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01 février 2017

LES CHERCHEURS PARLENT AUX CHERCHEURS

Lundi 5 décembre a eu lieu à l’Ecole polytechnique la première journée des Ingénieurs de l’Armement en formation par la recherche. L’occasion d’entendre, voire de comprendre, le contenu de thèses de brillants jeunes camarades, et de rassembler à Palaiseau des doctorants, la DGA (RH et DT), le CGARM et quelques X intéressés par le corps.


Au moment d’entamer notre thèse, en souhaitant rencontrer d’autres IA doctorants, nous nous sommes aperçus qu’il n’existait pas de rencontre spécifique aux doctorants du Corps de l’Armement. L’idée nous est donc venue d’organiser une rencontre sur le format des journées doctorales comme cela se pratique déjà au CEA, au sein des écoles doctorales, dans le corps des IPEF ou pour les doctorants civils de la DGA.


PERCOLATION SUR DES RÉSEAUX ALÉATOIRES
Un modèle de propagation dans les milieux poreux Par Loïc Richier, IA



Figure 1 : modélisation d’un réseau de percolation, applicable par exemple pour un masque à gaz


La physique statistique est une branche de la physique dont le but est de comprendre des phénomènes à échelle macroscopique à partir de propriétés microscopiques. Le plus célèbre et le plus ancien modèle de physique statistique est le modèle d’Ising. Il s’agit d’un modèle de ferromagnétisme, décrivant la capacité de matériaux à s’aimanter sous l’effet d’un champ magnétique.
Néanmoins, il existe beaucoup d’autres modèles de physique statistique. Le plus simple d’entre eux est sans doute le modèle de percolation, qui a été introduit par Broadbent et Hammersley à la fi n des années cinquante. Il vise à modéliser les phénomènes de propagation d’un liquide ou d’un gaz dans un milieu poreux mais trouve aussi des applications dans la compréhension de la propagation des feux de forêt et des épidémies. Dans la suite, nous choisissons l’exemple d’un gaz circulant à travers un masque de protection, qui se trouve être la motivation originale de Broadbent et Hammersley.
À l’échelle microscopique, la structure (simplifiée) du filtre de notre masque est donnée par le réseau de la Figure 1. Ce réseau est formé de carrés, appelés sites, à travers lesquels le gaz circule. Les sites noirs sont dits ouverts, et le gaz y circule librement. Au contraire, les sites blancs sont dits fermés, et le gaz ne peut traverser un tel site. La répartition de ces sites ouverts et fermés à l’intérieur du réseau est en général extrêmement complexe. C’est pourquoi Broadbent et Hammersley ont mis au point un modèle aléatoire : étant donné un paramètre p entre 0 et 1, qui représente la porosité du filtre, on décide que chaque

site du réseau est ouvert avec probabilité p et fermé sinon, indépendamment pour tous les sites du réseau. Il est alors possible de déduire de ce modèle microscopique des propriétés à l’échelle macroscopique. L’exemple le plus saisissant est l’existence d’une transition de phase pour ce modèle. Pour la comprendre, il faut s’intéresser aux clusters ou amas de percolation. Ce sont des ensembles de sites ouverts tous connectés entre eux, formant des « trous » dans le réseau (voir la composante rouge de la Figure 1). Il existe alors un paramètre critique p_c, appelé le seuil de percolation, tel que pour toute valeur de p inférieure à p_c, les amas de percolation sont tous finis, alors que pour p strictement supérieur à p_c, il existe un amas infini, que l’on peut interpréter comme l’existence une zone vide du filtre à l’échelle macroscopique.
Sous son apparente simplicité, ce modèle recèle des problèmes ardus et possède de nombreuses applications. Ma thèse porte notamment sur l’étude du modèle de percolation dans des réseaux qui sont eux-mêmes aléatoires. Bien que ce modèle paraisse plus complexe que le modèle original, certaines propriétés des réseaux aléatoires permettent de comprendre par exemple les seuils de percolation, ou la forme des amas. Le hasard fait parfois bien les choses…

 

La voie de formation par la recherche concerne actuellement une quinzaine de jeunes IA. Au moment du choix du corps de l’armement, les X de 3ème année intéressés peuvent présenter un projet de thèse qui est alors examiné par la commission recherche de la DGA avant le dépôt des feuilles de botte, en février. Une fois son projet accepté, le jeune IA part en master puis en thèse, soit quatre années durant lesquelles les liens avec la DGA peuvent s’affaiblir. Cela concerne deux à quatre personnes par an. Il existe aussi des thèses effectuées lors d’un premier poste, ou plus tard. L’idée nous est donc venue d’organiser une rencontre sur le format des journées doctorales comme cela se pratique déjà au CEA, au sein des écoles doctorales, dans le corps des IPEF ou pour les doctorants civils de la DGA.

Une idée qui a pris de l’ampleur
Nous pensions d’abord organiser le séminaire en petit comité, c’est-à-dire rassembler simplement les IA doctorants volontaires pour partager nos travaux de recherche. Il nous est rapidement apparu qu’il serait bénéfique de convier également les responsables de notre formation pour renforcer les liens entre la DGA et les doctorants répartis dans leurs laboratoires respectifs.

DÉPOLLUTION PAR DES ASSEMBLAGES DE LANTHANIDES
La science fondamentale au service de la recherche appliquée ? Par Mathieu Xémard, IA Doctorant au Laboratoire de chimie moléculaire, École polytechnique.


Le retour des toxiques de guerre sur les théâtres opérationnels a provoqué un regain d’intérêt récent pour la décontamination. Aujourd’hui, certains scientifiques s’intéressent à l’utilisation de matériaux mixtes poreux (Metal Organic Framework, MOF) pour la destruction par hydrolyse des organophosphorés. Ces études menées principalement sur des analogues du VX montrent que certains MOFs sont capables de catalyser l’hydrolyse de composés organophosphorés. Cependant de tels dispositifs sont facilement empoisonnés par les petites molécules présentes dans l’atmosphère (CO2, résidus de combustion de moteurs…) en raison de leur nature poreuse et de leur faible sélectivité. Les lanthanides associent des propriétés acides de Lewis et des propriétés de luminescence. Des assemblages mixtes de type MOF contenant des lanthanides trivalents pourraient donc associer un changement de propriétés optiques en présence de toxiques tout en effectuant la catalyse de leur destruction. Faire varier la composition et la géométrie de tels assemblages permettrait de contrôler leur sélectivité.
De tels assemblages sont encore peu nombreux et les synthèses généralement peu sélectives. Ainsi, nous avons décidé d’utiliser une méthode de synthèse innovante : construire des assemblages par oxydation contrôlée de précurseurs réactifs de lanthanides avec de petites molécules comme le soufre élémentaire ou le phosphore blanc. Différents assemblages contenant du samarium ont pu être isolés comme preuve de concept de la méthodologie de synthèse. Nous avons également montré qu’un assemblage tétramétallique oxo de samarium était capable de fixer le CO2 sous forme de carbonates. De plus, parmi les assemblages incorporant du soufre que nous avons obtenus, certains présentent des propriétés physiques inattendues et ont retenu plus particulièrement notre attention : ils semblent pouvoir se comporter comme des réservoirs à électrons et des études complémentaires sont en cours afin de mieux caractériser ces composés. Ces nouvelles propriétés pourraient être mises à profit pour l’hydrolyse de polluants ou de gaz de guerre en produits moins toxiques.
Par ailleurs, afin d’obtenir des assemblages contenant du phosphore de nouveaux précurseurs de lanthanide extrêmement réactifs, notamment de thulium divalent, ont été isolés et caractérisés. L’étude de leurs propriétés optiques – une première mondiale pour des composés de thulium divalent moléculaire, ouvre de nouvelles perspectives pour la chimie des lanthanides et constitue une nouvelle étape importante dans la compréhension de leurs propriétés électroniques et leur chimie de coordination.


Tableau périodique des éléments

Ainsi, la construction d’assemblages contenant des lanthanides pour la dépollution a permis de mettre en évidence tout un éventail de nouvelles propriétés applicables à plus ou moins long terme à la captation du CO2 ou à de nouvelles batteries et catalyseurs bioinspirés.

 

Plus récemment, à l’occasion du colloque organisé par la CAIA au mois de novembre (voir article plus haut), nous avons eu l’occasion de rencontrer le Délégué Général pour l’Armement qui nous a encouragé à inviter plus largement. Son soutien nous a permis de contacter des IA recherche en poste et ainsi de discuter des opportunités de premiers postes à la DGA.

Nous avons donc retenu l’amphi Curie, à l’X, et construit un programme en trois thèmes : cryptographie, informatique et mathématiques, mécanique et physique, chimie et biologie. Neuf camarades ont ainsi pu présenter brièvement leur projet de thèse, son lien avec la Défense et échanger avec le public. Les domaines abordés sont très larges : Loïc Richier nous a présenté des modèles de percolation et leurs applications possibles aux masques à gaz (cf. encadré), Mathieu Xémard nous a exposé ses travaux sur la chimie des lanthanides (cf. encadré) et Cécile Khou a clos l’après-midi en nous parlant de virologie (cf. encadré). Nous avons également tenté de comprendre les dernières recherches en cryptologie et découvert des nouvelles sources infrarouges ou bien l’application de procédés industriels sur la microstructure de pièces nucléaires… Une contribution à la retape Il est difficile pour un élève de 3ème année de l’X de s’engager, de faire le saut dans le Corps. Ce séminaire s’est donc également adressé aux X de deuxième et de troisième année pour compléter “l’amphi retape” du corps de l’armement. En effet, si la formation par la recherche intéresse un bon nombre d’élèves, il n’est pas facile à ce stade de la scolarité d’avoir un projet de thèse cohérent et encore moins de comprendre comment il peut intéresser la DGA et s’articuler avec la carrière ultérieure. Adèle Pass-Lanneau, IA 2016 en quatrième année à l’ENSTA, nous a proposé de participer à l’organisation du séminaire, et nous avons inclus dans le programme une présentation par les X2013 encore en année d’application de la manière dont ils construisaient leur projet.


LES VIRUS: DES PETITS AGENTS COMME MENACES

  Par Cécile Khou, IA


La récente épidémie à virus Zika a suscité la peur dans le monde entier et a posé la question de la mondialisation de la menace Zika. Alors que ce virus a été isolé pour la première fois en 1947 chez un macaque rhésus, ce n’est qu’en 2007 que la première épidémie à virus Zika est survenue. Cela illustre l’existence de virus présents chez les animaux, pouvant passer inaperçus, mais ayant la possibilité d’émerger et de poser une nouvelle menace pour la santé publique. Les récentes approches dites « One Health » ont pour but d’identifier ces virus, ainsi que les réservoirs animaux de ces virus, et d’évaluer leurs capacités d’adaptation à l’homme afin de parer au mieux aux éventuelles prochaines épidémies. Les virus issus d’animaux et capables d’infecter l’homme sont alors qualifiés de virus zoonotiques. C’est le cas par exemple du virus Ebola et du virus de la grippe. D’autres approches pour identifier les éventuelles épidémies à venir consistent à évaluer la capacité de propagation d’un virus dans une nouvelle zone. Prenons pour exemple le virus West Nile, première cause d’encéphalite virale sur le continent américain. Jusqu’en 1999, ce virus n’était présent que sur les continents africains et européens. La migration des oiseaux et la présence sur le territoire de moustiques capables de transmettre le virus West Nile a permis la propagation de ce virus sur tout le continent américain. Cet exemple illustre la capacité d’un virus à être introduit dans une zone géographique et de s’y implanter en présence de conditions propices à sa transmission. L’identification des facteurs de risque de transmission et le contrôle de ces facteurs sont des approches permettant de limiter l’introduction de nouveaux virus dans une zone donnée. Il semblerait donc que les animaux constituent des réservoirs de virus pouvant permettre leur propagation. Mais l’homme peut également permettre cette propagation à travers la mondialisation et l’augmentation du trafic, aussi bien aérien que maritime. Ce fut par exemple le cas pour l’épidémie de SRAS en 2003. Ces petits virus sont donc omniprésents dans notre environnement et leur capacité d’évolution rapide leur permet de pouvoir s’adapter à leurs différents hôtes. La mondialisation rend difficile la limitation des infections à un virus donné dans une zone géographique spécifique. Les virus représentent donc un risque biologique mondial auquel il faut pouvoir se préparer au mieux.

Bilan de la première édition
Un tel séminaire a permis de nous donner un peu de respiration pendant le doctorat alors que nous pouvons parfois “avoir le nez dans le guidon” dans notre laboratoire. Dans nos unités respectives, de par notre statut, nous avons des préoccupations différentes des thésards civils pour qui le service de la Nation n’est pas forcément de première importance. Notre travail très en amont contribue à la recherche nationale et nous donne également une expertise que nous comptons mettre à profit une fois en poste à la DGA.

Nous réfléchissons d’ores et déjà à une initiative similaire pour l’an prochain, rassemblant plus de participants grâce aux enseignements de cette première édition. La forme peut changer: pourquoi pas un TEDx armement? Des thésards et également des IA n’ayant pas fait de thèse mais intéressés par les recherches exposées pourraient également y participer, pour dire ce qu’on attend des docteurs à la DGA.

Dans la même logique, nous avons choisi de nous extraire momentanément de nos laboratoires avec plusieurs autres doctorants pour suivre au moins partiellement la FAMIA (formation administrative et militaire des IA), et nous sommes ainsi très heureux de pouvoir former une promotion tout en continuant nos travaux de recherche au service de la Défense.

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