La science infuse

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4 mai 2014

La musique des micro-gouttelettes

La microfluidique permet de produire un flux contrôlé de gouttelettes microscopiques, converti en sons par des physiciens facétieux.

"La musique est une vraie chance pour rapprocher la science et la société". C'est fort de ce constat (et probablement en suivant aussi leur vive curiosité) qu'une équipe de physiciens du Max Planck Institute à Göttingen (Allemagne) et du Centre de recherche Paul Pascal à Bordeaux a mis au point un nouvel instrument de musique baptisé Microfluidic Jukebox (ou Jukebox microfluidique dans une traduction assez transparente). Leur objectif : illustrer de façon ludique les possibilités offertes par la microfluidique, une technologie développée depuis une vingtaine d'années et reconnue en 2001 par la Technology Review du Massachusetts Institute of Technology (États-Unis) comme l'une des "dix technologies émergentes qui vont changer le monde".

La microfluidique est dédiée à l'étude des mouvements de fluides et à leur manipulation à l'échelle micrométrique. Elle repose sur la fabrication de microscopiques canaux (le plus souvent dans des matériaux polymères souples) dans lesquels circulent différents fluides. Les propriétés particulières des écoulements à ces petites échelles permettent d'engendrer des gouttes micrométriques en faisant se rencontrer deux canaux, l'un contenant la phase dite dispersée (le contenu de la goutte) et l'autre la phase dite porteuse (le flux dans lequel va circuler la goutte après l'intersection des deux canaux). Les biologistes se servent notamment de ces systèmes pour placer dans une goutte une cellule unique ou un brin d'ADN, permettant de réaliser des expériences dans un environnement restreint et contrôlé. Pour Patrick Tabeling, pionnier de la microfluidique en France, "dans un certain nombre de domaines à fort enjeu, comme le séquençage d’ADN ou l’affichage, la microfluidique a la capacité d’apporter des innovations révolutionnaires, c’est-à-dire susceptible de modifier en profondeur les techniques actuelles, et d’induire des changements d’importance comparable dans des domaines connexes". Pensait-il à la musique ? C'est peu probable...

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5 avril 2014

La dynastie du roi des animaux

Le lion règne sur la savane depuis plusieurs milliers d'années : où est-il né ?

Où est né le roi de la savane, le lion (Panthera leo) ? Comment a-t-il conquis plusieurs continents, avant de reculer sous les coups de boutoir des chasseurs ? S'il est célébré par de nombreuses civilisations, des empires antiques de Perse et d'Assyrie jusqu'au récit médiéval du Roman de Renart et plus récemment, au Roi lion, l'histoire du grand fauve reste pourtant encore mal connu. Une équipe internationale menée par Ross Barnett, de l'université de Durham (Royaume-Uni), et composée de biologistes venus du Royaume-Uni, du Qatar, des États-Unis, d'Australie, de Suède, du Danemark et de France, a donc cherché à remonter l'arbre généalogique du lion afin de mieux comprendre son évolution au fil des millénaires et son parcours à travers les plaines d'Afrique et d'Asie. 

L'histoire de Panthera leo est difficile à retracer pour plusieurs raisons. Tout d'abord, les fossiles de ses ancêtres sont rares, de part les conditions de fossilisation et de conservation souvent défavorables dans les régions tropicales. Ensuite, plus récemment, la répartition géographique du lion s'est restreinte sévèrement : autrefois l'une des plus vastes de tous les mammifères terrestres (couvrant l'Afrique, l'Asie mais aussi l'Europe, jusqu'à la Sibérie, et l'Amérique, du Pérou à l'Alaska) le grand prédateur s'est mué en proie, et a vu de plus son habitat naturel bouleversé par l'homme. Ainsi, on estime qu'environ un tiers des lions d'Afrique ont été décimés dans les 20 dernières années, alors qu'il ne reste que 400 spécimens du lion d'Asie dans la péninsule de Kâthiâwar, préservés dans le parc national et sanctuaire faunique de Gir. Pour l'Union internationale pour la conservation de la nature (UICN), le lion d'Afrique est aujourd'hui une espèce vulnérable et le lion d'Asie est en danger d'extinction.

La photo de famille reste singulièrement vide, les "survivants" africains et indiens ne donnant qu'une image incomplète de la répartition géographique du fauve il y a encore quelques millénaires, voire quelques siècles. Pour résoudre cette difficulté, les chercheurs se sont tournés vers... les squelettes conservés dans les musées. Les réserves du Muséum national d'histoire naturelle de Paris ont ainsi été mises à contribution : Jacques Cuisin, co-auteur de cette étude et responsable de la plateforme de Préparation/Restauration du musée parisien, a sorti des collectes nationales 10 spécimens prélevés par le passé, dont certains dans des régions comme le Maghreb et l'Iran où les lions ont aujourd'hui disparu.

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2 avril 2014

Le microbe qui a failli éradiquer toute vie sur Terre

Les trilobites font partie des nombreuses espèces marines à avoir disparu lors de la grande extinction permienne.

Il y a environ 252 millions d'années, la vie sur Terre a failli prendre fin. En l'espace de 20 000 ans - une période assez brève à l'échelle géologique - plus de 95 % des espèces marines (comme les trilobites) et près de trois quart des vertébrés terrestres ont été rayées de la surface de la carte. Quelle succession d'événements ont pu ainsi provoquer la plus grande crise biotique qu'ait connu la Terre ? C'est la question à laquelle s'est attelée l'équipe de Daniel Rothman, au Massachusetts Institute of Technology (États-Unis), épaulée par Changqun Cao, paléobiologiste de l'Institut de géologie et de paléontologie de Nankin (Chine), peu satisfaits des différentes théories qui ont vu le jour à propos de "la mère de toutes les extinctions de masse", selon le paléobiologiste américain Douglas Erwin.

Pour mieux comprendre les causes de l'extinction permienne, ainsi baptisée car marquant la fin de l'ère géologique du Permien (et le début du Trias), les chercheurs se sont envolés à Meishan, situé dans la province du Sichuan, au centre-ouest de la Chine. Leur objectif : analyser les roches de cette région, qui constituent pour les géologues le stratotype (c'est-à-dire l'affleurement-type) de la limite permo-triasique. Daniel Rothman et ses collègues se sont particulièrement intéressés à l'analyse du carbone contenu dans ces roches, laquelle indique une forte instabilité au moment de la transition Permien-Trias. Faut-il voir dans ce déséquilibre du cycle du carbone la trace d'événements volcaniques majeurs qui ont eu lieu à cette époque en Sibérie, et qui seraient responsables de l'extinction permienne selon une étude canadienne publiée en 2011 ?

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16 février 2014

La science du lancer de fléchettes

Bien lancer la fléchette, et au bon moment : voici les deux clés pour atteindre le centre de la cible.

Vous êtes nuls aux fléchettes et ratez immanquablement le mille (voire la cible) ? Ne manquez pas la dernière étude menée par une équipe de l'université d'Osaka (Japon) qui a décortiqué les différentes stratégies gagnantes pour devenir un pro des darts (terme retenu par la fédération française de ce sport, qui ne devrait pas rejoindre l'élite des sports olympiques avant les JO de 2024). Les chercheurs japonais ont pour cela comparé les performances de huit experts et huit novices dans les conditions homologuées : une cible à 1,73 m du sol, distante de 2,44 m, avec en son centre une "bulle" (bull's eye en anglais) de 4,4 cm de diamètre. Quelle est la meilleure technique pour planter sa fléchette dans la bulle à tous les coups ?

Chaque participant - qui a lancé à 60 reprises sa fléchette - était équipé de plusieurs capteurs, au niveau de l'épaule, du coude, du poignet, des articulations métacarpo-phalangiennes (AMP) et de l'extrémité de son index : une caméra rapide filmant à 480 images par seconde permettait de suivre avec précision le mouvement du bras qui propulse la fléchette. À partir d'une équation modélisant la trajectoire de la fléchette une fois lancée, il est alors possible de prédire sa position finale sur la cible pour un lancer qui interviendrait à n'importe quel moment du mouvement de bras du lanceur. Ces extrapolations permettent notamment de déterminer le moment optimal pour le lancer, c'est-à-dire celui qui envoie la fléchette au centre exact de la bulle. Les chercheurs japonais ont ainsi calculé pour chaque lancer l'erreur temporelle (notée Et), égale au délai séparant le lancer réel du lancer optimal. Un autre paramètre important est la fenêtre temporelle, notée TSZ (Time in Success Zone), pendant laquelle un lancer permet au joueur d'atteindre la bulle. Cette fenêtre dépend du mouvement de la main imprimé par le lanceur : plus elle est importante, plus celui-ci peut être imprécis dans le moment de son lancer et compenser ainsi une grande erreur temporelle.

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