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Santé

Analyse numérique d’un capteur THz pour la détection de polluants atmosphériques dans les zones agricoles de Hail, Arabie Saoudite

by Sophie Martin
written by Sophie Martin

Publié le 7 janvier 2026 à 14h03. Les avancées récentes dans la conception de capteurs basés sur le graphène et les métamatériaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la détection précise et sensible de gaz, avec des applications potentielles dans la surveillance environnementale, la sécurité et le diagnostic médical.

  • Des recherches récentes explorent l’utilisation de métamatériaux à base de graphène et de dioxyde de vanadium pour la création de capteurs térahertz reconfigurables et performants.
  • L’apprentissage automatique est de plus en plus intégré à la conception et à l’optimisation de ces capteurs, améliorant leur sensibilité et leur capacité de détection.
  • Plusieurs études se concentrent sur la détection de gaz spécifiques, tels que le dioxyde d’azote et le dioxyde de carbone, en utilisant des structures innovantes à base de graphène et de phosphore noir.

La recherche sur les capteurs de gaz basés sur le graphène et les métamatériaux connaît un essor considérable, portée par les propriétés uniques de ces matériaux. Le graphène, une feuille de carbone d’un atome d’épaisseur, offre une surface élevée et une excellente conductivité électrique, tandis que les métamatériaux, des structures artificielles conçues pour manipuler les ondes électromagnétiques, permettent de créer des capteurs très sensibles et sélectifs. Plusieurs études récentes, dont celles de Hassen et al (2023) sur la dispersion de la pollution atmosphérique, soulignent l’importance de développer des technologies de surveillance de l’environnement plus performantes.

Les travaux de Yan et al (2021) ont examiné les technologies d’atténuation et les stratégies de gestion des émissions de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques dans la production animale, mettant en évidence la nécessité de solutions innovantes pour réduire l’impact environnemental de l’agriculture. Dans ce contexte, les capteurs basés sur le graphène et les métamatériaux pourraient jouer un rôle crucial dans la surveillance des émissions et l’optimisation des processus de production.

L’utilisation de l’apprentissage automatique pour améliorer les performances de ces capteurs est une tendance émergente. Des chercheurs comme Kumar et al (2025) ont démontré l’efficacité des algorithmes d’apprentissage automatique basés sur des arbres de décision pour la modélisation hybride d’antennes micro-ruban, ouvrant la voie à des capteurs plus précis et adaptatifs. Wekalao et Elamri (2025) ont également mis en évidence l’intérêt de l’apprentissage automatique pour améliorer la détection par résonance plasmonique de surface dans les capteurs à base de métasurfaces MXène.

Plusieurs études se concentrent sur la détection de gaz spécifiques. Par exemple, Saadatmand et Ahmadi (2025) ont étudié l’accordabilité de la température des états quasi-liés de la pérovskite dans une métastructure pour améliorer la détection du dioxyde de carbone. Marjani et al (2021) ont quant à eux exploré le dopage aux métaux alcalins du phosphore noir pour la capture et la détection ultrasensible du dioxyde d’azote. D’autres recherches, comme celles de Baz et al (2024), visent à développer des capteurs térahertz avec des capacités de codage avancées pour une détection plus précise et fiable.

Les défis liés à la fabrication et à la caractérisation de ces capteurs restent importants. Zheng et Li (2024) soulignent la nécessité de développer des techniques de caractérisation microscopiques avancées pour l’électronique basée sur les matériaux 2D. De plus, la stabilité et la reproductibilité des capteurs à base de graphène et de métamatériaux doivent être améliorées pour garantir leur fiabilité à long terme. Des travaux comme ceux de Hlali et al (2021) sur la simulation numérique de capteurs térahertz basés sur le graphène contribuent à optimiser la conception et les performances de ces dispositifs.

Les perspectives d’avenir pour les capteurs de gaz basés sur le graphène et les métamatériaux sont prometteuses. Avec les progrès continus dans la science des matériaux, l’apprentissage automatique et les techniques de fabrication, ces capteurs pourraient jouer un rôle de plus en plus important dans la surveillance de l’environnement, la sécurité et le diagnostic médical.

Hassen et al (2023), Yan et al (2021), Kumar et al (2025), Wekalao et Elamri (2025), Saadatmand et Ahmadi (2025), Marjani et al (2021), Baz et al (2024), Hlali et al (2021).

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Technologie et science

Estimation par apprentissage profond du numéro atomique effectif pour l’étalonnage HU à RED dans le CT à comptage de photons à double énergie

by Thomas Caron
written by Thomas Caron

Publié le 2025-12-23 22:02:00. Une nouvelle approche d’apprentissage profond améliore significativement la précision de l’estimation de la densité électronique relative en tomodensitométrie à double énergie, ouvrant la voie à des calculs de dose plus précis et à une meilleure différenciation des matériaux en imagerie médicale.

  • Un modèle d’apprentissage profond (DL) a réduit l’erreur absolue moyenne (MAE) pour l’estimation du numéro atomique effectif (EAN) à 0,08 %, surpassant les méthodes conventionnelles.
  • L’estimation de la densité électronique relative (RED) obtenue grâce à cette méthode DL affiche une MAE de 0,62 % et une linéarité accrue par rapport aux approches traditionnelles.
  • Cette avancée pourrait améliorer la précision des calculs de dose et la différenciation des tissus dans les applications cliniques futures.

Des chercheurs ont développé une nouvelle méthode basée sur l’apprentissage profond (DL) pour affiner l’estimation de la densité électronique relative (RED) en tomodensitométrie à double énergie (DECT). La DECT est une technique d’imagerie qui utilise deux niveaux d’énergie de rayons X pour identifier et quantifier les matériaux en fonction de leur composition atomique. L’amélioration de la précision de la RED est cruciale pour des applications telles que la planification de radiothérapie et la caractérisation des matériaux.

L’étude a utilisé un détecteur de comptage de photons de paillasse pour acquérir des images spectrales d’un fantôme équivalent à un tissu. Un réseau neuronal U-Net modifié a ensuite été entraîné sur des données synthétiques afin de prédire directement le numéro atomique effectif (EAN) des tissus. Ces EAN prédits ont été convertis en RED à l’aide d’un modèle basé sur des principes physiques. Les performances du modèle ont été évaluées sur huit matériaux différents, en comparant les résultats aux méthodes de Rutherford et stœchiométriques traditionnelles.

Les résultats démontrent une nette amélioration de la précision. Le modèle DL a atteint un MAE de 0,08 % pour l’EAN, comparativement à 1,59 % pour la méthode de Rutherford et 1,54 % pour l’approche stœchiométrique. Pour l’estimation de la RED, le modèle DL a obtenu un MAE de 0,62 %, avec des résidus très faibles (entre -0,01 et 0,02) par rapport aux valeurs théoriques. L’analyse d’étalonnage a révélé une linéarité élevée pour les courbes ΔHU-RED conventionnelles (R² ≈ 0,9995), mais la méthode basée sur DL a affiché une linéarité encore supérieure (R² = 0,9998).

Cette étude, menée sur un fantôme, suggère que l’approche DL améliore non seulement la précision de l’estimation de la RED, mais aussi la linéarité de la relation entre les unités Hounsfield (HU) et la RED. Cette amélioration de la linéarité pourrait faciliter la différenciation des matériaux et contribuer à des calculs de dose plus précis dans les futures applications cliniques de la DECT.

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Technologie et science

La nouvelle conception de la batterie de sodium fonctionne même à des températures subzero-zéro

by Thomas Caron
written by Thomas Caron

Publié le 24 septembre 2025. Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour stabiliser une forme particulière d’électrolyte solide au sodium, ouvrant la voie à des batteries plus performantes, moins chères et plus respectueuses de l’environnement que les batteries au lithium actuelles.

  • Une nouvelle technique permet de stabiliser une structure métastable de l’hydridoborate de sodium, améliorant considérablement sa conductivité ionique.
  • Cette avancée rend possible la fabrication de batteries entièrement solides au sodium capables de fonctionner efficacement même par temps froid.
  • L’objectif est de permettre aux usines de production de batteries de fabriquer aussi bien des batteries au lithium qu’au sodium.

Les batteries entièrement solides sont considérées comme une technologie prometteuse pour alimenter les véhicules électriques, les appareils électroniques et stocker l’énergie produite par les réseaux électriques. Cependant, la production de ces batteries dépend fortement du lithium, un métal coûteux, rare et dont l’extraction pose des problèmes environnementaux.

Le sodium représente une alternative intéressante, plus abondante, moins chère et moins nocive pour l’environnement. Jusqu’à présent, les batteries entièrement au sodium rencontraient des difficultés pour maintenir un rendement optimal à température ambiante. Les travaux récents d’une équipe de recherche dirigée par Y. Shirley Meng, professeure à l’École d’ingénierie moléculaire de l’Université de Chicago (Uchicago PME), pourraient changer la donne.

Les résultats de cette étude, publiés dans la revue Joule, démontrent qu’il est désormais possible de fabriquer des batteries au sodium dotées de cathodes épaisses, capables de maintenir de bonnes performances même en dessous de zéro degré Celsius.

« Il ne s’agit pas d’opposer le sodium au lithium. Nous avons besoin des deux. Lorsque nous pensons aux solutions de stockage d’énergie de demain, nous devons imaginer que la même Gigafactory peut produire des produits à base de produits chimiques au lithium et au sodium. »

Y. Shirley Meng, professeure de génie moléculaire à l’Uchicago PME

Selon Sam Oh, chercheur à l’A*STAR Institute of Materials Research and Engineering de Singapour et auteur principal de l’étude, cette avancée rapproche le sodium du niveau de performance du lithium en matière d’électrochimie.

La clé de cette percée réside dans la stabilisation d’une structure métastable de l’hydridoborate de sodium. En chauffant cette forme instable jusqu’à ce qu’elle commence à cristalliser, puis en la refroidissant rapidement, les chercheurs ont réussi à stabiliser sa structure cristalline. Cette technique, bien connue, n’avait jusqu’à présent jamais été appliquée aux électrolytes solides.

« La percée que nous avons réalisée est que nous stabilisons en fait une structure métastable qui n’avait pas été signalée. Cette structure métastable de l’hydridoborate de sodium a une conductivité ionique très élevée, au moins un ordre de grandeur supérieur à ce qui a été rapporté dans la littérature, et trois à quatre ordres de grandeur supérieur à celui du précurseur lui-même. »

Sam Oh, auteur principal de l’étude

En combinant cette phase métastable avec une cathode de type O3 recouverte d’un électrolyte solide à base de chlorure, l’équipe a pu créer des cathodes épaisses à forte capacité. Cette conception innovante surpasse les batteries au sodium précédentes, qui étaient limitées par l’utilisation de cathodes minces. Une cathode plus épaisse permet d’augmenter la densité énergétique de la batterie, c’est-à-dire la quantité d’énergie stockée par unité de volume.

Cette recherche représente une étape importante vers une alternative viable au lithium, contribuant ainsi à réduire la dépendance à ce métal rare et à limiter les impacts environnementaux liés à son extraction. Les chercheurs soulignent qu’il reste encore beaucoup de travail à accomplir, mais cette avancée ouvre de nouvelles perspectives prometteuses.

« C’est encore un long voyage, mais ce que nous avons fait avec cette recherche aidera à ouvrir cette opportunité. »

Sam Oh, auteur principal de l’étude

Référence: « Metastable Sodium Closo-Hydridoborates for All-Solid-State Batteries with Thick Cathodes » de Jin an Sam Oh, Zihan Yu, Chen-Jui Huang, Phillip Ridley, Alex Liu, Tianren Zhang, Bing Joe Hwang, Kent J. Griffith, Shyh Ping Ong and Ying Shirley Meng, 16 septembre 2025 Joule. DOI: 10.1016/j.joule.2025.102130

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Technologie et science

L’hydrogel super bâton est 10 fois plus fort que les autres colles sous l’eau

by Thomas Caron
written by Thomas Caron

Les chercheurs ont testé un hydrogel collant en l’utilisant pour coller un canard en caoutchouc sur une roche dans l’océan

Hao Guo, Hongguang Liao et Fan Hailong

Un canard en caoutchouc qui a été collé à un rocher balnéaire depuis plus d’un an a prouvé la force d’un nouveau matériau collant. L’adhésif pourrait être utilisé dans les robots en haute mer et les travaux de réparation, ou comme colle chirurgicale pour les procédures médicales.

«Nous avons développé un hydrogel super adhésif qui fonctionne extrêmement bien même sous l’eau – quelque chose que très peu de matériaux peuvent réaliser», explique Fan Hailong à l’Université de Shenzhen en Chine. Les hydrogels sont des matériaux extensibles et doux.

Fan, puis à l’Université Hokkaido au Japon, et ses collègues ont analysé 24 000 séquences de protéines collantes de nombreux organismes différents pour identifier les combinaisons les plus collantes d’acides aminés, les éléments constitutifs des protéines. Ils ont utilisé ces informations pour créer 180 types différents d’hydrogel adhésif. Ensuite, ils ont formé des modèles d’intelligence artificielle sur les propriétés des matériaux des hydrogels pour prédire encore de meilleures recettes de matériaux super bâton.

Ce processus a permis à l’équipe de développer une nouvelle classe d’hydrogel polyvalent et collant. Le matériau se lie aux surfaces même lorsqu’il a été décoché et reposait plusieurs fois ou immergé dans de l’eau de mer, explique Fan. Il a dépassé 1 mégapascal de résistance à l’adhésion sous l’eau – environ 10 fois plus fort que les matériaux de la plupart des mous et collants dans les mêmes conditions.

La recherche «démontre un changement de paradigme dans la façon dont nous pouvons concevoir des matériaux doux à haute performance», explique Zhao Qin à l’Université de Syracuse dans l’État de New York. Il a salué l’équipe pour identifier les modèles d’adhésion dans les protéines naturelles et les capturer dans le nouveau matériau.

La démonstration la plus fantaisiste de la résistance collante de l’hydrogel impliquait de garder ce canard en caoutchouc jaune attaché à la roche imbibée d’ondes par le rivage. Dans une expérience plus pratique, l’hydrogel a instantanément scellé un tuyau d’eau qui fuit. Cela suggère que cela pourrait aider à réparer les structures sous-marines ou à faire de l’électronique flexible et de la robotique résistante à l’eau.

Le matériau était également biocompatible, ce que les chercheurs prouvés en l’implantant sous la peau des souris. Cela pourrait le rendre utile pour les applications biomédicales, telles que les implants d’apization ou le travail comme colle chirurgicale.

L’adhérence de l’hydrogel est remarquable, explique Qin, mais il note que le matériau doit être relativement épais pour bien performer. Il espère le voir testé en dehors des conditions expérimentales idéales, en particulier dans les situations du monde réel avec des surfaces rugueuses, contaminées ou mobiles.

Les chercheurs ont soumis un brevet pour le nouveau matériel via l’Université Hokkaido, où la plupart d’entre eux travaillent.

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Technologie et science

Les diamants hexagonaux extra-durs peuvent maintenant être cultivés dans un laboratoire

by Thomas Caron
written by Thomas Caron

La structure cristalline du diamant hexagonal

Ogwen / Shutterstock

Une forme plus dure de diamant qui a échappé aux scientifiques depuis des décennies peut désormais être synthétisée en laboratoire et pourrait être utilisée pour fabriquer des outils de coupe et de forage extrêmement difficiles.

Les diamants tels que nous les connaissons ont un arrangement cube d’atomes dans leur structure cristalline. Mais depuis au moins 60 ans, nous sommes conscients d’une autre forme – diamant hexagonal – qui est beaucoup plus difficile, grâce à ses cristaux n’ayant pas de lignes de cisaillement uniformes le long desquelles les ruptures peuvent se propager.

Le diamant hexagonal naturel se produit en météorites, où il est connu sous le nom de minéral Lonsdaleite, mais uniquement dans des mélanges avec du diamant cube. Les tentatives précédentes pour synthétiser les diamants hexagonaux n’ont produit que de minuscules traces qui sont également impures.

Maintenant, Ho-Kwang Mao au Center for High Pression Science and Technology Advanced Research à Pékin et ses collègues ont réussi à créer un échantillon relativement important de diamant hexagonal de 1 millimètre de diamètre et 70 micromètres d’épaisseur, avec une pureté près de 100%.

Alors que le diamant normal a été synthétisé pendant un certain temps, les chercheurs ont exploré une gamme de pressions et de températures pour trouver un point idéal dans lequel des diamants hexagonaux ont été produits. Cela a fini par être 1400 ° C à 20 gigapascals – 200 000 fois la pression atmosphérique sur Terre.

Un tel matériel n’a jamais été fabriqué auparavant, il devra donc être étudié en profondeur pour déterminer ses propriétés, explique Mao. «C’est incroyablement précieux», dit-il. “Mais une fois que nous savons comment le faire, n’importe qui peut le produire. Donc, l’important est d’obtenir un brevet et de trouver un moyen de le rendre moins cher.”

Les diamants hexagonaux devraient être environ 60% plus durs que les diamants ordinaires en fonction de leur structure. Le diamant cube a une dureté d’environ 115 gigapascals lorsqu’il est mesuré dans un test de dureté Vickers. Le diamant hexagonal créé par Mao et son équipe mesure 120 gigapascals, mais ils croient qu’ils peuvent l’améliorer considérablement lorsqu’ils développent leur technique plus loin.

Si le diamant hexagonal peut être synthétisé avec des épaisseurs suffisantes, il pourrait être utilisé pour fabriquer des outils plus difficiles et plus résilients pour une gamme d’utilisations dans l’industrie, comme le forage pour l’énergie géothermique, explique James Elliott à l’Université de Cambridge. «Évidemment, plus vous allez profondément, plus il devient chaud, [and] Cela pourrait leur permettre d’aller plus loin sous terre. »

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