Les paléontologues de l’espace

Une équipe européenne de chercheurs à laquelle participe des chercheurs du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM / CNRS / Université de Provence) et du Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (Observatoire de Paris, CNRS, Universités Paris 6 et Paris 7) a pu analyser et dater avec une précision inégalée jusqu'alors la collision de deux astéroïdes situés au-delà de l'orbite de Mars. Cet événement exceptionnel a été observé par les plus grands télescopes au sol, par le télescope spatial Hubble et par le système de caméras OSIRIS de la sonde Rosetta de l'Agence Spatiale Européenne qui, de par sa qualité optique et sa localisation dans l'espace, a pu fournir des images uniques et essentielles pour étudier cette collision comme jamais cela n'avait pu être fait précédemment.

Plusieurs millions de fragments de roche de toutes les tailles peuplent la ceinture d'astéroïdes située entre l'orbite de Mars et de Jupiter. Au cours de leur voyage autour du
Soleil, des collisions se produisent. Elles sont fréquentes sur la durée de vie du système solaire mais rares sur une durée de vie humaine, quand elles ne passent pas inaperçues. La connaissance qu'ont les chercheurs de ces collisions repose donc essentiellement sur l'étude des traces laissées par d'anciennes collisions - un véritable travail de paléontologue de l'espace.

Toutefois, bien que ce genre de collision soit si difficile à détecter, une équipe européenne de chercheurs a pu étudier avec succès un tel événement. Plus précisément, ils ont détecté et étudié la trainée de débris résultants d'une collision récente, ce qui représente un événement fondamental exceptionnel pour les scientifiques - c'est un peu comme si un paléontologue trouvait un corps de dinosaure encore "frais".


Pour la petite histoire, dans un premier temps, les scientifiques qui effectuaient une campagne d'
observation de routine des astéroïdes géocroiseurs ont cru avoir affaire à une comète en observant l'astéroïde P/2010A2. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle ils l'ont baptisé en se basant sur la nomenclature habituelle des noms de comètes (P/...). Ce n'est que grâce aux études plus approfondies qui ont suivi que sa véritable nature a été révélée et qu'ils se sont aperçus que la trainée était en fait le résultat d'une collision entre l'astéroïde P/2010A2 et un petit rocher de quelques mètres de diamètre.

"Pour pouvoir interpréter correctement cette trainée de débris comme résultant d'une collision et non d'un processus cométaire habituel, il est essentiel de bien connaître sa forme et son évolution» explique Philippe Lamy, du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille et membre de l'équipe européenne qui a conduit cette étude. "Or, étant donné que l'orbite de la Terre et celle de l'astéroïde sont pratiquement dans le même plan, il n'était pas possible d'observer sous le bon angle la trainée de débris depuis la Terre ni depuis le télescope Hubble (en orbite autour de la Terre). Seule la sonde Rosetta, située bien au-delà de l'orbite de Mars quand elle a observé la trainée de débris en mars 2010, a pu fournir des images offrant la perspective adéquate».

L’astéroïde P/2010A2 vu en mars 2010 par le système de caméra OSIRIS de la sonde Rosetta de l’ESA.
 
C'est donc grâce aux images obtenues par la caméra à haute résolution OSIRIS/NAC équipant la sonde Rosetta [1] que les scientifiques ont pu établir la véritable forme en trois dimensions de la trainée. Ils se sont ainsi aperçus qu'elle ne correspondait pas à une queue cométaire mais s'expliquait plus vraisemblablement par une récente collision d'astéroïdes. Les images fournies par l'instrument OSIRIS, combinées avec d'autres données recueillies par la suite depuis le sol, ont permis de recomposer de manière précise l'évolution de la trainée au cours du temps. "De plus, en comparant nos premiers résultats avec la distribution actuelle, la taille initiale des grains de débris a pu être affinée pas à pas, jusqu'à ce que nous arrivions à une exacte reconstitution," ajoute Jean-Baptiste Vincent du Max Planck Institute for Solar System Research qui a réalisé cette simulation.

Ainsi avec cette méthode, les scientifiques ont pu calculer la date de la collision à plus ou moins dix jours autour du 10 février 2009, une précision inégalée jusqu'à présent. Grâce aux images OSIRIS et aux simulations numériques, ils ont également pu obtenir des précisions uniques sur le processus de la collision des deux astéroïdes.

Source: CNRS / INSU
Illustration:
© ESA / MPS pour l’équipe OSIRIS 
MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA .

Le débit des cours d'eau affecte leurs chaînes alimentaires

Selon une nouvelle étude, les chaînes alimentaires, c'est-à-dire les séries de transferts d'énergie entre les organismes qui consomment et sont consommés, dans 36 cours d'eauNord, sont affectées par des changements d'énergie et de débit de l'eau. d'Amérique du


Cette découverte pourrait influer sur la gestion des réseaux alimentaires dans les rivières alors qu'il est prédit que sécheresses et changement climatique vont augmenter le tarissement des cours d'eau et la variabilité de leur débit, ce qui va mettre en danger l'alimentation déjà fragilisée des poissons et d'autres animaux aquatiques.

La longueur d'une chaîne alimentaire est un élément important des écosystèmes qui détermine le flux d'énergie, les échanges de carbone, et le cycle des nutriments. Elle est aussi importante pour la santé humaine, influençant la bioaccumulation de contaminants chez les animaux que nous mangeons. Cette longueur varie cependant grandement, et les écologues se sont battus pour comprendre l'origine de ses variations.

Ici, John Sabo, l'Arizona State University à Tempe, et ses collègues ont voulu savoir comment les effets simultanés de différents facteurs comme la taille de l'écosystème, l'apport en énergie et le débit, interagissaient pour modifier la longueur des chaînes alimentaires. L'étude de 36 cours d'eau américains a permis aux auteurs de trouver que la longueur de la chaîne alimentaire augmentait avec la taille de l'écosystème et diminuait avec les changements de flux d'énergie, comme c'était déjà connu, mais qu'elle était très influencée par la relation entre la taille de l'écosystème et le débit de l'eau. En outre, l'assèchement des rivières réduit la longueur de la chaîne alimentaire parce que des rivières intermittentes ont de plus grandes variations de leur débit que les autres.
Source: Science, AAAS & EurekAlert

Le tour de taille plutôt que l’indice de masse corporel pour prédire les risques cardiovasculaires

ne nouvelle étude publiée par des chercheurs américains et australiens dans « International Journal of Obesity » suggère que le tour de taille est la meilleure évaluation clinique pour prédire le risque futur pour les enfants de souffrir de maladies cardiovasculaires et de diabète. Les résultats indiquent que des enfants avec un tour de taille situé parmi celui d’individus situés dans les 25% supérieurs de leur catégorie âge et de sexe, ont 5 à 6 fois plus de risques de développer des anomalies métaboliques dans leur vie d’adultes que les enfants avec un tour de taille situé dans les 25% inférieurs.
Cette étude est une des premières à utiliser ce genre de mesure pour prédire les risques de maladies cardiovasculaires sur le long terme. La plupart des précédentes études qui se sont intéressées à la question ont utilisé l’indice de masse corporelle (IMC) ou encore le ratio entre la taille et le poids pour mesurer l’obésité infantile. Bien que l’IMC soit utile dans certains cas, cette valeur n’indique pas directement la présence de graisse, ni sa localisation.

Dans ce travail, les scientifiques ont collecté les données concernant le suivi pendant 20 ans de 2188 australiens ayant participé à l’enquête nationale sur la santé de l’enfance en 1985. Les participants de cette enquête avaient entre 7 et 15 ans à l’époque et, une fois adultes, ces derniers ont subi entre 2004 et 2006 une batterie d’examens pour définir leur santé et leur forme générale. Par contraste avec l’IMC, la mesure du tour de taille indique la présence éventuelle de graisse localisée à un endroit où des études précédentes ont montré qu’elle était particulièrement en rapport avec des risques cardio-métaboliques futurs.

Auteur de l’article: Pierre-Alain Rubbo

Le CO2, facteur clé du climat terrestre

De tous les gaz à effet de serre présents dans l'atmosphère, le dioxyde de carbone est celui qui a le plus d'influence sur le climat de la Terre indiquent des chercheurs. Bien que l'effet de serre dû au gaz carbonique soit connu depuis plus d'un siècle, son rôle déterminant dans le réchauffement climatique n'est pas encore reconnu par tous.


La vapeur d'
eau, par exemple, est un puissant gaz à effet de serre encore plus abondant dans l'atmosphère. Mais elle se condense et tombe de l'atmosphère, jouant ainsi un rôle différent du dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre ne se condensant pas tels que l'ozone, le méthane et les chlorofluorocarbones.

Andrew Lacis, du NASA Goddard Institute for Space Studies à New York, et ses collègues ont mené une série d'expériences de modélisations climatiques dans lesquelles la composition des divers gaz à effet de serre était modifiée pour illustrer leur rôle dans la température de l'air. Les résultats confirment que le dioxyde de carbone est le plus influent des gaz à effet de serre et que son abondance détermine combien de vapeur d'eau contient l'atmosphère.

Sans gaz carbonique, la Terre serait gelée rapportent les chercheurs, mais son augmentation croissante dans l'atmosphère est aussi préoccupante. Et ils précisent que "ceci fait que la réduction et de la maîtrise du CO2 atmosphérique est un enjeu important et urgent qui mérite toute notre attention".





Source: Science, AAAS & EurekAlert

La NASA se tourne aussi vers les nanotechnologies

Le 29 septembre dernier se tenait à Houston un Nanotechnology Forum organisé par le Johnson Space Center (JSC) de la NASA, Rice University et le Consortium for Nanomaterials for Aerospace Commerce and Technology (CONTACT). Les responsables des différentes divisions du JSC ont présenté les problématiques auxquelles ils sont confrontés pour développer les programmes d'exploration spatiale humaine. Au centre des préoccupations: le développement de nouveaux matériaux multifonctionnels.

Les nanotubes de carbones sont une des voies de recherche en nanotechnologie
 

Les problématiques de l'exploration spatiale humaine:

Envoyer et maintenir en vie des hommes dans un milieu aussi inhospitalier que l'espace nécessite de relever deux défis. Le premier consiste à mettre au point des structures (navettes, modules d'habitation ou combinaisons spatiales) capables d'isoler et de protéger les hommes de leur environnement extérieur. Le second est de maintenir en permanence au sein de ces structures un environnement vivable.

Il faut protéger les hommes des radiations (particules du vent solaire,
photons de haute énergie, rayons cosmiques galactiques) et du froid avec une structure capable de résister aux impacts des micrométéorites. Il faut maintenir dans les structures une atmosphère respirable et saine, sans éléments toxiques ou poussières. Il faut gérer le traitement et le recyclage des déchets, de l'eau et de l'air afin d'utiliser au mieux les ressources. Il faut enfin être en mesure de fournir aux structures des sources d'énergie efficaces et fiables sans risques de déclencher un incendie.

A l'heure actuelle, il est possible techniquement de relever ces défis et de réaliser les structures nécessaires pour envoyer un équipage sur Mars par exemple. Cependant, une telle structure aurait une
masse si importante que le coût de son envoi dans l'espace est prohibitif. La solution: développer des structures plus légères assurant les mêmes conditions de protection et de sécurité.

Le graal pour les ingénieurs du JSC, se sont les nouveaux matériaux. Pas forcément plus légers ou plus résistants, mais multifonctionnels. A l'heure actuelle, chaque matériau répond à une fonction donnée. Les combinaisons ou les modules spatiaux sont ainsi constituées d'une multitude de couches de différents matériaux. Pouvoir développer des matériaux qui vont répondre à plusieurs besoins simultanément, c'est supprimer des couches et de la masse.

Le rôle des nanotechnologies:

Les nanotechnologies portent les espoirs pour mettre au point de tels matériaux multifonctionnels mais aussi résoudre les problèmes de production, stockage et récupération d'énergie ou encore de recyclage des déchets. Le symposium permettait aux ingénieurs du JSC de présenter leurs problématiques dans ces domaines aux chercheurs de la Rice University.

En ce qui concerne la protection contre les radiations galactiques par exemple, l'hydrogène est l'élément chimique le plus efficace. Il est aussi le plus léger, ce qui présente un avantage considérable. Cependant, il ne se présente que sous une forme gazeuse ou
liquide. Il s'agit alors de développer des matériaux ou des structures capables de le contenir pour obtenir un bouclier protecteur.

La mise au point de nouveaux textiles est aussi cruciale. En plus de l'habillement, ils sont utilisés dans l'ameublement, l'emballage, les structures, les combinaisons, etc. Les fibres naturelles comme le coton vieillissent en libérant des composants chimiques toxiques. Les colorants utilisés peuvent aussi se révéler dangereux. Il faut s'assurer que les textiles sont ininflammables, résistants, hygiéniques ou encore qu'ils ne retiennent pas les poussières, notamment dans le cas des combinaisons. Il faut ajouter à cela de nouvelles fonctionnalités comme la possibilité d'introduire des
capteurs pouvant contrôler les fonctions vitales.

D'une manière générale, le développement de capteurs est un défi. Ils sont essentiels pour contrôler en permanence la qualité de l'environnement de survie créé au sein des structures: toxicité de l'air, température, résistance des structures, niveaux de
radiation, etc. Pour cela, le développement de micro- et nano-capteurs autoalimentés et intégrables au sein des matériaux offre certainement de larges perspectives. Les recherches menées dans le cadre de la décontamination de l'eau et de l'air à l'aide de nanoparticules peuvent aussi entrainer des applications directes dans le cadre des missions spatiales habitées.

Pour ce qui est de créer des structures résistantes, notamment aux impacts de micrométéorites, l'objectif n'est pas d'obtenir des matériaux très résistants mais plutôt des matériaux qui peuvent supporter des dégâts et qui peuvent assurer leur auto réparation. La recherche dans le domaine des polymères pourraient apporter des solutions.


Les problématiques techniques posées par la mise au point de vols spatiaux habités sont variées et touchent à de nombreux domaines: énergie, matériaux, toxicologie. Il semble qu'une révolution technologique générale s'impose pour pouvoir résoudre l'ensemble de ces difficultés. Les nanotechnologies portent en elles la promesse d'une telle révolution mais il s'agit encore de la faire advenir.


Le rêve de l'homme de dépasser l'orbite lunaire est pour le moment compromis par les contraintes budgétaires qui excluent l'envoi dans l'espace des structures actuelles qui pourraient assurer sa survie. L'exploration spatiale humaine, au-delà des contraintes physiologiques et psychologiques liées aux séjours prolongés dans l'espace, ne pourra se poursuivre qu'après la mise au point de nouveaux matériaux multifonctionnels permettant de construire des structures légères assurant une sécurité optimale pour leurs occupants.

Source: BE Etats-Unis numéro 222 (15/10/2010) - Ambassade de France aux Etats-Unis / 
Illustration: Photothèque-CNRS

Les réseaux électriques des bactéries

Quand les conditions deviennent trop difficiles, des bactéries tissent entre elles des nanoconducteurs qui leur servent à transporter des électrons, c'est-à-dire, sans doute, à respirer. Un nouveau champ d'investigation s'ouvre pour les microbiologistes...
 
Les bactéries ont inventé les nanoconducteurs et les réseaux. C'est ce qu'ont découvert les microbiologistes depuis plusieurs années. Lorsqu'elles s'organisent en biofilms, de nombreuses bactéries se dotent de filaments, parfois très longs, qui s'insinuent dans le substratmétabolisme des bactéries. et qui peuvent aussi relier entre elles de multiples cellules. On soupçonne une activité électrique le long de ces minuscules fils et on parle d'ailleurs de « nanoconducteurs bactériens ». Une équipe de l'université de Californie du sud, menée par Mohamed El-Naggar, vient pour la première fois de démontrer sans ambiguïté qu'il s'agit bien de conducteurs électriques, qu'ils font transiter des électrons et que ce courant est lié au
L'équipe s'est penchée sur Shewanella oneidensis MR-1, un micro-organisme connu, objet de l'attention de nombreux microbiologistes qui ont même créé pour lui la Fédération Shewanella

Les bactéries vivent sur une surface parcourue de nanoélectrodes en platine et font croître de longs filaments, qui conduisent effectivement l'électricité. © Mohamed El-Naggar et al. / Pnas

Cette bactérie a la faculté de vivre indifféremment en milieu aérobie (en présence d'oxygène, donc) et en milieu anaérobie. Comme tout organisme, elle respire en donnant des électrons (en « réduisant », au sens chimique du terme) à un atome qui les accepte facilement : de l'oxygène quand il y en a ou bien un métal comme le fer.
En période de disette, Shewanella forme de nombreux filaments, qui se prolongent très loin et sont constitués de protéines. En 2008, l'équipe de Mohamed El-Naggar avait mis en évidence leurs curieuses propriétés électriques. La résistance électrique semblait varier avec la tension à laquelle ils étaient soumis et ce, de manière discontinue, suggérant des mécanismes chimiques. Mais il restait à prouver que ces longs filaments conduisaient effectivement de l'électricité d'un bout à l'autre. 

Échanges électriques:
 
Pour cette nouvelle expérience, les microbiologistes ont fait croître des Shewanella dans un milieu pauvre, provoquant en réaction une forte production de filaments. Ces bactéries hirsutes ont ensuite été placées sur une surface parcourue de nombreuses nanoélectrodes. En plusieurs endroits, des filaments reposaient sur deux de ces petites électrodes. Comme des électriciens mesurant une résistance, les chercheurs ont pu ainsi mesurer finement la conductivité, qui est de l'ordre de celle d'un semi-conducteur. En coupant le filament entre deux nanoélectrodes, les biologistes observent bien une interruption du courant. 

Mieux, les chercheurs ont pu mesurer ces échanges d'électrons en de multiples endroits. « Les flux d'électrons dans les différentes directions sont intimement liés à l'état du métabolisme en différents endroits du biofilm », résume Mohamed El-Naggar. CQFD : ces filaments conduisent bien un courant électrique qui se propage de bactérie à bactérie et ces échanges ont quelque chose à voir avec le métabolisme. 

Pour les auteurs de l'article, paru dans l'édition en ligne des Pnas, ces filaments transmettent des électrons, ce qui constitue une forme de respiration. Les bactéries qui ne trouvent pas autour d'elles d'accepteurs d'électrons peuvent tout de même respirer grâce à ces filaments. « C'est une respiration collective » conclut Mohamed El-Naggar. 

Une telle idée n'est pas nouvelle : au début de 2010, Lars Peter Nielsen et ses collègues découvraient dans la baie d'Aarhus des bactéries vivant enfoncées dans les sédiments jusqu'à une profondeur (plus d'un centimètre) où l'oxygène pénètre mal. Au laboratoire, quand l'eau était brutalement appauvrie en oxygène, les bactéries de surface changeaient rapidement leur métabolisme pour s'adapter à cette nouvelle situation. En profondeur, les bactéries faisaient de même en un temps très court. La réaction était si rapide que les chercheurs danois ont fait l'hypothèse d'une transmission d'information par voie électrique empruntant les filaments reliant les bactéries entre elles dans toute l'épaisseur du sédiment. 

Transmission d'information ou respiration collective : le rôle de ces filaments, qui semblent assez communs dans le monde bactérien, reste mal compris. Mais ces découvertes ouvrent des perspectives scientifiques assez fascinantes pour mieux comprendre les bactéries, décidément surprenantes...

 Par Jean-Luc Goudet, Futura-Sciences

Décès du mathématicien Benoit Mandelbrot

Benoit Mandelbrot est décédé jeudi dans le Massachussets aux Etats-Unis. Il est notamment connu pour ses travaux sur l'étude des fractales qui sont des images géométriques élaborées. Ces images sont calculées mathématiquement et répondent à des règles très précises (voir sur le sujet notre dossier http://www.techno-science.net/?onglet=a ... article=34)

Ensemble de Mandelbrot - Illustration Wikimedia/Creative Commons.

D'origine polonaise il est diplômé de l'Ecole Polytechnique où il a suivi les cours de Paul Lévy sur les probabilités. Traversant l'Atlantique il a fait l'essentiel de ses recherches au sein du groupe IBM notamment dans le traitement du signal. En 1973 il écrit un article « Formes nouvelles du hasard et des sciences » où il appuie sur le bien-fondé d'étudier les fluctuations aléatoires et critique le manque d'intérêt des chercheurs pour ces fluctuations au détriment de moyennes prises sur un plus long terme.

Benoit Mandelbrot s'est intéressé à des applications dans des domaines très différents. Ainsi il a écrit plusieurs livres sur la finance et l'économie. 

http://www.techno-science.net

Antarctique: un lieu d'extrêmes pour l'astronomie


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