LaRevue 12.17 de UP' Magazine E-Book

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Fachliteratur
• Serie: LAREVUE UP'MAGAZINE
• Sprache: Französisch

Seitenzahl: 346

Veröffentlichungsjahr: 2017

Beschreibung

Chaque jour de nouvelles informations apportent leur pierre à l'édifice de ce que sera notre futur immédiat. Nos journalistes et chroniqueurs tentent de décrypter ce mouvement, de pointer pour vous, les signaux faibles ou forts de ces mutations. On a coutume de le dire : l'information chasse l'information. Dans notre époque d'hyperinformation, les innovations technologiques, scientifiques, médicales, les nouvelles pratiques sociétales, les regards neufs ou effarés sur notre planète s'enchaînent à vitesse accélérée. UP' Magazine est le témoin de ces temps qui changent. Et qui annoncent un monde nouveau. Mais le maelström de l'information va toujours plus vite, encouragé par la temporalité des médias numériques. Nombreux sont nos lecteurs qui apprécient cette "caverne d'Ali Baba" qu'est le site. Mais nombreux sont aussi ceux qui nous demandent plus de temps pour s'approprier cette information, hors du tumulte des flux en ligne. C'est pourquoi notre rédaction a décidé d'éditer, sous forme de livre, une sélection des articles publiés dans le mois. Ceux qui vous permettront d'aller à l'essentiel pour comprendre ce monde en mutation. De gagner du temps en prenant votre temps. Dans ce numéro 1 de LAREVUE du mois de novembre 2017, plusieurs pierres s'inscrivent dans l'édifice du futur. Une COP 23 ratée, qui cherche encore et encore de nouvelles solutions pour sauver la planète, des découvertes prometteuses mais glaçantes dans les laboratoires de biotechnologies, la recherche d'un nouveau souffle pour le phénomène start-up, cette vague de prise de conscience, dans les sociétés occidentales, sur les violences faites aux femmes. Mutation profonde aussi que celle des villes, de leur architecture et urbanisme. Et puis, en signal faible, ces nouvelles de plus en plus répétées qui nous viennent de très loin, nous parlent d'exoplanètes et d'extraterrestres. Elles annoncent, peut-être, de grands bouleversements mais elles trahissent sans doute aussi notre pulsion incorrigible vers toujours plus d'espaces nouveaux et, au fond, cette quête d'immortalité qui est une des signatures de notre temps.

Leseprobe

AUTEURS

ET CONTRIBUTEURS

ALEXANDRE AGET, Journaliste veille technologique UP’ Magazine.

FRANCESCO P. ANDRIULLI,

Responsable du laboratoire CERL - Professeur au département Micro-ondes - IMT Atlantique

CHRISTIAN ARNSPERGER,

Professeur en durabilité et anthropologie économique, Faculté des géosciences et de l’environnement, Université de Lausanne

MARINE BARRIO, Journaliste UP’ Magazine

DOMINIQUE BOURG, Philosophe, professeur à la Faculté des géosciences et de l’environnement, Université de Lausanne

DOROTHÉE BROWAEYS,

journaliste scientifique, UP’ Magazine

ALICE COLSAET, IDDRI

DAMIEN DEMAILLY, Coordinateur du programme Nouvelle Prospérité IDDRI

ROMAIN FERRARI, Président Fondation 2019

DOMINIQUE FRÈRE Professeur d’archéologie et d’histoire de la Méditerranée occidentale, Université de Bretagne Sud

JACQUES DE GERLACHE, Directeur Greenfacts

CÉDRIC GOSSART, Professeur associé, Institut Mines-Télécom

CHARLES-ELIE GUZMAN,

chroniqueur, UP’ Magazine.

DAN HOOPER, Professeur agrégé d’astronomie et d’astrophysique, Université de Chicago, chercheur associé en astrophysique théorique au Fermi National Accelerator Laboratory

YANN LAURANS, Directeur de programme Biodiversité IDDRI

DAVID LEVAÏ, Directeur Programme Climat -Négociations internationales pour le changement climatique IDDRI

FABIENNE MARION, Fondatrice, Rédactrice en chef de UP’ Magazine

CHRISTINE MARSAN, Essayiste,

chroniqueuse UP’ Magazine.

MÜGE OZMAN, Professeur de management, Télécom École de Management – Institut Mines-Télécom.

PASCAL PICQ, Paléoanthropologue et maître de conférences, professeur au Collège de France.

MAZARINE PINGEOT,

Chroniqueuse invitée UP’ Magazine, Professeur agrégée de philosophie, Université Paris 8-Vincennes Saint-Denis.

ARNAUD SAINT-PAUL,

chroniqueur invité UP’ Magazine, Fondateur de Simplifly LLC

PASCAL SOMMER, Biologiste à l’Institut des sciences du mouvement (CNRS/Aix-Marseille université), Centre national de la recherche scientifique (CNRS)

LOUISE TERLAUD, Chroniqueuse invitée UP’ Magazine.

RENÉ TRÉGOUËT, Sénateur honoraire - Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat, chroniqueur invité UP’ Magazine

JUDITH VOSS-STEMPING,

Directeur Programme Climat -Négociations internationales pour le changement climatique IDDRI

ÉDITORIAL

C HAQUE JOUR de nouvelles informations apportent leur pierre à l’édifice de ce que sera notre futur immédiat. Nos journalistes et chroniqueurs tentent de décrypter ce mouvement, de pointer pour vous, les signaux faibles ou forts de ces mutations.

On a coutume de le dire : l’information chasse l’information. Dans notre époque d’hyperinformation, les innovations technologiques, scientifiques, médicales, les nouvelles pratiques sociétales, les regards neufs ou effarés sur notre planète s’enchaînent à vitesse accélérée. UP’ Magazine est le témoin de ces temps qui changent. Et qui annoncent un monde nouveau.

Mais le maelström de l’information va toujours plus vite, encouragé par la temporalité instantanée des médias numériques. UP’ Magazine fait partie de cette presse digitale et a publié, depuis sa création en 2011, plusieurs milliers d’articles. Nombreux sont nos lecteurs qui apprécient cette « caverne d’Ali Baba » qu’est le site. Mais nombreux sont aussi ceux qui nous demandent plus de temps pour s’approprier cette information, hors du tumulte des flux en ligne.

C’est pourquoi, notre rédaction a décidé de publier, sous forme de livre, une sélection des articles publiés dans le mois. Ceux qui vous permettront d’aller à l’essentiel pour comprendre ce monde en mutation. De gagner du temps, en prenant votre temps.

Chaque mois, les dizaines d’articles de fond publiées au fil des jours dans UP’ Magazine, seront sélectionnées et éditées sous forme de volume. Au fur et à mesure, ces livres constitueront, à leur modeste manière, les jalons des temps qui changent.

Dans ce numéro 1 de LA REVUE du mois de novembre 2017, plusieurs pierres s’inscrivent dans l’édifice du futur. Une COP 23 ratée, qui cherche encore et encore de nouvelles solutions pour sauver la planète, des découvertes prometteuses mais glaçantes dans les laboratoires de biotechnologies, la recherche d’un nouveau souffle pour le phénomène startup, cette vague de prise de conscience dans nos sociétés occidentales sur les violences faites aux femmes. Mutation profonde aussi que celle des villes, de leur architecture et urbanisme.

Et puis, en signal faible, ces nouvelles de plus en plus répétées qui nous viennent de très loin, nous parlent d’exoplanètes et d’extraterrestres. Elles annoncent peut-être de grands bouleversements mais elles trahissent sans doute aussi notre pulsion incorrigible vers toujours plus d’espaces nouveaux et au fond, cette quête d’immortalité qui est une des signatures de notre temps.

FABIENNE MARION

Fondatrice et Rédactrice en chef de UP’ Magazine

TABLE DES ARTICLES

SCIENCES & TECHNOLOGIES

Les extraterrestres nous ressemblent peutêtre plus que nous ne le pensons

Twisted Light pourrait créer un Internet ultra-rapide et rendre la fibre optique obsolète

Matière noire : elle forme 84 % de l’univers et nous n’en connaissons toujours rien. Rien de rien.

Les « sciences computationnelles », nouvelle frontière pour la connaissance ?

L’archéologie du biologique part à la recherche des parfums perdus

Darwin dépassé : des espèces animales évoluent en deux générations

PLANÈTE

La fonte des glaces autour du Groenland perturbe gravement le Gulf Stream. Glaciation et montée des eaux en Europe ?

COP23 : Préserver l’esprit de Paris : où en sommes-nous et quels sont les enjeux ?

Artificialisation des terres : pour la taxer, il faut bien la définir.

Le dicamba, dernier pesticide de Monsanto, fait des ravages aux USA. Bientôt l’Europe ?

La solution la plus efficace face à la crise climatique : planter des arbres.

Ils sont fous ! Des scientifiques ont un plan pour stopper le changement climatique : diminuer le soleil.

L’agriculture biologique pourrait nourrir toute la planète. Mais sous conditions.

Selon l’ONU, 3°C de réchauffement climatique va noyer certaines des plus grandes villes du monde

VIVANT

Un code artificiel contrôlant des virus les transforme en armes contre les maladies infectieuses et le cancer

Une machine à éditer des gènes, encore plus puissante que CRISPR.

Une horloge cachée dans nos muscles

Médecine prédictive personnalisée : un nouveau pas vient d’être franchi.

Phages: des virus tueurs de bactéries pour lutter contre la résistance aux antibiotiques ?

Troubles psychiatriques et maladies neurodégenératives : une base biologique commune ?

Un humain réparé, augmenté, qui rêve d’immortalité.

Des chercheurs parviennent à réguler le plaisir par stimulation cérébrale

SOCIETE

Information : à quels médias peut-on encore faire confiance ?

Un milliard d’ « invisibles» et des centaines de millions d’enfants fantômes dans le monde

Les violences faites aux femmes : que viennent-elles dire de notre humanité ?

Innovations sociales numériques : clarté théorique... mais grand flou empirique.

Le stress mis en observation

ÉCONOMIE

Plaidoyer pour une économie permacirculaire

Revenu universel, une digue face à la déferlante de l’IA

Startup : pas facile de changer le monde !

Intelligence artificielle : quels défis pour l’entreprise ?

ICO, trois lettres qui vont changer le financement des startups.

Les Chinois bousculent les géants de la Silicon Valley

ARCHITECTURE URBANISME

Revégétaliser nos villes, un devoir citoyen.

Biomimétisme, économie circulaire, végétalisation urbaine, donnent le ton de la future Métropole du Grand Paris.

Neom, la ville de l’avenir selon l’Arabie Saoudite.

La conception de matériaux sur-mesure va révolutionner l’architecture

DÉCRYPTAGES & ANALYSES

COP23 : Ça coince sur le financement. Existe-t-il un plan B pour sauver l’Accord de Paris?

IA robots, transhumanisme... Le syndrome de la planète des singes.

L’immortalité, de l’Antiquité aux transhumanistes.

Paradoxe du sensible et de l’industrie

ARTS & CULTURES

UMA : du musée imaginaire au musée idéal

Les Faits du hasard, la nouvelle exposition internationale d’art contemporain numérique

Effets spéciaux, crevez l’écran !

La Belle Vie Numérique : 30 artistes de Rembrandt à Xavier Veilhan

Pasteur, L’expérimentateur

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SCIENCES & TECHNOLOGIES

ESPACE

DANS LE SECRET DES LABS TECHNOLOGIES DE POINTE SCIENCES FONDAMENTALES COSMOLOGIE

SCIENCES & TECHNOLOGIES ::: ESPACE

LES EXTRATERRESTRES NOUS RESSEMBLENT PEUT-ÊTRE PLUS QUE NOUS NE LE PENSONS

Alexandre Aget

UP’ Magazine

Les films hollywoodiens et la littérature de science-fiction alimentent la croyance que les extraterrestres sont des êtres d’un autre monde, ressemblant à des monstres, qui sont très différents des humains.

Mais de nouvelles recherches vont à l’encontre de nos idées reçues ou de nos fantasmes et suggèrent que nous pourrions avoir plus en commun avec nos voisins extraterrestres qu’on ne le pensait.

I LY AAU MOINS 100 MILLIARDS DE PLANÈTES dans notre seule galaxie et au moins 20 % d’entre elles se situent probablement dans la zone habitable, cette région de l’espace capable de produire une biosphère. Même si cela se produisait dans seulement 0,001% de ces planètes cela signifierait alors qu’il y a 200 000 planètes potentiellement porteuses de vie dans notre galaxie. Or il suffirait que l’on trouve une seule forme de vie extraterrestre pour que notre conception de l’Univers change radicalement. Il n’est donc pas étonnant que des centaines de millions de dollars aient récemment été apportés dans la recherche en astrobiologie1, que les

Imaginez un alien. Ces illustrations représentent différents niveaux de complexité adaptative que nous pourrions imaginer lorsque nous pensons aux étrangers. (a) Une molécule simple de réplication, sans conception apparente. Ceci peut ou non faire l’objet d’une sélection naturelle. b) Une entité incroyablement simple, ressemblant à une cellule. Même quelque chose de si simple a assez de pièces pour pouvoir subir une sélection naturelle. c) Un alien ayant de nombreuses parties complexes qui travaillent ensemble est susceptible d’avoir connu de grandes transitions. Crédit : Université d'Oxford

États-Unis et l’Europe aient récemment investi dans des initiatives d’astrobiologie et que de nombreux nouveaux travaux2 aient été réalisés pour tenter de prédire à quoi ressembleraient les aliens. Le problème, cependant, est que lorsque nous essayons de prédire la nature des extraterrestres, nous n’avons qu’un seul échantillon – la Terre – à partir duquel extrapoler. Il est, par conséquent, extrêmement difficile de faire ces prédictions.

Dans une nouvelle étude publiée dans la Revue internationale d’astrobiologie , des scientifiques de l’Université d’Oxford montrent, pour la première fois, comment la théorie de l’évolution peut être utilisée pour étayer les prédictions sur les extraterrestres et mieux comprendre leur comportement. Ils affirment que les extraterrestres sont potentiellement façonnés par les mêmes processus et mécanismes qui ont façonné les humains, et en premier lieu, la sélection naturelle.

La théorie soutient l’argument selon lequel les formes de vie étrangères subissent une sélection naturelle et, comme nous, évoluent pour se renforcer et améliorer leurs performances au fil du temps.

Sam Levin, chercheur au département de zoologie d’Oxford, a ainsi déclaré : « Une tâche fondamentale pour les astrobiologistes (ceux qui étudient la vie dans le cosmos) est de réfléchir à ce que la vie extra-terrestre pourrait être. Mais faire des prédictions sur les extraterrestres est difficile. Nous ne pouvons extrapoler qu’à partir d’un seul exemple de vie - la vie sur Terre. »

Dans le passé, quand les scientifiques réfléchissaient à ce que pourraient être les extraterrestres, ils mettaient en œuvre une démarche mécaniste, s’appuyant sur ce que nous savions sur Terre, notamment au niveau de la chimie, de la géologie et de la physique.

Par exemple, certains traits ont évolué plusieurs fois sur la Terre, et nous posons donc que les formes de vie extraterrestres convergeront vers les mêmes mécanismes terrestres. Parce que les organes oculaires ont évolué au moins quarante fois et sont relativement ubiquitaires, nous prédisons qu’ils évolueront de la même façon sur d’autres planètes. De même, nous avons utilisé une compréhension mécaniste de la chimie et de la physique pour faire des prédictions sur ce qui est le plus probable que nous trouvions sur d’autres planètes. Par exemple, le carbone est abondant dans l’Univers, chimiquement polyvalent et présent dans le milieu interstellaire, de sorte que les formes de vie exotiques sont susceptibles d’être à base de carbone. Ces types de prévisions proviennent d’un mélange de compréhension mécaniste et d’extrapolation de ce qui s’est passé sur la Terre. Mais, en réalité, Il n’y a aucune raison théorique pour laquelle les extraterrestres ne pourraient pas être des organismes faits à base de silicium et… sans yeux.

« Dans notre article, nous proposons une approche alternative, qui consiste à utiliser la théorie évolutionniste pour faire des prédictions indépendantes des caractéristiques que nous connaissons sur la Terre. C’est une approche utile, parce que les prédictions théoriques s’appliqueront à des extraterrestres qui pourraient être, par exemple, à base de silicium et non d’ADN, ou qui respirent de l’azote et non de l’oxygène »

« L’octomite ». Un extraterrestre complexe qui comprend une hiérarchie d’entités, où chaque groupe d’entités de niveau inférieur a des intérêts évolutifs alignés, de sorte que les conflits sont effectivement éliminés. Ces entités se livrent à la division du travail, les différentes parties se spécialisant dans diverses tâches, de sorte qu’elles sont interdépendantes. Crédit : Université d’Oxford

En utilisant cette idée de la sélection naturelle extraterrestre comme cadre, l’équipe s’est penchée sur l’évolution extra-terrestre et sur la façon dont la complexité pourrait se manifester dans l’espace.

La complexité des espèces s’est accrue sur la Terre en raison d’une poignée d’événements, connus sous le nom de transitions majeures. Ces transitions se produisent lorsqu’un groupe d’organismes distincts se transforme en un organisme de niveau supérieur – lorsque les cellules deviennent des organismes multicellulaires, par exemple. Tant la théorie que les données empiriques suggèrent que des conditions extrêmes sont nécessaires pour que des transitions majeures se produisent.

L’article fait également des prédictions précises sur la composition biologique d’aliens complexes, et offre un certain degré de compréhension de ce à quoi ils pourraient ressembler.

Sam Levin avance : « Nous ne pouvons toujours pas dire si les extraterrestres marcheront sur deux jambes ou s’ils auront de grands yeux verts. Mais nous croyons que la théorie évolutionniste offre un outil supplémentaire unique pour essayer de comprendre ce que pourraient être les extraterrestres, et nous avons montré quelques exemples des types de prédictions fortes que nous pouvons faire avec elle ».

En prédisant que les extraterrestres ont subi des transitions majeures – et c’est ainsi que la complexité est apparue chez les espèces sur Terre – les scientifiques d’Oxford affirment qu’il y a un niveau de prévisibilité à l’évolution qui les ferait ressembler à ce que nous sommes, nous humains terriens.

« Comme les humains, nous prédisons qu’ils sont constitués d’une hiérarchie d’entités, qui coopèrent toutes pour produire un organisme vivant. À chaque niveau de cet organisme, il y aura des mécanismes en place pour éliminer les conflits, maintenir la coopération et maintenir le fonctionnement de l’organisme. »

Il y a potentiellement des centaines de milliers de planètes habitables dans notre seule galaxie. La semaine dernière, les astronomes ont encore découvert une vingtaine d’exoplanètes, relativement proches et potentiellement habitables. Nous pouvons de moins en moins prétendre que nous sommes la seule forme de vie dans l’univers. Mais, avec cette étude d’Oxford, nous avons fait un petit pas en avant en proposant que, si nous ne sommes pas seuls, nos voisins galactiques pourraient bigrement nous ressembler… 3

1 AstRoMap European Astrobiology Roadmap, March 2016, 16(3): 201-243. https://doi.org/10.1089/ast.2015.1441

2 Shostak Seth, Searching for Clever Life, Astrobiology. November 2015, 15 (11): 949-950. https://doi.org/10.1089/ast.2015.1015

3Source : Université d’Oxford

SCIENCES & TECHNOLOGIES ::: DANS LE SECRET DES LABS

TWISTED LIGHT POURRAIT CRÉER UN INTERNET ULTRARAPIDE ET RENDRE LA FIBRE OPTIQUE OBSOLÈTE

Marine Barrio

UP’ Magazine

Une nouvelle méthode d’utilisation des photons pour transporter l’information pourrait fournir une nouvelle solution sans fil pour la communication. Une équipe de chercheurs a mis au point un moyen de «tordre les photons» pour améliorer le transfert d’information quantique dans un espace ouvert.

L’UTILISATION DE PARTICULES de lumière, c’està-dire de photons, pour transmettre des informations n’est pas vraiment nouvelle. Les photons ont été utilisés dans un certain nombre de tests pour déterminer la précision des réseaux quantiques sur de longues distances. Alors que l’avènement de la communication quantique pourrait bien se profiler à l’horizon, une autre équipe de chercheurs a trouvé un moyen d’utiliser les photons pour transporter de l’information et des données sans fil, remplaçant potentiellement la fibre optique d’aujourd’hui et créant un Internet beaucoup plus rapide.

Des chercheurs de l’Université de Glasgow4 , au Royaume-Uni, en collaboration avec des collègues d’Allemagne, de Nouvelle-Zélande et du Canada, ont décrit ce qu’ils appellent le «moment angulaire optique» (OAM) dans une étude publiée récemment dans la revue Science Advances5 . Cela fonctionne en «tordant la lumière» à travers les espaces ouverts. Concrètement, l’équipe « tort » les photons en les faisant passer à travers une sorte d’hologramme spécial.

Capables de voyager dans des espaces ouverts, ces photons tordus peuvent transporter plus de données dans chaque transmission, tout en devenant suffisamment forts pour résister aux interférences causées par l’air turbulent. L’hologramme permet aux photons de transporter plus que les bits binaires habituels composés de 0 et 1 utilisés dans les communications numériques d’aujourd’hui - de la même manière qu’un réseau quantique s’appuie sur les bits quantiques (qubits) pour relayer l’information.

La méthode s’est révélée efficace sur une liaison spatiale libre de 1,6 km construite par l’équipe de recherche à Erlangen en Allemagne. La zone test simulait un environnement urbain avec toutes les sources potentielles de perturbation du signal.

PLUS RAPIDE ET PLUS FIABLE

La mise au point de moyens plus fiables pour transférer l’information est plus que nécessaire, étant donné la façon dont le monde consomme aujourd’hui les données et l’information. « À une époque où notre consommation mondiale de données croît à un rythme exponentiel, il y a de plus en plus de pression pour découvrir de nouvelles méthodes de transport d’informations qui peuvent suivre l’énorme utilisation des données à travers le monde », a déclaré le Dr Martin Lavery, chef du Groupe de Recherche en Photonique Structurée à Glasgow, dans un communiqué de presse.

« Un système complet et fonctionnel de communication optique à impulsion angulaire, capable de transmettre des données sans fil à travers l’espace libre, a le potentiel de transformer l’accès en ligne pour les pays en développement, les systèmes de défense et les villes du monde entier », a-t-il ajouté. Puisque la fibre optique demeure le moyen le plus rapide de transférer l’information, Lavery croit que sa méthode peut « nous donner la bande passante de la fibre, mais sans avoir besoin de câblage physique ».

Image : Université de Glasgow

Bien qu’efficace, ce type de communication a ses propres limites. D’une part, le fait de se fier aux photons signifie qu’il ne peut pas être utilisé pour transmettre à l’intérieur. En outre, pour qu’un tel réseau sans fil soit pratique, il faut tenir compte d’un certain nombre d’autres questions : résiste-t-il aux interférences dues à des conditions météorologiques extrêmes ? Quelle quantité d’information peut-il gérer efficacement ?

L’équipe du Dr Martin Lavery a quand même réalisé une expérimentation prometteuse, démontrant comment l’optique dite adaptative peut améliorer le transfert d’informations quantiques. « Grâce à ces nouveaux développements, nous sommes confiants sur la possibilité que nous avons maintenant de repenser nos approches de la modélisation des canaux et les exigences imposées aux systèmes d’optique adaptative », a-t-il déclaré. « Nous nous rapprochons de plus en plus du développement des communications OAM qui peuvent être déployées dans un environnement urbain réel. »

Si cette solution s’avérait viable technologiquement, elle pourrait constituer une alternative de choix à la fibre optique. Le développement de cette dernière est extrêmement coûteux en raison de la nécessité d’enfouir des milliers de kilomètres de câbles. Cette technologie pourrait utilement compléter la fibre optique, notamment sur le dernier kilomètre. Selon nos confrères de 01.net, en libérant les opérateurs de cette contrainte physique, l’utilisation de la lumière torsadée permettrait d’accélérer le déploiement du très haut débit - par exemple en complément de la 5G, même dans les régions les plus reculées.

4https://www.gla.ac.uk/news/headline_555908_en.html

5 Martin P. Lavery, Christian Peuntinger, Kevin Günthner, Peter Banzer, Dominique Elser, Robert W. Boyd, Miles J. Padgett, Christoph Marquardt and Gerd Leuchs, Free-space propagation of high-dimensional structured optical fields in an urban environment, Science Advances, 25 Oct 2017: Vol. 3, no. 10, e1700552

SCIENCES & TECHNOLOGIES ::: COSMOLOGIE

MATIÈRE NOIRE : ELLE FORME 84 % DE L’UNIVERS ET NOUS N’EN CONNAISSONS TOUJOURS RIEN. RIEN DE RIEN.

Dan Hooper

Chercheur associé en astrophysique théorique au Fermi National Accelerator Laboratory et professeur agrégé d’astronomie et d’astrophysique,

Université de Chicago

Matière noire : la mystérieuse substance physique qui constitue la majorité de notre univers ne peut toujours pas être identifiée. Pourtant, les efforts sont considérables pour essayer de la cerner. En vain. Dan Hooper est un des meilleurs spécialistes de la question. Il est chercheur associé en astrophysique théorique au Fermi National Accelerator Laboratory et professeur agrégé d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Chicago. Il nous confie, dans cet article, son blues de chercheur…

CES DERNIÈRES DÉCENNIES ont inauguré une ère étonnante dans la science de la cosmologie. Un éventail varié de mesures de haute précision nous a permis de reconstituer l’histoire de notre univers dans les moindres détails. Et lorsque nous comparons différentes mesures – du taux d’expansion de l’univers, des modèles de lumière libérée par la formation des premiers atomes, de la distribution dans l’espace des galaxies et des amas de galaxies et de l’abondance de diverses espèces chimiques – nous découvrons qu’elles racontent toutes la même histoire, et qu’elles décrivent toutes la même série d’événements.

Franchement, cette ligne de recherche a été plus fructueuse que nous ne l’aurions souhaité, à mon avis. Nous en savons plus sur l’origine et l’histoire de notre univers aujourd’hui que ce qu’il y a quelques décennies, on aurait imaginé apprendre en si peu de temps.

Mais en dépit de ces succès considérables, il reste encore beaucoup à apprendre. Et à certains égards, les découvertes des dernières décennies ont soulevé autant de questions nouvelles qu’elles n’en ont répondu. L’un des mystères les plus vexants se trouve au cœur de ce qui fait notre univers. Les observations cosmologiques ont déterminé avec une très grande précision la densité moyenne de la matière dans notre univers. Mais cette densité s’avère beaucoup plus grande que celle des atomes ordinaires.

Après des décennies de mesures et de débats, nous sommes maintenant convaincus que l’écrasante majorité de la matière de notre univers –- environ 84 pour cent – n’est pas composée d’atomes ou de toute autre substance connue. Bien que nous soyons en mesure de repérer son attraction gravitationnelle, ce qui nous permet de dire clairement qu’il est là, nous ne savons tout simplement pas ce que c’est. Ce truc mystérieux est invisible, ou du moins presque. Faute d’un meilleur nom, nous l’appelons «matière noire», mais nommer quelque chose est très différent que le comprendre.

Depuis presque aussi longtemps que nous savons que la matière noire existe, les physiciens et les astronomes ont imaginé des moyens d’apprendre de quoi elle est faite. Ils ont construit des détecteurs ultra-sensibles6, déployés dans des mines souterraines profondes7, afin de mesurer les impacts légers des particules individuelles de matière noire qui entrent en collision avec des atomes.

Ils ont construit des télescopes exotiques – sensibles non pas à la lumière optique mais aux rayons gamma8, aux rayons cosmiques9 et aux neutrinos10, moins familiers – pour rechercher le rayonnement à haute énergie qui serait généré par les interactions des particules de matière noire.

Les astronomes cartographient indirectement la matière noire, par son attraction gravitationnelle sur d’autres objets. NASA, ESA et D. Coe (NASA JPL/Caltech et STScl)

Et nous avons cherché des signes de matière noire à l’aide de machines incroyables qui accélèrent les faisceaux de particules – typiquement des protons ou des électrons – jusqu’aux vitesses les plus élevées possibles, puis les écrasent les uns contre les autres pour tenter de convertir leur énergie en matière11. L’idée est que ces collisions pourraient créer des substances nouvelles et exotiques, et peut-être inclure les types de particules qui composent la matière noire de notre univers.

Il y a dix ans à peine, la plupart des cosmologistes – y compris moi-même – étaient raisonnablement confiants que nous allions bientôt commencer à résoudre le cassetête de la matière noire. Après tout, un ambitieux programme expérimental se profilait à l’horizon, qui devait nous permettre d’identifier la nature de cette substance et de commencer à en mesurer les propriétés. Ce programme comprenait l’accélérateur de particules le plus puissant au monde – The Large Hadron Coolider12, le Grand collisionneur de hadrons – ainsi qu’une panoplie d’autres nouvelles expériences et télescopes puissants.

«LA CHASSE CONTINUE, ET LE MYSTÈRE S’APPROFONDIT.»

Mais les choses ne se sont pas déroulées comme nous nous y attendions. Bien que ces expériences et ces observations aient été effectuées aussi bien ou mieux que nous aurions pu l’espérer, les découvertes ne sont pas venues.

Au cours des quinze dernières années, par exemple, les expériences conçues pour détecter des particules individuelles de matière noire sont devenues un million de fois plus sensibles, et pourtant aucun signe de ces particules insaisissables n’est apparu. Et bien que le Grand collisionneur de hadrons ait, à l’exception du boson de Higgs13, fait preuve d’une excellente performance technique, aucune nouvelle particule ou autre phénomène n’a été découvert.

L’opiniâtreté de la matière noire a laissé de nombreux scientifiques à la fois surpris et confus. Nous avions ce qui semblait être de très bonnes raisons de nous attendre à ce que des particules de matière noire soient découvertes maintenant. Et pourtant la chasse continue, et le mystère s’approfondit.

À bien des égards, nous n’avons plus de questions en suspens aujourd’hui qu’il y a dix ou deux ans. Et parfois, il peut sembler que plus nous mesurons notre univers avec précision, moins nous le comprenons. Tout au long de la seconde moitié du XXe siècle, les physiciens théoriciens des particules ont souvent réussi à prédire les types de particules qui seraient découvertes au fur et à mesure que les accélérateurs deviendraient de plus en plus puissants. C’était vraiment impressionnant.

Mais notre prescience semble avoir pris fin – les particules longtemps prévues associées à nos théories favorites et les plus motivées ont refusé obstinément d’apparaître. Peut-être que les découvertes de ces particules sont à nos portes et que notre confiance sera bientôt rétablie. Mais à l’heure actuelle, il semble y avoir peu de soutien en faveur d’un tel optimisme.

En réponse, les physiciens reviennent en masse sur leurs tableaux, revoyant et révisant leurs hypothèses. Avec des ego meurtris et un peu plus d’humilité, nous essayons désespérément de trouver une nouvelle façon de donner un sens à notre monde.14

6https://pandax.sjtu.edu.cn/

7http://www.xenon1t.org/

8https://fermi.gsfc.nasa.gov/

9http://www.ams02.org/

10http://icecube.wisc.edu/

11http://www.tedxnaperville.com/talks/dan-hooper/

12https://home.cern/topics/large-hadron-collider

13https://home.cern/topics/higgs-boson

14Cet article a été publié la première fois dans TheConversation-USA, partenaire éditorial de UP’ Magazine

SCIENCES & TECHNOLOGIES ::: RECHERCHE

LES « SCIENCES COMPUTATIONNELLES », NOUVELLE FRONTIÈRE POUR LA CONNAISSANCE ?

Francesco P. Andriulli

Responsable du laboratoire CERL - Professeur au département Micro-ondes IMT Atlantique

Bénéficiant des avancées des mathématiques et de la puissance de calcul croissante des ordinateurs, les « sciences computationnelles » permettent de réduire la complexité des problèmes. Et de traiter de nouvelles questions, jusqu’alors inaccessibles pour les scientifiques. A la clé, des retombées potentielles majeures dans une foule de domaines.

L’IMAGERIE MÉDICALE et la santé, les nouveaux matériaux, l’industrie électronique, les interfaces homme-machine… Les « sciences computationnelles » sont en passe de changer la donne dans une foule de domaines. Issues des progrès récents des mathématiques associés à la puissance de calcul exponentielle des ordinateurs, elles permettent aux chercheurs de s’attaquer à des problèmes toujours plus complexes. Au point d’offrir un véritable changement de paradigme scientifique. Et de former désormais une discipline à part entière.

Les sciences computationnelles sont un champ de recherche des neurosciences qui s’applique à découvrir les principes computationnels des fonctions cérébrales et de l’activité neuronale, c’est-à-dire des algorithmes génériques qui permettent de comprendre l’implémentation dans notre système nerveux central de nos fonctions cognitives. Ce but a été défini en premier lieu par David Marr dans une série d’articles fondateurs (Source : Wikipédia).

On essaie de comprendre le cerveau à l’aide des modèles des sciences informatiques combinés à l’expérimentation et aux simulations numériques.

Les sciences computationnelles visent donc à développer des méthodes de calcul pour mieux comprendre les relations complexes entre la structure et la fonction du cerveau et du système nerveux en général. Outre une meilleure connaissance de la cognition et de ses dysfonctionnements, cette démarche permet d’appliquer un transfert de ces connaissances neuroscientifiques en proposant de nouvelles méthodes de traitement de l’information et des dispositifs technologiques innovants. Elle peut s’appliquer à différents niveaux de description, de la molécule au comportement, et nécessite l’intégration constructive de nombreux domaines disciplinaires, des sciences du vivant à la modélisation.

Les sciences computationnelles proposent ainsi une nouvelle démarche scientifique. Se développant progressivement du besoin de résoudre des problèmes de plus en plus ambitieux, les sciences computationnelles commencent à s’imposer comme une discipline à part entière.

Dans ce domaine, IMT Atlantique est particulièrement bien placé. L’école dispose en effet, au sein de son département micro-ondes, à Brest, d’un laboratoire dédié, le CERL (« Computational Electromagnetics Research Laboratory »), créé en 2015 par le professeur Francesco Andriulli. Pluridisciplinaire, le CERL réunit une dizaine de chercheurs venus d’horizons variés : mathématiciens, neurologues, spécialistes du calcul à haute performance…

« Ces dernières années, la puissance de calcul informatique a énormément augmenté, alors que les coûts ont baissé, explique Francesco Andriulli. On a pu réduire les temps de calcul, et multiplier les dispositifs « temps réel ». De plus, depuis les années 1970-1980, les techniques mathématiques ont progressé. Résultat, la capacité de modélisation est devenue très élevée. »

Les scientifiques ont ainsi pu traiter des problèmes toujours plus ardus, comportant de nombreuses variables. Le CERL a donc élaboré un modèle mathématique très performant, qui permet de réduire la complexité « computationnelle » d’un problème - une question qui mobilise plusieurs équipes dans le monde, à Yale, au MIT, à Polytechnique. … « La voie que nous avons choisie est très efficace, souligne l’enseignant. Quand un problème est deux fois plus complexe qu’un autre, le coût pour le résoudre avec un ordinateur est normalement huit fois plus élevé ; avec notre technologie, ce coût est seulement doublé. Et ainsi de suite… »

Les retombées peuvent être considérables dans nombre de domaines. A Brest, le CERL étudie notamment la propagation des ondes électromagnétiques en milieux complexes - à l’instar du cerveau humain. L’équipe utilise pour cela une sorte de casque muni de 256 capteurs, qui mesurent l’activité des différentes zones cérébrales. De quoi améliorer le diagnostic et obtenir de nouvelles techniques d’imagerie. « Le signal électrique suit un parcours spécifique entre les cellules neuronales. On peut ainsi obtenir une image très précise, et bien moins onéreuse qu’avec l’IRM », indique Francesco Andriulli.

DE MULTIPLES PISTES PROMETTEUSES

Cette « visite virtuelle » du cerveau permettrait de traiter des pathologies diverses : épilepsie, obsessions, troubles de l’attention, dépressions… Elle pourrait aussi être utilisée pour certaines maladies - notamment les maladies optiques. L’équipe du CERL envisage aussi de recourir au « neuro-feedback », qui consiste à faire enchaîner au patient des pensées spécifiques pour lutter contre certains troubles - une méthode qui s’apparente aux techniques de relaxation ou à la « pensée positive ». De nouvelles interfaces homme-machine pourraient également voir le jour, permettant par exemple de commander un ordinateur ou un fauteuil roulant par la pensée.

Dans le domaine industriel, les retombées sont aussi potentiellement très importantes. Ainsi, pour savoir si un téléphone mobile va augmenter la température du cerveau : « Traditionnellement, il faut fabriquer un prototype pour mesurer l’échauffement, expose Francesco Andriulli. C’est coûteux et cela prend beaucoup de temps. Avec l’ingénierie computationnelle, on voit d’emblée comment le modèle va rayonner. »

Les autres pistes prometteuses ne manquent pas : conception et caractérisation de circuits électroniques, conception de « méta-matériaux », d’antennes à très haut débit, de radars… L’équipe du CERL pourrait également lancer plusieurs startups.

« On peut ainsi avoir recours à l’électromagnétisme computationnel chaque fois que le réel est inaccessible - que ce soit le cerveau humain, le soleil, ou même l’intérieur d’une pyramide, qui peut faire l’objet d’une visite virtuelle. En réalité, les sciences computationnelles sont présentes partout », s’enthousiasme le chercheur.

Signe de la qualité de ses travaux, le CERL a obtenu récemment de l’Union européenne un financement de 2 millions d’euros sur cinq ans pour produire un algorithme qui sera mis en ligne et accessible à tous, dans une logique d’open source.

« IMT Atlantique est le bon endroit pour plancher sur ces sujets, assure Francesco Andriulli. L’accent y est mis sur la recherche scientifique, et celle-ci est très présente dans la formation des jeunes ingénieurs, dès la 1ère année du cursus. C’est un endroit idéal pour attirer de jeunes chercheurs. »

SCIENCES & TECHNOLOGIES ::: ARCHEOLOGIE

L’ARCHÉOLOGIE DU BIOLOGIQUE PART À LA RECHERCHE DES PARFUMS PERDUS

Dominique Frère

Professeur d’archéologie et d’histoire de la Méditerranée occidentale, Université de Bretagne Sud

Notre insatiable soif de curiosité nous attire naturellement vers les sites archéologiques les plus prestigieux et vers les contextes visuellement sensationnels, par exemple une tombe monumentale avec défunt accompagné d’un riche matériel en métal. Toutefois, en archéologie, ce sont parfois des indices très discrets, voire même invisibles à l’œil nu, qui apportent des informations susceptibles de renouveler nos connaissances.

AINSI, LE BLOG DU MONDE « Dans les pas des archéologues. Des fouilles au labo » s’est fait l’écho le 17 août15 d’une découverte archéologique apparemment modeste mais en fait exceptionnelle : des abeilles et des produits de la ruche conservés grâce à un incendie dans un habitat étrusque de la plaine du Pô, en Italie.

L’archéologie des produits de la ruche est un domaine de la recherche peu développé à cause du faible nombre de données conservées jusqu’à nous.

Si la cire d’abeille est révélée grâce aux analyses biomoléculaires, le miel et l’hydromel nous échappent en grande partie, hormis quelques rares attestations permises par la palynologie (l’étude des pollens conservés dans les strates archéologiques).

Flacons retrouvés dans des fouilles à Pompéi

Sur le site de Forcello, où les archéologues ont découvert les abeilles et les produits de la ruche, les pratiques des apiculteurs étrusques ont pu exceptionnellement être conservées grâce à un violent incendie dans la fin du VIe s. av. J.-C. (vers 500). Un miel de grande qualité y était extrait mais aussi un produit particulier, le pain d’abeille (bee bread) aux grandes qualités nutritives et thérapeutiques. Les résultats des études archéobotaniques16 faites sur le site italien et publiés dans la revue Journal of Archaeological Science sont d’une grande importance scientifique car ils révèlent ce qui habituellement a disparu par dégradation naturelle.

Vase à parfum étrusque en forme de sanglier. VIIe siècle av. J.-C. Musée de Cerveteri (Italie)

UNE ARCHÉOLOGIE DU BIOLOGIQUE

Nous sommes dans le domaine de l’archéologie des produits biologiques, c’est-à-dire une archéologie portant sur la fabrication de produits alimentaires, médicinaux, cosmétiques à partir principalement de matériaux organiques. Le miel et la cire d’abeille appartiennent à ces catégories de substances biologiques amplement utilisées par nos ancêtres pour des emplois très divers, dont la fabrication de produits cosmétiques et médicinaux.

L’Université Bretagne Sud a piloté deux programmes internationaux de recherche (Perhamo et Magi17), lauréats de l’Agence Nationale de la Recherche concernant l’archéologie des produits biologiques et plus particulièrement la connaissance des substances parfumées et médicinales dans l’antiquité grecque, étrusque, phénico-punique et romaine.

À l’interface entre sciences de la matière et sciences humaines, ces programmes reposaient sur une approche pluridisciplinaire combinant études archéologiques (typologie du matériel, épigraphie, études des contextes de découverte), historiques (textes et images), archéobotaniques (caractérisation des pollens) et analyses chimiques des contenus.

Ces analyses biomoléculaires permettent d’identifier les marqueurs chimiques des matériaux organiques qui ont été contenus dans un récipient en céramique, en verre, en pierre ou en métal. Les matériaux organiques ont, au cours du temps, subi un processus plus ou moins long d’altération et ont perdu leur morphologie d’origine (s’ils en avaient une). La chimie biomoléculaire permet d’accéder à l’invisible en retrouvant des marqueurs de matériaux organiques piégés dans les parois des récipients archéologiques, par exemple les marqueurs de vin, d’huile d’olive, de graisses animales…

MÉTHODES D’IDENTIFICATION

La méthode la plus couramment utilisée est la chromatographie en phase gazeuse/ liquide couplée à la spectrométrie de masse : une technique d’analyse qui sépare les différents composés d’un échantillon pour les identifier. Il s’agit en effet d’une méthode précise, sensible, adaptée à des produits biologiques simples ou complexes, dégradés ou mélangés. L’identification des matériaux repose sur deux étapes d’interprétation :

chaque constituant moléculaire est identifié par son spectre de masse,

les marqueurs sont regroupés en associations moléculaires caractéristiques de produits biologiques, d’où l’identification du matériau initial.

Cette méthode permet de caractériser les matériaux biologiques qui ont été contenus dans un vase antique et de fournir ainsi des données totalement inédites et d’un grand intérêt scientifique aux archéologues.

Les vases à parfum et à cosmétique sont très nombreux dans l’antiquité, attestant d’un usage à la fois quotidien et sacré des résines odorantes, des huiles parfumées et des onguents thérapeutiques.

SECRETS D’APOTHICAIRES

«COMBIEN DE GUIRLANDES TRESSÉES, DE CHARMANTES FLEURS, TU ENLAÇAIS AUTOUR DE TA GORGE DÉLICATE ! COMBIEN DE VASES DE PARFUM, BRENTHIUM OU ROYAL, TU RÉPANDAIS SUR TA CHEVELURE ! »

En Europe méditerranéenne, c’est en particulier à partir du VIIe s. av. J.-C. que la mode du parfum se répand et donne naissance à un commerce maritime de grande ampleur18.

Parmi les nombreux témoignages écrits et iconographiques, la poétesse Sappho de Lesbos19, à la fin du VIIe, début du VIe s. av. J.-C., chante la volupté sensuelle des odeurs florales et des parfums orientaux :

Mais si les textes et les images sont relativement nombreux, nous ne disposons que peu d’informations sur la réalité technique et olfactive des parfums antiques, d’où la nécessité de recourir aux méthodes les plus modernes d’identification des contenus. Les analyses biomoléculaires des contenus de plusieurs centaines de petits flacons faites par le Laboratoire Nicolas Garnier dans le cadre des programmes de recherche Perhamo et Magi20 ont permis de révéler les secrets des apothicaires et parfumeurs de l’antiquité21.

Il existait ainsi une forme ancienne d’hydrodistillation, la « protodistillation » ou distillation par entraînement à la vapeur avec un matériel en céramique22. Mais la technique la plus couramment utilisée était l’enfleurage à chaud soit l’extraction des principes aromatiques d’un végétal par l’intermédiaire d’un corps gras porté à température constante. Le corps gras était plutôt végétal : huile d’olive, huile de lin, huile d’amande…

Des matériaux aromatiques extrêmement diversifiés (sauge, laurier, rose, iris..) étaient mélangés avec du miel et parfois du lait puis étaient mis à macérer dans une huile portée à température constante (60-70°). Étaient ajoutés des composants qui faisaient office de fixateurs et de conservateurs comme de l’oléorésine de conifère, du vinaigre de vin et parfois de la cire d’abeille.

Aryballe (flacon à parfum) étrusque en céramique du V s. av. J.-C. Musée de Dinan

Le résultat était une huile aromatisée à la rose, à la sauge, au laurier… qui pouvait se conserver deux ou trois ans et qui pouvait être mélangée avec d’autres huiles pour la fabrication de parfums complexes ou avec des composants minéraux (comme de la poudre de kaolin) pour l’obtention d’onguents médicinaux.

Prenons l’exemple d’un petit vase étrusque conservé au musée de Dinan, appelé un aryballe (flacon à huile parfumée) datant du VIIe s. av. J.-C.

Une photographie aux rayons X permet de constater que l’intérieur de la panse est occupé par des nodules de tailles et de formes diverses. Observés à l’œil nu et à la loupe binoculaire, il s’avère que chaque nodule est fait de la même matière dure, cassante, de couleur brun clair à brun noir, composée d’une succession de minuscules strates superposées (de l’ordre de 0,1mm). La microscopie électronique a permis de révéler qu’il s’agit de kaolinite. La poudre très fine de kaolin, mélangée aux huiles parfumées, permettait d’obtenir une crème onctueuse. Au fil du temps, à l’intérieur de la tombe, les composants organiques de la crème parfumée se sont dégradés tandis que la matière minérale s’est solidifiée sous la forme de strates très fines qui se sont déposées et superposées au fond du vase.

Nous constatons à quel point la réalité olfactive et matérielle (consistance, couleur) des parfums antiques était ainsi différente de celle des parfums actuels.

En effet, à la différence des parfums contemporains, le principe des parfums antiques reposait sur la mymêsis de la nature, à savoir la captation et la conservation des exhalaisons florales et arbustives. Ce ne sont pas que des effluves agréables qui étaient recherchées, mais des odeurs marquant la présence du sacré ou agissant par leur pouvoir thérapeutique et prophylactique.

La qualité et la fonction d’un parfum dépendaient des matières végétales utilisées, de leur valeur symbolique, leur usage rituel et leur dimension magico-médicinale. 23

15http://archeo.blog.lemonde.fr/2017/08/19/une-etude-revele-les-secrets-de-fabrication-des-apiculteurs-etrusques/

16http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0305440317300857Pvia%3Dihub

17http://bioarchaeo.net/

18http://archeosciences.revues.org/3727

19http://remacle.org/bloodwolf/poetes/falc/sappho/vie.htm

20http://www.bioarchaeo.net/spip.phpPrubrique7

21http://www.dailymotion.com/video/x5oam24

22http://archeosciences.revues.org/3985

23Cet article a été publié la première fois dans TheConversation-Fr, partenaire éditorial de UP’ Magazine

SCIENCES & TECHNOLOGIES ::: BIODIVERSITÉ

DARWIN DÉPASSÉ : DES ESPÈCES ANIMALES ÉVOLUENT EN DEUX GÉNÉRATIONS

Marine Barrio

Journaliste UP’ Magazine

En à peine deux générations, une nouvelle espèce d’oiseau est apparue sur l’île des Galapagos. Phénomène incroyable quand on sait que le rythme de l’évolution s’étend, en général sur de nombreuses générations.

Darwin n’en aurait pas cru ses yeux ! Cette vitesse est à rapprocher des pressions que font peser les humains sur l’évolution de centaines d’espèces, les contraignant à se transformer bon gré mal gré. Ce que l’on sait désormais c’est que tout cela peut aller vite, très vite.

C’EST SUR UNE ÎLE ISOLÉE DE L’ARCHIPEL DES GALAPAGOS