Cellule gliale fournissant des protéines (en vert ... - CEA Saclay

centre.saclay.cea.fr

Cellule gliale fournissant des protéines (en vert ... - CEA Saclay

Cellule gliale fournissant des protéines (en vert)

indispensables aux neurones. © CNRS


édito

2009 est une année riche

pour la communication scientifique

puisqu’à la fois l’astronomie et Darwin y sont

à l’honneur. Dans le précédent numéro, nous

avions présenté l’observatoire spatial

Herschel dont nous attendons avec

impatience les premiers résultats. Nous

publions dans ce numéro un portrait de

Catherine Cesarsky, Haut Commissaire à

l’énergie atomique, qui est à l’origine de cette

Année mondiale de l’astronomie, et nous

rendons hommage à ce grand précurseur de

la biologie moderne qu’est Darwin, dont les

découvertes imprègnent de nombreuses

thématiques de

TRADUIRE

CONCRÈTEMENT

UNE AMBITION “TRÈS LARGE


recherche actuelles,

y compris au CEA.

Pour finir, je me

réjouis que le projet

de campus de Saclay*

ait été approuvé par

le Ministère de la

recherche et de

l’enseignement supérieur. Avec les autres

partenaires, nous nous sommes attachés à

traduire dans le concret une ambition

pédagogique, scientifique et académique en

tenant compte de paramètres complexes :

les besoins de financement, les contraintes

spatiales, l'impérieuse nécessité de respecter

notre environnement, d'insérer le campus

dans son territoire, de l'ouvrir à ses

habitants. Ce projet, en cohérence avec les

études menées par les collectivités

territoriales (Communauté d’agglomération

du Plateau de Saclay, Conseil général de

l’Essonne et Région Île-de-France) s’insère

dans celui de la constitution du « cluster

scientifique et technologique sur le Plateau

de Saclay » dans le cadre d’une opération

d’intérêt national (OIN), actuellement à

l’étude au Secrétariat d’État chargé du

Développement de la région capitale.

* Pour en savoir plus :

http://www.campus-paris-saclay.fr/

Yves Caristan,

Directeur du centre CEA

de Saclay

DOSSIER Darwin : l’évolution est (toujours) en marche

L’évolution

est (toujours) en marche

Le 24 novembre 1859 paraît l’oeuvre maîtresse de

Charles Darwin «L’Origine des Espèces». Les 1 250

exemplaires publiés sont vendus en quelques jours…

Cent cinquante ans plus tard, la théorie de l’évolution

est toujours pertinente et continue d’irriguer la biologie

contemporaine.

P

our qui veut convenablement expliquer

Darwin, il suffit parfois de suivre l’ordre

d’exposition qu’il a lui-même emprunté dans

ses différents ouvrages. En fait, tout commence

par la variation. C’est une idée nouvelle contre

l’évidence apparente. L’idée que les espèces

possèdent une longue histoire au cours de

laquelle elles ont pu se transformer et changer

s’oppose, à première vue, aux observations

immédiates : on ne voit jamais un chien donner

naissance à un chat, ou un chêne produire un

cerisier ! Pourtant, plusieurs observations ont

permis d’établir l’existence des modifications

des espèces dans le temps. La question de

l’évolution des espèces vivantes était déjà dans

l’air lorsqu’il publie sa théorie, mais le grand

mérite de Darwin est d’avoir été le premier à

proposer une explication scientifique du

concept. La théorie de Darwin a depuis montré

sa pertinence et résisté aux assauts de ses

détracteurs, à tel point que Pierre Thuriaux,

généticien au centre CEA de Saclay, estime que

« dans leur pratique quotidienne, tous les chercheurs

en biologie font du darwinisme ».

Pourquoi ? Tout simplement parce que « l’une

des grandes idées que Darwin a introduites,

c’est celle de l’unité du vivant ! »

La biodiversité masque

l’unité du vivant

Découverte des lois de l’hérédité, découverte

de l’ADN, séquençage du génome, biologie

moléculaire, rien n’est venu entamer cette

notion fondamentale ; malgré la diversité des

formes de vie observées, il existe une évidente

unité du monde vivant à toutes les échelles :

structure cellulaire, ADN, réplication, transcription,

traduction, code génétique. Tout organisme

peut donc être compris à partir de

2

modèles biologiques simples, un point fondamental

dans le travail des biologistes qui peuvent

ainsi pratiquer leurs recherches sur des

petits organismes qui leur servent de modèles.

« Vous seriez ainsi peut-être surpris d’apprendre

que près de la moitié des biologistes

qui travaillent à Saclay, travaillent directement

ou indirectement avec des données

acquises sur un modèle extrêmement simple,

la levure de boulangerie, un petit champignon

dont le fonctionnement cellulaire ressemble de

façon extraordinaire à celui des cellules animales

et donc aux nôtres », explique Pierre

Thuriaux. C’est une chaîne de transmission littéralement

ininterrompue qui nous relie à ces

organismes apparemment si primitifs. Leur

histoire est une partie de la nôtre. C’est ce qui

justifie, par exemple, que les biologistes qui

étudient les effets des rayonnements sur

l’homme, s’intéressent aux mécanismes de

défense et d’adaptation que les organismes

primitifs ont développés au cours de l’histoire.

Darwin aux Îles Galapagos

C’est en 1831, alors âgé de 22 ans, que

Darwin embarque comme naturaliste à bord

du navire d’exploration Beagle. Pendant cinq

ans, il voyagera en Amérique du Sud et

dans le Pacifique, d’où il rapportera une

documentation considérable.


Darwin : l’évolution est (toujours) en marche DOSSIER

La théorie de l’évolution, un

programme de recherches

Darwin ne connaissait pas l’existence des

gènes. C’est leur découverte et celle de la

double hélice d’ADN qui a donné une explication

physico-chimique précise de la diversité

biologique. Alors, les biologistes ont-ils percé

tous les mystères du vivant ? Loin s’en faut ! « Le

terme de théorie est souvent mal interprété,

souligne le généticien. Il ne s’agit pas d’un système

explicatif clos et définitif. En fin de

compte, Darwin a lancé un vaste programme

de recherche ». L’origine de la vie, l’étendue de

la biodiversité, le mécanisme de l’hominisation,

les rôles respectifs des gènes et de l’environnement

restent de grandes questions, désormais

Darwin a lancé un vaste programme

de recherche. Sa « théorie » n’est pas

“un système explicatif clos et définitif.


abordées en termes moléculaires par l’étude

des génomes. Reste enfin la question cruciale

de la définition des espèces. Comment classer

les organismes en espèces ? Par leur ressemblance

? Par leur capacité à se reproduire entre

eux ? La réponse n’est pas tranchée aujourd’hui

encore. Le problème est particulièrement épineux

pour l’immense majorité des espèces que

constituent les microbes, bactéries et autres

virus, dont le mode de reproduction est asexué.

Et il est loin d’être anecdotique pour cette

espèce qui nous tient particulièrement à cœur :

l’homme. Mieux comprendre l’évolution de

ces micro-organismes nous aide à nous préparer

à l’émergence de nouvelles maladies.

Cette question est loin d’être purement académique

: sans même parler de la tragédie du

SIDA, nos journaux sont aujourd’hui remplis de

commentaires sur l’émergence de nouvelles

espèces virales, comme les nouveaux virus

grippaux. Le CEA est présent dans ces

recherches, notamment à l’Institut des maladies

émergentes et des thérapies innovantes

(iMETI), à Fontenay-aux-Roses.

Et l’espèce humaine dans tout ça?

L’espèce humaine continue certainement à

évoluer lentement, mais cette évolution est

moins biologique que culturelle. L’homme est

un grand singe très doué pour le langage et la

culture, capable d’intervenir sur les autres

espèces et de modifier son environnement.

Bref, « c’est un animal doué de raison, pour le

meilleur et pour le pire. Depuis Darwin, nous

savons que l’espèce humaine a sa propre histoire

biologique. Nous savons aussi qu’elle

influence de plus en plus le devenir des autres

espèces, créant une situation sans précédent

© F. RHODES / CEA

Recherche en génomique environnementale, au centre national de séquençage, à Évry.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL 3


DOSSIER Darwin : l’évolution est (toujours) en marche

Pierre Thuriaux, généticien au

centre CEA de Saclay, estime que

tous les chercheurs en biologie

sont des héritiers de Darwin.

4

dans l’histoire du vivant puisque c’est finalement

notre propre succès évolutif qui compromet

la biodiversité », précise Pierre

Thuriaux.

De l’observation à

l’instrumentation

Depuis Darwin, les sciences du vivant ont cessé

d'être purement descriptives. Elles se sont

dotées de puissants moyens techniques qui

leur permettent d'intervenir sur leurs objets

pour mieux les connaître. La rapidité de l’acquisition

des connaissances depuis cinquante

ans ne s'expliquerait pas sans l'accroissement

exponentiel, pendant la même période, des

capacités de calcul, de modélisation et de simulation

des ordinateurs. Reprenons l’exemple de

la levure. Comme tout organisme cellulaire,

elle est dotée d’un génome, qui a été décrypté

grâce à une collaboration européenne à

laquelle ont participé des chercheurs du CEA.

Quelques repères...

1735 Carl Von Linné met au point un modèle

de classification des espèces.

1839 Théodore Schwann reconnaît dans la cellule

l’unité morphologique et fonctionnelle de tous les

organismes vivants.

1859 Charles Darwin élabore la théorie de

l’évolution.

1865 Gregor Mendel formule les lois sur

l’hérédité, sans susciter d’intérêt à l’époque.

Ces lois seront redécouvertes au début XX e siècle.

1953 Francis Crick et James Watson découvrent

la structure en double hélice de l’ADN, qui

explique comment l’information est codée,

copiée, mutée.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

Le résultat a été publié en 1996 : 50 % des protéines

(provenant directement des gènes) produites

par la levure sont comparables à celles

trouvées chez l’homme ; 40 % des gènes

connus responsables de maladies génétiques

humaines sont aussi présents chez la levure !

Il a fallu plus de dix ans pour décrypter pour

la première fois le génome d’un organisme

eucaryote (cellule avec noyau). Ont suivi les

séquençages de génomes plus complexes, de

plantes, d’animaux et évidemment de

l’homme. C’était à l’époque un défi immense.

Aujourd’hui il ne faudrait que quelques

semaines pour y parvenir.

C’est une des caractéristiques de la biologie

moderne : les moyens techniques dont disposent

les chercheurs sont sans rapport avec

ceux qu’ils utilisaient il y a seulement vingt ans,

sans même parler de ceux dont disposait

Darwin. Pour autant, la démarche scientifique

est toujours la même. « En ce sens, Darwin est

exemplaire parce qu’il était extraordinairement

curieux. Quand il voyait quelque chose

qu’il ne comprenait pas, il ne se disait pas : je

ne comprends pas, ça n’a pas d’importance. Il

se disait au contraire : je ne comprends pas,

donc c’est important. » En posant les fondations

d’une science d’abord théorique puis de

plus en plus expérimentale, « Darwin nous a

permis de relier un passé à jamais disparu à un

présent toujours en train de se construire ».

Gaëlle Degrez

© C. PERRIN / CEA

Analyses de prélèvements

sanguins au Service de

pharmacologie et

d’immunologie, au centre

CEA de Saclay.

Le saviezvous?

Qu’appelle-t-on la théorie de Darwin ?

Darwin emploie une formule précise pour

désigner sa théorie : « descendance avec

modification ».

Luca, nouvel Adam

La vie sur Terre aurait pour origine une seule

et même forme de vie, désignée sous

l'acronyme Luca (Last Universal Common

Ancestor), qui serait apparue il y a quelque

2,5 milliards d'années.

La classification

phylogénétique du vivant

La phylogénétique a pour but de

comprendre l’histoire évolutive du vivant.

Elle repose sur deux règles fondamentales :

tous les êtres vivants ont des relations de

parenentre eux (phylogénie);

ils possèdent un ancêtre commun dont ils

sont tous les descendants (généalogie).

© L. GODARD / CEA


© CNRS

Variabilité

Darwin : l’évolution est (toujours) en marche DOSSIER

et unité du vivant

Les micro-organismes comme les virus ou les bactéries coévoluent

avec l’espèce humaine, à un rythme accéléré qui est

en relation avec leur durée de vie plus éphémère. Contre les

nouveaux agents infectieux qui apparaissent et d’anciennes

pathologies résistantes aux traitements actuels qui resurgissent,

les chercheurs doivent trouver de nouvelles armes.

À

Les bactéries ont un potentiel évolutif qui peut menacer l’espèce humaine. Leur étude peut conduire

dans le même temps à de nouvelles voies thérapeutiques contre des maladies comme la tuberculose.

l’instar des plantes et des champignons, les

bactéries secrètent spontanément des substances

dont certaines se révèlent très précieuses,

comme les antibiotiques par exemple.

Il s’agit de petites molécules fabriquées très souvent

par des enzymes 1 . De manière inattendue,

l’étude d’une de ces molécules, l’albonoursine,

produite par la bactérie Streptomyces noursei, a

entraîné des chercheurs de l’iBiTec-S 2 sur la

piste d’une enzyme essentielle à la survie d’une

autre bactérie, Mycobacterium tuberculosis,

l’agent responsable de la tuberculose.

Une nouvelle cible contre

la tuberculose

C’est une enquête de très longue haleine que

mènent les biologistes, grâce notamment aux

outils de la biochimie, de la biologie moléculaire

et de la bio-informatique. Quelle est l’enzyme

à l’origine de l’albonoursine ? Il faut

quelquefois emprunter des détours pour

résoudre une énigme : identifier par exemple

une autre enzyme, capable de modifier la

structure de la petite molécule ; purifier cette

enzyme pour analyser la succession d’acides

aminés qui la composent ; une fois ce séquençage

établi, remonter au gène codant pour

cette enzyme ; analyser les gènes voisins de ce

gène qui ont une forte probabilité d’être impliqués

dans l’histoire de la même petite molécule.

Et là, il n’est pas interdit d’avoir un peu

de chance. Les chercheurs ont eu l’heureuse

surprise de découvrir le gène codant l’enzyme

responsable de la production de l’albonoursine

! Ils se sont ensuite intéressés au gène

parent chez Mycobacterium tuberculosis, qui les

a conduits au gène codant une enzyme essentielle

à la survie de cette bactérie. Avec la

découverte de LA petite molécule associée à

cette enzyme, les biologistes de Saclay ont

ouvert la voie à l’utilisation d’autres petites

molécules apparentées pour bloquer le fonctionnement

de l’enzyme. Une cible entièrement

nouvelle pour lutter contre cette redoutable

maladie. Bref, un fabuleux espoir !

1/ Une enzyme a pour fonction de favoriser une réaction

biochimique particulière.

2/ Institut de biologie et de technologies de Saclay. Ces

travaux ont été menés en collaboration avec une équipe

de l’Institut de génétique et microbiologie (Université

Paris-Sud 11, CNRS).

en bref...

Une bombe d'antimatière?

Dans « Anges et démons », Dan Brown

a imaginé une bombe d'antimatière

menaçant le Vatican, mais rassurezvous

! Si toute l'antimatière produite au

CERN était annihilée au contact de la

matière, l'énergie résultante suffirait tout

juste à allumer une ampoule pendant

quelques minutes ! L'antimatière fascine

les physiciens car elle semble avoir

disparu de l'Univers alors même que le

Big Bang a produit matière et antimatière en

quantités égales. En quête d'une dissymétrie

ténue qui expliquerait que notre Univers soit né

d'une infime quantité de matière « survivante »,

des physiciens de Saclay préparent une source

« intense » d'anti-électrons, qu'ils combineront à

des anti-protons du CERN pour former des antiatomes

d'hydrogène. Ils tenteront d'isoler ces

anti-atomes pour découvrir comment la gravité

agit sur l'antimatière, une propriété encore

inconnue de cette curiosité de la nature.

Pour en savoir plus sur l’antimatière :

http://www.lhc-france.fr/?article332

Bar des sciences sur la chaîne Télésavoirs :

http://www.telesavoirs.eu/programme.php?ID=77

© CEA / DSM / IRFU

Des flashes bleus dans le ciel africain

Installé en Namibie, HESS (High Energy

Stereoscopic System) est le plus sensible des

observatoires au sol de rayons gamma en

provenance de l'Univers austral, ou plus

précisément des flashes lumineux qu'ils

produisent en interagissant avec l'atmosphère

terrestre (par effet Cerenkov).

Le 24 avril dernier, le porte-parole de cette

collaboration européenne et africaine, le

professeur Werner Hofmann, du Max-Planck

Institut de Heidelberg, a visité et échangé avec

les équipes de Saclay qui participent à la

fourniture de matériel électronique pour HESS

et travaillent au développement de télescopes à

rayonnement Cerenkov de la prochaine

génération (Cerenkov Telescope Array).

Un aimant supraconducteur dans l'espace

En 2010, le détecteur AMS (Alpha Magnetic

Spectrometer), équipé d'un aimant

supraconducteur, devrait rejoindre la station

spatiale internationale, d'où il analysera les

particules cosmiques de très haute énergie.

Le 2 avril 2009, le directeur de cette

collaboration internationale, le professeur Samuel

Ting, prix Nobel de physique en 1976, a

présenté à Saclay les enjeux physiques et

technologiques de cette première mondiale.

Il a exprimé notamment le souhait que les

ingénieurs de Saclay participent à la mise au

point et à la qualification de l'aimant d'AMS.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

5


NUCLÉAIRE Mesurer la puissance résiduelle d’un combustible usagé

Ballet bien huilé

pour un « boa » très chaud

Estimer précisément la puissance thermique libérée par un combustible

nucléaire à l'arrêt d'un réacteur est un défi d'une complexité exceptionnelle.

C'est aussi un enjeu économique important pour l'exploitation des

centrales nucléaires. Dans ce domaine, des équipes des centres CEA de

Saclay, Grenoble et Marcoule ont accompli un exploit récompensé par

le Grand Prix de la Société française d’énergie nucléaire.

6

Pour le transfert du crayon de combustible du

réacteur au calorimètre, chaque geste a été

optimisé et répété pendant plus d’une année.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

© P. ROSUEL / CEA

C

ombien de temps faut-il laisser « refroidir »

le combustible nucléaire avant de soulever

le couvercle de la cuve du réacteur d'une

centrale ? Comment évacuer efficacement la

chaleur dégagée par le cœur d'un réacteur en

situation accidentelle ? Évaluer avec précision

la puissance thermique libérée par le combustible

nucléaire à l’arrêt du réacteur représente

aujourd’hui un enjeu économique. Ainsi par

exemple, les exploitants du parc électronucléaire

français attendent trois ou quatre jours

avant d'ouvrir la cuve d'un réacteur pour en

extraire 1 les assemblages 2 de combustibles à

renouveler. Si la puissance thermique résiduelle

pouvait être connue avec une précision

accrue, ces temps morts pourraient être réduits

sans risques et c'est peut-être une journée d'exploitation

du réacteur qui pourrait alors être

gagnée. L'impact économique de cette évaluation

est donc très significatif.

Préciser l'incertitude

Comment a-t-on jusqu'à présent évalué cette

grandeur, critique à plus d'un titre ? De

manière étonnante, la meilleure évaluation à

ce jour repose sur des calculs mettant en jeu

des dizaines de milliers de données physiques !

Un combustible neuf est un oxyde « simple »,

contenant deux isotopes 3 de l'uranium. En

revanche, le même combustible, après un

séjour en réacteur, s'est enrichi de plus d'un

millier d'isotopes d'éléments divers, résultant

de fissions, de captures de neutrons, de désintégrations

radioactives, etc. On comprend sans

peine que la modélisation de ces processus

requière une somme impressionnante de données

de base de physique nucléaire. Connues

avec une précision comprise entre 1 et 30 %,

celles-ci constituent une « bibliothèque »,

ouverte à tous les scientifiques, régulièrement

mise à jour et enrichie par les calculs et les

expériences des uns et des autres.

Grâce à des raisonnements probabilistes, les

physiciens sont en mesure de garantir des précisions

aussi élevées que la sûreté nucléaire

l'exige, portant sur l'incertitude avec laquelle

est connu le résultat final. Cette incertitude

permet de définir rationnellement des marges,

en relation avec la situation d'exploitation ou

accidentelle envisagée.

Un « vrai » combustible en

laboratoire

On pourrait se dire que rien ne vaut une expérience

grandeur nature. Si le niveau d'irradiation

à l'intérieur de la cuve du réacteur ou sur

le circuit primaire ne se prête pas à l'installation

de capteurs, il est en revanche possible

d'instrumenter le circuit secondaire. Un bilan

thermique, réalisé juste après l'arrêt du réacteur,

fournit une valeur par défaut de la puissance

libérée par le combustible car il

méconnaît les fuites thermiques à travers la

cuve, les tuyaux du circuit primaire et l'échangeur

de chaleur. Ce mode d'évaluation s'avère

en réalité sans intérêt car trop imprécis. D'où

l'idée de l’expérience MERCI 4 , qui vise à reproduire

la complexité des phénomènes siégeant

dans un véritable combustible nucléaire, mais

dans un environnement de laboratoire, adapté

aux exigences d’une métrologie de qualité. Il

s’agit d’exploiter l’ensemble des données expérimentales

et les confronter aux résultats de

simulation pour affiner les modèles et réduire

l’incertitude pesant sur les calculs actuels. Plus

concrètement, MERCI consiste à introduire un


Mesurer la puissance résiduelle d’un combustible usagé NUCLÉAIRE

L’échantillon de

combustible a été irradié

dans le réacteur Osiris

pendant trois cycles

de 25 jours.

Un objet

technologique unique

Le calorimètre renfermant le crayon est un

objet technologique unique. Mesurer des

quantités de chaleur associées à des

rayonnements ionisants impose de recourir à

des écrans absorbants massifs, dont l’inertie

thermique nuit à la cadence des mesures

(toutes les cinq secondes). Il faut par ailleurs

bannir les fuites thermiques et pour cela,

aligner rigoureusement la température du

calorimètre sur celle de son environnement.

Et comme l’instrument utilise des phénomènes

d’évaporation et de condensation, il faut que

l’eau bouille... à 22°C, ce qui se produit quand

on abaisse la pression d’un facteur quarante.

Plus que les mesures de températures à

quelques ‰ près, ce sont celles de débits

d’eau à 1 ‰ près qui représentent une

véritable prouesse. Des performances

absolument nécessaires pour atteindre la

précision inférieure à 1% sur la mesure de la

puissance thermique résiduelle du crayon !

© P. ROSUEL / CEA

combustible analogue à celui d’une centrale

nucléaire dans un réacteur expérimental et à

mesurer la puissance thermique libérée par le

combustible sitôt sorti du réacteur. Une des

principales difficultés réside dans ce dernier

détail…

Des gestes optimisés pendant

plus d’un an

Reprenons le fil de l’expérience. Un échantillon

de crayon de combustible neuf d'EDF est installé

en périphérie du cœur du réacteur expérimental

Osiris, à Saclay, où il est irradié

pendant près de trois mois. D’une longueur de

quarante centimètres, il est solidaire d’un

flexible d’une douzaine de mètres, équipé de

dispositifs de mesure et de contrôle. Dès l’arrêt

du réacteur, ce tuyau, baptisé « boa » par les

expérimentateurs, doit être transféré le plus

vite possible depuis le cœur d’Osiris, à neuf

mètres sous eau, jusqu’à la cellule blindée du

bâtiment attenant au réacteur. Arrivé là, le

crayon doit être introduit à l’intérieur d’un

calorimètre, après avoir été séparé du flexible.

Vingt-six minutes : tel est le score réalisé par

l’équipe de vingt personnes pour cette

séquence accélérée de manœuvres spécialisées.

Cette performance résulte d’un travail collectif

de plus d’une année auquel a collaboré un

ergonome extérieur à l’installation. Une

dizaine de répétitions, dont cinq filmées, a

permis de régler à la perfection les enchaînements

des gestes de tous les intervenants :

prendre le mousqueton sur la rambarde, accrocher

l’élingue, etc.

L’œuvre de nombreuses équipes

La genèse du projet remonte à une dizaine

d’années, avec le dimensionnement de l’expérience

par des physiciens et modélisateurs de

Saclay. Les expérimentateurs du réacteur Osiris

ont ensuite conçu et développé les dispositifs

à irradier et l’instrumentation associée. La

conception du calorimètre a été confiée à des

ingénieurs de Grenoble (voir ci-dessous) tandis

que des équipes de Marcoule et de Saclay

étaient mobilisées pour des analyses du crayon

après les cinquante jours de mesures calorimétriques

: mesurer les rayonnements gamma

émis par le crayon (Saclay), dissoudre le combustible

(Marcoule), réaliser l’analyse chimique

ultrafine du matériau en solution par

spectrométrie de masse spécialisée (Saclay),

etc. Dans les mois qui viennent, ce sont au total

plus de dix mille mesures que les modélisateurs

auront à dépouiller et interpréter pour parfaire

leurs outils de simulation !

1/ Ces assemblages sont ensuite transférés dans une

piscine d'un bâtiment voisin et stockés là quelques mois.

2/ Assemblage : ensemble de crayons de combustibles.

3/ Les isotopes d'un même élément chimique ne se

distinguent que par le nombre de neutrons que

renferment leurs noyaux atomiques. Si leurs masses sont

légèrement différentes, leurs propriétés chimiques sont

identiques. Deux isotopes de l’uranium sont présents

dans le combustible neuf : 96,3% d'U 238 non fissile et

3,7% d'U 235 fissile.

4/ MERCI : Mesure de l’Énergie Résiduelle d’un Crayon

Irradié.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

7


TECHNOLOGIE Évaluer les risques liés à l’usage de l’hydrogène pour l’automobile

Drôle de garage

Quels sont les risques d’explosion liés à l’usage de l’hydrogène pour

l’automobile ? Une équipe du CEA, à Saclay, met ses compétences dans

le domaine électronucléaire au service de cette question, cruciale pour

l’acceptabilité de l’hydrogène par le public.

L

a voiture à hydrogène est-elle une utopie ?

De nombreux chercheurs, au CEA notamment,

s’emploient à répondre par la négative

à cette question.

Le réservoir d’hydrogène apparaît aujourd’hui

comme un verrou particulièrement difficile à

lever. Refroidir à la température de l’hydrogène

liquide ? Trop coûteux. Stocker sous haute

pression le gaz nécessaire à une autonomie

convenable ? Délicat : il faut concevoir un

conteneur étanche et résistant à des centaines

de bars 1 . Une voie alternative, le stockage

solide, consiste à lier chimiquement l’hydrogène

à un autre élément et à l’extraire par

simple chauffage. Les deux dernières solutions

sont actuellement explorées par des

équipes CEA des centres de Grenoble et du

Ripault 2 .

La plus petite des molécules

L’hydrogène : son nom évoque une bombe, un

moteur de fusée... Cette « redoutable » molécule

3 , qui n’existe pas à l’état naturel car elle

réagit spontanément avec l’oxygène de l’air

pour former de l’eau, est en réalité la plus petite

des molécules. Ceci explique qu’elle s’échappe

d’un conteneur réputé étanche bien plus facilement

que toutes les autres. Mais attention,

au-dessus d’une concentration de 4 % dans

l’air, elle induit un risque d’explosion. On comprend

aisément qu’un réservoir d’hydrogène se

doive d’être irréprochable.

Imaginons ce problème résolu. Quel impact un

défaut d’entretien du véhicule aurait-il vis-à-vis

d’un risque de fuite de faible amplitude ? C’est

l’objet du programme 4 auquel participent des

experts de sûreté nucléaire, qui étudient par

ailleurs certains scénarios accidentels conduisant

à un relâchement d’hydrogène dans un

réacteur.

Un garage instrumen

Ainsi un garage tout à fait ordinaire, avec sa

porte basculante, a-t-il été construit dans le hall

d’un laboratoire de la Direction de l’énergie

nucléaire à Saclay. À l’intérieur, l’installation du

même nom, Garage, permet de réaliser des

fuites de gaz contrôlées, en présence ou non

d’un véhicule prototype, dont l’aménagement

intérieur reproduit celui de la future voiture à

hydrogène. Les expériences sont conduites

avec de l’hélium, un gaz parfaitement inerte,

dont les propriétés physiques sont extrêmement

voisines de celles de l’hydrogène.

Le recensement des situations « à risque » a été

établi par PSA Peugeot Citroën et l’Ineris 5 et

ces événements ont été traduits en termes de

spécifications techniques pour les expériences

dans Garage. Les équipes du CEA reproduisent

ces cas tests, mesurent la dispersion du gaz et

confrontent les données expérimentales à leurs

modèles numériques. L’objectif visé à plus long

terme est d’établir des recommandations de

conception, tant pour le véhicule que pour le

garage. Quand l’hydrogène ne fera plus peur...

@ En savoir plus

Approfondissez cet article sur le site Internet

du CEA : http://www-anr-panh.cea.fr/

© L. BISENIUS / CEA

1/ Un bar représente une pression très proche de celle de

l’atmosphère.

2/ Ce centre CEA de la Direction des applications

militaires est situé près de Tours.

3/ L’hydrogène au sens strict est l’élément H et le dihydrogène,

appelé aussi abusivement hydrogène, est la

molécule H 2

, composée de deux atomes liés

chimiquement.

4/ En réalité, il s’agit de plusieurs programmes, certains

financés par l’Agence nationale de la recherche (Pan-H :

Drive, puis Dimitrhy) et d’autres par l’Union européenne

(Hysafe).

5/ Ineris : Institut National de l'EnviRonnement

industriel et des rISques.

8

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

L’installation Garage peut être exploitée avec ou

sans voiture. Elle offre en particulier la possibilité

de simuler des fuites d’hydrogène grâce à des

relâchements contrôlés d’hélium. Des capteurs

enregistrent la dispersion de l’hélium dans le local.

En zoom, capteur de mesure de la concentration en

hélium de l’air ambiant.


haque année, de nombreux incidents de

caténaires viennent perturber le trafic

ferroviaire. Dans le contexte de la dérégulation

de ce secteur, la Commission européenne a

lancé différents programmes de recherche

dont l’objectif est d’améliorer la fiabilité et

l'interopérabilité des réseaux ferrés européens.

C’est ainsi que le LIST, avec de nombreux partenaires

industriels et des compagnies ferroviaires,

a participé au projet Catiemon

(CATenary InterfacE MONitoring), démarré en

avril 2005 sous le pilotage de l’industriel

Siemens. L’enjeu : identifier les trains susceptibles

de dégrader le système d’alimentation

électrique. « L’objectif était de construire un

portique fixe d’une centaine de mètres de long,

équipé de capteurs capables d’inspecter des

trains en exploitation commerciale, et plus

précisément, d’analyser finement l’interaction

mécanique entre leurs pantographes 3 et la

caténaire », explique Guillaume Laffont, chercheur

au LIST. Ces instruments mesurent précisément

les déformations mécaniques de la

ligne de contact de la caténaire au passage du

train. Insensibles aux ondes électromagnétiques,

ces capteurs optiques sont installés sur

la ligne elle-même, au plus près du contact avec

le pantographe.

Projet européen Catiemon INTERNATIONAL

Catiemon : préserver les

infrastructures ferroviaires

Le CEA LIST 1 a apporté son savoir-faire en matière de capteurs

pour un projet européen visant à caractériser l’interaction entre

le train et la caténaire 2 et ainsi à optimiser l’exploitation des

infrastructures ferroviaires.

© CEA © CEA

C

1 2

Des centaines de trains inspectés

Un portique expérimental, équipé par le LIST,

a d’abord été testé au pied du tunnel du

Lötschberg, sous les Alpes suisses en 2007 et

2008. Au cours de campagnes s’étalant sur dixhuit

mois, plusieurs centaines de convois, dont

certains dédiés à des tests, ont été inspectés en

divers lieux jusqu’en janvier 2009. Forts de ce

succès, les partenaires de Catiemon espèrent

maintenant démarrer l’exploitation opérationnelle

de ces dispositifs en plusieurs points du

réseau européen identifiés comme critiques.

« À terme, ce portique pourrait devenir un

outil d'aide à la décision pour les gestionnaires

de réseaux. Le but est de détecter les trains sollicitant

à l’excès les caténaires, d’interdire leur

circulation pour protéger l’infrastructure et

d’optimiser ainsi la disponibilité des voies ferrées

», résume Guillaume Laffont.

Émilie Gillet

1/ Laboratoire d’Intégration des Systèmes et des

Technologies.

2/ Caténaire : ligne aérienne assurant l’alimentation

électrique des locomotives ou des tramways via une ligne

de contact métallique.

3/ Pantographe : dispositif articulé de captage du

courant sur les locomotives électriques, qui agit par

frottement sur les caténaires.

1/ Si le pantographe exerce une force excessive

sur la ligne de contact, la caténaire est usée

prématurément. Dans le cas inverse, le contact

électrique risque d’être perdu, ce qui génère le plus

souvent un arc électrique, également susceptible

d’endommager la caténaire. Sur la photo, capteur

de déplacement tridimensionnel.

2/ Ligne de capteurs à fibres optiques collée sur

le fil de contact de la caténaire.

© CEA / DSM / IRFU

© EDF

en bref...

Les métamorphoses des neutrinos

À Chooz, dans les Ardennes, la centrale

nucléaire ne se contente pas de délivrer de

l'électricité, elle fournit aussi les physiciens en

neutrinos ! Ces mystérieuses particules, que

seule une épaisseur d’une année lumière de

plomb pourrait stopper de manière certaine, ont

la particularité de se métamorphoser en trois

variétés. Dès 2010, l’expérience Double Chooz

étudiera ces transformations grâce à deux

détecteurs géants identiques, l’un placé près du

cœur de la centrale et l’autre, à un kilomètre,

qui devrait être le témoin de la disparition d’une

partie des particules détectées par le plus

proche. Un accord vient d’être signé entre le

CEA, le CNRS, EDF et la région Champagne -

Ardennes pour ce projet.

De 2010 à 2016, une centaine de chercheurs

va se relayer par groupe de dix sur les deux sites

de « Double Chooz ». Les mesures serviront

également à démontrer qu'il est possible

d'analyser à distance la composition du

combustible nucléaire. Double enjeu donc, de

physique fondamentale et de lutte contre la

prolifération nucléaire !

Le plus grand cadran solaire du monde

Sur la paroi monumentale du barrage de

Castillon, dans les Alpes de Haute-Provence,

il est désormais possible de lire l'heure solaire.

Roland Lehoucq, physicien au centre CEA de

Saclay, et Denis Savoie, responsable de

l'astronomie au Palais de la Découverte, ont

imaginé ensemble de construire le plus grand

cadran solaire du monde sur un barrage d'EDF.

Impossible d'implanter un « mât » de vingt

mètres qui aurait attiré la foudre. C'est la

corniche, située en haut de l'édifice, qui fait

office de « bâton ». Il a fallu réaliser un relevé

topographique au laser de la paroi courbe pour

calculer les projections associées aux heures.

Un vrai défi mathématique ! Défi relevé puisque

le cadran, inauguré le 21 juin 2009, indique

l'heure du lieu à 2 minutes près, de 6 heures

à 18 heures.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

9


en bref...

10

Journées portes ouvertes

les 21 et 22 novembre 2009

À l’occasion de la fête de la science et de

l’Année mondiale de l’astronomie, le

centre CEA de Saclay ouvrira les portes

de son site de l’Orme des Merisiers.

Réservez dès à présent votre week-end

des 21 et 22 novembre pour un parcours

dédié à la découverte de l’Univers, des

ateliers pédagogiques, des rencontres

avec des chercheurs, des conférences et

des « vraies » observations diurnes et nocturnes.

Le centre CEA de Saclay sera également présent

à la ferme du Moulon pour présenter d’autres

thématiques, comme la climatologie,

le magnétisme, les énergies, etc.

Des prions dans le lait de brebis

Jusqu’à un passé récent, aucun prion infectieux

n’avait jamais été détecté dans le lait d’ovins ou

de caprins atteints de tremblante. Aussi aucune

restriction ne pesait sur le lait et ses dérivés.

Pour la première fois, une équipe de l’Institut de

biologie et de technologies de Saclay, en

collaboration avec l’Institut national de recherche

agronomique et une équipe anglaise, a décelé la

présence de prions dans le lait et le colostrum de

brebis en phase d’incubation de la maladie, avec

un niveau d’infectiosité significatif (mais très

inférieur à ceux observés dans le cerveau des

mêmes animaux), et ce plusieurs mois avant

l’apparition des signes cliniques. Ces résultats

indiquent que le lait pourrait contribuer à la

transmission de la maladie à l’intérieur d’un

troupeau.

......

Sélection d’actualités scientifiques

des laboratoires de Saclay et de

leurs partenaires

L’analyse des images d’IRM de soixante-dixsept

enfants autistes a permis de montrer que

des anomalies cérébrales sont associées à

certaines formes d’autisme.

découvertes...

L’analyse d’images enregistrées par le

télescope spatial Fermi a révélé

l’explosion la plus violente jamais

observée dans l’Univers. Cette

explosion, ou sursaut gamma,

provient généralement de

l’effondrement sur elle-même d’une

étoile massive en fin de vie, donnant

naissance à un trou noir.

Des généticiens de Saclay ont

décrypté une partie de l’ADN de

l’ours des cavernes. Il vivait dans

la grotte Chauvet en Ardèche il y a

32 000 ans et s'est éteint il y a

15 000 ans. L'ours moderne le plus

proche de lui est l'ours brun. Leur

ancêtre commun vivait il y a

1,6 million d'années.

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

PORTRAIT Steven Stolte, chaire senior du « Triangle de la Physique »

Steven Stolte

scientifique émérite et nomade

Reconnu comme le meilleur chercheur de sa spécialité 1 ,

ce chimiste de l’Université Vrije (Pays-Bas) a séjourné

de février à avril 2009 à l'Institut

rayonnement matière de Saclay

(Iramis). Il renouvellera l'expérience

en 2010. Un enrichissement

fabuleux, à la fois pour l'hôte et

pour le laboratoire d'accueil.

T

out a commencé avec des questions logistiques

de produits difficiles à approvisionner.

De véritables discussions scientifiques

se sont ensuite engagées entre le professeur

Steven Stolte, de l'Université Vrije d'Amsterdam

et Benoît Soep, de l'Iramis. Quand ce dernier

a proposé une collaboration au chimiste néerlandais

et obtenu, grâce au soutien du

« Triangle de la physique » 2 , une chaire senior

à Saclay, Steven Stolte n'a pas hésité une

seconde avant d'accepter. « Le dispositif expérimental

de Benoît est unique au monde,

explique-t-il. Il permet de produire des complexes

3 et de les irradier avec des lasers, tout

en enregistrant finement les effets de l'absorption

des impulsions laser par les complexes. Cet

apport d'énergie, qui s'apparente à une collision,

peut simplement casser en deux le complexe

ou bien induire une réaction chimique

entre ses composants. L'originalité de l'expérience

de l'Iramis, c'est qu'il est possible d'observer,

avec une excellente résolution spatiale

et temporelle, les directions dans lesquelles

sont expulsés les fragments ou les produits de

la réaction. »

Entre Saclay, Changchun, Oxford

et Amsterdam

Steven Stolte a participé à la conception et à

la réalisation d'une expérience que Benoît

Soep est en train de dépouiller et d'interpréter,

en relation permanente avec lui, même

s'il travaille actuellement en Chine pour

quelques mois. Steven Stolte partage en effet

son temps entre Amsterdam, Oxford, Saclay et

Changchun où il occupe, à temps partiel, une

chaire de l'Université Jilin. Ce mode de vie

nomade lui pèse-t-il ? « Non, je ressens un

besoin impérieux de parler de science à

d'autres personnes, de confronter avec elles les

idées qui me viennent à l'esprit de manière foisonnante,

et qui ne sont pas toutes fécondes.

Et puis, c'est formidable de pouvoir accéder à

des expériences variées que je serais bien incapable

de réaliser moi-même. Cela démultiplie

les questionnements et accélère la progression

de nos connaissances. J'essaie malgré tout

de consacrer à peu près 50 % de mon temps à

ma famille et à mes amis aux Pays-Bas. Cet

équilibre-là est important également. »

1/ « Collisions moléculaires, paquets d'ondes

électroniques et complexes », tel était le thème du

symposium organisé en l'honneur de Steven Stolte à

Orsay le 28 avril 2009.

2/ Le « Triangle de la physique » est un réseau

thématique de recherche avancée qui fédère des

laboratoires du Plateau de Saclay en nanosciences,

physique de l'état condensé, etc. L'équipe de Benoît Soep

collabore dans ce cadre avec Danielle Dowek du

Laboratoire de collisions atomiques et moléculaires

(CNRS, Université Paris-Sud 11).

3/ Complexe : ici, ensemble de deux molécules (ou d'une

molécule et un atome) reliées par une liaison plus faible

qu'une liaison chimique.

Benoît Soep

© L. BISENIUS / CEA


En direct des labos ACTUALITÉS

Extinction de l’homme

de Néandertal : le climat

mis hors de cause

Q

uand l’homme moderne arrive en

Europe, il y a 40 000 ans, l’homme de

Néandertal occupe les lieux depuis longtemps.

Ces deux populations vont cohabiter jusqu’à la

disparition de l’homme de Néandertal. Une

équipe multidisciplinaire franco-américaine 1

vient d’apporter un nouvel éclairage sur cet

événement en excluant l’hypothèse selon

laquelle Néandertal n’a pas pu s’adapter à la

détérioration climatique observée à cette

période.

Les chercheurs ont reconstitué le « film » du

climat et analysé la dispersion des sites successivement

occupés par chacune des populations.

Pour cela, ils ont utilisé un outil de

modélisation, développé pour étudier la biodiversité.

En procédant par centaines d’itérations

et en apprenant de ses erreurs, le logiciel

a analysé la relation entre les données géographiques,

climatiques et archéologiques pour

déterminer les aires possibles d’occupation

par chacune des populations. Les chercheurs

ont ainsi pu identifier les territoires occupés

par les premiers hommes modernes et par les

derniers néandertaliens. Ils ont pu comprendre

le rôle de chaque facteur climatique dans leurs

distributions respectives. En particulier, les

néandertaliens du sud de la péninsule ibérique

auraient été les derniers à disparaître

parce qu’ils étaient alors préservés du contact

Crâne d’un Homme de Néandertal,

découvert en 1830 à Engis, Belgique

(collection du Grand Curtius à Liège).

avec les hommes modernes. Pour les chercheurs,

la disparition de Néandertal serait due

à la compétition avec l’homme moderne.

1/ Laboratoire des sciences du climat et de

l’environnement (CEA, CNRS, Université Versailles

Saint-Quentin), laboratoire « De la préhistoire à

l’actuel : culture, environnement et anthropologie »

(CNRS, Université de Bordeaux 1, ministère de la

Culture et de la Communication, Institut national de

recherches archéologiques préventives), laboratoire

« Environnements et paléo-environnements océaniques »

(CNRS, Université de Bordeaux 1, École pratique des

hautes études), Université du Kansas.

© P. STROPPA / CEA

Radiothérapie miniature au bloc

D

ifficile d’introduire au bloc opératoire un

accélérateur d’électrons, encombrant et

non stérile ! Les lasers à impulsions ultrabrèves

pourraient un jour compléter l’offre en

matière d’accélérateurs, l’objectif étant de

banaliser les radiothérapies réalisées au cours

d’interventions chirurgicales. Dans le principe,

il suffit d’acheminer le faisceau laser en

salle d’opération jusqu’à un dispositif compact

délivrant un gaz sous vide qui constituera la

source d’électrons rapides. Comment ce dispositif

fonctionne-t-il ? Sur son passage, l’impulsion

laser arrache des électrons aux atomes du

gaz qui devient un plasma (« nuage » d’ions

positivement chargés et d’électrons). Les électrons

sont chassés tandis que les ions, plus

lourds, restent immobiles. Après le passage de

l’impulsion laser, les électrons reviennent vers

les ions et oscillent, créant une onde électrostatique

dans le sillage du laser. Une fraction des

électrons est piégée dans cette onde et accélérée

dans la direction de propagation du laser.

Une équipe de chercheurs de l’Iramis 1 , en collaboration

avec des physiciens italiens de Pise,

a réussi à produire de cette façon un faisceau

d’électrons répondant aux besoins de la radiothérapie

« intra-opératoire ».

1/ Iramis : Institut rayonnement et matière de Saclay.

Un test simple pour déterminer si un patient est conscient ou non

Est-il possible de déterminer si un individu est

conscient en observant l’activité de son

cerveau ? Une question cruciale pour la difficile

prise en charge des malades « non

communicants ». Une équipe de l’Inserm et du

Groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière, associant

des chercheurs de NeuroSpin, vient de

perfectionner un test fondé sur l’étude de la

réponse cérébrale à un stimulus auditif,

enregistrée au moyen d’un casque muni

d’électrodes. Le test consiste à rechercher une

variation de cette réponse corrélée à l’émission

d’un son différent, à la suite d’une série de sons

identiques. Par exemple AAAB après une série

AAAA. Or, les signaux détectés ne permettent

pas de trancher entre une perception consciente

ou non consciente. Le nouveau test inverse

simplement la règle : AAAA après une série

AAAB. Grâce à l’imagerie par résonance

magnétique fonctionnelle, les chercheurs ont pu

établir le lien entre une réponse positive à ce

test et l’activation de zones cérébrales typiques

d’un état conscient. L’absence de réponse ne

permet pas toutefois de conclure, car le patient

peut être par exemple en train de dormir.

Cet outil devrait permettre d’identifier au plus

tôt le retour à la conscience de ces malades

« emmurés vivants » afin d’engager une

communication adaptée avec eux.

en bref...

CENTRE CEA DE SACLAY LE JOURNAL

11


PORTRAIT Catherine Cesarsky, Haut commissaire du CEA

Femme de science, femme d’action

Ensemble de grands télescopes (Very Large Telescope)

de l’Observatoire européen austral, dans le désert

d’Atacama, au Chili.

© ESO / H.H. HEYER

Son « bonjour ! » claque comme un signal.

Comme un conseil aussi : aller à l’essentiel. Pas

question de musarder. Depuis le 22 avril 2009,

l’essentiel de Catherine Cesarsky se définit dans

la mission que lui a donnée le président de la

République en tant que Haut Commissaire à

l’Energie Atomique. Elle est la première femme à

occuper ce poste. Surprise ? « Il faut croire que j’en

avais le profil », résume, dans un sourire, celle dont

le parcours professionnel et scientifique souligne

une formation et une compétence internationales.

Née en France, elle grandit à Buenos Aires

(Argentine) où son père, ancien résistant, a

accepté un poste diplomatique, avant d’ouvrir une

librairie. Plus tard, la famille reviendra en France.

Entre temps, Catherine Cesarsky débute une carrière

d’astrophysicienne avant de rejoindre les

États-Unis pour un doctorat à Harvard (1971),

puis un passage au Caltech (California Institute of

Technology). Viennent le CEA, le CNES et ses projets

internationaux, l’Observatoire européen austral

et ses installations au Chili.

Forger des objectifs

Depuis août 2006, elle est aussi la première

femme présidente de l’Union astronomique internationale

: « Moi qui envisageais une carrière de

théoricienne avec papier, crayon et ordinateur, je

me suis retrouvée avec la responsabilité de

construire quelques gros instruments… j’avoue

que cela m’a plu et que cela me plaît. »

Deux mois après sa nomination, Catherine

Cesarsky s’attache « à forger » ses objectifs :

« J'apporte à ce poste une couleur internationale,

mais mon rôle est de garder un œil très attentif

sur l’activité scientifique du CEA et son développement

». Très soucieuse de la qualité de la

recherche menée par l'établissement, Catherine

Cesarsky s'attache aussi à deux pistes de réflexion :

la coopération avec le monde de l’entreprise, et

une approche concrète en direction du grand

public qui n’a pas forcément une idée précise du

rôle et de l’action du CEA, alors que l’écologie et

les questions environnementales liées à la consommation

des énergies et au traitement de leurs

déchets se sont installées au cœur du débat

public : « Je lis, j’écoute, j’apprends les arguments

des uns et des autres. »

© L. GODARD / CEA

www-centre-saclay.cea.fr

Centre CEA de Saclay Le Journal / N° 44 / 3 ème trimestre 2009 / Editeur CEA (Commissariat à l’énergie atomique) Centre de Saclay 91191 Gif-sur-Yvette Cedex

Directeur Yves Caristan / Directrice de la publication Danièle Imbault / Rédacteur en chef Christophe Perrin / Rédactrice en chef adjointe Sophie Astorg

Iconographie Véronique Gachet / avec la participation de Gaëlle Degrez et Émilie Gillet.

Conception graphique Efil communication (www.efil.fr) / N° ISSN 1276-2776 Centre CEA de Saclay. / Droits de reproduction, textes et illustrations réservés pour tous pays.

Impression Gibert-Clarey, imprimeur labellisé Imprim’vert (charte pour la réduction de l’impact environnemental, la traçabilité et le traitement des déchets).

Papier certifié PEFC / 10-31-1073 (garantie d’une gestion durable des ressources forestières).

More magazines by this user
Similar magazines