1.9M - CEA Inac

SBT I SCIB I SPINTEC I SPRAM I SPSMS I SP2M
Unités associées à
CONSOLIDER LES BOIS
ARCHÉOLOGIQUES : LA RMN
PORTE CONSEIL
DOTRIACONTAPOLE, OU
L’ORDRE CACHÉ DE URu2Si2
RÉVÉLÉ
PAYSAGES DU GOÛT
Aurélie Lefrançois,
doctorante au laboratoire
d’électronique molécu-
laire, organique et hybride
du SPrAM, fait partie des
25 lauréates de la session
2012 des bourses L’Oréal-
Unesco pour les femmes et
la science. Cette distinction
récompense ses travaux sur
la synthèse de nouveaux
nanocristaux semi-conduc-
teurs sans métaux toxiques
(cuivre-indium-soufre) desti-
nés notamment à absorber les photons solaires et conduire
les électrons dans des cellules solaires. Le laboratoire étudie
depuis plusieurs années des matériaux hybrides (mélanges
organique-inorganique) pour la conversion photovoltaïque par
des dispositifs en couches minces, faciles à mettre en œuvre
et flexibles.
La bourse de 15 000 euros a été remise à A. Lefrançois le
8 octobre 2012 au Palais de la Découverte. Dès le lendemain,
elle partait pour un mois dans un laboratoire de Hong-Kong
dans le cadre d’une collaboration avec son laboratoire.
Ces bourses constituent le volet français du programme
international « For Women in Science », fondé en 1998 et
décliné dans près de 50 pays. Le programme national soutenu
par la Commission française pour l’Unesco et l’Académie des
sciences, et sous le patronage de la Ministre de l’Enseigne-
ment Supérieur et de la Recherche, a pour objectif premier de
promouvoir et de soutenir l’accession des femmes aux
carrières scientifiques et aux postes les plus élevés.
SOMMAIRE N°585
distinction

ressources
fête de la science
Les stands INAC présents sur le
Parvis des Sciences à Minatec n’ont
pas désemplis samedi 13 octobre.
La supraconductivité expliquée par
Charlène Tonnoir et Benoît Roche,
du SPSMS, et la chimie des métaux
pour l’énergie et la santé, présentée
par le SCIB sous la coordination de
Christelle Gateau et Yves Chenavier,
ont retenu l’attention d’une grande
partie des 1200 visiteurs de la jour-
née, accueillis dans un espace scénographié par le CCSTI.
Le SCIB était également présent le vendredi pour l’accueil des
collégiens et lycéens (600 visiteurs), et animait sous la coor-
dination de Christine Saint-Pierre un autre stand jeudi et ven-
dredi pour les scolaires sur l’interface chimie-biologie à l’IBS.
INAC a obtenu un beau succès lors des appels à projets
européens 2012 : 9 nouveaux projets ont été sélectionnés
dont 3 en coordination (NEST, SPOT et MOSAIC).
Ces projets sont financés à 75% du coût complet.
Ils permettent de renforcer nos liens avec nos partenaires
européens privilégiés, dont le Centro de Investigación en
Nanociencia y Nanotecnología (CIN2, Barcelone), et le
Karlsruher Institut für Technologie (KIT, Karlsruhe).

SBT I SCIB I SPINTEC I SPRAM I SPSMS I SP2M inac.cea.fr
LAFEUILLE
R O U G E
octobre 2012
Le composé URu
2
Si
2
fait l’objet de nombreuses études car la nature
de sa transition de phase à T
0
= 17,5 K demeure mystérieuse malgré plus
de 20 années d’intenses recherches. Nos mesures effectuées par diffrac-
tion de neutrons montrent qu’elle implique des moments multipolaires.
Le composé intermétallique à électrons fortement corrélés URu
2
Si
2
est l’un des composés d’uranium supraconducteurs. Outre la transition
supraconductrice observée à 1,2 K, une seconde transition est présente
à T
0
. Cette dernière est facilement mise en évidence par des techniques
expérimentales macroscopiques variées comme les mesures de chaleur
spécifique, résistivité électrique, dilatation thermique, susceptibilité
magnétique…, mais aucune signature de cette transition n’est détectée
par des techniques microscopiques comme la diffraction des rayons X
ou des neutrons. Certains modèles théoriques suggèrent que cette
transition est associée à un ordre multipolaire de rang élevé. Rappelons
qu’une transition magnétique usuelle correspond à un ordre de moments
dipolaires, c’est-à-dire multipolaires de rang 1.
En collaboration avec l’Institut Néel, nous avons mesuré, par diffrac-
tion de neutrons polarisés à l’ILL, la densité d’aimantation d’un échan-
tillon monocristallin de ce composé soumis à un fort champ magnétique
appliqué suivant l’axe c de la structure tétragonale. La répartition de
l’aimantation change au voisinage des atomes d’uranium: en dessus de
T
0
, elle est allongée suivant les axes a et b, alors qu’en dessous elle est
étirée à 45° de ces axes (Fig.). La rotation de la densité d’aimantation
au passage de T
0
s’explique par l’action d’un opérateur sur la fonction
d’onde de l’état fondamental de champ électrique cristallin de l’ion ura-
nium. Cet opérateur, appelé dotriacontapole, est le produit de 5 opé-
rateurs de spin. Nous donnons ainsi la première preuve expérimentale
que l’ordre caché est associé à des moments multipolaires de rang 5.
DOTRIACONTAPOLE, OU L’ORDRE CACHÉ DE URu2Si2 RÉVÉLÉ
Contact : Eric Ressouche -- SPSMS -- [email protected]
fermions lourds
Projection selon l’axe cristallin c de la densité d’aimantation induite par un
champ Bext = 9,6 T parallèle à c de part et d’autre de T0. Pour référence la
position des atomes d’uranium (vert) et de ruthénium (rouge) est indiquée.
N° 586
Nous avons utilisé la RMN solide du
13
C à haute résolution pour
comprendre et optimiser le processus de consolidation des bois archéo-
logiques gorgés d’eau par imprégnation de polyéthylène glycol (PEG).
Nous avons montré que le PEG crée dans un premier temps des interac-
tions moléculaires fortes avec les polymères lignocellulosiques résiduels,
restaurant ainsi la tenue du bois. Mais du PEG en excès, non stabilisé
par ces interactions, est finalement néfaste pour l’objet restauré.
L’étude des bois archéologiques a démarré il y a plus de dix ans
en collaboration avec ARC-Nucléart. Les bois ayant longtemps séjourné
dans l’eau présentent des dégradations sélectives : les hémicelluloses
sont dégradées en premier puis les celluloses de manière plus ou moins
importante alors que les lignines demeurent très résistantes. La technique
utilisée est la mesure du temps de relaxation des protons T
1ρH
, à partir
des spectres RMN du
13
C enregistrés en phase solide. T
1ρH
peut être
considéré comme caractéristique d’un ensemble de protons appartenant
à un même système de spins en couplage dipolaire fort. Ainsi pour un
mélange de deux polymères on retrouve les T
1ρH
de chaque polymère
analysé séparément ; en revanche s’ils forment un alliage moléculaire
on mesure un T
1ρH
spécifique.
C’est ainsi que nous avons montré pour la première fois que le PEG
interagit au niveau moléculaire avec les fibrilles de cellulose, « rempla-
çant » les hémicelluloses et rétablissant ainsi les propriétés dynamiques
du réseau moléculaire endommagé de la paroi cellulaire. Ensuite, les
imprégnations successives augmentent la concentration en PEG dans le
bois. Plus éloigné des polymères résiduels du bois, ce PEG est moins
bien retenu. Par ailleurs, compte tenu de son affinité pour l’eau (humidité
ambiante), il peut être exsudé du matériau archéologique, même long-
temps après la restauration des objets. Ceci est extrêmement domma-
geable pour une présentation dans un musée. Nous concluons qu’il est
inutile d’utiliser des solutions d’imprégnation en PEG de concentration
supérieure à 10 % dans le cas de bois archéologiques peu dégradés.
CONSOLIDER LES BOIS ARCHÉOLOGIQUES : LA RMN PORTE CONSEIL
Contact : Michel Bardet – SCIB – [email protected]
résonances magnétiques
Morphologies de bois archéologiques imprégnés par des solutions de PEG
4000 de concentration croissante (% massique). De fortes exsudations
blanches de PEG sont clairement visibles aux plus hautes concentrations

LA FEUILLE ROUGE -
Comité de rédaction : E. Molva, J. Planès, H. Ulmer-Tufgo (DIR), P. Dalmas de Réotier (SPSMS), L. Dubois (SCIB), N. Luchier (SBT),
S. Lyonnard (SPRAM), G. Prenat (SPINTEC), P. Warin (SP2M) - Mise en page : M. Benini (DIR) tél. [phone]
INSTITUT NANOSCIENCES ET CRYOGÉNIE
Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives - Direction des Sciences de la Matière - Centre de Grenoble
Nous utilisons une méthode combinatoire
évitant la préparation de nombreuses molécules
différentes comme il est fait classiquement pour
les langues électroniques. Nous utilisons seule-
ment deux petites molécules (Fig. 1), que nous
mélangeons avec des proportions variables.
Imaginons par exemple que l’on fabrique onze
de ces mélanges (typiquement le premier avec
10% de molécule 1 et 90% de molécule 2, etc.)
Des gouttes de chacune de ces onze solutions
sont déposées sur un substrat. Elles créent ainsi
un réseau de plots ou capteurs par auto-assem-
blage des molécules en monocouche.
Profils et paysages
Les récepteurs combinatoires ne sont
pas spécifiques d’une cible particulière (au
contraire des biopuces classiques à ADN).
La langue artificielle produit en contact avec
un liquide à « goûter », un ensemble de onze
signaux qui constitue la signature (le goût) du
produit testé. On obtient ainsi un « profil 2D ou
3D » caractéristique (Fig. 2). Par exemple, nous
avons pu avec cette langue et ses onze plots
distinguer des chimiokines de structures très
voisines. Si plusieurs protéines sont présentes
simultanément dans le produit à tester, le
«goût» du mélange peut être décomposé en ses
composantes individuelles et chaque protéine
reconnue. Pour l’instant nous avons obtenu
avec succès la signature du vin, du lait, de la
bière. Nous avons aussi suivi le vieillissement
de certains produits comme le lait.
Nous avons vu que deux molécules pro-
duisent onze récepteurs combinatoires pour
onze signaux. En passant de 2 à 3 molécules
différentes dans la composition des plots,
on multiplie par 6 le nombre de récepteurs
combinatoires distincts et on affine d’autant la
sensibilité de la langue pour reconnaitre des
protéines très similaires.
Détection
La détection du signal est réalisée par une
technique déjà connue mais jamais utilisée
dans ce domaine, l’imagerie par résonance
de plasmons de surface (SPRi) ; le substrat est
un prisme optique recouvert d’une fine couche
d’or dans laquelle les mouvements collectifs des
électrons (plasmons) sont modifiés chaque fois
qu’une protéine s’adsorbe sur l’un des capteurs.
Cette modification est mesurée optiquement. Les
avantages de cette technique sont nombreux :
pas besoin de marqueur fluorescent ou radioac-
tif, lecture en parallèle et en temps réel de tous
les plots (Fig. 3).
Grâce à sa simplicité, cette nouvelle
approche pourrait conduire au développement
de langues artificielles fiables et peu onéreuses,
pour l’agroalimentaire, l’analyse de l’environ-
nement ou le domaine de la santé.
De la même façon que les nez électroniques sont capables d’analyser des gaz (odeurs), les langues électroniques sont dédiées à l’analyse
des liquides et trouvent de plus en plus d’applications dans l’agroalimentaire, l’environnement et la santé. Ces dispositifs s’inspirent des processus
physiologiques du goût, à partir de capteurs intégrant différents composés, souvent longs à fabriquer. Avec l’IBS et l’Université Paris-Sud, nous
avons mis au point une méthode novatrice qui simplifie grandement la conception de ces langues électroniques, en nous inspirant de la façon
dont des protéines sont reconnues par les héparanes sulfates (sucres complexes naturels) présents à la surface des cellules.
PAYSAGES DU GOÛT
Contact :Yanxia Hou-Broutin - SPrAM - [email protected]
biocapteurs
N° 586 octobre 2012 - inac.cea.fr/feuille_rouge
Fig. 3 : Schéma du système de détection de la
langue électronique. La solution contenant les
protéines est apportée par la cellule microfluidique
au voisinage des différents plots de la langue
(Fig. 2). Les molécules adsorbées modifient les
conditions d’absorption de la lumière produisant,
en temps réel, une image SPR.
Fig. 2 : Profil et paysage du goût. Un profil continu (en bas à droite) de la chimiokine CXCL12-a est construit
par l’évolution de la réflectivité mesurée par SPRi en fonction du % relatif des deux briques de base constituant
les plots. Grâce à la faculté de mesure en temps réel de la technique SPRi, on peut également construire un
paysage 3D (en haut à droite) qui reflète les cinétiques d’adsorption et de désorption protéine/plot. Ceci
fournit un élément de discrimination supplémentaire, utile notamment pour l’analyse des mélanges.
Fig. 1 : Les 2 briques de base BB1 et BB2 sont des
disaccharides.