Le [popupdefinition id=4713]graph&egrave;ne[/popupdefinition] est obtenu en s&eacute;parant les feuillets du [popupdefinition id=3870]graphite[/popupdefinition] composant la mine de nos crayons. Son &eacute;paisseur est celle d'un [popupdefinition id=1990]atome[/popupdefinition] de [popupdefinition id=3873]carbone[/popupdefinition]. Ce [popupdefinition id=15914]mat&eacute;riau[/popupdefinition] r&eacute;volutionnaire a des propri&eacute;t&eacute;s &eacute;tonnantes. C'est un remarquable conducteur qui est &eacute;galement tr&egrave;s r&eacute;sistant, ce qui permet de nombreuses [popupdefinition id=13200]applications[/popupdefinition].Son utilisation pourrait par exemple permettre de faire baisser les co&ucirc;ts du [popupdefinition id=1974]s&eacute;quen&ccedil;age[/popupdefinition] de l'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition]. Gr&acirc;ce &agrave; une&nbsp;[popupdefinition id=4783]nanotechnologie[/popupdefinition] imagin&eacute;e par des chercheurs &eacute;tats-uniens, il devrait ainsi &ecirc;tre possible d'identifier 66 millions de bases de l'ADN par seconde, d&eacute;sign&eacute;es par les c&eacute;l&egrave;bres lettres A, C, G, T et U (l'[popupdefinition id=630]ad&eacute;nine[/popupdefinition], la [popupdefinition id=701]cytosine[/popupdefinition], la [popupdefinition id=748]guanine[/popupdefinition], la [popupdefinition id=836]thymine[/popupdefinition] et l'[popupdefinition id=280]uracile[/popupdefinition]), avec un taux de succ&egrave;s de 90 %.Sur l'image, une [popupdefinition id=11321]mod&eacute;lisation[/popupdefinition] num&eacute;rique d'un feuillet de graph&egrave;ne d'une seule &eacute;paisseur d'atomes de carbone organis&eacute;s en nid d'abeilles.Plus d'informations dans&nbsp;notre article&nbsp;<a href="http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/graphene-graphene-pourrait-faciliter-sequencage-adn-61303/" title="Le graph&egrave;ne pourrait faciliter le s&eacute;quen&ccedil;age de l'ADN">Le graph&egrave;ne pourrait faciliter le s&eacute;quen&ccedil;age de l'ADN</a>.&copy; Pasieka, SPL/Cosmos-CNRS

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Une nanotechnologie à base de graphène pour séquencer l'ADN

Les nanotechnologies et les nanosciences sont l'étude, la fabrication et la manipulation de structures, de dispositifs et de systèmes matériels à l'échelle de moins d'une quarantaine de nanomètres.Découvrez notre dossier spécial sur les nanotechnologies >>Les nanotechnologies reçoivent chaque année d'énormes budgets d'investissement en recherche et développement. C’est donc un secteur en forte croissance. Dominique Vinck, sociologue des sciences et de l’innovation, nous parle de la révolution nanotechnologique. © Futura-SciencesLes nanosciences et les nanotechnologies sont au croisement de plusieurs disciplines scientifiques comme l'électronique, la mécanique, la chimie, l'optique, la biologie qui manipulent des objets d'une taille de l'ordre du nanomètre.Un des objectifs majeurs des nanotechnologies est de créer des nanomachines.La Nanotechnologie c'est quoi ?La nanotechnologie ou nanoscience s’intéresse à des matériaux qui ont pour échelle le nanomètre, soit le milliardième du mètre. Les nanomatériaux voient leurs propriétés changer par rapport à leur taille micro ou macro.On parle également de nanoscience La nanotechnologie a pour synonyme nanoscience. Elle désigne l’ensemble des technologies et des sciences traitant des matériaux qui a pour point commun le nanomètre, soit le milliardième du mètre. Les dimensions comprises entre 1 et cent nanomètres ou nm, ne sont pas visibles à l’œil nu. Les nanotechnologies recoupent des champs scientifiques très vastes et travaillent sur des nanomatériaux à l’exemple du virus qui mesure 10 à 100 nm. Le diamètre d’un cheveu humain, qui possède une dimension de 70 000 à 80 000 nm, fait figure de géant. L’usage des nanoparticules suppose le recours à des microscopes électroniques spécialement dédiés.Des matériaux plus réactifsLes matières ont des propriétés différentes à l’échelle nanométrique qu’aux dimensions micro ou macro. Elles sont :plus réactives,plus légères,plus résistantes un nanotube de carbone est plus solide qu’un tube d’acier,plus efficaces que les fils de cuivre pour assurer le transport de l’électricité.La Nanotechnologie comment ça marche ?Les nanosciences fabriquent intentionnellement des nanomatériaux à des fins de recherche et de production. Elles présentent néanmoins des risques pour la santé.La fabrication de nanoparticulesIl existe plusieurs types de nanoparticules :les nanoparticules naturelles comme les virus,les nanoparticules qui sont des sous-produits des processus de production issus notamment du gaz d’échappement,les nanoparticules fabriquées intentionnellement dans le cadre des nanotechnologies.Les nanosciences fabriquent les nanoparticules artificielles de plusieurs manières : en réduisant peu à peu les particules,en les construisant atome par atome,par autoassemblage.Une science à risques ? Les effets des nanoparticules sur la santé sont d’autant moins connus que chacune d’entre elles est unique. On peut néanmoins constater :de possibles réactions inflammatoires ou neuro-immunitaires, comme on l’a testé sur les ratsdes dommages sur les tissus pulmonaires, les cellules in vitrodes conséquences cardiovasculaires dangereuses, comme l’ont démontré des expériences menées sur des souris.Les nanoparticules pénètrent l’organisme par la peau, l’inhalation et le système digestif.La Nanotechnologie à quoi ça sert ? Les nanotechnologies s’appliquent à des matières variées du moment qu’elles sont de taille nanométrique. La liste que nous fournissons ici n’est pas exhaustive : L’aviation et l’aéronautique Les nanosciences présentent l’intérêt de fabriquer des pièces plus solides et plus légères, en mesure de faciliter le déplacement dans les airs voire la sortie de l’atmosphère.La médecine et la santé La nanobiologie et la nanomédecine facilitent la lutte contre le cancer, fabriquent des tissus intelligents dotés de détecteurs pour accélérer le processus de guérison, des pansements plus efficaces, etc. Elles contribuent également à améliorer l’imagerie médicale. Indirectement les nanotechnologies peuvent améliorer le filtrage des eaux, la production agricole, les écrans d’ordinateur, les lunettes, etc.L’automobileLes nanosciences transforment les batteries, les capteurs, les systèmes de sécurité, etc.

Nanotechnologie

La cytosine est l’une des bases pyrimidiques qui entrent dans la composition des acides nucléiques.
Structure de la cytosine
La cytosine est une base azotée de la famille des pyrimidines, de formule brute C4H5N3O. C’est donc une molécule hétérocyclique, puisque les cycles ne sont pas composés uniquement de carbone.
Fonction de la cytosine
Elle participe à la formation de la cytidine (où la cytosine est associée à un ribose) qui entre notamment dans la composition des acides nucléiques (ADN et ARN), du CMP, du CDP et du CTP.
Dans les acides nucléiques, la cytosine s’apparie avec la guanine grâce à trois liaisons hydrogènes.
La cytosine est la seule base pouvant être méthylée dans l’ADN, une modification épigénétique qui a pour effet de modifier l’expression des gènes.

Cytosine

Le graphite est un minéral noir friable utilisé depuis des siècles pour l'écriture (encre de Chine, crayon à mine). 
La structure du graphite est constituée d'un empilement de plans, chacun étant constitué d'un pavage régulier d'hexagones en nid d'abeilles. 
Chaque atome de carbone est relié dans le plan des hexagones à trois atomes voisins par des liaisons faisant entre elles des angles de 120°. Ces liaisons planes sont fortes et caractérisées par une distance entre atomes de 0,142 nm.
Les atomes sont au contraire faiblement reliés aux atomes des plans voisins, et la distance entre plans d'hexagones est de 0,34 nm. 
Cette structure a une densité d'un tiers plus faible que celle du diamant et définit le graphite comme un solide très anisotrope, quasi-bidimensionnel car les plans faiblement reliés glissent facilement les uns par rapport aux autres.

Graphite

L’adénine est l’une des bases puriques qui entrent dans la composition des acides nucléiques.
Structure de l’adénine
L’adénine est une base azotée de la famille des purines (un cycle pyrimidine fusionné à un cycle imidazole), de formule brute C5H5N5. C’est donc une molécule hétérocyclique, puisque les cycles ne sont pas composés uniquement de carbone.
Fonction de l’adénine
L’adénine participe à la formation de l’adénosine (où l’adénine est associée à un ribose) qui entre notamment dans la composition des acides nucléiques (ADN et ARN), de l’AMP, de l’ADP et de l’ATP.
Ne pouvant pas être synthétisée par l’organisme, l’adénine est également parfois considérée comme étant la vitamine B4 (malgré la rareté des carences puisqu’on la retrouve dans tous les aliments).

Adénine

Le mot numérique a été officiellement retenu par la Commission d’enrichissement de la langue française pour se substituer officiellement à digital. Il vient du latin numerus qui signifie le nombre. Il s’agit d’un langage issu de systèmes binaires (groupes zéro et un). Il renvoie à la révolution numérique qui s’est accélérée au tournant du XXIe siècle.La révolution numérique, un évènement comparable à la découverte de l’imprimerieLa révolution numérique est un phénomène d’ampleur comparable à la découverte de l’imprimerie par Gutenberg au XVe siècle ou à la révolution industrielle de la fin du XVIIIe siècle. On peut la dater de l’invention du modèle par le mathématicien britannique Alan Turing en 1936. Le Colossus (premier calculateur électronique fondé sur le système binaire), créé en 1943 dans la banlieue de Londres, en est le fruit direct. On peut résumer en quelques dates la révolution numérique :1971 : invention du microprocesseur et envoi du premier courriel électronique ;1981 : le premier ordinateur personnel apparaît dans les foyers ;1983 : commercialisation du premier téléphone mobile par Motorola ;la révolution numérique s’accélère à partir des années 1990 par la démocratisation des inventions conçues précédemment (smartphone, ordinateur personnel, courriels, Internet, etc.).L’usage du numérique s’est considérablement banalisé Quelque 4,54 milliards et 5,19 milliards de personnes dans le monde utilisent respectivement Internet et les téléphones portables. 49 % de la population mondiale fait appel aux réseaux sociaux (3,8 milliards de personnes), 99 % par le biais d’un mobile. En dehors des spams, 293 milliards de courriels sont envoyés quotidiennement dans le monde. La France n’est nullement en retard : 83 % de sa population est connectée à Internet, 84 % possède un smartphone.Le numérique touche tous les aspects de la vie sociale. © mrmohock, Adobe StockÀ quoi sert l’informatique ? Les usages du numérique sont comparables à ceux de l’imprimerie en 1914 : aucun aspect de l’activité économique, sociale, culturelle, stratégique ou politique ne leur échappe, et l’on observe le même type de fracture entre les pays qui en ont démocratisé les usages et ceux qui peinent à les rattraper.Toute la vie sociale est inondée par le numérique En retenant l’exemple de la France, plus de la moitié de sa population lit la presse en version numérique, 60 % de ses entreprises sont passées au Big Data, 400.000 étudiants et salariés se forment par le biais des Mooc, et le numérique représente 5,5 % du PIB. L’État et les collectivités locales ont donné l’exemple puisque la France constitue la première place européenne pour l’e-administration. La contestation politique et sociale fait appel aux réseaux numériques.La fracture numérique illustre les retards de développement La fracture numérique désigne les inégalités d’accès à Internet et aux technologies de l’informatique. Elle touche les zones rurales et les pays pauvres : à peine 28 % de la population africaine est connectée à Internet. On parle d’illettrisme électronique ou d’illectronisme.Comment fonctionne le numérique ? La banalisation des objets numériques dans les sociétés s’appuie sur la diffusion du World Wide Web (Web), des réseaux de télécommunication et la miniaturisation des ordinateurs. Le développement des réseaux est au cœur de cette révolution.Internet et le World Wide Web au cœur des réseaux numériques Le Web est le système hypertexte qui fonctionne grâce à Internet, réseau informatique mondial fondé sur la commutation de paquets. Les protocoles de transferts de données sont les langages qui permettent à l’information de circuler dans l’air, grâce à des fibres optiques et des câbles métalliques.Les appareils numériques Le modèle de Turing est à l’origine de la révolution matérielle du numérique qui se manifeste sous la forme d’ordinateurs, de smartphones, de tablettes, etc.

Numérique

L’uracile est une base azotée de type pyrimidine comme la thymine et la cytosine. Les pyrimidines possèdent un cycle azoté hexagonal comprenant quatre atomes de carbone et deux d’azote. Les carbones 2 et 4 du cycle de l’uracile portent des fonctions cétone. L'uracile est l’une des quatre bases présentes dans l'ARN, avec l’adénine, la guanine et la cytosine. L’uracile est complémentaire de l’adénine et remplace la thymine de l’ADN.L’uracile pourrait avoir une origine extraterrestre, comme le suggèrent des travaux sur la météorite de Murchison, une chondrite carbonée qui a explosé en fragments en 1969, en Australie.Synthèse de l’uracile et des ribonucléotides contenant cette baseDans l’ARN, l’uracile est associé à un sucre : le ribose, pour former le nucléoside appelé uridine. L’uridine complétée d’un groupement phosphate est l’uridine monophosphate ou UMP. La synthèse de l’UMP commence par la fabrication du carbamyl-phosphate qui nécessite HCO3– et de la glutamine. Cette réaction est catalysée par une enzyme du cytosol : la carbamyl-phosphate synthase II. L’intervention de l’aspartate carbamoyltransférase (ATCase) permet d’obtenir du carbamol-aspartate. Puis le cycle pyrimidique se forme avec le dihydroorotate, qui est ensuite oxydé en orotate (acide orotique). C’est à ce moment qu’est ajouté le ribose phosphate, donnant l’orotidine monophosphate (OMP), décarboxylé en UMP.L’UMP peut ensuite être phosphorylé en UDP (uridine diphosphate) et en UTP (uridine triphosphate). L’UTP sert à la synthèse de CTP.

Uracile

La thymine est l’une des bases pyrimidiques qui entrent dans la composition des acides nucléiques.
Structure de la thymine
La thymine est une base azotée de la famille des pyrimidines, de formule brute C5H6N2O2. C’est donc une molécule hétérocyclique, puisque les cycles ne sont pas composés uniquement de carbone.
Fonction de la thymine
La thymine participe à la formation de la thymidine (où la thymine est associée à un ribose) qui entre notamment dans la composition de l’ADN, du TMP, du TDP et du TTP. Dans l’ARN, la thymine est remplacée par une autre base pyrimidique, l’uracile.
Dans l’ADN, la thymine s’apparie avec l’adénine grâce à deux liaisons hydrogènes.

Thymine

Comme son nom l’indique, le graphène s’obtient à partir du graphite et il s’agit d’un simple feuillet en deux dimensions, composé d’atomes de carbone arrangés selon un motif hexagonal. Avec leur épaisseur d’un seul atome de carbone, on pensait que de tels feuillets, qui forment par leur empilement le graphite de nos mines de crayon, étaient physiquement impossibles. Un tel matériau contredisait en apparence un résultat mathématique en physique du solide connu sous le nom de théorème de Mermin-Wagner. Ce dernier était une formulation précise d’un argument (étroitement lié aux notions de symétries brisées) donné par un autre prix Nobel de physique, Lev Landau, « démontrant » l’impossibilité d’un réseau cristallin à deux dimensions.Pourtant, l’obstination de Andre Geim et Konstantin Novoselov, deux physiciens qui auront le prix Nobel 2010 pour leur découverte, a fini par porter ses fruits lorsque les deux chercheurs ont bel et bien isolé des feuillets de graphène en 2004. Rétrospectivement, on sait que ce théorème d’impossibilité (no go theorem en anglais) ne s’applique pas si le réseau est parcouru d’ondulations.Le graphène, un matériau miracleDes travaux en laboratoire montrent que des transistors en graphène sont potentiellement capables de détrôner les transistors en silicium, ouvrant la voie à des ordinateurs plus performants car plus rapides et plus petits. Étant pratiquement transparent et aussi bon conducteur que le cuivre, le graphène peut servir à réaliser des écrans tactiles, des panneaux lumineux et probablement des cellules solaires.On s’attend aussi, lorsque seulement 1 % de graphène est mélangé à de la matière plastique, à ce qu’il la rende électriquement conductrice. Sa résistance thermique devrait augmenter de 30 ˚C, ainsi que sa résistance mécanique (on sait que le graphène lui-même est 200 fois plus résistant que l’acier à la traction). D’intéressants matériaux composites au graphène devraient apparaître dans un avenir proche, avec des applications dans les satellites, les avions et les voitures.D'un point de vue plus théorique, la mécanique quantique a son mot à dire. En effet, bien que les électrons se déplacent dans le graphène 300 fois plus lentement que la lumière, les conditions auxquelles ils sont soumis imposent de les décrire mathématiquement par l'équation de Dirac, comme pour une particule relativiste presque sans masse ! Il en résulte que l'analogue de certains phénomènes ordinairement rencontrés en théorie quantique des champs relativistes peut s'y manifester. On peut donc simuler de la physique des particules avec le graphène. Mieux, des connexions, là aussi de nature analogique et mathématique, avec des calculs en théorie des cordes, sont étudiées.

Graphène

Correspondance mathématique entre un ensemble de départ (ou objet ou source) et un ensemble d'arrivée (ou image ou but) telle que chaque élément de l'objet est en relation à un unique élément de l'image. Si A est un ensemble objet et B un ensemble image, pour noter que l'élément a de A est relié à l'élément b de B par l'application f, on écrit b=f(a).

Application

La modélisation est la représentation d'un système par un autre, plus facile à appréhender. Il peut s'agir d'un système mathématique ou physique. Le modèle sera alors numérique ou analogique.
La modélisation numérique
La modélisation numérique consiste à construire un ensemble de fonctions mathématiques décrivant le phénomène. En modifiant les variables de départ, on peut ainsi prédire les modifications du système physique.
La modélisation analogique
La modélisation analogique consiste à construire un système physique qui reproduit plus ou moins un phénomène que l'on souhaite étudier. L'observation du comportement du modèle permet de tirer des enseignements sur le phénomène d'intérêt.

Modélisation

L’ADN signifie acide désoxyribonucléique, et constitue la molécule support de l'information génétique héréditaire.Structure de l’ADNL’ADN est une molécule très longue, composée d’une succession de nucléotides accrochés les uns aux autres par des liaisons phosphodiester. Il existe quatre nucléotides différents : l’adénosine, la cytidine, la guanosine et la thymidine, dont l’ordre d’enchaînement est très précis et correspond à l’information génétique.L’ADN est formé de deux brins complémentaires enroulés en hélice (double hélice). S’il peut prendre plusieurs formes (type Z et type A), l’ADN prend le plus souvent la forme B, où la double hélice possède les caractéristiques suivantes :
10,5 paires de bases par tour ;
un pas de l’hélice (hauteur entre deux tours) de 0,34 nanomètres.
Schéma représentant l'ADN dans les chromosomes. © DP La structure originale de l'ADN en double hélice lui permet de se dupliquer en deux molécules identiques entre elles et identiques à la molécule mère lors du phénomène de réplication qui a lieu avant la division cellulaire. L’information génétique n’est ainsi jamais perdue, et peut se transmettre aux nouvelles générations via les cellules germinales.L'ADN chez les eucaryotesÀ une échelle un peu plus grande, chez les organismes eucaryotes, l'ADN forme des pelotes, les nucléosomes, où l’ADN est associé à des protéines, les histones. Le tout est bien enroulé et compacté sous la forme de chromosomes qui sont localisés dans le noyau des cellules.On en trouve également dans certains organites comme la mitochondrie et le chloroplaste.L'ADN chez les procaryotesL'ADN des procaryotes (bactéries, archées) est similaire à celui des eucaryotes, mais il n'est pas associé à des histones et baigne dans le cytoplasme. Il est aussi le plus souvent sous forme de chromosomes circulaires.Rôle de l’ADN dans l’héréditéCette molécule en forme de double hélice contient l'information génétique et s'avère essentielle pour le développement, le fonctionnement et la transmission des caractères héréditaires d'un organisme. L'ADN est organisé en gènes, qui sont des segments spécifiques de cette molécule, et chaque gène code pour une protéine ou une fonction biologique particulière.Lors de la reproduction, les parents transmettent leur ADN à leur progéniture, assurant ainsi la transmission des caractéristiques génétiques d'une génération à l'autre. L'étude de l'ADN permet de mieux comprendre les mécanismes de l'hérédité, de diagnostiquer des maladies génétiques et d'ouvrir des perspectives passionnantes dans le domaine de la médecine génomique.ADN : comment survient une maladie génétique ?Une maladie génétique se manifeste lorsque des anomalies ou des mutations se produisent dans l'ADN d'un individu, altérant ainsi le fonctionnement normal de certaines protéines ou de processus biologiques. Ces mutations peuvent être héritées des parents ou survenir spontanément lors de la formation des cellules reproductrices ou au cours du développement de l'individu. Ces altérations génétiques peuvent affecter la structure ou la régulation des gènes, entraînant des problèmes de santé variés.Les maladies génétiques peuvent être héritées de manière autosomique dominante (lorsqu'un seul allèle muté suffit à causer la maladie) ou récessive (où les deux allèles doivent être mutés). L'ADN joue donc un rôle central dans le développement des maladies génétiques en dictant la composition génétique de chaque individu et en influençant leur prédisposition aux maladies héréditairesL'importance de l'ADN dans la génétiqueL’ADN est le support de l’information génétique, c'est-à-dire qu’il porte des milliers de gènes sous la forme de succession de nucléotides. Le code génétique permet d’associer chaque triplet de bases à un acide aminé particulier. Chez l’Homme, on estime le nombre de gène codant pour des protéines à 40.000, mais il existe aussi des morceaux d’ADN codant pour des ARN, pour des séquences régulatrices de l’expression des gènes…L'ADN est composé de gènes, ces segments spécifiques qui renferment les instructions nécessaires à la synthèse des protéines et à la régulation de divers processus biologiques. Comprendre l'ADN permet ainsi de décoder les mécanismes de l'hérédité, d'identifier les mutations responsables de maladies génétiques, et d'explorer les relations entre les génomes et les caractéristiques physiques ou phénotypiques des individus. Cette connaissance a des implications majeures en médecine, en biologie évolutive, et dans le développement de traitements personnalisés. Ainsi, l'ADN est le fondement même de la génétique moderne, ouvrant des portes importantes pour la recherche scientifique et l'amélioration de la santé humaine.

Procédé utilisé pour déterminer l'ordre (la séquence) des acides aminés d'une protéine ou des bases dans les acides nucléiques (ADN et ARN).

Séquençage

L’atome est, pour les chimistes, le constituant fondamental de la matière. Le terme vient d’ailleurs d’un mot grec qui signifie « indivisible », même si l’on sait depuis longtemps que cet élément ne l'est pas.Composition d’un atome : protons, neutrons et électronsUn atome est une entité électriquement neutre composée de deux types d’élément :un noyau atomique, lui-même constitué de protons et de neutrons et concentrant pratiquement toute la masse de l’atome ;des électrons qui gravitent autour du noyau.Taille et masse d'un atomeLa taille d’un atome est de l’ordre de 10-10 mètre.La masse d’un atome est de l’ordre de 10-26 kilogramme.L’hydrogène, le plus petit des atomesL’hydrogène est un atome qui sort de l’ordinaire. Il est le plus petit des atomes et son noyau atomique ne compte d’un proton et aucun neutron.Propriétés des atomes et isotopesLes propriétés chimiques et physiques des atomes dépendent de leur configuration électronique et, par conséquent, du nombre de protons qu’ils contiennent.Deux atomes peuvent présenter le même nombre de protons, mais un nombre de neutrons différents. Ils sont alors dits « isotopes ». Leurs propriétés chimiques sont identiques mais leurs propriétés physiques diffèrent. Un atome stable peut ainsi, par exemple, présenter un isotope radioactif.Atomes, corps simples et corps composésUn corps constitué uniquement d’atomes d’un même élément chimique est appelé « corps simple ». Un corps constitué d’atomes d’éléments chimiques différents est appelé « corps composé ».

Atome

Le terme de matériau est utilisé pour désigner une substance quelconque, d’origine naturelle ou artificielle, et employée par l’Homme pour fabriquer des objets, comme les matériaux de construction par exemple.
Matériaux de construction, matériaux intelligents, matériaux écologiques…
Un matériau est généralement sélectionné en fonction des propriétés particulières qu’il doit notamment à sa nature chimique et/ou à sa forme physique. Ces propriétés permettront ensuite un usage spécifique de l’objet fabriqué.
Les chercheurs mettent d’ailleurs presque quotidiennement au point de nouveaux matériaux, des matériaux intelligents par exemple, ou encore des matériaux écologiques, qui répondent à des besoins de plus en plus spécifiques, des matériaux de construction, etc.
Les grandes familles de matériaux
On peut distinguer cinq grandes familles de matériaux :
les matériaux métalliques comme le fer, le cuivre ou le bronze, qui sont généralement durs et bons conducteurs d’électricité ;les matériaux organiques comme le coton ou le cuir, produits par le vivant ;les matériaux plastiques comme le PVC, le plexiglas, le polyester ou le caoutchouc, qui sont traditionnellement produits à partir d'hydrocarbures et qui présentent des propriétés variées ;les matériaux minéraux comme le verre ou les céramiques qui sont, entre autres, des isolants électrique ;les matériaux composites comme la fibre de carbone, le contreplaqué ou le béton armé, additionnant les avantages des matériaux qui les composent.

Matériau

Élément indispensable à la vie et en chimie organique, le carbone forme plus de composés que tous les autres éléments chimiques réunis.
Généralités
Symbole : CNuméro atomique : 6Électrons par niveau d’énergie : 2, 4Masse atomique : 12,011 uIsotopes les plus stables : 12C stable avec six neutrons (98,93 %), 13C stable avec sept neutrons (1,07 %)Série : non-métauxGroupe, période, bloc : 14, 2, pDensité : entre 1,8 (carbone amorphe) et 3,5 (diamant)Point d’ébullition : 3.825 °C (sublimation)
Historique du carbone
« Carbone » provient du latin carbo, qui signifie « charbon ». Sous forme de suie et de charbon de bois, le carbone est connu depuis la Préhistoire. En 1772, Lavoisier démontra que le diamant est une forme de carbone. Il en sera de même pour le graphite en 1779 par Carl Wilhelm Scheele. C’est à nouveau Lavoisier qui répertoria le carbone comme un élément dans ses œuvres dès 1789.
Le carbone est un élément central dans la vie sur Terre, aussi bien pour les végétaux que pour les animaux. © Elle EPP, Flickr, CC by-nc-sa 2.0
Propriétés du carbone
Le carbone cristallin pur existe dans la nature sous forme de diamant et de graphite. Le carbone élémentaire est inerte et insoluble dans l’eau ou les solvants organiques. À haute température, il s’oxyde pour former du monoxyde et du dioxyde de carbone.
Nous connaissons plus d’un million de composés qui possèdent du carbone lié à l’hydrogène, ainsi qu’un grand nombre de composés inorganiques qui contiennent du carbone. On retrouve le carbone lié à l’hydrogène notamment dans toutes les plantes et tous les animaux. Les dépôts de matière organique issue du vivant fossilisent pour donner divers hydrocarbures. Les carbonates sont inclus dans de nombreux minéraux, le gypse et le marbre pour ne citer qu’eux.
Utilisation du carbone
Sous la forme d’élément libre, le carbone présent dans le diamant sert en joaillerie et dans l’industrie pour sa dureté. Le graphite est employé comme lubrifiant, pour fabriquer des creusets et se retrouve aussi dans les mines de crayon.
Sous forme composée, les applications du carbone sont très nombreuses. Le CO2, par exemple, est notamment employé dans les boissons (pour ajouter des bulles de gaz), dans les extincteurs, ou encore comme réfrigérant, sous forme de glace sèche, dans l’industrie des semi-conducteurs. Le monoxyde de carbone (CO) sert de gaz réducteur dans beaucoup de processus industriels. De nombreux carbures métalliques sont appréciés pour leur grande résistance à la chaleur. Le tétrachlorure de carbone (CCl4) et le disulfure de carbone (CS2) sont d’importants dissolvants. Le chlorofluorocarbure (CCl2F2), aussi appelé Fréon R12, est un gaz employé dans les systèmes de refroidissement.
Effets du carbone sur la santé
Le carbone peut être dangereux sous certaines formes non élémentaires. L’inhalation chronique de charbon noir peut causer des dommages de gravité variée aux poumons comme au cœur. Le carbone 14, radioactif, peut induire un risque accru de cancer, car il peut se lier organiquement aux cellules de l’organisme.
Le disulfure de carbone (CS2) est un liquide extrêmement toxique utilisé pour la vulcanisation. Le monoxyde de carbone peut provoquer l’empoisonnement de l’hémoglobine en cas d’inhalation prolongée. On trouve aussi le carbone dans les ions cyanure (CN-). Les composés qui en contiennent sont hautement toxiques. Quant à l’éventuelle toxicité des nouvelles formes de carbone comme les nanotubes (des feuilles de graphène roulés en cylindres) et le fullerène, elle est actuellement étudiée.

Carbone

La guanine est l’une des bases puriques qui entrent dans la composition des acides nucléiques.
Structure de la guanine
La guanine est une base azotée de la famille des purines (un cycle pyrimidine fusionné à un cycle imidazole), de formule brute C5H5N5O. C’est donc une molécule hétérocyclique, puisque les cycles ne sont pas composés uniquement de carbone (ils contiennent de l'azote).
Fonction de la guanine
La guanine participe à la formation de la guanosine (où la guanine est associée à un ribose) qui entre notamment dans la composition des acides nucléiques (ADN et ARN), du GMP, du GDP et du GTP.
La guanine s’associe avec la cytosine pour former ce que l’on appelle une paire de base (dans ce cas, avec trois liaisons hydrogène) entre les deux brins de la double hélice de l’ADN.

Guanine

10152_une-nanotechnologie-a-base-de-graphene-pour-sequencer-l-adn

Cette image symbolise une nouvelle &eacute;tape dans la conqu&ecirc;te du nanomonde. Pour r&eacute;aliser cette croix suisse de quelques [popupdefinition id=2517]nanom&egrave;tres[/popupdefinition] carr&eacute;s, une &eacute;quipe internationale a r&eacute;ussi &agrave; manipuler les [popupdefinition id=1990]atomes[/popupdefinition] un &agrave; un &agrave; temp&eacute;rature ambiante, et non plus juste au-dessus du [popupdefinition id=4714]z&eacute;ro absolu[/popupdefinition].L'image, d&eacute;duite des mesures effectu&eacute;es avec un [popupdefinition id=4523]microscope &agrave; force atomique[/popupdefinition], montre en fausse [popupdefinition id=4126]couleur[/popupdefinition] rouge 20 atomes de [popupdefinition id=14808]brome[/popupdefinition] substitu&eacute;s &agrave; des atomes de [popupdefinition id=14523]chlore[/popupdefinition] sur une surface de chlorure de [popupdefinition id=823]sodium[/popupdefinition]. La structure est stable &agrave; temp&eacute;rature ambiante.Cette &eacute;tape est un pas d&eacute;cisif vers la [popupdefinition id=17955]construction[/popupdefinition] de [popupdefinition id=4783]nanotechnologies[/popupdefinition] &agrave; temp&eacute;rature ambiante.Plus d'informations dans notre article <a href="http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/atome-atomes-manipules-a-temperature-ambiante-54505/" title="Des atomes manipul&eacute;s un &agrave; un &agrave; temp&eacute;rature ambiante !">Des atomes manipul&eacute;s un &agrave; un &agrave; temp&eacute;rature ambiante !</a>&copy; Universit&eacute; de B&acirc;le

Nanotechnologies : des atomes manipulés à température ambiante !

Le microscope à force atomique ou AFM (pour Atomic Force Microscope) est un instrument permettant d'analyser le relief à l'échelle atomique. 
Doté d'une pointe à extrémité métallique de 10 nanomètres de rayon placée sur un levier flexible, l'AFM enregistre les interactions entre les atomes de la pointe et ceux de la surface à analyser. Il se produit soit une attraction, appelée force de Van des Waals, soit une répulsion (à très faible distance). Ces forces provoquent des déplacements de la pointe, entraînant des déviations du levier qui sont enregistrées et traitées par ordinateur pour donner le relief. 
Applications : les nanotechnologies et la recherche biomédicale (l'étude des particules virales à la surface d'une cellule infectée par exemple).

Microscope à force atomique

De même que la vitesse de la lumière représente une vitesse limite inatteignable pour un système physique, de même il existe une borne inférieure inatteignable pour la température thermodynamique d'un système physique introduite par Kelvin : le zéro absolu. Sur l'échelle des degrés Celsius il vaut exactement -273,15 °C par convention. Dans le cadre de la physique classique, cela correspondrait à l'absence de mouvements à l'échelle microscopique pour un système physique, un gaz par exemple. En réalité, du fait de la mécanique quantique et plus précisément des inégalités de Heisenberg, il existe un état de mouvement résiduel correspondant à l'état d'énergie minimum pour un système physique. Dans ce niveau d'énergie, la température et même l'entropie de ce système sont alors nulles. 
Pour l'entropie, ce n'est en fait rigoureusement exact que pour un cristal parfait, et ce sont les variations d'entropie d'un système qui tendent vers zéro avec la température thermodynamique d'après le théorème de Nernst. Actuellement, la température la plus basse atteinte est de l'ordre du milliardième de °K en 2003. Il est à noter que certains systèmes, comme ceux constitués de noyaux doués de spins sans interactions plongés dans un champ magnétique, exhibent une température négative. De part le sens du transfert de chaleur qu'effectuent ces systèmes en contact thermique avec un autre à température positive, il en résulte que les températures négatives sont en fait plus élevées que les positives !

Zéro absolu

Du sel de table à l’eau de Javel, le chlore est partout autour de nous. Attention néanmoins à ses vapeurs jaunes...
Généralités
Symbole : ClNuméro atomique : 17Électrons par niveau d’énergie : 2, 8, 7Masse atomique : 35,453 uIsotopes les plus stables : 35Cl stable avec 18 neutrons (75,77 %), 37Cl stable avec 20 neutrons (24,23 %)Série : halogènes Groupe, période, bloc : 17 (VII), 3, pDensité : 0,0032 (gaz), 1,56 (liquide)Point de fusion : -101,5 °CPoint d’ébullition : -34,04 °C
Historique du chlore 
C’est en 1774 que le dichlore fut isolé par Scheele, mais il croyait qu’il avait affaire à un gaz composé. Davy, en 1809, montra qu’il n’en est rien et donna au chlore son nom actuel, issu du grec « chloros », « vert pâle », qui transcrit sa couleur.
Propriétés du chlore
Aux conditions ordinaires de température et de pression, le chlore est un gaz diatomique jaune-vert. Faisant partie des halogènes, il est extrêmement réactif avec la quasi-totalité des éléments mais quand même moins que le chlore. On lui connaît des composés avec le krypton et le xénon. Le chlore a la particularité d'être un comburant, comme l'oxygène.
Utilisation du chlore
Le chlore a notamment une triste réputation pour son utilisation comme gaz de combat au début du XXe siècle. Cependant, il est aussi présent dans nombre d'objets et d'applications courants. C'est l'un des composants de l'eau de Javel, où il sert de biocide et est employé plus largement pour le traitement des eaux de piscine.
Étant un produit décolorant, le chlore joue un grand rôle dans le blanchissement industriel du papier. Antiseptiques, peintures, insecticides, médicaments ou encore textiles en contiennent aussi. Le dérivé le plus important du chlore est le sel de table, le chlorure de sodium NaCl, qui représente un peu moins de 2 % de la masse des océans.
En chimie organique, le chlore est polyvalent et massivement utilisé : il est présent dans la formule du PVC (polychlorure de vinyle, ou PCV en français) et donne diverses propriétés aux composés organiques par substitution. L'isotope 36Cl, radioactif, est employé dans la datation par isotopes cosmogéniques.
Impact du chlore sur la santé
Chez l'Homme, le chlore est irritant, notamment pour le système respiratoire et les muqueuses. Les risques d'asthme et de rhinites allergiques sont exacerbés par la chloration des eaux de piscine. Pour ce qui est du traitement de l'eau pour la rendre potable, le chlore génère des sous-produits dont certains sont cancérogènes, génotoxiques ou encore toxiques.

Chlore

Un nanomètre = un milliardième de mètre = 10-9 m.

Nanomètre

La couleur, c'est ce qui permet de différencier deux objets de formes et de structures identiques, par exemple le drapeau italien du drapeau français. C'est aussi ce qui n'est ni blanc, ni gris, ni noir. Le blanc et le noir étant les bornes de la gamme des gris neutres.
Quelquefois, la couleur est utilisée pour désigner un objet, comme dans le cas d’un tube de rouge pour parler du rouge à lèvres, par exemple. La couleur est aussi parfois confondue avec la tonalité. Par exemple dans un ton vert, il y a plusieurs couleurs vertes, plus ou moins claires ou foncées. Une couleur est unique.
Il existe deux systèmes trichromatiques (trois couleurs primaires) :
par synthèse additive, dont les couleurs primaires sont rouge, vert et bleu (RVB) ;et par synthèse soustractive, dont les couleurs primaires sont cyan, magenta et jaune (CMJ).
La couleur du physicien
La couleur, c’est aussi la sensation produite par un rayonnement physiquement défini appelé stimulus. Celui-ci pénètre dans l'œil et est capté par des millions de cônes répartis dans la rétine mais surtout concentrés dans sa partie centrale, la fovéa, siège de la vision la plus distincte.
Pour le physicien, le terme de couleur renvoie donc à la couleur spectrale, c’est-à-dire à la perception sensorielle de l’œil humain en fonction de la longueur d’onde de la lumière qu’il reçoit. Ainsi, une lumière de longueur d’onde 550 nm est perçue comme étant de couleur verte. Le spectre visible est composé des sept couleurs de l’arc-en-ciel, soit rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Le vert étant la couleur à laquelle l’œil humain est le plus sensible.
 L’œil humain peut différencier près de huit millions de nuances de couleurs. Pourtant, cet organe si avancé ne donne que peu d’informations à notre cortex pour créer une image. Alors que se passe-t-il exactement lorsque nous voyons ? Unisciel et l’université de Lille 1 nous expliquent, avec le programme Kézako, le fonctionnement de ce surprenant organe. © Unisciel
La production des couleurs
C’est en interagissant (absorption, diffusion, réfraction, interférences ou diffraction) avec la matière que la lumière produit des couleurs. La couleur bleue du ciel est ainsi le résultat d'une combinaison de plusieurs de ces phénomènes.
L’absorption de lumière est l’un des principaux mécanismes qui entrent dans le jeu des couleurs dans la vie courante. En effet, la plupart des matériaux ont pour particularité d’absorber certaines longueurs d’ondes de la lumière. Si, par exemple, les carottes nous apparaissent orange, c’est qu’elles contiennent du bêtacarotène qui absorbe les longueurs d’ondes comprises entre le violet et le vert et réfléchit la partie du spectre allant du rouge au vert.
La couleur du physicien des particules
Le physicien des particules utilise le terme « couleur » pour désigner un nombre quantique attribué aux quarks et aux gluons. Ainsi, les quarks existent en trois couleurs : rouge, bleu et vert. Les hadrons, quant à eux, sont de couleur neutre, c’est-à-dire blancs. Cependant, aucun rapport ici avec une perception visuelle que nous pourrions en avoir.
La notion de charge de couleur a été introduite pour expliquer la coexistence des quarks au sein des hadrons, tout en satisfaisant le principe d’exclusion de Pauli. Aujourd’hui, la chromodynamique quantique joue un rôle important dans le modèle standard de la physique des particules.

Couleur

Le brome est le seul élément avec le mercure à exister sous forme liquide à température ambiante. Comme ses acolytes du groupe 17, il n’existe que sous forme de dimère : le dibrome.
Généralités
Symbole : BrNuméro atomique : 35Électrons par niveau d’énergie : 2, 8, 18, 7Masse atomique : 79,90 uIsotopes les plus stables : 79Br stable avec 44 neutrons (50,69 %), 81Br stable avec 46 neutrons (49,31 %)Série : halogènesGroupe, période, bloc : 17 (VII), 4, pDensité : 3,12 (liquide, 20 °C)Point de fusion : -7,2 °CPoint d’ébullition : 58,8 °C
Historique du brome
C’est le chimiste allemand Löwig qui réussit le premier à isoler un peu de brome en 1825 mais ce fait fut annoncé après l’isolation du brome par Balard en 1826. Le pourpre de Tyr, un pigment fameux contenant du brome, est utilisé depuis l’Antiquité.
Propriétés du brome
Le brome est un liquide rouge-brun à température ambiante. Il devient métallique à des pressions supérieures à 55 GPa. Il est l'un des sept éléments qui forment une molécule diatomique. Le dibrome possède une solubilité dans l'eau très supérieure à celle des autres dihalogènes.
Utilisation du brome
On emploie le brome dans la désinfection de l'eau de piscine. Le bromure d'argent était un composant essentiel de la photographie argentique. Le bromure de potassium est employé comme sédatif depuis le XIXe siècle. Il est incorporé comme retardateur de flamme dans des matières plastiques et des textiles. En chimie fine, le brome est présent dans de nombreux intermédiaires de synthèse.
Effets du brome sur la santé et toxicité
Le brome est très toxique pour l’Homme, et provoque des dégâts divers dans l’organisme. Par exemple, il peut être responsable de dysfonctionnements du système nerveux et peut perturber le matériel génétique. Des dommages sont aussi constatés au niveau du foie, des reins, des poumons, de l'estomac et du système gastro-intestinal. Le bromure d'éthylène peut provoquer des cancers.

Brome

Retrouvé la plupart du temps sous forme de sel dans les océans et dans nos assiettes, le sodium, premier élément de la deuxième période, est un élément extrêmement réactif.GénéralitésSymbole : NaNuméro atomique : 11Électrons par niveau d’énergie : 2, 8, 1Masse atomique : 22,9898 uIsotopes les plus stables : 23Na stable avec 12 neutrons (100 %)Série : métaux alcalinsGroupe, période, bloc : 1, 3, sDensité : 0,97Point de fusion : 97,80 °CPoint d’ébullition : 883 °CHistorique du sodium Le sodium est connu dans les composés depuis l’Antiquité mais l’isolation de cet élément ne date que de 1807, par Davy, qui fit l’électrolyse de la soude caustique (NaOH). Le terme « sodium » provient de l’anglais « soda », pour « soude ». Quant au symbole, il est issu du grec « nitron », terme qui désigne le natron, un sel naturel.Propriétés du sodiumLe sodium se présente comme un solide blanc et argenté. Il a la particularité d'être très réactif (notamment avec les halogènes, il l'est cependant très peu avec le carbone) et de réagir avec violence en présence d'eau, ce qui dégage de grandes quantités d'hydrogène et provoque une explosion. C'est la raison pour laquelle le sodium est souvent stocké dans une atmosphère inerte.Le spectre du sodium possède deux raies caractéristiques très brillantes dans le jaune. Par ailleurs, le sodium est un excellent conducteur électrique.Utilisation du sodiumDe grandes quantités de composés du sodium sont produites par l’industrie, notamment le chlorure de sodium (NaCl, sel de table), la soude caustique (NaOH) ou encore le carbonate de sodium (Na2CO3).Le sodium élémentaire est également employé pour diverses applications : production de l’indigo, adoucissant, absorbeur d’humidité seul ou en combinaison avec le potassium, etc. De plus, les lampes à vapeur de sodium sont très répandues pour l’éclairage public.Effets du sodiumOn retrouve le sodium sous la forme de sel dans de nombreux aliments. Il est nécessaire à l'Homme car il a un rôle dans le maintien de l'équilibre hydrique dans le corps ainsi que dans le fonctionnement des muscles et des nerfs. Néanmoins, de trop grandes quantités de sel peuvent avoir des effets néfastes, notamment sur les reins, et augmentent les risques d'hypertension artérielle.

Sodium

Les liants utilisés en maçonnerie diffèrent de ceux entrant dans la composition des peintures et vernis. En construction, on utilise deux grandes familles de liants : aériens ou hydrauliques. Les liants des peintures et vernis sont constitués de macromolécules (polymères) d’origine naturelle ou synthétique.Les liants de maçonneriePoudreux ou pâteux, ils se distinguent par leur mode de durcissement ou de prise. Les liants aériens sont essentiellement de la chaux calcique (CL) ou dolomitique (DL). À base de roches calcaires, ils sont hydratés (éteints) après cuisson à une température avoisinant 900 °C. Ils durcissent lentement, au contact de l’air uniquement.Un mortier de chaux aérienne et de sable, pour le jointoiement ou l’enduisage, durcit toujours de l’extérieur vers l’intérieur. © BCB TradicaOn distingue plusieurs types de liants hydrauliques. Le ciment et le plâtre durcissent (se pétrifient) en réaction avec l’eau servant à homogénéiser le mélange. Selon leur composition, la prise est rapide, demi-lente ou lente. La chaux hydraulique naturelle (NHL) présente la particularité de durcir au contact de l’eau d’abord, puis de l’air.Bloc "Le saviez-vous ?"Les liants pour peintures et produits assimilésAssurant la fixation au support, le liant permet à la peinture ou au vernis de durcir par évaporation de son solvant ou par polymérisation. Les liants d’origine naturelle proviennent du règne animal (caséine, œuf, colle de peau…), minéral (argile, chaux…) ou végétal (argile, fécule de pomme de terre, gomme arabique, huile de carthame…). Les liants synthétiques sont des résines dérivées du caoutchouc, de la cellulose, des résines plastiques diluables à l’eau (acryliques, alkydes, uréthanes, vinyliques…) ou au white-spirit (glycérophtaliques, polyesters…). Une peinture ou vernis peut combiner plusieurs liants afin d’améliorer certaines caractéristiques : tendu ou durcissement du feuil, par exemple.Patine murale d’aspect soyeux associant une sous-couche acrylique blanche et une finition sablée métallisé, chacune en phase aqueuse. Un temps de séchage de huit heures est nécessaire entre les deux applications. © Maison Déco

Liant

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Cette [popupdefinition id=11105]voiture[/popupdefinition] mol&eacute;culaire de 4 x 2 [popupdefinition id=2517]nanom&egrave;tres[/popupdefinition] circule sur une surface de [popupdefinition id=14798]cuivre[/popupdefinition] avec ses roues entra&icirc;n&eacute;es &eacute;lectriquement.Plus d'informations dans notre article&nbsp;<a href="http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/chimie-use-nano-objet-atome-atome-44394/" title="Comment s'use un nano-objet ? Atome par atome...">Comment s'use un nano-objet ? Atome par atome&hellip;</a>&copy; Empa Switzerland

Une nanovoiture sur une surface de cuivre

Une automobile est un véhicule terrestre disposant de roues et équipé d'un moteur embarqué qui le propulse. 
Inventée en 1886 par Carl Benz
La toute première automobile : à vapeur 
La première ébauche d'un véhicule mobile a lieu en 1796 lorsque le Français Joseph Cugnot plaça une machine à vapeur à l'arrière d'une charrette : le fardier. Plusieurs tentatives furent opérées dans les décennies suivantes, toutes se basant sur la machine à vapeur. Mais cette dernière empêchait tout véhicule de devenir réellement mobile, en raison de sa lourdeur, de sa faible vitesse et de son autonomie de quelques dizaines de minutes. Il fallut attendre le moteur à explosion en 1859 pour voir apparaître les premières automobiles.
Les évolutions de l'automobile moderne
L'ingénieur allemand Carl Benz est considéré comme l'inventeur de l'automobile moderne : il s'inspira du modèle de moteur mis au point par Nikolaus Otto pour créer son véhicule, équipé de trois roues et d'un moteur à explosion. Il dépose alors un brevet qui est validé le 29 janvier 1886. Carl Benz entreprend immédiatement la création d'une entreprise qui porte son nom et qui, en l'espace de 15 ans, devient leader mondial de ce secteur. À partir des années 1920, l'automobile se démocratise dans le monde entier, avec le développement des routes goudronnées et l'instauration du code de la route. Elle est composée d'un châssis roulant sur lequel est installé un groupe motopropulseur commandé par le conducteur à l'aide d'un volant et d'éventuelles pédales. Le moteur installé est un moteur à combustion interne ou un moteur électrique. L'essor des accessoires tels que l'ABS et l'airbag lui ont permis de devenir plus sûre et de réduire le nombre de morts sur les routes.

Automobile

Sa patine verte est caractéristique et recouvre notamment la statue de la Liberté : le cuivre est partout, des ustensiles de cuisine aux ordinateurs, mais aussi sur les toits.
Généralités
Symbole : CuNuméro atomique : 29Électrons par niveau d’énergie : 2, 8, 18, 1Masse atomique : 63,546 uIsotopes les plus stables : 63Cu stable avec 34 neutrons (69,17 %), 65Cu stable avec 36 neutrons (30,83 %)Série : métaux de transitionGroupe, période, bloc : 11, 4, dDensité : 8,96Point de fusion : 1.084,62 °CPoint d’ébullition : 2.562 °C
Historique du cuivre
Le cuivre est connu depuis fort longtemps, puisque c'est le premier métal travaillé par l’Homme. D'anciennes traces de fusion du cuivre ont été datées de la première moitié du Ve millénaire avant J.-C. Formant un alliage avec l'étain, le cuivre est à l'origine d'une révolution technologique, l'âge du bronze (2.300 ans avant notre ère).
Propriétés du cuivre
Métal de couleur rouge ou orangée, le cuivre est ductile et malléable. Il possède une très grande conductivité électrique et présente une certaine résistance à la corrosion. Le cuivre présente aussi des propriétés antisalissures.
Utilisation du cuivre
Le cuivre est présent dans de nombreux alliages, notamment dans les radiateurs et les échangeurs de chaleur. Sa bonne conductivité électrique (la meilleure parmi les métaux non précieux) et thermique en fait un matériau de choix en télécommunications, dans le bâtiment, les transports ou encore le domaine de l'énergie. Les circuits intégrés et les circuits imprimés possèdent de plus en plus de cuivre. On utilise aussi le cuivre dans les tubes à vide et les guides d'onde.
En architecture, le cuivre peut servir comme matériau de couverture étanche, sur les toits par exemple. Dans les alliages avec le nickel, le cuivre est employé en construction navale pour sa bonne tenue à la corrosion.
Les composés cuivrés, minoritaires dans l'utilisation du cuivre, servent notamment dans les fongicides. Parmi les alliages de cuivre, notons le laiton (cuivre et zinc, pour les douilles d'obus et les matériaux à mémoire de forme notamment) et le bronze (cuivre et étain, matériaux de frottement).
Effets du cuivre sur la santé et toxicité
Il existe une nocivité pour l'Homme à très haute dose avec le cuivre consommé sous ses formes oxydées. Par ailleurs, le cuivre est un oligoélément essentiel pour la spermatogénèse, tout en étant capable d'affecter la motilité des spermatozoïdes.

Cuivre

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Le buckminsterfuller&egrave;ne est une &eacute;trange [popupdefinition id=783]mol&eacute;cule[/popupdefinition] de [popupdefinition id=3873]carbone[/popupdefinition] en forme de [popupdefinition id=14992]ballon[/popupdefinition] de football. Il semble tr&egrave;s prometteur dans le cadre des [popupdefinition id=4783]nanotechnologies[/popupdefinition]. Il pourrait par exemple &ecirc;tre utilis&eacute; pour capturer le CO2 industriel.Plus d'informations dans notre article <a href="http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/chimie-buckminsterfullerenes-capturer-co2-industriel-56339/" title="Des buckminsterfuller&egrave;nes pour capturer le CO2 industriel">Des buckminsterfuller&egrave;nes pour capturer le CO2 industriel</a>.&copy; nobeastsofierce, Shutterstock

Une nanotechnologie à base de buckminsterfullerène

Une molécule est un ensemble d’atomes (au moins deux) identiques ou non, unis les uns aux autres par le biais de liaisons chimiques. Ces dernières sont les résultats de la mise en commun d’un certain nombre d’électrons gravitant sur la couche externe des atomes.
La liaison dite covalente simple est la plus simple des liaisons que l’on puisse rencontrer entre deux atomes lorsque ceux-ci mettent en commun un unique électron de leur couche externe chacun. Les deux électrons en question forment ainsi un doublet liant.
La structure d'une molécule est déterminée par le nombre de doublets d'électrons, liants ou non. Une molécule qui compte quatre liaisons covalentes simples, comme le méthane (CH4), présente une forme tétraédrique. En revanche, une molécule qui présente quatre liaisons covalentes dont une triple, comme l'acétylène (C2H2), sera de forme linéaire. L'objectif étant de minimiser les forces de répulsions entre doublets.
Composition chimique et représentation des molécules
La formule chimique d’une molécule renseigne sur sa composition chimique. La molécule d’eau, de formule H2O, par exemple, est constituée de deux atomes d’hydrogène, H, et d’un atome d’oxygène, O.
D’autres représentations peuvent renseigner sur la structure de la molécule comme par exemple les représentations suivantes : 
La formule développée fait apparaître les doublets d'électrons liants. Pour la molécule d’eau, on obtient : H – O – H ;La formule de Lewis figure les liaisons entre les atomes ainsi que les électrons de valence qui ne participent pas aux liaisons. C'est en quelque sorte, une formule développée plus complète ;La représentation de Cram met en évidence la structure de la molécule dans l'espace mais elle ne distingue pas les liaisons chimiques simples des liaisons doubles.
Une formule unique mais des molécules différentes
Ces différentes représentations peuvent être très utiles pour distinguer des molécules que l'on nomme isomères. Celles-ci possèdent une même formule brute mais des formules développées ou des représentations différentes. Elles peuvent donc avoir des propriétés différentes.
C'est par exemple le cas du butane et du méthylpropane (ou isobutane) : ils sont tous deux représentés par la formule brute C4H10 mais se distinguent par la configuration de leurs chaînes carbonées.

Molécule

Composé d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène, le dioxyde de carbone (CO2) est une molécule linéaire. Aux conditions normales de pression et température, ce composé inorganique est présent sous forme gazeuse : c’est le gaz carbonique. On peut néanmoins le retrouver sous forme liquide et solide.
Le gaz carbonique est un puissant gaz à effet de serre. Il est produit lors des processus de combustion. Pour cette raison, la production industrielle et les émissions automobiles représentent un problème écologique majeur. En mai 2013, le seuil symbolique des 400 ppm a été atteint à Hawaï. Pareille concentration n’avait pas été atteinte depuis deux millions d’années.
Le métabolisme humain produit du CO2, qui est éliminé lors de l'expiration. L'air expiré contient environ 4 % de CO2. Incolore et inodore, le dioxyde de carbone se forme dans les tissus de l'organisme et qui est éliminé par les poumons.

Dioxyde de carbone

En chimie, le terme de « ballon » désigne un matériel de verrerie de laboratoire. Il s'agit d'un récipient de laboratoire de forme sphérique, à fond plat ou rond.
Chimie : un ballon pour chauffer le milieu réactionnel
Il est généralement utilisé lorsqu’il est nécessaire de chauffer le milieu réactionnel pendant une durée de plusieurs minutes. Le récipient est alors placé sur un chauffe-ballon qui en épouse la forme.
Pour résister à la chaleur, le ballon du chimiste est généralement fait de verre borosilicaté. S’il doit être inséré dans un montage complexe, le ballon peut disposer de deux ou trois ouvertures. Il est alors qualifié de « ballon bi- ou tricol ».
Bien utiliser un ballon en chimie
Pour réguler la montée en température du milieu réactionnel, il peut être utile de placer, dans le fond du ballon, des billes qui permettront une agitation magnétique de la solution.
Lorsque l’on utilise un ballon à fond rond, il est recommandé de se munir d'un valet en liège ou en matière plastique. Un tel support permettra de maintenir le ballon droit sur la paillasse.

Ballon

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Cet objet fait partie de ce que l'on appelle &laquo;&nbsp;les&nbsp;Mems &raquo;&nbsp;([popupdefinition id=5717]microsyst&egrave;mes &eacute;lectrom&eacute;caniques[/popupdefinition], de l'anglais Microelectromechanical systems). Mesurant 300 [popupdefinition id=5146]microm&egrave;tres[/popupdefinition] de longueur, il a &eacute;t&eacute;&nbsp;mis au point par l'&eacute;quipe suisse de l'ETH Zurich qui a particip&eacute; &agrave; la RoboCup 2009. Avec l'avanc&eacute;e technologique en micro&eacute;lectronique et nano&eacute;lectronique, des matchs de nanofootball sont s&eacute;rieusement envisag&eacute;s !&copy; ETH Zurich

Mems : un nanofootballeur qui fait mouche

On appelle microsystèmes électromécaniques – microelectromechanical systems – ou Mems, des systèmes électromécaniques dont la taille varie de quelques microns à quelques dizaines de nanomètres. Les Mems intègrent généralement des éléments mécaniques couplés à des éléments électroniques, d’où leur dénomination. Ils jouent sur des phénomènes électromagnétiques, thermiques ou encore fluidiques.Les premiers microsystèmes électromécaniques ont été mis au point dans les années 1970 et ont été mis sur le marché dans les années 1980. Ils sont aujourd’hui très présents dans notre vie quotidienne, par exemple dans les systèmes de déclenchement d’airbags, au cœur de la téléphonie, de l’automobile ou du médical.Les bioMems sont généralement intégrés à des laboratoires sur puce destinés à intégrer l’ensemble des étapes d’un protocole biologique sur un système miniaturisé. © science photo, FotoliaDes capteurs Mems aux Mems spécialisésLes microsystèmes électromécaniques que l’on appelle les capteurs Mems ont pour objectif de lier une déformation mécanique avec une variation électrique. C’est le cas des capteurs de pression qui nous permettent de surveiller nos pneus ou encore des capteurs d’accélération qui commandent nos airbags.Quelques termes dérivés désignent quant à eux des Mems un peu plus spécialisés et sophistiqués encore. Ainsi les Moems — pour Micro-opto-electro-mechanical systems, comprenez Mems optiques — permettent de manipuler une information lumineuse ou électromagnétique. On en trouve dans les vidéoprojecteurs notamment. Les BioMems, quant à eux, intègrent des réseaux de microcanaux, lieux d’écoulements microfluidiques. Ils permettent d’interagir avec le vivant, à l’échelle des protéines — quelques nanomètres —, à l’échelle des cellules — quelques dizaines de micromètres — ou à celle des tissus — quelques millimètres.

Microsystème électromécanique

Un micromètre, de symbole µm, vaut 10-6 m soit 0, 000 001 mètre. L'utilisation du mot micron a été retirée du Système Internationale en 1968.

Micron

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Des [popupdefinition id=3868]nanotubes de carbone[/popupdefinition] greff&eacute;s sur des [popupdefinition id=17945]renforts[/popupdefinition] microm&eacute;triques permettent d'am&eacute;liorer la s&eacute;curit&eacute; et la performance des mat&eacute;riaux composites. L'ensemble devient beaucoup moins volatil et plus ais&eacute;ment utilisable pour le renforcement des [popupdefinition id=803]polym&egrave;res[/popupdefinition].&copy; CNRS Phototh&egrave;que / BAI Jinbo

Des nanotubes de carbone pour les matériaux composites

Observés pour la première fois en 1991, les nanotubes se présentent comme des tubes creux concentriques séparés de 0,34 nanomètre (parfois il n'y a qu'un seul tube), avec un diamètre interne de l'ordre du nanomètre et une longueur de l'ordre de quelques micromètres. Ces structures allongées sont éventuellement fermées à leurs extrémités par des pentagones de carbone caractéristiques des fullerènes. 
Un tel filament présente une résistance 100 fois supérieure à l'acier, pour un poids divisé par six, et cela avec une résistance peu commune aux hautes températures. Leur diamètre est de l'ordre du millionième de millimètre. Cette valeur est réellement difficile à appréhender pour l'esprit humain, mais pour la comprendre, il suffit de se dire qu'un nanotube de carbone d'une longueur équivalent à la distance Terre-Lune, enroulé sur lui-même, occuperait le volume qu'un pépin d'orange.
Leurs propriétés électriques, mécaniques et thermiques laissent entrevoir de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la microélectronique, des matériaux (car ils sont potentiellement cent fois plus résistants et six fois plus légers que l'acier), pour le stockage de l'hydrogène.
Historique
Jusqu'en 1985, les seules formes cristallisées connues de carbone pur étaient le graphite et le diamant. 
En 1985 trois chercheurs R. Smalley, R. Curl (Rice University, Houston, USA) et H. Kroto (University of Sussex, Grande Bretagne) ont découvert une nouvelle forme de carbone, la molécule de C60 constituée de 60 atomes de carbone répartis sur les sommets d'un polyèdre régulier constitué de facettes hexagonales et pentagonales. 
La découverte des nanotubes de carbone est quant à elle due à S. Iijima (NEC, Tsukuba, Japon) qui l'identifie par microscopie électronique dans un sous produit de synthèse des fullerènes. 
Depuis, différentes méthodes de synthèse spécifiques ont été mises au point et ont permis l'étude en laboratoire de la structure et des propriétés physiques et chimiques de ces objets. Ces recherches ont pris un essor extraordinaire tant sont spectaculaires à la fois la structure de cet objet et ses propriétés dans différents domaines allant de la mécanique à la nanochimie en passant par la nanoélectronique et les effets de pointe sous champ électrique.

Nanotube de carbone

Le terme polymère désigne une molécule de masse moléculaire élevée généralement organique ou semi-organique. Une macromolécule constituée d’un enchaînement d’un grand nombre d’unités de répétition, d’un ou de plusieurs monomères, unis les uns aux autres par des liaisons covalentes.Ainsi l’amidon ou les protéines sont-ils des polymères, au même titre que la soie ou le bois sont constitués de polymères. Les matériaux thermoplastiques, thermodurcissables et élastomères comptent également parmi les polymères. Et les matrices polymères sont beaucoup utilisées dans les matériaux composites.Les fibres organiques (aramide) sont constituées de polymères linéaires, les fibres de carbone. Certaines fibres de carbure de silicium sont fabriquées à partir de précurseurs organiques.Le coton est composé de quelque 90 % de cellulose, un polymère naturel. © Engin_Akyurt, Pixabay, CC0 Creative CommonsLes propriétés des polymèresÀ température ambiante, les polymères peuvent être liquides ou solides. De manière générale, les polymères sont légers. Ils sont aussi souples et ne sont stables qu’à des températures modérées. Sauf exception, ce sont des isolants électriques et thermiques.De manière plus précise, les propriétés des polymères dépendent :
du type d'assemblage (liaisons et formes) et de la nature chimique des monomères qui les constituent ;
du degré de polymérisation ;
de la formulation, c’est-à-dire de la nature et du taux des ingrédients que l’on introduit.
On distingue par ailleurs :
les homopolymères (linéaires, branchés ou étoilés), comme le polystyrène, qui sont des polymères constitués par l'association de molécules provenant d'un seul motif monomère ;
les copolymères lorsque la polymérisation s'effectue sur deux ou plusieurs monomères différents ;
les polymères réticulés pour lesquels les macromolécules s'enchaînent dans les trois directions de l'espace (macromolécules réticulées).

Polymère

Le chaînage est un ferraillage servant à liaisonner, renforcer et rigidifier un ouvrage de maçonnerie. De différentes formes et dimensions, il peut être horizontal, vertical ou incliné.Les armatures de chaînage interagissent comme les diverses parties d’un squelette. Périphériques ou situées à des endroits stratégiques, elles permettent à la maçonnerie de conserver sa cohérence et de résister aux charges s’exerçant sur elles. La réglementation définit le nombre et le diamètre minimal des fers suivant leur rôle et leur emplacement dans la construction.Les chaînages horizontauxCes armatures remplissent plusieurs fonctions : ceinturer les soubassements, relier les planchers aux murs, couronner les élévations… À la manière d’une chaîne (d’où le nom générique), elles sont continues et conçues pour absorber les efforts de traction. S’opposant aux poussées de la charpente sur les murs de structure, elles peuvent être intégrées à ceux-ci ou former des bandeaux en saillie. Les chaînages horizontaux peuvent, également, être associés aux linteaux maçonnés. Les chaînages verticauxIls renforcent les angles rentrants ou saillants de la maçonnerie, en liaison avec les chaînages horizontaux. Ils évitent en même temps le soulèvement des dalles de plancher dans les angles. On peut en ajouter de chaque côté des joints de fractionnement et ailleurs, dans la construction (tableaux des baies, points intermédiaires des murs de clôture…) en conformité avec la réglementation parasismique.Les chaînages inclinés Également appelés « rampannages », les chaînages inclinés sont obligatoires en zone parasismique pour renforcer les rives des pignons. De même, pour toute autre construction, dès que la hauteur sous la pointe du pignon dépasse 150 centimètres. 1. Couronnement plancher bas – 2. Chaînage vertical d’angle – 3. Chaînage vertical de baie – 4. Chaînage horizontal de liaison mur/plancher – 5. Renfort horizontal de linteau – 6 et 7. Couronnements de murs - 8. Chaînage incliné. © D’après doc Capeb 

Chaînage

3132_des-nanotubes-de-carbone-pour-les-materiaux-composites

Cette compilation d'images, obtenues &agrave; l'aide d'un [popupdefinition id=7783]microscope &eacute;lectronique &agrave; balayage[/popupdefinition], permet de d&eacute;couvrir diverses nanostructures bas&eacute;es sur des [popupdefinition id=3868]nanotubes de carbone[/popupdefinition].&copy; [popupdefinition id=2468]Nasa[/popupdefinition]

Des nanostructures à base de nanotubes de carbone

La Nasa (National Aeronautics and Space Administration) est une agence gouvernementale américaine, chargée d’exécuter le programme spatial civil. Aujourd’hui encore, elle est considérée comme un leader dans le domaine de l’aérospatiale. À son palmarès figurent les missions Apollo qui ont permis l’envoi des premiers Hommes sur la Lune, l’exploration de Mars par Curiosity ou encore les découvertes du télescope spatial Hubble.
Fondée le 29 juillet 1958 par le président Eisenhower, la Nasa vient remplacer le Naca (National Advisory Committee for Aeronautics), opérationnel depuis 1915. Guerre froide oblige, sa mission est alors de concurrencer le programme spatial soviétique. © Nasa
De nos jours, la Nasa emploie environ 20.000 personnes réparties dans une vingtaine d’institutions, comme le Goddard Space Flight Center, le Jet Propulsion Laboratory, le Langley Research Center ou encore le Kennedy Space Center. Elle accomplit des missions d’exploration et de recherche dans le domaine spatial et aérospatial par divers moyens : sondes, satellites, missions robotisées, etc. L’agence possède également un volet sciences de la Terre, pour étudier en particulier les effets du changement climatique.
Le Kennedy Space Center, en Floride, est une base de lancement située à proximité de Cap Canaveral. © Nasa
Les missions marquantes en cours et les projets futurs
La Nasa exploite la Station spatiale internationale (ISS), en coopération avec d’autres agences gouvernementales, où sont réalisées des recherches en astronomie, en sciences des matériaux et en biologie. Depuis 1990, l’agence exploite le célèbre télescope spatial Hubble, à l’origine d’avancées importantes dans notre connaissance de l’univers. Le très attendu James Webb Space Telescope viendra lui prêter main-forte en 2019.
Pour explorer Mars, la Nasa a lancé le programme Mars Science Laboratory (MSL), connu pour son rover Curiosity parcourant depuis 2012 le sol de la planète rouge à la recherche de traces de vie ancienne. Curiosity devrait être rejoint par l’atterrisseur InSight (lancement en mai 2018), puis viendra le rover Mars 2020, prévu pour le début des années 2020.
Dans le reste du Système solaire, des missions d’exploration étudient les géantes gazeuses, telle la sonde spatiale Cassini qui a plongé dans l’atmosphère de Saturne mi-septembre 2017 et la sonde New Horizons, toujours en activité, la première à avoir survolé Pluton et poursuit son exploration de la ceinture de Kuiper.

Nasa

Le microscope électronique à balayage est un microscope électronique qui permet de visualiser des objets en relief.
Technique du microscope électronique à balayage
Le microscope électronique à balayage (MEB ou SEM en anglais pour scanning electron microscopy) utilise un fin faisceau d’électrons, émis par un canon à électrons. Des lentilles électromagnétiques permettent de focaliser le faisceau d’électrons sur l’échantillon.
L’interaction entre les électrons et l’échantillon provoque la formation d’électrons secondaires de plus faible énergie. Ils sont amplifiés puis détectés et convertis en un signal électrique. Ce processus est réalisé en chaque point de l’échantillon par un balayage du microscope. L’ensemble des signaux permet de reconstruire la typographie de l’échantillon et de fournir une image en relief.
La préparation des échantillons est contraignante. Ils doivent être déshydratés puis subir un traitement pour devenir conducteur (fixation des tissus, nettoyage). L’échantillon est ensuite placé sur le porte-objet.
Utilisation du microscope électronique à balayage
Grâce au microscope électronique à balayage, il est possible de voir la surface d’objets, de bactéries, de matériaux… La grande profondeur de champ est un atout de ce microscope. La résolution (1 nanomètre) est en revanche moins bonne que celle du microscope électronique en transmission (0,1 nanomètre).

Microscope électronique à balayage

3133_des-nanostructures-a-base-de-nanotubes-de-carbone

Cette batterie souple a &eacute;t&eacute; con&ccedil;ue &agrave; partir de nanofibrilles de [popupdefinition id=4162]cellulose[/popupdefinition] extraites du [popupdefinition id=4042]bois[/popupdefinition]. Elle est impr&eacute;gn&eacute;e d'une encre conductrice. Sa structure en 3D offre une capacit&eacute; de stockage d'[popupdefinition id=15884]&eacute;nergie[/popupdefinition] plus importante que les batteries standard.Plus d'informations sur notre article&nbsp;<a href="http://www.futura-sciences.com/magazines/high-tech/infos/actu/d/technologie-batterie-souple-creee-partir-cellulose-bois-58470/" title="Une batterie souple cr&eacute;&eacute;e &agrave; partir de la cellulose du bois">Une batterie souple cr&eacute;&eacute;e &agrave; partir de la cellulose du bois</a>.&copy;&nbsp;Max Hamedi and Wallenberg Wood Science Center

Une batterie souple pour les véhicules électriques et les vêtements connectés

Nom masculin : tissu complexe formé de cellules disposées longitudinalement (cellules conductrices, fibres) et transversalement (rayons). Le bois constitue la plus grande partie du tronc des plantes ligneuses.

Bois

Les physiciens emploient le terme d'énergie pour désigner une capacité à modifier un état ou à produire un travail entraînant un mouvement ou générant un rayonnement électromagnétique – de la lumière, par exemple – ou de la chaleur. Le mot vient d’ailleurs du grec et signifie « force en action ».
Dans le système international, l’énergie s’exprime en joules, mais dans le langage courant, elle s’exprime plus souvent en kilowatt-heure (kWh). Quant à la tonne d’équivalent pétrole (tep), elle permet généralement de comparer les différentes sources d’énergie entre elles.
Il est à noter que, selon le premier principe de la thermodynamique, l’énergie d’un système fermé se conserve.
Pas une mais des énergies
Il existe en fait de nombreuses formes d’énergie. Ainsi, l’énergie cinétique, par exemple, est une forme d’énergie liée au mouvement d’un corps. Elle est proportionnelle au carré de sa vitesse. La combustion, quant à elle, permet de récupérer l’énergie potentielle chimique contenue dans un combustible. Les panneaux solaires captent l’énergie lumineuse pour la transformer en énergie électrique.
Les sources d’énergie
Les énergies sont également parfois classées en fonction de leur source. On peut parler des énergies fossiles – tirées du charbon ou du pétrole, par exemple –, de l’énergie nucléaire – qui provient de réactions nucléaires –, ou encore des énergies renouvelables, qui sont naturellement régénérées comme l’énergie solaire ou l’énergie éolienne.
Énergie primaire, secondaire, finale ou utile
Une autre classification vient du fait que les énergies qui nous sont utiles dans la vie de tous les jours ne sont pas forcément disponibles, prêtes à l’emploi dans la nature. On parle ainsi :
d’énergie primaire quand elle est directement exploitable (le rayonnement solaire, par exemple) ;d’énergie secondaire pour celle obtenue après transformation (l’électricité, par exemple) ;d’énergie finale pour l’ensemble des énergies prêtes à l’emploi, délivrées au consommateur (l’essence disponible à la pompe, etc.) ;d’énergie utile pour celle qui rend réellement service à l’utilisateur (la lumière issue d’une lampe, etc.).

Énergie

Polysaccharide formé de chaînes de glucose, liées entre elles pour former une fibre.
Polysaccharide formé de nombreuses molécules de glucose unies par des liaisons glycosidiques b-1,4. C'est une fibre alimentaire faisant partie de la structure des végétaux. Elle n'est pas digérée dans le système digestif de l'humain, quoiqu'elle soit dégradée partiellement par les bactéries intestinales.

Cellulose

10156_une-batterie-souple-pour-les-vehicules-electriques-et-les-vetements-connectes

Cet agencement hexagonal de nanofils d'or est ici vu du dessus. L'image a &eacute;t&eacute; obtenue &agrave; l'aide d'un [popupdefinition id=11130]microscope[/popupdefinition] &agrave; balayage &eacute;lectronique.&copy; (cc)lacombj

Un agencement hexagonal de nanofils d'or

Le microscope est un instrument d'optique qui permet d'examiner des objets ou des éléments invisibles ou difficilement visibles à l'œil nu, grâce à une lentille.Inventé en 1595 par Zacharias JanssenInvention du microscopeL'invention de cet appareil reste contestée, plusieurs sources différentes se contredisant.En effet, l'invention de la lentille grossissante fonctionnant à la manière d'une loupe et permettant de grossir des détails, daterait du XVe siècle, mais il semblerait que le microscope fut inventé par Zacharias Janssen, un opticien hollandais, en 1595. Ce dernier aurait été le premier à combiner deux lentilles convexes, l'une ayant un effet grossissant, et l'autre une utilité oculaire. Son père l'aurait également aidé à mettre au point ce système. À cette époque, cet instrument sert avant tout à observer des bactéries ou des globules. Peu de temps après, en 1609, Galilée conçoit le sien, composé cette fois-ci d'une lentille convexe et d'une lentille concave, qu'il appela occhiolino. Le terme microscope, quant à lui, ne fut fixé qu'en 1645 par Demisiano.Évolution et utilisation du microscopePar la suite, l'outil évolua, tant au niveau de sa forme que de ses lentilles : en 1667, Robert Hooke réalise le premier modèle complet tel que nous le connaissons : composé d'une table, d'un système de mise au point et d'un éclairage à condenseur, l'appareil lui servira à découvrir la cellule. À cette époque, ce ne sont déjà plus deux, mais trois lentilles qui sont utilisées, fabriquées en verre coulé. À la fin du XVIIe siècle, Christiaan Huyghens réalise un nouvel instrument composé de deux lentilles corrigeant toute aberration chromatique. Utilisé en biologie et en médecine, le microscope a depuis permis la découverte de la division cellulaire, des agents pathogènes à l'origine des premiers vaccins, ou encore des bacilles de la lèpre et de la tuberculose. Un microscope c'est quoi ? Un microscope est un instrument scientifique utilisé pour observer ce qui est trop petit pour être vu à l’œil nu. Le terme est formé des mots grecs "micros" (petit) et "skopein" (observer, voir). Les premiers microscopes utilisaient des lentilles de verre, mais les dernières décennies ont vu naître différents types et sous-types de microscopes.Des lentilles sont déjà utilisées pour magnifier des objets depuis l’Antiquité lorsque Zacharias Janssen et son père Hans glissent 2 verres convexes dans un tube coulissant, inventant ainsi le microscope vers la fin du 16ème siècle, avec un grossissement x10. Par la suite les microscopes sont améliorés, notamment par les scientifiques Antoine van Leeuwenhoek et Robert Hooke.Au début des années 1930 les allemands Ernst Ruska et Max Knoll inventent le microscope électronique, technologie qui permet de dépasser la résolution des microscopes optiques. Dans les années 1980 d’autres microscopes sont mis au point comme le microscope à effet tunnel, le microscope à fore atomique ou le microscope numérique. Si la fonctionnalité d’un microscope ne change pas, les technologies utilisées sont donc en constante évolution. Un microscope, comment ça marche ? Le but d’un microscope est toujours de créer une image grossie d’un objet observé, mais la manière dont il fonctionne dépend des technologies utilisées. Il existe de nombreux types de microscopes dont voici les principaux. Le microscope optiqueSimilaire à un appareil photo, le microscope optique utilise un objectif fait de plusieurs lentilles et un oculaire. Il grossit plus ou moins l’image tout en séparant les détails pour être observable à l’œil. Il existe aujourd’hui plus d’une dizaine de types de microscopes optiques dont les meilleurs ont un grossissement x2000. Le microscope électroniqueDans un microscope électronique, l’objet est illuminé par un faisceau d'électrons. Les meilleurs microscopes électroniques peuvent atteindre un grossissement de 2 millions de fois. Le microscope à force atomiqueLe microscope à force atomique est un type de microscopes à champ proche. Il utilise l’interaction entre les atomes d’un objet à observer et ceux du bout d’une pointe. Un logiciel reconstruit ensuite une image de synthèse. Le microscope à force atomique permet de visualiser des détails de quelques nanomètres seulement. Le microscope numériqueCette technologie bon marché utilise une caméra numérique qui envoie l’image vers un moniteur branché via un câble USB. Il permet notamment de pouvoir être utilisé partout et facilement. Un microscope, à quoi ça sert ? Les microscopes sont utilisés dans divers domaines scientifiques pour observer ce qui est invisible à l’œil nu, comme des cellules, des bactéries, mais aussi des matériaux. Ils sont donc indispensables en :biologie;pétrographie (l’étude des roches);physique;métallurgie;médecine;science médico-légale;gemmologie (étude des pierres précieuses) et bijouterie;géologie et autres sciences environnementales.

Microscope

3144_un-agencement-hexagonal-de-nanofils-d-or

Les [popupdefinition id=6478]nanoparticules[/popupdefinition] sont le parfait exemple d'[popupdefinition id=13200]applications[/popupdefinition] concr&egrave;tes des [popupdefinition id=4783]nanotechnologies[/popupdefinition] &agrave; la m&eacute;decine. Ces assemblages d'une centaine &agrave; plusieurs milliers d'[popupdefinition id=1990]atomes[/popupdefinition] sont &agrave; m&ecirc;me d'effectuer l'adressage et la d&eacute;livrance sp&eacute;cifique d'un traitement en fonction du type de cellule vis&eacute;e.La cr&eacute;ation de ces nanolivreurs est connue sous le nom de &laquo; vectorisation des m&eacute;dicaments &raquo;. En somme, il s'agit ici d'injecter ces syst&egrave;mes submicroniques d'administration des m&eacute;dicaments pour un meilleur contr&ocirc;le de la lib&eacute;ration des [popupdefinition id=783]mol&eacute;cules[/popupdefinition] dans l'environnement biologique et dans le temps.&copy; Peter Allen, UCSB College of Engineering

Médecine : des traitements mieux ciblés grâce aux nanoparticules

Les nanoparticules sont des éléments ayant une taille nanométrique, entre 1 et 100 nanomètres (1 nanomètre est 1000 millions de fois plus petit qu'un mètre). L'échelle est de l'ordre des molécules.Utilisées dans tous les domaines depuis les années 90, les nanoparticules sont de plus en plus présentes dans notre quotidien (cosmétiques, peinture, électronique, informatique...).Les nanotechnologies reçoivent chaque année d'énormes budgets d'investissement en recherche et développement. C’est donc un secteur en forte croissance. Dominique Vinck, sociologue des sciences et de l’innovation, nous parle de la révolution nanotechnologique. © Futura-SciencesElles pourraient même être utilisées en médecine, où leur fonction serait de délivrer spécifiquement des médicaments aux cellules qui en ont besoin, et en évitant les cellules saines, par exemple dans le traitement des tumeurs.Une Nanoparticule c'est quoi ? Une nanoparticule est une particule qui correspond à un milliardième de mètre. Elle peut être naturelle ou artificielle et possède généralement des propriétés spécifiques.Une particule à l’échelle nanométrique Le nanomètre correspond au milliardième du mètre. Il est abrégé en nm. C’est l’équivalent d’un cinquante millième du cheveu humain. On approche ainsi l’univers de l’infiniment petit auquel avait réfléchi le philosophe Blaise Pascal au XVIIème siècle. La nanoparticule, qui n’est pas visible à l’œil nu, circule dans l’environnement. On classe les nano-objets en trois catégories en fonction de leurs dimensions : les objets dont une seule dimension se situe à l’échelle nanométrique et les deux autres dimensions nettement supérieures. Il s’agit des nano-plaquettes, des nano-feuillets et des nano-plats,les objets dont deux dimensions sont d’échelle nanométrique. Seule la troisième est de taille supérieure : on y inclut les nanofibres de polyester, nanotubes de bore ou de carbone,les objets dont les trois dimensions sont à l’échelle nanométrique : nanoparticules d’oxyde de zinc, d’alumine, de carbonate de calcium, etc. Des nanoparticules naturelles ou artificielles Il existe des nanoparticules naturelles à l’instar de la Yersina pestis à l’origine de la Peste Noire qui fit 25 millions de morts en Europe entre 1347 et 1352, soit l’équivalent de 30% à 50% de la population. Elle doit son nom au médecin franco-suisse Alexandre Yersin qui la découvrit en 1894.Certaines d’entre elles sont directement fabriquées par l’homme et notamment les particules utltra-fines issues des moteurs à combustion.Comment fonctionnent les nanoparticules? Les avantages des nanoparticules On nomme nanomatériaux manufacturés, les nanoparticules que la science fabrique intentionnellement, le plus souvent pour susciter des propriétés qui n’existent pas dans les mêmes matériaux à l’échelle macro ou microscopique. Ainsi, l’or se mue en catalyseur de réactions chimiques à l’échelle nanométrique. On peut créer, de la sorte, quantité de propriétés :le nano-argent pour les antibiotiques,les luminophores qui émettent de la lumière et présentent des vertus optiques applicables dans la détection de rayons X,les nanoparticules d’or sont anticancéreuses,l’atome de gadolinium possède des propriétés magnétiques,l’atome de bore ou de cadmium peut anéantir des neutrons.Les domaines d’application des nanoparticules Les nanoparticules sont exploitables dans toutes sortes de domaines et cette liste n’est pas exhaustive :médecine et pharmacie : imagerie médicale, anti-allergènes, vaccins oraux, etc.,aéronautique et aérospatial : lutte contre la corrosion, les salissures, les rayures, allègement des matériaux, qualité de la peinture, etc.cosmétique : pâtes à dentifrice, crèmes solaires, maquillage, etc.Quels sont les dangers des nanoparticules ? Les nanoparticules sont potentiellement toxiques pour les êtres vivants.Les nanoparticules peuvent se révéler toxique pour l’organisme humain Les nanoparticules toxiques peuvent être absorbées par l’ingestion, l’inhalation ou le passage transcutané lorsqu’elle est mise au contact de la peau.Elles sont susceptibles de générer des asthmes et gagner les alvéoles pulmonaires. Les particules ultrafines peuvent exercer un stress oxydant sur les êtres humains. La pollution les démultiplie. Elles peuvent être toxiques pour les organismes non-humains Elles peuvent altérer la croissance de plantes comme le soja et entraîner en retour des répercussions dommageables pour le consommateur.

Nanoparticule

3138_medecine-:-des-traitements-mieux-cibles-grace-aux-nanoparticules

Cette vue d'artiste repr&eacute;sente un nanorobot &eacute;voluant dans un organisme. Ces minuscules machines pourront-elles un jour effectuer des micro-interventions ?&copy; Northeastern University

Des nanorobots chirurgiens dans un avenir proche ?

3139_des-nanorobots-chirurgiens-dans-un-avenir-proche--

Cette puce &eacute;lectronique est &agrave; base de nanofibrilles de [popupdefinition id=4162]cellulose[/popupdefinition] (CNF), un [popupdefinition id=15914]mat&eacute;riau[/popupdefinition] renouvelable et [popupdefinition id=7311]biod&eacute;gradable[/popupdefinition] qui pourrait bien bouleverser l'&eacute;lectronique de demain.&copy; Yei Hwan Jung, Wisconsin Nano Engineering Device Laboratory

Une puce électronique en bois

Un produit est biodégradable lorsqu’il peut être décomposé par des organismes biologiques (bactéries, champignons, algues…) dans un environnement favorable (conditions de température, d’humidité, de lumière, d’oxygène, etc.). 
Cette biodégradation se traduit par la simplification chimique et biochimique des molécules du produit, ainsi que par la minéralisation de son carbone sous forme de CO2. 
Les degrés du biodégradable
La fraction d’un produit qui peut être biodégradée et la durée du processus de décomposition détermine son degré de biodégradabilité. Ainsi, un emballage papier qui se dégrade en quelques semaines est plus biodégradable qu’un emballage mixte papier-plastique, même si cette matière plastique est biodégradable.

Biodégradable

10158_une-puce-electronique-en-bois

Ce nanocapteur pr&eacute;sent&eacute; par la [popupdefinition id=2468]Nasa[/popupdefinition] permet, par exemple, de proc&eacute;der &agrave; une analyse bact&eacute;riologique d'un &eacute;chantillon d'eau. Le tout tient dans le creux de la main !&copy; Nasa

Se protéger de la pollution avec des nanocapteurs - Photos Futura

La Nasa (National Aeronautics and Space Administration) est une agence gouvernementale américaine, chargée d’exécuter le programme spatial civil. Aujourd’hui encore, elle est considérée comme un leade...

Se protéger de la pollution avec des nanocapteurs

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Des [popupdefinition id=6478]nanoparticules[/popupdefinition] d'or s'attaquent &agrave; des cellules canc&eacute;reuses. Men&eacute;e par Georgia Tech, cette exp&eacute;rimentation a permis de canaliser les cellules concern&eacute;es.&copy; Georgia Tech

Nanomédecine : des nanoparticules s'attaquent à des cellules cancéreuses

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Des chercheurs de l'universit&eacute; de Pennsylvanie sont parvenus &agrave; agencer des [popupdefinition id=1990]atomes[/popupdefinition] d'[popupdefinition id=14495]hydrog&egrave;ne[/popupdefinition] sur du cristal de [popupdefinition id=14852]palladium[/popupdefinition] pour graver les initiales de leur universit&eacute;. L'image a &eacute;t&eacute; obtenue gr&acirc;ce &agrave; un [popupdefinition id=11131]microscope &agrave; effet tunnel[/popupdefinition].Cette inscription mesure 0.05 &micro;m de hauteur en surface. Les caract&egrave;res ne sont, quant &agrave; eux, pas plus haut que 0.00005 &micro;m. Une belle prouesse.&copy; Penn State University

La nanographie, une écriture invisible

Élément le plus léger dans l’univers et premier élément dans le tableau périodique, l’hydrogène est aussi le plus abondant, constituant les étoiles comme les nuages moléculaires. Il compose aussi l’une des molécules vitales pour la vie : l’eau.
Généralités
Symbole : H Numéro atomique : 1Électrons par niveau d’énergie : 1Masse atomique : 1,008 uIsotopes les plus stables : 1H stable avec 0 neutron (99,985 %), 2H (deutérium) stable avec 1 neutron (0,015 %)Série : non-métauxGroupe, période, bloc : 1, 1, sDensité : 0,00009, 0,07 (liquide et solide) Point de fusion : -259,14 °C (dihydrogène)Point d’ébullition : -252,8 °C (dihydrogène)
Historique de l’hydrogène
En 1671, Robert Boyle décrivit la réaction entre le fer et des acides dilués, qui produit du dihydrogène. La substance sera appelée « air inflammable » par Cavendish en 1766, à qui on attribue également la découverte de l'hydrogène en tant qu'élément. Lavoisier fixa le nom « hydrogène » en 1783, de « hydro », « eau », et « gène », « engendrer ».
 L’hydrogène et l’oxygène sont beaucoup utilisés dans les moteurs-fusées à propergols liquides. © Nasa, DP
Propriétés de l’hydrogène
Le dihydrogène se présente comme un gaz transparent aux conditions normales de température et de pression. De nombreux métaux ont la propriété d'absorber l'hydrogène, ce qui peut les rendre cassants, pour l'acier notamment.
La plupart du temps, l'hydrogène est présent sous forme diatomique mais il peut exister en atomes seuls à haute température. C'est un puissant agent réducteur. Il réduit notamment certains sels pour former leur état métallique (NaH, KH, H2S, etc.). L'hydrogène atomique produit en outre avec l'oxygène du peroxyde, H2O2.
En réagissant avec l'oxygène, l'hydrogène peut donner de l'eau au cours d'une réaction très lente à température ambiante mais qui peut devenir violente si elle est réalisée avec un catalyseur.
Utilisation de l’hydrogène
L’une des principales applications de l’hydrogène consiste en la production d’ammoniac et de nombreux composés organiques. 
L’hydrogène a été largement utilisé comme gaz pour gonfler les dirigeables, jusqu’à l’accident du Hindenburg en 1937, puis remplacé par l’hélium. Deux isotopes de l’hydrogène, le deutérium 2H et le tritium 3H, sont utilisés pour les expériences de fusion nucléaire, un noyau de chaque donnant un noyau d’hélium et un neutron. L'hydrogène est également employé dans les bombes à hydrogène ou bombes H, l'élément fusionnant là aussi pour donner de l'hélium.
Dans les moteurs-fusées à propergols liquides, le dihydrogène et le dioxygène liquides sont employés comme ergols cryotechniques. L’hydrogène est également pressenti comme un carburant du futur, notamment dans les piles à combustible.
Risques de l’hydrogène sur la santé
L’hydrogène est extrêmement inflammable et produit des composés qui le sont eux aussi. Leur simple chauffage peut provoquer de violentes explosions.

Hydrogène

Le palladium, métal rare et précieux, tient son nom de l’astéroïde Pallas, découvert seulement deux ans avant lui.
Généralités
Symbole : PdNuméro atomique : 46Électrons par niveau d’énergie : 2, 8, 18, 18, 0Masse atomique : 106,42 uIsotopes les plus stables : 106Pd stable avec 60 neutrons (27,33 %), 108Pd stable avec 62 neutrons (26,46 %), 105Pd stable avec 59 neutrons (22,33 %), 110Pd stable avec 64 neutrons (11,72 %), 104Pd stable avec 58 neutrons (11,14 %), 102Pd stable avec 56 neutrons (1,02 %)Série : métaux de transitionGroupe, période, bloc : 10, 5, dDensité : 12,02Point de fusion : 1.554,8 °CPoint d’ébullition : 2.963 °C
Historique du palladium
Le palladium a été découvert en 1807 par Wollaston. Le nom de cet élément est dérivé de Pallas, la déesse grecque de la sagesse.
Propriétés du palladium
Semblable au platine, le palladium est un métal mou argenté ou blanc. C’est le métal le moins dense du groupe du platine, où il côtoie l’iridium, l’osmium, le platine, le rhodium et le ruthénium. Dans cet ensemble, il possède aussi la plus faible température de fusion. Le palladium ne ternit pas à l’air. Ce métal est également capable d’absorber jusqu’à 900 fois son volume de dihydrogène, et ce à température ambiante.
Utilisation du palladium
On retrouve le palladium principalement dans les convertisseurs catalytiques. La deuxième application importante concerne les condensateurs multicouches en céramique ainsi que les connecteurs pour l’électronique grand public.
Il sert aussi d’électrode dans les piles à combustible, où il est très utile pour sa faculté à capter le dihydrogène. De ce fait, il peut stocker l’hydrogène, mais est trop coûteux pour une application industrielle. Le palladium est également employé dans les alliages dentaires et en joaillerie.
Le palladium et Iron Man
Dans les adaptations cinématographiques d’Iron Man, le palladium est l’ingrédient principal du cœur du réacteur qui alimente l’armure d’Iron Man en énergie.

Palladium

Le microscope à effet tunnel est un microscope à champ proche qui repose sur « l’effet tunnel », un phénomène relevant de la mécanique quantique.
Mis au point par un duo de chercheurs, l’Allemand Gerd Binnig et le Suisse Heinrich Rohrer en 1981, le microscope à effet tunnel repose donc principalement sur le phénomène quantique (donnant le nom à ce microscope) qui décrit la capacité d’un objet quantique à pouvoir franchir une barrière de potentiel, quelle que soit son énergie, même si elle est trop basse. 
Le microscope à effet tunnel, mis au point par les laboratoires d’IBM à Zurich en 1981, utilise une pointe très effilée constituée de seulement quelques atomes qui va survoler la surface d’un échantillon à la distance d’un nanomètre. Cette technique, disponible au laboratoire de surfaces à Soleil, s’avère être un outil complémentaire aux techniques synchrotron par l’étude de la matière au niveau atomique. © Synchrotron Soleil
Dans la pratique, le microscope à effet tunnel est composé d’une pointe (aussi appelée « palpeur ») qui permet de « scanner » la surface d’un objet. La hauteur de cette pointe est réglée par un ordinateur afin de maintenir un courant constant. C’est l’effet tunnel qui permet le passage d’électrons entre la surface de l’objet et la pointe. Quand celle-ci est plus proche d’un relief, le courant augmente. Quand au contraire la pointe survole un creux, le courant diminue. Le suivi de ce courant permet d’établir le profil de la surface.
Le microscope à effet tunnel et la nanotechnologie. © Synchrotron Soleil
Utilisation du microscope à effet tunnel
Récompensée par le prix Nobel de physique en 1986, cette invention a permis le développement des autres microscopes à champ proche, comme le microscope à force atomique ou encore le microscope optique à champ proche. Cette avancée a également contribué au développement des nanotechnologies et à l’illustration d’une grande partie du domaine de la mécanique quantique.

Microscope à effet tunnel

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Le projet d'[popupdefinition id=14711]IBM[/popupdefinition] consiste en la cr&eacute;ation d'une puce capable de s&eacute;quencer le [popupdefinition id=154]g&eacute;nome[/popupdefinition] rapidement et &agrave; bas co&ucirc;t. L'illustration pr&eacute;sente est une vue d'artiste des nanopores, qui jonchent le [popupdefinition id=594]processeur[/popupdefinition], dans lesquels l'[popupdefinition id=87]ADN[/popupdefinition] est attir&eacute; et analys&eacute; gr&acirc;ce &agrave; des impulsions &eacute;lectriques altern&eacute;es.&copy; IBM

IBM veut créer une puce pour séquencer l'ADN

Le génome d’une espèce est l’ensemble de l’information génétique inhérente à cette espèce. Il est présent dans toutes les cellules de l’organisme et s’organisme selon un code porté par un acide nucléique (ADN ou ARN pour certains virus).Organisation du génome dans la celluleOrganisé en séquences de nucléotides, le génome est constitué de régions codantes : les gènes qui déterminent le plan pour la synthèse des protéines grâce à la transcription (correspondant à la copie d’un fragment d’ADN en ARNm) et à la traduction (fabrication des chaînes polypeptidiques à partir de l’ARNm dans le cytoplasme). Chaque nucléotide portant une base, on désigne la taille du génome en paire de base (ADN double brin). Quelles que soient les espèces, le nombre de paires de bases est colossal, de telle sorte que le support biochimique du génome à savoir l’ADN s’organise en structure condensée, enroulée autour de protéines. Cette configuration permet la proximité entre des gènes distants pouvant fonctionnellement permettre leur interaction d’autant que des régions non codantes existent, et sont impliquées dans des fonctions de régulation dans l’expression des gènes (introns) ou dans la division cellulaire (ADN satellite). Chez les eucaryotes, le génome est contenu dans le noyau des cellules. Il est réparti sur les 23 paires de chromosomes de l’espèce humaine (22 paires d’autosomes et une paire de chromosomes sexuels XX ou XY). Cependant, une infime partie (moins de 1%) se situe dans les mitochondries sous forme d’ADN circulaire. Il est à noter que cet ADNmt est transmis uniquement par la mère (puisque seul l’ovocyte fournit le cytoplasme au cours de la fécondation).L'ADN mitochondrial est organisé de manière circulaire © Knopfkind layout by XXXL 1986, Wikipedia Commons CC BY-SA 3.0Nécessité du maintien de l’intégrité du génomeLe mécanisme de la transmission de l’information génétique par lequel une séquence de 3 nucléotides code pour un acide aminé, assorti de la complexité des systèmes de régulation impliquent la nécessité de la conservation de l’ADN. Pourtant un grand nombre de facteurs qu’ils soient exogènes (rayons UV …) ou qu’ils proviennent du métabolisme de la cellule engendrent des lésions à la double hélice. De nombreux systèmes de réparation et de signalisation sont présents dans la cellule afin de préserver l’intégrité du génome.

Génome

IBM signifie International Business Machines Corporation. Née en 1911, elle a porté le nom de Tabulating Recording Company (CTR) jusqu’en 1924. La « Big Blue », comme on l’appelle officieusement, fait partie des géants mondiaux de l’informatique.Des activités variéesIBM compte presque 345.900 employés répartis dans 177 pays et a réalisé un chiffre d’affaires de 18,7 milliards de dollars en 2020. Ses activités se découpent en plusieurs branches :IBM Services représente 57 % du chiffre d’affaires, elle prend en charge les activités de conseil (relation client, chaîne logistique, ressources humaines, etc.) et de gestion (cloud computing, applications, hébergement de supports techniques, etc.) ;les solutions cognitives et les logiciels de traitement des transactions pèsent 30,1 % ;la vente de logiciels et de matériels informatique compte pour 9,9 % ;le financement des équipements informatiques représente 1,8 % du chiffre d’affaires. IBM est une multinationaleIBM est une firme multinationale de 345.900 employés, présente dans 177 pays. La répartition de son chiffre d’affaires est le suivant :36,8 % aux États-Unis ;31,7 % pour la zone Europe, Moyen-Orient, Afrique ;11,3 % du Japon ;10 % dans la zone Asie-Pacifique.IBM France compte 4.925 employés. Son chiffre d’affaires annuel est supérieur à 2 milliards d’euros.Comment IBM gagne de l’argent ?IBM réalise des profits grâce aux activités de prestation de conseils, de solutions cognitives, à la vente de logiciels et de matériel informatique. Le sens de l’organisation et la créativité sont au cœur des performances d’IBM. L'entreprise IBM est surnommée « Big Blue » (grand bleu, en anglais) en raison de la couleur bleue de son logo. Celui-ci date de 1967. Les barres horizontales souhaitent exprimer « la vitesse et le dynamisme ». © IBML’accumulation de brevets et la puissance d’IBMEn 2020, IBM s’est placé pour la vingt-huitième année consécutive en tête des brevets délivrés aux États-Unis. Elle en a obtenu 9.130 :plus de 3.000 d’entre eux portent sur l’edge computing ou calcul à la périphérie du réseau et le cloud hybride ;plus de 2.300 concernent l’intelligence artificielle ;plus de 1.400 intéressent la sécurité des nombres.IBM : les 5 innovations qui changeront nos vies dans les 5 prochaines annéesLa firme américaine possède de multiples centres de recherche dont le Thomas J. Watson Research Center dans l’État de New-York, Almaden Research Center près de l’Université de Stanford, La Gaude dans les Alpes-Maritimes, etc. En 2019, elle a ouvert à Saclay un centre dédié à l’intelligence artificielle.Des projets novateurs IBM Blockchain aide les entreprises à développer leurs réseaux ;l’internet des objets ;IBM Cloud qui est hautement sécurisé. Comment a-t-on fondé IBM ? Thomas J. Watson et Charles Ranlett Flint ont attaché leurs noms à celui d’IBM, véritable légende du capitalisme américain. Dans les années 1930, elle investit dans les calculateurs et les cartes perforées. Elle devient à partir des années 1950, le géant informatique mondial. Une entreprise née en 1924 ? En 1911 ? Ou avant ? En 1911, l’homme d’affaires américain Charles Ranlett Flint créé la Computing Tabulating Recording Company (CTR) en fusionnant la Computing Scale Company et la Tabulating Machine Company. Thomas J. Watson en prend la direction trois ans plus tard et la nomme IBM en 1924.L’essor d’IBM, leader de l’informatiqueIBM a naturellement promu les calculateurs et les systèmes de tabulation. En 1957, l'entreprise met sur le marché le langage de programmation Fortran ainsi que le disque dur. Elle est à l’origine de quantité d’outils modernes : le code barre, la bande magnétique (présente sur votre barrette de RAM et votre carte bleue), le distributeur automatique de billets, etc. IBM a reçu six prix Turing et cinq prix Nobel. Summit d’IBM, le supercalculateur le plus puissant du monde, a découvert 77 molécules candidates pour un traitement contre le coronavirus. © IBMIBM et le prix Nobel de physique1986 : deux chercheurs IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, reçoivent le prix Nobel de physique pour leur invention du microscope à effet tunnel ;1997 : le superordinateur Deep Blue bat le champion du monde d’échec Garry Kasparov ;2000 : IBM investit un milliard de dollars dans le système d’exploitation Linux, avec l’objectif de l’améliorer, en concertation avec la communauté Linux ;2005 : IBM vend sa division Informatique personnelle au Chinois Lenovo ;2011 : le supercalculateur Watson entre dans l'histoire en étant le premier ordinateur à remporter le jeu télévisé Jeopardy ! Cette même année, l’entreprise a fêté son centenaire ;2012 : Virginia « Ginni » M. Rometty devient la première femme à diriger IBM.Les innovations d'IBMIBM, aussi surnommé « Big Blue » en raison de la couleur bleu sombre de son logo, est à l’origine de plusieurs innovations fondatrices de l’informatique moderne :1944 : lancement de l’Harvard Mark I considéré comme le premier ordinateur numérique ;1955 : le terme « ordinateur » a été introduit par IBM France en guise d’équivalent au mot anglais « computer » ;1957 : IBM lance le langage de programmation Fortran et introduit le disque dur ;1964 : naissance du système d’exploitation OS/360 ;1981 : l’IBM PC 5150 est le premier ordinateur personnel à devenir un produit de masse vendu à plusieurs millions d’exemplaires. Cet ordinateur utilise le système d'exploitation Microsoft QDOS, renommé PC-DOS et vendu plus tard par Microsoft sous l'appellation MS-DOS.2014 : Big Blue annonce un investissement de trois milliards de dollars pour élaborer les futurs processeurs gravés en 7 nanomètres et explorer les alternatives au silicium comme le graphène, la photonique ou les nanotubes de carbone.

Le processeur aussi appelé CPU (Central Processing Unit) est un peu le cerveau de tout matériel informatique ou intelligent. C’est un circuit électronique intégré dans l’appareil, parfois il s’agit de microprocesseur ; dans ce cas, le processeur n’est pas un circuit distinct du reste, mais complètement fondu dans l’ensemble du circuit électronique de l’appareil. Il existe différents types de processeur dont AMD ou Intel. Régulièrement, les processeurs connaissent une augmentation de leurs performances et de leurs capacités de traitement. Le plus récent en date est le processeur intel Core i9 ou encore le processeur intel core série X.Chez AMD, le plus récent est le processeur 5950 X. Le processeur sera chargé d’exécuter les différentes tâches qui lui sont confiées dans les meilleurs délais. Plus le processeur est performant, plus il pourra traiter de tâches simultanément et rapidement. C’est pourquoi les nouvelles générations de processeurs sont vraiment très recherchées pour certaines applications que nous allons voir. Processeur en place (non-verrouillé). © LoKan Sardari, Flickr, CC by-nc-sa 2.0À quoi sert un processeur ?Un processeur dans un ordinateur, par exemple, devra traiter les informations qui lui sont envoyées et les prendre en charge. Le processeur analyse les données et peut effectuer des opérations arithmétiques ou logiques. Il est indispensable pour faire tourner la machine bien qu’il n’en soit pas le cœur ; sans lui, impossible d’exécuter un programme sur un ordinateur. Vous pouvez avoir besoin d’un processeur puissant si vous jouez à des jeux vidéo qui nécessitent d’effectuer de nombreuses tâches en même temps en interne ou encore si vous effectuez des montages photos ou vidéos.Cependant, si vous souhaitez seulement consulter vos mails ou naviguer sur internet un processeur ancienne génération sera largement suffisant. Le processeur est un peu le chef d’orchestre interne de vos appareils numériques. Il permet non seulement d’exécuter des programmes, mais aussi d’afficher des informations à l’écran. Il coordonne l’échange de données entre les différents éléments qui composent l’appareil comme la carte graphique ou le disque dur. Il est capable d'interpréter, d’exécuter et de coordonner des données.Comment fonctionne un processeur ?Concrètement, le processus fonctionne grâce à un cristal de quartz excité qui émet des impulsions. À chaque impulsion ou cycle, le processeur effectue une action qui correspond à une instruction ou une partie d’instruction simple. Le nombre de cycles par seconde détermine la fréquence du processeur. Une fréquence de 2 gigahertz (GHz) correspond ainsi à 200 milliards de cycles par seconde. Chaque processeur possède également une architecture propre, le « langage » qui permet de relier le processeur à la mémoire principale via un bus de communication. On distingue ainsi les architectures CISC, RISC, VLIW, vectorielle, ou dataflow.IBM brise les barrières du quantique avec un processeur de 127 qubitsLe processeur fonctionne de la manière suivante. Lorsqu’il reçoit une information, celle-ci est codée de manière binaire et comporte deux volets, un code opération correspondant à la commande à effectuer et un code opérande permettant d’avoir accès aux paramètres de cette action. Il existe plusieurs catégories d’instructions selon le type de tâches : opération arithmétiques, accès à la mémoire, contrôle ou opération logique. Pendant le temps d'exécution de l’instruction, le processeur stocke les données dans des registres. Il en existe plusieurs sortes et ils peuvent aller jusqu’à plusieurs centaines sur les processeurs les plus récents.Quelle évolution pour les microprocesseurs ? Le premier microprocesseur commercialisé par Intel en 1971 comportait 2.300 transistors et une fréquence d’horloge de 108 kHz. Le processeur M1 d’Apple, sorti en 2020, possède 18 milliards de transistors et une fréquence d’horloge de 3,10 GHz. © Singkham, Adobe StockEnfin, certains processeurs ont une mémoire cache qui se décompose en 3 niveaux, permettant d’accélérer le temps de traitement d’une commande. L’ensemble étant orchestré par une horloge interne à quartz et des signaux de commandes qui envoie au processeur l’information de traiter l’instruction. Les processeurs possèdent des cœurs ; un cœur permet de traiter une seule tâche à la fois ; plus il y a de cœurs, plus ils peuvent traiter de tâches simultanément. Les fabricants essayent de multiplier le nombre de tâches que peut effectuer le processeur en parallèle, mais aussi de diminuer le temps d’accès aux instructions. Des technologies comme l'hyper-threading permettent de donner un cœur logique supplémentaire à un cœur physique pour accélérer la vitesse d’exécution. Le processeur possède aussi une fréquence, plus elle est élevée, plus il traitera rapidement les instructions qui lui sont confiées. L’hyper-threading divise le travail en plusieurs tâches (treads) qui peuvent être traitées par un même cœur en parallèle pour gagner du temps. Un processeur à 16 cœurs en hyper-treading pourra ainsi traiter 32 threads.Le processeur se compose de cinq parties principales :l’unité de commande qui va chercher les instructions, les décode et les coordonne ;l’unité arithmétique et logique qui exécute les instructions ;les registres, des mémoires internes qui servent à stocker les variables et les résultats intermédiaires ou les informations de contrôle ;la mémoire cache, au-dessus du registre, qui permet d’accélérer l’accès aux informations stockées dans la mémoire vive (RAM). La mémoire cache peut se situer directement sur la puce ou à l’extérieur du circuit intégré ;les bus informatiques.Schéma de fonctionnement d’un microprocesseur. © Céline Deluzarche, Futura

Processeur

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La physique est une science de la nature expérimentale qui étudie les phénomènes naturels et leurs évolutions. Elle établit des théories qui permettent de les modéliser et, de fait, de les prévoir.
Les théories établies par la physique s’appliquent dans des cadres bien définis.
La physique classique
La physique classique, par exemple, étudie le monde des solides, des liquides et des gaz. Elle nous apprend à concevoir des voitures ou à bâtir des immeubles. Elle repose sur des définitions anciennes de temps, d’espace, de matière et d’énergie. Elle peine toutefois à expliquer certains phénomènes observés dans la nature.
La physique quantique
La physique quantique prend alors le relais. Son domaine d’application, c’est le monde des particules et des champs de force. La physique quantique a permis des progrès dans la conception des lasers, entre autres. Elle introduit aussi de nouvelles définitions de la matière et de l’énergie.
La relativité générale
La relativité générale s’intéresse au monde macroscopique. C’est à la relativité générale que nous faisons appel, par exemple, pour traiter l’information utile au fonctionnement de nos GPS. Elle introduit de nouvelles définitions de l’espace et du temps.
Mécanique, optique, magnétisme, astrophysique…
Il existe d’autres façons de classer les disciplines de la physique en fonction des phénomènes qu’elle étudie. Ainsi, par exemple :
la mécanique s’intéresse au mouvement des corps ;l’optique s'intéresse à la lumière et à ses propriétés ;le magnétisme s'intéresse aux champs magnétiques et aux forces qu’ils engendrent ;l'astrophysique concerne l'étude des propriétés des objets de l'univers.
Les physiciens célèbres
Parmi les physiciens célèbres, citons notamment :
Archimède ;Galilée ;Evangelista Torricelli ;Blaise Pascal ;Isaac Newton ;Daniel Gabriel Fahrenheit ;André-Marie Ampère ;Léon Foucault ;Max Planck ;Pierre et Marie Curie ;Albert Einstein ;Erwin Schrödinger ;Werner Heisenberg ;Georges Charpak ;Hubert Reeves ;Stephen Hawking.

Physique

La rage est une zoonose d'origine virale que l'on trouve chez les animaux domestiques et sauvages. Elle se transmet à d'autres animaux ou à l'être humain par la salive (par exemple par les morsures, les griffures, le léchage sur une excoriation cutanée ou par les muqueuses). Une fois que les symptômes de la maladie sont apparus, l'issue est fatale chez l'animal comme chez l'homme.
Les premiers symptômes, en général peu spécifiques, évoquent une atteinte des voies respiratoires, digestives ou du système nerveux central. Au stade aigu, les signes de grande agitation (rage furieuse) ou de paralysie (rage paralytique) prédominent. Dans les deux formes, la paralysie finit par devenir totale et aboutir au coma et au décès dans tous les cas, en général dû à une insuffisance respiratoire. En l'absence de soins intensifs, la mort survient dans les sept premiers jours de la maladie.
Transmission
A l'heure actuelle, dans les pays développés, les hôtes réservoirs de la rage sont surtout des animaux sauvages, à partir desquels la maladie se transmet aux animaux domestiques et à l'être humain. Récemment, les chauves-souris sont apparues comme un réservoir épidémiologique important dans certaines régions du monde (les Amériques et l'Australie). En Amérique du Nord, la plupart des cas mortels de rage documentés chez l'homme se sont produits à la suite d'une infection par la souche virale provenant de la chauve-souris argentée et, en Australie, on a observé au moins deux décès humains à la suite d'une exposition à un virus rabique jusque-là inconnu. En Amérique du Sud, on observe une recrudescence de la rage chez les animaux sauvages, notamment les chauves-souris. Pour la première fois en 2003, il y a eu sur ce continent plus de morts par rage à la suite de morsures d'animaux sauvages qu'à la suite de morsures de chien. Celui-ci reste néanmoins l'hôte principal en Afrique et en Asie puisqu'il est responsable de la plupart des décès par rage dans le monde.
La rage se transmet le plus souvent à l'être humain par morsure d'un animal infecté : chiens, chats, carnivores sauvages comme les renards, les ratons laveurs, les moufettes, les chacals, les loups ou encore des chauves-souris insectivores ou des vampires. Les bovins, les chevaux, les cervidés et d'autres herbivores peuvent contracter la rage mais la transmission du virus à d'autres animaux ou à l'homme, même si elle est possible, se produit alors rarement.
Traitement après exposition
Le moyen de protection le plus efficace contre la rage consiste à laver et à rincer la blessure ou le point de contact à l'eau et au savon, avec un détergent ou simplement de l'eau, puis à appliquer de l'éthanol ou de l'iode (en teinture ou en solution aqueuse). Le vaccin antirabique doit être administré en cas d'exposition des catégories 2 et 3 le plus tôt possible et en suivant les protocoles recommandés par l'OMS. Les immunoglobulines antirabiques doivent être administrées après toutes les expositions de catégorie 3 et après les expositions de catégorie 2 en cas de déficit immunitaire. La suture des plaies devrait être repoussée mais, si elle est indispensable, il convient d'appliquer au préalable des immunoglobulines. Le cas échéant, on entreprendra le traitement antitétanique et on administrera des antimicrobiens ou d'autres médicaments pour combattre d'autres infections que la rage.
Le recours à des immunoglobulines d'origine équine hautement purifiées devrait apporter à tout le moins une solution partielle aux problèmes de coût et d'approvisionnement pour les immunoglobulines humaines. On trouvera davantage de détails sur les traitements avant et après exposition dans les lignes directrices de l'OMS sur le traitement antirabique après exposition.
En cas d'exposition humaine à un animal chez lequel on soupçonne la rage, il faut s'efforcer immédiatement d'identifier l'animal, de le capturer ou de le tuer. En cas d'exposition de la catégorie 3, il faut commencer le traitement aussitôt après l'exposition, quitte à l'interrompre si l'animal est un chien ou un chat et s'il est toujours en bonne santé après 10 jours. Des échantillons tissulaires seront prélevés sur les animaux morts et envoyés pour diagnostic aux laboratoires compétents. Les services vétérinaires concernés doivent être notifiés et il faut se renseigner sur la situation épidémiologique dans la zone.