Les réseaux d'énergie du futur - DOSSIER Soigner avec des anticorps monoclonaux - CEA
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LE MAGAZINE DE LA RECHERCHE IMPLIQUÉE
#250 – SEPTEMBRE / OCTOBRE 2022
DOSSIER Tout s’explique
Soigner avec
Regards croisés
Qui est
Les réseaux des anticorps
monoclonaux
réellement
l’IA ?
d’énergie du futur p. 27 p. 30
p. 17
2 LES DÉFIS DU CEA #250 LES DÉFIS DU CEA #250 3
SOMMAIRE #250 EURÊKA L’ACTU DES LABOS
EURÊKA DOSSIER
03 Réchauffement
climatique Les réseaux
Stop à la déforestation d’énergie du futur
L’humeur de… 04 Communication
Aude Ganier, rédactrice en chef quantique
Il n’est rien de permanent La clé de l’intrication
que le changement ! Et c’est avec
conscience, agilité, créativité, 05 Imagerie cérébrale
maîtrise et expertise que les Lire les pensées
équipes du CEA se mobilisent. dans l’image
Souveraineté, frugalité, 06 Solaire
innovation et progrès des photovoltaïque
connaissances, en somme, Des panneaux biosourcés
© Kate Evans / Cifor
développement durable : autant
d’enjeux au cœur des solutions 07 Réalité virtuelle
que le CEA propose à la société. Formation façon
Grâce aux chercheurs, la jeu vidéo
rédaction de Les défis du CEA 17 Anticiper 21 Construire le réseau
a eu à cœur de les décrypter 08 Astrophysique
la grande mutation électrique du futur
pendant plus de trente ans, dans Des nouvelles du Webb
RÉCHAUFFEMENT CLIMATIQUE
Stop à la
un magazine qui a su évoluer 10 Matériaux Entretien 25 Le gaz et la chaleur
avec son temps. Accompagné par Magnétique en couche 20 Le bâtiment, à la rescousse
des professionnels de l’éditorial ultramince brique essentielle pour ↑ CEA-LSCE
et de la direction artistique,
déforestation
stabiliser le réseau Ci-dessus Laboratoire des
le magazine tire aujourd’hui 11 Nanoélectronique Contraste entre forêt sciences du climat
sa révérence. Ce dernier numéro Peser, à l’attogramme et zone agricole près et de l’environnement
de Rio Branco (Brésil). (Saclay).
est dédié à Maylis Gaillard de près REGARDS CROISÉS
l’Atelier Marge Design. 30 Qui est
12 Imagerie X « Stoppons la perte des forêts pour par « inverser la perte des forêts » ? « Toutes des flux nets de carbone très différents : le
Les secrets réellement l’IA ? limiter le réchauffement climatique », les forêts ne se valent pas. Avec des arbres premier d’entre eux séquestre une quantité
du mammouth François Terrier et Raphaël ont déclaré 141 pays en novembre grands et hauts et une végétation très dense, importante de CO2 en quelques années seu-
Granier de Cassagnac 2021. Oui, mais pas n’importe les forêts primaires contiennent bien plus de lement ; le second le fait beaucoup moins
WWW.CEA.FR comment, préviennent trois carbone que les nouvelles plantations, aux bien. Quant au troisième, il est similaire
Éditeur Commissariat à l’énergie atomique MAKING-OF TOUT S’EXPLIQUE chercheurs. arbres plus petits et régulièrement récoltés. en perte de carbone au business as usual,
et aux énergies alternatives, R. C. S. Paris B77568019
13 Coulisses d’un projet 27 Les anticorps PAR SYLVIE RIVIÈRE Remplacer les premières par les secondes où la déforestation continuerait au même
Directrice de la publication Marie-Ange Folacci
Rédactrice en chef Aude Ganier Le laser Nanolight, monoclonaux n’est pas du tout équivalent en matière de rythme que pendant les dernières années.
Rédactrice en chef adjointe Sylvie Rivière
dompteur d’éléctrons thérapeutiques Lors de la COP261 de novembre 2021 à Glas- séquestration de carbone », commente Phi- Sans compter l’impact très négatif de la
Ont contribué à ce numéro
Vahé Ter Minassian, Hugo Leroux gow, 141 pays se sont engagés à « stopper et lippe Ciais, climatologue au LSCE. destruction de forêts primaires sur la bio-
Comité éditorial Claire Abou, Luc Barbier, inverser la perte des forêts d’ici 2030 ». L’ini- diversité.
Mathilde Costes-Majorel, Sophie Kerhoas, E lisabeth AGORA tiative couvre plus de 13 millions de km2, Trois scénarios comparés Selon cette étude, la seule voie efficace
Lefèvre-Rémy, Camille Giroud, Sophie Martin,
Frédérique Tacnet, Valérie Vandenberghe 32 Les 13 lauréats 34 Toujours dans LE COIN soit près de 91 % des forêts mondiales, dont Pour étayer leurs arguments, les chercheurs pour le climat est l’arrêt net de toute défo-
Iconographie Micheline Bayard du CEA le Top 10 DES START-UP l’Amazonie. Préserver ces espaces, qui glo- ont examiné trois scénarios à l’aide d’un restation. Mais il n’est pas certain que les
Illustrations Jeremy Perrodeau (couverture, p. 27-29),
Marta Signori (p. 2, 30)
33 Le gouvernement 35 Arcure, l’œil des balement absorbent 30 % des émissions modèle éprouvé : une déforestation des pays signataires, notamment ceux dans les-
Conception et réalisation graphique, 34 Accord sur véhicules industriels annuelles de CO2, est essentiel pour pro- forêts primaires qui s’arrête d’ici 2030 quels subsistent encore des forêts intactes,
formé sur le climat
•
secrétariat de rédaction Atelier Marge Design
Impression Papier Arctic Volume White FSC. Stipa.
la cybersécurité téger le climat et ainsi espérer atteindre dans les pays signataires ; une défores- interprètent l’accord de cette manière…
Octobre 2022 - No ISSN 1163-619X. Tous droits de
reproduction réservés.
33 BIC rachète AMI les objectifs de l’accord de Paris de 20152, tation réduite avec du reboisement pour
à savoir limiter le réchauffement en-deçà compenser les surfaces perdues ; une défo-
de 2 °C, et si possible sous les 1,5 °C. restation qui continue au rythme actuel
Le CEA prépare une nouvelle revue En attendant, toutes les actualités sont à découvrir sur avec un reboisement plus important pour
pour le printemps 2023 et la proposera le site www.cea.fr et sur les réseaux sociaux @CEA_Officiel. Inverser la perte des forêts ? maintenir une surface constante.
1. COP : Conférence des parties des Nations unies
sur abonnement au format numérique. Un trio de chercheurs a cependant sou- Bien que ces scénarios soient conformes à sur le changement climatique.
levé un point important. Qu’entend-on la déclaration de la COP26, ils conduisent à 2. Signé lors de la COP21.
4 EURÊKA LES DÉFIS DU CEA #250 LES DÉFIS DU CEA #250 EURÊKA 5
→
Ci-contre IMAGERIE CÉRÉBRALE
Lire les pensées
L’échange de clés NeuroSpin
cryptographiques nécessite Centre de recherche pour
actuellement que les l’innovation en imagerie cérébrale
machines qui l’effectuent du CEA-Joliot (Saclay).
dans l’image
soient elles-mêmes sûres.
LEXIQUE
IRM fonctionnelle
Technique permettant de « voir »
les zones cérébrales sollicitées par
Des chercheurs de NeuroSpin ont rithme est devenu capable de réaliser ces pré- une action mentale, en mesurant
élaboré un algorithme d’intelligence dictions sur des images inédites, sans aucune l’arrivée du sang oxygéné dans les
vaisseaux sanguins qui alimentent
artificielle permettant de « deviner » connaissance préalable du cadre expérimental les groupes de neurones activés.
les processus mentaux à l’œuvre dans ou des concepts pertinents. Cette mesure repose sur les
un cerveau, à partir de l’examen propriétés magnétiques de
de ses images en IRM fonctionnelle. Un vocabulaire à enrichir la molécule d’hémoglobine.
© CEA
Un formidable outil pour la recherche « Nous sommes les premiers à avoir entrepris et
↓
en neurosciences. réussi un décodage aussi large et systématique », Ci-dessous
s’enthousiasme Bertrand Thirion, qui envi-
COMMUNICATION QUANTIQUE PAR SYLVIE RIVIÈRE
sage déjà la suite du programme. « Nous allons
Différents réseaux cérébraux
prédisent sélectivement
La clé de l’intrication Calculer mentalement, regarder une photo, lire continuer à enrichir le vocabulaire des concepts l’implication de processus
mentaux dans les tâches
des phrases… Chacune de ces tâches sollicite cognitifs pour annoter davantage d’images céré- cognitives cartographiées par
une ou des zones spécifiques de notre cerveau, brales. Celui de la reconnaissance de la couleur IRM fonctionnelle. Par exemple,
L’ordinateur quantique n’existe pas encore tel que l’explique Jean-Daniel Bancal du même phénomène qu’il est possible de suivre en direct n’est par exemple pas renseigné ! » Des lacunes le réseau rose à droite 1 prédit
qu’il représente déjà une menace dans le institut : « la sécurité des procédés actuels suppose grâce à l’IRM fonctionnelle (IRMf). Ce qui permet qu’il espère combler en tirant parti du meilleur l’occurrence d’une activité avec
la main gauche ; le réseau violet
domaine des communications. C’est ce également que les machines s’échangeant la clé aux chercheurs de construire des cartes céré- de deux mondes, celui des banques d’images
à gauche 2 prédit que
qu’anticipe le CEA-IPhT en proposant, soient elles-mêmes sûres ». La solution pourrait brales cognitives. Mais l’inverse est-il possible ? cérébrales et celui des bases de publications le participant effectue une tâche
dans le cadre d’une collaboration
internationale, une solution pour
provenir d’une distribution quantique de ces
clés, en utilisant le phénomène quantique d’in-
C’est-à-dire déduire un processus mental à partir scientifiques.
d’une image cérébrale acquise par IRMf. « Et
• de langage ou de calcul.
sécuriser les futurs transferts de données. trication selon lequel deux particules intriquées saurions-nous le faire à partir de n’importe quelle
Une première mondiale. se comportent de manière identique, quelle que image produite par la communauté scientifique,
PAR AUDE GANIER soit la distance les séparant. de façon indistincte, quelle que soit l’étude ? », se
demandait Bertrand Thirion, chercheur Inria
Paiements sur Internet, consultation de ses don- Une clé de chiffrement de plus à NeuroSpin. Un tel moteur de décodage serait
nées bancaires ou de santé… Chacune de ces de 95 000 bits une avancée pour la recherche fondamentale : il
opérations est sécurisée par des protocoles de Explication : lorsque l’on mesure l’une de ces faciliterait l’interprétation des images cérébrales
chiffrement (de type RSA) qui reposent sur des particules intriquées, on obtient un résultat aléa- et permettrait même de réexploiter des milliers
problèmes mathématiques supposés difficiles toire ; et lorsque l’on mesure la seconde, le résul- de clichés déjà collectés par le passé.
à résoudre. Ils consistent en l’échange, entre un tat est également aléatoire mais corrélé à celui de
émetteur et un récepteur, d’une « clé » composée la première. « La répétition de ces mesures quan- 50 000 images annotées
d’une suite de nombres aléatoires (formalisés tiques permet d’obtenir deux chaînes de résultats Comme point de départ, l’équipe disposait de 2
en bits, 0 et 1). Mais comment garantir l’invio- parfaitement corrélés, quel que soit l’état de sûreté la base de données NeuroVault de l’université
labilité de ces clés cryptographiques lorsque les des machines. Ces chaînes constituent la clé de de Stanford, qui collecte des clichés cérébraux
1
ordinateurs quantiques seront opérationnels, chiffrement », indique Jean-Daniel Bancal. Ce d’IRMf. « Nous avons entrepris un important tra-
c’est-à-dire capables de résoudre ces problèmes que la collaboration1 a permis de démontrer : l’ex- vail d’homogénéisation des images, par exemple
mathématiques bien plus rapidement que les périence s’est déroulée entre un système émet- pour les ramener à une même résolution. Puis
ordinateurs traditionnels ? teur et un récepteur, distants de deux mètres, étiqueté chacune d’entre elles avec un concept
chacun disposant d’un qubit matérialisé par un cognitif, en adoptant le vocabulaire proposé par
Le temps presse ion strontium. Après la préparation de ces deux le projet collaboratif Cognitive Atlas », précise le
« Avec les technologies actuelles, il faudrait un ions dans un état intriqué, les chercheurs ont chercheur. Plus de 50 000 clichés ont ainsi été
ordinateur quantique à plusieurs millions de procédé à plus d’un million de mesures (dites réexaminés et associés à 50 processus mentaux,
qubits pour déchiffrer ces protocoles. Même si « test de Bell »). Pendant une dizaine d’heures, tels que la mémoire de travail ou la fluidité de
IBM prévoit de lancer une machine d’environ ils ont ainsi pu s’assurer de l’intrication des ions lecture.
1 000 qubits, nous avons récemment démontré et sont parvenus à une clé de plus de 95 000 bits. Puis, les chercheurs ont entraîné des réseaux
qu’un processeur quantique de 10 000 qubits,
utilisant une mémoire quantique, pouvait déjà
Un résultat publié dans la revue Nature.
• de neurones (système d’intelligence artificielle
capable d’apprentissage automatique) à pré-
CEA-IPhT
casser un système RSA », contextualise Nicolas dire les processus mentaux sur des dizaines de
© CEA
Institut de physique 1. Universités de Genève et d’Oxford, Écoles
théorique (Saclay). Sangouard, physicien au CEA-IPhT. Par ailleurs, polytechniques fédérales de Lausanne et de Zurich. milliers d’images de cerveau. Si bien que l’algo-
6 EURÊKA LES DÉFIS DU CEA #250 LES DÉFIS DU CEA #250 EURÊKA 7
RÉALITÉ VIRTUELLE
Formation façon jeu vidéo
Avec la pandémie de Covid-19, le besoin analyse les comportements et les performances
en formation à distance a explosé. Mais des utilisateurs pour évaluer leur autonomie, leur
ce mode d’enseignement requiert des efficacité et le respect des consignes de sécurité.
technologies compétitives de visualisation, D’autre part, les ingénieurs ont inclus la possi-
de connectivité et d’interactions virtuelles. bilité d’intégrer aux avatars des apprenants le
Surtout lorsqu’il s’agit de formations scan de leur visage. L’immersion réaliste dans
industrielles très techniques. C’est ce que l’expérience tout comme son inclusivité s’en
propose la plateforme VME à laquelle trouve ainsi renforcée.
© P. Avavian / CEA
a contribué le CEA-List dans le cadre
du projet V-Machina2. Jusque dans la simulation
PAR AUDE GANIER des objets manipulés
Le CEA-List a également simulé le comportement
Facile à utiliser, VME est une plateforme en physique des objets manipulés dans l’environ-
↑
Ci-dessus SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE réalité virtuelle pour la formation industrielle nement virtuel en tenant compte des efforts et
Des panneaux
Différents prototypes de (geste technique, manipulation de machine, etc.). des interactions qui leur sont appliqués. « Cette
panneaux solaires biosourcés Développée dans le cadre de l’infrastructure innovation est essentielle, car la précision, le réa-
sont testés sur les plateformes européenne EIT Manufacturing, elle permet de lisme et la fidélité technique sont indispensables
du CEA. créer rapidement des contenus de cours virtuels pour assurer un apprentissage de qualité sur des
biosourcés
partagés ainsi que des travaux pratiques simu- machines industrielles », justifie Enzo Delescluse,
LE X IQUE
lés collaboratifs, quels que soient les secteurs ingénieur-chercheur au CEA-List.
Biosourcé
industriels. Et ce, simplement via une connexion Les briques technologiques développées pour
Se dit d’un produit ou matériau
entièrement, ou en grande Internet et en étant muni d’un casque de réalité l’occasion ont été intégrées à des solutions com-
partie, fabriqué à partir de Intégrant des thermoplastiques et de fibres de verre qui apporte de la transpa- virtuelle. merciales, comme le plugin Interact de la société
matières d’origine organique des fibres naturelles produites en Europe, rence. La face arrière est un composite à base Light & Shadows. Le projet se poursuit à présent
et biologique.
les nouveaux modules solaires de l’Institut de thermoplastiques dans lesquels a été intégré Optimiser l’expérience immersive… afin d’être adapté à des groupes plus importants,
CEA-List
Ines du CEA-Liten permettent de réduire un tissage de deux fibres, le lin et le basalte, qui La contribution du CEA-List a notamment porté de la taille d’une classe. La plateforme permettra
Institut des systèmes
l’impact environnemental ainsi que le apportent de la tenue mécanique ainsi qu’une sur l’infrastructure réseau afin de rendre l’expé- à une trentaine d’utilisateurs dits « observateurs », numériques intelligents
poids des panneaux, tout en contribuant meilleure résistance à l’humidité. « Ces deux rience flexible et accessible à tous les partenaires de pouvoir rejoindre la simulation avec un simple (Saclay).
à l’amélioration de leur recyclage. matériaux sont particulièrement intéressants européens du projet. Il s’agit en effet de pouvoir ordinateur, visualiser les tâches réalisées et d’in-
↓
PAR AUDE GANIER car le lin est produit dans le nord de la France où gérer un nombre variable d’apprenants (de 1 à 6 teragir avec les autres utilisateurs. Objectif final ?
Ci-dessous
tout l’écosystème industriel est déjà présent ; et le pour ce projet) géographiquement distants, en Commercialiser la plateforme pour pérenniser Plateforme de formation
« Nous en sommes persuadés : tout comme le bilan basalte, disponible en Europe, est tissé chez l’un
carbone et l’analyse du cycle de vie sont des critères de nos partenaires industriels », indique Aude
fonction des besoins. D’une part, la plateforme cette nouvelle modalité d’enseignement.
• en réalité virtuelle VME.
essentiels dans le choix des panneaux photovol- Derrier, cheffe de service au CEA-Liten qui a
taïques, l’approvisionnement des matériaux sera dirigé ces recherches.
également crucial en Europe dans les années à
venir », assure Anis Jouini, directeur de l’Institut Recyclable et prêt à produire
national de l’énergie solaire (CEA-CNRS). Aussi les Au niveau du recyclage, le choix s’est porté sur les
équipes développent-elles différents prototypes thermoplastiques, car ils permettent de séparer
pour valider le choix de matériaux biosourcés. les couches de la face arrière plus aisément et,
C’est ainsi qu’un premier démonstrateur a vu surtout, ils peuvent être refondus. « Destiné à
le jour, dans le cadre des programmes Easy- des applications d’intégration sur des bâtiments,
Poc pilotés par le CEA et financés par la région ce module permet de réduire le bilan carbone de
Auvergne-Rhone-Alpes pour soutenir les PME 75 eq CO2 par Watt par rapport à un module équi-
de différentes filières. valent de même puissance. Quant à son poids, il
est inférieur à 5 kg/m », assure la spécialiste.
Une face à base de lin et de basalte Autre avantage, le module respecte le prérequis
CEA-Liten Le prototype se compose de cellules solaires selon lequel sa production ne doit nécessiter
Laboratoire d’innovation dites à hétérojonction, technologie qui pré- aucune adaptation des processus industriels.
© VME / CEA
pour les technologies
sente actuellement les meilleurs rendements de Le transfert de cette solution d’écoconception
des énergies nouvelles
et les nanomatériaux conversion de l’énergie solaire en électricité. La soulage ainsi les moduliers d’investissements
(Grenoble). face avant est constituée d’un polymère chargé supplémentaires.
•
8 EURÊKA LES DÉFIS DU CEA #250 LES DÉFIS DU CEA #250 EURÊKA 9
du point de Lagrange L2, situé à 1,5 million à n’importe quel astronome dont le projet a FOCUS
de kilomètres de la Terre. Conséquence : été sélectionné par un comité scientifique), Les équipes françaises
les réserves en carburant sont demeurées pourraient aussi créer la surprise. En cos- impliquées dans Mirim
intactes, et seraient à ce jour suffisantes mologie, la course aux galaxies les plus Mirim est l’imageur de Miri,
pour qu’il fonctionne vingt ans, soit le lointaines a d’ailleurs déjà commencé. Ces l’un des quatre instruments
double de ce qui était envisagé ! Le déploie- astres formés dans les 200 à 300 millions du télescope James Webb.
ment du bouclier thermique et le réglage d’années après le Big Bang ont vu, avec le Sa construction, sous maîtrise
des 18 hexagones constituant le miroir pri- temps, leurs spectres lumineux se décaler d’ouvrage du CNES, a été
maire se sont également déroulés à la per- vers l’infrarouge, les rendant parfois tota- coordonnée par le CEA-
fection, dotant ce « successeur de Hubble » lement invisibles pour un télescope spatial Irfu. Elle implique plusieurs
d’une qualité d’image et de pointage bien fonctionnant essentiellement dans le visible laboratoires français :
supérieure aux spécifications. comme Hubble. « Les images réalisées par • IAS – Institut d’astrophysique
le Webb sont souvent les premières de ces spatiale IAS (CNRS,
Des images époustouflantes objets dont nous disposons », explique David université Paris-Saclay) ;
Ensuite, l’étape de la « recette sur le ciel » Elbaz du CEA qui s’est fortement investi • LAM – Laboratoire
a surpris tout le monde en révélant de dans « CEERS » et « PRIMER », deux des d’astrophysique
premières images époustouflantes, celles plus importants programmes du domaine. de Marseille (CNRS,
des instruments pourtant en cours de « Or, il s’avère que ces clichés montrent une université d’Aix-Marseille) ;
calibration. Car cette délicate opération a surabondance d’étoiles dans ces galaxies au • Lesia – Laboratoire
consisté à tester, un à un, les 17 modes de regard des théories qu’il va falloir expliquer. » d’études spatiales
fonctionnement de ces outils ; en l’occur- et d’instrumentation
© NASA / ASC / ESA
rence pour Miri, l’imagerie, la spectromé- Une détection inédite de CO2 en astrophysique (CNRS –
trie et la coronographie. Mobilisant entre autour de la Jupiter chaude Observatoire de Paris,
les mois d’avril et de juin plusieurs cen- D’autres résultats sont espérés notamment université Pierre et Marie
taines de chercheurs sur le site du STScl sur les nébuleuses stellaires, ces gigan- Curie – Paris 6, université
à Baltimore (une cinquantaine pour Miri), tesques nuages de gaz et de poussières où Paris Cité).
↑
Ci-dessus ASTROPHYSIQUE elle s’est terminée sans accroc bien que les naissent, souvent par groupes, les étoiles.
cinq Français dépêchés sur place se soient Mais c’est surtout dans le domaine des
Des nouvelles
La nébuleuse de la Carène,
selon le James Webb.
fait une frayeur en constatant une anomalie exoplanètes que le CEA est le plus attendu.
Les missions du Webb
sur certains « masques de phase à quatre Outre qu’elle ait décidé de consacrer l’en-
Le télescope spatial James
cadrans » du coronographe. Grâce au travail semble de son « temps garanti » au sujet,
du Webb
Webb, conçu par la Nasa
acharné des chercheurs, et notamment de l’équipe de Pierre-Olivier Lagage a joué un
en collaboration avec
Christophe Cossou du CEA-Irfu, l’incident rôle majeur dans la mise au point, pendant la
les Agences spatiales
a pu être réglé sans conséquence pour la recette sur le ciel, des observations d’exopla-
canadienne (ASC)
suite de la mission. nètes, et participe aux deux programmes
et européenne (ESA),
Et maintenant, place aux découvertes. projet, cette perspective annonce le début Les astrophysiciens pouvaient souffler, ERS qui leur sont consacrés. L’un sur la
doit sonder le ciel dans
Neuf mois après son lancement le d’une nouvelle aventure. tandis que les premières images extraor- mesure des constituants de leurs atmos-
le domaine de l’infrarouge.
25 décembre 2021, le télescope dinaires étaient présentées par la Nasa à phères qui a abouti à une détection inédite
Trois missions :
spatial James Webb est pleinement Né sous une bonne étoile la presse les 11 et 12 juillet. Bien que le CEA de gaz carbonique sur la « Jupiter chaude »
• déterminer les
opérationnel. Après le succès suscité Chargée de coordonner l’activité des labo- ne soit pas intervenu directement, l’instru- Wasp 39 b ; l’autre sur leur imagerie qui fut
caractéristiques des
par la diffusion de ses premières ratoires français qui ont conçu et réalisé la ment Miri a contribué à l’élaboration de à l’origine, le 2 septembre, d’un extraordi-
galaxies les plus lointaines ;
images, les 11 et 12 juillet 2022, de partie imageur (Mirim) du spectro-imageur trois d’entre elles : celles du « Champ pro- naire cliché de la planète HIP 65426 b. Et
• explorer le cœur des
nombreux programmes scientifiques Miri, l’équipe de Pierre-Olivier Lagage a fond », de la « Nébuleuse de la Carène » et du ce n’est qu’un début : « car à partir du mois
nébuleuses stellaires
ont démarré. Certains livrent déjà été sur la brèche durant des mois. En plus « Quintette de Stephan ». Et les chercheurs de novembre, nous commencerons à obser-
obscurcies de poussières ;
des résultats. d’avoir répondu aux nombreuses sollici- se sont alors fortement impliqués dans ver Trappist-1 b », explique Pierre-Olivier
• identifier des constituants
PAR VAHÉ TER MINASSIAN tations des médias, elle a suivi, jour après les multiples programmes d’observation Lagage. Évoluant à 40,5 années-lumière de
de l’atmosphère des
jour, les différentes phases de la mise en lancés dans la foulée. distance autour d’une petite étoile froide,
exoplanètes.
Pour les concepteurs des quatre instru- service du colossal télescope. « Heureuse- ce corps céleste rocheux, d’une masse et
ments à bord du télescope spatial « Webb », ment, tout s’est bien passé, et encore mieux La course aux galaxies d’une taille comparables à celles de la Terre,
c’est presque mission accomplie. Encore que prévu », raconte Pierre-Olivier Lagage, les plus lointaines pourrait être la toute première exoplanète
une ou deux réunions au mois d’octobre, l’un des rares chercheurs à avoir été invité Limités à une durée de cinq mois, treize tellurique tempérée à livrer des informa-
et les vastes consortiums de laboratoires et à assister au lancement depuis la base de d’entre eux dits d’« Early Release Science tions sur la nature de son atmosphère. De
d’industriels impliqués dans leur fabrica- Kourou. La fusée Ariane 5 transportant le (ERS) » devraient avoir la primeur des quoi déclencher un véritable séisme dans
tion passeront la main au STScl1 de la Nasa précieux équipement a rejoint l’espace en annonces à venir. Mais d’autres, dits de la communauté des astronomes. On n’a pas
•
CEA-Irfu
qui dirigera seul les opérations avec des suivant une trajectoire presque parfaite, « temps garanti » (réservés aux équipes fini d’entendre parler du Webb.
Institut de recherche
sur les lois fondamentales spécialistes. Au CEA-Irfu, où certains cher- rendant inutiles les manœuvres de reposi- ayant contribué à la conception des ins- 1. Institut des sciences du télescope spatial
de l’Univers (Saclay). cheurs ont consacré plus de vingt ans au tionnement du Webb vers son orbite autour truments) ou de « temps ouvert » (accordés de la Nasa.
10 EURÊKA LES DÉFIS DU CEA #250 LES DÉFIS DU CEA #250 EURÊKA 11
MATÉRIAUX ←
Ci-contre
Magnétique en
Fabrication de 300 oscillateurs
nanomécaniques, appelés
capteurs SNR (Suspended
Nanochannel Resonator),
couche ultramince
sur un wafer en silicium.
Chaque capteur (ici dans
la pince) fait environ 1 cm2.
LE X IQUE Alors que la pénurie de semi-conducteurs Jusque-là, ces feuillets n’étaient magnétiques qu’à
Cristaux de van der Waals grève une partie de l’économie, la maîtrise très basse température. Par ailleurs, ils étaient
Matériaux formés par des de ces composants est plus que jamais obtenus par exfoliation de cristaux massifs de
couches de feuillets cristallins
d’actualité. C’est là l’opportunité de belles différents éléments ; un procédé relativement
avec des liaisons faibles entre
les couches.
innovations, à l’instar des travaux du aléatoire ne délivrant que des dimensions micro-
CEA-Irig qui parvient à fabriquer des métriques. Or, l’intégration de ces matériaux dans
© L. Godart / CEA
Épitaxie par jets moléculaires matériaux magnétiques indispensables des dispositifs de spintronique nécessite à la fois
Procédé de fabrication à la frugalité de la microélectronique. que leur magnétisme soit conservé à plus haute
consistant à évaporer sous
Une première mondiale. température, et qu’ils puissent être synthétisés
ultravide les différents éléments
d’un matériau, à très faible PAR AUDE GANIER avec des méthodes robustes à plus grande échelle.
vitesse afin de maîtriser leur
croissance. La réalisation de dispositifs électroniques inno- Une première mondiale
Kelvin
vants et plus compacts repose désormais sur des « Depuis quelques années, nous développons la NANOÉLECTRONIQUE
Unité de mesure de la
température thermodynamique.
0 K = – 273,15 °C
matériaux fonctionnels en couches ultraminces.
Parmi eux, les cristaux de van der Waals. S’ils
sont connus depuis longtemps, qu’il s’agisse du
croissance de cristaux de van der Waals en ayant
recours à l’épitaxie par jets moléculaires. Derniè-
rement, nous sommes parvenus à faire croître
Peser, à l’attogramme près
229 K = – 44,15 °C
graphite des mines des crayons de papier ou du sur du saphir des couches minces de Fe5GeTe2, Les équipes du CEA-Leti développent même précision. Ces objets biologiques, de 30
288 K = 14,85 °C (température
dite ambiante, correspondant
graphène aux propriétés électroniques remar- magnétiques à haute température, ce qui n’avait des « nanobalances » pour la pesée à 200 nm de diamètre, sont des vésicules abon-
à la température moyenne quables, ce n’est qu’en 2017 que des chercheurs jamais été réalisé auparavant », indique Frédéric de particules comme les virus. damment secrétées par les cellules tumorales.
à la surface de la Terre). américains ont découvert leur magnétisme. Plus Bonell, chargé de recherche du CNRS au CEA-Irig. Les applications sont nombreuses, « Notre capteur permettrait de les détecter dans
exactement, un ordre magnétique à longue por- Le procédé, par ailleurs hautement contrôlable, par exemple dans le domaine médical. le sang des patients et ainsi de diagnostiquer un
tée a été observé dans un matériau composé a permis à l’équipe de réaliser des feuillets à PAR SYLVIE RIVIÈRE cancer de manière bien plus précoce que par les
d’un seul feuillet, c’est-à-dire une monocouche l’échelle du centimètre carré dont l’uniformité analyses classiques », avance Vincent Agache,
d’atomes ! et la parfaite cristallinité ont été confirmées par « Nous avons réussi à peser des adénovirus avec moyennant une préparation préalable de
D’où l’intérêt suscité depuis dans la communauté des techniques de caractérisation structurales une précision de l’ordre de l’attogramme, s’enthou- l’échantillon sanguin pour isoler les exosomes,
scientifique, le magnétisme étant au cœur de la et chimiques. Cette avancée, qui montre que siasme Vincent Agache, du CEA-Leti. Ce type de par exemple par une ultracentrifugation suivie
LEXIQUE
spintronique grâce à laquelle, par exemple, les même dans des films extrêmement minces virus, qui entre dans la composition de certains d’une extraction à l’aide d’anticorps ciblant des
ordinateurs conservent en mémoire les données l’ordre magnétique persiste à une température vaccins, est aussi utilisé en thérapie génique. Pou- protéines de surface. Attogramme
10-18 gramme, soit un
stockées sans alimentation électrique (voir Info- proche de l’ambiante (229 kelvin), est une pre- voir disposer d’un diagnostic aussi fin sera un plus L’avantage de la technique est qu’elle est non
•
milliardième de milliardième
graphie dans Les défis du CEA n° 249). mière mondiale. pour la R&D ». L’ingénieur travaille depuis dix ans destructive : la particule traverse le capteur et de gramme.
avec le MIT1 sur ces nanosystèmes électroméca- en ressort intacte, autorisant de fait la pour-
niques particuliers, dans lesquels sont introduits suite des analyses. « On pourrait commencer Microfluidique
Technologie permettant la
des canaux microfluidiques. Le cœur du capteur, par la pesée, puis enchaîner avec du séquençage
manipulation de très petites
invisible à l’œil nu, est l’oscillateur. « Imaginez ADN ou ARN, qu’il s’agisse d’exosomes ou d’adé- quantités de liquide dans
un circuit creux en forme de U mis en oscillation novirus », affirme le chercheur qui entrevoit des microvolumes.
à sa fréquence de résonance. Lorsqu’une particule, déjà d’autres applications : pesée de nanopar-
Exosome
comme un virus ou une cellule, passe dans le canal, ticules inorganiques, par exemple en or ou en
Nanovésicule secrétée par
elle l’alourdit de manière transitoire et ralentit silice, utilisées comme vecteurs de molécules les cellules, contenant des
CEA-Irig son oscillation. Le phénomène est proportionnel à thérapeutiques ; de nanoparticules lipidiques lipides, des protéines et des
Institut de recherche la masse du virus », illustre le chercheur. L’objet, (les Lipidots®, une technologie vaccinale déve- acides nucléiques (ADN, ARN).
interdisciplinaire de Grenoble.
réalisé dans les salles blanches du CEA-Leti, est loppée au CEA-Leti2) ; ou encore d’agrégats de Les exosomes assurent une
fonction de communication
→
conçu dans du silicium, collé avec des techniques protéines, tels ceux impliqués dans la maladie entre les cellules.
Ci-contre de pointe sur un substrat en verre et inséré dans d’Alzheimer, avec en ligne de mire le diagnostic
6 feuillets de Fe5GeTe2,
composés d’atomes de tellure
une nanocavité sous vide. précoce de la pathologie.
•
(points blancs) et d’atomes CEA-Leti
Une technique non destructive
de fer et de germanium Laboratoire d’électronique
Des nanoparticules impliquées dans les cancers,
© CEA
(points gris), séparés par 1. Massachusetts Institute of Technology. et de technologie de
des « gaps de Van der Waals ». les exosomes, ont également été pesées avec la 2. Voir Les défis du CEA n° 249. l’information (Grenoble).
12 EURÊKA LES DÉFIS DU CEA #250
© CEA
↑
Ci-dessus IMAGERIE X MAKING-OF
Les secrets du mammouth
Le crâne du mammouth
de Durfort, installé sur
le tomographe Cinphonie
du CEA.
COULISSES
L’étrange anatomie du mammouth de
Durfort n’avait pas été étudiée depuis son
installation en 1898 dans une galerie1 du
C’est ce que souhaitaient déterminer les spécia-
listes du Muséum en profitant d’une opération
exceptionnelle de démontage et de nettoyage
D’UN PROJET
Jardin des Plantes à Paris. Il vient de faire du squelette.
l’objet d’un examen poussé aux rayons X
par des ingénieurs du CEA-Iresne. Objectif : 15 000 radiographies pour une vue 3D
Le laser Nanolight,
établir à quel point son crâne, restauré
et modifié au xixe siècle, est conforme
Ils ont alors demandé au Laboratoire de mesures
nucléaires du CEA, le seul en France équipé pour dompteur d’électrons
à celui de l’animal vivant ! traiter une pièce d’une telle envergure, de réaliser
PAR VAHÉ TER MINASSIAN une tomographie X à hautes énergies afin d’ob-
tenir une vue 3D du crâne, montrant à 0,5 mm Bienvenue dans le des atomes, des molécules
Avec sa hauteur de 4,3 m, sa longueur de 6,8 m et près la répartition des différents matériaux qui monde des lasers aux ou de la matière condensée.
son poids de 8 tonnes, le Mammuthus meridio- le composent. impulsions ultrabrèves et Ils explorent ce que
nalis compte parmi les plus gros mammifères Bien qu’inhabituelle, la requête n’était pas iné- ultrapuissantes, spécialité pourrait être l’électronique
à avoir jamais marché sur Terre. Plus grand et dite : « même si notre installation Cinphonie est du CEA-Iramis. Ici, les de demain, aux
plus ancien que le mammouth velu représenté spécialisée dans l’imagerie des colis de déchets flashs laser ont des durées microprocesseurs un million
dans les grottes de Rouffignac en Dordogne, nucléaires, il lui est déjà arrivé de travailler pour de l’ordre du millionième, de fois plus rapides que les
ce proboscidien présent en Eurasie il y a entre des archéologues, rappelle Nicolas Estre. En 2017 voire du milliardième meilleurs modèles actuels.
700 000 et deux millions d’années est connu de la par exemple, nous avions étudié des canons du de milliardième de Ce nouveau laser permet
science grâce à une poignée de spécimens dont le xviie siècle pour savoir si leur gangue contenait seconde ! L’un des derniers aussi de générer des sources
mammouth de Durfort. Ce dernier fut découvert encore du métal ». Une fois réceptionné à Cada- développements, Nanolight, secondaires de rayonnement
dans un état quasi-complet en 1869 dans le Gard, rache le 28 juin, le crâne fossilisé de 400 kg et est un laser de nouvelle dans l’extrême UV pour de
avant de subir ultérieurement à son exhumation 1,1 m de large a été transporté jusqu’au plateau génération aux propriétés nombreuses applications, de
diverses dégradations. À tel point qu’il dût être du tomographe où les analyses ont débuté. Elles exceptionnelles. Avec cet la recherche fondamentale
restauré au moment de son arrivée au Muséum consistent à réaliser, grâce au rayonnement pro- outil, les chercheurs sont aux besoins des industriels.
national d’Histoire naturelle, quatre ans plus duit par un accélérateur linéaire, un ensemble capables d’imposer aux
tard. « Son crâne qui était très endommagé fut de 15 000 radiographies prises sous des angles et électrons des mouvements →
CEA-Iresne renforcé avec du plâtre, de la résine et du bois puis niveaux différents ; puis à effectuer une série de contrôlés et dirigés, de REPORTAGE RÉALISÉ
PAR SYLVIE RIVIÈRE (TEXTE)
Institut de recherche reconstitué en s’inspirant, faute de connaissances post-traitements numériques avant restitution grande amplitude et ET LAURENCE GODART
sur les systèmes
suffisantes, de l’anatomie des éléphants actuels », d’une image 3D. Et l’on saura alors ce qui se cache extrêmement rapides au sein (PHOTOS)
•
nucléaires pour la
production d’énergie bas raconte Nicolas Estre, ingénieur au CEA-Iresne. derrière la trompe du proboscidien.
carbone (Cadarache). Jusqu’à quel point ? 1. Galerie d’anatomie comparée et de paléontologie.
14 MAKING-OF LES DÉFIS DU CEA #250 LES DÉFIS DU CEA #250 MAKING-OF 15
1 2 3 4
E N IM AG ES EN IMAGES
1 2 3 4
1 Alignement des différents 3 Vue d’ensemble de
composants du laser Nanolight : l’enceinte pour l’étude de
miroirs, lentilles, cristaux (points Un laser infrarouge Électronique Émission Un laser pour l’interaction laser-matière.
verts brillants). innovant du futur d’extrême ultraviolet la communauté 4 Enceinte dans laquelle est
2 Focalisation du laser placé l’échantillon soumis au
sur un échantillon, par exemple « Notre nouveau « La puissance du laser « Les électrons se « Le laser Nanolight flash extrême UV. Ici, expérience
sur des cristaux d’un matériau
semi-conducteur (le cristal est
laser femtoseconde Nanolight nous permet comportent comme une permet de générer d’imagerie avec une résolution
de l’ordre de 50 nanomètres.
ici inséré dans le module rouge, exploite une rupture de guider les électrons antenne : ils reçoivent un des impulsions
au centre).
technologique. C’est dans la matière, de leur rayonnement infrarouge femtoseconde dans FOCUS
le seul de ce type imposer une direction. » et émettent en retour l’extrême UV Deux projets européens
FOC U S
en service en France. » Vijay Sunuganty, doctorant un rayonnement de façon compacte La plateforme Nanolight
Un laboratoire commun
Le laser Nanolight est David Gauthier, ingénieur-chercheur ultraviolet. » et économique. » est impliquée dans
Plus les faisceaux laser sont brefs et deux projets européens
exploité au sein du intenses, plus les mouvements qu’ils Willem Boutu, responsable de la plateforme Xu Liu, doctorant
H2020, regroupant
laboratoire commun Depuis trois ans, les chercheurs
du CEA-Iramis disposent d’un imposent aux électrons dans la matière respectivement
Nanolite, créé en janvier sont rapides et de grande amplitude. Au sein de l’échantillon testé, les Le rayonnement UV émis par les 8 et 5 laboratoires
2020 avec la PME Imagine laser exceptionnel reposant sur électrons déplacés par le faisceau laser électrons, ici parfaitement contrôlé et
un concept innovant, développé en Cette propriété est mise à profit pour et visant à démontrer des
Optic, leader mondial de étudier la dynamique des électrons émettent de la lumière à très courte caractérisé, peut aussi être utilisé comme technologies de rupture
la caractérisation spatiale collaboration avec une PME française, longueur d’onde dans le domaine un nouveau faisceau laser délivrant
Fastlite : Nanolight délivre 100 000 dans les matériaux solides, mais aussi liées aux lasers ultra-
de faisceaux laser, et pour contrôler leurs trajectoires. Avec de l’extrême UV (entre 20 et 100 nm). des flashs femto ou attosecondes. Cette rapides dans le domaine
financé par l’Agence flashs dans le moyen infrarouge par C’est en captant et en caractérisant source de lumière dans l’extrême UV
seconde (au lieu d’une dizaine avec en ligne de mire l’électronique du futur, de l’extrême UV. Elle est
nationale de la recherche. actionnée par des impulsions laser ce rayonnement que les chercheurs est mise à disposition d’utilisateurs pleinement intégrée dans
les anciennes générations), ultrabrefs arrivent à retracer le mouvement des académiques et industriels sur appels
(de l’ordre de 30 femtosecondes) femtosecondes (au lieu d’impulsions le monde académique,
électriques) et caractérisée par des électrons dans la matière. Pour cela, à expériences, pour de la physique notamment au sein de
et tous rigoureusement identiques ; ils mesurent son profil spatial (sa fondamentale (sonder des réactions
ce qui permet d’atteindre des puissances réponses jusqu’à un million de fois l’université Paris-Saclay,
plus rapides que l’électronique forme), son spectre (c’est-à-dire ses chimiques, imager des plasmas en 4D, par les volets formation
instantanées phénoménales, autour composantes en longueur d’onde) et son étudier des phénomènes ultrarapides
du terawatt/cm2, soit 1 000 milliards actuelle. Nanolight permet aussi de et recherche (accueil
modifier les propriétés d’un matériau profil temporel, grâce à des dispositifs de magnétisme) et pour développer de de doctorants et de
de fois le rayonnement solaire sur mis au point au laboratoire et partagés nouveaux outils de précision (calibration
Terre. Cette grande reproductibilité de manière transitoire, à des échelles chercheurs).
femtosecondes, par exemple pour sur ses différentes plateformes laser. Ces de détecteurs de rayonnement,
exige un environnement ultrastable : mesures permettent également d’étudier caractérisation de la qualité de surface
LE X IQUE
en température, flux d’air, hygrométrie transformer un isolant en conducteur
et ainsi faire commuter un transistor. la structure cristalline du matériau et de miroirs pour le spatial, pour les
Femtoseconde et mécanique, notamment grâce
10-15 seconde. ses modifications ultrarapides induites synchrotrons, etc.).
à une imposante dalle en béton par l’interaction avec le laser. CEA-Iramis
Attoseconde absorbant toutes les vibrations Institut rayonnement-matière
10-18 seconde. indésirables. de Saclay.
RÉSEAUX D’ÉNERGIE 17
DOSSIER
RÉSEAUX D’ÉNERGIE
Anticiper
la grande
mutation
PAR HUGO LEROUX
Pour atteindre la neutralité carbone en 2050,
les producteurs d’électricité, de chaleur et de gaz
devront jouer collectif ! Dans ce contexte, le CEA
se positionne sur la mise au point de réseaux flexibles
et interconnectés. Pour une vision encore plus
intégrée et de plus en plus décentralisée des énergies.
C’est l’un des exercices de prospective le plus efficients devraient ainsi se massifier
plus complet en Europe… et il a fait grand comme les pompes à chaleur dans le bâti-
bruit. Publié en octobre 2021 par le ges- ment ou les véhicules électriques. Ce qui
tionnaire du réseau de transport d’élec- soulève des problématiques techniques : « il
tricité RTE, le rapport intitulé « Futurs faut pouvoir intégrer l’ensemble des sources
énergétiques 2050 » donne une idée de de production et de consommation tout en
l’immense défi qui attend la France mais assurant l’équilibre du réseau électrique,
également l’Europe : réaliser la neutralité à tout moment pour éviter les black-out »,
carbone d’ici 2050, en vertu des accords de pose Philippe Azaïs, chef de programme
Paris sur la limitation du réchauffement à la Direction des énergies (DES) du CEA.
climatique. « Les mutations à venir sont
majeures. Il faudra électrifier les usages et Comprendre les usages
passer de 25 % à 55 % la part d’électricité Une solution immédiate est d’améliorer
dans la consommation d’énergie finale. Cela le pilotage des réseaux en prenant mieux
impose tout à la fois de développer massi- en compte la demande des particuliers
vement les sources d’électricités renouve- et des industriels. « Les réseaux doivent
© D. Guillaudin / CEA
lables intermittentes, et de s’appuyer sur la être davantage connectés et “intelligents”
source stable et pilotable qu’est le nucléaire pour que le gestionnaire puisse avoir
en construisant de nouvelles centrales de accès en continu et de manière sécurisée à
type EPR », décrypte Xavier Le Pivert, ingé- un maximum d’informations lui permet-
nieur au CEA-Liten. Des usages électrifiés tant d’équilibrer le réseau à tout instant →
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