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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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cladistique vs phénétique

L'évolution de la vie sur terre: aléatoire ou prévisible ?

L'évolution des êtres vivants met en jeu de nombreux phénomènes aléatoires tels que mutations, rencontres des ovules et spermatozoïdes, accidents météorologiques, etc... Notre monde vivant est-il donc juste une alternative parmi tant d'autres ? Dans une étude publiée dans la revue Interface Focus, Virginie Orgogozo à l'Institut Jacques Monod, revisite la question à la lumière des données actuelles. Elle montre qu'au cours de l'évolution de la vie sur terre, des événements se répètent et semblent prévisibles. Si on rembobinait le film de la vie sur terre et qu'on le relançait en changeant légèrement les conditions initiales, obtiendrait-on les mêmes formes vivantes qu'aujourd'hui ?

Le paléontologue américain Stephen Jay Gould s'était posé la question dans les années 90. Il avait répondu que des formes de vie tout-à-fait différentes seraient apparues car l'évolution dépend de nombreux phénomènes aléatoires non prévisibles (mutations, impact des comètes, etc.). Depuis quelques années, certains biologistes, tel que le paléontologue anglais Simon Conway Morris, remettent en doute la réponse de Stephen Jay Gould. Ils suggèrent que même si le monde ne serait probablement pas exactement pareil, par exemple vous ne seriez pas en train de lire ce texte en ce moment précis, il aurait malgré tout un air de "déjà-vu". Par exemple, les animaux qui nagent dans un milieu liquide auraient un corps en forme de poisson, et la vision de la lumière s'effectuerait grâce à des organes spécialisés que sont les yeux.

L'évolution de la vie est-elle une simple alternative parmi tant d'autres, comme le pensait Stephen Jay Gould, ou bien est-elle prévisible ?

Virginie Orgogozo examine les données actuelles de la génétique et de l'évolution expérimentale pour tenter de répondre à la question. Les données récentes de la biologie indiquent que l'évolution se répète à plusieurs niveaux.

- Premièrement, des traits de caractère semblables sont apparus indépendamment chez différentes espèces vivant dans les mêmes conditions (c'est l'évolution convergente). Par exemple, les poissons et les ichtyosaures, des reptiles disparus, ont évolué indépendamment vers un corps en forme de poisson.

- Deuxièmement, les mêmes traits de caractère et les mêmes mutations apparaissent souvent lors d'expériences d'évolution expérimentale dans lesquelles on laisse évoluer des êtres vivants dans un environnement choisi et que l'on répète cette même expérience plusieurs fois de façon indépendante.

- Troisièmement, l'évolution indépendante du même trait de caractère chez des espèces différentes est souvent causée par des mutations dans le même gène. Par exemple, l'adaptation à une nourriture riche en amidon s'est accompagnée de mutations dans la même famille de gènes chez l'homme et chez le chien. Toutes ces répétitions sont relativement inattendues: si l'évolution était extrêmement sensible aux conditions initiales, on ne devrait pas observer tant de répétitions. Virginie Orgogozo en conclut que l'évolution de la vie sur terre n'est peut-être pas aussi aléatoire que ce qu'on aurait pu croire, et qu'il est possible de faire des prédictions concernant l'évolution des êtres vivants. Ainsi, on peut prédire qu'un mammifère vivant en région polaire va évoluer avec un pelage blanc, ou qu'une plante Arabette des dames qui fleurit plus tôt a de grandes chances d'avoir une mutation dans le gène FRIGIDA.

Comment l'évolution peut-elle être prévisible alors qu'elle met en jeu de nombreux phénomènes aléatoires ?

Virginie Orgogozo l'explique par analogie avec un gaz parfait dans un récipient. Au niveau microscopique, on ne peut prédire ni la position, ni le poids, ni la vitesse des particules. Par contre, au niveau macroscopique, on peut prédire la pression ou la température de ce gaz. Ainsi, même si les mutations apparaissent de façon non prévisible au sein des êtres vivants, on peut prédire les mutations qui ont survécu pendant de longues échelles de temps dans les populations et qui sont responsables de changements évolutifs entre espèces ou entre populations.

Plutôt que de savoir si les formes vivantes seraient différentes des nôtres si on relançait le film de l'évolution, Virginie Orgogozo préfère se demander à quel point elles seraient semblables à celles de notre monde. Répondre à cette question nécessite alors d'examiner les problèmes suivants: comment imaginer d'autres mondes possibles alors que nous sommes limités par notre imagination ? Comment estimer la probabilité d'occurrence d'événements qui ne se sont passés qu'une seule fois au cours de notre évolution ? Peut-on trouver de nouveaux concepts généraux pour prédire l'évolution ? La biologie actuelle commence à apporter des éléments de réponse. Même si il est trop tôt pour s'avancer, l'évolution de la vie sur terre pourrait être en partie prévisible.

Auteur: Orgogozo Virginie

Info: Pour plus d'information voir: Replaying the tape of life in the twenty-first century

[ probabilités ] [ spéculation ]