Science et Vie le 18 Octobre 2010

Les microbes contenus dans cette pâte secrètent du calcaire au contact du béton

En modifiant le patrimoine génétique d’une bactérie, une équipe d’étudiants en biochimie de l’université britannique de Newcastle est parvenue à concevoir le « BacillaFilla », une pâte réparatrice capable de ressouder les fissures apparues dans le béton. Infiltrée dans les plus fines anfractuosités, la colle sèche en agglomérant les filaments des bactéries et le carbonate de calcium secrété par les microbes. Redonnant ainsi, assurent les concepteurs, une solidité comparable à celle d’un édifice neuf. Les microbes sont conçus pour s’activer uniquement au contact du béton et meurent une fois leur tâche de maçon accomplie, ce qui évite toute crainte de contamination de l’environnement. Les jeunes inventeurs, vainqueurs d’un concours international, visent par exemple le marché de la rénovation (construire un immeuble neuf coûte plus cher que de le réparer) et la réparation des dégâts commis par les séismes.

Science et Vie le 14 septembre 2010

Portrait du graphène au microscope électronique : la distance entre chaque atome de carbone est de 0,14 nanomètre

Encore une application pour le graphène : cette fois, c’est en décodeur d’ADN que l’équipe du physicien américain Daniel Branton, associant des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology et de l’Université de Harvard, veut transformer le désormais fameux feuillet de carbone d’un atome d’épaisseur. L’idée est la suivante : utiliser une membrane de graphène (épaisse de deux feuillets, soit moins d’un nanomètre d’épaisseur) pour séparer deux bacs contenant chacun des ions en solution. Lorsque des ions traversent la membrane par un trou de quelques nanomètres de diamètre, un signal électrique continu est mesuré. L’idée des chercheurs est d’introduire des molécules d’ADN dans un des bacs. Attirées dans le trou, les longs rubans y pénètrent alors comme un fil par le chas d’une aiguille. Chaque base composant le code génétique étant d’une taille légèrement différente, son passage dans le trou modifie le flux d’ions traversant, et du coup le signal électrique. Dont la variation permet alors d’identifier les composants de la chaîne, base par base… Vertigineux ! Evidemment, il s’agit encore d’un « décodeur » expérimental, encore très loin d’un dispositif industriel. Mais les chercheurs espèrent bien parvenir à en tirer un appareil à la fois plus rapide et moins coûteux que les décodeurs actuels.

Au cours de l’année 2009, nous avons célébré l’Année internationale de l’astronomie (AIA), en 2010 ce fut l’Année internationale de la biodiversité (AIB). 2011 sera l’occasion de fêter l’Année internationale de la forêt mais aussi de la chimie (AIC).

En décembre 2008, l’Assemblée générale des Nations unies a donné une réponse favorable à un projet de plusieurs de ses membres menés par l’Éthiopie. L’année 2011 a donc été proclamée Année internationale de la chimie (AIC), ce qui devrait combler Gérard Férey, avec la résolution suivante présentée par l’Éthiopie :

« La chimie est essentielle à notre compréhension du monde et du cosmos. De plus, les transformations moléculaires sont au cœur de la production de nourriture, de médicaments, de carburant et d’innombrables produits manufacturés et d’extraction. Tout au long de l’Année internationale de la chimie, le monde entier célébrera cette science et ses apports essentiels à la connaissance, à la protection de l’environnement et au développement économique. »

Des objectifs multiples

Plusieurs objectifs sont visés par l’Unesco et l’Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) :

• accroître l’appréciation et la compréhension de la chimie par le grand public et le sensibiliser davantage à la chimie compte tenu des défis du développement durable ;
• encourager l’intérêt des jeunes pour la science ;
• générer l’enthousiasme face à l’avenir prometteur de la chimie ;
• célébrer la contribution des femmes à la science à l’occasion du 100^e anniversaire de l’attribution du prix Nobel de chimie à Marie Sklodowska-Curie.

Plusieurs manifestations seront programmées et l'on pourra se reporter aux liens officiels suivants :

• Site international de l'AIC ;
• Site de l'AIC en France ;
• Centenaire de l’attribution du prix Nobel de chimie à Marie Skłodowska-Curie.

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences 

Vieille de plus de 50 ans, l’holographie est généralement associée au laser. On vient d’utiliser ses principes pour créer des hologrammes d’atomes de xénon à l'aide... d'électrons. La technique est prometteuse pour étudier molécules et réactions chimiques.

Les principes de l’holographie ont été découverts par Dennis Gabor vers 1947. Le futur prix Nobel de physique cherchait un moyen d’améliorer la résolution des microscopes électroniques afin d’observer des atomes formant des réseaux cristallins. En théorie, l’onde associée par de Broglie à un électron possédait une longueur d’onde suffisamment petite dans les microscopes de l’époque pour que la limite imposée par la diffraction à la résolution de ces derniers ne soit pas un obstacle.

Malheureusement, il existait une autre limite théorique découlant en pratique de ce qui tient le rôle d'une lentille dans un microscope électronique. Un effet d’aberration sphérique ruinait les efforts pour obtenir une image de bonne qualité si l’on voulait atteindre la résolution voulue.

La révolution du laser

Gabor réalisa cette année-là que, si l’on enregistrait non pas seulement l’intensité mais aussi la phase des ondes de matière, on pouvait contourner le problème. En mettant en principe cette idée, il devint rapidement clair que des hologrammes pouvaient aussi être réalisés avec de la lumière.

Les idées de Gabor ne rencontrèrent que peu d’échos jusqu’à ce que l’on réalise les premiers lasers. C’est donc au début des années 1960 que la carrière des hologrammes débuta vraiment, devenant plus tard une icône populaire comme le montrent bien les films Star Wars.

De nos jours, on sait voir des atomes avec un microscope électronique. Mais à l’époque de Gabor, il n’existait pas de faisceaux d’électrons suffisamment cohérents pour réaliser des hologrammes, comme ce qui a été rapidement fait pour la lumière. Un groupe de chercheurs du FOM-Institute AMOLF d’Amsterdam et du Max Born Institute de Berlin vient d’effectuer en quelque sorte un retour aux sources en utilisant un laser pour produire des électrons cohérents et produire des hologrammes d’atomes.

Le retour aux ondes de matière

Grâce au laser à électrons libres FELICE (Free Electron Laser for Intracavity Experiments) du FOM-Institute, il est possible d’arracher des électrons à des atomes de xénon puis de renvoyer ces particules en direction des ions ainsi produits. Une partie des électrons arrachés par la lumière infrarouge du laser ne subit pas l’influence des ions. L'autre partie est affectée par leur champ électrostatique. En combinant et en enregistrant les deux faisceaux d’électrons produits, on obtient finalement l’hologramme prédit et recherché par Gabor.

En utilisant ces hologrammes pour développer un nouveau type de spectroscopie avec des photoélectrons ultrarapides, les chercheurs pourraient être en mesure de mesurer directement les mouvements des électrons et des ions sur une échelle de temps de l’ordre de l’attoseconde. Une perspective particulièrement utile pour comprendre les réactions chimiques au niveau le plus fondamental, en particulier dans les molécules qui ne peuvent pas être facilement étudiées par d'autres méthodes.