sciences

Des bulles de savon pour prévoir l'intensité des ouragans et des typhons ? C'est en partant de cette question qui peut paraître étonnante que des physiciens du Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine (CNRS/université de Bordeaux) ont réalisé une expérience pour le moins originale: ils ont utilisé des bulles de savon pour modéliser les écoulements atmosphériques. Résultat: l'étude détaillée de la vitesse de rotation des tourbillons sur les bulles a permis d'en tirer une loi qui régit de façon précise l'évolution de leur intensité et de proposer un modèle simple pour prévoir celle des cyclones.
Ces résultats menés en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de mathématiques de Bordeaux (CNRS/université de Bordeaux/Institut polytechnique de Bordeaux) et une équipe de l'Université de la Réunion viennent d'être publiés dans la revue Nature Scientific Reports.
Prévoir l'intensité ou la force des vents des cyclones tropicaux, typhons ou ouragans est un objectif majeur en météorologie: la vie de centaines de milliers de personnes peut en dépendre. Or, malgré des progrès récents, cette prévision reste difficile à faire car elle fait intervenir de nombreux facteurs liés à la complexité de ces tourbillons géants et à leur interaction avec l'environnement. Une nouvelle piste de recherche vient d'être ouverte par les physiciens du Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine (CNRS/Université Bordeaux 1) qui ont réalisé une expérience originale avec... des bulles de savon.
Les chercheurs ont réalisé des simulations d'écoulements sur des bulles de savon, reproduisant la courbure de l'atmosphère et s'approchant le plus possible d'un modèle simple d'écoulements atmosphériques. L'expérience a permis d'obtenir des tourbillons qui ressemblent à des cyclones et dont la vitesse de rotation ou intensité montre une dynamique étonnante: celle-ci commence par être faible au départ ou juste après la naissance du tourbillon puis augmente de façon importante dans le temps. Après cette phase d'intensification, le tourbillon atteint son intensité maximale et amorce ensuite une phase de décroissance.
L'étude détaillée de la vitesse de rotation de ces tourbillons a permis d'en tirer une loi simple qui régit de façon précise l'évolution de leur intensité. Cette loi permet par exemple d'estimer l'intensité maximale que va atteindre le tourbillon et la durée nécessaire pour l'atteindre à partir de son évolution initiale. Cette prévision peut commencer une cinquantaine d'heures après la formation du tourbillon, période représentant à peu près le quart de sa durée de vie pendant laquelle les vitesses des vents s'intensifient.
Les chercheurs ont ensuite voulu vérifier que ces résultats étaient applicables sur de vrais cyclones. En appliquant la même analyse sur près de 150 cyclones de l'océan Pacifique et de l'océan Atlantique, il s'est avéré que cette loi était valable pour ces dépressions météorologiques. Ces travaux de physique proposent donc un modèle simple qui pourrait aider à l'avenir les météorologues à mieux prévoir l'intensité des ouragans.

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[ analogie ]

biophysique

Des forces physiques établissent la forme globale des embryons aux premiers jours du développement

Le mouvement de repli et d'étirement des tissus au moment de la formation de la tête a été suivi avec une très grande précision sur des embryons vivants, au stade exact de formation du pli céphalique par Vincent Fleury du laboratoire de Matière et Systèmes Complexes (CNRS/Université Paris-Diderot-Paris 7). Ces observations révèlent que la formation de l'ébauche de la tête est une conséquence purement physique de la collision des parties gauche et droite de l'embryon qui s'aplatissent l'une contre l'autre comme de la guimauve.

Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue European Physical Journal E. Depuis plusieurs années, un mouvement scientifique se dessine en biologie du développement, qui attribue la morphogenèse des embryons à des mouvements de grande ampleur, se produisant aux premiers jours de développement, quand les embryons sont très petits. Ces mouvements de nature hydrodynamique, établissent la forme globale des animaux, en particulier celle des vertébrés tétrapodes. Les parties de l'animal, établies très tôt en tant que simples ébauches, se développent et grandissent ensuite. Elles se "révèlent" dans la forme finale en conservant le "plan" fixé au début du phénomène. Une question centrale posée est celle du rôle respectif d'instructions génétiques localisées et spécifiques, causant " l'apparition " d'une partie du corps comme, par exemple, la tête ou les pattes et le rôle des grands mouvements de tissu, qui plient et enroulent la matière vivante comme de la pâte à modeler en créant certaines formes par le simple jeu des forces physiques, oeuvrant dans une pâte molle, étirée et enroulée.

En mesurant avec une très grande précision les champs de vitesse au moment exact de la collision Vincent Fleury montre expérimentalement et confirme, par une analyse mathématique des champs de vecteurs, que le mouvement est continu, à vitesse constante pendant l'ensemble du phénomène. La seule discontinuité, massive celle-là, est due à la collision des deux moitiés le long de l'axe dorsal qui ouvre le pli de la tête, comme un drapé de tissu, sous l'effet des contraintes visco-élastiques. Des travaux analogues, en collaboration avec O. Boryskina et Alia Al-Kilani, montrent que des effets semblables se produisent pendant la formation des pattes. Ainsi, ce travail suggère que le simple écoulement de la matière embryonnaire suffit à générer les parties les plus importantes du corps, sans qu'il soit besoin de rétroactions génétiques complexes pour expliquer " l'apparition " soudaine de formes nouvelles au cours de l'évolution.

La forme globale de l'animal et les différences observées le long du corps (tête, dos, queue) et latéralement (membres avant et arrière) seraient une conséquence automatique de la nature hydrodynamique des enroulements de tissu se comportant comme des tourbillons hydrodynamiques entrant en collision, ce qu'on appelle en physique une brisure de symétrie quadripolaire.

Auteur: Fleury Vincent

Info: A change in boundary conditions induces a discontinuity of tissue flow in chicken embryos and the formation of the cephalic fold, Eur. Phys. J. E, 34, 7, 2011. Doi

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panspermie

Origine de la vie: la pièce manquante détectée dans une "comète artificielle"
Pour la première fois, des chercheurs montrent que le ribose, un sucre à la base du matériel génétique des organismes vivants, a pu se former dans les glaces cométaires. Pour parvenir à ce résultat, des scientifiques de l'Institut de chimie de Nice (CNRS/Université Nice Sophia Antipolis) ont analysé très précisément une comète artificielle créée par leurs collègues de l'Institut d'astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud). Ils présentent ainsi, en collaboration avec d'autres équipes dont une du synchrotron SOLEIL, le premier scénario réaliste de formation de ce composé essentiel, encore jamais détecté dans des météorites ou dans des glaces cométaires. Étape importante dans la compréhension de l'émergence de la vie sur Terre, ces résultats sont publiés dans la revue Science le 8 avril 2016.
Le traitement ultraviolet des glaces pré-cométaires (à gauche) reproduit l'évolution naturelle des glaces interstellaires observées dans un nuage moléculaire (à droite, les piliers de la création), conduisant à la formation de molécules de sucre.Image de gauche © Louis Le Sergeant d'Hendecourt (CNRS).Image de droite © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Tous les organismes vivants sur Terre, ainsi que les virus, ont un patrimoine génétique fait d'acides nucléiques - ADN ou ARN. L'ARN, considéré comme plus primitif, aurait été l'une des premières molécules caractéristiques de la vie à apparaitre sur Terre. Les scientifiques s'interrogent depuis longtemps sur l'origine de ces molécules biologiques. Selon certains, la Terre aurait été "ensemencée" par des comètes ou astéroïdes contenant les briques de base nécessaires à leur construction. Et effectivement, plusieurs acides aminés (constituants des protéines) et bases azotées (l'un des constituants des acides nucléiques) ont déjà été trouvés dans des météorites, ainsi que dans des comètes artificielles, reproduites en laboratoire. Mais le ribose, l'autre constituant-clé de l'ARN, n'avait encore jamais été détecté dans du matériel extraterrestre, ni produit en laboratoire dans des conditions "astrophysiques". En simulant l'évolution de la glace interstellaire composant les comètes, des équipes de recherche françaises ont réussi à former du ribose - étape importante pour comprendre l'origine de l'ARN et donc les origines de la vie.
Le ribose (et des molécules de sucres apparentées, comme l'arabinose, le lyxose et le xylose) ont été détectés dans des analogues de glaces pré-cométaires grâce à la chromatographie multidimensionnelle en phase gazeuse. Le ribose forme le "squelette" de l'acide ribonucléique (ARN), considéré comme le matériel génétique des premiers organismes vivants.© Cornelia Meinert (CNRS)
Dans un premier temps, une "comète artificielle" a été produite à l'Institut d'astrophysique spatiale: en plaçant dans une chambre à vide et à ? 200 °C un mélange représentatif d'eau (H2O), de méthanol (CH3OH) et d'ammoniac (NH3), les astrophysiciens ont simulé la formation de grains de poussières enrobés de glaces, la matière première des comètes. Ce matériau a été irradié par des UV - comme dans les nébuleuses où se forment ces grains. Puis, l'échantillon a été porté à température ambiante - comme lorsque les comètes s'approchent du Soleil. Sa composition a ensuite été analysée à l'Institut de chimie de Nice grâce à l'optimisation d'une technique très sensible et très précise (la chromatographie multidimensionnelle en phase gazeuse, couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol). Plusieurs sucres ont été détectés, parmi lesquels le ribose. Leur diversité et leurs abondances relatives suggèrent qu'ils ont été formés à partir de formaldéhyde (une molécule présente dans l'espace et sur les comètes, qui se forme en grande quantité à partir de méthanol et d'eau).
Le ribose se forme dans le manteau de glace des grains de poussière, à partir de molécules précurseurs simples (eau, méthanol et ammoniac) et sous l'effet de radiations intenses.© Cornelia Meinert (CNRS) & Andy Christie (Slimfilms.com)
S'il reste à confirmer l'existence de ribose dans les comètes réelles, cette découverte complète la liste des "briques moléculaires" de la vie qui peuvent être formées dans la glace interstellaire. Elle apporte un argument supplémentaire à la théorie des comètes comme source de molécules organiques qui ont rendu la vie possible sur Terre... et peut-être ailleurs dans l'Univers.
Ces travaux ont bénéficié du soutien financier de l'Agence nationale de la recherche et du CNES.

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Info: http://www.techno-science.net, 9 04 2016

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