Lignes de champ magnétique développées par un aimant. Expérience de la limaille de fer (Windell Oskay via Flickr CC BY 2.0).

En fait, les aimants n’attirent pas que le fer, mais aussi le cobalt et le nickel, voire certains métaux de la famille des terres rares. Mais hormis ces exceptions, pourquoi les non-ferreux semblent rester indifférents au champ magnétique généré par les aimants ? Pour le comprendre, il faut pénétrer au cœur de la matière et se souvenir qu’un atome est constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons.

Leur trajectoire en orbite peut être considérée comme un courant électrique qui génère un champ magnétique dit “orbital”. De plus, chaque électron possède aussi un “moment magnétique de spin”, comme s’il tournait sur lui-même.

Chaque électron est comme un petit aimant

La combinaison de ces moments orbitaux et de spin donne le moment magnétique de chaque électron. Le moment magnétique global de l’atome est la somme des moments magnétiques des électrons. Et en additionnant les moments magnétiques de tous les atomes, on obtient le moment magnétique total du corps qu’ils constituent.

Dans de nombreux éléments, comme l’eau ou les molécules organiques, les électrons s’assemblent sur la même orbitale en paires de spins opposés, ce qui annule leurs moments de spin, mais aussi leurs moments orbitaux, comme s’ils tournaient sur la même orbite mais dans des sens différents.

Des électrons libres et de noyaux à l’unisson

Dans d’autres matériaux, notamment certains conducteurs électriques (métaux), les atomes disposent d’électrons “libres”, non appariés, qui font perdurer un champ magnétique au niveau des atomes. Mais généralement, les atomes se dispersent à l’intérieur du corps, ce qui annule son champ magnétique. Quand on soumet ce corps à un aimant, il ne réagit pas ou très peu.

Dans le cas des matériaux ferromagnétiques, non seulement chaque atome a un moment magnétique dû à la présence d’électrons non appariés, mais les atomes ont en plus tendance à orienter leurs moments magnétiques parallèlement et dans le même sens. La force qui les y oblige – baptisée “l’interaction d’échange” – est d’origine quantique et dépend notamment de la distance interatomique.

Un effet d’alignement

L’interaction se répand entre différents atomes à l’intérieur de domaines magnétiques (des groupes d’atomes) constituant le matériau, orientés dans diverses directions, ce qui annule leur effet. Mais en présence d’un aimant, les domaines réagissent en s’alignant tous parallèlement, et le corps devient à son tour aimanté.

I.C.

 D’après S&V n°1101

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• Champ magnétique et tempêtes du Soleil – S&V n°994 – 2000 – Où l’on comprend comment le Soleil s’enroule dans ses propres lignes de champ magnétique et comment il s’en libère violemment.

• Voici les matériaux surnaturels – S&V n°1133 – 2012. Durant des millénaires, l’humanité s’est servie des matériaux offerts par la nature. Mais peu à peu, en apprenant à jouer sur leur composition d’abord, puis sur leur structure microscopique, nous sommes devenus des spécialistes de l’art de créer de nouveaux matériaux aux propriétés inédites.

Le ciel du mois de septembre 2015, vers minuit.

La grande horlogerie cosmique va ce mois-ci nous offrir deux beaux spectacles célestes à admirer. Alignements parfaits des astres aidant, ce sont deux effets de perspective cosmique, une occultation et une éclipse, que nous pourrons contempler à l’œil nu et aux jumelles.
Le 5 septembre au matin, le Dernier Quartier de Lune occultera la brillante étoile Aldébaran du Taureau. C’est à l’aube que la Lune et l’étoile géante rouge seront le plus proches l’une de l’autre, au dessus de l’horizon sud est. En Europe, l’occultation elle-même sera très difficile à observer dans un ciel déjà trop clair, le phénomène n’étant visible en pleine nuit qu’en Grande Bretagne, en Islande, au Groenland, et en Amérique du Nord. Ce rapprochement, et pour les plus chanceux, cette occultation, seront bien visibles à l’œil nu et aux jumelles, et n’exige pas l’utilisation d’un télescope.
Le 28 septembre, toute la nuit ou presque, c’est à une spectaculaire éclipse totale de Lune que nous allons assister… Cette nuit là, notre étoile, la Terre et la Lune seront exactement alignées, et la Lune plongera dans l’ombre de la Terre, durant plus d’une heure.
L’éclipse commencera, avec l’entrée de la Lune dans l’ombre de la Terre, à 3 h 07 min, le début de la phase totale, c’est à dire le moment où la Lune sera entièrement plongée dans l’ombre, aura lieu à 4 h 11 min, le maximum de l’éclipse aura lieu à 4 h 51 min, la fin de la phase totale interviendra à 5 h 23 min et enfin, la Lune sortira de l’ombre de la Terre à 6 h 27 min.

Durant une éclipse totale de Lune, la luminosité de l’astre des nuits chute spectaculairement, d’un facteur mille, ou plus. La Lune se pare d’une robe orangée, rouge ou grise. Photo Serge Brunier.

Il est impossible de prédire à quoi ressemblera la Lune durant la phase totale. Plongée dans l’ombre de la Terre, elle sera faiblement éclairée par les rayons du Soleil traversant l’atmosphère terrestre au moment du lever ou du coucher, sur Terre. Ce sont donc des couleurs crépusculaires qui teinteront la Lune durant plus d’une heure, et sa robe sera orangée, grise ou rouge, en fonction des conditions atmosphériques.
Photographier l’éclipse n’est pas très difficile, à condition, toutefois, d’utiliser un objectif d’une focale assez longue, de 100 à 600 mm. L’appareil photo sera installé sur pied, le diaphragme de l’objectif sera largement ouvert, entre 2.8 et 5.6. Le temps de pose doit être court, afin que la Lune ne se déplace pas trop dans le champ de l’appareil durant l’exposition. Une pose de 1 à 5 secondes suffit avec la plupart des téléobjectifs, jusqu’à 300 mm, les objectifs plus puissants exigeront des temps de pose plus courts. La sensibilité de l’appareil sera réglée en fonction de plusieurs tests d’exposition.
Serge Brunier

La médecine moderne est bénéfique pour l’individu. L’est-elle pour l’espèce ? (Ph. Robert Couse-Baker via Flickr CC BY 2.0)

Difficile, dans la question, de ne pas entrevoir le spectre de l’eugénisme, cette idéologie qui estime qu’au lieu d’alourdir le “fardeau génétique” de l’humanité par des soins qui aident les “inaptes” à se reproduire, on ferait mieux de les stériliser. Mais d’un point de vue évolutionniste, la question est pertinente. En soignant les personnes malades, par définition moins adaptées que les autres à leur environnement, s’oppose-t-on à la sélection naturelle qui veut que seuls les plus aptes survivent ?

“La réponse la plus honnête est oui, convient Steve Jones, généticien à l’University College de Londres. Mais cela n’a aucune importance”. Car un “mauvais” gène n’est problématique que dans un environnement donné.

La médecine modifie la sélection naturelle

“A la préhistoire, ma myopie m’aurait empêché de chasser. Aujourd’hui, elle n’est pas handicapante. On ne vit plus dans la nature”, souligne-t-il. Et heureusement : renvoyés à l’âge de pierre, nous ne survivrions pas longtemps. Pour preuve, les animaux élevés en captivité sur des générations résistent mal à une réintroduction en milieu naturel : ils accumulent des mutations qui n’ont aucun impact en captivité mais sont délétères en milieu sauvage.

“En fait, la médecine ne supprime pas la sélection naturelle, elle la modifie”, indique Michel Raymond, de l’Institut des sciences de l’évolution (Montpellier). Là où le choléra sévit, les individus sans gènes de résistance à l’infection sont défavorisés. Mais là où elle a disparu, ces gènes n’ont plus d’intérêt. Ainsi, le matériel génétique qui “compte” pour notre survie varie avec l’environnement. Impossible de dire si les gènes que l’on juge défectueux aujourd’hui seront un problème demain ! En outre, selon plusieurs généticiens, les qualités physiques qui favorisaient nos ancêtres sont désormais moins discriminantes que nos capacités intellectuelles.

Pour faire le bilan il faudra attendre quelques milliers d’années

Néanmoins, l’espèce humaine est de plus en plus tributaire de la médecine et certains le perçoivent comme une régression. “Si les césariennes se généralisent, les nouveau-nés pourront être plus gros et on ne pourra plus accoucher sans césarienne”, explique Michel Raymond. Nous ne pourrons quantifier l’influence de la médecine sur notre génome avant des milliers d’années. Mais puisque la médecine existe, rien ne peut justifier que l’on sacrifie des individus pour le bien hypothétique du génome de la population.

M.Co.

D’après S&V n°1102

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• Les Grandes Archives de S&V : l’évolution. Formulée par Darwin au milieu du XIX° siècle, la théorie de l’évolution décrit l’histoire du vivant à partir de deux principes : la descendance avec transformation et la sélection naturelle. Les espèces qui vivent aujourd’hui sur terre partagent donc toutes des ancêtres communs. Celles qui ont disparu n’était plus adaptées à leur milieu.

• Les nouveaux mystères de l’ADN – S&V n°1145 – 2013 – Depuis la découverte de la structure de l’ADN, en 1953, les biologistes ne cessent de s’étonner de la sophistication de cette minuscule machinerie qui contient toutes les informations pour faire fonctionner un organisme vivant. C’est un véritable langage, dont les paroles sont des protéines, qui est loin d’avoir été parfaitement déchiffré.

• L’irrésistible extension de la théorie de l’évolution – S&V n°1159 – 2014 – Si Darwin a basé sa théorie de l’évolution par la sélection naturelle sur l’étude de la morphologie des espèces, depuis 155 ans la théorie s’est enrichie, notamment elle a intégré la génétique (Théorie synthétique de l’évolution) dans les années 1930. Mais depuis quelques années, les principes découverts par Darwin s’appliquent également dans d’autres domaines, comme la psychologie, la médecine, la culture voire même la cosmologie et la physique quantique.

La plante aquatique Hemianthus Callitrichoides (ou HC) en train de produire de l’oxygène (Ph. Carnat Joel via Flickr CC BY 2.0).

Si les études sur les émissions de CO2 s’intéressent le plus souvent à leur impact climatique, les chercheurs se sont également penchés sur cette question, et y ont apporté une réponse. Les destins du dioxygène (O2) et du dioxyde de carbone (CO2), qui, avec le diazote (N2), composent l’atmosphère terrestre, sont effectivement liés. Des travaux scientifiques ont ainsi montré que l’augmentation des émissions de CO2 des vingt dernières années était associée à une diminution de la concentration atmosphérique en dioxygène. Mais l’augmentation de l’une n’est pas responsable de la baisse de l’autre.

Si ces deux phénomènes sont associés, c’est en fait parce qu’ils partagent des causes communes. Ainsi, la combustion du carbone des énergies fossiles – principale source d’augmentation des émissions de CO2 au cours du XXe siècle – consomme également du dioxygène (le O2 de CO2).

Un recul infime de la concentration en oxygène

La respiration des organismes vivants et la décomposition de la matière organique morte consomment elles aussi de l’O2 et rejettent du CO2. La photosynthèse, à l’inverse, libère de l’O2 à mesure qu’elle capte du CO2. Tous ces phénomènes ont donc des effets sur la concentration en dioxygène et en dioxyde de carbone atmosphériques et expliquent l’association entre l’augmentation des émissions de CO2 et la diminution de la concentration atmosphérique en O2.

D’après Ralph Killing, de l’Institut américain de recherche Scripps, le nombre de molécules de dioxygène présentes dans l’atmosphère reculerait en moyenne chaque année de 0,002 %. Un résultat légèrement plus faible que les prévisions, que le chercheur explique par un développement global de la flore, dont les capacités photosynthétiques auraient augmenté avec la hausse du taux de CO2 atmosphérique.

En 2030, 0,01 % de moins en oxygène

Si ce développement de la flore ne compense cependant pas totalement l’augmentation des émissions de CO2 et la baisse associée de la concentration atmosphérique en O2, c’est que l’expansion géographique des plantes est limitée et que les émissions de CO2 ne cessent de progresser. D’ailleurs, au rythme de 0,002 % par an, la baisse du nombre de molécules de dioxygène dans l’atmosphère pourrait faire tomber la concentration en dioxygène actuelle, de 20,94 %… à 20,93 % en 2030.

Cette “chute” de 0,01 % en vingt ans est très loin d’alarmer les spécialistes, d’autant moins que les êtres vivants vivent très bien avec beaucoup moins d’oxygène, comme on peut aisément l’observer en montagne. En effet la pression atmosphérique, et donc la quantité de dioxygène dans l’air inspiré, diminue avec l’altitude.

La menace est ailleurs

D’après Michèle Germain, chef du service d’explorations fonctionnelles respiratoires à l’hôpital de la Croix-Rousse de Lyon, les conditions atmosphériques au sommet du mont Blanc seraient équivalentes à une concentration de l’air en O2 d’environ 11,5 %, bien inférieure à celle qui serait atteinte si toutes les ressources en énergies fossiles de notre planète devaient être brûlées.

L’homme s’adapte très bien aux faibles concentrations en dioxygène. Ainsi, “le manque ne se fait sentir qu’à partir de 2 000 m d’altitude, soit l’équivalent d’une concentration en dioxygène d’environ 16 %. Et, si l’on monte doucement, le corps s’adapte très facilement, en augmentant son rythme respiratoire, son débit sanguin et, après quelques jours, sa production de globules rouges”, explique Michèle Germain. Si certaines populations vivant dans l’Himalaya ou les hauts plateaux des Andes sont menacées par l’augmentation des émissions de CO2, ce n’est donc pas à cause du risque de raréfaction de l’oxygène… mais bien de celui d’un réchauffement climatique et des perturbations qu’il engendre.

E.A.

D’après S&V n°1118

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• La Terre en 2100 : vers un climat plus chaud – S&V n°1147. Une synthèse en chiffres de ce qui attend le climat terrestre dans moins de 100 ans…

Les couleurs du corail (Crédit : William Rafti of the William Rafti Institute).

Quelques millions d’années sont nécessaires à l’édification d’une barrière de corail, qui peut parfois atteindre jusqu’à 200 mètres de hauteur, comme en Nouvelle-Calédonie. Ces immenses barrières sont érigées “pas à pas” par les coraux, animaux minuscules appartenant à l’embranchement des cnidaires. Mais toutes les espèces n’en sont pas capables : seuls les scléractiniaires, également appelés coraux durs, sont les minutieux et fragiles artisans de ces magnifiques constructions.

Tout commence avec un polype mou, sorte de petite anémone au corps cylindrique et à la bouche entourée d’un anneau de tentacules, qui se fixe sur une roche ou sur de la lave solidifiée.

Le corail : un exosquelette calcaire

Il produit ensuite un exosquelette en calcaire de la forme d’une petite loge, qui lui servira de protection. Les polypes se divisent au cours du temps par bourgeonnement, mode de reproduction asexué, et forment ainsi des colonies coralliennes. Celles-ci s’agrandissent après chaque période de reproduction, construisant la barrière corallienne au fil des millénaires.

D’autres organismes comme les coquillages, les éponges ou les bryozoaires participent aussi à la construction de la barrière en ajoutant coquilles et débris calcaires. Lorsqu’une colonie meurt, les squelettes calcaires agglomérés restent, et cette structure sert éventuellement de base à la formation de nouvelles colonies. Les algues calcaires ont aussi un rôle très important à jouer dans l’élaboration des récifs coralliens en “colmatant” les squelettes abandonnés.

des algues nourricières

Le développement des coraux constructeurs s’effectue dans des conditions très précises : l’eau doit être limpide, bien oxygénée et sa température, comprise entre 20 et 30 °C, ne doit pas subir de variation, pas plus que le taux de salinité. En effet, les coraux ne supportent pas les “dessalures”, et c’est pour cette raison qu’on ne trouve pas de récif en face des embouchures de rivières. “Ils se situent préférentiellement en bordure de continent, autour des îles, ou plus généralement là où un relief sous-marin atteint la surface”, explique Pascale Chabanet, spécialiste des récifs coralliens à l’Institut de recherche pour le développement (IRD).

La zone propice doit également être bien éclairée et peu profonde car les polypes vivent en symbiose avec des algues microscopiques : les zooxanthelles. Grâce à leur capacité de photosynthèse, celles-ci leur fournissent l’oxygène et les nutriments dont ils ont besoin. C’est par leur intermédiaire que les polypes peuvent synthétiser le calcaire qui leur sert à construire leur exosquelette.

Le blanchiment du corail

En retour, ils offrent protection et nourriture à ces symbiotes logés dans leurs cellules. Mais la moindre modification du milieu peut mettre la vie du récif en danger : si l’eau devient plus chaude par exemple, à cause du dérèglement climatique, l’association des polypes et des algues se rompt. Les zooxanthelles sont alors expulsées, et cela peut conduire à la mort des polypes : ce phénomène particulier correspond au blanchissement corallien.

Pollution et surpêche viennent s’ajouter aux facteurs qui fragilisent les barrières car les coraux se développent près du littoral, zone qui s’urbanise de plus en plus. La partie vivante de la barrière peut ainsi disparaître très rapidement, remplacée le plus souvent par des algues.

G.A.

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L’odeur de chaque individu, issue de son microbiome et de ses gènes, est unique (Ph. J. Digweed via Flickr CC BY 2.0).

Il est vrai que chacun possède une odeur propre, une véritable signature, à l’instar des empreintes digitales. Les chercheurs de l’Institut d’éthologie Konrad-Lorenz de Vienne ont découvert en 2006 que 400 composés volatils forment un cocktail spécifique de l’odeur de chaque individu. Les composés ne semblent pas varier avec le temps, mais leurs proportions peuvent changer.

La singularité des odeurs corporelles s’explique par divers facteurs. Tout d’abord, il faut chercher au niveau des aisselles, où se concentrent un maximum de glandes sudoripares, appelées également mérocrines, qui expulsent la sueur via les pores.

L’odeur d’un cocktail de bactéries

Cette sueur n’acquiert une odeur qu’au moment où elle est transformée par les bactéries nichant sous nos aisselles. Or, la composition de cette microflore varie selon les individus et selon la chaleur ou l’humidité. Comme les bactéries en présence diffèrent en nature (diverses espèces bactériennes cohabitent) et en quantité, leur activité de transformation de la sueur excrétée, à l’origine inodore, a pour résultat l’élaboration d’odeurs différentes.

Cependant, d’autres facteurs sont avancés, sans être tout à fait démontrés scientifiquement… C’est le cas des gènes du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) qui codent des protéines à la surface des cellules, et qui sont spécifiques du soi du point de vue immunitaire. C’est grâce à elles que l’organisme ne s’attaque pas à ses propres cellules.

 Deux types d’odeurs ; celles de hommes et celles des femmes

Des études ont monté que les femmes, en étant attirées par des odeurs révélant un CMH différent du leur, contribuaient au brassage génétique. Par ailleurs, alimentation, hygiène de vie, âge et cycles menstruels font varier les proportions du cocktail de molécules. Mais globalement, selon une équipe de l’université de Genève, les odeurs humaines se classent en deux groupes : celui des hommes et celui des femmes.

En fonction du sexe, les précurseurs des odeurs sont libérés à des concentrations différentes. La sueur masculine contient plus de précurseurs d’une odeur faisant penser à du fromage, celle de la femme des précurseurs d’une odeur évoquant les fruits exotiques ou l’oignon. Quant à savoir le rôle de la singularité de l’odeur, les chercheurs écartent la possibilité que l’homme ait pu un jour marquer son territoire grâce à son odeur singulière car les différences chimiques sont plus importantes dans la sueur axillaire que dans l’urine ou la salive.

M.Cy.

 D’après S&V n°1103

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