symétrie

Ce livre est le récit d'un étonnement, d'un émerveillement, devant un prodige de la nature. Ce prodige se matérialise chaque fois qu'un flocon de neige se forme, qu'un cristal d'argent se dépose au fond d'une mine, qu'une bulle d'air s'immisce dans de l'huile, qu'un éclair se propage dans le ciel : soudain, un arbre apparaît, un arbre 'naturel' dont l'incroyable complexité frappe au premier regard. (...) Ce prodige se manifeste partout, dans toutes les disciplines : géologie, minéralogie, chimie, physique du solide, hydrodynamique, électrostatique et, bien entendu, biologie, puisque c'est bien dans cette discipline que les structures arborescentes sont les plus nombreuses et, aussi, les moins inattendues. Alors qu'y a-t-il de commun entre ces structures ? Que nous révèlent-elles sur les lois de la nature, cachent-elles un principe morphologique universel ?...

Auteur: Fleury Vincent

Info: Arbres de pierre

[ matière ] [ esthétique ]

ouverture

Lorsque la guerre s'achève enfin, je ne sais pas trop quoi faire. ... J'ai fait le point sur mes qualifications. Un diplôme médiocre, quelque peu compensé par mes réalisations à l'Amirauté. Une connaissance de certaines parties restreintes du magnétisme et de l'hydrodynamique, deux sujets pour lesquels je n'éprouvais pas le moindre enthousiasme.

Aucun article publié... [Ce n'est que progressivement que j'ai réalisé que ce manque de qualification pouvait être un avantage. Lorsque la plupart des scientifiques atteignent l'âge de trente ans, ils sont pris au piège de leur propre expertise. Ils se sont tellement investis dans un domaine particulier qu'il est souvent extrêmement difficile, à ce moment de leur carrière, d'opérer un changement radical. Pour ma part, je ne connaissais rien, si ce n'est une formation de base en physique et en mathématiques quelque peu démodée et une capacité à me tourner vers la nouveauté. ... Comme je ne savais rien, j'étais presque totalement libre de mes choix. ...

Auteur: Crick Francis Harry Compton

Info: In What Mad Pursuit (1988).

[ jeunesse ] [ ignorance ] [ curiosité ]

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

[ épigénétique ] [ chréode ] [ océanique ] [ tétravalence ]

nanomonde

Pour la première fois, des physiciens observent des tourbillons d’électrons !

À l’instar de ce tourbillon d’eau, il peut exister des tourbillons d’électrons sous certaines conditions.

Des chercheurs du MIT aux États-Unis et de l’Institut Weismann en Israël ont réussi à apercevoir ce phénomène pour la première fois ! Prévu depuis de longues années, mais jamais observé, ce comportement caractéristique des fluides pourrait servir à la mise au point de systèmes électroniques à très basse consommation.

Qu’est-ce que des tourbillons d’électrons ?

Les tourbillons d’électrons observés par les scientifiques se comportent comme des fluides. Un fluide est constitué de particules pouvant s’écouler librement et peut être un liquide, un gaz et un plasma.

Un fluide est caractérisé par une grande mobilité de ses molécules. Celles-ci peuvent se mouvoir sans être limitées à une position précise comme dans les solides. Bien que tous les fluides soient compressibles, les gaz le sont beaucoup plus que les liquides et les plasmas. Les molécules des fluides sont maintenues entre elles par des forces d’interactions faibles. Elle sont appelées forces de Van der Walls qui assurent leur cohésion au sein du fluide.

L’eau reste le fluide le plus abondant sur Terre capable de s’écouler librement pour former les ruisseaux, les rivières et de vastes étendues d’eau. Telles que les lacs, les mers et les océans par exemple. Ces masses d’eau sont sujettes à la formation de courants, de vagues et de tourbillons.

On pourrait se demander si un courant électrique constitué d’un ensemble d’électrons en mouvement peut se comporter comme un fluide. Dans des conditions normales, les électrons qui sont infiniment plus petits que des molécules d’eau sont influencés par leur environnement. Par exemple le métal qu’ils traversent. Et  ils ne se comportent pas comme un fluide.

Cependant, la théorie prévoit depuis bien longtemps qu’à des températures très basses proches du zéro absolu (-273 °C), les électrons peuvent s’écouler à la manière d’un fluide pour autant que le matériau dans lequel ils circulent soit pur et sans aucun défaut. Jusqu’à aujourd’hui, cette théorie n’avait jamais été observée.

Les électrons peuvent former un fluide visqueux

Normalement, lorsque des électrons circulent au sein d’un matériau conducteur tel qu’un fil de cuivre, ou dans un matériau semi-conducteur comme le silicium, leur trajectoire est influencée par la présence d’impuretés au sein du matériau. Les vibrations des atomes qui composent le matériau conducteur ou semi-conducteur influencent aussi la trajectoire et le déplacement des électrons. Chaque électron se comporte alors comme une particule individuelle.

Par contre, dans un matériau d’une très grande pureté, dans lequel toutes les impuretés auraient été supprimées, les électrons ne se comportent plus comme des particules individuelles. Ils agissent alors comme des particules quantiques, chaque électron captant les comportements quantiques de ses congénères. Les électrons se déplacent ensemble et forment ce que les physiciens appellent un fluide électronique visqueux.

Il y a quelques années des chercheurs de l’université de Manchester en Angleterre avaient déjà prouvé que des électrons étaient capables de se comporter en fluide. Ceci en réalisant une expérience avec du graphène. Ce matériau est un simple feuillet constitué uniquement d’atomes de carbone disposés suivant un motif hexagonal et de l’épaisseur d’un atome. En faisant passer un courant électrique dans un mince canal "creusé" dans ce matériau, ils se sont rendu compte que la conductance des électrons était bien supérieure à la conductance des électrons libres. Les électrons s’écoulaient donc comme un fluide régulier.

L’une des caractéristiques les plus étonnantes d’un fluide comme l’eau est sa capacité à produire un tourbillon lorsqu’elle s’écoule. Les chercheurs du MIT et de l’institut Weismann ont tenté de découvrir si les électrons peuvent aussi s’écouler sous la forme de tourbillons.

Pour le vérifier, les chercheurs ont utilisé du ditelluride de tungstène de formule chimique WTe2, un composé semi-métallique extrêmement pur et présentant des propriétés quantiques lorsqu’il est épais de seulement un atome. Pour effectuer une comparaison avec un métal ordinaire, ils ont utilisé de fines paillettes d’or.

Ils ont gravé dans les fines paillettes de ditelluride de tungstène et dans celles d’or, un fin canal relié, au niveau de la moitié du canal, à deux chambres circulaires situées de part et d’autre du canal. Ces deux systèmes ont ensuite été placés à une température de -268,6 °C, proche du zéro absolu, puis les canaux ont été soumis au passage d’un courant électrique.

En réalisant des mesures en différents points, les chercheurs se sont rendu compte que dans l’or, le flux d’électrons se dirigeait toujours dans la même direction, que ce soit dans les deux chambres adjacentes et dans le canal.

Par contre, dans le ditelluride de tungstène, les électrons se sont mis à former des tourbillons dans les deux chambres circulaires en inversant leur direction. Puis sont revenus dans le canal central.

Ces résultats très encourageants sont probablement le signe d’un nouveau type d’écoulement hydrodynamique dans des cristaux très fin  d’une grande pureté. Cela ouvre la voie à la création de nouveaux dispositifs électronique nécessitant de faibles puissances de fonctionnement.

Auteur: Internet

Info: https://www.science-et-vie.com, 6 fév 2023, Source, revue Nature, juillet 2022 : Aharon-Steinberg, A., Völkl, T., Kaplan, A. et al.,”Direct observation of vortices in an electron fluid », Nature, 607, 74–80 (2022), https://doi.org/10.1038/s41586-022-04794-y

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