Pôle d'expérimentation à haute pression

Directrice scientifique : Isabelle Daniel

Responsable technique : Hervé Cardon

Voir les consignes de sécurité pour l'utilisation des équipements sur le Codex

L'activité du pôle d'expérimentation à haute pression se répartit entre deux domaines : l'expérimentation en physique des matériaux et l'expérimentation en (micro)biologie.
Le premier repose, au sein du laboratoire, sur la technologie des cellules à enclumes de diamant (CED).
Le second utilise différents types d'enceintes de culture sous haute pression hydrostatique (tube de culture gros volume, cellule optique Andréa et cellules à enclumes de diamant).

L'équipement en cellules à enclumes de diamant du laboratoire de sciences de la Terre s'inscrit comme une composante du pôle lyonnais d'élaboration sous conditions extrêmes (PLECE). Le PLECE regroupe un ensemble de moyens capable de combiner des conditions extrêmes de pression (de plusieurs GPa à des dizaines de GPa) et température (jusqu'à 2000 °C) afin d'élaborer des matériaux d'intérêt géologique, technologique ou fondamental.
Avec le concours de l'ENS de Lyon et de l'université Claude Bernard Lyon 1, cet ensemble d'instruments a été constitué en fédérant les moyens du Laboratoire de géologie de Lyon (UMR 5276, ex laboratoire de Sciences de la Terre) et de l'Institut Lumière Matière (ex laboratoire de physique de la matière condensée et nanostructure).

Ce pôle bénéficie de tous les équipements nécessaires pour le montage et le chargement des cellules à enclumes de diamant (scie diamantée, micro-foreuse, électroérosion à fil, microscopes binoculaires) et la conduite des expériences (générateurs de pression manuels et à régulation automatique, système de mesure de pression par fluorescence de calibrants).
Le parc de cellules à enclumes de diamant se compose actuellement de 7 cellules à système de mise sous pression mécanique (dont un modèle à déformation par torsion) et 12 à système pneumatique (diffraction des X, biologie, chauffage résistif ou laser, fluorescence X à 90°...).

L'équipement pour la culture sous haute pression hydrostatique est constitué d'incubateurs gros volume (0.4 l - 300 et 900 bars) et de  5 cellules optiques Andréa. La mise en pression s'effectue à partir de pompes manuelles.

Les analyses qualitatives et quantitatives sont effectuées soit par des méthodes développées sur les autres plateformes du laboratoire, notamment en spectroscopie Raman dont un appareil a été spécialement équipé pour accueillir les CED, ou associées (centre de diffractométrie Henri Longchambon) ,soit sur des grands instruments de type synchrotron.

L'équipement est assuré par des crédits sur projets spécifiques. Les crédits contribuent au fonctionnement à raison de leur taux d'utilisation.

 


Source : Deep Carbon Observatory

Microorganisms living under high pressures and/or high temperatures hold vital clues for defining the extent of Earth’s biosphere and for exploring the emergence of life itself. Not only does a majority of the modern prokaryotic biosphere thrive in the piezosphere, but high-pressure habitable niches were likely even more widespread on early Earth and throughout the solar system. To date, high-pressure microbial sampling and growth has been limited by expense, expertise and customized equipment needs. To expand the scope of high-pressure microbial research and to grow the research community that can access and investigate high-pressure subsurface samples, the Deep Carbon Observatory (DCO) supported the aquisition of a suite of custom 50mL Pressurized Underwater Sample Handler (PUSH50). The PUSH50 instrumentation is the cornerstone of the emerging DCO high-pressure biology facility that will be known as Piezophile Research Instrumentation for Microbial Exploration (PRIME).

L’acétate est une molécule simple à deux atomes de carbone, que l’on retrouve dans de nombreux environnements naturels, dans les océans, les lacs et les saumures associés aux réservoirs de pétrole par exemple. Elle est impliquée dans de nombreuses réactions biochimiques cellulaires (incluant la fermentation avec la fabrication du vinaigre). L’ubiquité de l’acétate  conduit à le retrouver fréquemment dans les pores des sédiments, y compris ceux qui entre en subduction. Aux températures typiques des zones de subduction et relative basse pression, on pensait jusque très récemment que le carbone transporté dans les zones de subduction se transformait en dioxyde de carbone et méthane. Récemment, une étude thermodynamique sur la formation des diamants, a montré que l’acétate pouvait potentiellement être stable dans le manteau terrestre1. Des chercheurs du laboratoire de Géologie de Lyon (LGL-TPE - CNRS/ENS de Lyon/Université Claude Bernard Lyon1) et du Department of Earth and Planetary Sciences (Johns Hopkins University) ont donc testé cette hypothèse à Lyon par des expériences en cellule à enclumes de diamant.

Les zones de subduction (ex : ceinture de feu du pacifique, Java, …) constituent un site géodynamique clé pour le fonctionnement interne et externe de la Terre. Les plaques lithosphériques océaniques, chargées en fluide (5% d’eau) retournent dans le manteau. L’augmentation de la pression et de la température induit des transformations dites ‘métamorphiques’, dont la déshydratation des minéraux hydratés (serpentine, chlorite…), qui se traduisent par un apport d’eau conséquent dans un coin mantellique. Le fluide aqueux ainsi libéré est responsable de nombreux phénomènes géologiques superficiels et profonds (séismes profonds, volcanisme d’arc, recyclage des éléments, etc…).

La chambre optique PIRISM (PICCEL Related Imaging System for Microscopy) de l'incubateur sous pression PICCEL (Pressurized Incubators for the Culture of Cells, Embryos and Larvae) a été conçue pour l'observation in vivo d'organismes biologiques par microscopie optique. Dans le système originel un volume de 0,2 ml est maintenu dans une gamme de pressions pouvant aller jusqu'à 300 bars et de température allant de 2 à 100 °C [1 ].

Nous proposons un senseur optique de pression adapté aux expériences en cellule à enclumes de diamant dans une gamme de pression allant de 0.1 MPa à 2 GPa, pour des températures de l'ambiant et 323 K.
Ce senseur est basé sur la dépendance en pression du spectre de fluorescence des FluoSpheres®. Les FluoSpheres®, disponibles dans le commerce, sont des microsphères fluorescentes utilisées généralement pour mesurer l'écoulement du sang en biologie expérimentale.

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