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Dossier multimédia | Science & société

75 ans d'innovations

Les innovations autour de vous


Publié le 9 octobre 2020
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1. Voiture

Batterie véhicule électrique © Philippe STROPPA/CEA (StudioPons)Batterie véhicule électrique. - © Philippe STROPPA/CEA (StudioPons)

Véhicule électrique

Saviez-vous que le CEA travaille depuis le début des années 1990 sur le développement de piles à combustible pour le transport ? Il a collaboré et développé en 2005, avec PSA Peugeot Citroën, la première pile à combustible française pour l’automobile, Genepac, présentant les meilleurs résultats au monde en termes de densité de puissance. Depuis, les scientifiques du CEA continuent de relever les défis technologiques des voitures à hydrogène : réduction des coûts, étude du vieillissement, diminution du volume des piles à combustible, recherche d'alternatives au platine, métal utilisé comme catalyseur de la réaction électrochimique.

En parallèle, les chercheurs du CEA travaillent sur la filière des batteries électriques, notamment pour les transports. Grâce à leurs compétences en chimie, dans les domaines des matériaux et de l’électronique, mais aussi dans les technologies de l’information, ils peuvent proposer aux industriels des solutions pour abaisser le coût des batteries, accroître leurs performances, et les rendre les plus sûres et fiables possible.


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2. Panneau solaire

Panneaux de cellules photovoltaïques haute performance © Dominique GUILLAUDIN/CEAPanneaux de cellules photovoltaïques haute performance. - © Dominique GUILLAUDIN/CEA

Cellules photovoltaïques haute performance

Rendre la filière solaire photovoltaïque compétitive et plus performante, tel est l’objectif des recherches menées au CEA. Les scientifiques travaillent sur toute la chaîne de conception des cellules photovoltaïques : du matériau de base jusqu’au système complet. Leurs travaux se font en lien avec de nombreux partenaires industriels pour élaborer de nouvelles cellules ou transférer de nouveaux procédés de fabrication. Ils permettent ainsi à des grands groupes internationaux ou à des équipementiers exportant dans le monde entier de conserver une longueur d’avance dans l’industrie du photovoltaïque.

Parmi les nouvelles avancées : les cellules photovoltaïques à hétérojonction. Le CEA développe depuis 2005 cette technologie de cellules à haut rendement, en rupture par rapport au standard le plus répandu dans l’industrie mondiale. La technologie hétérojonction de silicium offre de nombreux avantages compétitifs rendant de nouveau possible la production industrielle de modules solaires en Europe. Elle permet, en effet, d’atteindre des rendements élevés avec un design simple des composants et un nombre réduit d’étapes nécessaire à leur fabrication et leur intégration. Elle est donc prometteuse dans l’objectif de production à coût réduit. En 2020, cette technologie atteint un rendement de 25 % sur la ligne pilote industrielle du CEA basée à l’Institut national de l’énergie solaire. Un record !


Procédé d'électrolyse de l'eau à haute températureProcédé d'électrolyse de l'eau à haute température. - © Guillaudin/CEA

Stockage de l'énergie solaire sous forme d'hydrogène

Avec la montée en puissance des énergies renouvelables, l’hydrogène apparaît comme un outil « tampon » adapté pour pallier l’intermittence de certaines sources d’énergie telles que le solaire. Dans cette optique, le CEA développe des technologies de production d’hydrogène vert et de stockage. Côté production d’hydrogène, le CEA mise sur les procédés d’électrolyse de l’eau à haute température ; côté stockage, différentes solutions (stockage gazeux sous pression, stockage solide dans des hydrures) sont étudiées selon les applications.
La plateforme expérimentale MYRTE, située en Corse, utilise une partie de l’énergie solaire pour produire de l'hydrogène. Grâce à l'utilisation de piles à combustible, la station adapte la production d'électricité aux besoins, de jour comme de nuit.


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3. Fusée

Contribuer à la conception des moteurs-fusées d’Ariane Group

Depuis les années 70, le CEA a développé en partenariat avec EDF, Framatome et l’IRSN, le logiciel Cathare, qui permet de modéliser et simuler les écoulements diphasiques des fluides, soumis à des conditions variables de puissance, pression et température. Initialement utilisé pour concevoir et améliorer la sûreté des centrales nucléaires, ce logiciel est aujourd’hui adapté et utilisé dans d’autres secteurs dont le spatial. Dans le cadre d’un partenariat avec Ariane Group, Cathare est notamment utilisé pour le développement du moteur Vinci de la fusée Ariane 6. L’outil permet de simuler la mise en froid du moteur, la phase qui précède son allumage, une étape critique pour le lanceur.


Joint métallique HELICOFLEX® © Technetics Group Joint métallique HELICOFLEX® - © Technetics Group

Des joints ultra-résistants et
ultra-étanches

Des joints ultra-résistants et ultra-étanches capables de supporter des conditions extrêmes, comme des températures allant de - 273°C jusqu’à + 800°C et des pressions allant de 10-13 bar, correspondant à des niveaux de vide très poussés, jusqu’ à 1 000 bar*, le tout avec une longue durée de vie, telles sont les caractéristiques exceptionnelles des joints métalliques HELICOFLEX®, créés par le CEA et la société Technetics (historiquement Cefilac) dès 1971.

Ces joints ont été conçus, à l’origine, pour répondre aux besoins du nucléaire. Ils reposent sur un concept innovant : dissocier les fonctions de plasticité** et d’élasticité*** du joint car aucun joint existant, métallique ou élastomère, ne réunissait les deux caractéristiques. Un ressort donne l’élasticité du joint et une enveloppe métallique apporte la plasticité, ce qui confère une très grande étanchéité.

En 200 ans, un joint HELICOFLEX® laissera échapper un volume équivalent à celui d'une tête d'épingle. Ces joints sont aujourd’hui mondialement utilisés dans les secteurs du nucléaire, de la pétrochimie, de l’aéronautique, de la Formule 1, dans les accélérateurs de particules du CERN, dans le tokamak ITER ou encore dans les fusées (Ariane IV et V).


*      Ce qui correspond à une pression équivalente à 1 000 fois la pression atmosphérique.
**   Capacité de se déformer de façon permanente pour s’adapter à la forme en place.
*** Capacité de se déformer pour suivre un mouvement et de revenir en place.

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4. Antenne Réseau

Caractérisation et la mise au point de systèmes de liaison sans fils en haut débit 5G. - © CEA Installation d'une antenne de type réseau transmetteur dans une chambre anéchoïque au CEA-Leti, pour la caractérisation et la mise au point de systèmes de liaison sans fils en haut débit 5G. - © CEA

Premier démonstrateur mondial du réseau sans fil de nouvelle génération

Vous avez certainement déjà entendu parler du réseau 5G ? Ce réseau devrait permettre d’accompagner le développement progressif de nouveaux usages du numérique auxquels la 4G ne pourra plus répondre. Exploitant de nouvelles bandes de fréquences, et nécessitant le développement de nouvelles antennes, cette technologie de rupture pose encore de nombreuses questions quant à son déploiement. Le CEA, en tant que pionnier des systèmes 5G, travaille sur l’ensemble du système : du logiciel intégré dans les smartphones dédiés, à la caractérisation des antennes en passant par des études sur le réseau et la conception de circuit dédié. 

Il a notamment été le coordinateur du consortium Europe – Corée « 5G Champion », aux Jeux Olympiques d’hiver de 2018, et a réussi, avec ses partenaires, la toute première preuve de concept intercontinental de réseau 5G. Des stations de base terrestres, des antennes multi-faisceaux aux fréquences millimétriques et un émulateur satellitaire ont été mis en place. Des milliers de visiteurs ont ainsi pu se connecter en wifi ou dans un bus roulant entre 60 et 80 km/h avec un débit record de 5 Gbit/s. Grâce à des lunettes virtuelles, ils ont pu se « retrouver » en temps réel et en 3D en Finlande, à 14 000 km de PyeongChang.


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5. Vache

​Kit de diagnostic du prion. - © CEA/L.GodartKit de diagnostic du prion. - © CEA/L.Godart

Test de dépistage de la maladie de la « vache folle »

En pleine crise de la vache folle, des chercheurs du CEA ont pu développer en quelques mois un test de diagnostic du prion, l’agent responsable de cette maladie. En effet, le CEA étudiait alors le prion pour sa résistance aux rayonnements ionisants, et disposait pour cela d’anticorps très spécifiques.

Ce test a été utilisé dès 2001 dans les abattoirs pour écarter les animaux malades de la filière alimentaire. Objectif : éviter une transmission de cet agent à l’Homme, chez qui il induit une variante de la maladie neurodégénérative de Creutzfeld-Jacob. Ce test a été le plus utilisé dans le monde (plus de 60 % du marché mondial).


© Pixabay © Pixabay

Modélisation des mouvements de troupeaux : manger ou être mangé ?

Le comportement d'une assemblée d'individus est complexe et non triviale (circulation routière, mouvements collectifs de bactéries…). L'étude statistique d'assemblées animales comme des bancs de poissons ou des troupeaux d’animaux montre qu'il est possible de traduire le comportement individuel et collectif par des interactions simples : alignement de mouvement ou de vitesse, dispersion, attraction…

Une équipe impliquant des chercheurs du CEA a ainsi analysé des déplacements collectifs de troupeaux de moutons en pâturage. L'étude révèle que les moutons alternent des phases de dispersion lentes avec des phases de regroupement très rapides, traduisant des comportements individuels et d'imitation. La dispersion permet d'optimiser la ressource en nourriture sur l'ensemble du pâturage, tandis que le regroupement assure aux individus une protection renforcée contre les attaques de prédateurs. Les interactions simples entre individus jouent ainsi un rôle clé dans les diverses organisations collectives observées.


Détection vidéo d’animaux malades

En tant qu’acteur de recherche sur l’intelligence artificielle, le CEA développe des solutions de surveillance vidéo des troupeaux bovins pour répondre de manière fiable aux besoins des éleveurs, sans imposer aux animaux le port de capteurs invasifs. L’objectif : pouvoir détecter visuellement des comportements animaux inhabituels. Le CEA développe notamment les méthodes d’« apprentissage profond » permettant de reconnaître et suivre l’animal dans un flux vidéo pour repérer par exemple une chute, un comportement anormal…


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6. Télescope spatial

 ​Télescope JWST © Nasa Télescope JWST. - © Nasa

Saviez-vous que le CEA est régulièrement sélectionné pour participer à des missions d’observation de l’Univers ? Ses équipes ont par exemple réalisé une partie de l'instrumentation du télescope Herschel, un télescope spatial infrarouge, opérationnel entre 2009 et 2013, dédié à l'étude de la naissance des étoiles, la formation et l'évolution des galaxies primitives.
Parmi les instruments développés pour ce satellite : une caméra infrarouge, des détecteurs ainsi que des systèmes pour refroidir à très basses températures les détecteurs. 

Le CEA a depuis fortement contribué à la réalisation d’instruments spatiaux à différents niveaux de conception, de réalisation et d’intégration pour des satellites de prochaines missions comme le JWST, observatoire qui couvrira des thématiques des exoplanètes à la cosmologie (lancement 2021), EUCLID satellite dédié à la cosmologie (lancement 2022), SVOM consacré à l’étude des plus lointaines explosions d’étoiles (lancement 2022). Et le CEA est déjà engagé sur des missions futures à l’horizon 2030.


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7. Chantier

Robot collaboratif et exosquelette pour faciliter les tâches pénibles

Le CEA est expert dans le développement de robots d’assistance pour l’industrie. Il conçoit avec ses partenaires des exosquelettes et cobots (robots collaboratifs) adaptés à leurs besoins : par exemple pour aider les opérateurs à effectuer des gestes répétitifs, ou à manipuler des outils et charges lourds. Parmi les robots collaboratifs conçus pour des usages industriels, ExoPush a été créé avec la start-up RB3D pour réduire la pénibilité des tâches de « tirage au râteau », une technique de lissage de l’enrobé mise en œuvre lors des travaux routiers. Il équipe désormais plusieurs filiales du groupe Colas, l’un des leaders mondiaux de la construction et de l'entretien des routes.


 Au CEA, les recherches sur le béton couplent des tests mécaniques et des modélisations et simulations numériques © F.Rhodes/CEAAu CEA, les recherches sur le béton couplent des tests mécaniques et des modélisations et simulations numériques. - © F.Rhodes/CEA

Béton haute performance

Le béton est l’un des matériaux les plus utilisés dans la construction. Il a l’avantage d’être peu cher et facile à mettre en œuvre mais présente l’inconvénient de subir les dommages du temps. Mieux comprendre le comportement et le vieillissement du béton, à toutes les étapes de sa vie, est l’un des objectifs des recherches menées au CEA, notamment dans le domaine du nucléaire. Ces études intéressent également les professionnels du bâtiment pour optimiser la résistance des matériaux. L’une des pistes pour concevoir des bétons toujours plus performants et résistants en compression est l’intégration de nano-fibres de carbone.


Peintures sans polluants chimiques toxiques

Le chrome VI est un élément que l’on retrouve dans les procédés industriels de mise en peinture. Utilisé dans la préparation de surface avant peinture, ce métal est hautement cancérigène et toxique et son usage est strictement limité par le règlement européen REACH. Le CEA a développé une technologie alternative de préparation de peinture brevetée, sans chrome VI. Ce procédé intéresse tout particulièrement les industries aéronautiques et offshore.


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8. Sous-marin nucléaire


Sous-marin nucléaire lanceur d'engins. -
© CEA

La direction des applications militaires du CEA est chargée de missions au service de la défense et de la sécurité de la France. Elle conçoit, fabrique et garantit la sûreté et la fiabilité des têtes nucléaires de la dissuasion. Le CEA conçoit et réalise les chaufferies nucléaires qui propulsent les bâtiments de la Marine nationale. Il apporte aussi un appui technique aux Autorités dans la lutte contre la prolifération nucléaire et le terrorisme. Il met également son expertise au service de la Défense pour évaluer et maîtriser les effets et la vulnérabilité des armements conventionnels.


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9. Poubelle

Pour récompenser le geste écoresponsable, le CEA et la société Terradona ont mis au point une poubelle intelligente et bon marché, capable de caractériser les déchets de verre. Ses capteurs ultra résistants vérifient la nature et la taille des déchets déposés. Et surtout, l’appli Cliiink® ou une carte sans contact permet à l’usager d’obtenir des bons d’achats personnalisés.


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10. Conteneur

 ​Inspection d’un conteneur maritime sur le port de Rotterdam. © Douanes de Rotterdam ​Inspection d’un conteneur maritime sur le port de Rotterdam. - © Douanes de Rotterdam

Avec plus de 3 milliards de tonnes de marchandises transportées par bateau chaque année, le fret maritime représente aujourd'hui 85% du commerce mondial. Pour aider les douanes européennes à contrôler les conteneurs sans les ouvrir et à lutter ainsi contre le trafic de matières illicites et/ou dangereuses, le CEA a participé au projet européen C-BORD entre 2015 et 2018. Objectif : développer et tester en conditions réelles, dans le port de Rotterdam (Pays-Bas) et de Gdansk (Pologne) différentes méthodes d'analyse non intrusives capables de détecter en temps réel des substances dangereuses ou illicites.


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11. Récifs coralliens

 ​Différentes espèces planctoniques à l’étude dans le projet Tara. © C. Sardet / Tara Océans Différentes espèces planctoniques à l’étude dans le projet Tara. - © C. Sardet / Tara Océans

Cartographie du plancton marin

Cartographier l’ensemble du plancton marin et comprendre l’effet du réchauffement climatique sur la biodiversité océanique, tels sont les objectifs des missions scientifiques Tara Oceans à laquelle le CEA a participé. Durant cette expédition, lancée entre 2009 et 2012, les chercheurs ont collecté différents organismes planctoniques marins : virus, microbes, algues unicellulaires, larves de poissons,… dans toutes les grandes régions océaniques du globe. Le Genoscope a séquencé et répertorié dans une base de données exhaustive, disponible à l’ensemble de la communauté scientifique, l'ADN de toutes les populations de plancton prélevées. Il s’agit du plus grand travail de séquençage jamais effectué sur cette communauté marine. Au total, ce sont plus de 40 millions de gènes qui ont ainsi été découverts en 2015, dont la grande majorité sont nouveaux, ce qui suggère que la biodiversité planctonique pourrait être bien plus importante que ce que l’on imaginait. 


Recensement des coraux océaniques

Les analyses génomiques des échantillons prélevés dans le cadre des missions Tara Pacific (3 espèces de coraux, 2 poissons, mais aussi des échantillons d’eau et tout le plancton qu’ils contiennent) permettront de comprendre la biodiversité des récifs coralliens et leur résistance ou résilience face au changement climatique.


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12. Bateau électrique

 Bateau Energy Observer Bateau Energy Observer. © Antoine DranceyBateau Energy Observer. - © Antoine Drancey

Système énergétique complet autonome et sans émission de C02

Naviguer à travers le monde en totale autonomie énergétique et sans émission de gaz à effet de serre ni de particules fines, c’est le défi relevé par le catamaran Energy Observer depuis 2017. Pour réussir cette prouesse technologique, les ingénieurs-chercheurs du CEA ont développé une véritable architecture énergétique comprenant notamment des panneaux photovoltaïques répartis sur 165 m2, deux ailes de propulsion intelligente (Oceanwings®), et deux moteurs électriques réversibles en hydrogénérateurs. L’hydrogène est au cœur du projet Energy Observer. Le bateau couple différentes sources d’énergies renouvelables pour produire son propre hydrogène à partir de l’eau de mer, le stocker à bord et l’utiliser ensuite dans une pile à combustible : une première mondiale !


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13. Centrale électrique

 Pile atomique Zoé. © CEA Pile atomique Zoé. - © CEA

Premier réacteur nucléaire français

En 1948, le CEA achève dans ses locaux de Fontenay-aux-Roses la construction de la première pile atomique française : Zoé. Exploité de 1948 à 1976, ce réacteur était utilisé pour étudier la physique et les matériaux nucléaires, fournir des radioéléments pour la médecine, former les personnels au pilotage de réacteurs et poser les bases de la radioprotection. Le CEA poursuivra dès lors et jusqu’à aujourd’hui encore, des programmes visant à explorer l’ensemble des options technologiques liées aux réacteurs électronucléaires (réacteurs à eau lourde, réacteurs à eau sous pression, réacteurs uranium naturel-graphite-gaz, réacteurs à neutrons rapides), avec la mise en œuvre de prototypes, en lien avec les industriels de l’énergie.


 ​Procédé de coulée de verre. © PF.Grosjean/CEA Procédé de coulée de verre. - © PF.Grosjean/ CEA

Recyclage des combustibles et
traitement des déchets nucléaires

Le CEA est à l’origine de quasiment tous les procédés de traitement des combustibles usés actuellement mis en œuvre par Orano dans son usine de La Hague. De 1946 à 1976, le CEA jouait à la fois le rôle d’acteur de la R&D et d’industriel, jusqu’à la création par décision du gouvernement de la COGEMA, (aujourd’hui Orano) chargée des activités industrielles dans le domaine du cycle du combustible. Le recyclage consiste à récupérer les matières valorisables (uranium et plutonium) pour en faire de nouveaux combustibles. Les déchets ultimes (actinides mineurs et produits de fission) sont, quant à eux, immobilisés durablement dans une matrice en verre, puis conditionnés et entreposés de manière sûre en attendant d’être stockés. Le CEA est le concepteur du procédé de vitrification, actuellement utilisé dans les usines d’Orano à La Hague.


Robot pour le démantèlement nucléaire. - © Cyrille Dupont / The PulsesRobot pour le démantèlement nucléaire. - © Cyrille Dupont / The Pulses

Les procédés chimiques développés pour le recyclage des combustibles nucléaires trouvent également des applications dans le domaine du recyclage des métaux rares utilisés notamment dans les batteries.


Robots pour le démantèlement nucléaire

Le CEA développe avec des industriels des robots téléopérés pour intervenir à distance sur des chantiers de démantèlement nucléaire, soumis à de fortes radiations. A titre d’exemple, un robot constitué d’un bras de commande (le bras « maître ») et d’un bras « esclave » téléopérés depuis une salle de commande déportée par deux opérateurs. Ceux-ci travaillent à partir de vidéos de l’environnement à démanteler, couplées à des simulations 3D de ce même environnement. La télémanipulation assistée par ordinateur permet aux opérateurs d’intervenir en toute sûreté depuis une salle de commande éloignée de la zone hostile. D’autres robots permettent d’assainir les zones de travail ou encore de déplacer des fûts de déchets dans des zones irradiées.


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14. Terrain de sport

 Analyse par intelligence artificielle du comportement des rugbymen sur le terrain. © CEA-ListAnalyse par intelligence artificielle du comportement des rugbymen sur le terrain. - © CEA-List

Intelligence artificielle et caméra pour améliorer les performances des joueurs

Comment aider les entraîneurs de sports collectifs à suivre en temps réel la dynamique de groupe, clé du succès des équipes gagnantes ? Grâce à l’intelligence artificielle et ses puissants algorithmes, les mouvements de tous les joueurs peuvent être analysés à partir de flux vidéo.

Derrière cette innovation, le CEA au sein du consortium Team Sports*, compte bien décrypter les signaux faibles de la gestuelle individuelle, des mouvements collectifs et des interactions inter-joueurs qui trahissent l’humeur de l’équipe. Cet outil facilitera les prises de décisions (remplacement ou déplacement d’un joueur, changement de stratégie, discours de mi-temps…) pendant le match ou la séance d’entraînement, et donnera aux coachs des arguments objectifs pour le debrief de l’après-match. Un indéniable atout pour toutes les équipes de France, en vue des JO 2024 !


* Team-Sports :
C’est l’un des six lauréats retenus dans le cadre de l’appel à projets « sport de très haute performance » lancé en 2019 par les ministères de la Recherche et des Sports en vue des JO 2024 de Paris. Il vise à comprendre les déterminants de la dynamique de groupe dans les sports collectifs, considérée comme un facteur crucial d’optimisation de la performance. Piloté par Mickaël Campo (enseignant-chercheur en psychologie du sport à l’université Bourgogne – Franche-Comté), il réunit 6 laboratoires de recherche, dont le CEA-List et 4 fédérations sportives : rugby, handball, volley-ball, basket-ball.


Cible intelligente pour le tir sportif développée par la start-up Sport Quantum. © DRCible intelligente pour le tir sportif développée par la start-up Sport Quantum. - © DR

Cible intelligente pour le tir sportif

Finies les cibles de tir en papier, place aux modèles électroniques ! La start-up Sport Quantum, issue du CEA, commercialise en France et à l’international (Europe, Asie, Australie…) les premières cibles connectées, composées d’un écran recouvert d’une plaque transparente. L’écran affiche les cartons de tir, tandis que la plaque, équipée de capteurs piézoélectriques, mesure les ondes de choc générées par l’impact et localise la position du projectile avec une précision inférieure à 100 microns ! Grâce à une algorithmique conçue sur mesure et à une connexion sans fil, les résultats sont visibles en temps réel sur un smartphone ou une tablette, accompagnés de nombreuses fonctionnalités offertes par la numérisation : analyse des scores (moyennes, écarts-types…), archivage et partage des données, etc.


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15. Comète

Microsonde nucléaire. © F.Vrignaud/CEA​Microsonde nucléaire. - © F.Vrignaud/CEA

Après avoir voyagé 7 ans dans l’espace, la mission Stardust a rapporté en 2006 sur Terre les premiers échantillons de matière prélevés dans la chevelure de la comète Wild-2. Les équipes du CEA ont analysé plusieurs grains de poussière de cette comète, grâce à une technique d’analyse ultra-précise par faisceau d’ions (microsonde nucléaire). Cette technique permet de déterminer la composition et la teneur en éléments légers tels que le carbone, l’azote et l’oxygène sur de très petits échantillons (quelques micromètres).

Cette technique d'analyse chimique quantitative très sensible à la présence d'éléments légers (de l'hydrogène au carbone) est aussi appliquée dans de nombreux domaines tels que la restauration d’œuvres d’art, ou encore l’étude des batteries Lithium-ion…


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16. Drone

Drone solaire

En 2016, le CEA a conçu avec l’industriel Sunbirds le premier drone fonctionnant à l’énergie solaire commercialisable. Ne rejetant ni CO2 ni particules, c’est le seul engin « propre » de sa catégorie à pouvoir voler pendant 8h d’affilée. Il est destiné à des secteurs applicatifs variés comme l’agriculture, la maintenance industrielle, l’environnement ou la surveillance de zones sensibles.


Système anti-drone

Détecter, identifier et neutraliser les drones présentant une menace pour la sécurité est une priorité nationale. En 2015, le CEA développe des systèmes de brouilleurs individuels portatifs. Le principe : brouiller les moyens de communication du drone pour neutraliser cette menace émergente.


​Drone rampant d'inspection des canalisations. © Cyrille Dupont / The Pulses​Drone rampant d'inspection des canalisations. - © Cyrille Dupont / The Pulses

Drone d'inspection des canalisations

Le CEA et SARP Veolia, filiale du Groupe spécialisée dans la maintenance des réseaux d’assainissement, ont développé un drone rampant, capable d’inspecter les canalisations des réseaux d’assainissement. Ce robot, utilisé en complément des systèmes vidéo, permet d’évoluer sur tout type de terrains encrassés (boue, graisse, sable). Le drone escalade les obstacles et progresse de manière totalement autonome. Cet explorateur sans câble ni pilote peut parcourir jusqu’à 1,2 km par jour. En prenant une photo haute définition toutes les 10 secondes, il fournit les données nécessaires aux équipes pour estimer les besoins réels en curage et les portions concernées. Il permet ainsi d’économiser les opérations coûteuses par une maintenance préventive efficace et économique.


Drone © Dominique GUILLAUDIN/CEAPack batteries au lithium pour le drone Skyways d'Airbus Helicopters. - © Dominique GUILLAUDIN/CEA

Batteries adaptées aux drones

Saviez-vous que le CEA a collaboré avec Airbus pour développer différents objets, tels que le pack batteries au lithium pour le drone Skyways d'Airbus Helicopters ? Objectif : alimenter des drones complètement autonomes afin d'assurer un service de livraison de colis sur le campus de l'Université de Singapour en toute sécurité. Le CEA a donc conçu un système batteries compact, adapté à la géométrie spatiale du drone, facilement « clipsable » et « déclipsable » pour pouvoir le recharger, à tout moment, en toute sécurité.


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17. Statue

Tests parasismiques sur statues © CEA​ Les bustes et statues de marbre massif sont testées sur la plateforme vibrante. Certains sont entourés d'un dispositif parasismique, d'autres non, mais tous sont équipés de capteurs (au sommet de leurs têtes). - © CEA

Le patrimoine n’est pas seulement une affaire de culture ni le « pré carré » des historiens, des archéologues ou des restaurateurs. Physiciens et chimistes contribuent aussi à sa préservation et sa mise en valeur. C’est notamment le cas au CEA où, depuis de nombreuses années, plusieurs équipes développent et mettent en œuvre un ensemble de techniques et de technologies innovantes, au service de l’art, de l’histoire et de l’archéologie. Parmi celles-ci : l’utilisation des rayons X et gamma permet de percer les secrets des œuvres d’art et mieux comprendre les processus d’altération afin d’en assurer une meilleure conservation, sans dommage ni prélèvement d’échantillons. Les rayons X et gamma permettent aussi de désinfecter et désinsectiser les œuvres d’art. C’est notamment grâce à l’irradiation par les rayons gamma que la momie Ramsès 2 a été stérilisée en 1977 par les équipes du CEA.

La datation par le carbone 14, que l'on a récemment réussi à appliquer sur des objets métalliques élaborés au feu de bois, permet de dater et mieux comprendre les pratiques techniques et culturelles de nos ancêtres. Autre technique récente : l’utilisation de particules cosmiques telles que les muons permet de sonder l’intérieur des objets, là où la photographie ne peut voir que leur surface. C’est par cette méthode que les scientifiques du CEA ont découvert en 2017 une cavité insoupçonnée à l’intérieur de la pyramide de Khéops. Enfin, le CEA a testé sur ses tables vibrantes fin 2019 - début 2020 des dispositifs parasismiques destinés à préserver spécifiquement les statues des vibrations sismiques.


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18. Avion

​Sûreté aéronautique. - © Cyrille DUPONT / The Pulses ​Sûreté aéronautique. - © Cyrille DUPONT / The Pulses

Sûreté aéronautique

Frama-C est une plateforme d’analyse de code informatique, créée par le CEA et Inria, qui garantit l’absence de failles logicielles. Airbus a déployé plusieurs outils, dont Frama-C, dans son processus de développement de logiciels avioniques. Le constructeur peut ainsi garantir le fonctionnement sans faille de ses systèmes logiciels critiques, avec des gains de productivité très importants.


Packs batteries aux standards de l'aéronautique

Le CEA a mis en pratique son savoir-faire en matière d'intégration d'accumulateurs dans le pack batterie de l'avion électrique E-FAN, développé par Airbus, qui a traversé la Manche en juillet 2015 à une vitesse de 160 km/h, avec une autonomie supérieure de 60 % par rapport aux batteries existantes.


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19. Rivière et dépollution

Bassins contenant un cocktail de bactéries photosynthétiques afin d'épurer les eaux contaminées par les pesticide. - © Adequabio ​Bassins contenant un cocktail de bactéries photosynthétiques afin d'épurer les eaux contaminées par les pesticides. - © Adequabio

Bactéries pour dépolluer les pesticides

Saviez-vous que les bactéries représentent la forme vivante la plus abondante sur Terre ? Elles participent notamment au cycle biogéochimique, nous aident à la digestion, peuvent fermenter des aliments,… Les chercheurs du CEA étudient depuis plus de 25 ans les bactéries photosynthétiques et leurs capacités dépolluantes. Ils ont ainsi inventé un procédé de traitement des effluents pollués par des pesticides qui a donné lieu à la création de la start-up Adequabio. Objectif : dépolluer l’eau issue du traitement des terres agricoles. Concrètement, comment ça marche ? Les eaux contaminées par les pesticides (effluents) sont déversées dans des bassins contenant un cocktail de bactéries photosynthétiques. Les pesticides sont dégradés par les bactéries sous l’action de la lumière et le niveau des bassins est régulé par l’évaporation naturelle de l’eau.


 Étude du transfert sol-plantes du césium 137 dans les racines et les feuilles. © P.Dumas/CEAÉtude du transfert sol-plantes du césium 137 dans les racines et les feuilles. - © P.Dumas/ CEA

Plantes pour décontaminer les sols

Certaines plantes peuvent absorber ou réduire la toxicité de différents polluants organiques ou de métaux et radioéléments, présents dans les sols. Elles les accumulent, transforment, dégradent, concentrent, stabilisent ou volatilisent… Les équipes du CEA cherchent à comprendre et à améliorer les propriétés de ces plantes afin de redonner de la valeur économique et sociétal aux sols pollués.


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20. Pont

Réseau de capteurs pour monitorer
les structures

Surveiller la santé des infrastructures telles que des ponts, tunnels, barrages, bâtiments historiques, … c’est ce que propose la start-up Morphosense issue du CEA, qui propose depuis 2016, une solution technologique unique au monde pour mesurer en continu, à distance et en temps réel les déformations 3D et les vibrations de tels ouvrages. La technologie repose sur un réseau de capteurs haute performance et des algorithmes, capables de suivre le comportement statique et dynamique des structures quelle que soit la météo avec une précision de 0,1 millimètre par mètre. La solution a notamment été testée sur la Tour Eiffel : deux semaines ont suffi pour expliquer un phénomène structurel ponctuel.


 Prélèvement de béton au Palais des Papes à Avignon. © CEA​ Prélèvement de béton au Palais des Papes à Avignon. - © CEA

Méthode de prédiction de la corrosion

Le béton armé (constitué de béton et d'acier) est un matériau vivant et très complexe. Au fil des années, il vieillit et peut souffrir de corrosion : les armatures métalliques qui le composent s’altèrent au contact de l’eau et de l’oxygène et des fissures apparaissent progressivement sur les bâtiments. L’analyse visuelle de ces marques du temps donne des indices sur le type de corrosion. En analysant des ouvrages historiques tels que Le Palais des Papes à Avignon ou encore l’église Saint-Sulpice, à Paris, il est possible d’étudier la corrosion de pièces en acier datant de plus de 600 ans… En regardant les ouvrages du passé, les chercheurs du CEA arrivent à mieux comprendre le comportement des bétons armés et donc à prévoir de manière fiable leur altération future.


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21. Surveillance de l'environnement

 ​Centre d'alerte aux tsunamis (CENALT). © CEA​Centre d'alerte aux tsunamis (CENALT). - © CEA

Surveillance en temps réel des séismes, alerte aux tsunamis et détection des essais nucléaires étrangers

Le CEA est expert dans la détection de tout événement sismique naturel ou généré par l'activité humaine. Il est capable de le localiser rapidement, d’en calculer la magnitude et d’émettre une alerte à destination des pouvoirs publics. Ses activités ne se limitent pas à la détection, mais comprennent aussi des études d'aléa sismique pour des zones géographiques données. Le CEA a conçu et opère le CENALT, centre national d’alerte aux tsunamis en méditerranée occidentale et atlantique nord-est.

Opérationnel depuis 2012, sur le site CEA de Bruyères-le-Châtel, le CENALT reçoit en temps réel les informations émanant des stations sismiques et des stations de mesure du niveau de la mer implantées dans les régions surveillées. Pour tout séisme potentiellement « tsunamigène », le CENALT alerte les autorités françaises en moins de 15 minutes pour sécuriser au plus vite les populations potentiellement en danger (évacuation des bords de côtes…).


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22. Planète

Découverte des anneaux de Neptune

Spécialiste de l'exploration du système solaire, André Brahic, décédé en 2016, fut astrophysicien au CEA et a contribué à plusieurs missions d'observation telles Voyager ou Cassini. Il s'intéresse aux anneaux de Saturne avant de lancer, en 1984, un programme qui lui permet de co-découvrir, avec l'astronome américain William Hubbard les anneaux de la planète Neptune et leur structuration. Il baptise trois des arcs du dernier anneau de Neptune Liberté, Egalité et Fraternité, en référence à la devise nationale française.


 Vue d'artiste des différentes exoplanètes qui gravitent autour de l'étoile Trappist-1. © NASA/ JPL-CaltechVue d'artiste des différentes exoplanètes qui gravitent autour de l'étoile Trappist-1. - © NASA/JPL-Caltech

Découverte d'exoplanètes et du système Trappist potentiellement habitable

Une équipe internationale, à laquelle a participé le CEA, a découvert en 2017, sept planètes extrasolaires. De taille terrestre et de température modérée, elles gravitent autour d’une très petite étoile, Trappist-1. Au moins trois d ’entre elles sont dans des conditions compatibles avec la présence d’eau liquide en surface. Ce système planétaire offre des conditions exceptionnelles d’observation, notamment pour chercher de possibles traces de vie hors du système solaire. Les missions JWST (lancement en 2021) et Ariel (lancement prévu en 2028-2030) ouvriront une nouvelle page de l’exploration des exoplanètes en analysant plus précisément leurs atmosphères.


Enclume diamant © CEA - Direction des applications militairesPour recréer les conditions du noyau terrestre au laboratoire, de très petits morceaux de fer, de la taille de grains de poussière, sont placés entre les pointes de deux diamants qui sont ensuite pressées l’une contre l’autre. - © CEA - Direction des applications militaires

Etude du noyau des planètes

Les grands lasers de puissance permettent d’atteindre les conditions thermodynamiques du noyau des planètes comme la Terre et ainsi d’étudier les caractéristiques physico-chimiques des matériaux comme le fer, que l’on retrouve dans le noyau terrestre.

Dans l’étude du noyau de la Terre, des scientifiques du CEA ont participé en 2013 à la détermination de la température près du centre de la Terre, à la frontière de son noyau de fer solide, une température évaluée entre 3 800°C et 5 500°C suivant la profondeur.


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23. Glacier

 ​Carotte de glace. © Anaïs Orsi/CEA ​Carotte de glace. - © Anaïs Orsi/CEA

Première analyse d'une carotte de glace de l'ère glaciaire

C’est au centre de l’Antarctique, à Vostok, l’un des endroits les plus secs et les plus hostiles de la planète (2 cm de précipitations par an, température moyenne annuelle de – 55 °C), que l’on a extrait en 1987 la première carotte de glace témoin de plusieurs cycles glaciaires-interglaciaires passés. L’analyse de la composition isotopique de cette glace, vieille de 400 000 ans, menée par des scientifiques du CEA, a permis de reconstituer les températures passées du site. En parallèle à des mesures de variations des concentrations en dioxyde de carbone et en méthane dans l’atmosphère auxquelles les scientifiques du CEA ont été associés, la carotte de glace de Vostok a été la première à mettre en évidence la forte corrélation entre les gaz à effet de serre et le climat au cours des quatre derniers cycles climatiques.


Modèle de la Terre. - © CEA/CNR/ Météo-France, 2019 - Animea Studio​Modèle de la Terre. - © CEA/CNR/ Météo-France, 2019 - Animea Studio

Modèles climatiques

Les recherches du CEA sur le climat ont pour buts d'améliorer nos connaissances fondamentales sur le fonctionnement du climat, passé, présent et futur ; d'étudier les interactions et les évolutions des différents mécanismes en jeu et de développer des modèles numériques pour anticiper les évolutions futures du climat et leurs conséquences. Le CEA participe, dans ce cadre, au programme international d’intercomparaison des modèles de climat (CMIP). Les simulations numériques du climat issues de CMIP alimentent de nombreux projets scientifiques de compréhension des mécanismes et d’évaluation des modèles et servent de référence pour les rapports du GIEC.


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24. Ballon météo

Détection des particules dans l'air

Mieux connaître les sources de particules polluantes est indispensable pour réduire les effets néfastes sur la qualité de l’air, sur la santé et sur le climat. Les climatologues du CEA participent à de nombreuses campagnes de mesures qui visent à quantifier, qualifier et surveiller la pollution atmosphérique.


Système Lidar utilisé pour déterminer la répartition verticale des polluants particulaires. © P. Bazoge/CEASystème Lidar utilisé pour déterminer la répartition verticale des polluants particulaires. - © P. Bazoge/CEA

Laser de mesures atmosphériques

Un système laser de mesures atmosphériques Lidar a été mis au point par les chercheurs du Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (CEA- CNRS – Université de Versailles Saint-Quentin) pour connaître la répartition verticale des polluants particulaires entre la surface et la tropopause (vers 10 km d’altitude). Cet instrument a fait l’objet de tests en 2005 à Paris : deux systèmes Lidar, l’un fixe, l’autre mobile, ont permis de caractériser les particules de pollution émises dans la capitale par la circulation automobile.

Le système a également été utilisé pour surveiller la répartition spatio-temporelle des aérosols dans des endroits confinés comme les gares souterraines RATP et SNCF. En avril 2010, un Lidar a été embarqué à bord d’un avion pour analyser le panache de cendres volcaniques issu du volcan islandais Eyjafjöll et fournir des données d’analyse à l’Aviation civile.

Dernièrement, le même lidar a été utilisé pour étudier les nuages tropicaux à bord d'un avion de recherche dans le cadre d'un programme de recherche international. Il a évolué pour permettre les mesures de paramètres météorologiques que sont la température et le contenu en vapeur d'eau et ainsi aider à mieux comprendre les événements de précipitation extrêmes.


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25. Navette autonome

Détection d'obstacles © CEA-List​ Un exemple d'apprentissage profond pour les véhicules autonomes. Le logiciel analyse l'environnement extérieur et reconnaît et identifie les deux roues, les camions, les piétons... - © CEA-List

Détection d'obstacles et des piétons

Les équipes du CEA travaillent main dans la main avec les grands équipementiers et constructeurs automobiles pour doter les véhicules de l’intelligence artificielle nécessaire à leur autonomie. Elles travaillent notamment sur les méthodes d’apprentissage profond (deep learning) pour permettre au logiciel, « cerveau » de la voiture, d’analyser son environnement immédiat : reconnaître en temps réel les véhicules, piétons, cyclistes à partir de données récoltées par des caméras et lidars… et ainsi pouvoir réagir face à d’éventuels obstacles.


Système intelligent de parking
sans conducteur

Démonstration du garage pleinement autonome d’un bus IVECO URBANWAY en conditions réelles. - © RATP/Jean François MAUBOUSSIN​​Démonstration du garage pleinement autonome d’un bus IVECO URBANWAY en conditions réelles. - © RATP/Jean François MAUBOUSSIN

En 2018, le groupe RATP, le CEA et IVECO BUS réalisent une première en Europe avec la démonstration du garage pleinement autonome d’un bus dans le cadre du projet européen EBSF_2. Deux cas d’usage ont été étudiés dans le cadre de ce projet de recherche :

  1. A l’arrivée au dépôt du conducteur, le bus démarre en mode autonome, quitte sa place de parking et se dirige vers la sortie du dépôt. Le conducteur prend ainsi son service dès que le véhicule sort du dépôt.

  2. A la fin de son service, le conducteur laisse son bus à l’entrée du dépôt. Une fois le mode autonome activé, le véhicule se gare en totale autonomie à la place pré-attribuée par le système automatique de gestion de la flotte.


Une avancée majeure grâce aux recherches sur le véhicule autonome.


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26. Soleil

Reproduction des réactions nucléaires
au cœur des étoiles

Tokamak West © C.Roux/CEAIntérieur du tokamak WEST, plateforme unique de test en soutien au projet international Iter en construction à Cadarache. - © C.Roux/CEA

Pour l’énergie

La fusion nucléaire est une réaction physique qui se déroule au cœur des étoiles : des noyaux atomiques fusionnent, dégageant l’énergie à l’origine de la lumière et de la chaleur qu’émettent les étoiles. Les quantités d’énergie libérée sont très importantes, ce qui pousse les scientifiques à chercher le moyen d’exploiter la fusion comme nouvelle source d’énergie durable, puisque les matières premières nécessaires sont pratiquement illimitées. Pour reproduire ces réactions de fusion, il faut être capable de créer des conditions physiques similaires à celles des étoiles, et atteindre des températures de 150 millions de degrés (dix fois la température interne du Soleil). Dans de telles conditions, la matière est sous la forme de plasma. Mais un milieu aussi chaud a tendance à se dissiper très rapidement. Pour qu’un nombre conséquent de réactions de fusion puisse s’y dérouler, il faut le confiner :

  • soit par un champ magnétique qui piège les particules comme dans les tokamaks,
  • soit par l’inertie du milieu, en le comprimant à des densités telles que les réactions de fusion soient plus rapides que le déconfinement : c’est la voie suivie dans les armes nucléaires et les expériences laser.

Le CEA est à l’origine du premier tokamak français, TFR, installé à Fontenay-aux-Roses et opérationnel de 1973 à 1986. Ce tokamak obtient un record mondial en 1976 avec une température atteinte de 20 millions de degrés.
Le CEA a ensuite poursuivi à Cadarache les recherches dans le domaine de la fusion avec le tokamak Tore supra qui a également obtenu un record avec un plasma d’une durée de 6 minutes 30 secondes en 2003. Ce tokamak a été reconfiguré entre 2013 et 2016 pour devenir WEST, plateforme unique de test en soutien au projet international Iter en construction à Cadarache.

Schéma 3D du Laser Mégajoule © CEA/MS-BEVIEWSchéma 3D du Laser Mégajoule. - © CEA/MS-BEVIEW

Pour la Défense

Le fonctionnement d’une arme nucléaire fait intervenir un grand nombre de phénomènes physiques complexes. Ceux qui se déroulent durant la phase de dégagement d’énergie nucléaire de l’arme sont caractérisés par des niveaux de pression, de densité et de température difficiles à reproduire en laboratoire. Dans le cadre du Programme Simulation, piloté par la Direction des applications militaires du CEA, le Laser Mégajoule (LMJ) est une installation exceptionnelle, conçue pour créer ces états de la matière à l’échelle d’un laboratoire. Il s’agit d’un laser de puissance capable de concentrer des énergies lumineuses importantes sur de très petits volumes et dans des temps extrêmement brefs. Le LMJ est utilisé depuis 2014 pour valider la modélisation de la phase nucléaire des armes de la dissuasion française. Il permet aussi, plus généralement, de progresser dans la connaissance des milieux à hautes densités d’énergie - en particulier par l’étude en laboratoire de phénomènes astrophysiques - et à forte pression comme dans les équations d’état des constituants des planètes.


Nouveau traitement
contre le cancer de la peau

Pour traiter certains cancers de la peau, les médecins utilisent le traitement photodynamique : on applique localement une crème sur la peau, dont le principe actif, activé sous excitation lumineuse, attaque et détruit les cellules tumorales. Cette technique n’est pas efficace si la lésion est profonde. Pour lever cette limitation, le CEA et l’Inserm ont développé un patch de micro aiguilles constitué d’un matériau qui associe de l’eau, un polymère et le principe actif sensible à la lumière. Les micro-aiguilles ont une longueur comprise entre 400 et 750 microns, ce qui permet d’atteindre ainsi l’interface épiderme/derme. Cette nouvelle technologie devrait bientôt entrer en phase d’études cliniques.