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Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future
Fiorenzo Omenetto : La soie, la matière ancienne du futur
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Fiorenzo Omenetto cite plus de 20 nouveaux usages étonnants de la soie, l'une des matières naturelles les plus élégantes, que ce soit pour transmettre de la lumière, pour favoriser le développement durable, pour renforcer ou faire des progrès médicaux à pas de géant. Sur scène, il montre quelque objets intrigants faits dans cette matière polyvalente.
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineer
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
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I'm thrilled to be here.
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Je suis ravi d'être ici.
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I'm going to talk about a new, old material
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Je vais vous parler d'une nouvelle ancienne matière
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that still continues to amaze us,
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qui continue de nous étonner,
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and that might impact the way we think
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et qui pourrait changer la manière dont nous abordons
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about material science, high technology --
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les sciences de la matière, la haute technologie --
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and maybe, along the way,
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et peut-être, en passant,
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also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.
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3000
avoir quelque influence en médecine, en santé publique et en reforestation.
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So that's kind of a bold statement.
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19000
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Voici un jugement plutôt hardi.
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I'll tell you a little bit more.
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Je vais vous en dire plus.
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This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.
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Cette matière a quelques caractéristiques qui la rendent trop belle pour être honnête.
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It's sustainable; it's a sustainable material
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Elle est renouvelable; c'est une matière renouvelable
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that is processed all in water and at room temperature --
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entièrement créée dans l'eau et à température ambiante --
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and is biodegradable with a clock,
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elle est biodégradable naturellement,
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so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water
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32000
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vous pouvez la voir se dissoudre instantanément dans un verre d'eau
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or have it stable for years.
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35000
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ou au contraire la conserver pendant des années.
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It's edible; it's implantable in the human body
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Elle est comestible, implantable dans le corps humain
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without causing any immune response.
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39000
2000
sans engendrer de réponse immunitaire.
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It actually gets reintegrated in the body.
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41000
2000
Elle se dissout dans le corps.
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And it's technological,
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2000
Elle est technologique,
01:00
so it can do things like microelectronics,
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2000
elle peut être utilisée en microélectronique,
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and maybe photonics do.
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47000
2000
voire en photonique.
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And the material
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49000
2000
Cette matière
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looks something like this.
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3000
ressemble à cela.
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In fact, this material you see is clear and transparent.
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54000
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En fait, cette matière est claire et transparente.
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The components of this material are just water and protein.
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57000
3000
Ses composants sont simplement de l'eau et des protéines.
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So this material is silk.
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60000
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Cette matière est la soie.
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So it's kind of different
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2000
C'est plutôt éloigné de ce
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from what we're used to thinking about silk.
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65000
2000
que nous avons l'habitude de penser de la soie.
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So the question is, how do you reinvent something
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2000
La question est donc de savoir comment réinventer
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that has been around for five millennia?
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69000
3000
ce qui existe depuis cinq millénaires.
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The process of discovery, generally, is inspired by nature.
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D'ordinaire, le processus de découverte est inspiré par la nature.
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And so we marvel at silk worms --
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2000
Nous nous émerveillons devant les vers à soie --
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the silk worm you see here spinning its fiber.
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77000
3000
celui que vous voyez ici tisser son fil.
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The silk worm does a remarkable thing:
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80000
2000
Le ver à soie fait quelque chose d'extraordinaire :
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it uses these two ingredients, protein and water,
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82000
2000
il utilise deux ingrédients, la protéine et l'eau,
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that are in its gland,
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84000
2000
qui sont dans sa glande,
01:41
to make a material that is exceptionally tough for protection --
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86000
3000
pour créer une matière qui est exceptionnellement protectrice --
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so comparable to technical fibers
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89000
2000
très comparable aux fibres artificielles
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like Kevlar.
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91000
2000
comme le Kevlar.
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And so in the reverse engineering process
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93000
2000
Donc, dans le processus d'ingénierie inverse
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that we know about,
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95000
2000
bien connu,
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and that we're familiar with,
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97000
2000
et que vous connaissez bien,
01:54
for the textile industry,
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99000
2000
pour l'industrie textile,
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the textile industry goes and unwinds the cocoon
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101000
3000
celle-ci a déroulé le cocon
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and then weaves glamorous things.
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104000
2000
et tissé des choses palpitantes.
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We want to know how you go from water and protein
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106000
2000
Nous voulons savoir comment faire, à partir d'eau et de protéine,
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to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.
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108000
3000
ce Kevlar liquide, ce Kevlar naturel.
02:06
So the insight
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2000
L'idée en gros
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is how do you actually reverse engineer this
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113000
3000
est de déconstruire en fait cela,
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and go from cocoon to gland
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116000
2000
en partant du cocon vers la glande,
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and get water and protein that is your starting material.
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118000
3000
et en obtenant de l'eau et des protéines qui étaient le point de départ.
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And this is an insight
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2000
Ceci est l'idée
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that came, about two decades ago,
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2000
qu'a eue, il y a environ vingt ans,
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from a person that I'm very fortunate to work with,
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125000
4000
une personne avec qui j'ai la chance de travailler,
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David Kaplan.
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129000
3000
David Kaplan.
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And so we get this starting material.
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Nous avons obtenu ce matériau de départ.
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And so this starting material is back to the basic building block.
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134000
3000
On est revenu aux briques de base.
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And then we use this to do a variety of things --
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On s'en sert pour un tas de choses --
02:34
like, for example, this film.
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139000
2000
comme, par exemple, un film.
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And we take advantage of something that is very simple.
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141000
2000
On utilise à notre avantage quelque chose de très simple.
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The recipe to make those films
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143000
2000
La recette pour créer ces films
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is to take advantage of the fact
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145000
2000
est d'utiliser avantageusement le fait
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that proteins are extremely smart at what they do.
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147000
2000
que les protéines sont douées pour ce qu'elles ont à faire.
02:44
They find their way to self-assemble.
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149000
2000
Elles arrivent à s'auto-assembler.
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So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,
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3000
La recette est donc simple : vous prenez la solution de soie, vous la versez,
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and you wait for the protein to self-assemble.
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154000
2000
et vous attendez que la protéine s'auto-assemble.
02:51
And then you detach the protein and you get this film,
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156000
3000
Puis vous détachez la protéine et vous obtenez ce film,
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as the proteins find each other as the water evaporates.
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159000
3000
quand les protéines s'assemblent quand l'eau s'évapore.
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But I mentioned that the film is also technological.
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162000
2000
J'ai indiqué que le film est aussi technologique.
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And so what does that mean?
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164000
2000
Qu'est-ce que cela signifie?
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It means that you can interface it
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166000
3000
Que vous pouvez l'interfacer
03:04
with some of the things that are typical of technology,
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169000
2000
avec beaucoup de choses typiquement technologiques,
03:06
like microelectronics and nanoscale technology.
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171000
3000
comme la microélectronique et les nanotechnologies.
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And the image of the DVD here
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174000
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L'image du DVD ici
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is just to illustrate a point
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176000
2000
sert juste à illustrer que
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that silk follows very subtle topographies of the surface,
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178000
4000
la soie épouse les détails subtils de la surface,
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which means that it can replicate features on the nanoscale.
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182000
3000
ce qui veut dire qu'elle peut reproduire des détails à l'échelle nanométrique.
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So it would be able to replicate the information
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185000
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Elle serait capable de répliquer l'information
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that is on the DVD.
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187000
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qui est sur le DVD.
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And we can store information that's film with water and protein.
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190000
3000
Nous pouvons donc stocker de l'information sur un film d'eau et de protéine.
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So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,
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193000
3000
Nous avons essayé d'écrire un message sur un morceau de soie,
03:31
which is right here, and the message is over there.
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196000
2000
que voilà, et le message est ici.
03:33
And much like in the DVD, you can read it out optically.
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Comme sur un DVD, vous pouvez le lire de manière optique.
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And this requires a stable hand,
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Cela nécessite une main stable,
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so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.
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203000
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c'est pourquoi j'ai décide de le faire sur scène devant mille personnes.
03:42
So let me see.
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207000
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Voyons voir.
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So as you see the film go in transparently through there,
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209000
2000
Vous voyez le film entrer de manière transparente par ici,
03:46
and then ...
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211000
2000
et ensuite...
03:53
(Applause)
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218000
7000
(Applaudissements)
04:00
And the most remarkable feat
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225000
2000
Le plus remarquable
04:02
is that my hand actually stayed still long enough to do that.
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227000
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est que ma main soit restée immobile suffisamment longtemps.
04:05
So once you have these attributes
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230000
3000
Une fois que vous avez les propriétés
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of this material,
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233000
2000
de cette matière,
04:10
then you can do a lot of things.
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235000
2000
vous pouvez faire beaucoup de choses.
04:12
It's actually not limited to films.
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237000
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Ce n'est pas limité aux films.
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And so the material can assume a lot of formats.
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239000
3000
La matière supporte un grand nombre de formats.
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And then you go a little crazy, and so you do various optical components
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242000
3000
Si vous êtes un peu fou, vous créez divers composants optiques
04:20
or you do microprism arrays,
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245000
2000
ou des réseaux de microprismes,
04:22
like the reflective tape that you have on your running shoes.
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247000
2000
telle la bande réfléchissante qu'il y a sur vos chaussures.
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Or you can do beautiful things
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2000
Vous pouvez aussi inventer des choses magnifiques
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that, if the camera can capture, you can make.
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251000
2000
que, si la caméra arrive à les montrer, vous pourrez fabriquer.
04:28
You can add a third dimensionality to the film.
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253000
3000
Vous pouvez ajouter une 3e dimension au film.
04:31
And if the angle is right,
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256000
2000
Et si l'angle est correct,
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you can actually see a hologram appear in this film of silk.
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258000
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vous voyez un hologramme apparaître sur ce film de soie.
04:38
But you can do other things.
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263000
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Mais vous pouvez faire autre chose.
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You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,
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265000
2000
Vous pouvez imaginer utiliser une protéine pure pour guider la lumière,
04:42
and so we've made optical fibers.
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267000
2000
et vous avez construit des fibres optiques.
04:44
But silk is versatile and it goes beyond optics.
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269000
3000
Mais la soie est polyvalente et va au-delà de l'optique.
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And you can think of different formats.
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272000
2000
Vous pouvez imaginer différents formats.
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So for instance, if you're afraid of going to the doctor and getting stuck with a needle,
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274000
3000
Par exemple, si vous avez peur d'être piqué par une aiguille chez le médecin,
04:52
we do microneedle arrays.
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277000
2000
nous fabriquons des micro-aiguilles.
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What you see there on the screen is a human hair
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279000
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Ce que vous voyez à l'écran est un cheveu humain
04:56
superimposed on the needle that's made of silk --
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281000
2000
juxtaposé sur l'aiguille faite en soie --
04:58
just to give you a sense of size.
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283000
2000
pour vous donner une idée de la taille.
05:00
You can do bigger things.
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285000
2000
Vous pouvez fabriquer de plus grands objets :
05:02
You can do gears and nuts and bolts --
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287000
2000
des engrenages, et des choses simples --
05:04
that you can buy at Whole Foods.
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289000
3000
que vous pouvez acheter chez Biocoop.
05:07
And the gears work in water as well.
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292000
3000
Les engrenages fonctionnent aussi sous l'eau.
05:10
So you think of alternative mechanical parts.
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295000
2000
Vous imaginez des pièces détachées alternatives.
05:12
And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong
120
297000
3000
On peut peut-être utiliser ce Kevlar liquide pour quelque chose de solide
05:15
to replace peripheral veins, for example,
121
300000
3000
pour remplacer les veines périphériques, par exemple,
05:18
or maybe an entire bone.
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303000
2000
voire un os entier.
05:20
And so you have here a little example
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305000
2000
Voici un exemple simple
05:22
of a small skull --
124
307000
2000
d'un petit crâne --
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what we call mini Yorick.
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309000
2000
on l'appelle mini Yorick.
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(Laughter)
126
311000
3000
(Rires)
05:29
But you can do things like cups, for example,
127
314000
3000
On peut aussi construire des tasses, par exemple,
05:32
and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors
128
317000
3000
et si on ajoute un peu d'or, un peu de semi-conducteurs,
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you could do sensors that stick on the surfaces of foods.
129
320000
3000
on obtient des senseurs qui se collent à la surface des aliments.
05:38
You can do electronic pieces
130
323000
2000
On peut faire des composants électroniques
05:40
that fold and wrap.
131
325000
2000
qui se plient et s'enroulent.
05:42
Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.
132
327000
3000
Ou si on est accro à la mode, des tatouages lumineux en soie.
05:45
So there's versatility, as you see,
133
330000
3000
Voilà la polyvalence, clairement,
05:48
in the material formats,
134
333000
2000
sous différentes formes,
05:50
that you can do with silk.
135
335000
3000
de la soie.
05:53
But there are still some unique traits.
136
338000
2000
Il y a encore des caractéristiques uniques.
05:55
I mean, why would you want to do all these things for real?
137
340000
3000
Pourquoi vouloir faire toutes ces choses en réalité?
05:58
I mentioned it briefly at the beginning;
138
343000
2000
Je l'ai vite mentionné dans l'introduction :
06:00
the protein is biodegradable and biocompatible.
139
345000
2000
la protéine est biodégradable et biocompatible.
06:02
And you see here a picture of a tissue section.
140
347000
3000
Voici une photo d'une section de tissu humain.
06:05
And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?
141
350000
3000
Que signifie être biodégradable et biocompatible?
06:08
You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.
142
353000
3000
On peut l'implanter dans le corps sans avoir besoin d'aller la retirer.
06:11
Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,
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356000
4000
Ce qui signifie que tous les équipements que l'on vient de voir, de toutes les formes,
06:15
in principle, can be implanted and disappear.
144
360000
3000
peuvent, en principe, être implantés puis disparaître.
06:18
And what you see there in that tissue section,
145
363000
2000
Ce que vous voyez dans cette section,
06:20
in fact, is you see that reflector tape.
146
365000
3000
est, en fait, une bande réfléchissante.
06:23
So, much like you're seen at night by a car,
147
368000
3000
De la même façon que vous êtes visible de nuit par une voiture,
06:26
then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,
148
371000
3000
l'idée est de voir, si on éclaire le tissu,
06:29
you can see deeper parts of tissue
149
374000
2000
de voir des portions plus profondes
06:31
because there is that reflective tape there that is made out of silk.
150
376000
2000
grâce à cette bande réfléchissante en soie.
06:33
And you see there, it gets reintegrated in tissue.
151
378000
2000
Vous le voyez ici, elle est intégrée au tissu.
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And reintegration in the human body
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380000
2000
Cette intégration au corps humain
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is not the only thing,
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382000
2000
n'est pas le seul point.
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but reintegration in the environment is important.
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384000
3000
Mais sa dissolution dans l'environnement est importante.
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So you have a clock, you have protein,
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387000
2000
Donc, vous avez une horloge, une protéine,
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and now a silk cup like this
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389000
2000
et maintenant une tasse de soie comme celle-là
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can be thrown away without guilt --
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391000
3000
que l'on peut jeter sans culpabilité.
06:49
(Applause)
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394000
7000
(Applaudissements)
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unlike the polystyrene cups
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3000
A l'inverse des tasses en polystyrène
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that unfortunately fill our landfills everyday.
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3000
qui encombrent hélas nos décharges de nos jours.
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It's edible,
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407000
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C'est comestible,
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so you can do smart packaging around food
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409000
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on peut faire des emballages alimentaires intelligents
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that you can cook with the food.
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411000
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que l'on peut cuisiner avec la nourriture.
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It doesn't taste good,
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Ça n'a pas bon goût,
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so I'm going to need some help with that.
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415000
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je vais donc avoir besoin d'aide sur ce sujet.
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But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.
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3000
Mais ce qui est probablement le plus remarquable est que cela fonctionne en boucle.
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Silk, during its self-assembly process,
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2000
La soie, durant le processus d'auto-assemblage,
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acts like a cocoon for biological matter.
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agit comme un cocon pour le matériau biologique.
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And so if you change the recipe,
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2000
Si on change la recette,
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and you add things when you pour --
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426000
2000
que l'on ajoute des ingrédients quand on verse --
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so you add things to your liquid silk solution --
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si on ajoute des ingrédients à la solution de soie --
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where these things are enzymes
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430000
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là où sont les enzymes,
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or antibodies or vaccines,
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les anticorps ou la vaccine,
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the self-assembly process
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le processus d'auto-assemblage
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preserves the biological function of these dopants.
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437000
3000
préserve les fonctions biologiques de ces dopants.
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So it makes the materials environmentally active
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440000
3000
Cela rend les matières biologiquement actives
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and interactive.
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443000
2000
et interactives.
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So that screw that you thought about beforehand
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445000
2000
Donc le plâtre auquel vous aviez pensé auparavant
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can actually be used
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447000
2000
peut être en fait utilisé
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to screw a bone together -- a fractured bone together --
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449000
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pour souder un os -- ressouder un os cassé --
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and deliver drugs at the same,
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452000
2000
et délivrer des médicaments en même temps,
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while your bone is healing, for example.
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454000
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pendant que l'os guérit, par exemple.
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Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.
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457000
3000
On peut aussi bien garder les médicaments dans un portefeuille au lieu d'un frigo.
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So we've made a silk card
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3000
Nous avons fabriqué un carte en soie
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with penicillin in it.
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463000
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qui contient de la pénicilline.
08:00
And we stored penicillin at 60 degrees C,
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465000
2000
Nous avons conservé la pénicilline à 60°,
08:02
so 140 degrees Fahrenheit,
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467000
2000
140° Fahrenheit,
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for two months without loss of efficacy of the penicillin.
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469000
3000
pendant 2 mois sans perte d'efficacité de la pénicilline.
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And so that could be ---
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472000
2000
Cela pourrait être --
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(Applause)
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474000
4000
(Applaudissements)
08:13
that could be potentially a good alternative
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2000
cela pourrait être une bonne alternative
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to solar powered refrigerated camels. (Laughter)
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480000
3000
aux chameaux réfrigérés par énergie solaire.
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And of course, there's no use in storage if you can't use [it].
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483000
3000
Et bien sûr, le stockage ne sert à rien si vous ne pouvez pas vous en servir.
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And so there is this other unique material trait
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Il faut aussi mentionner cette caractéristique unique
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that these materials have, that they're programmably degradable.
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qu'a cette matière : sa dégradation programmable.
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And so what you see there is the difference.
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493000
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Ce que vous voyez là est vraiment la différence.
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In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,
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3000
En haut, un film programmé pour ne pas se dégrader,
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and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.
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3000
en bas, un film programmé pour se dégrader dans l'eau.
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And what you see is that the film on the bottom
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Vous voyez que le film du bas
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releases what is inside it.
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503000
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relâche ce qu'il contient.
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So it allows for the recovery of what we've stored before.
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Il permet ainsi la récupération de ce qui y est stocké.
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And so this allows for a controlled delivery of drugs
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Cela permet la libération contrôlée de médicaments
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and for reintegration in the environment
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et la dissolution dans l'environnement
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in all of these formats that you've seen.
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514000
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quelle que soit la forme.
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So the thread of discovery that we have really is a thread.
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Le fil de cette découverte est vraiment un fil.
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We're impassioned with this idea that whatever you want to do,
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Nous sommes convaincus que quoi que l'on veuille faire,
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whether you want to replace a vein or a bone,
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que ce soit de remplacer une veine ou un os,
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or maybe be more sustainable in microelectronics,
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ou de la microélectronique plus écologique,
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perhaps drink a coffee in a cup
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peut-être de boire un café dans une tasse,
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and throw it away without guilt,
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529000
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et de la jeter sans culpabilité,
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maybe carry your drugs in your pocket,
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de peut-être transporter ses médicaments dans sa poche,
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deliver them inside your body
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de les libérer dans le corps
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or deliver them across the desert,
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535000
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ou de les transporter dans le désert,
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the answer may be in a thread of silk.
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537000
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la réponse est peut-être dans un fil de soie.
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Thank you.
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539000
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Merci.
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(Applause)
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541000
18000
(Applaudissements)
ABOUT THE SPEAKER
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineerFiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk.
Why you should listen
Fiorenzo Omenetto is a Professor of Biomedical Engineering and leads the laboratory for Ultrafast Nonlinear Optics and Biophotonics at Tufts University and also holds an appointment in the Department of Physics. Formerly a J. Robert Oppenheimer Fellow at Los Alamos National Laboratory before joining Tufts, his research is focused on interdisciplinary themes that span nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), optofluidics and biopolymer based photonics. He has published over 100 papers and peer-review contributions across these various disciplines.
Since moving to Tufts at the end of 2005, he has proposed and pioneered (with David Kaplan) the use of silk as a material platform for photonics, optoelectronics and high-technology applications. This new research platform has recently been featured in MIT's Technology Review as one of the 2010 "top ten technologies likely to change the world."
Fiorenzo Omenetto | Speaker | TED.com