ANALYSE DE GAZ PAR SPECTROMÉTRIE DE MASSE

Il s'agit de montrer comment analyser les constituants d'un gaz en utilisant un spectromètre de masse. Le système est bien décomposé pour expliquer le fonctionnement et les utilisations possibles.
Vidéo issue du projet VideoManip dont l'objectif est la réalisation de courtes séquences filmées, montrant des expériences réelles, qui seraient à la fois trop complexes pour être montées et montrées en amphi, et pas assez riches d'enseignement pour justifier un TP de plusieurs heures. Les sciences de l'ingénieur consistent à utiliser un phénomène physique pour construire un objet répondant à un besoin donné. Cela suppose de la part des scientifiques, des (futurs) ingénieurs et des (futurs) enseignants qui les forme(ro)nt une connaissance assez intime des phénomènes physiques exploitables. Dans le processus d'acquisition de cette connaissance, rien ne remplace la confrontation directe au phénomène étudié au travers de l'expérimentation. La "manip de cours" ou "manip d'amphi" (expérimentation par le professeur pendant le cours magistral) permet de confronter immédiatement les étudiants au phénomène étudié sans avoir à attendre qu'ils aient acquis suffisamment de compétence pour pouvoir manipuler eux-mêmes. Ce genre d'illustration représente un investissement important, tant pour la mise en place de l'expérimentation elle-même que pour celle des dispositifs annexes permettant de la faire visualiser par un grand auditoire.

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DU MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE À LA MICROSCOPIE À CHAMP PROCHE

A travers les siècles, l'homme a toujours cherché à observer le monde de l'infiniment petit qui l'entoure, le monde invisible à l'oeil nu. Pour cela, il invente la loupe (XVe siècle), puis le microscope optique (XVIIe siècle) pour observer des cellules sanguines ou des bactéries ..., mais il semble impossible d'observer les éléments ultimes dont est faite la matière : les atomes. Il faut attendre la découverte de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie(1923) pour que l'espoir renaisse. Les particules qui constituent la matière peuvent se comporter comme des ondes de longueur d'onde très petite : 0,1 nm (10-10 mètre), c'est-à-dire de la taille d'un atome. De cette dualité onde-corpuscule va naître le microscope électronique en 1933 (E.Ruska) - où l'éclairage par une source lumineuse utilisé dans le microscope optique est remplacé par une source d'électrons. L'observation d'atomes reste encore indirecte et s'appuie sur des phénomènes de diffraction. Les applications de la microscopie électronique sont nombreuses et le développement instrumental est aujourd'hui très sophistiqué que ce soit au niveau des appareillages ou au niveau du traitement informatique des données. Les domaines explorés sont très divers,la biologie moléculaire et cellulaire ,la cristallographie, la métallurgie, et les sciences des matériaux.La résolution des microscopes électroniques permet d'atteindre l'échelle atomique mais il faut noter un point fondamental,on n'observe pas le relief des surfaces observées mais une vue projetée.Les ondes associées aux électrons qui permettent l'obtention d'images sont des ondes progressives et l'on se trouve dans le cadre du champ lointoin.Cet inconvénient est entièrement levée dans le cas des microscopies en champ proche. En 1982, un nouveau type de microscope - le microscope à effet tunnel, est inventé par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, ouvrant un champ très vaste d'investigations scientifiques et des nouveaux horizons technologiques. Cette nouvelle technique utilisant une pointe très fine terminée par un atome permet l'observation directe et aisée d'atomes et de structures atomiques de surfaces conductrices dans une large variété d'environnements (air, eau, huile, vide). Depuis l'invention du microscope tunnel, d'autres microscopies à sonde locale ont été développées, et notamment le microscope à effet de force atomique (1986) qui permet d'imager non seulement des surfaces conductrices mais aussi des surfaces isolantes.Enfin une autre microscopie en champ proche optique donne des images pour lesquelles les critères de Rayleigh. En plus, les progrès les plus récents ont montré la possibilité de manipuler les atomes à l'aide de ces microscopes - ainsi les premières structures artificielles à l'échelle atomique ont été élaborées.Toutes ces techniques d'observation et d'élaboration de nanostructures ont données naissance à une nouvelle physique,la nanophysique et aussi à de nouvelles nanotechnologies qui préfigure l'aube d'une révolution "nano" industrielle. Au cours de cette exposé nous présenterons les différents types de microscopes électroniques et les résultats les plus spectaculaires obtenus dans le domaine des sciences puis les trois familles de microscopies en champ proche et les applications surlesquelles elles débouchent naturellement.

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INDRA, REGARDS SUR LE COEUR DE L'ATOME

En vue d'étudier les états limites du noyau atomique, le GANIL à Caen a entrepris en 1989 la construction d'un nouveau détecteur de particules baptisé Indra. Ce détecteur, un des plus puissants du monde, possède 336 modules de détection qui couvrent tout l'espace autour de la cible. L'expérience de base consiste à envoyer des noyaux projectiles sur une cible. Les fragments générés par la collision sont analysés par le détecteur. Les températures obtenues sont très élevées et on reconstitue ainsi des conditions qui existaient aux origines de l'univers. Il y a transition de phases pour la matière nucléaire, les noyaux se désintégrant en une "vapeur" de protons et de neutrons. Parallèlement à ces données théoriques, la conception et le fonctionnement des principaux composants du détecteur Indra sont décrits : - le trigger qui permet de sélectionner les événements (collisions) intéressants ; - les photomultiplicateurs, couplés à des cristaux d'iodure de césium qui émettent de la lumière quand ils sont traversés par une particule ; - les chambres d'ionisation, chambres à gaz placées entre deux électrodes. Inauguré en février 1993, Indra permettra aux chercheurs du GANIL d'étudier la matière nucléaire telle qu'elle existait une seconde après la naissance de l'univers.

Générique
Conseiller scientifique : BIMBOT René Réalisateurs : DRUON Jean et SERRANO Eusébio Production : Culture Production, GANIL (CEA-CNRS) Diffuseur : CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/

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AU COEUR DES NANOSCIENCES

Des produits de plus en plus petits, plus légers, moins chers, des progrès dans les domaines des télécommunications, de la santé, de l'environnement : les nanosciences et les nanotechnologies sont au coeur de cette évolution (on parle même de « révolution »). A l'Institut des Nanosciences de Paris, des physiciens, des acousticiens, des opticiens, des chimistes unissent leurs efforts pour mettre en évidence et comprendre les propriétés nouvelles qui surgissent dans les matériaux lorsqu'ils sont confinés, jusqu'à l'échelle du nanomètre. Pour fabriquer, manipuler, observer et caractériser ces objets, les chercheurs développent des méthodes et des instruments toujours plus performants. Ils peuvent ainsi étudier les processus électroniques, les phénomènes de propagation acoustique ou optique et s'intéresser aux interfaces entre ces petits objets et leur environnement. Porteuses d'espoir pour les uns, de crainte pour les autres, les recherches dans le domaine des nanosciences suscitent des questionnements et nécessitent une réflexion éthique sur les évolutions futures et leur impact social.

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