insectes.

Contact : Jérôme Casas > [email protected]

Il existe dans nos jardins une toute petite araignée (5 mm), très commune, appelée araignée crabe, qui possède un donexceptionnel : le mimétisme de couleur. Elle se confond si bien avec la fleur sur laquelle elle se trouve, que c'est à l'immo-bilité suspecte des ses proies que l'on détecte le plus souvent sa présence. Le mimétisme spécifique de ces araignéescaptivait déjà les naturalistes en 1880, date à laquelle les premiers articles furent rédigés. Ils se demandaient commentet pourquoi les araignées crabes prennent la couleur de leur environnement. Ils avaient alors une approche biochimiquedes mécanismes mis en jeu. Les araignées peuvent-elles détecter la couleur de la fleur et ensuite s'adapter ? Il fautpréciser que la position de leurs yeux ne leur permet pas de voir leur abdomen ! Quelle est leur palette de couleurs ?

Le mimétisme frappant DDEESS AARRAAIIGGNNEEEESS


8/ PNC

> Physique Nucléaire et Corpusculaire

Les grandes questionsL'homme se pose de grandes questionssur l'Univers dans lequel il vit, et parmicelles-ci ses interrogations portent sur :Comment est constitué l'Univers, dumonde de l'infiniment grand à celui del'infiniment petit ? Quelles sont les loisphysiques qui le régissent ? Quelle a étéson évolution depuis sa naissance(L'hypothèse du Big Bang) jusqu'à aujour-d'hui ? Quel pourrait être son avenir ?Pourquoi vivons-nous dans un espace-temps à 4 dimensions (Trois dimensionsd'espace et une dimension temporelle) ?Le physicien cherche à répondre à cesgrandes questions et il y a deux grandesdisciplines scientifiques qui se partagentcette tâche : l'Astrophysique qui explore lemonde de l'infiniment grand et laPhysique des particules élémentaires quiexplore celui de l'infiniment petit.Curieusement, ces deux "mondes" tendentmaintenant à se rapprocher car ces deuxdisciplines ont besoin l'une de l'autre et ont recours à des cadres théoriques communs pour faire progresser les connais-sances.

Le monde de l'infiniment petit ?La première quête dans le monde de l'infiniment petit est celle d'une doublerecherche : Quelles sont les "briques" élémentaires qui pourraient servir à bâtirtoutes les structures de l'Univers, l'Universvisible mais aussi l'Univers invisible, lamatière vivante aussi bien que la matièreinerte ? et quels sont les "ciments" qui assu-rent la cohésion de ces structures ?

La réponse est que ces "briques" et ces"ciments" sont les Particules élémentaires :• Les "briques" sont des particules du type"matière", telles que, par exemple, lesélectrons ou les quarks.• Les "ciments" sont des particules dutype " force ", qui sont les messagères desinteractions entre les précédentes, parexemple les photons (pour la force électro-magnétique) et les gluons (pour la forcenucléaire forte).

Notre vingtième siècle, en dépit de résul-tats très convaincants qu'il nous a don-nés, s'est achevé sur d'autres grandesquestions : Avons-nous bien dénombrétous les types de particules élémentaires ?

Ces particules sont-elles réellement élémentaires, c'est-à-dire n'ont-elles pas,à leur tour, une sous structure ?

Pourquoi vivons nous dans une monde"de matière" et non pas dans un monde"d'antimatière" ?

Quelle peut être l'origine de la masse, en général, et de celle des particules élémentaires qui en possèdent une (caril y a des particules sans masse, comme lephoton) ?

Est-il envisageable d'avoir une "théorieultime" qui unifierait tous les types de force (y compris la gravitation) et quiidentifierait les "vraies" particules élémen-taires, en remontant jusqu'à… 10-35

seconde après le Big Bang ?


PNC /9

Une équipe du Laboratoire dePhysique Corpusculaire de Clermont-

Ferrand (UMR 6533 CNRS /Université Blaise Pascal ) participe à l'un des plus grands projets mon-diaux de recherche fondamentale. Il s'agit de l'expérience ATLAS quiimplique 50 laboratoires issus de

34 pays. Cette expérience dePhysique des Particules aux plus

Hautes Energies sera réalisée au LHC(Grand Collisionneur de Hadrons)

implanté au CERN de part et d'autrede la frontière franco-suisse.

Elle poursuit les objectifs majeurs dela discipline dans la compréhension

de la structure intime de la matière etdes forces qui déterminent l'architecture de l'Univers.

AATTLLAASS ::Futur détecteur géantde particules

la construction du Calorimètre : l'instrumentation optique de modules du Calorimètre.Chaque module a unemasse de 22 tonnes.


10/ PNC

> Physique Nucléaire et Corpusculaire

Comment atteindre l'infiniment petit ?Un microscope optique permet de voir lespetits objets, mais pour voir des objetsencore plus petits, il est fait appel aumicroscope électronique. Pour aller plusloin encore, il faut encore plus d'énergieet nous faisons appel à des accélérateursqui permettent de communiquer aux par-ticules des vitesses proches de celle de lalumière et donc des énergies plus élevées.Par ailleurs, toutes les questions précé-dentes ne peuvent se résoudre qu'en obs-ervant des processus rares qui impliquent,le plus souvent, la création de particulesencore jamais observées.Pour créer une masse M, il faut de l'éner-gie E, selon la célèbre équation d'Einsteinde la relativité restreinte : E = Mc2 (où cest la vitesse de la lumière dans le vide).Là encore, l'utilisation d'un accélérateurde particules à très haute énergie et trèsintense est le seul moyen de créer des pro-cessus et des particules rares (celles quiauraient pu exister une fraction de secon-de après le Big Bang) en quantité suffi-sante pour permettre leurs observations.Le mode "collisionneur", dans lequel lesdeux faisceaux de particules accéléréesse heurtent de plein fouet, est le meilleurmoyen de maîtriser à la fois les très hautesénergies et les très grandes intensités.

Le grand collisionneur de hadrons ou LHCUn nouveau Collisionneur de particules, leLHC, est en construction au CERN(Laboratoire Européen pour la Physiquedes Particules) près de Genève. Il serainstallé dans le tunnel souterrain de 27Km de circonférence du collisionneur LEP(électron-antiélectron) qui a été déman-telé. Il offrira des collisions frontalesproton sur proton (et aussi ion sur ion) auxénergies et intensités requises par lesobjectifs de la discipline. Son finance-

ment est mondial, puisqu'en plus descontributions des pays membres duCERN (20 pays européens), s'ajoutentcelles des Etats-Unis, du Japon, de laRussie, du Canada, de l'Inde, d'Israël…Cette machine sera complètement opé-rationnelle en 2007.Chaque faisceau de protons sera accéléréjusqu'à atteindre une énergie de 7 TeV(Téra électron-volt), ce qui offrira 14 TeVau moment de la collision.Par comparaison avec le collisionneuraméricain actuellement en fonctionne-ment près de Chicago, le LHC sera 50fois plus intense et fournira 7 fois plusd'énergie.

Le détecteur géant ATLASAtlas désigne un détecteur géant de par-ticules, le plus grand et le plus complexejamais construit. Il sera installé à l'un desquatre points de collisions du LHC, à 100mètres de profondeur, à l'intérieur d'uneimmense caverne. Il se présente sous laforme d'un tonneau de 22 mètres de dia-mètre et de 46 mètres de long, pour unemasse voisine de 7500 tonnes.Les principales difficultés qu'il faut sur-monter pour le construire sont liées à denombreux paramètres :• Ses dimensions et le nombre de canauxélectroniques de détection (plusieurs cen-taines de millions).• La recherche des performances opti-males dans l'identification et la mesuredes énergies des particules issues des collisions.• L'éventail des énergies mesurées (dequelques dizaines de MeV à plusieursTeV) et les intensités des faisceaux,requièrent des électroniques de détectiontrès rapides et une énorme capacité infor-matique pour trier les événements pro-duits et emmagasiner les données.• Les effets des radiations sur le détec-teur lui-même et sur l'électronique fron-tale (placée sur le détecteur).• Un fonctionnement étalé sur une pério-de supérieure à 10 années.En raison de cette complexité et du coûtdemandé par cette construction, le CERNa imposé des expériences préalables deRecherche et Développement (R&D) pour

comparer les diverses technologies sus-ceptibles d'être employées pour bâtir lesdivers éléments du détecteur. Puis unecollaboration mondiale s'est créée autourdu projet Atlas.Atlas regroupe aujourd'hui 150 labora-toires issus de 34 pays. Tous les conti-nents sont représentés. Le Laboratoire dePhysique Corpusculaire de Clermont-Ferrand est l'un des sept laboratoires fran-çais dans Atlas.

Rôle d'un laboratoire CNRS (LPC) dansune collaboration mondialeIl est difficile de définir des "recettes" qui,bien exploitées, puissent garantir qu'unlaboratoire (sur 150) est assuré de jouerun rôle, et donc de tirer son épingle dujeu. Néanmoins, la pratique des grandsprojets menés précédemment, même s'ilsn'ont jamais atteints l'ampleur des nou-velles expériences "géantes", a défini degrandes orientations :• Participer à toutes les phases de l'expérimentation : de la conception aumontage d'une partie de l'expérience, dela prise des données physiques (lors dela phase de production de l'expérience)à l'analyse des résultats.• Avoir des idées et des ambitions adap-tées aux compétences, aux moyenshumains et financiers.• Savoir convaincre et persévérer : chaquelaboratoire doit trouver sa place et s'ymaintenir. Sur une période de plus d'unquart de siècle, qui va du R&D à la fin del'expérience, rien n'est définitivementacquis !

Parallèlement aux tâches techniques, le LPC contribue à des simulations de processus physiques qui devraient êtreobservés par Atlas. L'optimisation des

E = Mc2

performances du détecteur est guidée parces études, y compris la mise au pointdes algorithmes qui seront utilisés plustard lorsque de vraies données serontdisponibles.Le groupe Atlas du LPC comporte l'équi-valent de 25 personnes à plein temps(Physiciens, ingénieurs et techniciens).En tenant compte des visiteurs étrangerset des stagiaires relevant des divers cyclesde formation, une cinquantaine de per-sonnes travaillent, chaque année, surAtlas au LPC. L'organisation de la collaboration Atlasest complexe. Les constructions des élé-ments du détecteur sont réparties sur toutle globe et sont soumises à une démar-che qualité très rigoureuse, d'où la cons-truction requise d'un grand nombre debancs tests dédiés.

Depuis trois années, une revue généralede l'état d'avancement des travaux estorganisée lors d'une semaine spéciale endehors du CERN. Les revues 2000 et2001 se sont tenues, respectivement, àDubna (près de Moscou) et à Brookhaven(près de New York). Les Journées Atlas2002 ont eu lieu, récemment (du 23 au28 juin 2002), à Clermont-Ferrand. Cetévénement important est la concrétisa-tion du rôle majeur que joue le LPC danscette grande aventure qui devrait révolu-tionner la discipline en apportant desréponses aux grandes questions sur lastructure de l'Univers.

Contact : François Vazeille [email protected]

Quelques nombres pour illustrerles échelles d'énergie• Unité d'énergie: électron-volt ou eVEnergie acquise par un électron accélérésous 1 volt• Chimie et Biologie : électrons des atomes et moléculesDe l'eV à quelques dizaines d'eV• Canon à électrons d'un tube cathodiqued'un poste TVQuelques kilo eV (ou KeV)• Radiographie : rayons XQuelques centaines de KeV (quelquescentaines de milliers d'eV)• Radioactivité naturelle : sources radio-activesQuelques MeV (quelques millions d'eV)• Le LHC : collisions proton-proton14 TeV dans la collision, soit 14 millionsde millions d'eV.

Quelques nombres pour illustrerl'infiniment grand et l'infiniment petit• Le cosmos : l'infiniment grandL'Univers est âgé d'environ 15 milliardsd'années. Si un signal lumineux (se pro-pageant donc à la vitesse de la lumière)nous parvenait de cette époque, il devraitvoyager sur 1026 mètres, soit 100 millionsde milliards de milliards de mètres.• Les particules élémentaires : l'infini-ment petitLes particules considérée, aujourd'hui,comme étant les plus élémentaires (lesélectrons et les quarks, par exemple), sont"ponctuelles". Néanmoins, si elles avaientune extension, cette dimension serait infé-rieure à 10-18 mètre, soit 1 milliardièmede milliardième de mètre.

Le LPC s'est inscrit clairement dans cette démarche globale, ce qui apparaît claire-ment dans le bilan et les perspectives quisont résumées ici. 1989-1994 : Deux expériences de R&Dsur la Calorimétrie, technique de mesu-re de l'énergie des particules par absorp-tion totale.1994-1995 : Promotion du CalorimètreHadronique à Tuiles Scintillantes (contrel'avis des autorités de tutelle !) et choixde cette solution par Atlas. 1995-1999 : Construction et tests deprototypes.2000-2003 : Production d'éléments duCalorimètre.2004-2006 : Assemblage d'Atlas au fonddu puits.2007-2017 : Prises de données et exploi-tation des résultats.


PNC /11

AATTLLAASS ::Futur détecteur géant de particules

le banc test qui sert à caractériseret à certifier les tiroirs, avant leur transport auCERN et leur insertion dans les modules.

la construction du Calorimètre :partiellement extrait d'un module, un tiroir qui renferme l'électroniquefrontale de lecture. Long de 1,5 mètre environ, un tiroir est un objet trèscomplexe dont le coût moyenest celui … d'une voitureRenault Twingo. Le LPC doitassembler 540 tiroirs.

Quelques mots sur la Calorimétrie Hadronique à Tuiles scintillantesLes quarks et les gluons issus de la collision se fragmentent immédiatement en jetsde particules constitués principalement de hadrons (pions, neutrons, protons…).Ces jets et des hadrons isolés sont absorbés par le Calorimètre Hadronique. Constituéd'une matrice en fer qui absorbe 97.5% de l'énergie incidente, seul un échantillon de2.5 % de l'énergie est mesuré par des scintillateurs (les tuiles), qui couplés à desfibres optiques puis à des photo détecteurs (qui transforment les signaux lumineux ensignaux électroniques), permettent de remonter à l'énergie incidente.Le Calorimètre a une masse de 2900 tonnes, comporte environ 550000 tuiles, 1 500 Km de fibres et 10000 photo détecteurs.Le LPC travaille sur les photo détecteurs et sur l'électronique frontale associée.


12/ SHS

> Sciences de l’Homme et de la Société

Lever de Soleil vude l'intérieur d'une aurière.

Or natif inclusdans un échantillon

du filon de quartz.

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L'or de la Combraille :

DDEESS MMIINNEESS DD''OORR AANNTTIIQQUUEESS JJUUSSQQUU''AALLOORRSS IIGGNNOORRÉÉEESS

La Combraille, pays de confins entre Berry,Bourbonnais, Marche et Auvergne, possède, deSoumans (Creuse) à Condat-en-Combraille (Puy-de-Dôme), l'un des plus importants décrochements quart-zeux d'Europe. Ce filon possède sur son trajet ou à sonvoisinage les traces d'anciennes mines à ciel ouvert(minières) se présentant sous la forme de fosses allon-gées (allant jusqu'à près de 200 m de long) flanquées de levées de stériles.

La Combraille, pays de confins entre Berry,Bourbonnais, Marche et Auvergne, possède, deSoumans (Creuse) à Condat-en-Combraille (Puy-de-Dôme), l'un des plus importants décrochements quart-zeux d'Europe. Ce filon possède sur son trajet ou à sonvoisinage les traces d'anciennes mines à ciel ouvert(minières) se présentant sous la forme de fosses allon-gées (allant jusqu'à près de 200 m de long) flanquées de levées de stériles.

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SHS /13

En pleine forêt les vestigesd'un vieil étang peuvent êtrela trace d'un aménagementhydraulique antérieur desti-né au traitement du mineraid'aurières proches.

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Ces minières sont généralement alignéespar groupe ce qui est caractéristique desexploitations métallifères sur filon. Malgréla présence du toponyme si caractéris-tique de Laurière (commune deVillosanges, Puy-de-Dôme) et les onzetonnes d'or fin extraites de la mine duChatelet (commune de Budelière, Creuse)entre 1905 et 1955, ces exploitations

ont été jusque il y a peu ignorées par la lit-térature spécialisée, scientifique ou de vul-garisation. Certains auteurs ont mêmeinsisté sur le fait que, pour des raisons miné-ralogiques (or réparti sous forme de solu-tion solide dans le réseau cristallin), il n'étaitpas possible que des aurières antiques aientexisté dans la zone du Chatelet car lesanciens ne connaissaient pas les procédésde cyanuration nécessaires au traitementde ce type de minerai.

Mais il semble qu'il y ait eu des circula-tions hydrothermales à des époques dif-férentes donnant des structures aurifèrestrès diverses sur cette même zone géo-graphique. De plus l'or combiné dans les

sulfures (donc en principe inexploitablepar les anciens) peut être libéré sous l'ef-fet de l'oxydation bactérienne et devientalors séparable par des moyens méca-niques connus depuis la plus haute anti-quité.

Etudes effectuées au CNRSSur ce district minier dont l'exploitationest certainement très ancienne nous avonslocalisé plus de cent sites d'extraction etde premier traitement du minerai. Laquasi-totalité d'entre eux correspondent àdes mines d'or à ciel ouvert (aurières)comme l'indiquent les résultats des pro-spections alluvionnaires stratégiques effec-tuées par le BRGM dans les ruisseaux issusdes bassins versants où sont situés lesminières. Ceci est confirmé par les analy-ses effectuées par fluorescence X et paractivation neutronique sur certains deséchantillons prélevés sur les sites et confiésau laboratoire IRAMAT / CEB (UMR 5060CNRS / Université Bordeaux III) situé sur leCampus du CNRS à ORLEANS. Ceséchantillons correspondant aux rejets desmineurs antiques, il est normal de ne pastrouver sur tous des traces de minéralisa-tion aurifère.

Une prospection tous azimutsPour faire cet inventaire, nous avons toutd'abord utilisé les sources écrites : lespublications des érudits locaux du XIXeet du début XXe s. décrivant de suppo-sées fortifications, les archives du servi-ce des Mines faisant parfois état d'ancienstravaux, les états de sections et plans ducadastre napoléonien permettant d'accé-der à la microtoponymie de la premièremoitié du XIXe s. ; en effet, les excava-tions sont souvent désignées par les topo-nymes Creux, Cros, Creusas, Fosses et leshaldes importantes par Suc, Suquet,Termes ; quelquefois les haldes étantmeubles le toponyme est conforté par lenom d'un animal fouisseur, par exemple leCreux du Renard.

Les photographies aériennes ont rendude précieux services pour les parties nonboisées de la zone, les enquêtes oralesont permis de recueillir des renseigne-

ments conservés par la mémoire collec-tive qui est d'ailleurs en train de s'éteind-re. En effet ces monuments dont l'origineest oubliée ont souvent frappé l'imagina-tion des habitants et de nombreuseslégendes ont cours sur leur destination.Le plus souvent ces légendes font réfé-rence à des retranchements "du tempsdes seigneurs" ou à des épisodes liés aufaux-saunage qui fut très actif dans cettecontrée à la limite de deux régions où l'im-pôt sur le sel était très différent. Enfin,les prospections pédestres ont permis devalider les autres types de prospection.

Un patrimoine menacéLes aurières de Combraille présentent desaspects typologiques originaux par rap-port à ce qui a pu être observé ailleurs(fraîcheur des reliefs, "taille humaine",aménagements hydrauliques dans le voi-sinage immédiat) et mériteraient d'êtreétudiées d'une manière exhaustive avantleur destruction. En effet ces minièresdisparaissent depuis quelques années,principalement par nivellement au bull-dozer pour rendre les terres plus facile-ment labourables ou pour dessoucher lestaillis avant enrésinement. Certaines ontété détruites au cours de travaux derecherche minière moderne comme àVilleranges (commune de Lussat, Creuse).

Des études non destructives (topographiefine des sites et de leurs annexes, sonda-ges par radar géologique pour détecterd'éventuelles galeries) sont faites sur lessites en passe d'être arasés ; car assezcurieusement au pays de Descartes, lesdemandes de sondages archéologiquessont refusées alors que les fonds publicsfinancent la destruction de ces vestiges.Les récoltes de surface (morceaux detegulae, tessons de poteries) effectuéesmalheureusement hors stratigraphie aprèsle passage des engins semblent indiquerune exploitation gallo-romaine pour ces mines d'or. Ceci pourrait expliquer la richesse étonnante de l'habitat local àl'époque gallo-romaine.

Contact : Pierre [email protected]

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14/ SHS


Un chevalier délivrant une princesse, voilà qui rapproche l'évocation du Moyen Âgede l'imaginaire des contes de fées. Pourtant, on ne saurait réduire ces dix sièclesqui ont précédé la période moderne à une belle histoire, pleine d'une touchantenaïveté, mais vite lassante. Parce que notre société a tendance à confondre imageet évidence, l'enluminure et l'iconographie des manuscrits médiévaux ont souventfait le plus de frais de ce malentendu.

Le côté obscurDDEE LL''HHIISSTTOOIIRREE ??

Macrobe, Commentairesur le Songe de Scipion

de Cicéron, France ?, 1re moitié du XIe siècle

Troyes, bibliothèquemunicipale, ms. 804, f. 233v.On oublie trop souvent que

notre connaissance del'Antiquité provient essen-

tiellement de ce que leMoyen Âge nous en a trans-mis. Il ne faut donc pas s'é-tonner de trouver exposéesdans un manuscrit du XIe

siècle des notions issues dela cosmographie antique.D'après celle-ci, la sphère

terrestre est divisée, suivantles cercles célestes, en cinqzones : deux froides, au nord

et au sud (frigida septentrio-nalis et frigida australis),délimitées par les cercles

arctique et antarctique ; unezone torride (perusta), en

rouge, de part et d'autre del'équateur ; et deux zonesintermédiaires tempérées

(temperata nostra et tempe-rata antoecorum). Quelquesinscriptions supplémentai-res évoquent partiellement

les régions connues de l'hé-misphère boréal : à gauche,

l'Atlantique avec les îlespresque mythiques des

Orcades (Orcades), l'Italie(Italia) qui fait face aux

côtes d'Afrique du nord ; aucentre, le bassin de la

Méditerranée orientale et dela mer Noire, et celui de la

Mer rouge ([Ma]re [ru]brum); à droite, la mer Caspienne(Mare Caspium) et le Golfepersique (Mare arabicum),séparant la Péninsule ara-

bique et les confins del'Inde. Toutefois, on aurait

tort de voir dans ce schémala volonté de rendre la réalitégéographique, même impar-faitement. Il s'agissait pourl'auteur de cette peinture defournir un instrument mné-monique pour aider à la lec-

ture du texte de Macrobe.

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Évreux, bibliothèque munici-pale, ms. 25, reliure.

Le projet Le Moyen Âgeen lumière prévoit un

dévédérom destinéau grand public, qui

contient, outre les contribu-tions des dix auteurs,

remaniées pour convenir àce support, des parcours

parallèles. L'un d'eux, intitu-lé "l'envers du décor",

permet de s'initier à la fabri-cation du manuscrit médié-

val et d'en découvrir, parl'image, les premiers secrets

A l'aube d'un Moyen Age en lumièreC'est une des préoccupations du médié-viste de donner à ses contemporains unenotion plus juste de ce millénaire d'his-toire. Car sa tâche n'est pas d'évoquerarbitrairement une époque du passé augré de ses sentiments ou de son imagi-nation, c'est au contraire d'étudier scien-tifiquement les traces de cette périoderévolue, de les critiquer, parfois pour lesrejeter, de les dater, de localiser leur ori-gine et reconstituer leur cheminementjusqu'à nous. Et, avant les cathédrales,avant les châteaux forts, avant les trou-vailles de l'archéologie, les traces les plusnombreuses qui nous sont parvenues duMoyen Âge sont les manuscrits. Au fil destextes qu'ils contiennent, on trouve par-fois cet ambigu témoin du passé : l'enlu-minure. C'est donc elle que l'Institut de recherche et d'histoire des textes(IRHT) (UPR-CNRS 841), soutenu par laFondation des banques CIC pour le livre etla Direction du livre et de la lecture auMinistère de la culture, a choisi de réha-biliter par une vaste entreprise de valori-sation des manuscrits enluminés desbibliothèques municipales de France.

Pour ce projet, tous les supports édito-riaux ont été convoqués : le livre impri-mé, bien entendu, publié par les éditionsFayard, mais aussi un dévédérom pour legrand public, un cédérom scolaire et un

site internet, développés par NouveauMonde éditions. Le titre de l'ensembles'imposait : faire comprendre l'enlumi-nure du manuscrit, qu'était-ce, sinon met-tre Le Moyen Âge en lumière.

Commenter l'image sans la faire chanterEn puisant dans l'énorme fonds de photo-graphies en couleur, en grande partienumérisées, accumulé depuis 1979 parl'IRHT (plus de cent trente mille clichés),environ cinq cents images de manuscritsenluminés ont été retenues par les dixauteurs qui ont participé au projet.Beaucoup sont inconnues, la plupartinédites. L'éventail thématique est trèslarge, des représentations de l'univers àcelle des liens familiaux, des activitéschampêtres aux figures du pouvoir, enpassant par l'iconographie de l'animal,l'imaginaire des juristes, etc. Mais unimpératif demeurait : ne pas abuser de

l'enluminure pour étayer une théorie pré-conçue, quitte à se laisser surprendre parle document.

Un avant-goût debibliothèque virtuelle des manuscritsCe projet, placé sous la direction scienti-fique de Jacques Dalarun, directeur del'IRHT, aboutira en octobre 2002 à lapublication simultanée de tous les produitséditoriaux, imprimé et multimédia. Ils don-neront à leurs lecteurs un avant-goût dece que la numérisation des images et l'ou-verture des bases de données sur Internetmettront un jour à la portée de chacun :une véritable bibliothèque virtuelle desmanuscrits, où chacun pourra consulterles reproductions de manuscrits conser-vés dans tous les dépôts de France.

Contact : Jean-Baptiste [email protected]


SHS /15

A première vue, la fondation en 1977d'une Section des sources iconogra-phiques au sein de l'IRHT semble releverdu paradoxe. Mais l'étude des miniatureset de la décoration des manuscritsmédiévaux, à l'instar des autres recher-ches menées à l'IRHT, apporte de pré-cieux renseignements sur le manuscrit: préciser sa datation et son origine,reconstituer l'histoire de sa confection,améliorer notre connaissance des per-

sonnalités, des milieux et des courantsartistiques... A cette fin, la Section dessources iconographiques, en collabora-tion avec le Service photographique del'IRHT, s'est engagée dans une considé-rable entreprise de recensement, d'in-ventaire, de photographie, d'indexationet de catalogage des manuscrits enlu-minés de toutes les bibliothèquespubliques de France, à l'exception de laBibliothèque nationale de France.

Bréviaire de Marie de Savoie,Milan, vers 1430Chambéry, bibliothèquemunicipale, ms. 4, f. 466r Par son style empreint denaturalisme, le Bréviaire deMarie de Savoie appartientdéjà à la Renaissance ita-lienne. Les scènes disposéesdans les marges de cemanuscrit représentent sur-tout des sujets profanes.Sauf ici, où un peintre deLombardie a illustré unthème caractéristique del'art gothique d'Europe dunord, et dont le succès s'estpoursuivi jusque tard dansle XVIe siècle : le combat desaint Georges contre le dra-gon pour libérer la princesse.

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16/ SHS


Les technologiesnumériques appliquéesAAUUXX LLIIVVRREESS MMÉÉDDIICCAAUUXX

AANNCCIIEENNSS

>> Liens utiles:http://www.cesr.univ-tours.fr


SHS /17

La base DionisDans le cadre de l'informatisation pro-gressive du service photographique (pôleimage) du Centre d'Études Supérieuresde la Renaissance (UMR 6576 CNRS /Université de Tours), plusieurs bases dedonnées, avec des besoins différents, ontété créées depuis 1998, associant unmoteur documentaire et un logiciel d'i-magerie. Plusieurs interfaces sont misesen œuvre (interface pour chercheurs avecpossibilités avancées de recherche, inter-face simplifiée pour recherches rapidesen bibliothèque, interface Internet aveccontrôle d'accès).

La base de données Dionis porte sur leslivres de médecine anciens du XVIe auXVIIIe siècles. Le nom de la base et l'illus-tration de la page de présentation sontreprésentatifs de la majorité des livresanciens conservés à la Bibliothèque uni-versitaire de Médecine de Tours et auCESR, portant essentiellement sur l'ana-tomie et la chirurgie. L'illustration est tiréede l'ouvrage d'André Vésale, De humanicorporis fabrica libri septem, Bâle, 1543(référence : Bibliothèque du CESR);Pierre Dionis (1650-1718), un des plusgrands chirurgiens sous Louis XIV, adonné son nom à la base.

La base associe texte et images sous formede fiches : auteur, titre, imprimeur, libraire,année, format et pagination, langue, motsclefs, illustrations (page de titre, frontispice,portrait, planches), localisation du livre.Elle offre un choix important de fonction-nalités : recherches par tris croisés, télé-chargements, zooms, chutier, liens directsavec les livres numérisés (Vésale sur le siteinternet du CESR). Elle constitue un outilde travail moderne, dans une perspectivepluridisciplinaire : épistémologie, histoirede la pensée médicale, histoire du livre,des illustrations médicales, philologie (traductions, études lexicales), histoire dufonds local.

Contact : Jacqueline [email protected]

Le pôle imageL'objectif du projet est la numérisationdu fonds photographique du Centre d'Études Supérieures de la Renaissance,c'est à dire la transformation sous formede fichier informatique de tout type desupport photographique, dans le butd'une exploitation et diffusion de ces données, mais aussi pour résoudre desproblèmes de conservation.Ce projet initialement lancé en 1998 parles équipes de recherche d'Histoire del'art, disposant d'un fonds photographiqueimportant et souhaitant créer différentesbases de données consultables en réseau,est géré techniquement par le servicephotographique et informatique du CESR.

Le service de reproduction photogra-phique s'est doté depuis 1998, avec lesoutien du Conseil régional du Centre, deplusieurs stations graphiques équipéesde scanners capables de numériser tousles supports photographiques (tiragespapiers, microfilm, diapositives…) et degraveur de CD-Roms pour l'archivage, afinde procéder à la rétro conversion desfonds photographiques du CESR.

Un réseau informatique (système NT, 140Go de stockage en Raid5) a été mis enplace afin d'administrer, à l'aide d'un logi-ciel de gestion électronique de documents,les bases de données photographiques, etde permettre une consultation de celles-ci, en réseau interne (postes informatiquesen bibliothèque à la disposition des étu-diants et enseignants chercheurs), maisaussi via Internet pour une diffusion vers

l'extérieur. A ce jour, le projet " pôle image" est opérationnel, de nombreuses basesde données sont créées (Histoire de l'art:Architecture - Peinture - Iconographiemusicale, Histoire, Sciences) donnantlieu à de multiples conventions de colla-boration.

Après quatre années d'études, de miseen place sur site des moyens informa-tiques et logiciels, de conception desbases, la première base de donnéesphotographiques est désormais accessi-ble sur Internet (Base de données numé-risées sur les livres médicaux du XVIe auXVIIIe siècle : Base Dionis).

Actuellement dans une phase de concep-tion et de production, le pôle image sedéveloppe avec la création de nouvellesbases, l'étude d'un projet de BibliothèqueVirtuelle Humaniste (s'orientant vers lanumérisation spécifique d'ouvragesanciens), l'élargissement de certains projets scientifiques sur le plan européen(à l'image de la base de données sur l'iconographie musicale de la Renaissancede Nicoletta Guidobaldi s'intégrant dansle programme " Culture 2000 ").

La numérisation par le CESR des fondsphotographiques permet la mise en valeur(consulter, diffuser et restituer rapide-ment) et la conservation (répondre auxnormes d'archivages) d'un patrimoinephotographique exceptionnel.

Contact : Sébastien [email protected]

> Base de données photographiques sur les livres médicaux du XVIe au XVIIIe siècleResponsable de l’enquête : Jacqueline VonsService photographique et informatique du CESR : Sebastien BussonConservateur de la section Médecine du SCD : Corine TouchelayConservateur de la bibliothèque de CESR : Claire Blin


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> Sciences de l’Univers

ENVOLDE SPIRALE VERSLLAA SSTTRRAATTOOSSPPHHEERREE

Au laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement(LPCE) du CNRS d'Orléans(UMR 6115 CNRS /Université d'Orléans),Guy Moreau est responsable de l'expérience SPIRALE,Spectroscopie InfraRougepar Absorption de LasersEmbarqués. SPIRALE consisteà mesurer simultanémentplusieurs constituants mino-ritaires de la stratosphèreen utilisant les propriétésabsorbantes des moléculesdans l'infrarouge vis à visde faisceaux lumineux issusde diodes lasers accordablesen fréquence optique.

Une collaboration CNES-INSU-CNRSEn 1994 a débuté la construction de SPIRALE, projet qui avait été accepté parle CNES et l'INSUE en 1993. Le CNESa assuré la quasi totalité du financementde la construction de l'instrument, tandisque le CNRS par l'intermédiaire de l'INSUa apporté sa caution scientifique et le personnel technique du LPCE. Le premier vol, en 1999, et le deuxième, en2001, ont eu lieu à Gap (Hautes Alpes).

Trajectoire en directL'instrument SPIRALE, placé dans unenacelle accrochée à un ballon est suivi parGPS qui indique altitude, longitude et lati-tude. Les vols sont réalisés par l'équipe delancement de la division ballons du CNES.La montée dure environ 1h30, puis le pla-fond à altitude constante atteint, la soupa-pe du ballon est ouverte pour une descentelente. A 13 km la nacelle est séparée duballon et les parachutes s'ouvrent pourqu'elle se pose sans dommages dans unlieu choisi. Le vol dure 7 heures environ.La nacelle ne part pas sans un tracé prévi-sionnel des trajectoires qui assure le pleinaccomplissement de la mission pour unedurée des mesures prérequise. Puisque leballon suit le mouvement des masses d'airoù il se trouve, les modèles de trajectoiresont calculés toutes les 6 heures par unmétéorologue de l'équipe de lancement à partir des données météorologiques four-nies par Météo France et par le CentreEuropéen de Météorologie.

Le point d'atterrissage est calculé en tempsréel et dès que le ballon est en vol, afin depouvoir choisir une aire de contact endehors des zones habitées, des surfacesd'eau, et des voies de communication. Lesmesures réalisées avec la nacelle sont sui-vies en temps réel et enregistrées à la foisau sol et à bord. Pour toutes ces raisonsSPIRALE doit être léger, pas trop encom-brant, récupérable et relancé après remiseen état.

Des mesures de concentrationsles plus faibles possiblesSPIRALE a été construit dans le but demesurer des espèces chimiques de la

stratosphère à concentrations très faibles,de l'ordre d'une molécule parmi 1012. Lesespèces mesurées doivent être préala-blement identifiées et étudiées d'un pointde vue spectroscopique. Les espèces chimiques suivantes ont déjà été suivies :N2O, CH4, NO2, H2O, HNO3, COF2, H2O2,HOCl, O3 et CO, dans un éventail desconcentrations très étendu.. Les mesu-res s'effectuent tous les trois mètres aucours de l'excursion verticale entre 12 à 40 km. Le dernier vol a nécessité letraitement de 60000 spectres, et généréles profils verticaux de concentration desespèces suivies.

Le but de ces mesures est de comprendremieux la chimie de ces espèces et les inter-actions entre elles associé à une résolu-tion verticale élevée. SPIRALE est uninstrument original, en ce qu'il en existepeu capables de faire des mesures in situavec un aussi grand nombre de moléculeset une résolution verticale élevée. Les diodes laser n'émettant que dans desdomaines limités du spectre, sont spéci-fiques des molécules suivies. A chaquecampagne, il faut installer des diodes laseren rapport avec les molécules détectées.Il reste encore à intégrer la technique de modulation des diodes laser qui permettra de gagner un facteur 10 sur lesconcentrations les plus basses.

Repartir en 2002 et 2003Les mesures à distance, effectuées en per-manence par les satellites, sont espacéeshorizontalement et verticalement, bruitées,faussées par les poussières présentes dansl'atmosphère (de sources naturelles ouissues des activités humaines) : il faut detemps en temps les recaler pour qu'il n'yait pas de doute sur la fiabilité des donnéesainsi obtenues. A l'inverse, les mesures in situ dans l'atmosphère sont plus fiableset c'est pourquoi de prochains vols sontplanifiés pour septembre 2002 et janvier2003 alors que le satellite ENVISAT lancépar l'Agence Spatiale Européenne en sera àla phase de tests. De nouvelles campagnesseront organisées à l'échelon européen oùde nombreux lancements d'instrumentssous ballon ou aéroportés interviendront.

Des résultats inattendusLes résultats des deux premiers vols ontconforté en partie la physico-chimie connue.La chimie de la stratosphère fait intervenirdes espèces nitrées et chlorées, générantdes réactivités relativement rapides respon-sables de la décomposition de l'ozone dansles basses couches de la stratosphère entre15 km et 25 km. La compréhension finede la décomposition de l'ozone et de l'implication des autres espèces chimiquessuivies par SPIRALE est l'objectif scienti-fique principal. Une méthode puissanteconsiste à injecter dans un modèle mathé-matique les données obtenues sur lesconcentrations des espèces détectées source (CH4, N2O, O3). Le bilan comparédes concentrations obtenues par le calculdes autres espèces (NO2, HNO3, COF2, …)aux concentrations expérimentales (issuesde SPIRALE et des satellites) valide ou nonles modèles, qui sont en retour affinés. Maisles premiers résultats originaux de SPIRALEportent notamment sur le bioxyde d'azoteNO2, une molécule très active d'un pointde vue chimique dans toute l'atmosphère,qui présente en descendant au midi solairedes diminutions jamais observées et pourle moment inexplicables.

Les enjeuxL'ozone a aussi un impact important sur lebilan radiatif de la terre. Sa diminution dansla stratosphère accroît l'effet de serre dontchacun est conscient des risques environ-nementaux liés à son augmentation. Du faitde la variabilité naturelle des paramètresobjectifs de l'atmosphère, et aussi parceque les mesures n'ont été effectuées quedepuis quelques décades, les activitéshumaines n'apparaissent pas avoir une inci-dence prouvée sur l'atmosphère pour beau-coup de décideurs. C'est pourquoi l'étudede l'atmosphère, et plus généralement del'ensemble océans/continents/atmosphèredoit être poursuivie, afin de faire apparaîtreclairement sur le long terme les influencesdéterminantes et critiques. SPIRALE estun instrument puissant d'étude fine de l'atmosphère qui contribue à cette étude.

Contact : Guy [email protected]


SDU /19


20/ SDU

> Sciences de l’Univers

La mobilité horizontale et verticale de lalithosphèreOn sait depuis près d'un siècle que lescontinents se déplacent à la surface duglobe, mais contrairement à l'idée initialede Wegener, les continents ne sont pas desradeaux dérivant sur le manteau au gré descourants de convection. En fait, la croûtecontinentale, constituée de roches de com-position granitique, d'épaisseur moyennede 30 km, est fixée sur la partie superfi-cielle du manteau avec lequel elle formeune couche d'une centaine de km d'é-paisseur appelée lithosphère qui se dépla-ce sur le manteau asthénosphériquesous-jacent. Dans les océans, la situationdiffère puisque le manteau asthénosphé-rique remonte vers la surface le long desdorsales océaniques et donne naissance àla lithosphère océanique formée d'unecroûte basaltique mince d'environ 10 kmd'épaisseur et de 80 km de manteau. Lasurface du globe étant constante, l'expan-sion océanique est compensée par unedisparition de lithosphère au niveau desfosses océaniques : c'est le phénomène de

subduction. On a longtemps cru que lasubduction ne concernait que la lithosphè-re océanique. Les continents, moins den-ses que le manteau, étaient supposéss'accumuler dans les zones de subductionpour former les chaînes de montagnescomme les Alpes ou l'Himalaya. On saitmaintenant que la croûte continentale peutêtre entrainée à des profondeurs supé-rieures à la centaine de km.

Enfouissement et MétamorphismeLa subduction entraîne des augmenta-tions de pression et de température quisont à l'origine des cristallisations méta-morphiques dans les roches. Inversement,l'étude des changements minéralogiquespermet aux géologues de connaître lapression et la température enregistréesdans les roches. Lors de la subduction,l'augmentation de pression se traduit parl'apparition de minéraux de haute pres-sion comme le grenat, l'amphibolesodique ou la jadéite.Ainsi on trouve dans de nombreuses chaî-nes de montagnes des roches continen-

tales qui ont été enfouies dans le man-teau. Il y a une quinzaine d'années, on adécouvert, en inclusion dans des grenats,des minéraux de ultra-haute pression(UHP) comme la coésite ou le diamant,témoignant d'un enfouissement de lacroûte continentale à plus de 100 km deprofondeur. La première découverte decoesite dans les Alpes en 1985 par C.Chopin a été confirmée pour d'autres chaî-nes de montagnes : Norvège, Oural,Massif Central, etc... C'est en Chine cen-trale, dans les massifs du Dabieshan etde Sulu, que se trouvent les plus grandesmasses de croûte continentale métamor-phisée à ultra haute pression du monde.

L'étude des transformations minéralogiques et structurales des roches continentales subductées fait l'objet de nombreusesrecherches dans le monde entier. Elle constitue une des thématiques de l'Institut des Sciences de la Terre d'ORLEANS (ISTO)(UMR 6113 CNRS / Université d'Orléans ).

LA SUBDUCTIONCCOONNTTIINNEENNTTAALLEELA SUBDUCTIONCCOONNTTIINNEENNTTAALLEE

Schéma de l'exhumation d'un bloc crustal subducté à grande profondeur dansl'asthénosphère, exhumé

grâce au jeu simultané d'unchevauchement et d'unefaille normale. Les croix

allongées symbolisent ladéformation syn-métamorphe

de la croûte continentale.

Ces régions exceptionnelles ont attiré l'at-tention de nombreuses équipes interna-tionales. En France, l'ISTO participe à desrecherches soutenues par le CNRS pourmieux comprendre l'histoire des rochesultra-métamorphiques.

L'exhumation de la croûte continentaleet ses conséquencesSi la subduction continentale est en défi-nitive une conséquence logique de la tec-tonique des plaques, il reste àcomprendre pourquoi et comment lesroches ultra-métamorphiques se trouventexposées à la surface du globe alors qu'el-les devraient rester enfouies dans le man-teau. L'érosion n'est bien sûr pas unmécanisme approprié car il faudrait trou-ver des bassins sédimentaires gigan-tesques pour recevoir les millions de km3

de roches issues du démantèlement d'unechaîne de montagnes. La mise en oeuv-re de processus tectoniques apparaîtcomme une nécessité pour expliquer lamise à l'affleurement, ou l'exhumation,de la croûte subductée profondément. Laremontée des roches continentales deUHP est donc un phénomène dynamiqueaccommodé par de grandes failles.Actuellement, un modèle d'exhumation,associant le jeu simultané d'un chevau-

chement et d'une faille normale permet-tant le mouvement vers le haut d'un coincrustal est privilégié par les tectoniciens.

Plusieurs conséquences géologiquesdécoulent de l'exhumation de la croûtecontinentale subductée :

1/ La rétromorphose dynamique.L'exhumation s'accompagne nécessaire-ment d'une décompression et d'une réhy-dratation des roches. Les minéraux deUHP vont être remplacés, ou rétromor-phosés, par d'autres minéraux stablesdans des conditions physiques différen-tes. L'observation en surface de minérauxde UHP implique que la rétromorphosereste incomplète ce qui n'est possible quesi l'exhumation est rapide, de l'ordre de2 mm/an.

2/ La fusion crustale.Si lors de la décompression, la tempéra-ture augmente, les roches crustales richesen aluminium peuvent être fondues pourdonner naissance à des granites.

3/ Le découplage croûte-manteau.La convergence continentale concernetoute la lithosphère, mais l'exhumationn'affecte que la croûte. En effet, on ne

retrouve pratiquement jamais de man-teau lithosphérique exhumé avec lesroches crustales. Ceci implique undécouplage entre le manteau lithosphé-rique recyclé dans l'asthénosphère et lacroûte qui remonte vers la surface Un teldécouplage est responsable d'un trans-fert de chaleur et de fluides du manteauvers la croûte pouvant être à l'origine deconcentrations minérales.

Ce modèle simple demande encore àêtre quantifié pour connaître les vites-ses de déformation et d'exhumation desroches métamorphiques. Cette connais-sance des processus géologiques passepar des études détaillées de divers casgéologiques naturels, par la détermina-tion des conditions thermodynamiqueset par des datations radiométriques.L'expérimentation et la modélisationnumérique de la subduction continen-tale permettent de mieux comprendre lecomportement des minéraux dans cesconditions de pression extrêmes et demieux tenir compte des aspects ther-miques de ce phénomène majeur dansla dynamique de notre planète.

Contact : Michel [email protected]


SDU /21

Ainsi, dans le cadre d'un partenariat, leCentre de Recherches sur les Matériauxà Haute Température (UPR CNRS 4212)et le Centre Ernest-Babelon de l'Institutde Recherche sur les Archéomatériauxont acquis un microscope électroniqueà balayage environnemental (ESEM :Environmental Scanning ElectronMicroscopy), grâce à la participation dela région Centre. Cette microscopie auxnouvelles possibilités permet l'observa-tion et l'analyse chimique d'une pluslarge gamme d'échantillons que ne lepouvait le mode conventionnel et rendpossible leur expérimentation in situ sousdifférentes conditions de température,de pression ou de type d'atmosphère.

QUELLES SONT LES APPLICATIONSD'UN TEL APPAREILLAGE AU CRMHT ?

Etude in situ en températureSi les méthodes spectroscopiques, large-ment développées au Centre deRecherches sur les Matériaux à HauteTempérature, restent les outils indispensa-bles pour sonder la matière à différenteséchelles, l'ESEM nous donne accès à denouveaux types d'informations comme l'ob-servation dynamique, à l'échelle micromé-trique, de matériaux soumis à un cycle dechauffage. Ainsi, dans le cadre des étudesmenées au laboratoire, nous avons étudiéles différentes étapes du mécanisme de

fusion d'un mélange vitrifiable. L'illustrationci-contre présente deux images prises à destempératures différentes sur une mêmezone de l'échantillon. Elle permet, par com-paraison, de mettre en avant deux phéno-mènes distincts. Tout d'abord une réactionentre un grain de silice et un grain deCa3B2O6 est visible en ESEM. Cette réac-tion va conduire à la formation d'une nou-velle phase, la wollastonite, avec libérationd'une phase liquide riche en bore.

Le grain de silice sera alors progressive-ment digéré. On observe également ledébut de fusion du mélange vitrifiable enre-gistré, pour cette étude, à des températuresavoisinant les 1206°C. Le liquide se pro-pagera jusqu'à fusion totale du mélange.

Dosage de phasesOutre les énormes possibilités que luiconfère le mode environnemental, lemicroscope électronique à balayagereste un outil performant pour déter-miner la nature de phases présentes àla surface d'un échantillon, grâce à unsystème de microanalyse complet detype EDX et WDX. Cet aspect trouve denombreuses applications notammentdans le dosage de phases d'oxy-nitru-re ou oxy-carbure d'aluminium cristal-lisant lors de la combustion de gouttesd'aluminium dans des atmosphèrescombinant N2 et H2O ou CO2 et H2O.

Imagerie en contraste chimiqueL'imagerie en électrons rétrodiffusés (BSE)permet d'accéder à une information liée à lachimie de la surface. L'observation de lasection polie d'une bille d'oxyde de fer, obte-nue par refroidissement libre d'oxyde liqui-de en lévitation aérodynamique, montre lacoexistence de deux phases : FeO et Fe3O4.

QUELS SONT LES DOMAINESDE PRÉDILECTION DE L'ESEM ?

Toutes les applications qui nécessitent depouvoir observer en haute résolution la topo-graphie réelle d'un échantillon dans son étatnaturel, qu'il soit hydraté, huileux ou iso-lant, sans le dégrader et sans aucune pré-paration préalable. Etude des matériauxdans leur environnement naturel : miné-raux, papiers, argiles hydratés, biomaté-riaux, microélectronique, etc…

Observation dynamique de phénomènesphysico-chimiques avec la possibilité d'in-teragir en faisant varier la pression, le type degaz à l'intérieur de la chambre (gaz neutre,oxydant, réducteur…) ainsi que la tempé-rature de l'ambiant à 1500°C.Etude des phénomènes de cristallisation,de fusion, de corrosion ; réactions chimiquessur catalyseurs, prise de ciments, etc…

Contact : Emmanuel Véron - [email protected]


22/ SC/SHS

> Sciences Chimiques / Sciences de l'Homme et de la Société

Matériaux du futuret du passé examinés

SSOOUUSS FFAAIISSCCEEAAUUDD''ÉÉLLEECCTTRROONNSS

Matériaux du futuret du passé examinés

SSOOUUSS FFAAIISSCCEEAAUUDD''ÉÉLLEECCTTRROONNSSQu'ils nous soient contemporains, appartiennent encore au futur ou témoignent de notre passé, les matériaux sont finalement examinés avec les mêmes outils.

Qu'ils nous soient contemporains, appartiennent encore au futur ou témoignent de notre passé, les matériaux sont finalement examinés avec les mêmes outils.

Bille d'oxyde de fer aprèschauffage laser à 2000 K

sous atmosphère oxydanteet trempe. Coexistence des

phases FeO (en clair) etFe3O4 (en sombre).

1157°C : à cette température,le frittage du mélange est

important. On distingue aucentre de l'image un grain de

silice au contact d'un grain deCa3B2O6.

1206°C : le grain de silice,par digestion, a totalement

disparu. Le début dela fusion du mélange estvisible en bas à gauche.

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SC/SHS /23

Arsenic

Fer

Nickel

Silicium

Cobalt

Etude au microscope électronique à balayage d'un fragment de verre bleu cobalt du XVe siècle comportant des inclusions

Etude au microscopeélectronique à balayageenvironnemental d'un frag-ment de papier hollandaisdaté de 1775 :observation et analyse qua-litative en cartographie XSur l'image en noir et blanc,on distingue un grain desmalt en forme de losanged'environ 0,05 millimètresde côté coincé entre les fib-res du papier. Les imagescorrespondantes en faussecouleur concernent chacuneun élément différent. Plusune plage de l'image estcolorée, plus elle contientl'élément en question. Legrain de smalt est en parti-culier riche en silicium,cobalt, arsenic, nickel et fer.L'arsenic et le nickel, intro-duits involontairement et enmême temps que le cobalt,nous fournissent des indicespour retrouver le bassinminier où le cobalt étaitexploité, ainsi que son modede préparation.

Inclusion à la surface dufragment de bracelet enverre bleu cobalt, cliché prissous loupe binoculaire,image de gauche.La mêmeinclusion observée au micro-scope électronique à balaya-ge en mode rétrodiffusé :visualisation du contrastechimique avec une compo-sante topographique, imagede droite.

Les atouts du mode environnementalpour les archéomatériaux L'intérêt du microscope électronique àbalayage pour étudier les objets archéo-logiques, nommés encore archéomaté-riaux, n'est plus à démontrer, tant pourl'observation à forts grossissements quepour les microanalyses de composition.Mais avec les appareils conventionnels,qui étaient les seuls disponibles sur lemarché jusqu'à ces dernières années,certains types d'échantillons ne pou-vaient pas être examinés. Avec le modeenvironnemental, mis au point récem-ment, de nouvelles perspectives derecherche s'ouvrent. Tous les échan-tillons, qu'ils soient isolants, fragiles,hydratés ou huileux, peuvent être étu-diés et cela sans aucune préparation.Citons, par exemple, les verres, les pig-ments, les papiers, les parchemins, lesos ou les ivoires. Le nouvel appareillagedisponible au Centre Ernest-Babelonpermet de développer une nouvelleapproche strictement non destructivepour ces études. L'une d'entre elles portesur des papiers de l'époque moderne etune autre sur les inclusions minéralesdes verres.

L'azurage des papiers hollandaisUne précédente étude, fondée sur desanalyses élémentaires de papiers, avaitmis en évidence que les échantillons hol-landais postérieurs à la seconde moitié duXVIIIe siècle contenaient à l'état de tracesdu cobalt, de l'arsenic et du nickel. Eneffet, des particules bleu intense de formeet de taille variées sont visibles à l'obser-vation sous microscope optique. L'étude

au microscope électronique à balayageenvironnemental a montré que ces parti-cules étaient du smalt, un verre synthé-tique coloré en bleu par du cobalt, dontles propriétés colorantes sont utiliséesdepuis la plus haute antiquité. En ajou-tant du smalt finement broyé dans lepapier, les papetiers apportaient une légè-re coloration bleue, de façon à compen-ser l'"œil" jaune du papier et donc à colorerce dernier en blanc. Les papiers hollandaisétaient d'ailleurs réputés pour leur blan-cheur et étaient synonymes de qualité.

Sur la piste de nouvelles sourcesde colorant cobaltUn fragment de bracelet en verre bleucobalt du XVe siècle, découvert dans uneépave au large de Brunei, a été confié aulaboratoire pour analyses. La composi-tion a révélé une association inhabituel-le pour le cobalt utilisé à cette époqueet dans cette région. Un examen attentifa montré que le verre renfermait de nom-breuses inclusions à éclat métallique,ayant entre 0,05 et 0,2 millimètres dediamètre. Différents arguments laissentpenser que ces grains ont été probable-ment ajoutés involontairement dans leverre avec le colorant cobalt. La micro-analyse X réalisée avec le microscopeélectronique à balayage environnementala montré que les inclusions minéralesétaient principalement des chalcopyri-tes (FeCuS2). Cette association originalemet en évidence l'utilisation d'un nou-veau type de cobalt dont le gisement,associé à des minéralisations cuprifères,serait peut-être à chercher en Indonésie,si l'on se réfère aux textes anciens.

Contact : Maryse Blet-LemarquandCentre Ernest-Babelon, [email protected]

Un outil commun,une logique de site entre Sciences Chimiques et les Sciences de l'Homme et de la Société

Les besoins de sources de photons éner-gétiques sont importants dans des secteurscomme la biologie, la biochimie, la photo-chimie, la microélectronique, les micro etnanotechnologies, l'étude des matériaux,ou plus traditionnellement en cristallogra-phie, en contrôle non destructif, en balis-tique ou en cinéradiographie. Suivant ledomaine de recherche ou le secteur indus-triel, les demandes concernant les carac-téristiques géométriques, temporelles(rayonnement continu, impulsion ultra-courte, …), fréquentielles, énergétiquesdes sources, sont extrêmement variées.

Cette équipe s'est spécialisée dans l'étu-de, le développement et l'optimisation desources compactes, facilement transpor-tables basées sur des décharges élec-triques rapides. Les recherches portentsur plusieurs points : la suppression dumercure (nocif pour l'environnement)dans les tubes fluorescents pour les ensei-gnes lumineuses et la mise au point denouveaux tubes performants ; les lampesexcimères dans l'UV et le VUV ; l'étudede sources très compactes de forte puis-sance dans l'EUV-XUV ; la production derayonnement X durs en mode impulsion-


24/ SPI

> Sciences pour l’Ingénieur

A Orléans, dans le laboratoire duGREMI (Groupe de Recherche surl'Energétique des Milieux Ionisés)

(UMR 6606 CNRS / Universitéd'Orléans) spécialisé dans

l'étude des plasmas (gaz ioniséémettant de la lumière), une équipe

mène des recherches dans le domainedes sources de photons énergétiques,

de l'UV aux X durs.

A la recherche de nouvellesSSOOUURRCCEESS DDEE LLUUMMIIÈÈRREE

Fash X du GREMIsur une installation du DLR

à Lampoldshausen(Allemagne) permettant

l’étude de jets d’azotesupercritique (voir radiogra-

phie ci-contre : jet d’azoteà -173°C dans de l’azote à

10 atmosphères) pour lamodélisation des injecteurs

du moteur Vulcain de lafusée Ariane

nel à très haute cadence. Dans tous lescas, les recherches ont conduit à desprototypes avec transfert de technologiepour industrialisation. L'ensemble dessources développées au GREMI (UMR6606 du CNRS/Université d'Orléans) per-met de pratiquement couvrir tout le spec-tre entre l'UV et les X-durs jusqu'à environ400 keV (énergie correspondant à desvaleurs très supérieures à celles habi-tuellement utilisées en radiographie médi-cale,15-100 keV).

Des décharges électriques rapidesLes sources de rayonnement basées surdes décharges rapides apparaissentcomme extrêmement intéressantes et par-ticulièrement compétitives car elles pré-sentent une efficacité élevée comparée àd'autres méthodes de production. Ceciest particulièrement important ; en effet,l'énergie libérée sous forme de rayonne-ment d'une source quelconque ne relèvepas de la génération spontanée ! Il fautfournir au milieu émetteur de l'énergie,en général électrique, pour qu'il en resti-tue une partie, souvent infime, sous formede lumière. Pour une énergie rayonnéedonnée, plus l'efficacité de conversion estgrande, plus le système peut être com-pact. C'est dans cette optique que se situela démarche des chercheurs du GREMI.

Exemples de sources développées au GREMILa source EUV CAPELLA (pour CAPillaryEuv Lamp for Lithography Approach) vaêtre prochainement installée sur le pre-mier banc d'essais français BEL pour lanouvelle génération de lithographie EUVau LETI à Grenoble. Cette source, réali-sée dans le cadre du programme françaisPREUVE, fonctionnant à partir d'unedécharge capillaire dans le xénon, permetd'émettre des photons dans la gamme 5-20 nanomètres, et particulièrement à13.5 nm, longueur d'ondes choisie par lesgrands industriels de la microélectroniquepour la réalisation des composants électro-niques à l'horizon 2008-2010. Sa fré-quence de fonctionnement de 4 kHz seraprochainement étendue à 10 kHz et audelà. En remplaçant, le xénon par d'aut-

res gaz, on peut favoriser l'émission à d'au-tres longueurs d'onde sur un très granddomaine spectral allant de l'XUV au VUV.Les recherches menées sur ces sourcesont conduit à un dépôt de brevet et à untransfert de technologie à une jeune entre-prise récemment créée par des anciensdoctorants du laboratoire pour assurer sondéveloppement. La production d'X durs à très haute caden-ce en mode rafale (quelques impulsions àdes fréquences multi-kilohertz) est réali-sée à partir d'une source à foyer uniqueoù les photons émis lors des différentesimpulsions sont tous émis à partir dumême endroit. Ce type de source, inexis-tante actuellement sur le marché, per-mettra de prendre plusieurs clichés aucours d'un même événement et facilite-ra l'interprétation des phénomènes rapi-des observés. Les recherches de l'équipe"Plasmas haute tension impulsionnelle "du GREMI, financée par la DGA et lasociété INEL, basée à Artenay dans leLoiret, ont permis d'avancer rapidementdans ce domaine. D'ores et déjà, les sour-ces développées au GREMI fonctionnenten mode quasi-continu (train d'impul-sions de plusieurs secondes) à des fré-quences proches du kHz et à desfréquences supérieures à 2.5 kHz enmode rafale. La gamme 5-10 kHz doitêtre atteinte avant la fin de cette année.Ces sources sont uniques, tant par lescaractéristiques qui viennent d'être décri-tes que par leur extrême compacité baséesur des développements réalisés auGREMI ayant déjà fait l'objet d'un trans-fert de technologie à la société INEL. Cesdeux exemples donnent une idée de lapalette de sources développées par leschercheurs du GREMI. Ces vraies sources" table top " (littéralement : sources dedessus de table) peuvent bien sûr serviraussi bien pour la recherche que pour l'in-dustrie et doivent permettre de répondre ànombre de nouvelles demandes dans desdomaines jusqu'alors peu explorés.

Contacts : Jean-Michel Pouvesle au GREMI :[email protected] Cachoncinlle au GREMI :[email protected]

De l'infrarouge aux X durs Depuis toujours, l'homme a cherché àcréer de nouvelles sources de lumière.Pendant des millions d'années, il nes'est intéressé qu'à la lumière visible,celle que notre œil peut percevoir (duviolet au rouge, en passant par toutesles couleurs de l'arc-en-ciel, soit undomaine spectral couvrant les lon-gueurs d'ondes de 400 à 780 nm).Très récemment, il a étendu ses inves-tigations à d'autres domaines, l'infra-rouge (découvert en 1800) puisl'ultraviolet (UV, 1860). Les cents der-nières années ont vu d'un seul coups'étendre le domaine spectral accessi-ble aux rayonnements de l'ultravioletdu vide (VUV pour Vacuum UltraVioleten 1893), de l'extrême ultraviolet(EUV) aux rayons X (1895) et Gamma,de longueur d'onde de plus en pluscourte, c'est à dire d'énergie transpor-tée par le photon de plus en plus élevée(dix à un million de fois plus que dansle visible). On imagine bien que les "dégâts " ou, plus scientifiquement, lestransformations, occasionnés par detels photons quand ils interagissentavec la matière seront plus importantsque ceux émis dans le visible ou l'in-frarouge. D'autre part, plus la longueurd'onde associée aux photons est cour-te, plus ceux-ci permettent de créerdes structures de très petite taille dansla matière. On touche là au domainedes micro et nanotechnologies, ledomaine de l'infiniment petit qui arévolutionné notre vie depuis quelquesdécennies et va la révolutionner bienplus encore dans les années à venir.


SPI /25

Source EUV CAPELLAqui sera prochainement testées sur le banc BEL de la lithographie


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Le LCSR (UPR CNRS 4211) étudie diversaspects de l'utilisation de l'hydrogènedans l'énergétique : la production de l'hy-drogène par reformage des hydrocarbu-res, les limites d'explosion et de transitionà la détonation des mélanges d'hydrogè-ne-air, la cinétique chimique des mélan-ges d'hydrogène-air, mais aussi desmélanges de méthane-hydrogène et d'air,la combustion d'oxygène liquide et d'hy-drogène pour la propulsion cryogéniquepour le moteur Vulcain du lanceur Ariane5, la structure des flammes turbulentesdes mélanges d'hydrogène-air. Le mélan-ge réactif d'hydrogène-air (ou des mélan-

ges d'hydrocarbures-hydrogène et d'air)est notamment prévu comme combusti-ble dans les futurs lanceurs aérobies spa-tiaux à combustion supersonique. Afin deréduire le coût de l'accès à l'espace, deslanceurs réutilisables semblent être lasolution incontournable, pour remplacerles lanceurs fusées, comme par exempleAriane 5, qui ne sont pas récupérablesaujourd'hui. Une possibilité serait alorsd'utiliser l'air de l'atmosphère dans unepartie du lancement (tant que le lanceurreste dans les couches denses de l'at-mosphère) et de n'embarquer que lecombustible (par exemple l'hydrogène ou

un mélange hydrogène-hydrocarbure), cequi permettra de ne pas emporter l'oxy-gène dans le lanceur mais de le prendredans l'air atmosphérique. Cette solutionpourrait ainsi augmenter la charge utiledu lanceur et sa rentabilité, d'une part,et, d'autre part, la partie aérobie du lan-ceur pourrait être récupérable si on arriveà le faire atterrir comme un avion. Pouratteindre les vitesses intéressantes pourles lanceurs spatiaux, il faut cependantque la combustion aérobie se déroule enrégime supersonique, c'est à dire à trèsgrande vitesse, ce qui n'est pas sans poserdivers problèmes technologiques. Eneffet, même si les mélanges d'hydrogèneont des vitesses de combustion très rapi-des, la formation du mélange réactif entrel'hydrogène et l'air qui traverse la chamb-re de combustion à des vitesses superso-niques devrait se faire également trèsrapidement, pour que les longueurs deschambres de combustion soient compa-tibles avec l'architecture d'ensemble dulanceur (donc de faibles dimensions pourdiminuer la traînée aérodynamique etaugmenter le bilan "poussée - traînée" qui est le point délicat des lanceurs aéro-

L'hydrogène pourrait bien devenir dans le futur un vecteur énergétique important : diverses études sont en cours aujourd'huipour sa production, son stockage et son transport. Les utilisations prévues de l'hydrogène sont diverses : les piles à combusti-bles alimentées en hydrogène pourraient constituer une solution énergétique intéressante pour des applications stationnaires(production d'électricité ou de chaleur) ou pour les moteurs de voiture. Par ailleurs, l'hydrogène est un excellent combustiblequi s'allume aisément, qui fournit une flamme à haute température et dont les produits de combustion ne sont que de l'eau. Bienévidemment, des problèmes de sécurité existent liés au stockage et au transport de l'hydrogène, mais aussi à sa grande diffusi-vité et risque de fuites et formation de mélange explosif.

L'hydrogènes'enflamme au LaboraboireDDEE CCOOMMBBUUSSTTIIOONN EETTSSYYSSTTÈÈMMEESS RRÉÉAACCTTIIFFSS

bies. Par ailleurs, la combustion super-sonique des mélanges hydrogène-air ouhydrogène-hydrocarbure-air, notammentà haute pression, nécessite encore destravaux de recherche poussés. Pour avan-cer sur l'ensemble de ces questions que leLCSR développe depuis plusieurs annéesun programme de recherche sur la pro-pulsion aérobie en collaboration avec sespartenaires industriels situés à Bourges :MBDA (ex Aérosptiale-Matra-Missiles),CELERG et AUXITROL. Ce partenariat adéjà donné lieu à un programme derecherche soutenu par les fonds euro-péens FEDER et FSE (Energétique,Propulsion, Espace, Environement). Demême, le thème sur la propulsion aéro-bie constitue l'un des axes de recherche etde développement du CNRT (CentreNational de Recherche Technologique)Propulsion du Futur crée par le Ministèrede la Recherche sur l'axe Orléans-Bourges, et dont la maîtrise d'ouvrage estassurée par la Fédération de RechercheEPEE. Une chambre de combustionhaute pression a été mise en place au

LCSR dans le cadre de programme quipermet d'étudier avec les diagnosticsoptiques, notamment utilisant le laser,des flammes d'hydrogène-air dans diffé-rentes configurations. Pour les applica-tions aux lanceurs aérobies, l'hydrogèneet l'air ne sont pas mélangés en amont dela flamme, et produisent une flamme ditede non-prémélange. Dans ces flammes,il est important d'étudier à la fois lemélange de ces deux courants gazeux,ainsi que les caractéristiques de la flam-me une fois la combustion démarrée, parexemple la température dans les diversendroits de la flamme. Cette installation

ne permet pas d'explorer les vitessessupersoniques. Par contre, les souffleriesrécemment installées du Laboratoired'Aérothermique permettront d'atteindrece régime d'écoulement et d'augmenterainsi la plage des paramètres couvertespar l'étude. Cette extension de l'étude estprévue dans le cadre des activités duCNRT Propulsion du Futur. Les connais-sances sur la structure des flammes d'hy-drogène-air ainsi acquises sont utiliséesen collaboration avec l'ONERA (OfficeNational d'Etudes et de RecherchesAéronautiques) pour développer et vali-der les codes de calculs numériques quisont utilisés pour prédire les performancesdes moteurs de propulsion aérobie engrandeur quasi-réelle et qui sont testéssur les bancs hypersoniques de MBDA etde CELERG sur le site de Subdray àBourges. On comprend ainsi que les étu-des de laboratoires sont indispensablespour faire avancer ces technologies trèscomplexes. Une autre utilisation de lachambre de combustion haute pressiondu LCSR concerne aussi les flammesd'hydrogène mais en mode de combus-tion prémélangée pour des applicationsà des turbines à gaz stationnaires pour laproduction de la chaleur et de l'énergie.Dans ce mode combustion, l'hydrogène(ou un mélange de gaz naturel et d'hy-drogène) est prémélangé à de l'air enamont de la flamme afin de contrôler larichesse en combustible du mélange. Anouveau, la structure à haute pression deces flammes constitue aujourd'hui unthème de recherche de pointe. Cette par-tie des études de combustion d'hydrogè-ne du LCSR est menée dans le cadre d'unprogramme de recherche européen, com-portant 21 partenaires de 8 pays memb-res (dont des partenaires industrielscomme TURBOMECA, IFP, Alstom Power,Nuovo Pignone, Qinetiq, AUXITROL etune quinzaine de laboratoires et d'insti-tuts de recherche), intitulé AFTUR(Alternative Fuels for Industrial GasTurbines) et coordonné par le LCSR.

Contacts : Iskender Gökalp [email protected] Brahim Sarh - [email protected]

LE RISQUE HYDROGÈNE DANS LES INSTALLATIONS INDUSTRIELLES

L'objectif des études menées au LCSRpar l'équipe "Réactions Chimiques dansles Ondes de Choc et de Détonation" estd'analyser finement les conditions de pro-pagation d'une flamme dans une encein-te fermée munie ou non d'obstacles. Cetteinstallation hautement instrumentée per-met de préciser et de valider les critèresd'accélération de flamme. Cette études'insère dans le cadre de recherches sur lasécurité industrielle et, plus précisément,dans le cadre des risques d'explosion dansles centrales nucléaires. L'accélérationd'une flamme est particulièrement sen-sible à la turbulence générée par la pré-sence d'obstacles. Leur forme et leurfréquence vont elles-mêmes jouer un rôlesur leur degré d'accélération. Nous avonsconçu et réalisé un dispositif original per-mettant l'étude de la propagation de flam-me de mélanges à base d'hydrogène, dansune enceinte capable de résister auxeffets d'accélération de flamme et équi-pée d'obstacles modulables.. Cetteenceinte verticale de 5 m de haut, estconstituée d'un tube de 154 mm de dia-mètre relié à un dôme d'un diamètre de750 mm dans la partie supérieure. Lesdeux parties peuvent être séparée ou nonpar un diaphragme. L'enceinte est équi-pée d'un ensemble de capteurs de pres-sion et de photomultiplicateurs, de vannesd'introduction et de prélèvement, deséries de hublots pour visualiser la flam-me par strioscopie laser et de caractéri-ser la vitesse des gaz frais en avant du


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28/ SPI


front de flamme par vélocimétrie dopplerlaser. Une des questions fondamentales àlaquelle il est nécessaire de répondre afinde prédire, a priori, une accélération deflamme, concerne le couplage entre lespropriétés du mélange combustible consi-déré et la configuration de l'installationdans laquelle la flamme prend naissance.Afin de vérifier, et éventuellement decompléter les critères d'accélération deflamme, il est nécessaire de prendre encompte un grand nombre de paramètresthermodynamiques et physico-chimiquesqui caractérisent le système chimiquemais aussi de tenir compte des échellesmises en jeu en vue d'une extrapolationdes résultats depuis l'échelle du labora-toire vers celle des installations indus-trielles.

Déflagration / détonation :Le feu a de tout temps fasciné l'homme.Lorsqu'il est maîtrisé, il améliore la vie del'homme, mais s'il échappe à son contrô-le, ses effets peuvent être dévastateurs.

Ainsi, la combustion qui est le mode deconversion de l'énergie le plus courant dansnos sociétés peut ainsi être à l'origine d'ac-cidents meurtriers. En effet, une flammequi se propage dans un milieu donné peutle faire selon deux modes différents :Lepremier que l'on appelle déflagration estun mode lent, la vitesse de propagation dela flamme est de l'ordre de la dizaine demètres pas seconde, elle s'accompagned'une légère augmentation de la pres-sion.Le second régime appelé détonationest un mode de conversion de l'énergieextrêmement rapide, la vitesse pouvantatteindre deux à trois milles mètres parseconde, et qui s'accompagne de forts picsde pression pouvant ainsi endommagésles structures environnantes. Cette déto-nation est le résultat d'un couplage entreune onde de choc et une zone réaction-nelle.Une même atmosphère combustiblepeut être le siège soit d'une déflagrationsoit d'une détonation selon l'énergie d'ini-tiation de la combustion qui a été mise enjeu. Dans l'hypothèse où une déflagration

est initiée, elle peut s'accélérer très forte-ment et conduire ou non à la formationd'une onde détonation. Cette accélérationest grandement facilitée si la flamme ren-contre sur son passage des obstacles quiviennent perturber sa propagation. On ima-gine aisément que lorsque l'on parle d'ins-tallations industrielles, il y a forcément unemultitude d'obstacles présents dans cesdernières (machines, mobiliers industriels,structures portantes, …) rendant la pro-babilité d'accélération d'une flamme, quiserait initiée accidentellement, très forte.

Collaborations : • IRSN, Fontenay aux Roses• Russian Research Center (RRC) InstitutKurchatov de Russie.• Forschungszentrum Karlsruhe (FZK),Allemagne.

Contacts : N. Djebaïli- [email protected]. [email protected]

PRODUCTION D'HYDROGÈNE POUR LES PILES À COMBUSTIBLE

Parmi les alternatives à la production d'énergie par combustion de produits fos-siles (pétrole et dérivés, charbon, …) posantde nombreux problèmes de pollution (émis-sion de gaz menant à la formation de pluiesacides, suies, composés organiques vola-tils, composés à effet de serre, ...), on peutproposer l'utilisation des piles à combustible(PAC) fonctionnant avec de l'hydrogène etn'émettant que de l'eau. Le principe de lapile à combustible a été énoncé en 1802par Sir Henry Davy. C'est en 1839 que SirWilliam Grove l'a expérimenté pour la pre-mière fois. Il s'agit d'une "électrolyse inver-

se" où hydrogène et oxygène sont consom-més pour produire de l'eau et des électrons(un courant électrique) :H2(g) + ½ O2 (g) => H2O (l) Selon le type de pile utilisé, les réactionschimiques mises en jeu aux électrodesdiffèrent. Pour une pile de type PEMFC(pile à membrane polymère échangeusede protons) : à l'anode (électrode négative) l'hydrogèneproduit des électrons,H2 => 2H+ + 2 e- (électron)A la cathode l'eau est produite,2H+ + ½ O2 + 2 e- => H2ODe l'hydrogène est donc nécessaire pour alimenter les piles à combustible. On devrasoit le produire industriellement et le stockeravant de le distribuer ou le produire à proximité de la pile à combustible. Laproduction d'hydrogène est généralementcoûteuse. Elle peut se faire par électrolysede l'eau, par production centralisée à partir de gaznaturel ou de résidus pétroliers avec stoc-kage sous pression et transport via desréseaux souterrains,

par reformage du méthanol,par vapocraquage du gaz naturel,par vaporeformage de naphta désulfuré,par oxydation partielle non-catalytique(POX) de carburants distribués (essence,GPL, gazole).La production d'hydrogène par cette der-nière voie a l'avantage de pouvoir utiliserles carburants commerciaux actuels sansdésulfuration, sans catalyseur, d'accepterdes charges oléfiniques et aromatiqueset de pouvoir alimenter des piles de typeSOFC (piles à oxydes metalliques) fonc-tionnant à hautes températures. La miseau point du procédé POX nécessite debien connaître la cinétique d'oxydationdes carburants commerciaux en milieuriche (défaut d'oxygène) où la productiond'hydrogène est maximisée. Des modèlescinétiques sont mis au point au LCSR afinde prévoir la production d'hydrogène et dessous-produits par POX (GPL, essence etgazole) et d'optimiser le procédé.

Collaborations : ADEME, IFP

Contact : P. Dagaut : [email protected]

+-

02-

e-

02H2

H20

SOFC

Rappelons que 77% environ de l'électri-cité produite en France est d'originenucléaire et que 12 des 54 réacteurs enfonctionnement sont en Région Centre.Une des principales préoccupations dupublic à l'heure actuelle concerne l'im-pact sur l'environnement lié à l 'activitédes centrales nucléaires d'une part et à lagestion des déchets nucléaires d'autrepart. La loi du 30 décembre 1991 plusconnu sous le nom de "loi Bataille" du nomde son rapporteur a tracé les contours d'unprogramme de recherche à réaliser d'ici à2006 avant toute décision sur le devenir àlong terme des déchets. Le parlement sevoyant remettre en 2006 un rapport globald'évaluation. 3 grands axes de rechercheont été déclinés : • Le premier sur la séparation et la trans-mutation des éléments radioactifs à vielongue• Le second sur l'étude des possibilitésde stockage réversible ou irréversible dansles formations géologiques profondes• Enfin le troisième sur le conditionne-ment et l'entreposage de longue durée ensurface des déchets radioactifs de hauteactivité et à vie longue.

Sur le campus du CNRS plusieurs labo-ratoires sont impliqués dans ces groupe-ments de recherche : le Centre d'Etudeset de Recherche par Irradiation (CERI),le Centre de Recherches sur les Matériauxà Haute Température (CRMHT), l'Institut

de Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO)et le Centre de Recherche sur la MatièreDivisée (CRMD).

L'aval du cycle au CERIAu CERI la présence de plusieurs accé-lérateurs de particules pouvant être utili-sés pour simuler les effets de l'irradiationont conduit tout naturellement le labora-toire a travaillé sur ces différents pro-grammes, l'intérêt s'est porté sur lecombustible irradié où, dans l'optiqued'un stockage direct des combustiblesirradiés, il est indispensable de connaîtrel'évolution physico-chimique du colis dedéchets au cours du temps et son com-portement à l'altération aqueuse (en casde rupture des barrières de confinement).En collaboration avec le CEA, le CERI s'in-téresse en particulier à l'effet de l'irradia-tion alpha sur la dissolution du dioxyded'uranium et depuis peu à la diffusion del'hélium dans ce même matériauLe cyclotron d 'Orléans est une des raresmachines à pouvoir délivrer des faisceauxde particules alpha d'énergie suffisantepour traverser des épaisseurs de matièrenon négligeables et ressortir avec uneénergie de quelques MeV Ces faisceauxsont utilisés pour étudier le comporte-ment sous irradiation des interfaces soli-de/liquide et solide/gaz.L'irradiation par les neutrons pendant lefonctionnement des réacteurs conduit àun fort endommagement du combusti-

ble. Le combustible usé contient diffé-rents types de défauts (lacunes, intersti-tiels, impuretés, bulles de gaz rares, etc.),dont des impuretés ayant une forte radio-activité de type , et . Ces rayonne-ments créent dans l'eau des espèceschimiques oxydantes qui peuvent accé-lérer la dissolution du combustible. Dansle combustible usé, les espèces qui émet-tent des particules alpha ont des tempsde vie très longs et à l'échelle des millé-naires ce type de radioactivité devient pré-pondérant.

Sur le combustible nucléaire irradié, il estdifficile de contrôler les différentes gran-deurs qui peuvent affecter son altérationen présence de gaz ou d'eau. Il est néces-saire d'étudier des systèmes modèle baséssur l'oxyde d'uranium appauvri en 235Ufissile, soit pur, soit dopé par des impu-retés non radioactives (simfuel). Les étu-des sur la dissolution par l'eau menéesprincipalement au Canada et en Suède,en irradiant uniquement l'eau, n'ont pasencore établi clairement une corrélationentre la cinétique de dissolution et l'effetde la décomposition radiolytique de l'eau.Le cyclotron du CERI en délivrant des ionslégers (proton, alpha) de haute énergie per-met d'irradier les interfaces solide/gaz ousolide/liquide dans une géométrie d'irra-diation où les ions traversent le solide etpénètrent dans le gaz ou le liquide avec desénergies à l'interface que l'on peut contrôler


SC/SPM/SDU /29

Dans des domaines très variés les différents laboratoires du campus CNRSà Orléans travaillent activement au problème que représentela gestion des déchets nucléaires.

L'aval du cycleélectronucléaire

EETT LLAA GGEESSTTIIOONNDDEESS DDÉÉCCHHEETTSS

Qu'appelle-t-ondéchet nucléaire ?Selon la définition del'Agence Internationale del'Energie Atomique (AIEA),est considéré comme déchetradioactif toute matière pourlaquelle aucune utilisationn'est prévue et qui contientdes radio-isotopes en quantitésupérieure aux valeurs queles autorités compétentesconsidèrent commeadmissibles dans desmatériaux propres àune utilisation sans contrôle.Parmi les déchets nucléaireson distingue les déchetsà vie courte (période radio-active<30 ans) et lesdéchets à vie longue (périoderadioactive>30 ans)Les déchets nucléairespeuvent être classés en4 catégories :1. Très faible activité (TFA)2. Faible activité (FA)3. Moyenne activité (MA)4. Haute activité (HA)

> Une approche interdisciplinaire


30/ SC/SPM/SDU

en jouant sur l'épaisseur du solide. Pour ces études une cible d'irradiationoriginale permettant de profiter au mieuxde la possibilité de traverser les disquesd'UO2 pour étudier l'interface UO2/eau a été développée. Ci contre dispositif d'irradiation de UO2

Les premiers résultats obtenus sur les pro-priétés des solutions aqueuses et la sur-face de UO2 sont :• Une forte augmentation du relâchementd'uranium lors de l'irradiation de l'inter-face UO2/eau dé ionisée aérée à haut flux(> 3.3 1010 cm-2.s-1) avec des vitessesmoyennes pour une heure de contacteau/UO2 qui augmentent de 2 à 3 ordresde grandeurs :1) quand le flux d'alphaaugmente d'un facteur 10• Une forte production de peroxyde d'hy-drogène à l'interface par radiolyse de l'eau• Une cinétique d'altération de la surfacede UO2 accélérée par l'irradiation.• La formation de peroxyde d'uraniumhydraté à la surface de UO2.

Comportement de l'hélium dans UO2

La décroissance alpha de certains isoto-pes radioactifs va générer de l'héliumdans les combustibles à la fois pendantl'irradiation et après déchargement.. Bienévidemment, l'hélium sera généré dansles combustibles tant qu'il y aura desémetteurs alpha. Il est donc important deconnaître les conséquences technolo-giques de cette accumulation de gaz enconditions de stockage.Deux hypothèses peuvent être formuléespour le comportement de ce gaz• soit diffusion et relâchement de l'hélium,• soit rétention de l'hélium dans les pastilles.Dans le premier cas, ce relâchementgazeux pourrait engendrer une augmen-tation de la pression interne du crayon decombustible et une déformation de lagaine. La rétention de l'hélium dans lescombustibles, quant à elle, pourraitconduire à un gonflement des pastilles,puis à la formation de bulles et éventuel-lement à une fissuration du matériau. Unedégradation importante du combustiblepourrait également se produire et condui-rait à une modification des vitesses derelâchement des radio-nucléides, par un

accroissement de la surface accessibleaux eaux souterraines. Peu de donnéessont disponibles dans la littérature sur lecomportement de l'hélium dans les com-bustibles nucléaires, en particulier auxtempératures attendues en situation destockage. Il faut donc estimer les coeffi-cients de diffusion et la solubilité de l'hé-lium dans le dioxyde d'uranium etproposer un modèle de comportement dece gaz dans les combustibles usés enconditions de stockage. Pour simuler lecomportement de l'hélium, des échan-tillons de dioxyde d'uranium frittés etappauvris en 235U ont été implantés à l'ai-de de l'accélérateur Van de Graaff duCERI. Plusieurs types de caractérisationssont menés actuellement sur ces échan-tillons : la désorption de l'hélium est étu-diée par TDS à l'Université Technologiquede Delft aux Pays Bas. Elle est égalementsuivie par réactions nucléaires coupléesà différents traitements thermiques auCERI. Les défauts qui vont jouer un rôledans la diffusion de l'hélium sont carac-térisés par Annihilation de Positons. Leséchantillons implantés ont été caractéri-sés en utilisant l'accélérateur de positonslents. La présence de défauts lacunaires aainsi pu être révélée par cette technique.La zone endommagée est caractérisée parDR X à incidence rasante, de manière àmettre en évidence un éventuel change-ment du paramètre de maille ou unemodification de la structure du dioxyded'uranium.

Contacts : M.F.Barthe, G.Blondiaux,C.Corbel, S.Guilbert,T.Sauvage (CERI)[email protected], [email protected]

L'aval du cycle au CRMDLa connaissance des propriétés detransport dans des milieux naturelscomme les argiles ou les roches présenteun intérêt majeur du fait de la prise encompte de plus en plus importante desproblèmes liés à l'environnement dansnotre société (pollution des nappes phréa-tiques, conditionnement et enfouisse-ment des déchets radioactifs, etc… ). LaRésonance Magnétique Nucléaire qui estune méthode sélective (on observe un

seul noyau donné) et plus spécifiquementla technique de gradient de champ pulsé(RMN-GCP) permet d'accéder à la mesu-re du coefficient d'auto diffusion d'un élé-ment donné selon une direction choisie..Au CRMD où l'on dispose de cet équipe-ment pour le proton (1H) et le deutérium(2H), des mesures de coefficients d'autodiffusion (1H) ont été réalisées sur dessuspensions d'argile très concentrées(supérieure à 30% w/w) préparées parcompression oedométrique. Cette pre-mière étude s'est focalisée sur une argi-le de synthèse : la Laponite en raison desa grande pureté. Toutefois, des essaiseffectués avec des argiles naturelles(Montmorillonite, Hectorite, …) ne met-tent en évidence aucune incompatibilitéavec cette méthode expérimentale. Cesexpériences ont révélé une organisationmacroscopique nématique (uniaxe) dessuspensions de Laponite pour les concen-trations les plus élevées. Ainsi, le coeffi-cient d'auto diffusion des molécules d'eauest deux fois plus faible dans la directionde l'axe de compression oedométriqueque dans les directions perpendiculaires.Ces expériences permettent de quantifierl'anisotropie du processus de diffusionainsi que la tortuosité engendrée par l'or-ganisation nématique des particules deLaponite. La RMN s'avère donc une tech-nique expérimentale très utile pour l'étu-de des propriétés de transport et descaractéristiques structurales des maté-riaux naturels.

Contact : [email protected]

> Une approche interdisciplinaire

Le Programme Avaldu Cycle Electronucléaire

(PACE) au CNRS.Il s'appuie principalement

sur quatre groupements derecherche (GDR) constitués

avec l'ANDRA, le CEA,COGE-MA, EDF et FRAMATOME.

NOMADE (NOuveauxMAtériaux pour les Dechets)

PRACTIS ((Physico-chimiedes actinides et autres

radioéléments en solutionset aux interfaces)

FORPRO (FORmationgéologiques PROfondes)

GEDEON (GEstion desDéchets par des Options

Nouvelles)

Principaux élémentsà vie longue présents dans un combustible usé.

élément isotope Période (ans)Actinides mineurs Np 237 2 140 000

Am 241 432243 7380

Cm 243 28.5244 18.1245 8530

Produits de fission Se 79 65 000Zr 93 1 500 000Tc 99 210 000Pd 107 6 500 000Sn 126 100 000

I 129 15 700 000Cs 135 2 300 000

Schéma de principe de l’irradiation en cible mince

Particulesalpha

Espèces radiolyquesDéfauts

UO2Interface

Eau

L'aval du cycle à l'ISTO Radioéléments et matiè-res carbonées : un vraimariage pour l'éternité?Une très large part des gisements d'ura-nium se sont formés en environnementsédimentaire, grâce à au propriétés réduc-trices de composés carbonés. Parmi cesgisements, il faut notamment compter lesaccumulations véritablement mons-trueuses que constituent les gisementsd'uranium, dits "sous discordance" del'Athabasca, au Canada, ainsi que dansles Territoires du Nord, en Australie.Certains de ces gisements qui excèdenten effet les 100 000 t d'Uranium avecdes teneurs de minerai qui avoisinent les10%, se sont formés au fond des bassins,à proximité du socle. Le mécanisme leplus fréquemment invoqué à l'origine desgisements d'uranium sédimentaires, est laprécipitation de cet élément transportépar les eaux à l'état oxydé U(VI), en miné-raux insolubles dans lequel le métal setrouve à l'état réduit U(IV) (uraninite,pechblende…).Les niveaux de teneur trèsélevés de certains de ces gisements, leurâge qui atteint parfois 2 milliards d'an-nées, en font des analogues naturels àpriori pertinents des sites de stockage pro-fond de déchets nucléaires de haute acti-vité. L'analogie va encore plus loin si l'ontient compte du fait que le gisementd'Oklo, au Gabon, a fonctionné commeun véritable réacteur naturel dans destemps lointains. L'exemple que nous pro-cure ainsi la Nature peut ou même doitêtre mis à profit pour envisager la présencede matières carbonées parmi matériaux deconfinement au voisinage des sites de stoc-kage? La capacité des matières carbonéesnaturelles (charbons, lignites..) à réduireet précipiter l'uranium, voire d'autres radio-éléments (e.g. Np) a bien été testée etmodélisée au laboratoire.

Contact : J.R.Disnard (ISTO)

L'aval du cycle au CRMHTRecyclage des déchets nucléairespar procédé pyrochimiqueLes déchets nucléaires sont produits à tou-tes les étapes du cycle du combustible

nucléaire, depuis l'extraction minière jus-qu'au démantèlement des installations.Réduire le volume et l'activité de cesdéchets est un point essentiel pour la pro-tection de l'environnement. Les études deséparation des radioéléments présents dansle combustible nucléaire usé ont longtempsprivilégié les procédés hydrométallurgiques(mise en solution en milieu acide et procé-dés d'extraction liquide - liquide). C'est lecas du procédé PUREX pour le recyclagedu plutonium. Aujourd'hui les procédéspyrochimiques semblent apporter de nou-velles potentialités et sont le point de départde GDR comme PRACTIS, ainsi que d'im-portants projets européens ciblés précisé-ment sur ce type de stratégies. On entendpar procédés pyrochimiques l'ensembledes opérations qui permettent l'élaborationet l'affinage des matériaux en l'absenced'eau et à haute température. C'est ce typede procédé basé sur l'électrolyse, que l'onretrouve industriellement pour l'élaborationou l'extraction de métaux. Les milieux réac-tionnels utilisés sont généralement desmélanges de sels, chlorures ou fluorures,fondus, à des températures de 500 à900°C. Les déchets irradiés sont mis ensolution dans ces mélanges, puis les diffé-rents éléments sont récupérés de façonplus ou moins sélective en vue de leur recy-clage ou de leur conditionnement. L'étudeexpérimentale des sels fondus est extrê-mement délicate du fait de la volatilité etde la réactivité de ces liquides à haute tem-pérature, et ce particulièrement dans le casdes fluorures. Les différentes techniquescouramment utilisées pour la caractérisa-tion structurale des matériaux doivent êtrespécialement adaptées. Il faut en effetconcevoir des cellules étanches et inertesvis-à-vis de ces liquides très corrosifs. C'estce que nous développons au CRMHT pourl'étude par Spectroscopie de RésonanceMagnétique Nucléaire à haute températu-re. Cette technique permet de caractériserla structure locale au sein du milieu fondu,par l'observation des différents noyaux dusystème et de donner une image de l'ar-rangement des atomes dans ces liquideset de la stabilité des complexes formés.Contact :C.Bessada (CRMHT)[email protected]

RMN et aval du cycleAu CRMHT, dans le cadre du GDRNomade, et en collaboration avec le CEASaclay, nous nous intéressons au vieillis-sement du verre de stockage de déchetsnucléaires français soumis à une irradia-tion externe (accélérateur de Van deGraaf). Des doses très importantes (109 Gy)sont déposées afin de simuler de longuespériodes de stockage. La spectroscopie deRésonance Magnétique Nucléaire est uti-lisée pour sonder les modifications struc-turales du verre par l'intermédiaire desatomes observables : le silicium, l'alumi-nium, le bore et le sodium.Le GDR Nomade inclut également desrecherches dans le domaine de la trans-mutation des actinides en réacteur. Cette réaction nécessite l'utilisation dematrices cibles ayant une tenue particu-lièrement bonne à l'irradiation. AuCRMHT, des études RMN sont réalisées,en collaboration avec le CEA du centrede Cadarache, sur des céramiques d'oxy-de de type spinelle (MgAl2O4) irradiéesaux ions lourds (GANIL) pour tester lecomportement de cette famille d'oxydesous irradiation.

Contacts : N. Pellerin, F. Fayon, D. Massiot (CRMHT)[email protected]


SC/SPM/SDU /31

Spectres RMN MAS à 7 T del'aluminium : a, b - transfor-mation sous irradiationdes verres pour le stockagedes déchets radioactifs ; c, d- transformation sousirradiation aux ions krypton86Kr des spinelles MgAl204 et ZnAl204 dans le cadrede l'étude des matrices de transmutation.

Dispositif d'irradiationutilisé sur l'accélérateur Van de Graaff

La gestionDDEESS DDEECCHHEETTSS


32/ SC

> Sciences Chimiques

CPL-SM,LLAA FFOORRMMUULLEE MMAAGGIIQQUUEE QQUUII RREEVVOOLLUUTTIIOONNNNEE LL''AANNAALLYYSSEE DDEESS AACCIIDDEESS AAMMIINNEESS

Les chimistes analyticiens de l'Institutde Chimie Organique et Analytique(ICOA) (UMR 6005 CNRS / Universitéd'Orléans) d'Orléans développentactuellement une nouvelle méthoded'analyse permettant le dosaged'acides aminés présents à l'état detraces dans des mélanges complexesd'origine diverse. En limitant le nombred'étapes de préparation des échan-tillons à analyser, cette technique estnon seulement rapide, mais aussifiable, spécifique et sensible.

Quelle que soit leur origine, les acidesaminés sont parmi les premières molé-cules organiques indispensables à la vie,à être apparu sur terre. Ils forment sansaucun doute l'une des plus importantesclasses de molécules d'intérêt biologique.Très tôt dans l'évolution, une vingtained'entre eux ont été " sélectionnés " pourentrer dans la composition des protéines.A côté de ces acides aminés dit constitu-tifs, on trouve de nombreux autres amino-acides, soit à l'état libre où ils jouent alorsun rôle métabolique important soit, dansdes peptides de petite taille (enchaîne-ment de moins de 20 acides aminés) syn-thétisés par des micro-organismes ou desplantes. L'importance de ces biomolécu-les est telle que leur analyse est un sujetd'étude permanent et que tout nouvelavancement dans le domaine des tech-niques séparatives est très rapidementappliqué à leur analyse. Par ailleurs, laclasse des acides aminés a toujours cons-

titué un challenge analytique en termesde préparation d'échantillon, de sépara-tion et de détection. Ce sont en effet desmolécules présentant une très grandediversité de structures chimiques auniveau de leur chaîne latérale et pour laplupart ne renfermant pas de groupementchromophore permettant leur détectiondirecte par absorption ultra-violet (UV).

Malgré une amélioration constante desoutils de séparation, les méthodes clas-siques de chromatographie actuellementproposées pour l'analyse de mélangescomplexes ont en commun l'inconvénientde nécessiter la modification chimiquepréalable des acides aminés pour les ren-dre volatiles ou détectable. Cette étapeincontournable augmente le nombre demanipulations nécessaires à la prépara-tion de l'échantillon conduisant souvent àdes temps d'analyse très longs. C'estincontestablement le développement ces

Spectromètre de masse(SM).

dernières années du détecteur évapora-tif à diffusion de la lumière (DEDL) misau point à l'ICOA, ainsi que celui de laspectrométrie de masse (SM) qui a relan-cé l'intérêt pour l'analyse des acides ami-nés natifs. La spectrométrie de masse estun mode de détection universel et sensi-ble qui permet l'identification d'un com-posé après son ionisation. Cependant laspectrométrie de masse n'étant pas uneméthode séparative, cette technique seulene permettra pas l'analyse de mélangescomplexes d'acides aminés. Une sépara-tion préalable par chromatographie liqui-de (CPL) de ces solutés reste nécessaireavant leur détection.A ce stade, le détecteur évaporatif à dif-fusion de la lumière (DEDL) constituepour l'analyste un outil de choix qui faci-lite à moindre coût, l'étape cruciale etdélicate de développement de méthodesséparatives compatibles avec les exigen-ces de la détection par spectrométrie demasse. Le couplage CPL-SM permet unesimplification extrême de la méthodeséparative. Nous pouvons maintenantréaliser une analyse de 80 acides aminésdifférents, simultanément, en moins devingt minutes (ce qui est sans égal aujour-d'hui) et une analyse chirale de seize pai-res d'acides aminés différents et nondérivés, en une seule injection et enmoins de vingt-cinq minutes.

Les méthodologies proposées ont été appli-quées avec succès à l'analyse directe d'a-cides aminés présents dans des matrices

complexes d'origine très diverse : • dosage direct d'acides aminés dans lesfluides biologiques (urine, plasma) depatients atteints de maladies héréditairescaractérisées par des erreurs métaboliquesdu métabolisme des acides aminés ;• mise en évidence dans la noix du Brésilde la présence d'acides aminés séléniés enfaible teneur potentiellement bénéfiquescomme agent antiradicalaire ou antican-céreux. Valorisation potentielle comme ali-cament (aliment + médicament) ; • dosage des acides aminés présents dansle vin pour un suivi de la maturation etune caractérisation du terroir d'origine ;• dosage chez des invertébrés marinsvivant à proximité de dorsales océaniques,d'acides aminés soufrés indispensables àla vie dans ces milieux extrême excluanttoute possibilité de photosynthèse ;• analyse chirale d'acides aminés pré-sents à l'état de traces dans une météo-

rite dans le cadre d'étude sur l'origine dela vie (exobiologie).

La détection par SM tandem des amino-acides non dérivés souffre uniquementd'un manque de sensibilité comparée àd'autres modes de détection (fluorescen-ce laser) utilisée pour les acides aminésdérivés. Cependant les avancées techno-logiques en spectrométrie de masse sonttelles qu'il est déjà possible à ce jour d'a-méliorer d'un facteur 10 à 100 les sen-sibilités de détection atteintes. Enconclusion, nous pensons que la dériva-tion des acides aminés fait partie main-tenant du passé puisque désormais 95%des besoins analytiques pourront êtresatisfaits par la méthodologie que nousproposons.

Contact : M. Lafosse (responsable de l'équipe chimieanalytique), C. Elfakir (responsable projet)


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ICOALa vocation première de l'Institut deChimie Organique et Analytique résidedans la conception, la synthèse, l'ana-lyse et l'isolement de molécules bioac-tives. Une grande partie des chercheursde l'ICOA travaillent à l'élaboration denouvelles stratégies et méthodes diri-gées vers la découverte de médica-ments. Les cibles pharmacologiquessont diverses : traitement de différentesaffections cardio-vasculaires (hyperten-sion, athérosclérose, thrombose), de

maladies du système nerveux central(anxiété, dépression), et mise au pointd'antitumoraux de structures chimiquesvariées. L'ICOA développe égalementdes antiviraux nucléosiques et des gly-comimétiques (mimes de sucre) à fortpotentiel thérapeutique.

Acides amines : Quelquesexemples de structuresd'acides aminés.

Détecteur évaporatif à diffusion de la lumière(DEDL).

>> Liens utiles:http://www.univ-orleans.fr/SCIENCES/ICOA/


34/ SC

> Sciences Chimiques

Les insectesau secoursDDEE LLAA MMEEDDEECCIINNEE

Une équipe du Centre de biophysique moléculaired'Orléans (UPR 4301 - CNRS) contribue au développe-ment de médicaments antifongiques dans le cadre d'unfructueuse collaboration avec la jeune sociétéEntomed de Strasbourg. A l'opposé du criblagesystématique couramment pratiqué par l'industriepharmaceutique, la stratégie utilisée ici s'appuiesur l'analyse de la structure moléculaire de substancesextraites d'insectes.

Terne papillon de nuitd'Europe (ici Heliothis

virescens ) , ces insectes,comme beaucoup d'autres,

sécrètent de petits peptides,non toxiques pour l'homme,aux redoutables propriétés

antifongiques et antibacté-riennes, qui représentent

une nouvelle sourcede médicaments.

éclatant papillon de jour des zones

équatoriales du Pérou (iciArcheoprepona demophoon )


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RMN et modélisation molé-culaire. En plaçant l'hélio-micine en solution dans unchamp magnétique intense,le phénomène de résonancemagnétique nucléaire (RMN)permet d'enregistrer desspectres qui fournissent desdonnées sur les positionsrelatives des ~650 atomesqui constituent cette petitemolécule. On peut ensuiteétablir plusieurs modèles àl'aide de logiciels informa-tiques appropriés. Troistypes de modèles sont iciprésentés.a) Modèle structural : l'en-chaînement des acides ami-nés de l'héliomicine faitapparaître une hélice alpha,un feuillet bêta et des pontsdisulfure, qui constituent lescaractéristiques structura-les de cette famille de pro-téines.b) Modèle électrostatique : larépartition des charges posi-tives et négatives à la surfa-ce de la molécule faitapparaître de larges zonespositives sur une face.c) Modèle d'hydrophobie : lareprésentation des régionshydrophiles et hydrophobesen surface met en évidencele caractère hydrophobe del'autre face de la molécule.

Le système de défense des insectesau secours des maladesLes infections contractées dans unétablissement de santé, ou infectionsnosocomiales, sont responsables d'envi-ron 10 000 décès par an en France.Deux champignons touchent dramati-quement les patients immunodéprimés,et tout particulièrement les malades duSIDA et les personnes en cours de chi-miothérapie : Candida albicans, respon-sable de candidoses et Aspergillusfumigatus responsable d'aspergilloses.Le besoin de nouvelles classes de médicaments s'est fait jour, du fait dudéveloppement de ces résistances micro-biennes et de l'apparition de nouveauxpathogènes, contre lesquels les traite-ments antibiotiques conventionnels serévèlent de moins en moins efficaces. Si,au cours de l'évolution, tous les êtresvivants ont élaboré des systèmes dedéfense pour combattre et détruire lespathogènes, les insectes disposent, quantà eux, d'armes particulièrement origina-les. L'agression pathogène dont ils peu-vent être victimes s'accompagne en effetde la synthèse de peptides antimicrobi-ens. Ces petites protéines présentent uneactivité remarquable contre les bactérieset/ou les champignons. Des études ayantmontré qu'elles ont une toxicité et uneimmunogénicité très faibles pour l'hom-me, il s'avère prometteur d'aller puiserde nouveaux médicaments dans le grou-pe qui représente environ 90 % des espè-ces animales connues. Une perspectivequi donne une dimension insoupçonnéeà la chasse aux papillons !

En nous offrant l'image d'un magnifiquepapillon exotique bleu turquoise, la pagedes Sciences du Monde du 6 septembre2002 ne passait pas inaperçue. L'articleprésentait les activités de la sociétéEntomed créée à Strasbourg en 1999 pourdévelopper de nouvelles molécules contreles infections aiguës, en s'inspirant du système de défense antimicrobien desinsectes. Ceux-ci sécrètent de petites pro-téines qui agissent au niveau de la mem-brane des bactéries selon un mécanismed'action tout à fait différent de celui desantibiotiques. On comprenait égalementà travers cet article de la presse nationaleque la société Entomed est un exempled'entreprise issue des activités d'un labo-ratoire public, l'Institut de biologie molé-culaire et cellulaire de Strasbourg. AuCentre de biophysique moléculaired'Orléans, l'équipe de "RMN et modéli-sation des peptides et des protéines",actuellement dirigée par Françoise Vovelle,professeur de physique à l'Universitéd'Orléans, a collaboré pendant de nom-breuses années avec ce laboratoire.Aujourd'hui, elle met ses compétences enbiophysique structurale au service de lajeune entreprise, en assurant la détermi-nation et l'analyse des structures tridimen-sionnelles des molécules d'intérêt.

L'analyse des structurespour concevoir des molécules plus activesDans un premier temps, la structure tridi-mensionnelle de l'héliomicine, peptide antifongique extrait du papillon de nuit

Heliothis virescens, a été déterminée.L'étude a révélé deux zones de répartitionbien distinctes des acides aminés qui cons-tituent la molécule : les résidus chargéssont regroupés sur une face alors que l'autre face est nettement hydrophobe.Parallèlement, la société Entomed recher-chait de nouveaux peptides sur d'autresinsectes, en stimulant leur système dedéfense par injection de solutions fon-giques. Cette agression provoque et activela synthèse des molécules recherchées,dont on peut ensuite comparer les activitésrespectives. L'équipe d'Entomed a ainsiisolé du papillon Archeoprepona demo-phoon un peptide de séquence très voisinede celle de l'héliomicine, mais plus actif.La mission de l'équipe orléanaise a doncconsisté, dans un second temps, à mettreen évidence les caractéristiques structu-rales liées à l'augmentation d'activité obs-ervée. Les résultats obtenus ont guidé lasociété Entomed pour préparer une sériede mutants afin d'obtenir des moléculesencore plus performantes. La stratégie aparfaitement réussi, puisque deux d'entreelles présentent des activités antifongiquesrenforcées et se révèlent particulièrementefficaces contre une large gamme de souches de champignons pathogènes etnotamment sur C. albicans et A. fumiga-tus. L'une de ces molécule, actuellementau stade d'étude pré-clinique, pourraitaméliorer le traitement d'infections noso-comiales et soigner des pathologies pourlesquelles il n'existe actuellement aucuntraitement.

Contact : Françoise Vovelle [email protected]

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# 11 OCTOBRE 2002 Microscoop / Hors série · de l'INRA et du CNRS. Elle se déroule sur le site d'Orléans la Source. Chaque organisme apporte son concours et partici- ... L'Equipe