Du TPE à la publication : l’aventure scientifique des trois lycéennes de Tournefeuille continue

Après avoir décroché l'un des premiers prix des Olympiades de physiqueOrganisées par la Société française de physique et l’Union des Professeurs de physique et de chimie, les Olympiades de physique France sont un concours scientifique ouvert aux lycéens et lycéennes qui mènent un projet expérimental de leur choix. Le projet peut prendre place dans le cadre d’un atelier scientifique, dans la suite des Travaux personnels encadrés (TPE) ou dans le prolongement d’une activité de club scientifique et s’étale sur deux années à partir de la Seconde. L’aventure des Olympiades de physique France se termine par une finale nationale dotée de prix (prix spéciaux, visites de laboratoires, matériel scientifique, livres et revues) qui viennent récompenser tous les finalistes. S’il est à dominante physique, le concours s’ouvre fréquemment sur les disciplines frontières (chimie, automatique, biologie) et touche aux domaines les plus variés (environnement, art, santé, préoccupations énergétiques…) et représenté la France à l’International Science and Engineering Fair (ISEF) à Phoenix (Arizona) en 2019 pour leur projet sur les traitements anti-tumoraux basés sur l’échauffement de nanoparticules par hyperthermie magnétique, Marine Tellier, Lucille Marin et Alice Rousseau, les trois anciennes élèves du lycée polyvalent Marie-Louise Dissard Françoise de Tournefeuille, viennent de signer leur première publication scientifique. Ces travaux, parus dans la revue Journal of Magnetism and Magnetic Materials le 19 septembre 2020, marquent une nouvelle étape dans cette aventure scientifique commencée en 2017.

Les nanoparticules magnétiques placées sous un champ magnétique alternatif à haute fréquence libèrent de la chaleur. Ce phénomène peut être utilisé pour chauffer et détruire les cellules cancéreuses : c’est ce que l’on appelle le traitement par hyperthermie magnétique.
Encadrées par Nicolas Hallali, post-doctorant au Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO - CNRS, INSA, Université Toulouse III – Paul Sabatier) et leur enseignante de physique-chimie Marlène Garrow, les trois bachelières ont poursuivi leurs recherches sur ce sujet. Elles se sont intéressées à l’influence du milieu visqueux sur le pouvoir chauffant de nanobilles magnétiques (NBMs) contenant des nanoparticules superparamagnétiques, dont l’aimantation se renverse sous l’influence du champ magnétique et de la température.

Les jeunes scientifiques ont observé des comportements différents des nanoparticules magnétiques lorsque la viscosité augmente. Pour comprendre ces différences, les apprenties-chercheuses ont évalué le débit d'absorption spécifique ou Specific Absorption Rate (SAR) de nanobilles magnétiques (NBMs) de deux tailles différentes, en mesurant l’aire de leurs cycles d’hystérésisUn cycle d’hystérésis est un cycle qui décrit la variation de l'aimantation d’un matériau ferromagnétique en fonction de la variation du champ magnétique appliqué. Dans un premier temps, pour les deux tailles de NBMs, le SAR diminue jusqu’à atteindre une valeur minimale. Ensuite, après avoir atteint un minimum, le SAR des plus grandes NBMs reste constant alors que celui des plus petites NBMs augmente jusqu’à atteindre une valeur stable. Ces différents phénomènes s’expliquent par les interactions magnétiques, la possibilité de création de chaînes de nanobilles et leur pouvoir à tourner physiquement sous l’influence du champ magnétique.

Alors qu’il est d’usage pour les physicien.nes d’utiliser l’eau comme milieu pour ces mesures, ces résultats confirment que la viscosité est un paramètre supplémentaire à prendre en compte. Ces travaux ont donc amené Marine Tellier, Lucille Marin et Alice Rousseau à se questionner sur la pertinence de mesurer le SAR de ces nanobilles dans l’eau, considérant l’objectif d’application dans des milieux biologiques visqueux.

En attendant une suite à ces travaux, le CNRS Occitanie Ouest qui développe les liens entre les scientifiques et les élèves du secondaire afin de leur faire découvrir l’univers de la recherche et la diversité des métiers, voire de susciter des vocations notamment chez les jeunes filles, a créé avec le lycée polyvalent Marie-Louise Dissard Françoise de Tournefeuille, le Club jeunes, sciences et citoyen.nes Un pas vers la recherche. Différentes activités sont prévues avec les laboratoires du CNRS : interventions de scientifiques, expériences encadrées au lycée et visites de laboratoires incluant au moins un aspect manipulatoire ou expérimental.
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Bibliographie

Influence of medium viscosity on the heating power and the high-frequency magnetic properties of nanobeads containing magnetic nanoparticles
A. Rousseau, M. Tellier, L. Marin, M. Garrow, C. Madelaine, N. Hallali, J. Carrey
Journal of Magnetism and Magnetic Materials - 19 septembre 2020 - DOI:10.1016/j.jmmm.2020.167403