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LE CHAMP MAGNETIQUE DE LA TERRE

 

Paris, 14 octobre 2011

Le champ magnétique terrestre s'inverse au rythme de la tectonique des plaques

Au cours de l'histoire de la Terre, le champ magnétique s'est inversé à de nombreuses reprises, à un rythme irrégulier. De longues périodes sans inversion ont été séparées par des phases de renversements plus fréquents. Quelle est l'origine des inversions et de leur irrégularité ? Des chercheurs du CNRS et de l'Institut de Physique du Globe (1) apportent un élément de réponse nouveau en démontrant que la fréquence des inversions dépend de la répartition des plaques tectoniques à la surface du globe ces 300 derniers millions d'années. Ce résultat ne signifie pas que les plaques terrestres déclenchent elles-mêmes le basculement du champ magnétique. Il établit que si le phénomène d'inversion se produit in fine dans le noyau liquide de la Terre, il est sensible à ce qui se passe hors du noyau, plus précisément dans le manteau terrestre. Ces travaux sont publiés le 16 octobre 2011 dans Geophysical Research Letters.

Le champ magnétique terrestre est produit par les écoulements du fer liquide qui ont lieu dans le noyau, trois mille kilomètres sous nos pieds. Comment l'idée d'une relation entre la tectonique des plaques et le champ magnétique est-elle venue aux chercheurs ? De la découverte que la symétrie des écoulements de fer liquide joue un rôle dans les inversions magnétiques : des expériences et de travaux de modélisation réalisés ces cinq dernières années ont en effet montré qu'une inversion survient lorsque les mouvements de métal en fusion ne sont plus symétriques par rapport au plan de l'équateur. Cette « brisure de symétrie » se ferait progressivement : elle commencerait d'abord dans une zone située à la frontière noyau-manteau (le manteau sépare le noyau liquide de l'écorce terrestre), puis gagnerait l'ensemble du noyau (constitué de fer liquide).

Prolongeant ces recherches, les auteurs de l'article se sont demandés si une trace des brisures de symétrie initiales, à l'origine des inversions qui ont jalonné l'histoire de la Terre, se retrouvait dans les seules archives des écoulements géologiques à grande échelle que nous possédons, c'est-à-dire les déplacements des continents (ou tectonique des plaques). Il y a 200 millions d'années, la Pangée, nom donné au supercontinent rassemblant la quasi-totalité des terres, a commencé à se disloquer en une multitude de morceaux qui ont façonné la Terre comme on la connait aujourd'hui. En faisant le bilan de la surface des continents situés dans l'hémisphère Nord et ceux dans l'hémisphère Sud, les chercheurs ont pu calculer un degré d'asymétrie (par rapport à l'équateur) dans la répartition des continents durant cette période.

La conclusion ? Le degré d'asymétrie a varié au même rythme que le taux d'inversions magnétiques (nombre d'inversions par million d'années). On peut presque superposer les deux courbes tant elles ont évolué en parallèle. Autrement dit, plus le centre de gravité des continents s'éloignait de l'équateur, plus le rythme des inversions s'accélérait (jusqu'à atteindre huit par million d'années pour un degré d'asymétrie maximal).

Que faut-il en déduire sur le mécanisme à l'origine des inversions ? Les scientifiques envisagent deux scénarios. Dans le premier, les plaques terrestres pourraient être directement responsables des variations de la fréquence des renversements : après leur plongée dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction, les plaques parviendraient jusqu'au noyau, où elles modifieraient les écoulements de fer. Dans le second, les mouvements des plaques ne feraient que refléter le brassage de matière à l'œuvre dans le manteau et notamment à la base de celui-ci. Dans les deux cas, ce sont bien des mouvements de roches extérieures au noyau qui provoqueraient l'asymétrie des écoulements dans le noyau liquide, et détermineraient la fréquence des inversions.

Notes :

(1) Laboratoire de physique statistique de l'ENS (Ecole normale supérieure/CNRS/UPMC/Université Paris Diderot) et Institut de physique du globe de Paris (CNRS/IPGP/Université Paris Diderot)

Références :

Plate Tectonics May Control Geomagnetic Reversal Frequency. F. Pétrélis, J. Besse, J.-P. Valet. Geophysical Research Letter. 16 octobre 2011.

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LES NEUTRINOS DANS L'UNIVERS

 

Les neutrinos dans l'Univers


Notre corps humain contient environ 20 millions de neutrinos issus du big bang, émet quelques milliers de neutrinos liés à sa radioactivité naturelle. Traversé en permanence par 65 milliards de neutrinos par cm2 par seconde venus du Soleil, il a été irradié le 23 février 1987 par quelques milliards de neutrinos émis il y a 150000 ans par l'explosion d'une supernova dans le Grand Nuage de Magellan. Les neutrinos sont également produits dans l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère ou dans les noyaux actifs de galaxies… Quelle est donc cette particule présente en abondance dans tout l'Univers où elle joue un rôle-clé ? Inventé par W.Pauli en 1930 pour résoudre le problème du spectre en énergie des électrons dans la désintégration b, le neutrino fut découvert par F.Reines et C.Cowan en 1956, auprès du réacteur nucléaire de Savannah River (Caroline du Sud). Il n'a plus depuis quitté le devant de la scène, que ce soit chez les physiciens des particules, les astrophysiciens ou les cosmologistes. Cette particule élémentaire, sans charge électrique, n'est soumise qu'à l'interaction faible, ce qui lui permet de traverser des quantités de matière importantes sans interagir. En 1938, H.Bethe imaginait que des réactions nucléaires de fusion étaient au coeur de la production d'énergie des étoiles, en premier lieu le Soleil. Dans les années 60, les astrophysiciens se lancent dans la construction de modèles solaires et des expérimentateurs dans la construction de détecteurs pour les piéger. Il a fallu attendre 2002 pour comprendre que le déficit de neutrinos solaires observé (le célèbre "problème des neutrinos solaires") était dû à un phénomène lié à la mécanique quantique, appelé l'oscillation des neutrinos. La mise en évidence de cette oscillation a apporté la preuve décisive que les neutrinos avaient une masse non nulle. Nous ferons le point sur cette particule fascinante après les découvertes récentes.

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LES ULTRASONS

 

Paris, 26 MARS 2010

Comment se déplacent des gouttes par ultrasons ?


Comprendre les mécanismes physiques qui permettent de déplacer une goutte en propageant une onde acoustique le long du substrat sur lequel elle repose : c'est le pari réussi des chercheurs de l'Institut d'électronique de microélectronique et nanotechnologies (CNRS/Université Lille 1/Ecole Centrale de Lille). Ils sont parvenus à détailler la structure des ultrasons qui se propagent dans la goutte et entraînent son oscillation puis son déplacement. Ces résultats, publiés dans la revue Physical Review E, pourraient être mis à profit pour optimiser les analyses biochimiques réalisées sur des puces à ADN, qui utilisent des gouttes de liquides biologiques.
Les chercheurs lillois ont étudié la dynamique d'une petite goutte posée sur un substrat, le long duquel se propage une onde acoustique (1), comparable aux premières ondes détectées par les sismographes au cours de secousses sismiques. Quel est l'effet de ce mini tremblement de terre sur la goutte ? Les chercheurs observent (voir le film ci-dessous, réalisé à la caméra rapide à 5000 images par seconde) que la goutte se déplace dans le sens de propagation de l'onde à une vitesse pouvant atteindre quelques centimètres par seconde. De plus, la forme de la goutte est modifiée : la goutte se met à osciller et elle est périodiquement étirée vers le haut et aplatie.
Pourquoi cette dynamique ? Les ondes acoustiques propagées présentent la particularité de se déplacer uniquement à la surface du substrat, sans y pénétrer. Elles ne subissent donc pas de déviation ou de réflexion et sont ainsi peu atténuées. Leur amplitude, de l'ordre du nanomètre, et leur fréquence, autour de 20 MHz (2), produisent des accélérations significatives : le substrat subit des déformations locales de 1 à 2 nanomètres répétées à un intervalle très court, ce qui fait osciller la goutte, la déforme et entraîne son déplacement dans le sens de propagation de l'onde.

Si l'on avait déjà observé ce phénomène, on ne connaissait pas les mécanismes physiques qui en étaient à l'origine. L'équipe de l'Institut d'électronique de microélectronique et nanotechnologies (CNRS/Université Lille 1/Ecole Centrale de Lille). en réunissant des concepteurs de microsystèmes, des acousticiens et des dynamiciens des fluides, ont identifié les mécanismes acousto-fluidiques conduisant à cette dynamique oscillatoire surprenante. Ils ont en effet réalisé une étude quantitative expérimentale ainsi que des simulations numériques qui leur ont donné la structure détaillée de l'onde acoustique à l'intérieur de la goutte.
Ils montrent que l'onde acoustique est en partie rayonnée dans le liquide, et en raison de la viscosité de ce dernier, il se crée un phénomène dit « d'acoustic streaming », comparable au phénomène qui produit un léger courant d'air à proximité d'un haut-parleur puissant. Ainsi, l'onde acoustique peut produire un écoulement constant et directionnel. Un autre phénomène s'additionne au précédent : si l'onde acoustique n'est que partiellement atténuée par la viscosité du liquide, elle parvient à atteindre l'interface entre le liquide et l'air de la goutte. La conservation de la quantité de mouvement à cette interface et la différence d'indices acoustiques entre l'eau et l'air induisent alors une pression de radiation qui déforme l'interface. Cette pression couplée à la dynamique propre de la goutte crée des oscillations.

Les applications de ce phénomène sont multiples. Tout d'abord, déplacer des petites gouttes permet de sécher sélectivement certaines parties d'une surface. Cette propriété pourrait être utile lorsque des gouttes sont confinées dans certaines zones d'une surface difficile d'accès.
Les gouttes sont par ailleurs de plus en plus utilisées pour réaliser des réactions biochimiques sur des puces à ADN. Cette technique permet avec une toute petite quantité de liquide biologique de tester toute une batterie de candidats médicaments par exemple ou de réaliser de nombreuses réactions enzymatiques. L'intérêt est de diminuer fortement le coût des tests. Or, en raison de la petite taille d'une goutte, il est difficile d'y assurer un mélange et les réactions sont très lentes. L'utilisation des ondes acoustiques permet de mélanger continuellement les composants et ainsi d'augmenter la rapidité des réactions. En comprenant comment agissent les ondes acoustiques sur le déplacement des gouttes, les chercheurs pourront optimiser ces réactions.

DOCUMENT          CNRS               LIEN

 
 
 
 

LES ANIMATS

 

Les animats


Contrairement aux ambitions affichées aux origines de la discipline, en 1956, les recherches en intelligence artificielle ont à ce jour largement échoué à reproduire l'intelligence de l'homme, même si un programme d'ordinateur a réussi à battre le champion du monde aux échecs. Quant aux robots modernes, ils ne brillent pas non plus par leur intelligence, même si certaines machines caniformes ou humanoïdes sont de véritables merveilles de technologie. De nombreux chercheurs estiment qu'il est largement prématuré d'espérer reproduire directement l'intelligence de l'homme tant qu'on n'aura pas compris comment elle s'est mise en place au cours de l'évolution. Aussi, dans le but de rechercher en quoi l'intelligence humaine s'explique à partir des processus adaptatifs les plus simples hérités des animaux - et plutôt que de viser directement à comprendre et à reproduire les performances les plus élaborées dont est capable le cerveau - ces chercheurs visent d'abord à synthétiser des animats, c'est-à-dire des animaux artificiels ou des robots réels dont les lois de fonctionnement sont aussi inspirées de la biologie que possible. L'objectif est d'attribuer à ces animats certaines des capacités d'autonomie et d'adaptation basiques qui caractérisent les animaux réels, de façon à leur permettre de "survivre" ou d'assurer leur mission dans des environnements plus ou moins imprévisibles et dangereux. Cette conférence évoquera quelques automates célèbres - du pigeon d'Archytas de Tarente au canard de Vaucanson, en passant par l'androïde de Léonard de Vinci - pour rappeler que la conception de machines inspirées du vivant a été de tout temps une préoccupation humaine. La structure générale d'un animat et son mode de fonctionnement seront ensuite décrits. Ils se caractérisent par le fait que l'animat acquiert des comportements efficaces par interaction étroite avec son environnement, grâce à son architecture de contrôle - équivalent du système nerveux d'un animal - reliant ses capteurs - équivalents des récepteurs sensoriels- à ses actionneurs - équivalents des organes moteurs. Puis divers exemples illustreront la façon dont les animats peuvent eux-mêmes améliorer ou se constituer une architecture de contrôle ou une morphologie adaptées, par des processus inspirés de la biologie comme le développement, l'apprentissage ou l'évolution des espèces. Enfin, à partir notamment de l'évocation des "biobots" - robots hybrides constitués à la fois d'éléments artificiels et d'éléments vivants - les avantages et les risques liés à ces recherches seront discutés.

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