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Sur la trace des - CEA Saclay

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<strong>Sur</strong> <strong>la</strong> <strong>trace</strong> <strong>des</strong> polluants DOSSIER© F.Rho<strong>des</strong> / <strong>CEA</strong>Les premières analyses métabolomiques de denréesalimentaires du <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>y ont été réalisées par<strong>des</strong> biologistes de Laboratoire d’étude du métabolisme<strong>des</strong> médicaments de l’iBiTec-S. L’accroissement de<strong>la</strong> demande a débouché sur <strong>la</strong> création de <strong>la</strong> start-upProfilomic. Ici, un chercheur injecte un échantillon liquidedans un spectromètre de masse à ultra-haute résolution.Bruno Corman, cofondateur et directeur deProfilomic. « Chaque collection définit ainsi une« variabilité normale » de compositions molécu<strong>la</strong>ires.Par comparaison, tout écart à cettevariabilité signalera une anomalie qu’il faudraapprofondir : fraude ou pollution ». Dans ce projet,Profilomic apporte son expertise dans l’analysemétabolomique 2 par spectrométrie de masse.« Le projet nécessite <strong>des</strong> développements logicielsinédits », complète Étienne Thévenot, mathématicienet biologiste au <strong>CEA</strong> LIST, « travailleren aveugle pour déterminer, à coup sûr, quelséchantillons sont pollués et quelles signaturessont suspectes ».Ces équipes sont capables de détecter et d’identifier<strong>des</strong> polluants à l’état de <strong>trace</strong>. Leurs résultatsrécemment publiés dans <strong>la</strong> presse, faisaientétat de <strong>la</strong> présence de <strong>trace</strong>s de pestici<strong>des</strong> dansles vins, de médicaments dans les miels, y comprisdans <strong>la</strong> filière bio.1/ Coordonné par le leader de <strong>la</strong> bio-analyse Eurofins,cofinancé par Oséo, AgriFood GPS réunit Bruker,Profilomic, les instituts publics AgroParisTech, l’Universitéde Nantes, l’Institut <strong>des</strong> molécules et <strong>des</strong> matériauxdu Mans et le <strong>CEA</strong> LIST.2/ Mesure de <strong>trace</strong>s de molécules organiques et de leursmétabolites, ces petites molécules organiques stables, issuesde <strong>la</strong> transformation d’une substance par un métabolisme.Bio ou pas bio ?Aujourd’hui, pour que ses produits puissentprétendre à l’appel<strong>la</strong>tion bio, un producteur esttenu de remplir un cahier <strong>des</strong> charges définissantses pratiques. Mais il n’a pas d’obligation de résultat.Dans l’absolu, le produit final pourrait ne pas êtreexempt de <strong>trace</strong>s de polluants sans que le producteursoit tenu pour responsable dans <strong>la</strong> mesure oùil a respecté les procédures.« Par comparaison, tout écartà une “ variabilité normale ”signalera une anomalie qu’il faudraapprofondir : fraude ou pollution. »CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL3


dossier <strong>Sur</strong> <strong>la</strong> <strong>trace</strong> <strong>des</strong> polluants<strong>Sur</strong> un air francilienDevant <strong>la</strong> recru<strong>des</strong>cence <strong>des</strong> ma<strong>la</strong>dies respiratoires, contrôler <strong>la</strong> qualité de l’airdevient indispensable, depuis les espaces publics jusque dans les logements.Au <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>y, <strong>des</strong> chercheurs savent reconnaître et quantifier les substancestoxiques présentes dans l’air ambiant même en quantités infimes. De plus,ils sont capables d’identifier en temps réel et sans ambiguïté leur origine exacte,nous fournissant ainsi <strong>des</strong> clés pour mieux les combattre.À l’assaut <strong>des</strong> pics de pollutionQuand le soleil se décide à percer en région parisienne,il nous est fortement conseillé de leverle pied... sur les routes. Airparif 1 ne tarde généralementpas à annoncer une alerte à <strong>la</strong> pollutionatmosphérique. L’organisme dispose d’unréseau d’une cinquantaine de stations, dédiées à<strong>la</strong> mesure <strong>des</strong> polluants atmosphériques soumisà <strong>la</strong> réglementation européenne. Celles-ci sontréparties sur l’ensemble de <strong>la</strong> région, <strong>des</strong> zonesles plus éloignées <strong>des</strong> sources de pollution, auxabords du boulevard périphérique parisien.Un lidar spécialement développé pour<strong>la</strong> surveil<strong>la</strong>nce et <strong>la</strong> quantificationde <strong>la</strong> pollution atmosphérique, en phasede tests à l’Orme <strong>des</strong> Merisiers.Détecter <strong>la</strong> présence de ces substances est unechose ; déterminer leurs sources d’émission etleur origine géographique, locale ou importée,en est une autre. Airparif n’est pas en mesurede fournir, de manière précise, ces informationspourtant indispensables aux pouvoirs publicspour prendre les décisions pertinentes. C’estpourquoi l’association développe <strong>des</strong> col<strong>la</strong>borationsavec <strong>des</strong> <strong>la</strong>boratoires de recherche.Identifier et localiser les sources« Notre objectif est de comprendre les phénomènesqui régissent <strong>la</strong> production <strong>des</strong> particules fines,leur transfert dans l’environnement et leur impactsur <strong>la</strong> qualité de l’air, explique Jean Sciare, chercheurCNRS au LSCE 2 . « La perspective d’uneapplication directe de nos travaux au bénéfice de <strong>la</strong>Une batterie mobile dedétecteurs de polluantsatmosphériques, sur le parvisde l’Hôtel de Ville à Paris.société participe à <strong>la</strong> motivation <strong>des</strong> chercheurs ».Pour distinguer l’impact <strong>des</strong> activités humainesdans un fond atmosphérique naturel, il leur estindispensable de caractériser chaque sourced’émission, surtout dans les zones où l’activitéhumaine est importante. Chaque source a, eneffet, sa propre empreinte chimique. Le chauffageau bois émet ainsi du levoglucosan, cequi permet, lorsqu’on repère sa présence dansl’atmosphère, de quantifier les particules finesL’air-étalonLes prélèvements effectués sur l’Ile Amsterdam,l’île <strong>la</strong> plus éloignée de tout continent, constituentle « bruit de fond » atmosphérique p<strong>la</strong>nétaire. Suivrel’évolution temporelle dans <strong>des</strong> endroits aussi reculéspermet d’enregistrer les tendances de <strong>la</strong> pollutionatmosphérique à l’échelle du globe.La teneur en noir de carbone y est par exemple de5ng/m 3 . Par comparaison, à Gif-sur-Yvette, elles’élève à 1μg/m 3 , près du périphérique, à 10μg/m 3 ...et 10 fois plus encore dans le métro !© P. Bazoge/<strong>CEA</strong>Station de mesures atmosphériquesimp<strong>la</strong>ntée sur l’Ile Amsterdam.© LSCE4 CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL


<strong>Sur</strong> <strong>la</strong> <strong>trace</strong> <strong>des</strong> polluants DOSSIERpolluantes qui lui sont associées. Deux techniquesd’analyse sont utilisées par le <strong>la</strong>boratoire :<strong>la</strong> spectrométrie de masse 3 et <strong>la</strong> chromatographie4 en phase liquide ou gazeuse.Autre information importante pour Airparif :l’origine géographique <strong>des</strong> particules. Pour ce<strong>la</strong>,un lidar 5 a été développé spécifiquement pourles étu<strong>des</strong> de qualité de l’air. Ce type de détecteur,qui agit en temps réel, procède par mesureoptique, en analysant les propriétés d’unelumière renvoyée vers son émetteur. « Avec unlidar, on accède non seulement à <strong>la</strong> concentrationen particules fines, mais également à l’évolution decette concentration avec l’altitude, ce qui permet demesurer leur flux », explique Patrick Chazette, àl’origine de ce développement.Cette technique de détection a donné lieu à untransfert de technologie vers l’entreprise Léosphèreen 2004.Au cours <strong>des</strong> épiso<strong>des</strong> de pics de pollution sur<strong>la</strong> région Ile-de-France, les chercheurs peuventdonc, non seulement confirmer les résultats globauxobtenus par Airparif, mais encore communiquer<strong>la</strong> nature exacte et l’origine géographiquede <strong>la</strong> source de pollution.1/ Airparif est l’association chargée de <strong>la</strong> surveil<strong>la</strong>nce de<strong>la</strong> qualité de l’air en Ile-de-France.2/ Laboratoire <strong>des</strong> sciences du climat et de l’environnement3/ Séparation <strong>des</strong> espèces chimiques suivant leur masse,à condition qu’on puisse les ioniser.4/ Séparation <strong>des</strong> espèces chimiques suivant leur vitesse dedép<strong>la</strong>cement dans un fluide (liquide ou gaz), le long d’unephase stationnaire.5/ Acronyme de l’expression en <strong>la</strong>ngue ang<strong>la</strong>ise :light detection and ranging.6/ Pilotées par l’Observatoire de <strong>la</strong> qualité de l’air intérieur7/ Plus connu sous le nom de formol, il est utilisé pourproduire <strong>des</strong> polymères et <strong>des</strong> produits chimiques, dont<strong>des</strong> colles ou <strong>des</strong> résines, pour <strong>la</strong> fabrication d’agglomérés,de contrep<strong>la</strong>qués, de tapis...© P. Bazoge/<strong>CEA</strong>Qualité de l’air intérieur :ouvrez les fenêtres...Des mesures réalisées par le LSCE en garesouterraine du métro parisien ont démontré quel’air pouvait y être jusqu’à dix fois plus contaminéen particules qu’à l’extérieur. Ce résultat n’estpas anodin quand on sait qu’un francilien passeen moyenne deux heures par jour dans les transportsen commun.Et que dire <strong>des</strong> résultats de ces autres étu<strong>des</strong> 6qui ont démontré, au début <strong>des</strong> années 2000, quel’air de nos maisons et celui <strong>des</strong> lieux publicsétaient bien plus pollués que l’air environnant.Elles pointaient, en particulier, un polluant émergent :le formaldéhyde 7 . Émis par les colles utilisées dansl’ameublement, il se diffuse pendant de nombreusesannées. Connaître sa teneur, par exemple, dansune chambre d’enfant, peut être utile aux parents.Depuis lors, Thu-Hoa Tran-Thi, chimiste au seindu Laboratoire Francis Perrin à l’Institut rayonnementmatière de Sac<strong>la</strong>y (Iramis), a développé un détecteurpeu coûteux et simple à utiliser, <strong>des</strong>tiné à l’usage dugrand public. À première vue, le capteur ressembleà un morceau de verre. Il nécessite pourtantune quantité incroyable de compétences : synthèse dematériaux hybri<strong>des</strong> organique-inorganiques, chimieorganique, photo-chimie, photo-physique et optique...« Car <strong>la</strong> détection du polluant s’accompagne d’unchangement de couleur », explique Thu-Hoa Tran-Thi,« pour permettre une mesure à l’œil nu, pratique etpeu coûteuse pour “ monsieur tout le monde ” ».La couleur du capteurcorrespond à <strong>la</strong> concentrationdu polluant.© LAURENT MUGHERLI / <strong>CEA</strong>Ce travail a débouché sur <strong>la</strong> création de <strong>la</strong> start-upEthera, dont Thu-Hoa Tran-Thi est cofondatrice etconseillère scientifique. Le capteur commercialisédétermine <strong>la</strong> concentration en formaldéhyde enune journée, voire en quinze minutes si on lui adjointune pompe (le système concurrent demande plusieursjours !). Ethera a également développé un systèmequi permet de retrouver les sources principales del’émission (meuble, mur, moquette...).Un kit d’analyse de l’air intérieur, peu coûteuxet facile d’utilisation, sera bientôt mis en vente.<strong>Sur</strong> le même principe, l’équipe a développé un autrecapteur, dédié à <strong>la</strong> mesure de <strong>la</strong> trichloramine,à l’origine de crises d’asthme. <strong>Sur</strong>tout présentedans les piscines, elle est formée par <strong>la</strong> réactiondu chlore avec les composés azotés (sueur, salive...).« Depuis peu, nous travaillons sur le chloroforme,qui est cancérigène et qui est présent aussi dansles piscines et, surtout, dans les hôpitaux ».Des étu<strong>des</strong> de toxicologie ont été <strong>la</strong>ncées parles pouvoirs publics qui pourraient conduire à réviser<strong>la</strong> réglementation sur ces composés.Enfants et bébés protégés contre le formaldéhydeDepuis janvier 2012, tous les établissements d’accueil d’enfants de moins de six ans sont dans l’obligation demesurer le taux de formaldéhyde dans leurs locaux. Un niveau d’alerte est défini à partir de 30 µg/m 3 . À partirde 50 µg/m 3 , on ferme l’établissement, jusqu’à rétablissement d’un niveau acceptable d’exposition.© Didier Touzeau / <strong>CEA</strong>CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL5


dossier <strong>Sur</strong> <strong>la</strong> <strong>trace</strong> <strong>des</strong> polluantsUne Seine plus saineLa moitié <strong>des</strong> cours d’eaufrançais seraient polluéspar <strong>des</strong> substancesde natures très diverses.Des équipes du <strong>CEA</strong>Sac<strong>la</strong>y développent donc<strong>des</strong> techniques d’analysespécifiques pour comprendrel’origine de leur présenceet leurs mo<strong>des</strong> de transfertdans l’environnement.Métaux lourds, hydrocarbures, produitsphytosanitaires, résidus de produitschimiques industriels et de médicaments,radioéléments : <strong>la</strong> qualité de l’eau <strong>des</strong>fleuves et rivières européens est médiocre. Unedirective cadre européenne sur l’eau datantd’octobre 2000 stipule qu’en 2015, toutes lesrivières européennes devront avoir retrouvé un« bon état écologique et chimique ». Dans deuxans, <strong>la</strong> France sera tenue de rendre <strong>des</strong> comptessur son action en <strong>la</strong> matière.Une partie importante de <strong>la</strong> pollution est rejetéedans les eaux de surface lors de leur traversée<strong>des</strong> zones urbaines. Comment <strong>la</strong> pollutionPréparationd’échantillonspour leur analyseen spectrométriede masse.© Didier Touzeau / <strong>CEA</strong>d’une ville contamine-t-elle une rivière ? Commentcette pollution est-elle charriée jusquedans l’océan ?Détecter les métaux lourds« Pour répondre à cette question, il faut analyserl’eau elle-même, mais aussi les sédiments qu’elletransporte », explique Sophie Ayrault, chercheuseau LSCE. Depuis 1995, cette radiochimisteet ses collègues se sont spécialisés dans <strong>la</strong>recherche de <strong>trace</strong>s métalliques par activationneutronique 1 . La technique permet de révéler<strong>la</strong> présence de substances non soupçonnées.« C’est ainsi que nous avons mis en évidencel’émergence d’un nouveau contaminant dans<strong>la</strong> Seine : l’antimoine, davantage présent dansl’environnement urbain depuis l’interdiction del’amiante dans les freins <strong>des</strong> véhicules à moteur ».L’activation neutronique donne accès à plusd’une trentaine <strong>des</strong> métaux rares, à <strong>des</strong> niveauxextrêmement bas. La spectrométrie de massevient en renfort pour mesurer les espèces quilui sont inaccessibles, comme le cadmium, leplomb et pour analyser l’eau.Chronométrer le transport<strong>des</strong> polluants organiquesDans les rivières, on retrouve également <strong>des</strong> élémentsradioactifs, qu’ils soient d’origine naturelleou qu’ils résultent <strong>des</strong> essais nucléaires <strong>des</strong>années 1960, de l’accident de Tchernobyl ou<strong>des</strong> activités hospitalières. Les chercheurs lesutilisent comme <strong>trace</strong>urs pour pister d’autrespolluants. « Présents dans le même sédiment, unélément radioactif et une molécule organique, parexemple, empruntent, en quelque sorte, le mêmevéhicule », explique Olivier Evrard. « Commenous connaissons <strong>la</strong> période (ou demi-vie) de« Nous avons mis en évidencel’émergence d’un nouveaucontaminant dans <strong>la</strong> Seine :l’antimoine. »6 CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL


<strong>Sur</strong> <strong>la</strong> <strong>trace</strong> <strong>des</strong> polluants DOSSIERl’élément radioactif, nous pouvons remonter à<strong>la</strong> source géographique du polluant organique etmesurer à quelle vitesse il se dép<strong>la</strong>ce ». L’étude dutransfert de ces molécules organiques dans lesrivières est utilisée par exemple pour traquerles hydrocarbures aromatiques polycycliques(HAP) omniprésents sur l’ensemble du BassinSeine-Normandie. Couplées aux techniquesles plus sophistiquées de l’analyse chimique,les mesures de radioactivité sont les seulesqui permettent, à l’heure actuelle, d’évaluer <strong>la</strong>rémanence de ces contaminants.Identifier ce que rejettentles hôpitauxLes résidus médicamenteux sont une autresource de pollution de nos cours d’eau. Et <strong>la</strong>plupart <strong>des</strong> stations d’épuration ne sont pas enmesure de les traiter. Un dixième <strong>des</strong> résidusDes antibiotiquestrès résistantsDes chercheurs 4 ont trouvé récemment<strong>des</strong> <strong>trace</strong>s d’antibiotiques d’originevétérinaire dans <strong>des</strong> sédiments.Inimaginable : leurs analyses prouventqu’ils y ont été déposés 60 ansauparavant. Jusque-là, il était admisque <strong>la</strong> durée de vie d’un antibiotiquedans l’environnement n’excédait pasquelques mois.médicamenteux retrouvés dans les eaux de surfacefrançaises provient <strong>des</strong> établissements hospitaliers.D’où le <strong>la</strong>ncement, en janvier dernier,du projet SEVH 2 , qui vise à analyser <strong>la</strong> composition<strong>des</strong> rejets <strong>des</strong> hôpitaux. Financé pour moitiépar l’État, pour moitié par un consortium dePME 3 , ce programme de trois ans débouchera sur<strong>la</strong> création d’une station prototype qui analyserales effluents de l’hôpital d’Evry. La start-up Profilomicest une nouvelle fois de <strong>la</strong> partie. « Nousapportons à ce projet notre expertise de l’analysemétabolomique », précise Bruno Corman, sondirecteur. Des systèmes d’alerte de toxicité, baséssur <strong>des</strong> tests biologiques ou cellu<strong>la</strong>ires, serontmis en p<strong>la</strong>ce à <strong>la</strong> sortie <strong>des</strong> effluents. Chaquealerte déclenchera une analyse systématiquede l’eau incriminée qui permettra d’identifier<strong>la</strong> molécule à l’origine de l’alerte.1/ Technique qui consiste à créer une radioactivitéartificielle au sein d’un échantillon, par irradiationde neutrons, puis à analyser le rayonnement dedésintégration.2/ Station de surveil<strong>la</strong>nce <strong>des</strong> eaux hospitalières.3/ WatchFrog, Toxem, Alyxan et Profilomic.4/ Une col<strong>la</strong>boration du LSCE avec l’équipe Sisyphede l’Université Pierre et Marie Curie.5/ Laboratoire interdisciplinaire sur l’organisationnanométrique et supramolécu<strong>la</strong>ire de l’IramisUn dosage rapidedu TiO 2 dans l’eauLes activités humaines peuvent conduire au rejetde nanoparticules dans l’environnement, parexemple de dioxyde de titane (TiO 2 ). Pour connaîtreleur devenir et leur éventuel impact écologique,un suivi est nécessaire qui demande <strong>des</strong> métho<strong>des</strong>de mesure spécifiques et d’une sensibilité extrême.On peut désormais mesurer <strong>des</strong> <strong>trace</strong>s de particulesde TiO 2 directement dans l’eau, grâce à un procédéinnovant breveté par Valérie Geertsen, de l’Iramis.« Doser le TiO 2 , qui est insoluble dans l’eau, esttrès compliqué », précise-t-elle, « <strong>la</strong> difficultéest de mesurer une quantité représentativede <strong>la</strong> concentration réellement présente dansl’échantillon ». Une méthode alternative existe,mais elle est très complexe et nécessite denombreuses étapes : une seule analyse peut prendreplusieurs jours. Comparées sur <strong>des</strong> prélèvementsd’eaux de <strong>la</strong> Seine, les deux techniques ont montré<strong>des</strong> résultats identiques à 3 % près !« Doser directement le TiO 2 dans le prélèvementnous permet de gagner un temps précieux »,ajoute Olivier Spal<strong>la</strong>, son collègue du Lions 5 ,« en particulier pour les étu<strong>des</strong> d’éco-toxicologieque nous réalisons en col<strong>la</strong>boration avecnos collègues biologistes de l’iBiTec-S ». Depuis2005, cette équipe pluridisciplinaire s’intéresseaux effets de <strong>la</strong> présence de nanoparticules dans leseaux de Seine. Elle projette d’étudier prochainementleur impact sur de petites chaînes alimentaires.Un spectromètre gamma détermine <strong>la</strong> nature et<strong>la</strong> concentration <strong>des</strong> radioéléments contenus dansun échantillon. Le détecteur, « caché » par une doubleprotection de cuivre ultra-pur et de plomb quile protège de <strong>la</strong> radioactivité naturelle ambiante pour<strong>des</strong> mesures précises de très faibles radioactivités.© Didier Touzeau / <strong>CEA</strong>Nanoparticules de dioxyde de titane en eau de Seine,au microscope électronique en transmission. Les particulesde quelques dizaines de nanomètres s’assemblent enagrégats de quelques centaines de nanomètres, ce qui renddifficile <strong>la</strong> mesure quantitative : <strong>la</strong> technique développéeau Lions gère efficacement cette difficulté.© <strong>CEA</strong>CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL7


dossier <strong>Sur</strong> <strong>la</strong> <strong>trace</strong> <strong>des</strong> polluantsVue d’ensemble du systèmeMicroLIBS développéau Département de physico-chimiedu <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>y© P.Stroppa / <strong>CEA</strong>DIM AnalyticsLe DPC est l’un <strong>des</strong> membres fondateurs, avecl’ESPCI ParisTech (Ecole supérieure de physiqueet de chimie industrielles de <strong>la</strong> ville de Paris),d’un domaine d’intérêt majeur de l’Ile-de-France :Analytics. Créé en 2012, il regroupe une cinquantainede <strong>la</strong>boratoires de <strong>la</strong> région, liés à l’analyse.Tous les ans, <strong>la</strong> région finance ainsi <strong>des</strong> boursesde thèse ou de post-doc ainsi que l’achat de petitset moyens équipements, sur appel à projets.L’objectif est de financer <strong>des</strong> projets innovants dansle domaine de l’analyse, au sein de col<strong>la</strong>borationsinter-académiques.L’analyse chimiquese met au vertDétecter les polluants, certes, mais quid si les métho<strong>des</strong>de détection génèrent elles-mêmes <strong>des</strong> déchets ?À Sac<strong>la</strong>y, les équipes du Département de physico-chimiede <strong>la</strong> Direction de l’énergie nucléaire mettent au pointde nouvelles techniques d’analyse qui limitent le recoursà <strong>des</strong> produits chimiques nocifs, réduisant ainsi les volumesde déchets tout en minimisant l’exposition <strong>des</strong> travailleurs.Tout industriel a recours à l’analyse pourvérifier <strong>la</strong> conformité de ses procédéset <strong>la</strong> qualité de sa production. Cettephase incontournable produit toutefois sespropres déchets. L’analyse tend donc vers uneminimisation de son impact sur l’environnement.Ainsi, au <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>y, le Département deP<strong>la</strong>sma induit par <strong>la</strong>sersur une surface <strong>des</strong>odium liquide pourétudier sa pureté.© P. Stroppa / <strong>CEA</strong>physico-chimie (DPC) développe de nouvellestechniques d’analyse, plus « vertes », pour sespartenaires industriels du nucléaire : Areva,EDF, Andra. « Au DPC, tout un service est dédiéaux développements analytiques », explique FrédéricChartier, chef du projet Sciences Analytiques.Les besoins analytiques se retrouvent surl’ensemble du cycle du combustible, depuis l’optimisationde l’extraction de l’uranium, l’instrumentationdans les réacteurs, le retraitement,jusqu’à l’entreposage et le stockage <strong>des</strong> déchets.Des techniques alternatives,à base de <strong>la</strong>serLa tendance est de mettre l’analyse au plus prèsdu besoin avec pour conséquences le développementde processus in situ, voire en ligne 1 , et <strong>la</strong>miniaturisation <strong>des</strong> capteurs. Pour les analysesen ligne, les systèmes optiques s’avèrent précieux: le <strong>la</strong>ser est un outil qui apporte l’avantagede pouvoir travailler à distance, ce qui estpréférable en présence de radioactivité ou enenvironnement hostile. « Pour les échantillonssoli<strong>des</strong>, nous utilisons plus particulièrement <strong>la</strong>LIBS 2 ». Cette technique repose sur l’analyse de<strong>la</strong> lumière émise par le p<strong>la</strong>sma créé sous l’actiond’un puissant faisceau <strong>la</strong>ser. Elle permet dedoser précisément <strong>la</strong> composition chimique de<strong>la</strong> surface du milieu qui a été vaporisé, avec unesensibilité pouvant atteindre le μg/g.Pour l’analyse <strong>des</strong> gaz, les ingénieurs du DPCadaptent aux besoins du nucléaire une autretechnique à base de <strong>la</strong>ser : <strong>la</strong> CRDS 3 . Celle-ci,qui repose sur l’absorption de <strong>la</strong> lumière parles molécules gazeuses, est extrêmement sensible.Des analyses en temps réel sont menéessur de très faibles <strong>trace</strong>s de molécules gazeuses(une molécule parmi un milliard d’autres). Trèscompacte, <strong>la</strong> technique peut être utilisée in situ.Parmi les applications en cours de développement,on peut citer <strong>la</strong> détection <strong>des</strong> gaz raresdans les réacteurs du futur ou de l’acide chlorhydriquedans le stockage <strong>des</strong> déchets.Enfin, pour l’analyse d’échantillons liqui<strong>des</strong>, lesingénieurs du DPC adaptent, pour le nucléaire,<strong>des</strong> microsystèmes d’analyse initialement développésdans le domaine de <strong>la</strong> santé. Ceux-ci permettentde réaliser <strong>des</strong> analyses isotopiques degrande précision sur <strong>des</strong> volumes de quelquesmicrolitres.1/ Où l’analyseur est couplé directement à <strong>la</strong> ligne deproduction.2/ Acronyme de l’expression en <strong>la</strong>ngue ang<strong>la</strong>ise :<strong>la</strong>ser induced breakdown spectroscopy.3/ Acronyme de l’expression en <strong>la</strong>ngue ang<strong>la</strong>ise :cavity ring down spectroscopy8 CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL


Des résultats consultables par tous environnement<strong>Sur</strong>veil<strong>la</strong>nce de l’environnement :Des résultatsconsultables par tousChaque année, le <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>y dresse un « Bi<strong>la</strong>nenvironnemental » de son activité qui vous estremis avec ce journal. Jacques Machetto, etStéphane Scapo<strong>la</strong>n, en charge de cette surveil<strong>la</strong>nceenvironnementale au sein du Service de protectioncontre les rayonnements, nous expliquent leur activité.Que signifie « surveiller »l’environnement d’un centre commele <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>y ?Jacques Machetto : La surveil<strong>la</strong>nce de l’environnementest une activité très encadrée. Chacunede nos instal<strong>la</strong>tions 1 est soumise à un strictrégime d’autorisations et de contrôles. Mois parmois, nous communiquons nos résultats auxautorités 2 . Les résultats radiologiques alimententune base de données consultable par tous :le Réseau national de mesures de radioactivitédans l’environnement (RNM) 3 , géré par l’Institutde radioprotection et de sûreté nucléaire(IRSN) et l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN).Comment effectuez-vous cettesurveil<strong>la</strong>nce ?Jacques Machetto : Les réseaux d’eau du centresont analysés en continu dans nos stations <strong>des</strong>urveil<strong>la</strong>nce. Le principal réseau surveillé estle réseau <strong>des</strong> effluents industriels 4 . Un secondPrélèvement d’eau del’Etang Vieux.© Didier Touzeau / <strong>CEA</strong>niveau de contrôle, en sortie de centre, permetde nous assurer que nous nous maintenons sousles seuils d’autorisation de rejets dans l’environnement.Les rejets gazeux <strong>des</strong> instal<strong>la</strong>tions sontfiltrés, prélevés et mesurés en temps réel. Autourdu centre, <strong>des</strong> stations prélèvent <strong>des</strong> poussièreset analysent <strong>la</strong> composition radiologique de l’air.Stéphane Scapo<strong>la</strong>n : Chaque année, près de10 000 échantillons sont analysés dans unrayon de 11 km afin d’évaluer l’impact de nosactivités : herbe, <strong>la</strong>it, légumes, fruits, eaux souterraineset de surface, poussières, air, sols,poissons...Comment garantir <strong>la</strong> fiabilité de vosrésultats ?Jacques Machetto : En matière de surveil<strong>la</strong>ncede l’environnement, le suivi doit être quotidienavec un niveau élevé d’auto-contrôle. Tout l’artconsiste à assurer une veille en routine tout enrestant en permanence vigi<strong>la</strong>nt. Une partie denos activités consiste à assurer l’exactitude denos mesures. Les appareils doivent être parfaitementétalonnés ; chaque geste suit une procédureprécise, de sorte que tous les paramètressoient comparables. Un exemple : les conditionsdans lesquelles se fait un prélèvement, <strong>la</strong> duréedu transport et le conditionnement peuventmodifier les résultats. Ces conditionnementssont donc normés et les conditions scrupuleusementnotées : jour, heure et minute, température,hygrométrie, conditions météo...Stéphane Scapo<strong>la</strong>n : Pour assurer <strong>la</strong> fiabilitéde nos résultats, nous participons, avec d’autres<strong>la</strong>boratoires d’analyses, à <strong>des</strong> circuits d’intercomparaisonsnationaux et internationaux.Chaque <strong>la</strong>boratoire participant reçoit, de <strong>la</strong> partde l’organisateur, <strong>des</strong> échantillons à analyser.Mesures de paramètres physico-chimiquesde l’eau, sur le p<strong>la</strong>teau de Sac<strong>la</strong>y, au pointde déversement <strong>des</strong> eaux de l’aqueduc <strong>des</strong>Mineurs dans l’Etang Vieux.© Didier Touzeau / <strong>CEA</strong>Charge à lui de déterminer de quel radionucléideil s’agit, et de le mesurer. L’organisateurconfronte ensuite ces résultats aux valeurs deréférence. De bons résultats permettent l’obtentiond’un agrément indispensable pour avoirl’autorisation de réaliser les analyses réglementaires(34 agréments ASN au total à ce jour auSPR). Nous sommes par ailleurs accrédités parle Comité français d’accréditation (COFRAC).Propos recueillis parAnnemarie Gendre-Peter1/ Instal<strong>la</strong>tions nucléaires de base (INB) et Instal<strong>la</strong>tionsc<strong>la</strong>ssées pour <strong>la</strong> protection de l’environnement (ICPE).2/ L’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) et l’Unitéterritoriale de <strong>la</strong> direction régionale interdépartementalede l’environnement et de l’énergie (UT DRIEE, Préfecture).3/ www.mesure-radioactivite.fr4/ Ce réseau n’accueille pas les effluents radioactifs,qui font l’objet d’un traitement et d’un conditionnementspécifiques ; il est malgré tout contrôlé pour s’assurerde l’absence de contamination.CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL9


RECHERCHE Regards sur l’UniversRegards surl’UniversNaissance d’étoiles dans <strong>la</strong> constel<strong>la</strong>tionde Vulpecu<strong>la</strong>. Avec ses 2560 détecteursinfra-rouge (IR), fabriqués d’un seul tenant,<strong>la</strong> caméra PACS capte les longueurs d’ondede 70-100 µm et 160 µm. Sa sensibilité esttelle qu’elle équivaut à voir <strong>la</strong> lumière d’uneampoule de 100 W éloignée de 300 000 km !ARTEMIS, qui équipera le télescope APEX,installé sur le p<strong>la</strong>teau chilien, utilisera<strong>la</strong> même technologie, pour capter les IR de350-450 µm, avec une résolution 3 à 4 foissupérieure, donnant accès à <strong>des</strong> régions pluslointaines et à <strong>des</strong> ga<strong>la</strong>xies moins lumineuses.© ESA/Hi-GAL ConsortiumTels <strong>des</strong> « yeux » immenses braqués sur le ciel, qui « voient »ce qui nous est invisible, <strong>des</strong> télescopes, sur Terre ou enorbite dans l’espace, aident les chercheurs de l’Irfu à mieuxcomprendre l’Univers... et son histoire.Herschel, c’est fini... L’observatoirespatial a achevé sa mission fin mai,quatre ans après son <strong>la</strong>ncement : plusde 25 000 heures de données pour 600 programmesd’observation et près de 700 publicationsscientifiques...Structure interstel<strong>la</strong>ire et ga<strong>la</strong>xieslointainesHerschel avait un double objectif : permettrede mieux comprendre <strong>la</strong> structure <strong>des</strong> nuagesinterstel<strong>la</strong>ires et dresser une cartographiefine de <strong>la</strong> voûte céleste pour identifier de nouvellesga<strong>la</strong>xies lointaines, donc anciennes, plusproches du moment où s’est formé l’Univers.Constitués de gaz et de poussière fine, opaquesà <strong>la</strong> lumière visible et très froids (-260°C), cesnuages interstel<strong>la</strong>ires ne sont vraiment visiblesque dans l’infra-rouge, <strong>la</strong> lumière qu’ils rayonnentà cette température. Pour capter ces rayonsinvisibles à l’œil humain et brouillés par l’atmosphèreterrestre, il faut <strong>des</strong> instruments spécifiques,si possible installés dans l’espace.Herschel a donc été équipé d’un miroir de3,50 m de diamètre, le plus grand de l’histoirede l’astronomie spatiale, d’un spectrographeinfra-rouge, HIFI, pour analyser <strong>la</strong> composition<strong>des</strong> nuages interstel<strong>la</strong>ires, et de deux camérasinfra-rouge SPIRE et PACS, pour étudier leurstructure physique. Le <strong>CEA</strong> a conçu et réaliséPACS, et participé à l’électronique de SPIRE.« La qualité inégalée <strong>des</strong> images d’Herschel aconfirmé <strong>la</strong> structure en fi<strong>la</strong>ments <strong>des</strong> nuagesinterstel<strong>la</strong>ires où se forment les étoiles », expliquePhilippe André, du service d’astrophysique (SAP)de l’Irfu 1 , à Sac<strong>la</strong>y. « Ces fi<strong>la</strong>ments, de longueurvariable et de <strong>la</strong>rgeur assez constante, malgréquelques irrégu<strong>la</strong>rités, forment un réseau continuau sein du nuage ». Les étoiles se forment au seinde ces nuages par effondrement gravitationnel de<strong>la</strong> matière sur elle-même. « Herschel nous montreque les étoiles naissent le long de ces fi<strong>la</strong>ments dèsque <strong>la</strong> matière y dépasse une densité critique, etque les régions qui s’effondrent et se fragmentent enproto-étoiles correspondent à ces irrégu<strong>la</strong>rités, plusdenses, le long <strong>des</strong> fi<strong>la</strong>ments interstel<strong>la</strong>ires ». Lesobservations d’Herschel <strong>des</strong> ga<strong>la</strong>xies lointainesconcordent avec ce processus de formation <strong>des</strong>étoiles, qui semble donc universel.Matière noire et énergie sombreTout comme <strong>la</strong> formation <strong>des</strong> étoiles, les composantesde l’Univers restent une énigme. « Lamatière ordinaire ne représente qu’un vingtièmede l’Univers, formé pour un quart de matièreinvisible, <strong>la</strong> matière noire, et pour tout le reste...d’énergie sombre », explique Martin Kilbinger,du SAP. « Nous ignorons encore de quoi est constituéecette matière noire, et encore plus ce qu’estl’énergie sombre ».La participation de l’Irfu au grand relevédu ciel CFHTLS 2 , réalisé avec le télescopeCanada-France-Hawaï (CFHT) installé àHawaï, avait pour but de mieux définir lestaux de matière noire et d’énergie sombredans l’Univers. La caméra géante, MegaCam,qui l’équipe a été construite par le <strong>CEA</strong> en2003. Avec 375 millions de pixels, elle restel’une <strong>des</strong> caméras les plus gran<strong>des</strong> et les plusprécises au monde. Elle a permis d’obtenir unrelevé détaillé <strong>des</strong> déformations <strong>des</strong> ga<strong>la</strong>xieslointaines d’une petite portion de l’Univers(environ 1/200). Ce relevé, le plus grandjamais réalisé, a demandé cinq ans d’observationset porte sur plus de quatre millions dega<strong>la</strong>xies lointaines... !10 CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL


Regards sur l’Univers RECHERCHEPhase de métallisation de miroirspour CTA, à <strong>la</strong> PME Kerdry de Lannion.La surface réfléchissante est optimiséeen superposant <strong>des</strong> couches mincesde quartz sur une couche d’aluminium.Outre les miroirs, l’Irfu fournira, pourles télescopes moyens, les pucesélectroniques (2 000 par caméra),capables d’enregistrer l’arrivéed’un photon unique avec une précisiontemporelle de 4-5 ns !© P. Dumas / <strong>CEA</strong>« Ces mesures ont permis de préciser les tauxde matière noire et d’énergie noire ». Car, si<strong>la</strong> matière exerce une force de gravité quidéforme très faiblement le trajet de <strong>la</strong> lumièreémise par les ga<strong>la</strong>xies les plus lointaines, cettedéformation infime constitue, à l’inverse, unbon indicateur statistique de <strong>la</strong> localisation etde <strong>la</strong> quantité de matière côtoyée par le rayon.Comme <strong>la</strong> matière visible (étoiles, ga<strong>la</strong>xies...) nesuffit pas à expliquer seule cette déformation,on en déduit <strong>la</strong> quantité de matière noire. C’est<strong>la</strong> technique de <strong>la</strong> lentille gravitationnelle...« De plus, les rayons émis par ces ga<strong>la</strong>xies lointainesrestent parallèles entre eux, ce qui montreque l’Univers est p<strong>la</strong>t, conformément aux hypothèsesd’Einstein ». Prochaine étape, <strong>la</strong> missionspatiale Euclid devrait cette fois faire le relevé<strong>des</strong> ga<strong>la</strong>xies sur un tiers de l’Univers.Traquer les rayons cosmiquesAu centre de HESS 3 , le réseau européen dequatre télescopes de 12 m de diamètre en Namibie,un cinquième téléscope avec un miroir de28 m de diamètre a été récemment installé, baptiséHESS2. L’ensemble a pour but de détecter<strong>des</strong> rayons gamma cosmiques.« Herschel nous montre que les étoilesnaissent le long <strong>des</strong> fi<strong>la</strong>ments <strong>des</strong> nuagesinterstel<strong>la</strong>ires dès que <strong>la</strong> matière ydépasse une densité critique. »« Ces rayons de très haute énergie proviennent detrous noirs, de supernovae, de vestiges d’étoiles...et aussi de <strong>la</strong> matière noire », explique EmmanuelMoulin, chercheur en physique <strong>des</strong> particules àl’Irfu. Car deux particules de matière noire quise rencontrent et s’annihilent produisent une« signature » spectrale particulière dont HESS2va permettre de mieux étudier ceux formés auxplus faibles énergies.Le téléscope CFHT, qui apermis d’obtenir un relevédétaillé du 1/200 de l’Univers.Dès 2020, le satelliteEuclid prendra le re<strong>la</strong>i,avec pour mission d’encartographier 1/3 (3 à10 milliards de ga<strong>la</strong>xies !).Piloté par l’ESA, le projetréunit 1 200 chercheursde 100 <strong>la</strong>boratoires.L’Irfu contribue de façonimportante à <strong>la</strong> construction<strong>des</strong> instruments scientifiquesde <strong>la</strong> mission.© CFHT« Quand tous ces rayons entrent dans l’atmosphère,leur interaction y produit un électron etun positron si rapi<strong>des</strong> qu’ils créent, à leur tour,un rayonnement, dit Cherenkov, de photons debasse énergie ». C’est cette lumière, détectée parles télescopes, qui fournit <strong>des</strong> informations surles rayons gamma initiaux.Équipés de caméras dont le <strong>CEA</strong> a fourni lescartes électroniques, ces télescopes enregistrentles mêmes évènements, en stéréophonie.HESS2 permet de gagner en sensibilité etd’é<strong>la</strong>rgir <strong>la</strong> détection vers les basses énergies,donnant accès à <strong>des</strong> sources plus lointaines oupeu accessibles comme les pulsars.L’avenir, c’est le nouvel observatoire CTA 4 .Basé sur le même principe, il sera réparti surdeux sites, dans l’hémisphère sud, puis le nord.Le site sud comprendra quatre télescopes de23 m, entourés de dizaines de télescopes de6 m et 12 m de diamètre, une centaine en tout,fonctionnant en réseau, très automatisé etcouvrant une gamme d’énergie très <strong>la</strong>rge. Ceprojet titanesque, regroupant un millier de chercheurs,dont ceux de HESS2, et 27 pays, coûtera200 millions d’euros pour le site sud. Début deconstruction en 2016 pour un déploiement completvers 2020.Charlotte Samson1/ Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers.2/ Acronyme de l’expression en <strong>la</strong>ngue ang<strong>la</strong>ise : Canada-France-Hawaï telescope legacy survey3/ Acronyme de l’expression en <strong>la</strong>ngue ang<strong>la</strong>ise : high energy stereoscopic system.4/ Acronyme de l’expression en <strong>la</strong>ngue ang<strong>la</strong>ise : Cherenkov telescope arrayCENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL 11


NEUROSCIENCES La conscience <strong>des</strong> bébésÀ partir de quel âge les bébéssont-ils conscients ?À 5 mois, ils le sont déjà,répondent <strong>des</strong> scientifiquesdans <strong>la</strong> prestigieuse revueNature. Ghis<strong>la</strong>ine Lambertz-Dehaene et Stanis<strong>la</strong>sDehaene, deux chercheursde NeuroSpin, ont participé àcette passionnante étude.La conscience<strong>des</strong> bébésToute activité du cerveau produit <strong>des</strong>signaux électriques détectables. Unetechnique, l’électroencéphalographie(EEG) permet d’enregistrer et d’analyser cesinformations.Des recherches récentes ont ainsi montré que lecerveau de l’adulte répond à <strong>la</strong> perception d’unOutre l’électroencéphalographie,une autre technique est utilisée àNeurospin pour étudier le fonctionnementdu cerveau : l’imagerie par résonancemagnétique de diffusion. Ici, unecartographie de ses « autoroutes del’information », de grands faisceauxde fibres qui permettentaux neurones de différentesrégions cérébralesde communiquer.© J-F Mangin, V. El Kouby,M. Perrin, Y. Cointepas,C. Poupon.évènement extérieur en deux étapes. Pendantles premières 200 à 300 millisecon<strong>des</strong>, le traitementperceptif est totalement non-conscientet s’accompagne d’une activité neuronale quiaugmente de façon linéaire. L’amplitude croîtde manière constante en fonction de <strong>la</strong> duréede présentation <strong>des</strong> objets. Après 300 ms débuteune seconde étape et cette fois <strong>la</strong> réponse estnon-linéaire.Or pour qu’une perception soit consciente, <strong>la</strong>durée de présentation de l’objet doit être suffisammentlongue. C’est pourquoi les chercheursconsidèrent que <strong>la</strong> seconde étape, tardive etnon-linéaire, est un marqueur neuronal de <strong>la</strong>conscience.Qu’en est-il <strong>des</strong> bébés ?Pour mettre en évidence <strong>la</strong> capacité <strong>des</strong> bébésà percevoir consciemment, 80 nourrissons âgésde 5, 12 et 15 mois ont participé à l’étude. Desvisages leur étaient présentés plus ou moins longuement,tandis que les réponses électriques deleur cerveau étaient enregistrées.Pour tous les groupes d’âge, les chercheurs ontobservé les mêmes deux étapes qui caractérisent<strong>la</strong> conscience chez les adultes. La phase nonlinéaireet tardive confirme <strong>la</strong> présence d’une« signature neuronale de <strong>la</strong> conscience » chez lesbébés. Seule différence avec l’adulte : alors quechez ce dernier <strong>la</strong> seconde étape est enregistréeautour de 300 ms, elle est beaucoup plus tardivechez le bébé, ne s’établissant qu’après au moinsune seconde chez les plus jeunes.Être de re<strong>la</strong>tions, éveillé et conscient, le petithumain se présente déjà équipé pour investirle monde et débuter son aventure de vie. Décidément,les bébés ne cesseront pas de nousétonner !Annemarie Gendre-Peter12 CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL


Sous <strong>la</strong> coupole exactement FéLICITATIONSSous <strong>la</strong> coupoleexactementThibault Cantat, jeune chercheur à l’Iramis, a reçu le 5 juin2013 le Prix de <strong>la</strong> Fondation Louis D., un <strong>des</strong> prix scientifiquesparmi les mieux dotés. Ce Prix distingue ses travaux sur<strong>la</strong> valorisation du CO 2 . Retour sur une séance solennelleà l’Institut de France, consacrée aux actions et Grands Prixde ses Fondations.Thibault Cantat reçoit son Prix<strong>des</strong> mains de Marc Fontecave, membrede l’Institut, Académie <strong>des</strong> sciences.© Didier Plowy / Institut de FranceQuinze heures précises, roulement detambour. Lauréats, mécènes et invitésse lèvent, les Académiciens entrent sous<strong>la</strong> coupole elliptique superbement éc<strong>la</strong>irée. Lerituel servi par les huissiers à chaîne est impeccable,et l’émotion palpable. « La séance estouverte ! » Phi<strong>la</strong>nthropie, bienfaisance, ces motsqui émaillent les discours instillent une douceurrevigorante. Contre <strong>la</strong> misère du monde – ma<strong>la</strong>dies,exclusions sociales, dégradations environnementales,etc. – <strong>des</strong> hommes et <strong>des</strong> femmesde bonne volonté agissent. Lutte contre <strong>la</strong> tuberculoseen Afrique ou adductions d’eau en Inde,aide à l’orientation professionnelle en ZEP ou aulogement de personnes handicapées à Rungis...La liste <strong>des</strong> actions est longue et foisonnante. LesAcadémies sont bien « ancrées dans le monde etdans l’humain », selon les mots du président del’Institut de France, Jean-Marie Dentzer. Vientensuite <strong>la</strong> remise <strong>des</strong> huit Grands Prix.Substituer le CO 2 aux dérivéspétroliersThibault Cantat est l’un <strong>des</strong> cinq <strong>la</strong>uréats choisispar l’Académie <strong>des</strong> sciences, sur délégation <strong>des</strong>Fondations. D’un montant de 450 000 euros, lePrix lui est attribué pour encourager ses travauxinnovants sur le recyc<strong>la</strong>ge chimique du CO 2 . Sonambition est de substituer le CO 2 aux produitspétroliers comme source de carbone pour synthétiser<strong>des</strong> molécules de base utilisables dansl’industrie <strong>des</strong> p<strong>la</strong>stiques, et pour <strong>la</strong> fabricationd’engrais ou de médicaments. La molécule deCO 2 étant très stable, il faut lui apporter del’énergie pour <strong>la</strong> transformer. L’équipe de ThibaultCantat a montré que <strong>des</strong> déchets issus del’industrie <strong>des</strong> silicones peuvent remplir cettefonction. En mettant au point <strong>des</strong> catalyseursfavorisant l’activation et <strong>la</strong> réduction du CO 2 ,elle est parvenue à produire <strong>des</strong> molécules debase de l’industrie chimique, telles que <strong>des</strong>formami<strong>des</strong>, <strong>des</strong> benzimidazoles, <strong>des</strong> formamidineset <strong>des</strong> méthy<strong>la</strong>mines. « Ce Prix est pournous une chance formidable qui va nous permettred’explorer d’autres voies », s’enthousiasme ThibaultCantat. « Nous allons maintenant tenter deremp<strong>la</strong>cer les rebuts de l’industrie <strong>des</strong> silicones parde l’hydrogène qui serait produit par <strong>des</strong> éoliennesou <strong>des</strong> panneaux photovoltaïques, ou encore par<strong>des</strong> molécules extraites de <strong>la</strong> biomasse. »Comment ne pas y voir un motif d’espérance ?Unité de lieu...Un peu plus tard, <strong>la</strong> Fondation Louis D. décerneson Prix humanitaire au Réseau Cocagne, distinguantun autre projet imp<strong>la</strong>nté sur le P<strong>la</strong>teau deSac<strong>la</strong>y. Cette association offre à <strong>des</strong> personnesen gran<strong>des</strong> difficultés un parcours de réinsertionsocio-professionnelle dans <strong>des</strong> exploitationsmaraîchères biologiques. Le projet d’unsite national, le Jardin de Cocagne du Limon,prévoit <strong>la</strong> réhabilitation d’une ferme à Vauhal<strong>la</strong>net <strong>la</strong> construction sur ce site d’un bâtimentd’accueil, d’un hangar et de serres.Sous <strong>la</strong> coupole, un autre mot revient, merci.« La séance est levée ! »Sophie MartinPour en savoir plushttp://grands-prix-2013.institut-de-france.fr/thibault-cantathttp://grands-prix-2013.institut-de-france.fr/reseau-cocagneC’est au sein du Service interdisciplinaire surles systèmes molécu<strong>la</strong>ires et les matériaux que sedéroulent les activités de recherche fondamentalepour le cycle du combustible nucléaire etles énergies alternatives de l’Iramis. Ici, unemanipu<strong>la</strong>tion sur une rampe vide-argon.© C. Dupont / <strong>CEA</strong>CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL13


BRÈVESCOMMUNICATIONToute <strong>la</strong> « Matière »sur votre smartphoneCurieux de connaître, entermes accessibles, l’essentielde l’actualité <strong>des</strong> recherchesen sciences de <strong>la</strong> matièredu <strong>CEA</strong> ? Voilà une initiativequi devrait vous faciliterl’accès à l’information.DoséoNouveau partenariatLa société ELEKTA fournit <strong>des</strong> systèmes detraitement du cancer au niveau mondial.Elle vient de signer un partenariat de rechercheavec l’institut <strong>CEA</strong> LIST, dans le domaine de <strong>la</strong>radiothérapie mettant en œuvre les équipementsde <strong>la</strong> toute nouvelle p<strong>la</strong>teforme DOSEO.L’accord porte sur le développement de logicielsdédiés à <strong>la</strong> caractérisation dosimétrique complète<strong>des</strong> équipements de radiothérapie conçuspar ELEKTA. Le Laboratoire national HenriBecquerel (LNHB) y apportera son expertise de<strong>la</strong> métrologie et du contrôle qualité. L’accordcouvre également <strong>la</strong> formation de personnelsmédicaux, d’étudiants et <strong>des</strong> clients d’ELEKTA.Erratum : partenaires de DOSEOUne erreur s’est glissée dans le tableau de <strong>la</strong> page 11du n°55. Dans <strong>la</strong> case correspondant aux partenaires deDOSEO, il fal<strong>la</strong>it lire : <strong>CEA</strong>, Laboratoire national de métrologieet d’essais (LNE), Institut national du cancer (INCa),Conseil général de l’Essonne (CG91), Conseil régionald’Ile-de-France, programme FEDER (Fonds européen dedéveloppement régional), programme P<strong>la</strong>n campus ParisSac<strong>la</strong>y (Investissements d’avenir dans le cadre de l’opérationCampus du P<strong>la</strong>teau de Sac<strong>la</strong>y), Fonds unique interministériel(FUI) via <strong>la</strong> Direction générale de <strong>la</strong> compétitivité,de l’industrie et <strong>des</strong> services (DGCIS).© TLR & associésSOCIéTéOSIRIS à <strong>la</strong> rescousseNovembre 2012, le réacteur HFR, aux Pays-Bas, connaît un arrêt non p<strong>la</strong>nifié. Or c’estle principal fournisseur de radioéléments àusage médical d’Europe. Aussitôt, branlebasde combat au sein de <strong>la</strong> coordinationeuropéenne <strong>des</strong> producteurs de radio-isotopescar <strong>des</strong> patients sont en attente de diagnosticset il faut éviter à tout prix une pénurie.À <strong>la</strong> demande de l’Agence de coordinationeuropéenne <strong>des</strong> producteurs de radio-isotopes(AIPES - Association of imaging producers andequipment suppliers), <strong>la</strong> Direction de l’énergienucléaire décide un cycle supplémentaire defonctionnement du réacteur Osiris, durantle mois de mai.Ce cycle a permis une irradiation de 80 ciblesd’uranium, dont est extrait le molybdène 99,précurseur du technétium 99 m, le radioélémentle plus utilisé en diagnostic et en imageriemédicale.Au bi<strong>la</strong>n, ces cinq derniers mois, grâce àune mobilisation <strong>des</strong> équipes du <strong>CEA</strong>, plusde 300 cibles d’uranium ont été irradiées àRECHERCHELe système so<strong>la</strong>irerecèle <strong>des</strong> trésorsde finesseMoins de quatre mètres, c’est l’épaisseur del’anneau le plus dense de <strong>la</strong> p<strong>la</strong>nète Saturne.Pour mémoire, <strong>la</strong> <strong>la</strong>rgeur de cet anneau estde 25 000 kilomètres. Ce<strong>la</strong> en fait une <strong>des</strong>structures les plus fines de l’Univers. Quand onsait que son diamètre extérieur mesure environ120 000 km, c’est comme si un CD audion’était pas plus épais que... quatre millionièmesde millimètre !Une telle mesure relève de prouesses aussi bienscientifiques que techniques : c’est en effetgrâce à un modèle de diffusion de <strong>la</strong> chaleurdans l’anneau, couplé aux observationsdu spectromètre infrarouge Cirs de <strong>la</strong> sondeCassini que <strong>des</strong> chercheurs de l’Irfu ont puobtenir ce résultat.© P.Al<strong>la</strong>rd / REA / <strong>CEA</strong>Manutention d’un château de transport <strong>des</strong> cibles<strong>des</strong>tinées à <strong>la</strong> production de molybdène 99.cette fin, soit autant qu’une année courante !Près de 1,2 million d’examens médicauxsupplémentaires ont ainsi été rendus possiblesdepuis le début de l’année 2013.TECHNOLOGIER&D partenariale<strong>CEA</strong>-NanomakersNanomakers S.A. est une start-up créée en2010, issue du Département <strong>des</strong> matériauxpour le nucléaire de <strong>la</strong> Direction de l’énergienucléaire. Son ambition : devenir le premierfabricant de poudres nanométriques de carburede silicium (SiC) de haute qualité. Son objectif :répondre aux nombreux besoins en matériauxrenforcés dans les domaines de l’électronique,de l’aéronautique, de l’automobile ou dubâtiment.Nanomakers exploite les brevets du <strong>CEA</strong> re<strong>la</strong>tifsà <strong>la</strong> production en flux continu de poudresnanométriques par pyrolyse <strong>la</strong>ser, qui ont faitl’objet d’un accord de licence en 2011. Sonpremier site de production a été inauguréofficiellement à Rambouillet en novembre 2012.L’accord decol<strong>la</strong>boration deR&D entre le <strong>CEA</strong> et Pyrolyse <strong>la</strong>ser (f<strong>la</strong>mme).Nanomakers, signéà Sac<strong>la</strong>y le 20 mars2013, a pour objectifd’accompagner aumieux <strong>la</strong> start-up,de lui permettre defidéliser ses premiersclients, et de renforcerson développementtechnologique.© A. Gonin/ <strong>CEA</strong>14 CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL


1913 : il y a 100 ans, les isotopes JALON1913 : il y a 100 ans,les isotopesDécouvertes en 1913 par le Britannique Frederick Soddy,d’infimes variations <strong>des</strong> éléments chimiques, facilementdétectables, ont depuis lors considérablement fait progresser<strong>la</strong> science. Trois questions à Christine Hatté, géochimisteet Edgar Soulié 1 , physico-chimiste, chercheurs au <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>yet membres de <strong>la</strong> Société française <strong>des</strong> isotopes stables (SFIS).Que sont les isotopes ? Qu’est-ce queleur découverte a apporté à notreconnaissance de <strong>la</strong> matière ?La découverte de <strong>la</strong> radioactivité par Henri Becquerel,en 1896, bouleversa les connaissances.Les physiciens comprirent que <strong>la</strong> matière n’estpas stable et que, dans certains cas, un élémentse transforme en un autre en émettant <strong>des</strong>rayonnements.Dans les années suivantes, les scientifiquesdécouvrirent <strong>la</strong> structure de l’atome ; ils précisèrent<strong>la</strong> composition du noyau (protonset neutrons). Grâce à de nouveaux outils, ilsmirent à jour d’infimes variations, jusque-là nonmesurables, à l’intérieur d’un même élémentchimique.En 1913, le chimiste ang<strong>la</strong>is Frederick Soddydécouvrit et nomma les isotopes, mot formé àpartir de deux termes grecs : iso, même et topos,lieu. En effet, les isotopes d’un élément occupenttous <strong>la</strong> même « case » sur le tableau périodiquede Mendeleïev.Les propriétés remarquables<strong>des</strong> isotopes, radioactifs ou non,ont permis de gran<strong>des</strong> avancéesscientifiques. Comment les a-t-onutilisés ?Les isotopes d’un élément ont le même nombrede protons et d’électrons et sont presque identiques.Cependant, leurs propriétés physiques,et celles <strong>des</strong> composés chimiques dans lesquelsils sont inclus, présentent de légères différences,appelées « effets isotopiques ». Ces effetssont communs aux isotopes stables et radioactifs.En 1918, Francis William Aston publia <strong>la</strong> <strong>des</strong>criptiond’un nouvel instrument : le spectromètrede masse. Cet appareil fut à l’origine de<strong>la</strong> découverte de nombreux isotopes. Après <strong>la</strong>découverte de <strong>la</strong> radioactivité artificielle parFrédéric et Irène Joliot-Curie, en 1934, <strong>des</strong> techniquesfurent développées grâce auxquelles on1/ Edgar Soulié est l’un <strong>des</strong> membres fondateurs de <strong>la</strong>Société française <strong>des</strong> isotopes stables (SFIS)put produire de nombreux « radioéléments »nouveaux et leurs isotopes.Les propriétés remarquables <strong>des</strong> isotopes, et<strong>la</strong> possibilité de les détecter, les suivre et lesmesurer, expliquent pourquoi ils ont été et sontencore utilisés comme <strong>trace</strong>urs et marqueursdans de nombreux domaines de <strong>la</strong> recherche,de <strong>la</strong> médecine et de l’industrie.Quelques exemples d’utilisation<strong>des</strong> isotopes ?En archéologie, ils permettent <strong>la</strong> datation <strong>des</strong>cultures, informent sur les migrations (strontium)et les régimes alimentaires <strong>des</strong> popu<strong>la</strong>tions(carbone, azote, hydrogène). La variationde leurs abondances re<strong>la</strong>tives enregistrées dansles archives sédimentaires renseigne sur lesenvironnements et les climats passés (hydrogène,bore, carbone, azote, soufre...). En médecineet en agronomie, ils désignent les voiesd’assimi<strong>la</strong>tion, de (bio)synthèse et d’élimination<strong>des</strong> éléments. Ils révèlent aussi l’origine <strong>des</strong>pollutions, par exemple par le plomb, et dans lescycles biogéochimiques, ils <strong>trace</strong>nt les sources,flux et cinétique de carbone, azote, phosphore...Annemarie Gendre-PeterFrederick Soddy en 1921À lire...Variations sur un même cielÉdition : La ville brûleLa science n’exclut pas <strong>la</strong> poésie.Et l’Univers se prête particulièrementà ce double regard. Découvrez les plusincroyables modèles cosmologiques et récits de l’originede l’Univers à travers le temps et les civilisations, depuis<strong>la</strong> Bible jusqu’à Einstein, en passant par les cosmogoniesmayas, Queneau, Lemaître, Stevenson, Buffon, Cyranode Bergerac et bien d’autres encore... commentés par<strong>des</strong> auteurs contemporains, de renommée internationale.Cinquante regards croisés, littéraires, artistiques etscientifiques, qui vous emmèneront loin, très loin...Le boson et le chapeau mexicainÉdition : GallimardLes physiciens l’ont surnommée« <strong>la</strong> particule de Dieu », puisqu’elleest <strong>la</strong> clé de voûte du modèle quidécrit l’Univers. Ce boson, prédit en1964 par Robert Brout, François Englertet Peter Higgs, est l’ultime particuleélémentaire qui manquait encore àl’observation. C’est chose faite, auCERN, depuis l’été dernier. Selon ce modèle, il existeun mécanisme auquel le boson doit son existence, et quiserait à l’origine de <strong>la</strong> masse de certaines <strong>des</strong> particulesélémentaires. D’aucuns le nomment le « chapeaumexicain ». Michel Spiro et Gilles Cohen-Tannoudjireviennent sur l’extraordinaire aventure humaine quia conduit à cette découverte. Ardu mais passionnant.Les p’tits bateauxÉdition : First Editions« Pourquoi y a-t-il plus de droitiers que degauchers ? », « Est-ce qu’on peut utiliserune boussole dans l’espace ? ». Tousles dimanches à 19h30 sur France Inter,l’émission de radio « Les P’tits Bateaux »,donne <strong>la</strong> parole à <strong>des</strong> spécialistes pourrépondre à cinq questions que les enfantsse posent sur le monde qui les entoure. Des chercheursdu <strong>CEA</strong> Sac<strong>la</strong>y se prêtent régulièrement à cet exercice...périlleux. À l’occasion <strong>des</strong> 15 ans de l’émission,Noëlle Bréham et Marjorie Devoucoux ont rassemblédans un livre 100 questions et leurs réponses...directement issues de l’émission.L’énergie à découvertÉdition : CNRSDans le grand débat, parfois houleux, sur<strong>la</strong> transition énergétique, difficile de seforger une opinion objective. Biomasse,so<strong>la</strong>ire, éolien, hydraulique sont-ils<strong>des</strong> solutions alternatives suffisantes ?Quelle part leur réserver à l’avenir ? Comment stocker lesénergies intermittentes ? Comment optimiser nos usagesde l’énergie, pour limiter nos impacts environnementaux etsanitaires ? Dans ce livre, physiciens, chimistes, biologistes,géophysiciens, environnementalistes, géographes,économistes, présentent les données les plus complètes surles potentiels et les limites de chaque source d’énergie.CENTRE <strong>CEA</strong> DE SACLAY LE JOURNAL15


prochainementVotre journalse transforme et devientescalesciencewww-centre-sac<strong>la</strong>y.cea.frCentre <strong>CEA</strong> de Sac<strong>la</strong>y Le Journal / N° 56 / 3 ème trimestre 2013 / Éditeur <strong>CEA</strong> (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives)Centre de Sac<strong>la</strong>y 91191 Gif-sur-Yvette Cedex / Directeur de <strong>la</strong> publication Jacques Vayron / Rédactrice en chef Marie Vandermersch / Rédactrice en chef adjointe Aline Curtoni /Iconographie Didier Touzeau / avec <strong>la</strong> participation d’Annemarie Gendre-Peter, Sophie Martin et Charlotte Samson / Conception graphique Efil communication (www.efil.fr) /N° ISSN 1276-2776 Centre <strong>CEA</strong> de Sac<strong>la</strong>y / Droits de reproduction, textes et illustrations réservés pour tous pays / Impression Vincent (Tours), imprimeur <strong>la</strong>bellisé Imprim’vert (charte pour<strong>la</strong> réduction de l’impact environnemental, <strong>la</strong> traçabilité et le traitement <strong>des</strong> déchets) / Papier certifié PEFC / 10-31-1087 (garantie d’une gestion durable <strong>des</strong> ressources forestières).

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