CEA : “Le CO2 parisien”, “Oxydes dans l’inox”, “Trompettes à photons”

Voici un condensé des principaux résultats scientifiques des laboratoires du CEA publiés en ce début juin 2013.

Quelles sont les émissions de carbone de Paris ?

Des mesures de gaz à effet de serre, au sol et aéroportées, vont être réalisées pendant trois ans en région parisienne. Leur utilisation dans un modèle numérique de l’atmosphère permettra de cartographier précisément les émissions de carbone de la ville.

Le projet européen CarboCountCity, financé par l’Institut européen de technologie, vise une évaluation objective et précise des émissions de carbone à l’échelle d’une ville. Ce type de bilan pourra être utilisé par les collectivités locales pour servir une politique de réduction des gaz à effet de serre. La société Astrium Services, leader dans les technologies spatiales appliquées à l’étude du climat, est chargée de recueillir les mesures de teneurs atmosphériques en méthane (CH4), dioxyde de carbone (CO2) et monoxyde de carbone (CO) à Paris. Les résultats obtenus à partir d’un réseau de capteurs terrestres et par des campagnes de mesures à bord d’avions seront ensuite intégrés à un modèle de circulation atmosphérique du CEA-LSCE pour établir la carte des sources et puits de carbone avec une résolution voisine d’un kilomètre. Des tests utilisant la même technologie ont été effectués avec succès à Londres en 2012.


Des oxydes dans l’inox !

Comment améliorer la tenue mécanique d’un acier sous irradiation? Disperser en son sein des nanoparticules d’oxydes permet de le durcir. Une équipe du CEA-Iramis a étudié l’effet de la composition chimique de l’acier et des oxydes sur la qualité de la nano-structuration obtenue, à l’origine de ses propriétés mécaniques.

Un acier inox renforcé par dispersion d’oxydes (ODS, Oxide Dispersion Strengthening) est classiquement fabriqué par mécano-synthèse. Composé de fer, chrome, tungstène et titane, il est broyé avec des nanoparticules d’oxyde d’yttrium (Y2O3). Le mélange obtenu est ensuite pressé et filé à chaud, et enfin, recuit à haute température. Au cours de cette dernière étape, on observe tout d’abord la « dissolution » de l’oxyde Y2O3, puis l’apparition de « germes » d’oxyde Y2Ti2O7, suivie de leur coalescence. Les chercheurs du CEA-Iramis ont montré que les teneurs initiales en yttrium, titane et oxygène jouent un rôle déterminant dans la dispersion des nanoparticules dans le matériau final, une propriété directement liée à la tenue mécanique. Ces teneurs gouvernent en effet les cinétiques de précipitation de Y2Ti2O7, ainsi que la forme des nanoparticules, cubique ou sphérique. Les analyses ont été conduites en couplant la diffusion de neutrons aux petits angles et la microscopie électronique en transmission.

Ces aciers ODS pourraient être choisis comme matériaux de gaine de combustible pour les réacteurs de 4ème génération ou pour les premières parois de réacteurs de fusion.


Des trompettes à photons

Comment introduire des photons un par un à l’intérieur d’une fibre optique ? Des chercheurs du CEA-Inac ont réalisé pour cela un guide en forme de cône inversé. Cette trompette microscopique collecte les photons émis par une boîte quantique et les formate en un faisceau optique gaussien.

Ils sortent de boîte seuls ou en couples, dans des états étranges… Dans le monde de l’optique quantique, des photons « uniques », ou encore des paires de photons « intriqués », peuvent en effet être produits par des boîtes quantiques semi-conductrices (ou quantum dots) éclairées par un laser. Ces états « non classiques » de la lumière sont précieux pour la cryptographie, la métrologie optique ou le calcul quantique. Mais pour les exploiter en pratique, il faut les extraire du matériau semi-conducteur et les « formater » en un faisceau à profil d’intensité gaussien, ce qui facilite leur injection dans une fibre optique.

Des physiciens du CEA-Inac et des théoriciens danois ont proposé un guide d’onde à la géométrie très étudiée. Sa base très fine permet de recueillir les photons émis par la minuscule boîte quantique (de dimension nanométrique), tandis que ses parois s’évasent très progressivement de manière à favoriser le profil gaussien recherché. Résultat ? Une trompette à photons potentiellement capable de coupler à plus de 90% une source quantique à une fibre optique. Ce coupleur, qui fonctionne dans les deux sens, peut également servir à contrôler très finement la boîte quantique.

Ces travaux sont le fruit d’une collaboration avec des chercheurs de l’Université technique du Danemark.

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