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
parenté entre 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 instrumenté
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.
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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).