Brevet FR2694837A1 — publié le 19940218

DESCRIPTION La présente invention s'appuie sur une analogie reliant deux faits: l'un est issu de la physique, l'autre est issu de la biologie moléculaire. Le liant entre ces deux faits est de nature mathématique et repose sur des bases pluri-disciplinaires. - D'une part r en observant au microscope à effet tunnel (STM) ou au microscope à force atomique (AFM) les couches minces des supraconducteurs à haute température de type "pérovskites", il a été observé simultanément par deux laboratoires indépendants l'existence de dislocations hélicoïdales, structures en forme de spirales pyramidales (figure 1). Chaque spirale mesure de l'ordre de 500 nanomètres de base. Les chercheurs pensent avoir trouvé ici la voie permettant de contrôler la supra-conductivité. On propose généralement l'hypothèse d'accumulations magnétiques qui se situeraient dans les creux séparant les diverses pyramides dont la densité est de l'ordre de 1 milliard de spirales par cm2. Les deux articles ont été respectivement publiés par NATURE (Vol 350 No 6316 28 Mars 1991: "Screw dislocations in high-Tc films, C. GERBER et aI) et dans SCIENCE (Vol 251, pages 1537-1642 29 Mars 1991: "Growth mechanism of sputtered films of YBa2Cu307 studied by scanning tunneling microscopy", M. HAWLEY et al). Nous observons que la ressemblance entre ces spirales de l'infiniment petit et d'autres spirales que l'on rencontre fréquemment en biologie est frappante (nautiles, amonitesr fougères naissantes, etc...). Voir les figures 1 2 3 4 5 6 et 7. - D'autre part, nous avons montré et démontré en termes d'application potentielles (dépots de brevets No 9207571, 9207572 9207573) qu'un ordre global et à longue distance structure les proportions relatives de nucléotides de 1'ADN. Cet ordre repose sur les proportions relatives de nombres de FIBONACCI et de LUCAS, eux-mêmes mathématiquement reliés à la proportion du nombre d'Or, qui fut jadis baptisée par KEPLER "Divine proportion". La clef de voûte du brevet est la suivante: parce que les progressions en spirales des nombres de FIBONACCI contrôlent le "vivant", tant aux niveaux macroscopiques (nautiles, tournesols) que microscopiques (ADN) je suggère d'utiliser ces proportions pour optimiser le "non-vivant" des supra-conducteurs (Figure 8). Il a d'ailleurs été vérifié que l'auto-organisation des ferrofluides convergeait vers des morphogénèsesKanalogues à celles des fleurs de tournesols. Pourtant, si le tournesol appartient au domaine de la biologie, les ferrofluides appartiennent, eux, à l'univers de la physique, donc du "non-vivant". Etablir un lien entre des propriétés observées dans l'organisation mathématique du vivant (ADN) et la matière physique des supra-conducteurs n'est donc point vue de l'esprit ou spéculation. De manière précise: Le procédé consiste à imposer aux dimensions des spirales pyramidales des proportions respectant les rapports du nombre d'Or ou de ses dérivés, ou encore les proportions voisines des nombres de FIBONACCI ou de LUCAS (Figure 8). Dans les différents paliers d'applications du présent brevet, nous distinguerons TROIS niveaux emboités: - les niveaux théoriques. - les niveaux de mesure. - les niveaux de contrôle. Ces trois niveaux sont imbriqués et emboîtés: - les "niveaux de contrôle" constituent l'objectif à atteindre en termes technologiques. - Parce que cet objectif n'est pas, aujourd'hui, techniquement très accessible, la mesure à posteriori, puis la sélection après mesure, peuvent constituer un procédé immédiatement applicable et efficace. - Dès que la technologie le permettra, le niveau théorique ici décrit sera mis en oeuvre dans des processus industriels. Voici maintenant le détail de ces trois paliers: PARTIE I - LES NIVEAUX THEORIQUES: Dans l'état actuel des connaissances, nul ne connaît l'explication théorique de la supra-conductivité à haute température. Cependant, de multiples éléments accréditent la thèse d'un phénomène de type résonance. Déja, dans la supra-conductivité à basse température, les "paires de COOPER", accrochage résonant en termes d'énergies entre deux électrons (qui s'auto-régulent en compensant et en équilibrant leurs énergies), on pouvait envisager l'hypothèse d'un phénomène de résonance global. D'autre part, dans les supra-conducteurs à haute température, les structures atomiques "en couloirs de métro" favoriseraient un phénomène de type résonance ou "effet laser". Enfin, les valences fractionnaires de certaines classes d'atomes des supra-conducteurs (situées entre les valences 2 et 3) devraient encore favoriser l'émergence, dans cette instabilité, de phénomènes de transitions de phases hyper-sensibles et de résonances. Cependant, c'est l'architecture en spirales pyramidales des couches minces qui nous a convaincu de la réalité d'un mécanisme de résonances: En effet, les physiciens qui ont observé les images des figures ci-joint (figures 1 2 3 4 5 6 et 7), sans prononcer le terme "résonance", considèrent que ces spirales constituent peut-être la clef tant théorique que technologique de la supra-conductivité à haute température.Si nous avons construit cette analogie, c'est parce que: - D'une part, nous avons démontré L'HYPER-SENSIBILITE, sur un plan MATHEMATIQUE de milieux où émergeraient des proportions entre nombres de FIBONACCI, de LUCAS, ou de nombre d'Or (publié dans: J.C PEREZ - "Integers Neural Networks systems using resonance properties of FIBONACCI chaotic Golden neuron" IJCNN90 International Join Conference on Neural Networks 90 San Diego USA - IEEE Editor USA June 1990). - D'autre part, DANS UN MILIEU BIOLOGIQUE, CELUI DE L'ADN, nous avons démontré que des structures informationelles en spirales unifiaient de manière emboitée les proportions successives de nucléotides selon des proportions de FIBONACCI, par exemple: d'un même nucléotide démarrent simultanément des proportions de nucléotides 55-89 et 89-144 et 144-233. On reconnaît là des nombres successifs de la suite de FIBONACCI, on reconnaît aussi les mêmes pas que ceux qui gouvernent la morphogénèse du nautile! On trouvera une description et des hypothèses d'explication physique: théorie du Chaos - Attracteurs étranges dans (J.C PEREZ - "De l'ordre et du chaods dans l'ADN" - revue SCIENCES et TECHNOLOGIE - Avril 1991). On trouvera la preuve de cette théorie: probabilité de UNE CHANCE SUR 10E100 pour que la loi universelle observée soit dûe au hasard, dans (J.C PEREZ Chaos, DNA and Neeuro-computers: a Golden link" - SPECULATIONS IN SCIENCES AND TECHNOLOGIE - Octobre 1991 - S.T NASH Editor ENGLAND). Enfin, les 3 dépots de brevets référencés ci-dessus proposent les applications biotechnologiques de l'invention. La clef de voûte de ce brevet repose sur l'analogie basée sur le saut du milieu de l'ADN au milieu des supra-conducteurs: CONTROLER LES PROPORTIONS DES SPIRALES PYRAMIDALES DE SORTE QUE LEURS PROPORTIONS DIMENTIONNELLES SE RAPPROCHENT DES PROPORTIONS DU NOMBRE D'OR OU DES NOMBRES DE FIBONACCI OU DE LUCAS. Le PROCEDE d'optimisation devra rechercher à atteindre par la technologie ces proportions en maîtrisant et en contrôlant simultanément la variété des NATURES DES MATERIAUX, la variété des MOYENS DE MESURE (microscope STM, AFM ou autres) et, enfin, autant que possible, la DYNAMIQUE DU PROCESSUS INDUSTRIEL. En effet: - La nature des matériaux conduit, déja, à une diversité des formes et dimensions des spirales pyramidales. Les figures 4, 5, 6 et 7 montrent ces différences entre les matériaux MgO (Figure 5) ou SrTiO3 (Figures 6 et 7). - Le choix de l'instrument de mesure peut altérer la mesure (granularité, précision de la mesure des "terrasses en paliers") dans les spirales. - Le niveau de contrôle et de maitrise du procédé de fabrication (en particulier en fonction de la dimension "temps" permettra à moyen terme d'affiner plus le contrôle des proportions pour les faire tendre vers les proportions optimales souhaitées que nous fixons en "cahier des charges". PARTIE I: LE NIVEAU THEORIQUE: Nous décrirons ici les règles et contraintes à appliquer aux proportions des spirales afin d'en optimiser la FORME et (là est le pari technologique de ce brevet) les FONCTIONS et PERFORMANCES! QUELQUES RAPPELS SUR LE NOMBRE D'OR ET LES NOMBRES DE LUCAS ET DE FIBONACCI: Le Nombre d'Or est la valeur PHI telle que 1 + PHI = 1 / PHI. ou encore la solution de l'équation X*2 + X - 1 = 0. La solution est le nombre irrationnel PHI=0.618... ou Nombre d'or. L'inverse du nombre d'Or est le Nombre d'or + 1 = 1.618... On trouve cette proportion dans de nombreuses formes naturelles ou artificielles, par exemple les proportions du PARTHENON (rapport hauteur/longueur) ou la PYRAMIDE de KHEOPS (rapport entre la demi-base et la hauteur). Les suites de FIBONACCI et de LUCAS sont des suites de nombres entiers tels que: FIBONACCI: 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233... LUCAS: 1 3 4 7 11 18 29 47 76 123 199 322 510. Le rapport de deux nombres successif dans l'une ou l'autre des suite (21/34 ou 47/76) "tend", au sens mathématique vers PHI. Les propriétés sont multiples, par exemple, tous ces nombres peuvent être obtenus à partir de combinaisons linéaires simples de puissances de PHI, de même le rapport de 2 nombres de LUCAS ou FIBONACCI distants d'un pas de 2 (exp: 18/47 ou 21/55) "tend" au sens mathématique vers PHI*2 (PHI au carré). Dans la nature, de multiples formes obéissent à cette progression: nombres de spirales dans la pomme de pin, l'ananas, certains palmiers, les fleurs de tournesol etc... ou encore les spirales logarithmiques du nautile ou de l'amonite. LES "OPTIMUMS" A OBTENIR DANS LES DIMENSIONS ET PROPORTIONS DES SPIRALES PYRAMIDALES DES SUPRA-CONDUCTEURS: La figure 8 schématise les principales formes souhaitées: - SPIRALES QUELCONQUES: c'est la forme actuelle (Figure 1 pour le pas des spirales ou Figures 3 5 6 et 7 pour les pyramides). Le rapport entre demi-base et hauteur est quelconque (Fig 8.1). Ces formes doivent être maîtrisées pour conduire aux formes: PYRAMIDE PHI (Nombre d'Or): La figure 8.2 montre cette proportion: Le rapport entre la demi-base (a) et la hauteur (h) = PHI = 0.618. Cette pyramide est moyennement pointue ("chapeau de Clown"). Ramené à des proportions de nombres de FIBONACCI, la demi-base y mesurerait par exemple 55 unités et la hauteur 89. PYRAMIDE 1/PHI (inverse du Nombre d'or): La figure 8.3 illustre cette proportion: le rapport entre la demi-base (a) et la hauteur (h) = 1/PHI = 1+PHI. Soit, en nombres de FIBONACCI: a = 55 unités et h = 34. Cette pyramide est donc très aplatie (forme "chapeau chinois") PYRAMIDE PHI*2 (nombre d'Or au carré): La figure 8.4 schématise ce cas. On a a/h = PHI*2 = 0.381... Ce qui correspondrait à un cône très pointu. Les proportions actuelles des pyramides en semblent éloignées, mais on peut envisager des matériaux ou procédés qui tendraient vers ces proportions. En unités de FIBONACCI, on aurait une demi-base a de 55 et une hauteur h de 144. AUTRES RAPPORTS HARMONIQUES DE LA PYRAMIDE: D'autres combinaisons de puissances de PHI (exp a/h = 1/PHI*2 soient 55 en demi-base et 21 en hauteur, ce qui, d'après les mesures actuelles semble assez réaliste) ou encore des proportions harmoniques entre nombres de LUCAS et FIBONACCI: par exemple 8 (FIBONACCI) et 47 (LUCAS) dont la somme est elle-même un nombre de FIBONACCI (55). Voir ces arrangements hybrides dans le brevet 9207572 ("Procédé d'analyse de l'ordre global des séquences d'ADN/ARN: Application aux cartographies des rétrovirus du SIDA HIV1 et HIV2 et de diverses séquences génomiques"). - CONTROLE DES PAS VERTICAUX ET HORIZONTAUX DE LA SPIRALE: Dans un second temps, après avoir décrit la plus rustique des optimisations: le CONTROLE DIMENSIONNEL DES PYRAMIDES, nous aborderons des niveaux plus fins d'optimisations, celui des PROPORTIONS DANS LES SPIRALES, puisque, cela a été démontré expérimentalement (Figure 1), spirales il y a! Nous distinguerons alors deux niveaux qui, eux-mêmes pourront se conjuguer avec toutes les sous-variantes harmoniques décrites ci-dessus: entendons-nous bien: qu'il s'agisse aussi bien de combinatoires avec les dimensions pyramidales ci-dessus qu'avec leur équivalent au niveau des proportions et variations, mais maintenant décrit, non plus en termes de proportions a/h, mais en termes de proportions, de mêmes variétés et diversité entre les dimensions spatiales des pas, soit verticaux, soit horizontaux, des spirales. Nous espérons que le cadre d'une combinatoire dans la diversité entre proportions pyramidales d'une part et proportions des pas des spirales (verticaux et/ou hiorizontaux), d'autre part, est maintenant bien posé. Voyons distinctement ces deux sous-cas: - CONTROLE DU PAS VERTICAL DE LA SPIRALE: La figure 8.5 explicite ce cas: en effet, parce que NOUS NE SAVONS POINT SI LA PENTE DES PYRAMIDES EST DROITE (dans ce cas, des proportions telles que a=55 et h=89 conduiraient à une hypothénuse dont le carré serait, lui-même, encore, un nombre de FIBONACCI: par exemple, si a=3 et h=5, alors, le triangle rectangle de cotés a et h a pour hypothénuse*2: (a*2 + h*2) soit (9+25) = 34..., lui-même nombre de FIBONACCI! C'est peut-être cela qui fit affirmer à KEPLER "La Géométrie possède 2 trésors: le théorème de PYTHAGORE et le Nombre d'OR! A moins que LA PENTE DES SPIRALES SOIT CURVILIGNE et non droite (CONCAVE: fig 8.9 ou CONVEXE: fig 8.10).Dans ces cas-là, il faudrait plutôt considérer les pas horizontaux des spirales voire même à la fois les pas verticaux et horizontaux... Ainsi, dans le cas de pas verticaux (comme cela est le cas pour certains coquillages de type "CONE"), la figure 8.5 montre les proportions à rechercher: il s'agit de proportions p/q (proportions entre pas verticaux de deux spirales consécutives) proportions qui doivent obéir à l'un des multiples rapports de nombre d'Or (ou dérivés) décrits ci-dessus. CONTROLE DU PAS HORIZONTAL DE LA SPIRALE: La figure 8.6 montre l'autre alternative: celle des proportions horizontales (les proportions du nautile) où, tel que cela peut s'imaginer en figure 1: les largeurs de spires progressives évoluent en progressions de LUCAS, FIBONACCI, Nombre d'OR ou harmoniques dérivés. AUTRES MACRO-STRUCTURES FRACTALES RELIEES AU NOMBRE D'OR: Dans les figures 3, 5 ou 7, il est clair que toutes les spirales n'ont ni les mêmes largeurs ni les mêmes profondeurs on peut alors envisager de contrôler cet "emboîtement" de l'espace (verticalement et horizontalement), non plus par des ensembles hétérogènes de spirales (fussent-elles même chacune reliées au Nombre d'OR: Dans un tel scénario, l'occupation des espaces verticaux (Figure 8.7) et horizontaux (Figure 8.8) par des communautés de spirales hétérogènes serait unifiée par des progressions fractales respectant, une ultime fois, les proportions du Nombre d'OR. Certes, cela peut paraître inaccessible techniquement car si la technologie parvient bien mal à maîtriser 1'HOMOGENEITE, elle parvient encore moins à maîtriser l'HETEROGENEITEI Paradoxe: la mesure en sera aisée. Cependant, la technologie qui pourra réussir cela pourra rester relativement rustique: il suffira de contrôler la dynamique de croissances des spirales ou pyramides selon des proportions de Nombre d'OR... Le déséquilibre, et disymétrie de la Nature combinées à l'homogénéité, à l'unité (auto-organisation) et cohérence de cette même nature des processus physiques fera le reste: on peut donc penser que ces macro-structures globales et à grande distance au plan spatial EMERGERONT naturellement des lois et contraintes locales (pyramides) décrites ci-dessus. C'est précisément ce qui s'est produit entre les multiples ordres locaux, à courte, moyenne et très longue distance dans l'ADN...! PARTIE Il - LES NIVEAUX DE MESURE: Les buts théoriques des stratégies conduisant à l'optimisation des supra-conducteurs à haute température par action sur les formes et proportions des spirales étant établis et complètement décrits ci-dessus, la question qui ce pose maintenant est celle de la technologie: "LA TECHNOLOGIE EST-ELLE CAPABLE AUJOURD'HUI DE REALISER COMPLETEMENT LES OBJECTIFS POURSUIVIS PAR CE BREVET?" Parce que la technologie n'est pas prête, je fixerai deux étapes progressives à la réalisation technologique de ce brevet: - Une étape intermédiaire où les proportions souhaitées seront échantillonées et triées, à postériori, donc INDEPENDAMMENT de toute action sur un processus industriel. - Une seconde étape qui peut, pour des cas réduits, se situer dans l'immédiat, et qui, pour la totalité des autres cas se situera à moyen terme (action sur les pyramides) ou même à long-terme pour les autres stratégies (proportions spirales). Cette seconde stratégie sera celle de L'ACTION DIRECTE SUR LE PROCESSUS. Voyons la première de ces deux stratégies: il s'agit d'une action à postériori, se limitant à un tri et à une sélection par mesure sur les différentes séries de supra-conducteurs PREALABLEMENT produites: La stratégie consiste à rechercher, par la MESURE (STM: Microscope à Effet Tunnel ou AFM: Microscope à Force Atomique), les échantillons ou séries de productions qui se rapprocheraient des objectifs ci-dessus. D'autre part, une bonne expertise de la variabilité des formes suivant les différents matériaux supra-conducteurs, connus ou à venir, devra compléter cette approche SELECTIVE A POSTERIORI. PARTIE III: LES NIVEAUX DE CONTROLE: Ici, nous agirons directement sur le PROCESSUS DE FABRICATION des SUPRA-CONDUCTEURS. Il s'agira d'un processus industriel, au sens "Automatique" (discipline technologique) du terme qui affichera comme valeurs de consigne à atteindre dynamiquement les proportions décrites dans le présent brevet ("Process-control" "Feedback" etc...). Si à ce jour la technologie n'est pas encore en mesure de maîtriser et de contrôler les proportions fines des spirales, elle est, d'ores et déja, capable de contrôler assez finement la DENSITE DE CES SPIRALES, donc, indirectement, leur HAUTEUR, et, finalement, leurs PROPORTIONS PYRAMIDALES (Partie 2). EN CONCLUSION... - Parce que l'on savait depuis fort longtemps, même TURING, génial inventeur de l'ordinateur s'y intéressa, que "DES NOMBRES CONTROLAIENT LES FORMES DE LA NATURE" (nautile). - J'ai prouvé que ORDRES DE L'ADN ET DES NAUTILES NE FONT QU'UN! - Je décris ici comment cet ordre OPTIMISERA LES SUPRA-CONDUCTEURS RECAPITULATIF DES FIGURES: FIGURE 1: : spirales sur un film YBCO de 130 nm. FIGURE 2: image STM d'un film YBCO. FIGURE 3 : image STM sur YBa2Cu3O7. FIGURE 4: variétés de spirales dans différents matériaux et avec différents microscopes. FIGURE 5: images STM d'un film MgO FIGURE 6: image STM sur SrTiO3 (zoom). FIGURE 7 : image STM sur SrTiO3. FIGURE 8 : cahier des charges des optimisations. REVENDICATIONS 1) Procédé dont l'objet concerne tant l'évaluation que l'optimisation des propriétés fonctionnelles physiques et magnétiques des supra-conducteurs à haute température caractérisé par un contrôle de la forme et des proportions relatives des motifs structurels de leurs couches minces ("pyramides spiralées" selon les proportions du NOMBRE D'OR et des suites de LUCAS/FIBONACCI). 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le contrôle morphologique reste PASSIF: contrôle évaluatoire et dimensionnel consistant en mesures précises des dimensions des pyramides spiralées (mesures effectuées, par exemple à l'aides d'un microscope à effet TUNNEL). Seront qualifiées de "plus fonctionnelles" les pyramides spiralées dont les proportions respecteront les rapports du NOMBRE D'OR ou les nombres de FIBONACCI et LUCAS. 3) Procédé selon la revendication 1 dans lequel, contrairement à la revendication 2, le contrôle devient "ACTIF A POSTERIORI", pour cela, le procédé est caractérisé par une utilisation des mesures selon la revendication 2 pour trier et sélectionner les différents échantillons de supra-conducteurs pour n'en retenir que ceux dont les structures spiralées respectent les rapports du NOMBRE D'OR ou les nombres de FIBONACCI et LUCAS. 4) Procédé selon la revendication 1 où, contrairement aux revendications 2 et 3, le contrôle devient "ACTIF A PRIORI", pour cela, le procédé est caractérisé par une utilisation de la revendication 2 pour agir, en temps réel, sur le processus de fabrication des supra-conducteurs en cherchant à atteindre des sructures pyramidales spiralées qui respectent les rapports du NOMBRE D'OR et les nombres de FIBONACCI et LUCAS. 5) Procédé selon les revendications 2 3 et 4, caractérisé par une mesure, une sélection, ou une action sur les dimensions et les proportions des pyramides, sans tenir compte des dimensions et des pas des spirales: voir figure 8 (2). 6) Procédé selon la revendication 5 caractérisé par des variantes selon des proportions dérivées du nombre d'or: voir figure 8 (3) et (4). 7) Procédé selon les revendications 2 3 et 4, caractérisé par une mesure, une sélection ou une action sur les dimensions et les proportions relatives formées entre les pas des pyramides spiralées: voir figure 8 (5) et (6). 8) Procédé selon toutes les revendications précédentes caractérisé par une extension des mesures de proportions, non plus au niveau interne de chaque pyramide spiralée, mais au niveau des proportions relatives entre différentes pyramides voisines sur la couche mince: voir figure 8 (7) et (8). 9) Procédé selon toutes les revendications précédentes caractérisé par des arêtes des pyramides non linéaires mais de de pente concave ou convexe: voir figures 8 (9) et (10). 10) Procédé selon toutes les revendications précédentes caractérisé par une extension généralisée à tous matériaux supra-conducteurs dès lors que leurs couches minces font apparaître des structures en pyramides spiralées et dès lors qu'un procédé chercherait à évaluer ou contrôler ces structures en mesurant ou en cherchant à produire les proportions du NOMBRE D'OR et des nombres de LUCAS et FIBONACCI dans la forme ou l'organisation relative de ces pyramides spiralées.