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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.

Ces travaux devraient déboucher sur une source de rayonnement énergétique dont pourront se servir physiciens et chimistes pour sonder les processus électroniques dans la matière avec une résolution temporelle dans le domaine attoseconde. Pour l'heure, les chercheurs prévoient d'améliorer encore leur source laser afin de produire un rayonnement encore plus bref et à plus courte longueur d'onde (dans le domaine des rayons X), en guidant de manière contrôlée le mouvement des électrons dans le plasma qui se déplacent à des vitesses proches de celle de la lumière.

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Paris, 16 février 2012

Quand votre main gauche mime ce que fait votre main droite : une histoire de gène

Des chercheurs de l'Inserm, du CNRS, de l'UPMC et de l'AP-HP au sein du Centre de Recherche de l'Institut du Cerveau et de la Moelle (CRICM) de la Pitié-Salpêtrière, viennent de mettre en évidence des mutations à l'origine de la maladie des Des chercheurs de l'Inserm, du CNRS, de l'UPMC et de l'AP-HP au sein du Centre de Recherche de l'Institut du Cerveau et de la Moelle (CRICM) de la Pitié-Salpêtrière, viennent de mettre en évidence des mutations à l'origine de la maladie des mouvements en miroir congénitaux. Les personnes atteintes de cette maladie ont perdu la capacité de réaliser un mouvement différent des deux mains. Grâce au séquençage du génome de plusieurs membres d'une même famille française, le gène RAD51 a été identifié. Des travaux complémentaires menés chez la souris suggèrent qu'il s'agit d'un gène impliqué dans le croisement des voies motrices. Ce croisement est un point clé de transmission des informations cérébrales puisqu'il permet à la partie droite du cerveau de contrôler la partie gauche du corps et inversement.
Ces travaux sont publiés dans la revue The American Journal of Human Genetics.
Les mouvements en miroir congénitaux constituent une maladie rare qui se transmet de génération en génération selon un mode dit dominant. Les personnes atteintes ont perdu la capacité de réaliser un mouvement différent des deux mains : lorsqu'une main effectue un mouvement, l'autre main est « obligée » d'effectuer le même mouvement, même contre la volonté du sujet. Dans cette maladie, il est donc rigoureusement impossible d'avoir une activité motrice bi-manuelle telle que jouer du piano par exemple. Il arrive que l'on observe ces phénomènes chez les enfants, mais ils disparaissent généralement spontanément avant l'âge de 10 ans, surement grâce à la maturation des réseaux de neurones moteurs. Toutefois chez les personnes malades, les symptômes de la maladie débutent dès la petite enfance et restent inchangés tout au long de la vie.

En 2010, des chercheurs québécois ont découvert un gène responsable de la maladie grâce à l'analyse du génome des membres d'une grande famille canadienne. Des mutations avaient été identifiées dans le gène DCC (Deleted in Colorectal Carcinoma). Après cette découverte, l'équipe de chercheurs et de médecins coordonnée par Emmanuel Flamand-Roze a donc cherché des mutations de ce gène chez plusieurs membres d'une famille française atteinte de la maladie des mouvements en miroir congénitaux : sans succès. « Le gène DCC était intact » explique Emmanuel Flamand-Roze.  « Alors que l'on croyait toucher au but, il a donc fallut chercher une mutation dans un autre gène » ajoute-t-il.

Par une approche couplant une analyse génétique conventionnelle et une analyse en « whole exome » (une technique d'analyse génétique de nouvelle génération permettant le séquençage entier de la partie signifiante du génome) les chercheurs ont démontré que le gène RAD51 était responsable de la maladie des mouvements en miroir congénitaux dans une grande famille française et confirmé ce résultat dans une famille allemande atteinte de la même maladie.

« Le gène RAD51 était bien connu de la communauté scientifique pour son rôle potentiel dans la survenue de certains cancers et dans les phénomène de résistance aux chimiothérapies » explique Emmanuel Flamand-Roze. Nous avons donc cherché s'il pouvait avoir une fonction différente pouvant expliquer les symptômes moteurs de cette maladie.

Le système moteur se constitue chez l'homme selon une organisation croisée : le cerveau gauche commandant la motricité du côté droit et réciproquement, avec un croisement qui s'effectue au niveau du tronc cérébral. En étudiant l'expression de la protéine RAD51 au cours du développement du système moteur chez la souris, les chercheurs ont découvert que ce gène pourrait être impliqué dans le croisement des voies motrices reliant le cerveau à la moelle épinière au niveau du tronc cérébral.

Cette découverte ouvre un champ complètement nouveau d'investigation pour la connaissance du développement du système moteur et pour une meilleure compréhension des mécanismes cérébraux qui contrôlent la motricité bi-manuelle (très mal connus). Elle pourrait ainsi permettre d'apporter un éclairage sur d'autres désordres moteurs impliquant une altération de l'organisation fine du mouvement tels que la dystonie ou sur certaines maladies génétiques neuro-développementales.

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