RTFlash n°1161 : Nous n’avons pas encore dé couvert toutes les grandes civilisations du p assé…

Le développement de sources lumineuses non traditionnelles capables d’émettre, à la demande, exactement un photon à la fois, est l’une des principales exigences des technologies quantiques. La première démonstration d’un tel "émetteur de photons uniques" ou SPE date des années 1970. Pourtant, leur fiabilité et leur efficacité limitées ont freiné toute utilisation pratique significative.

Les sources de lumière conventionnelles, comme les ampoules à incandescence ou les LED, émettent des paquets de photons. Autrement dit, leur probabilité d’émettre un seul photon à la fois est très faible. Les sources laser peuvent émettre des flux de photons uniques, mais pas à la demande, ce qui veut dire que, parfois, aucun photon ne sera émis au moment souhaité. Le principal atout des SPE est qu’ils combinent ces deux avantages : émettre un seul photon et le faire à la demande. En d’autres termes, leur capacité à émettre des photons uniques est particulièrement élevée et ils peuvent la maintenir à un rythme ultrarapide. Ainsi, pour qu’une source lumineuse puisse être qualifiée de SPE, elle doit émettre des photons uniques dans une proportion supérieure à 50 %. Bien évidemment, plus on s’approche des 100 %, plus on obtient un SPE idéal.

Sous la direction du professeur Nicolas Grandjean, des chercheuses et chercheurs de l’EPFL ont développé des SPE "lumineux et purs" basés sur des boîtes quantiques à semi-conducteur à large bande interdite synthétisées sur des substrats bas coût de silicium. Les boîtes quantiques sont constituées de nitrure de gallium et de nitrure d’aluminium (GaN/AlN). Ces dernières se distinguent par une proportion de photons uniques émis de 95 % à des températures cryogéniques, tout en conservant une excellente résistance à des températures plus élevées, avec une proportion de 83 % à température ambiante.

Le SPE présente également des taux d’émission de photons allant jusqu’à 1 MHz tout en maintenant une proportion de photons uniques émis supérieure à 50 %. « Une telle luminosité jusqu’à la température ambiante est possible grâce aux propriétés électroniques uniques des boîtes quantiques GaN/AlN, qui préservent la part significative de photons uniques émis en raison du recouvrement spectral limité avec l’état électronique voisin », explique le doctorant Johann Stachurski, qui a étudié ces systèmes quantiques.

« Une caractéristique très intéressante des boîtes quantiques GaN/AlN est qu’elles appartiennent à la famille des semi-conducteurs de type nitrures d’éléments III. Cette famille est à l’origine de la révolution de l’éclairage à l’état solide (LED bleues et blanches) dont l’importance a été primée par le prix Nobel de physique en 2014 », précisent les chercheurs. « Aujourd’hui, c’est la deuxième famille de semi-conducteurs en termes de marché grand public juste après le silicium qui domine l’industrie microélectronique. À ce titre, les nitrures d’éléments III bénéficient d’une plate-forme technologique solide et mature, ce qui leur confère un potentiel élevé pour le développement d’applications quantiques ».

Une prochaine étape importante consistera à voir si cette plate-forme peut émettre un seul photon par impulsion laser, ce qui est une condition essentielle pour déterminer son efficacité.

« Étant donné que nos excitations électroniques ont des durées de vie à température ambiante aussi courtes que 2 à 3 milliardièmes de seconde, des flux de photons uniques de plusieurs dizaines de MHz pourraient être atteints », déclarent les auteurs. « Combinées à l’excitation laser résonante, connue pour améliorer considérablement la fraction de photons uniques émis, ces boîtes quantiques pourraient permettre la mise en œuvre de plates-formes pour la cryptographie quantique à température ambiante basée sur un véritable SPE, contrairement aux systèmes commerciaux actuels qui fonctionnent avec des sources laser atténuées ».

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

EPFL

La photoémission, interprétée en 1905 par Albert Einstein comme l'émission d'un électron par de la matière suite à l'absorption d'un quantum de lumière (le photon), a joué un rôle clé dans le développement de la mécanique quantique au début du XXe siècle. Elle est devenue aujourd’hui un outil d’analyse extrêmement puissant de la matière à l’aide de sources de rayonnement variées, depuis les lasers jusqu’aux synchrotrons, allant de l’UV aux rayons X.

Le processus de photoémission se produit sur des échelles de temps si brèves – de l'ordre du milliardième de milliardième de seconde (1 attoseconde = 10-18 s) – qu'il a, jusqu'à récemment, été inconcevable d'en observer directement la dynamique, pourtant essentielle à sa totale compréhension. En effet, c'est pendant le processus que les signatures spectroscopiques propres à chaque espèce chimique sont transférées au photoélectron, alors que celui-ci quitte l'atome, la molécule ou le matériau, tout en continuant de ressentir l'influence du cœur ionique.

C'est en 2001 que les premières sources d'impulsions de lumière cohérente de durées "attoseconde" ont vu le jour. La disponibilité de ces sources aux propriétés jusqu'alors inédites a marqué l'avènement de la spectroscopie résolue en temps à l'échelle attoseconde, échelle ultime des dynamiques se produisant dans la matière chimique, et demeurant, à ce jour, la plus courte qui puisse être résolue expérimentalement. La spectroscopie attoseconde a depuis fait ses preuves en démontrant la possibilité d'explorer les dynamiques d'une variété de processus fondamentaux, parmi lesquels la photoémission.

Dans ce cadre, une collaboration impliquant des équipes du CEA, de Sorbonne Université, de l'Université Paris-Saclay, de l'Université Lyon 1 et du CNRS a combiné une approche interférométrique attoseconde avec une méthode de détection de photoélectrons dite "d'imagerie de vitesse" afin d'accéder, pour la première fois, à la dynamique complète de photoémission en fonction de la direction d'émission. Les expériences effectuées au CEA Paris-Saclay, sur la nouvelle plate-forme ATTOLab, ont porté sur la photoémission de l'hélium à deux photons, impliquant les états intermédiaires anisotropes 1s3p et 1s4p. Les mesures du module et de la phase de l'amplitude de photoionisation ont pu être analysées et interprétées grâce à des simulations numériques et des développe ments analytiques menés à Sorbonne Université. Les dynamiques révélées, ainsi que leurs dépendances angulaires, diffèrent significativement selon le degré d'implication des états intermédiaires, illustrant la richesse des phénomènes en jeu.

Cette approche exclusivement expérimentale, permettant de "filmer" la photoémission à l'échelle atomique, est applicable à une large gamme d'espèces chimiques au repos ou participant à une réaction, promettant de révéler les secrets des corrélations et des dynamiques électroniques régissant la structure et les transformations de la matière.

Figure : film en 3D de la photoémission d’un atome d’hélium suite à l’absorption simultané d’un photon d’extrême ultraviolet (XUV) et d’un photon infrarouge (IR). L'instant t = 0 est placé au maximum du recouvrement des impulsions XUV + IR. Chaque instantané représente l'amplitude complexe du taux d'ionisation (module en coordonnées polaires, phase donnée par le code couleur). Au début et à la fin de l’interaction, l’émission d’électrons se fait préférentiellement dans la direction z de la polarisation XUV/IR. De façon remarquable, au maximum de l’interaction avec la lumière, près du temps 0, les interférences entre les voies d’ionisation impliquant les états intermédiaires 1s3p et 1s4p affectent fortement la symétrie de l’émission, qui se fait a lors majoritairement perpendiculairement à la polarisation du rayonnement.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

CNRS

Les piles à hydrogène convertissent l’hydrogène en électricité avec de la vapeur d’eau comme seul sous-produit, ce qui en fait une alternative verte attrayante pour l’énergie portable, en particulier pour les véhicules. Toutefois, leur utilisation à grande échelle a été entravée en partie par le coût de l’un de leurs principaux composants. Pour faciliter la réaction qui produit l’électricité, les piles à combustible reposent sur un catalyseur à base de platine, qui est cher et rare.

Une équipe européenne, dirigée par des chercheurs de l’Imperial College de Londres, a créé un catalyseur utilisant uniquement du fer, du carbone et de l’azote – des matériaux bon marché et facilement disponibles – et a montré qu’il pouvait être utilisé pour faire fonctionner une pile à combustible à haute puissance. Leurs résultats sont publiés dans Nature Catalysis.

Le chercheur principal, le professeur Anthony Kucernak, du département de chimie de l’Impériale, a déclaré : « Actuellement, environ 60 % du coût d’une seule pile à combustible est constitué par le platine du catalyseur. Pour faire des piles à combustible une alternative viable aux véhicules à carburant fossile, par exemple, nous devons réduire ce coût. Notre conception d’un catalyseur plus économique devrait permettre d’atteindre cet objectif et de déployer beaucoup plus de systèmes d’énergie renouvelable utilisant l’hydrogène comme combustible, ce qui réduirait les émissions de gaz à effet de serre et mettrait le monde sur la voie des émissions nettes nulles ».

L’innovation de l’équipe a consisté à produire un catalyseur où tout le fer est dispersé sous forme d’atomes uniques dans une matrice de carbone électriquement conductrice. Le fer monoatomique a des propriétés chimiques différentes de celles du fer en vrac, où tous les atomes sont regroupés, ce qui le rend plus réactif.

Grâce à ces propriétés, le fer stimule les réactions nécessaires dans la pile à combustible et constitue un bon substitut du platine. Lors de tests en laboratoire, l’équipe a montré qu’un catalyseur de fer à un seul atome avait des performances proches de celles des catalyseurs à base de platine dans un système de pile à combustible réel.

Outre la production d’un catalyseur moins cher pour les piles à combustible, la méthode mise au point par l’équipe pourrait être adaptée à d’autres catalyseurs pour d’autres processus, comme les réactions chimiques utilisant l’oxygène atmosphérique comme réactif au lieu d’oxydants chimiques coûteux, et dans le traitement des eaux usées utilisant l’air pour éliminer les contaminants nocifs.

L’équipe a collaboré avec le fabricant britannique de catalyseurs pour piles à combustible, Johnson Matthey, afin de tester le catalyseur dans des systèmes appropriés et espère mettre à l’échelle son nouveau catalyseur afin qu’il puisse être utilisé dans des piles à combustible commerciales. Dans l’intervalle, ils s’efforcent d’améliorer la stabilité du catalyseur, afin qu’il soit aussi durable et performant que le platine.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Imperial College London

Une équipe de chercheurs dans le domaine de l’énergie, dirigée par l’Université du Minnesota Twin Cities, a inventé un dispositif révolutionnaire qui convertit électroniquement un métal en un autre métal afin de l’utiliser comme catalyseur pour accélérer les réactions chimiques. Le dispositif fabriqué, appelé « condenseur catalytique », est le premier à démontrer que des matériaux alternatifs, modifiés électroniquement pour leur conférer de nouvelles propriétés, peuvent permettre un traitement chimique plus rapide et plus efficace.

L’invention ouvre la voie à de nouvelles technologies catalytiques utilisant des catalyseurs en métal non précieux pour des applications importantes telles que le stockage de l’énergie renouvelable, la fabrication de carburants renouvelables et la fabrication de matériaux durables.

Depuis un siècle, le traitement chimique repose sur l’utilisation de matériaux spécifiques pour favoriser la fabrication des produits chimiques et des matériaux que nous utilisons dans notre vie quotidienne. Nombre de ces matériaux, comme les métaux précieux que sont le ruthénium, le platine, le rhodium et le palladium, ont des propriétés électroniques de surface uniques. Ils peuvent agir à la fois comme des métaux et des oxydes métalliques, ce qui les rend essentiels pour contrôler les réactions chimiques.

Le grand public est probablement plus familier avec ce concept en raison de la recrudescence des vols de convertisseurs catalytiques sur les voitures. Les convertisseurs catalytiques sont précieux en raison du rhodium et du palladium qu’ils contiennent. En fait, le palladium peut être plus cher que l’or. Ces matériaux coûteux sont souvent rares dans le monde et sont devenus un obstacle majeur au progrès technologique.

Pour mettre au point cette méthode de réglage des propriétés catalytiques des matériaux alternatifs, les chercheurs se sont appuyés sur leurs connaissances du comportement des électrons sur les surfaces. L’équipe a testé avec succès une théorie selon laquelle l’ajout et le retrait d’électrons à un matériau pouvaient transformer l’oxyde métallique en quelque chose qui imite les propriétés d’un autre.

« Les atomes ne veulent vraiment pas changer leur nombre d’électrons, mais nous avons inventé le dispositif de condenseur catalytique qui nous permet de régler le nombre d’électrons à la surface du catalyseur », a déclaré Paul Dauenhauer, boursier MacArthur et professeur de génie chimique et de science des matériaux à l’Université du Minnesota, qui a dirigé l’équipe de recherche. « Cela ouvre une toute nouvelle possibilité de contrôler la chimie et de faire en sorte que des matériaux abondants agissent comme des matériaux précieux ».

Le dispositif de condenseur catalytique utilise une combinaison de films nanométriques pour déplacer et stabiliser les électrons à la surface du catalyseur. Cette conception présente le mécanisme unique de combiner les métaux et les oxydes métalliques avec le graphène pour permettre un flux d’électrons rapide avec des surfaces qui sont accordables pour la chimie.

La conception du condensateur catalytique a une large utilité en tant que dispositif de plate-forme pour une gamme d’applications de fabrication. Cette polyvalence découle de sa fabrication à l’échelle nanométrique, qui intègre le graphène comme composant de la couche de surface active. La capacité du dispositif à stabiliser les électrons (ou l’absence d’électrons appelés "trous") est réglable en faisant varier la composition d’une couche interne fortement isolante. La couche active du dispositif peut également incorporer n’importe quel matériau catalytique de base avec des additifs supplémentaires, qui peuvent ensuite être réglés pour obtenir les propriétés de matériaux catalytiques coûteux.

L’équipe prévoit de poursuivre ses recherches sur les condenseurs catalytiques en les appliquant aux métaux précieux pour certains des problèmes de durabilité et d’environnement les plus importants. Avec le soutien financier du ministère américain de l’énergie et de la National Science Foundation, plusieurs projets parallèles sont déjà en cours pour stocker l’électricité renouvelable sous forme d’ammoniac, fabriquer les molécules clés des plastiques renouvelables et nettoyer les flux de déchets gazeux.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

ACS

Fin 2020, la sonde chinoise Chang’e 5, s’est posée sur la Lune, avant de ramener des échantillons de sol lunaire prélevés par son rover qui présente un potentiel de conversion de l’énergie solaire lunaire. Selon une étude de la Chinese National Space Administration's (CNSA, l’équivalent chinois de la NASA), l’utilisation des ressources lunaires in situ offrirait donc une grande opportunité de fournir la base matérielle du support de vie pour les voyages et l’habitation lunaires.

« Dans un avenir proche, nous verrons l’industrie des vols spatiaux avec équipage se développer rapidement », déclare Yingfang Yao, spécialiste des matériaux de l’Université de NanjingYao et co-auteur de la nouvelle étude. « Tout comme l’ère de la voile dans les années 1600, lorsque des centaines de navires prenaient la mer, nous allons entrer dans une ère de l’espace ». Seulement, il reste coûteux d’expédier des marchandises dans l’espace, de sorte que tout matériau que l’on peut trouver sur la Lune et qui ne provient pas de la Terre permet d’économiser beaucoup d’argent. Il s’agit de réduire la "charge utile" pour espérer mener une exploration à grande échelle du monde extraterrestre.

L’hypothèse de départ était que le sol lunaire pouvait être utilisé comme catalyseur pour fabriquer de l’oxygène et d’autres produits à partir de réactions chimiques imitant la photosynthèse (comme dans une plante verte), et ce grâce à la lumière du soleil. Une fois le rover revenu sur Terre, Yao et ses collègues ont donc examiné un échantillon de sol lunaire afin de savoir s’il pouvait servir de catalyseur pour un système qui convertirait l’eau extraite de la Lune et le dioxyde de carbone (libéré par le corps des astronautes) en produits utiles pour alimenter une base lunaire. Parmi ces produits, on retrouverait de l’oxygène, de l’hydrogène et d’autres sous-produits utiles en tant que carburant, comme le méthane.

Dans un premier temps, les chercheurs ont analysé leur échantillon à l’aide de techniques telles que la microscopie électronique et la diffraction des rayons X, pour identifier les composants catalytiques actifs du sol. L’échantillon contenait des substances riches en fer et en titane, qui pourraient être utiles dans une réaction imitant la photosynthèse.

Ensuite, les chercheurs ont testé le sol comme catalyseur dans diverses réactions chimiques (utiles à la photosynthèse) pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de dioxyde de carbone et d’eau. Le dioxyde de carbone expiré par les astronautes serait recueilli et combiné à l’hydrogène provenant de l’électrolyse de l’eau, au cours d’un processus d’hydrogénation catalysé par le sol lunaire. En évaluant les performances de l’échantillon lunaire en tant qu’électrocatalyseur photovoltaïque, photocatalyseur et catalyseur photothermique, ils ont trouvé que la division complète de l’eau et la conversion du CO2 peuvent être réalisées par l’énergie solaire, l’eau et le sol lunaire, avec une gamme de produits cibles pour la vie lunaire.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Space

Le désert d’Atacama est unique au monde. C’est l’une des régions les plus inhospitalières de la planète : altitude entre 2400 et 4500m, stress thermique dans les étages supérieurs, stress hydrique et forte salinité dans les étages inférieurs, sol pauvre en azote, très forte intensité lumineuse. Les espèces végétales présentes dans ce désert sont celles subissant les pires conditions climatiques sur Terre. Dans un contexte d’accélération du changement climatique, les scientifiques se sont intéressés aux mécanismes d’adaptation des plantes à ces conditions extrêmes grâce à la métabolomique, c’est-à-dire l’étude de l’ensemble des molécules impliquées dans le métabolisme d’un organisme vivant.

Les scientifiques ont utilisé une approche innovante, la métabolomique prédictive, pour étudier les mécanismes de résilience des plantes de l’Atacama. Ils ont analysé environ 5 000 signaux métaboliques provenant de 24 espèces de plantes de l’Atacama poussant à différentes altitudes dans le désert. Après un traitement statistique faisant appel au machine learning, ils ont réussi à identifier 39 molécules communes à toutes les espèces, permettant de prédire l’environnement de la plante avec une précision de 79 %. Ils ont pu relier l’expression de ces molécules à différents facteurs de stress environnementaux comme des températures de gel, le déficit en eau ou une très forte intensité lumineuse.

Ces résultats montrent également une stratégie métabolique convergente dans l’évolution des plantes endémiques de différentes familles pour l’adaptation et la résilience aux conditions environnementales extrêmes. Ces molécules sont également présentes dans des espèces végétales cultivées sous d’autres climats comme des poacées (maïs), des fabacées (pois), des solanacées (tomates), ou des astéracées (tournesol). Aujourd'hui, il faut une dizaine d'années aux scientifiques et aux producteurs pour développer une nouvelle espèce végétale répondant à des critères environnementaux précis (résistance au gel, par exemple). Grâce à l'approche multi-espèces développée dans cette étude, ce délai pourrait &ecirc ;tre fortement réduit et permettrait aux professionnels de s'adapter plus rapidement aux contraintes du changement climatique.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

INRAE

Les humains donnent un sens au monde en organisant les objets en catégories. Quand et comment ce processus commence-t-il ? En étudiant le regard d’une centaine de nourrissons, des scientifiques de l’Institut des sciences cognitives Marc Jeannerod (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) montrent que les bébés commencent à organiser les objets en animés/inanimés dès quatre mois. Selon ces résultats, publiés le 15 février 2022 dans PNAS, il est possible de mesurer le changement au sein de l’organisation cérébrale qui permet de passer de la simple vision du monde à sa compréhension.

Ce que cache le regard des bébés a toujours été un grand mystère. Que voient-ils réellement ? Quelles informations en tirent-ils ? On pourrait penser que leur regard se porte sur les objets les plus saillants, les plus gros ou les plus colorés par exemple. Mais quand commencent-ils à voir et à interpréter le monde comme les adultes ?

Pour répondre à cette question, des scientifiques de l’Institut des sciences cognitives Marc Jeannerod (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) ont travaillé avec une centaine d’enfants âgés de quatre à dix-neuf mois. Ils ont enregistré leurs mouvements oculaires et leurs temps de regards tandis que ceux-ci observaient des paires d'images appartenant à huit catégories d’objets animés ou inanimés (par exemple des visages humains, des objets naturels ou artificiels). Les scientifiques ont ensuite couplé ces analyses avec des mesures de l’activité cérébrale chez un groupe d’adultes, afin de déterminer comment les différentes catégories d’objets étaient organisées dans le cortex visuel humain.

Ils ont ainsi identifié la transition entre l'exploration visuelle guidée par la saillance des objets et leur organisation par catégories : c’est à partir de quatre mois qu’un enfant est capable de distinguer un objet animé d’un objet inanimé, par exemple. L’enfant peut notamment reconnaître qu'en tant qu'animaux, un humain et un crocodile se ressemblent plus entre eux qu’à un arbre. Cette capacité est d’autant plus étonnante quand on pense qu'à cet âge, il ne sait pas ce qu’est un arbre ou un crocodile.

Entre dix et dix-neuf mois, de nouvelles catégories d’objets plus définies émergent et l’organisation cérébrale se rapproche de celle des adultes. Ainsi, pour les enfants de ce groupe d’âge, un objet mou et poilu avec un visage est immédiatement reconnu comme un être vivant, un animal.

Ces travaux montrent ainsi que les humains naissent avec une organisation cérébrale prédisposée à représenter certaines catégories d'objets, les plus importantes pour leur survie. Les actes de catégorisations permettent alors d'aller au-delà de ce que l’on voit et de faire des suppositions, des analogies et des prédictions (si « l’objet mou et poilu » est un chat par exemple, alors il faut le nourrir), et donc de raisonner sur le monde qui nous entoure et ce,

dès le plus jeune âge.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

CNRS

Des chercheurs de l’Imperial College de Londres ont montré que, sur la base des projections actuelles de croissance de la population et de demande alimentaire, remplacer la moitié de la consommation de viande rouge par des protéines microbiennes, cultivées dans des cuves en acier inoxydable, permettrait de réduire de plus de 80 % la perte d'arbres et la pollution par le CO2.

« Avec un changement relativement petit dans la consommation de viande de ruminants, les émissions de gaz à effet de serre issues de la déforestation tropicale peuvent être fortement réduites », a assuré à l'AFP Florian Humpenoder, un des principaux auteurs, chercheur à l'Institut de recherche sur l'impact du changement climatique à Potsdam (PIK). « C'est une importante contribution pour atteindre les objectifs de l'Accord de Paris pour le climat », a-t-il fait valoir.

Trois rapports de référence sur le climat publiés par l'ONU depuis août ont montré de manière alarmante que l'objectif fondamental du texte, à savoir le plafonnement du réchauffement planétaire à un niveau bien inférieur à 2°C, est sérieusement menacé. Le système alimentaire mondial compte pour environ un tiers des émissions de gaz à effet de serre, et la production de bœuf est le principal responsable du secteur agricole.

L'industrie bovine contribue de deux façons : d'une part, elle mène à la destruction de forêts tropicales (qui sinon absorberaient du CO2), pour faire de la place pour des pâturages et pour des cultures (soja...) destinées à nourrir le bétail. D'autre part, les ruminants, principalement par les rots, sont une source majeure de méthane, un gaz à effet de serre 30 fois plus puissant que le CO2 sur une échelle de 100 ans.

D'autres types de substituts imitant la viande, notamment végétaux, sont déjà présents dans les rayons des supermarchés. Mais alors que le monde s'efforce de trouver des solutions pour le climat, ces "nouveaux aliments", et d'autres sont en passe de devenir une industrie majeure dans les prochaines décennies, selon les prévisions de marché. L'aliment obtenu par la culture de cellules microbiennes ou fongiques subit un processus de fermentation, analogue à celui du vin ou de la bière.

Les cellules se nourrissent de glucose - provenant de la canne à sucre ou de la betterave, par exemple - pour produire des protéines, ce qui signifie que la production nécessite des terres cultivées. Mais beaucoup moins que pour la viande rouge, selon l'étude.

En supposant que les méthodes agricoles et les habitudes de consommation actuelles se maintiennent dans les 30 prochaines années, la superficie mondiale des pâturages augmenterait de près d'un million de kilomètres carrés. Toutefois, si 20 % de cette viande étaient remplacées par des protéines microbiennes, la surface cultivée descendrait sous les niveaux actuels.

Les bénéfices de la protéine fabriquée à base de microbes ou de champignons vont plus loin que le climat ou l'impact environnemental, selon Hanna Tuomisto, chercheuse à l'Université d'Helsinki, qui n'a pas pris part à l'étude. « La mycoprotéine est un substitut idéal pour la viande parce qu'elle est riche en protéines et contient tous les acides aminés essentiels », commente-t-elle.

L'utilisation de l'eau pour l'agriculture et l'émission d'un autre gaz à effet de serre, le protoxyde d'azote, via les engrais, seraient aussi réduites. « Les gouvernements et l'industrie agroalimentaire doivent se coordonner pour développer des normes appropriées et gagner ainsi la confiance du public », a déclaré Tilly Collins, de l'Imperial College à Londres.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Nature

Il pourrait être possible d'améliorer le sort des personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer en leur administrant un médicament qui attaque les plaques de gras qui se forment dans leur cerveau assez tôt pendant le développement de la maladie, laissent espérer des travaux réalisés par des chercheurs québécois.

La chercheuse postdoctorale Laura Hamilton, du centre de recherche du CHUM, et son collègue Karl Fernandes, chercheur associé au CRCHUM et professeur-chercheur à l'Université de Sherbrooke, avaient rapporté en 2015 que des dépôts de gras (à ne pas confondre avec les plaques de protéines mieux connues dans le cadre de l’Alzheimer) engommaient le cerveau des patients.

Ces accumulations de gras avaient tout d'abord été vues dans le cerveau de souris, puis leur présence a été confirmée dans des cerveaux humains lors d'un examen post-mortem. Leurs nouveaux travaux constituent le deuxième chapitre, a dit M. Fernandes, puisqu'ils s'intéressent à la manière dont on pourrait s'en prendre à l'enzyme responsable de la formation de ces dépôts de lipides.

Encore plus précisément, le nouvel article s'intéresse spécifiquement à l'hippocampe, une structure du cerveau essentielle à la mémoire et à l'apprentissage. Ce qu'on a vu, c'est que si on donne dans le cerveau de souris ce médicament-là qui inhibe l'enzyme qui crée cet acide gras qu'on pense toxique, on peut renverser beaucoup des gènes qui sont impliqués dans la maladie d'Alzheimer à des taux comme chez la souris sauvage, donc à un taux plus normal, a résumé Mme Hamilton. Qui plus est, les gènes touchés jouent un rôle primordial dans différentes facettes de la maladie d'Alzheimer, a-t-elle ajouté.

Ces dépôts de gras semblent se former dans le cerveau très tôt pendant l'évolution de la maladie, bien avant plusieurs autres changements qui finiront par causer les symptômes habituels de l'Alzheimer, mais après l'accumulation de protéines amyloïdes au tout début de la maladie. Le médicament qu'on a utilisé va modifier la composition des acides gras et ça va corriger la mémoire, a dit M. Fernandes. C'est un peu comme le chaînon manquant entre le déclencheur, l'amyloïde et toutes les choses qu'on voit après.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Radio Canada

Des chercheurs de l'Université de Virginie ont montré que les techniques de vaccin développées pour lutter contre SARS-CoV-2 pourraient aujourd'hui permettre de développer un candidat vaccin apportant une large protection contre tous les coronavirus (et tous les variants donc). Ces travaux, présentés dans les Actes de l’Académie des Sciences américaine (PNAS), laissent à nouveau espérer un vaccin universel contre les coronavirus relativement proche.

La variation antigénique des coronavirus (notamment du SARS-CoV-2) appelle un vaccin universel, avait déjà suggéré, dans le JAMA, une équipe d’experts du National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID/NIH), dont le Docteur Anthony S. Fauci, directeur du Centre de recherche sur les vaccins. Ici, les chercheurs travaillent au développement d’un vaccin COVID-19 qui pourrait fournir une protection contre les souches existantes et futures du coronavirus COVID-19 mais aussi contre d'autres lignées de coronavirus. Un objectif qui semble aujourd'hui réalisable, et qui pourrait aboutir à un vaccin peu coûteux, (environ 1 $ la dose) -grâce aux nouvelles plates-formes de production développées depuis la pandémie. Le candidat vaccin développé par cette équipe américaine montre ici de premiers résultats prometteurs lors de tests précliniques, menés chez l’animal.

Ces candidats vaccins, développés par les équipes du Docteur Steven L. Zeichner de l’Université de Virginie et le Docteur Xiang-Jin Meng, de Virginia Tech, montrent précisément leur capacité à prévenir chez le porc le développement d’une maladie COVID-like, après exposition à un coronavirus porcin, le virus de la diarrhée épidémique porcine ou (virus de DEP ou VDEP). Le candidat a été développé en utilisant une approche innovante qui « pourrait un jour ouvrir la porte à un vaccin universel contre les coronavirus, dont les coronavirus "pandémiques" et les coronavirus responsables de rhume ». De plus, le candidat présente d’autres atouts non négligeables, il est facile à stocker et à transporter, même dans les régions les plus reculées du mond e et pourrait être produit en grande quantité et à faible coût dans les usines de fabrication de vaccins existantes.

L’équipe a néanmoins, à partir de l’existant, développé une nouvelle plate-forme qui permet de développer plus rapidement encore de nouveaux vaccins. « Notre nouvelle plate-forme offre une nouvelle voie pour produire rapidement des vaccins à très bas prix qui peuvent être fabriqués dans les usines existant à travers le monde. Cette technologie pourrait être particulièrement utile pour la réponse à la pandémie actuelle ou à de futures pandémies ».

L’approche vaccinaleconsiste à synthétiser de l'ADN qui induit la production d'un morceau du virus qui va indiquer au système immunitaire comment monter une réponse immunitaire protectrice contre le virus. Ce fragment d’ADN est inséré dans un autre petit morceau d'ADN, appelé plasmide, qui peut se reproduire dans les bactéries. Le plasmide est introduit dans les bactéries, qui placent des morceaux de protéines antigènes à leur surface. Ici, la technique utilise la bactérie courante E. coli, mais après avoir supprimé un grand nombre de ses gènes. L'élimination de ces gènes, dont ceux qui composent une partie de sa membrane externe, semble augmenter considérablement la capacité du système immunitaire à reconnaître et à répondre à l'antigène vaccinal placé &agrav e; la surface de la bactérie. Pour produire le vaccin, les bactéries exprimant l'antigène du vaccin sont simplement cultivées dans un fermenteur puis tuées avec une faible concentration de formol.

Le candidat vaccin cible une partie de la protéine de pointe du virus, le "peptide de fusion viral", un peptide universel parmi les coronavirus. Jusqu’ici en effet, il n’a jamais été constaté que le peptide de fusion diffère dans les nombreuses séquences génétiques des SRAS-CoV-2 obtenues auprès de milliers de patients dans le monde pendant la pandémie.

A ce stade, l’équipe a développé 2 vaccins, l'un conçu pour protéger contre le COVID-19 et l'autre conçu pour protéger contre le VDEP. Au cours de leurs tests, les scientifiques ont pu observer, avec surprise, que les 2 candidats (celui contre le VDEP et celui contre le SRAS-CoV-2) protégeaient les porcs contre la maladie causée par le VDEP. D’où l’espoir d’un vaccin universel contre les coronavirus.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

PNAS

HoopCare a développé une solution visant à améliorer la prise en charge des facteurs de risque préopératoire, comme l'anémie (carence en fer) ou le sevrage tabagique. « L'identification et le traitement des facteurs de risques avant la conduite d'une intervention chirurgicale est un processus complexe, laborieux, pas toujours systématique et qui conduit à une prise en charge sous-optimale des patients », explique Yassine Moussali, médecin anesthésiste, co-fondateur et CEO d’HoopCare.

Or, optimiser la prise en charge des patients en amont d’une intervention chirurgicale via une identification des risques plus précoce offre de nouvelles options thérapeutiques. En effet, elle permet une diminution des complications postopératoires, une durée d’hospitalisation réduite ainsi qu'un gain de temps précieux pour les professionnels de santé.

Pour répondre à cette problématique, la jeune pousse a créé un questionnaire sur l'état de santé des patients d’une durée de 10 minutes dont les réponses sont traitées par un système d'apprentissage automatique. Celui-ci va tenir compte des protocoles de préparation en chirurgie et obstétrique. « Si des anomalies sont détectées, HoopCare va proposer une correction aux professionnels de santé. Le traitement peut ainsi être adapté afin d’éviter au mieux les complications post-chirurgicales. Une simple injection de fer peut par exemple permettre d’éviter d’avoir à transfuser un patient en plus d’améliorer sa capacité de récupération post-opératoire », détaille Nicolas Bonifas, cofondateur et CTO de l'entreprise.

Ce dispositif médical marqué CE a été déployé au sein de l'hôpital Foch à Paris et a permis l'évaluation de 10 000 patients depuis 2021. HoopCare souhaite également s'adresser au marché américain. Elle est accompagnée par les équipes de l’incubateur Cornell Tech à New York. Grâce à cette première levée de fonds, HoopCare souhaite accélérer le déploiement de sa solution dans les établissements médicaux français puis américains.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

L'Usine Digitale

Une étude internationale de phase III, "AGILE" montre qu’associer une chimiothérapie, l’azacitidine, avec une nouvelle thérapie ciblée, l’ivosidenib, triple la survie des malades atteints d’une leucémie myéloïde aiguë. « Cette combinaison prometteuse définit le nouveau standard de traitement pour ces patients » commente l’Institut Gustave Roussy dans un communiqué.

La leucémie myéloïde aiguë (LMA), encore appelée leucémie aiguë myéloblastique, est un cancer du sang rare et complexe à traiter. Elle se caractérise par une multiplication incontrôlée de cellules indifférenciées envahissant la moelle osseuse et entraînant une baisse de la production des globules rouges, globules blancs et des plaquettes. Diagnostiquée après un myélogramme et une analyse de sang, la LMA touche essentiellement les adultes âgés (68 ans en moyenne lors du diagnostic). Parmi les mutations retrouvées, celles du gène IDH-1 (isocitrate déshydrogénase-1) est présente dans 6 à 10 % des cas.

Cependant, la moitié des patients sont soit trop âgés, soit porteurs de comorbidités (cardiaques, rénales…) les empêchant de recevoir de fortes doses de chimiothérapie. Dans ces cas-là, le traitement de référence, basé sur l’azacitidine, ne donne pas de résultats satisfaisants en termes de rémission complète (10 à 15 %) et de survie globale (8 à 9 mois). Dans ce nouvel essai clinique de phase III en double aveugle, randomisé et contrôlé par placebo, 146 patients issus d’une vingtaine de pays, âgés en moyenne de 75 ans au moment du diagnostic de LMA avec mutation IDH-1 et inéligibles à une chimiothérapie intensive, ont été inclus entre 2018 et 2021.

Tous ont été répartis de façon aléatoire en deux groupes : le premier recevant un comprimé d’ivosidenib (500 mg en une prise quotidienne) et de l’azacitidine par injection intraveineuse ou en sous-cutané ; le second se voyant administrer, dans les mêmes conditions, un placebo et l’azacitidine. Les patients ont été suivis en moyenne 12 mois, le temps d’au moins 6 cycles de traitements. « Le critère d’évaluation principal de l’étude portait sur la survie sans événement, c’est-à-dire l’absence d’échec ou de rechute, de progression de la maladie, ou de décès », précisent les scientifiques.

Les résultats indiquent que le risque de récidive ou de décès a été réduit de 67 % dans le groupe ayant reçu la combinaison de traitement. 38 % des patients traités par azacitidine et ivosidenib étaient en rémission complète après 24 semaines de traitement, contre 11 % pour ceux du groupe contrôle. La survie globale médiane a été quant à elle triplée, passant de 8 mois sans ivosidenib à 24 mois avec l’association des deux thérapies. Par ailleurs, la qualité de vie des patients ayant reçu la combinaison a été améliorée et l’incidence des infections étaient moins importante (28 % contre 49 % pour le groupe contrôle).

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

NEJM

On estime que chaque année, 40 % des récoltes mondiales sont détruites par les insectes et perdues à cause des maladies causées par une large gamme de micro-organismes, tels que les champignons, les bactéries et nuisibles. Un des leviers les plus puissants pour une protection durable des cultures est l'immunité naturelle des plantes. Cependant, la difficulté réside dans la capacité des agents pathogènes à évoluer face à l'immunité de la plante et ainsi échapper à la reconnaissance du système de surveillance de la plante. Comme avec un rappel vaccinal, il peut donc être nécessaire de rafraîchir l'immunité de la plante. Classiquement, cela se fait en transférant à la plante, par amélioration génétique, les éléments immunitaires d'une autre variété. Mais un p roblème se pose : les ressources immunitaires disponibles, plus précisément les récepteurs qui détectent les pathogènes, ne sont pas inépuisables chez les plantes cultivées.

C'est pourquoi des scientifiques d'INRAE, en collaboration avec leurs partenaires du CNRS et de l'Inserm, étudient des solutions pour pallier le manque de ces récepteurs immunitaires. Leur piste de travail ? Des études récentes qui montrent que ces récepteurs immunitaires de la plante peuvent porter des éléments particuliers, ressemblant à des composantes de la plante, qui agissent comme des leurres. Ciblés par le pathogène, ils agissent comme un piège, qui déclenchera une forte réponse de défense de la plante. Les chercheurs ont optimisé les propriétés d'un de ces leurres chez le riz.

Ils ont "appris" au récepteur à reconnaître de nouveaux signaux d'un champignon pathogène du riz. Comment ? En étudiant à l'échelle atomique les propriétés des protéines se trouvant à la surface du leurre. Ensuite, ils ont modifié la surface de ce leurre de manière à ce qu'un nouveau composé du champignon s'y fixe, et active ainsi l'immunité. Ce travail a nécessité l'identification, et l'analyse fine, d'une vingtaine d'éléments sur les près de 1300 qui constituent le récepteur. Ces résultats pionniers dans ce domaine sont prometteurs. Ils constituent une piste vers le développement de nouveaux récepteurs immunitaires chez les plantes cultivées. Une étape majeure pour accompagner les changements des pratiques agricoles.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

CNRS

Une nouvelle technologie agissant comme un aimant attirant les cellules cancéreuses, développée par des chercheurs de l’Université de Sherbrooke, pourrait mener à un nouveau traitement des tumeurs du cerveau.

La technologie appelée GlioTrap agit un peu comme un cheval de Troie pour traiter le glioblastome multiforme, le type de cancer du cerveau le plus commun. Après une chirurgie pour retirer une tumeur principale, les chercheurs introduisent dans la cavité un gel chargé de molécules chimioattractives qui ont pour effet d’attirer les cellules cancéreuses. Le gel libère ensuite des doses de traitements de chimio et de radiothérapie à action lente qui ont pour mission de tuer les cellules.

« Dans nos premiers tests sur le rat, on insérait la tumeur dans l’hémisphère droit du cerveau, puis le gel dans celui de gauche, et on a observé une migration claire des cellules cancéreuses vers notre chimioattractant », explique Laurence Déry, qui a fait du projet son sujet de doctorat en science des radiations et imagerie biomédicale au département de médecine nucléaire de l’Université de Sherbrooke.

L’idée d’attirer les cellules est le point clé de cette technologie. Comme l’explique le codirecteur de recherche de Mme Déry, le Docteur David Fortin, il y a plusieurs années que l’on sait que les cellules du glioblastome migrent à divers endroits du cerveau, compliquant les traitements. Des études montrent que certaines cellules peuvent même se déplacer d’un centimètre par jour. Or, la science s’était toujours entêtée à stopper le déplacement plutôt qu’à l’exploiter.

« Chaque fois qu’on présente le concept, la plupart des gens du milieu trouvent l’idée géniale, parce que c’est un peu naïf, un peu à l’encontre de ce qui se fait », explique le Docteur Fortin, neurochirurgien et neuro-oncologue, une sommité dans le domaine. « C’est un peu contre-intuitif parce qu’habituellement on essaie de bloquer le processus qui est nocif, mais là, on utilise ce potentiel de déplacement là pour attirer la cellule vers le traitement », précise Mme Déry, qui a présenté ses résultats au congrès de l’ACFAS, à Québec.

L’équipe de chercheurs doit maintenant plancher sur les agents et les doses de chimio et de radiothérapie qui seront utilisés. « Je crois que d’ici deux ans, on va pouvoir essayer d’aller dans un modèle animal plus gros et ultimement, avec plus de résultats étoffés, passer en essais cliniques », détaille Laurence Déry, emballée par les perspectives à la suite des premiers résultats, tout comme son directeur de recherche.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Le Journal de Québec

Bras, jambes, nageoires, ailes, ou pattes… bien ordonnés de chaque côté du tronc : la symétrie des vertébrés parait naturelle et évidente. Pourtant, plusieurs mécanismes de haute précision opèrent durant la formation de l’embryon pour donner à notre corps cette structure commune au sein d’une même espèce.

Dans un article, publié dans Nature récemment, des chercheurs de l’EPFL montrent comment les somites, bourgeons embryonnaires qui donneront naissance aux membres, trouvent leur place finale et la symétrie de leur longueur grâce à un phénomène entièrement mécanique : la surface de tension. Ce phénomène bien connu fait aussi s’arrondir l’eau à la surface des verres ou les gouttes de rosée sur les feuilles. Cette recherche marque un tournant dans les recherches sur le développement puisqu’elle montre pour la première fois comment ce principe, présent dans tous les tissus de l’organisme en développement, est à l’œuvre dans un phénomène clef.

Au stade embryonnaire, les somites, minuscules bourgeons, apparaissent le long du tube neural, futur système nerveux central. Ils se forment de manière rythmique et séquentielle le long de l’axe du corps, au cours des premiers stades du développement de l’embryon. Ces minuscules renflements sont les précurseurs du système musculo-squelettique, donnant naissance aux côtes, à la colonne vertébrale ainsi qu’aux muscles qui leurs sont associés.

Cette caractéristique est commune à tous les vertébrés. Ce qui intéressait les chercheurs était donc de savoir comment la symétrie finale gauche-droite se met en place. « On a longtemps pensé que cela était dû à l’action d’un oscillateur génétique, l’horloge dite de segmentation », explique Sundar Naganathan, postdoctorant au Laboratoire Timing, Oscillations, and Pattern de l’EPFL. « Mais ce point de vue s’est révélé faux ». En réalité, des somites se forment parfois avec une longueur inégale entre les deux côtés et de forme asymétrique. Les chercheurs ont donc cherché à comprendre comment cette variation précoce aboutit finalement à la symétrie corporelle que l’on connaît. « Nous avons démontré que cel le-ci est une propriété émergente », poursuit le scientifique.

En observant les somites de poissons zèbres grâce à diverses techniques d’imagerie, les chercheurs ont constaté que la longueur s’autocorrigeait rapidement et s’équilibrait de part et d’autre du tube neural environ une heure après leur formation. « Nous avons aussi remarqué que seule la forme de ces petites proéminences changeait, sans modification du volume. Les variations en longueur sont compensées par des modifications en largeur et en hauteur », explique Sundar Naganathan. Forts de ces premières observations, les chercheurs pouvaient supposer que la tension de surface était à l’origine de ces changements. Cette propriété physico-chimique, commune à tous les tissus embryonnaires, est liée aux interactions moléculaires d'un fluide avec son environnement. Les molécules se trouvant à l'interface possèd ent une énergie légèrement supérieure qui vise à garder la cohésion entre molécules identiques. Le système se modifie pour trouver un équilibre qui correspond à la configuration nécessitant une énergie minimale. L’aire de l’interface est donc réduite et la structure s’arrondit.

Pour prouver que ce phénomène est bien en jeu dans la symétrie d’être vivants, Sundar Naganathan et ses collègues ont poursuivi leurs investigations par plusieurs expériences in vivo et in vitro. Ils ont par exemple mis en culture une certaine quantité de ces petits bourgeons qui se sont effectivement arrondis, comme les gouttes de rosée sur une feuille. Mais ce phénomène était-il suffisant à fournir les forces nécessaires pour rétablir la longueur ?

Grâce aux perturbations induites à l’aide de protéines connues pour avoir un effet sur la tension de surface, les chercheurs ont montré que la longueur des somites pouvait être modifiée. Ils ont donc poursuivi leurs recherches avec des modélisations informatiques et des comparaisons et analyses entre les divers modèles, développant au passage des algorithmes d’analyse d’images automatisés afin de simplifier le tri des éléments essentiels dans des films de plusieurs térabits. « Nos résultats montrant le rôle de la mécanique tissulaire pourraient être appliqués aux systèmes organoïdes, où l’obtention de formes tissulaires précises reste encore un problème non résolu », explique le chercheur.

Tout concordait : « nous sommes donc arrivés à la conclusion que la tension de surface peut faciliter la correction des erreurs de longueur et de symétrie », souligne Sundar Naganathan. Cette recherche a été effectuée sur des embryons de poissons zèbres, mais « le fait que la tension de surface soit une propriété universelle pour tous les tissus en développement dans toutes les espèces permet de penser que ce mode de correction pourrait être également à l’œuvre pour les autres vertébrés », poursuit le chercheur.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

EPFL