Paris, 5 octobre 2011

Comète Hartley 2 - Herschel : nouveau regard sur l'origine des océans terrestres

Une équipe internationale, incluant quatre chercheurs de l'Observatoire de Paris et du CNRS, annonce avoir découvert la première comète - 103P/Hartley 2 - qui renferme une eau similaire à celle des océans terrestres. Ce résultat, obtenu avec le télescope infrarouge Herschel de l'ESA, relance le débat à propos de l'origine de l'eau sur la planète bleue. Certains petits corps glacés du Système solaire pourraient bien avoir joué un rôle d'apport céleste. L'information paraît en ligne le 5 octobre 2011 sur www.nature.com et le 13 octobre dans la revue Nature.
D'où vient l'eau des océans ? La question taraude les scientifiques depuis des décennies. Ils penchent aujourd'hui unanimement en faveur d'une origine extraterrestre de l'eau qui couvre les deux tiers du globe. La Terre était sèche et chaude à l'origine. La molécule d'eau y aurait, ensuite, été apportée par le bombardement de corps célestes. Comment ? Et par quel type d'objets : météorites, astéroïdes, comètes ? C'est tout l'enjeu du débat que viennent enrichir les dernières données d'observation de la comète Hartley 2, obtenues par le télescope spatial infrarouge européen Herschel. Ce résultat provient d'une étude menée en ondes submillimétriques, inobservables depuis le sol. L'équipe internationale, qui inclut des chercheurs du Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique LESIA (Observatoire de Paris, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot), a détecté pour la première fois l'eau mi-lourde HDO, forme particulière de l'eau H2O, au sein d'une comète issue de la ceinture de Kuiper, vaste réservoir d'objets glacés qui s'étend à grande distance du Soleil, au-delà de Neptune.

Un bon outil de diagnostic physico-chimique ici est le rapport relatif entre les abondances de deux molécules : l'eau ordinaire H2O (deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène) et l'eau mi-lourde HDO où un atome de deutérium (deux fois plus lourd) remplace un hydrogène. Dans les océans, le rapport deutérium à hydrogène D/H vaut environ 0,0156 % : un chiffre similaire à celui trouvé dans les météorites issues de la ceinture des astéroïdes entre Mars et Jupiter. Dans les six comètes étudiées jusque-là, dont les célèbres Halley et Hale-Bopp, le rapport apparaît deux fois supérieur à celui trouvé sur Terre. Ceci semblait identifier les astéroïdes comme la principale source de l'eau terrestre. Les comètes n'auraient pas contribué pour plus de 10 %.

La nouvelle étude ramène pourtant ces dernières sur le devant de la scène : les comètes auraient bel et bien pu contribuer à l'eau terrestre. Hartley 2 découverte en 1986 est réapparue dans le ciel à quatre reprises depuis. Sa dernière incursion est intervenue en 2010. Le 20 octobre, elle est passée au plus près de la Terre, à 16 millions de kilomètres. Le télescope Herschel a ainsi pu la scruter le 17 novembre à l'aide du spectromètre Heterodyne Instrument for Far Infrared HIFI, meilleur instrument actuellement disponible pour détecter l'eau dans l'espace. Le rapport deutérium/hydrogène relevé est de 0,016 %. Une valeur semblable à celle des océans.

Ce résultat inattendu reflète sans doute la provenance spécifique de la comète Hartley 2 qui revient aujourd'hui tous les six ans près du Soleil : très probablement née au sein de la ceinture de Kuiper, au-delà de Neptune, elle a pu en être éjectée il y a quelques dizaines à centaines de milliers d'années. D'où sa composition différente. De leur côté, les six comètes précédemment étudiées se seraient formées près des planètes géantes du Système solaire. Leurs orbites perturbées les ont, ensuite, conduites à rejoindre le nuage de Oort, à plusieurs dizaines de milliers de fois la distance Terre-Soleil, ou plusieurs centaines de milliards de kilomètres du Soleil.

Le réservoir de petits corps présentant une eau semblable à celle de la Terre s'avère, en définitive, plus grand que prévu : il s'étend bien au-delà de la ceinture des astéroïdes, entre Mars et Jupiter, et irait jusqu'à la ceinture cométaire de Kuiper, au-delà de Neptune.

L'eau des océans pourrait avoir été apportée jadis par une pluie d'icebergs cosmiques.

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Paris, 1er mars 2013

Des transistors à l'assaut de la troisième dimension

Les limites de miniaturisation des composants électroniques pourraient être plus éloignées que ce que l'on pensait. Une équipe du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS–CNRS, Toulouse) et de l'Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (CNRS/Université Lille1/Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis/Isen) viennent de construire un transistor de taille nanométrique au comportement exceptionnel pour un dispositif de cette dimension. Pour y parvenir, les chercheurs ont conçu une architecture originale en trois dimensions composée d'un réseau vertical de nanofils dont la conductivité est contrôlée par une grille de seulement 14 nm de longueur. Ces résultats, publiés dans la revue Nanoscale, ouvrent la voie à des alternatives aux structures planaires des microprocesseurs et des mémoires actuels. Ces transistors 3D permettraient ainsi d'accroître la puissance des dispositifs microélectroniques.
Les transistors, briques de base de la microélectronique, sont composés d'un élément semi-conducteur, dit canal, reliant deux bornes. Le passage du courant entre les bornes est contrôlé par une troisième borne appelée grille : c'est celle-ci qui, tel un interrupteur, détermine si le transistor est ouvert ou fermé.  Au cours des 50 dernières années, la taille des transistors n'a cessé de se réduire à un rythme constant et soutenu, permettant la montée en puissance des appareils microélectroniques. Cependant, il est admis qu'avec les architectures de transistors planaires actuelles, la miniaturisation est proche de sa limite. En effet, au-delà d'une taille minimale, le contrôle du canal des transistors par la grille est de moins en moins efficace : on observe notamment des fuites de courant qui perturbent les opérations logiques réalisées par ces ensembles de transistors. Voilà pourquoi les chercheurs du monde entier étudient des alternatives permettant de poursuivre la course à la miniaturisation.

Les chercheurs du LAAS et de l'IEMN ont, pour la première fois, construit un transistor nanométrique véritablement en 3D. Le dispositif est constitué d'un réseau serré de nanofils verticaux d'environ 200 nm de longueur reliant deux plans conducteurs. Une grille, constituée de chrome, entoure complètement chaque nanofil et contrôle le passage du courant. Ainsi, les chercheurs ont obtenu un niveau de commande transistor très élevé pour un dispositif de cette dimension. La longueur de la grille est de seulement 14 nm, contre 28 nm pour les transistors des puces actuelles. Néanmoins, sa capacité à contrôler le passage du courant dans le canal du transistor est compatible avec les besoins de la microélectronique actuelle.

Cette architecture pourrait permettre de construire des microprocesseurs constitués d'un empilement de transistors. L'on pourrait ainsi augmenter considérablement le nombre de transistors dans un espace donné, et, par conséquent, augmenter les performances des microprocesseurs ou la capacité des mémoires. Un autre atout important de ces composants est que leur fabrication est relativement simple et ne nécessite pas de procédés lithographiques1 de haute résolution.  De plus, ces transistors pourraient s'intégrer facilement aux éléments microélectroniques classiques utilisés actuellement par l'industrie.

Un brevet a été déposé pour ces transistors. Les scientifiques veulent à présent poursuivre leurs efforts en miniaturisant encore la taille de la grille. Celle-ci pourrait être inférieure à 10 nm tout en offrant encore un contrôle du transistor satisfaisant. De plus, ils veulent commencer à concevoir, de concert avec des industriels, les dispositifs électroniques futurs qui mettront à profit l'architecture 3D de ces transistors.

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Paris, 17 juillet 2013

Du supercourant à travers un atome

Un supercourant peut traverser un contact constitué d'un seul atome entre deux électrodes supraconductrices. Une expérience de spectroscopie, réalisée par le Service de physique de l'état condensé (CEA/CNRS), a mis en évidence les états quantiques électroniques qui transportent ce supercourant. L'expérience, d'une portée générique pour l'électronique supraconductrice, est décrite dans la revue Nature du 18 juillet.

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Paris, 9 décembre 2009
Fermi détecte l'éruption la plus intense jamais observée en rayons gamma
L'éruption exceptionnelle d'un « blazar(1)» a été détectée par les équipes de la collaboration Fermi, qui implique le CNRS-IN2P3(2) et INSU(3) et le CEA-Irfu(4). Cette galaxie à noyau actif est ainsi devenue la source la plus brillante du ciel observée en rayons gamma. Sa détection devrait permettre de donner un éclairage unique sur le fonctionnement de ces objets cosmiques extraordinaires.
Appartenant à la famille des blazars, la galaxie 3C 454.3, située à 7,2 milliards d'années lumière dans la constellation de Pégase, a attiré l'attention de l'équipe du  télescope Fermi, lancé par la Nasa, et des astronomes du monde entier. Une série d'éruptions successives débutée le 15 septembre a rendu cette galaxie 10 fois plus lumineuse que l'été dernier, en  faisant ainsi la source la plus brillante du ciel observée en rayons gamma.
 
Comme beaucoup de galaxies à noyaux actifs, les blazars émettent des jets dirigés dans des directions opposés de part et d'autre du plan de la galaxie.  Ces jets sont composés de particules accélérées à des vitesses proches de celle de la lumière grâce à l'énergie provenant de matière tombant vers le trou noir du centre de la galaxie. La brillance exceptionnelle en rayons gamma d'un blazar s'explique par son orientation : l'un des jets est pointé directement vers nous, ce qui amplifie sa luminosité.
 
La source persistante la plus brillante du ciel gamma est habituellement le pulsar Vela (étoile à neutrons), distant de seulement 1000 années lumière. « La galaxie active  3C454.3  est 7 millions de fois plus éloignée et pourtant, durant l'éruption actuelle, elle est deux fois plus brillante que Vela », précise Lise Escande, doctorante au CENBG (Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan), qui travaille sur l'analyse scientifique de cet événement au sein de la collaboration internationale Fermi(5).  « Cela représente une quantité incroyable d'énergie rayonnée, qui ne peut pas être maintenue continuellement. » La cause des variations d'activité reste indéterminée, mais elle est probablement liée à des phénomènes ayant lieu dans le disque d'accrétion qui alimente le jet en énergie ou au voisinage immédiat du trou noir d'où émerge le jet. 
 
Les blazars émettent aussi des rayonnements de plus basse énergie. La luminosité de 3C 454.3 a également augmenté dans les domaines radio, optique et X. L'activité est constamment surveillée par un réseau d'observatoires répartis sur l'ensemble du globe, les variations corrélées entre différents rayonnements étant riches d'enseignement. Des événements exceptionnels tels que l'éruption de 3C454.3  fournissent un éclairage unique sur les phénomènes à l'œuvre et les conditions physiques qui prévalent dans ces objets extraordinaires.

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