CAP SCIENCES l'esprit découverte - Bordeaux Aquitaine

Une approche des fluides révolutionnaire pour les industriels

Chloé Masselon, jeune ingénieure de recherche a proposé une nouvelle approche des écoulements des fluides. Ses recherches pourraient intéresser différents secteurs industriels, notamment pour l’extraction de pétrole et la cosmétique. Elle vient d’ailleurs d’être primée dans le cadre d’Aquidoc (1), avec à la clef une véritable visibilité pour cette doctorante qui a été récemment recrutée par le centre Rhodia de Pessac où elle avait effectué son doctorat.
Issue de l’Ecole de chimie de Bordeaux, elle a intégré le LOF (2) pour son stage de fin d’étude : « ce qui m’intéresse, ce sont les techniques applicables au monde de l’industrie c’est pourquoi j’ai basé ma thèse sur beaucoup d’expérimentations pour modéliser et comprendre par exemple les phénomènes d’écoulement de fluide dans des milieux peu poreux. » Des milieux poreux comme ceux où se trouvent le pétrole : coincé dans la roche, il est souvent difficile d’extraire la grande quantité qui n’a pas jailli une fois le puits creusé.

« En examinant ce qui se passe dans un canal à l’échelle microscopique on peut comprendre comment se comporte un liquide qui a une certaine viscosité. Par exemple, on doit taper sur le pot de ketchup pour qu’il s’écoule, ou l’on doit appuyer sur le shampoing pour qu’il sorte. Bref, en sollicitant ces liquides complexes, ils s’écoulent comme un liquide simple. »

Travaillant sur des canaux très variés et sur l’influence de la surface sur l’écoulement, elle explique l’intérêt des ses recherches : « ma thèse a montré l’influence déterminante de la géométrie du canal ainsi que de la nature des surfaces : la vitesse résultante peut être grandement modifiée en variant ces paramètres »

Mais, Chloé Masselon est allée encore plus loin. En collaboration avec le Trefle (3), elle a mis au point un outil de mesure de la vitesse des fluides, grâce à la thermographie. Plus un liquide se déplace vite dans un réseau de canaux, moins il a le temps de se mettre à la température du milieu traversé : on peut donc déduire sa vitesse d’écoulement à partir de l’observation de la déformation du champ de température. Cela permet de calculer non seulement la vitesse des liquides transparents mais surtout non-transparents car on ne procède plus par vérification optique mais thermographique. L’intérêt est alors important pour l’extraction pétrolière car on peut déduire la vitesse de ce liquide opaque. Ces recherches peuvent aussi être appliquées à l’industrie cosmétique : « On peut ainsi imaginer un travail sur la sensation à l’étalement d’une crème cosmétique sur la peau par exemple, qui n’est en fait qu’un écoulement en couche très mince sur une surface rugueuse à rugosité complexe qu’est la peau ».

(03 juillet 2009) - Photo Pierre Baudier

(2) http://www.lof.cnrs.fr/
(3) http://www.trefle.u-bordeaux1.fr/

Le Cnab pourra dater les eaux souterraines et les calottes glaciaires

« Depuis 2005, on développe une technique qui nous permettrait d’effectuer une datation des eaux souterraines profondes et des calottes polaires très anciennes », explique Bernard Lavielle, directeur de recherches au Cnab (1) de Gradignan (33). Une technique complexe à maîtriser : « aujourd’hui il faut des quantités d’eau ou de glace trop importantes pour effectuer de telles datations pouvant remonter à 900 000 ans. Pour exemple, on a besoin de 1500 litres d’eau dans des couches profondes alors même qu’on a des débits très faibles; c’est souvent impossible mais surtout très coûteux. »

Si une équipe du Cnab s’est lancée dans ce projet, ce n’est pas un hasard : depuis 25 ans, le laboratoire fait de la spectrométrie de masse et s’est aussi spécialisé dans la cosmochimie et notamment l’étude de l’histoire des météorites, de leur voyage dans l’espace et du rayonnement cosmique.

« Quand on s’intéresse aux météorites, on s’intéresse à leurs isotopes dont le Krypton 81. Ce dernier également présent dans l’air en très faible quantité est produit dans l’atmosphère par le rayonnement cosmique et se dissout dans l’eau à son contact. Lorsque l’eau s’infiltre, elle n’est plus en contact avec l’air. Cet isotope radioactif n’est plus produit dans l’eau, alors il décroît. On peut donc savoir depuis combien de temps l’eau s’est infiltrée, selon la quantité de Krypton 81 présente, ou encore en combien d’années l’eau a parcouru une certaine distance. »

Une fois que l’on saura déceler et mesurer ce gaz rare dans des quantités d’eau ou de glace de volume raisonnable (20 litres), les applications sont alors importantes. « Cela permet de mesurer l’écoulement des eaux souterraines dans l’environnement des zones potentielles de stockage de déchets. C’est important pour déterminer le temps que pourrait mettre un élément radioactif pour remonter à la surface et ainsi bien évaluer les risques en cas de fuite. » Mais cette application n’est pas la seule : « l’étude des carottes de glaces très anciennes peut nous permettre d’établir des modèles climatiques avec précision. Et, nous pourrons aussi étudier d’autres gaz rares. »

Bernard Lavielle et son équipe sont près du but : « Nous devrions pouvoir mettre en service notre technique dans les mois à venir ». Et de compléter : « notre but est qu’elle puisse servir à l’ensemble des scientifiques mais aussi des industriels comme les pétroliers. Nous souhaitons donc créer une plate-forme interdisciplinaire pour l’analyse des gaz rares (Piagara). (20 mars 2009)

(1) Cnab : laboratoire de Chimie Nucléaire Analytique et Bio-environnementale situé au Centre d’Études Nucléaires de Bordeaux-Gradignan. http://www.cnab.cnrs.fr/

Tchernobyl : des Bordelaises cherchent à identifier des bactéries contre la radioactivité

« Après la catastrophe de Tchernobyl, une partie des déchets végétaux contaminés par des particules radioactives ont été enfouis non loin de la centrale dans plusieurs tranchées puis recouverts de sable pour éviter toute dissémination. Mais, vingt-deux ans après, on peut observer des migrations de radionucléides dans le sol et le sous-sol dont les responsables pourraient être, entre autres facteurs, des bactéries », explique le docteur Claire Sergeant, responsable de l’équipe Environnement et Chimie Nucléaire au CNAB (1).

L’une des tranchées, la T22, est devenue en 1999 site d’étude de l’IRSN (2), en collaboration avec deux instituts ukrainiens. Alerté sur les mouvements de radionucléides, L’IRSN et le CNRS ont décidé la création du Groupement National de Recherches TRASSE (3), pour intensifier les recherches sur ces problèmes de transfert de radioéléments vers le sous-sol.

Connues pour leurs recherches microbiologiques en milieu extrême, les Aquitaines Claire Sergeant (du CNAB) et Claire le Hénaff (de l’ISVV (4)), sélectionnées pour participer à cette mission dans l’équipe de microbiologie, sont alors parties pendant une semaine au mois d’octobre dans la zone d’exclusion de Tchernobyl. « On ne peut pas sortir le sol de cette zone pour des questions de sécurité. On a alors effectué une quinzaine de carottages dans la tranchée puis on a isolé des bactéries sur milieux de culture et extrait leur ADN dans le laboratoire de la zone pour faire un inventaire des bactéries présentes dans le sol contaminé», explique Claire le Hénaff. « On peut espérer mettre en évidence des souches résistantes à la radioactivité, étudier ce mécanisme et les utiliser pour décontaminer des zones polluées », disent-elles. Jusqu’au début de l’année prochaine, les échantillons ramenés d’Ukraine seront étudiés au CNAB avant que l’équipe ne reparte à Tchernobyl en avril 2009 pour refaire des prélèvements et prendre en compte les variations saisonnières des phénomènes.

(1) Laboratoire de Chimie Nucléaire Analytique et Bio-environnementale, situé au Centre d’Études Nucléaires de Bordeaux-Gradignan (CENBG), sous la tutelle du CNRS - Département Chimie et des Universités Bordeaux 1 et 2. http://www.cnab.cnrs.fr/
(2) Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire. http://www.irsn.org
(3) Groupement National de Recherches Trasse : Transfert des radionucléides dans le sol, le sous-sol et vers les écosystèmes
(4) Institut des Sciences de la Vigne et du Vin. http://www.isvv.fr/isvv/

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Une levure pour augmenter la production de bio-éthanol

« On a fait la découverte un peu par hasard, alors qu’on travaillait sur le processus de mort cellulaire provoquée dans une levure où l’on avait introduit un gène humain transformé », raconte Stéphen Manon chef de groupe à l’IBGC (1) dont les recherches portent essentiellement sur le cancer. Un hasard qui a permis d’observer que la levure ainsi créée résistait à une quantité d’éthanol deux fois supérieure à celle tolérée par une levure normale. « La production de la protéine (nommée Bax) à partir de son gène permet de stabiliser la résistance de la levure à l’éthanol ».

Stéphen Manon explique : « La levure transforme le sucre en éthanol mais au-delà d’une certaine concentration d’éthanol (20%) elle commence à mourir, ce qui limite le rendement de production d’éthanol. Cette production est donc chère et il faut de grandes quantités de végétaux (maïs, betterave, …) pour en produire. C’est donc, à l’heure actuelle, un produit peu écologique, sans parler des problèmes alimentaires. Notre levure, elle, permettrait un doublement du rendement. »

Stéphen Manon s’empresse de préciser : « si éthiquement et légalement, on ne peut pas breveter un gène humain, c’est un formidable outil pour comprendre comment la levure résiste à l’éthanol. » Les débouchés industriels dans le domaine des biocarburants peuvent être énormes. Aidé par Aquitaine Valo, Stéphen Manon cherche des entreprises qui souhaiteraient exploiter sa découverte. Et déjà, une entreprise canadienne a pris contact avec le chercheur.

(1) Institut de Biochimie et Génétique Cellulaires (CNRS) http://www.ibgc.u-bordeaux2.fr/
(2) http://www.aquitaine-valo.fr/

La coloration verte visualise les mitochondries, qui sont les "centrales énergétiques" de la cellule et qui sont abimées par l'éthanol, comme on le voit dans la deuxième image. La troisième image représente des levures produisant Bax et traitées par l'éthanol: les mitochondries restent intactes comme dans les levures témoins.

Le mystère du phosphate des batteries au lithium-ion élucidé

Les recherches des chimistes de l’ICMCB pourraient donner un nouvel élan au développement des voitures électriques. Claude Delmas qui s’est penché avec des chercheurs du CNRS et du CEA (1) sur les batteries lithium-ion est parvenu à percer un mystère que jusqu’alors la communauté scientifique n’arrivait pas à lever. En effet, le phosphate de fer et de lithium réussit à conduire le courant alors même qu’il est un isolant. Les chimistes bordelais ont alors montré que des contraintes locales au sein du matériau permettent une conduction électronique et ionique se propageant de proche en proche et assurant ainsi le fonctionnement de la batterie.

Les batteries au lithium-ion que l’on utilise au quotidien ont envahi le marché des systèmes nomades (ordinateurs, téléphones portables, baladeurs, etc…). Elles sont largement utilisées car elles permettent de stocker quatre fois plus d'énergie par unité de masse que les batteries classiques.

D’un coût relativement faible à l’inverse des matériaux d’électrodes positives utilisées aujourd’hui dans les grosses batteries de voitures électriques et hybrides, le phosphate de fer et de lithium est donc un matériau d’avenir.

Claude Delmas, explique : « maintenant que l’a compris le phénomène, cela ouvre des perspectives pour des recherches vers les nouveaux matériaux ». Ces résultats publiés dans le dernier numéro de "Nature Materials" devraient conduire à de nouvelles avancées qui seront exploitées par les fabricants de batteries et les grands constructeurs automobiles pour les voitures électriques et hybrides.

(1) Les chercheurs CNRS du laboratoire de l’ICMCB (Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux) que Claude Delmas dirige : Laurence Croguennec, Magali Maccario et François Weill, et pour le Commissariat à l'énergie atomique (CEA-Liten) : Frédéric Le Cras.

Au centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne …On regarde à la loupe l’écoulement des grains

Les grains d’un jet de sable montrent une cohésion semblable à celles des liquides. En faisant tomber un jet de sable d’un entonnoir, on peut observer, en effet, que ce jet présente un phénomène de cohésion de type "capillaire" entre les grains qui se traduit, à petites échelles, par des rugosités se propageant en surface. On retrouve ce même phénomène pour les liquides à travers de très petites rides qui se forment à leur surface. En étudiant ces effets, au sein du centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne (CNRS / Université Bordeaux I), des chercheurs viennent de faire un pas de plus dans la compréhension des effets subtils que peuvent  présenter ces écoulements (Travaux publiés le 30 mai 2008 dans Physical Review Letters). « On a découvert que, même si l’effet de cohésion en surface est semblable à ce qui se passe pour les liquides à petites échelles, les causes en sont différentes pour des milieux granulaires. Pour l’eau, il est dû à l'interaction entre molécules. La rugosité d'une interface eau-air résulte alors d'un équilibre entre l’agitation thermique des molécules et de la capillarité. Pour les grains, en mesurant la vitesse de propagation des ondes, on a montré que l’effet de cohésion peut résulter d’une diminution de la pression de l’air qui se trouve entre les grains dans l'écoulement », explique Yacine Amarouchene, chargé de recherche. (1er juil 2008)