Paris, 23 août 2007

Des ciseaux innovants pour couper les molécules
Faire de l'ammoniac nécessite de couper l'une des plus fortes liaisons chimiques connues : la triple liaison qui relie les deux atomes d'azote dans la molécule de diazote (N2). Les catalyseurs qui accomplissent cette coupure impliquent toujours plusieurs centres métalliques. Les chimistes du CNRS (1) ont observé un autre mécanisme de clivage, qui repose sur un seul centre métallique. Ils élargissent ainsi le champ de leur recherche, qui avait déjà permis d'activer d'autres molécules peu réactives comme le méthane, annonçant des débouchés dans le domaine des énergies nouvelles et de l'environnement durable. Ce travail est publié dans la revue Science du 24 août 2007.
La molécule de diazote (N2) est la plus répandue dans l'atmosphère, dont elle représente environ 80 pour cent. Les chimistes s'intéressent de près à l'élément azote, car il est présent dans plusieurs produits industriels, au premier rang desquels figurent les engrais, à base d'ammoniac (NH3). La synthèse d'ammoniac à partir d'azote moléculaire constitue un enjeu économique et écologique très important.
 
Jusqu'à présent, pour casser la triple liaison qui lie les deux atomes d'azote dans la molécule de diazote (N2), le seul procédé utilisé est le procédé Haber-Bosch. Il s'agit d'un procédé de catalyse hétérogène par des solides : la plupart des réactions de l'industrie chimique emploient des catalyseurs, dits «hétérogènes », quand ils ne sont pas dans le même état que les réactifs ou les produits (par exemple, s'ils sont solides quand les réactifs et produits sont gazeux) ; ils ne se mélangent pas aux produits de la réaction et peuvent être réutilisés. Dans le procédé Haber-Bosch, le mécanisme qui permet de couper la molécule de diazote implique  l'intervention de plusieurs métaux pour dissocier les deux atomes d'azote. Employé pour produire 100 millions de tonnes par an d'ammoniac dans le monde, il est aussi très gourmand en énergie, puisque il consomme un pour cent de la production mondiale d'énergie.
 
Pour la première fois, les chimistes lyonnais ont réussi à dissocier la molécule d'azote sur un seul centre métallique au lieu de plusieurs nécessaires dans le procédé actuel. Il s'agit d'un atome de tantale, très pauvre en électrons, lié à la surface d'une silice par deux liaisons SiO-Ta selon un processus très original. La synthèse de ce type de catalyseurs extrêmement réactifs est le résultat de longues années de recherches en chimie organométallique de surface. Cette discipline a déjà permis de réaliser de nouvelles réactions catalytiques sur d'autres molécules très difficiles à activer, tels le méthane (CH4) et les alcanes (hydrocarbures saturés). Notamment, les chimistes lyonnais ont réussi a dépolymériser le polyéthylène, afin de le recycler par exemple. Ils ont également utilisé le méthane  pour construire des alcanes plus longs (à plusieurs atomes de carbone), pressentis comme l'une des énergies nouvelles de demain. Cette découverte élargit le champ  d'application de la chimie organométallique de surface aux produits azotés et aux enjeux industriels et sociétaux qu'ils représentent.

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Paris, 22 mai 2012

Une journée tous publics pour découvrir que Tout est quantique ? !
Le CNRS et le Musée des arts et métiers – Cnam organisent dimanche 3 juin 2012 de 10h à 18h une journée destinée à un public familial et curieux pour découvrir, de façon ludique et spectaculaire, l'univers surprenant de la physique quantique. Cette manifestation gratuite au Musée des arts et métiers (1) propose d'aborder de manière simple et amusante cette science élaborée pour expliquer des phénomènes inaccessibles à notre perception, à l'échelle de l'infiniment petit et sans laquelle les ordinateurs, les télécommunications et le positionnement par satellite ne feraient pas partie de notre quotidien.
Au programme de cette journée "Tout est quantique ?!" : des expériences participatives, des démonstrations, des rencontres avec les scientifiques, des conférences et des jeux pour tous. Les visiteurs (à partir de de 6 ans) pourront découvrir comment les atomes mesurent le temps et voyager dans l'infiniment petit grâce à des microscopes ultra-puissants, piéger les atomes, jouer avec la lumière des lasers, observer des nanoparticules d'or ou des nanocristaux fluorescents. Une invitation à partir à la découverte d'objets insolites, du passé et du futur, sur la piste de la physique quantique… avec en prime un iPad à gagner !

Les chercheurs donneront à « voir » la physique quantique mais aussi la feront expérimenter autour de 3 espaces thématiques. Initié par les chercheurs, chacun pourra explorer la matière atome par atome, à moins d'un milliardième de mètre en prenant les commandes de microscopes ultra-puissants. Les visiteurs pourront découvrir les jeux de lumière des lasers, les couleurs du nanomonde mais aussi le fonctionnement d'une horloge atomique à la précision inégalée. Ils pourront aussi tester la glisse incomparable du premier skate supraconducteur qui lévite sans aucun frottement au-dessus de rails magnétiques de 5 mètres et admirer la Tour Eiffel prenant son envol grâce à sa version supra.

Un espace réservé aux enfants à partir de 6 ans leur proposera de « jouer avec la physique quantique ». Chaque enfant deviendra incollable sur les atomes et pourra épater ses parents avec sa maquette d'atome, sa cocotte-quiz ou son pliage quantique.

A ne pas manquer, la conférence d'ouverture de Serge Haroche, professeur au Collège de France sur « Le chat de Schrödinger et autres histoires quantiques… » suivie de 6 mini-conférences de 20 minutes pour tout savoir sur la physique quantique.

Cette journée est organisée par le CNRS et le Musée des arts et métiers – Cnam, en collaboration avec l'ESPCI ParisTech, l'Institut d'Optique Graduate School, l'Observatoire de Paris et les universités Paris 13, Paris Diderot, Paris Sud, Pierre et Marie Curie et avec le soutien de C'Nano IdF, de la Région Ile-de-France, de la Société Française de Physique et du Triangle de la Physique.

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Paris, 29 mars 2012

Générer pour la première fois un rayonnement ultra-bref de manière contrôlée à l'aide d'un plasma
Pour observer des phénomènes ultrarapides tels que le mouvement des électrons au sein de la matière, les chercheurs ont besoin de sources capables de produire des rayonnements lumineux extrêmement brefs et énergétiques. Si des dispositifs capables d'émettre des impulsions dans le domaine de l'attoseconde (10-18 seconde) existent déjà, de nombreuses équipes s'efforcent de repousser les limites de leur intensité et de leur durée. Une équipe pilotée par le Laboratoire d'optique appliquée (LOA, CNRS / ENSTA-Paristech / Ecole Polytechnique), en collaboration avec le CEA-Saclay et le Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (LULI, CNRS / CEA / Ecole Polytechnique / UPMC), a réussi, pour la première fois, à accélérer et guider de façon reproductible des électrons dans un plasma à l'aide d'un laser. Ces électrons excitent le plasma, qui émet alors des impulsions électromagnétiques ultra brèves à des longueurs d'onde dans le domaine de l'extrême ultraviolet. Ce rayonnement attoseconde énergétique pourra servir à sonder les processus électroniques ultra rapides. Ces travaux sont publiés dans Nature Physics.
Des événements, tels que l'ionisation d'un atome ou le passage d'un électron d'un état d'excitation à un autre, se déroulent sur des échelles de temps typiques de l'ordre de l'attoseconde (un milliardième de milliardième de seconde). Pour les observer en direct, on doit pouvoir produire des impulsions lumineuses d'une durée comparable afin de « saisir » l'évolution du phénomène, à la manière d'un obturateur photographique. Jusqu'à présent, il n'existait qu'une manière d'obtenir des impulsions aussi brèves, en excitant par laser les électrons d'un gaz. Ces derniers émettent alors une impulsion dans le domaine de l'extrême ultraviolet (X-UV). Mais ce procédé a des limites et, pour observer certains phénomènes, les chercheurs auraient besoin de sources encore plus brèves et surtout plus énergétiques. Voilà pourquoi de nombreuses équipes se sont tournées vers la physique des plasmas, cet état de la matière extrêmement chaud et dense, constitué d'ions et d'électrons.
L'équipe menée par le LOA est la première à avoir obtenu des impulsions attoseconde dans l'X-UV de façon reproductible en contrôlant l'excitation d'un plasma par des électrons accélérés dans un champ laser. Pour y parvenir, les chercheurs ont d'abord dû développer une source laser très performante, permettant d'atteindre des éclairements mille à dix mille fois supérieurs à ceux utilisés dans les milieux gazeux, et délivrant un millier d'impulsions par seconde d'une durée de l'ordre de quelques femtosecondes chacune (10-15 seconde). De plus, cette source est stabilisée en phase : toutes les impulsions générées sont identiques les unes par rapport aux autres. Les chercheurs sont parvenus à focaliser toute la puissance lumineuse du laser sur une tache d'un peu plus d'un micron de diamètre à la surface d'une cible en silice. La matière de la cible est ainsi transformée en un plasma de densité comparable à celle d'un solide. Dans ce plasma, les électrons sont fortement accélérés par le champ électromagnétique produit par le faisceau laser. Lorsqu'ils traversent le plasma, ils excitent au sein de celui-ci des mouvements collectifs de charges produisant alors un rayonnement X-UV que les chercheurs ont pu observer et analyser à l'aide d'un spectromètre.

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Paris, 31 juillet 2012

Première lumière de HESS-II, le plus grand télescope gamma au monde

Le télescope HESS-II (1), situé en Namibie, a été mis en service le 26 juillet 2012 à 0h43 (heure de Paris). Équipé d'un miroir de 28 mètres de diamètre, HESS-II est le plus grand télescope gamma jamais construit à ce jour. Avec ce nouveau géant, l'observatoire international H.E.S.S., auquel contribuent le CNRS et le CEA, permettra de découvrir de nombreuses nouvelles sources cosmiques de haute énergie et de caractériser les phénomènes les plus violents de l'Univers.
Dans l'Univers, les trous noirs supermassifs, les amas de galaxies, les supernovæ, les étoiles doubles et les pulsars jouent le rôle d'accélérateurs naturels de particules cosmiques (électrons, ions…). Ces particules y acquièrent une très grande énergie, produisant des rayons gamma (2). Lorsque ces rayons atteignent l'atmosphère terrestre, ils se détruisent en une gerbe de particules secondaires, qui émettent un flash très ténu de lumière bleutée, la lumière Cherenkov. C'est cette lumière que les télescopes gamma, comme HESS-II, peuvent détecter.

HESS-II s'ajoute aux instruments de l'observatoire H.E.S.S., jusque-là composé de quatre télescopes de 12 mètres de diamètre, en fonctionnement depuis 2004 et dédiés à l'étude de l'Univers violent.

Le fonctionnement de HESS-II

La caméra électronique du nouveau télescope pourra détecter la lumière Cherenkov avec un « temps d'exposition » de quelques milliardièmes de secondes, une rapidité quasiment un million de fois supérieure à celle d'une caméra normale. D'une masse de trois tonnes, cette caméra est suspendue à 36 mètres au-dessus du miroir principal du télescope : pointée à la verticale, cette installation atteint alors la hauteur d'un immeuble de vingt étages. En dépit de sa taille et de ses 600 tonnes, HESS-II pourra pivoter deux fois plus rapidement que les autres télescopes de H.E.S.S., afin de répondre immédiatement aux alertes de sursauts gamma, ces signaux d'explosions qui arrivent soudainement de n'importe où dans le ciel.

La caméra et son système électronique intégré représentent l'essentiel de la contribution française dont le maître d'œuvre est l'IN2P3 du CNRS (3). Le CEA s'est investi dans le développement d'une puce dédiée, composante clé de l'électronique. Pour la réalisation de cette électronique, les laboratoires français se sont appuyés sur l'expertise acquise lors de la construction des caméras des quatre premiers télescopes, ainsi que sur un réseau de partenaires industriels.

Plus d'une centaine de sources cosmiques de rayons gamma de très haute énergie ont été recensées à ce jour, dont une majorité grâce à l'observatoire H.E.S.S. Le télescope HESS-II permettra d'étudier de façon plus détaillée les processus à l'œuvre dans ces objets du cosmos (trous noirs supermassifs, supernovae…), et de découvrir de nouvelles sources - voire des sources de nature encore inconnue - en détectant les rayons gamma dans une gamme d'énergie plus basse, jusque-là inexplorée.

HESS-II ouvre également la voie à la réalisation du CTA (Cherenkov Telescope Array), réseau de télescopes Cherenkov, défini comme une très haute priorité par les physiciens des astroparticules et les agences de financement en Europe. Le CTA permettra, grâce à la mise en réseau de plusieurs télescopes, d'élargir les gammes d'énergie détectables et d'affiner la résolution des résultats.

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