C’est, sans jeu de mots, une star… Bételgeuse d’Orion, l’une des plus belles, brillantes et colorées étoiles du ciel, est scrutée avec fascination par les astronomes depuis près d’un siècle. Cette immense étoile supergéante rouge, en effet, est aussi la toute première étoile dont le diamètre ait été mesuré, en 1920, par Albert Michelson, à l’aide du mythique télescope de 2,5 mètres de diamètre du mont Wilson, en Californie.
Un exploit technique inouï pour l’époque : les étoiles, en effet, sont des soleils, mais situés à des distances telles qu’il a été longtemps impossible de percevoir leur disque apparent, et encore moins le détail de leur surface. Seule leur lumière, sous forme d’un point – la tache d’Airy – dont la taille était fonction de la taille du télescope utilisé, était perceptible. Aucune information, donc, sur la dimension, la forme, les détails de la surface des étoiles n’était accessible.
A partir des années 1970, la technique interférométrique, consistant à synthétiser des télescopes géants virtuels, a permis de mesurer le diamètre des étoiles, puis à dresser des « cartes » de leur surface, mais d’images réelles, point.
La première véritable image de la surface d’une étoile a été prise par le télescope spatial Hubble, en 1996, et c’est, bien sûr, soixante-seize ans après Michelson, Bételgeuse qui a été choisie pour cible… Pourquoi ?
Cette étoile supergéante rouge, non contente d’être l’une des plus grandes connues dans la Galaxie – plus de 1 milliard de kilomètres de diamètre – est aussi l’une des plus grandes, dans le ciel. Grande intrinsèquement, elle l’est donc aussi en apparence : son diamètre apparent avoisine 0,04 seconde d’arc. Un tel angle est évidemment minuscule, il représente un détail de 70 mètres sur la Lune !

Mais comme le télescope Hubble, avec son miroir de seulement 2,4 mètres de diamètre, était trop petit pour percevoir le disque apparent lumineux de Bételgeuse, les astronomes américains ont observé l’étoile en ultraviolet, longueur d’onde à laquelle le télescope était un peu plus puissant et l’étoile deux fois plus grande, l’astre montrant non plus sa photosphère, mais son immense chromosphère…
En 2015, c’est avec le Very Large Telescope européen (VLT) que l’astronome Pierre Kervella et ses collaborateurs ont photographié directement la surface de Bételgeuse dans la lumière visible…
L’instrument, doté d’un miroir de 8,2 mètres de diamètre et de l’optique adaptative Sphere, est capable de percevoir des détails de 0,02 seconde d’arc, c’est plus de deux fois mieux que le télescope spatial Hubble…
L’image de Bételgeuse prise par l’équipe européenne a permis aux astronomes non seulement d’observer le globe gazeux, porté à la température de 3500 °C degrés, de l’étoile, mais aussi l’immense enveloppe qui l’auréole et s’étend sur des milliards de kilomètres.
L’équipe de Pierre Kervella étudie l’évolution de cette étoile supergéante, instable, dont la luminosité varie, et qui expulse une grande partie de sa masse dans l’espace. Chaque année, c’est l’équivalent de plusieurs masses terrestres que perd Bételgeuse. L’astre géant est à la fois très jeune et très vieux… Très jeune, parce que formé voici seulement 10 millions d’années (moins de 1 % de l’âge du Soleil !) très vieux, parce que, bientôt privé de combustible nucléaire, il va exploser prochainement en supernova… Bientôt à l’échelle cosmique, bien sûr. Dix mille ans, cent mille ans, un million d’années, qui sait ?

Les observations obtenues par le VLT et Sphere ont permis de mettre en évidence une enveloppe de poussières autour de l’étoile, cette poussière se forme à partir des atomes lourds créés dans les couches profondes de l’étoile, qui constituent autant de forges nucléaires.
Sous l’œil perçant du VLT, la surface de Bételgeuse apparaît irrégulière, entourée de panaches gazeux. Ces asymétries indiquent que la perte de masse de ce type d’étoile est certainement liée à la présence de forts mouvements convectifs à leur surface. En gros, Bételgeuse « bout » comme une casserole d’eau sur le feu… Ces observations apportent donc de précieux indices sur la manière dont les étoiles massives perdent leur matière et enrichissent le milieu interstellaire. Des informations décisives, puisque l’évolution chimique de l’Univers est essentiellement assurée par ces étoiles géantes et explosives. Le Soleil, notre planète, et nous, qui levons les yeux vers le ciel pour contempler Bételgeuse, sommes les enfants d’innombrables générations d’étoiles supergéantes qui ont disparu jadis dans l’éclair fulgurant d’une supernova.
Serge Brunier

Le rêve de la fusion du vivant et de l’électronique devient réalité, du moins dans le règne végétal. Des chercheurs suédois de l’université de Linköping ont en effet réussi à transformer la tige et les feuilles d’une rosa micrantha (rose des jardins) en un circuit électronique comportant notamment transistor, porte logique et dispositif électrochromique (changement de couleur sous l’effet d’un champ électrique).

Le plus étonnant dans cette opération, est qu’il s’agit non pas d’une greffe de circuits sur le végétal mais bien d’une transformation de sa structure biologique même, à l’aide de produits chimiques absorbés naturellement par la plante vivante. Et le processus pourrait s’appliquer à tout le règne végétal…

Une rose qui s’alimente de polymère conducteur

Pour comprendre comment l’équipe de chercheurs a réalisé cette métamorphose, résultat de 20 ans de recherches, on peut penser aux techniques d’embaumement pratiquées par certaines cultures ou encore aux célèbres “écorchés vifs” de l’anatomiste Gunther von Hagens (technique de plastination), consistant à remplacer les fluides corporels, dont le sang, par un autre produit (silicone, huile, etc.) afin de les figer et conserver dans leur forme naturelle.

En substance, les chercheurs ont coupé les racines d’une rose, ont placé la tige dans un bain de polymère conducteur aqueux et ont attendu entre 24 et 48 heures que la fleur absorbe naturellement le liquide, comme s’il s’agissait d’eau. Le polymère a ainsi envahi, par succion capillaire et osmotique, les “veines” de la plante et des feuilles, en particulier les vaisseaux de xylème, ces tubes creux de quelques dizaines de micromètres de diamètre qui transportent les nutriments et l’eau extraits de la terre.

Rose-transistor, rose-condensateur, rose-capteur

Il s’est donc formé à l’intérieur de la plante un réseau complexe de ce polymère, nommé PEDOT (ou poly(3,4-éthylènedioxythiophène)), épousant exactement la forme du réseau veineux biologique. En réalité, le PEDOT introduit a été préalablement transformé chimiquement afin d’acquérir la propriété électronique essentielle des transistors des microprocesseurs, à savoir : être semi-conducteur (on parle de dopage par des atomes).

Or ce polymère dopé est depuis quelques années utilisé dans le domaine de l’électronique organique (plastiques) pour réaliser des transistors, des condensateurs, des écrans souples, etc. En particulier, il a la propriété de réagir électriquement en présence de substances chimiques ou de provoquer des réactions chimiques sous l’effet de signaux électriques (un peu comme les neurones) ce qui en fait également un capteur et activateur de phénomènes chimiques ou biochimiques – il est également biocompatible.

Des plantes douées de logique

En bref, le PEDOT est le matériau rêvé pour développer des interfaces entre le monde biologique et l’électronique. Ainsi, les chercheurs suédois ont réalisé un mariage idéal entre ce polymère et la circuiterie naturelles des vaisseaux de xylème dans les végétaux (arbres et plantes). Concrètement, ils ont pu construire à l’intérieur de la rose des transistors (élément essentiel de l’électronique) et même une “porte logique NOR“, soit un microcircuit capable d’exécuter toutes les fonctions logiques à la base du traitement de l’information par les microprocesseurs.

Mieux encore ! En se focalisant sur les feuilles de la rose, ils ont montré que l’imprégnation de PEDOT de ses vaisseaux les rendait électrochromes, c’est-à-dire capables des modifier leur couleur sous l’effet d’une tension électrique (phénomène utilisé notamment par l’industrie du verre pour les vitres à opacité variable).

Produire de l’électricité à partir de la photosynthèse

En résumé, l’invention de l’e-Rose présage de nombreuses applications, surtout que la transformation des plantes peut être réalisée partiellement afin de les garder vivantes. Du coté biologique, la technique permettrait ainsi d’étudier in vivo les processus biologiques microscopiques des végétaux, dont on ignore encore le détail. Mais elle servirait aussi à piloter ces processus afin de favoriser et orienter leur croissance.

Du coté de l’électronique, elle pourrait conduire à une nouvelle technologie plus écologique et durable. En particulier, les chercheurs évoquent la possibilité de générer de l’électricité directement à partir de la photosynthèse se produisant à l’échelle cellulaire des végétaux.

–Román Ikonicoff

 

 

 

En partenariat avec L’Université de la Terre : Le climat en débat

Les délégations nationales de 195 États concluront les négociations sur le climat début décembre à Paris, dans le cadre de la COP21. Au cœur de ce sommet: les engagements sur les réductions des émissions de gaz à effet de serre. Mais sera aussi interrogée la capacité des hommes à réduire l’effet des gaz à effet de serre déjà émis.

Reforestation, capture du CO2, modifications délibérées de la chimie de l’océan ou de l’atmosphère… Qu’est-ce qui est possible ? Souhaitable? Dangereux? Comment identifier les faits scientifiques solides pour décider ?

Science & Vie fera le point sur ces questions et en débattra en public, avec des experts réunis à la maison de l’Unesco, à Paris, les 4 et 5 décembre prochains, dans le cadre de “L’Université de la Terre”, organisée par la Fondation Nature et Découvertes. Les débats, gratuits, sont ouverts à tous.

Matthieu Villiers, directeur de la rédaction de Science&Vie, animera avec Fatoumata Kebe le débat « Comment la recherche et l’innovation peuvent-elles sauver la planète ? » le vendredi 4 décembre de 16h30 à 18h00.

Pour vous inscrire : http://www.universitedelaterre.com/

Ce sera l’un des objectifs phares de la COP21 — la conférence mondiale sur le climat — qui doit débuter dans quelques jours à Paris : abandonner les énergies fossiles (charbon et pétrole) d’ici à 2050, et soutenir à leur place les énergies renouvelables, dites “propres” parce que leur exploitation n’émet que très peu de gaz à effet de serre.

Une innovation venue du Canada, présentée cette semaine, pourrait contribuer à accélérer le basculement vers les énergies renouvelables : il s’agit de ballons placés sous l’eau qui, en s’emplissant d’air comprimé, permettent de conserver l’énergie électrique, et de la restituer au besoin, en se dégonflant.

Qu’elles tirent leur source du soleil (énergie solaire), du vent (éolien), de l’eau (hydroélectrique), ou de la chaleur de la Terre (géothermique), toutes les énergies renouvelables sont en effet confrontées à un même inconvénient majeur : celui du stockage.

Une fois les énergies renouvelables converties en énergie électrique, celle-ci doit être consommée

Une fois l’énergie électrique extraite d’une source renouvelable, celle-ci ne peut être utilisée qu’instantanément. Par exemple, l’énergie solaire peut alimenter un établissement de jour, lorsque le soleil brille et que les cellules photovoltaïques fonctionnent à plein régime, mais pas la nuit, lorsque plus aucun kilowatt n’est produit.

Il manque en effet des solutions technologiques qui permettent de stocker l’énergie électrique pour un usage ultérieur, mis à part les batteries. Mais celles-ci sont très énergivores à fabriquer, dispersent une partie de l’énergie qu’elles accumulent et, à la longue, usent leur capacité de stockage.

Conséquence : les énergies renouvelables demeurent une source fluctuante d’énergie, ce qui représente l’un des freins principaux à leur développement sur large échelle.

Des ballons placés sous l’eau se gonflent en air comprimé et restituent l’énergie au moment souhaité

A ce problème, la firme canadienne Hydrostor présente une possible solution, qualifiée de très économique. L’idée, toute simple, a été testée aux abords du lac Ontario : une usine éolienne y produit une certaine quantité d’énergie électrique. La majeure partie est injectée dans le réseau électrique, tandis que l’excédent alimente des compresseurs d’air qui remplissent, via des tuyaux souterrains, des ballons placés sous l’eau. Parallèlement, la chaleur générée par ce processus est également stockée grâce à des échangeurs de chaleur.

Lorsque le vent tombe, et que les pales éoliennes ne tournent plus, l’usine peut alors recourir à l’énergie stockée dans les ballons pour alimenter le réseau. Ceux-ci sont alors dégonflés en exploitant la pression naturelle du lac, et l’air comprimé qu’ils contiennent revient vers l’usine, où il fait tourner des turbines qui produisent à nouveau de l’énergie électrique.

Le concept est illustré dans la vidéo ci-dessous.

—Fiorenza Gracci

> Lire également :

• Changement climatique : éviter le pire est encore possible, annonce le Giec
• Un rapport affirme qu’il n’y aura pas de pénurie d’énergie durant les 25 prochaines années

 

> Lire aussi dans les Grandes Archives :

• Dossier spécial Climat : le tour de France des régions — S&V n°1178 (2015 – en kiosques). A l’occasion de la COP21, début décembre à Paris, Science&Vie s’est lancé dans une vaste enquête pour découvrir comment le changement climatique global va se traduire au niveau local, région par région, en métropole comme en Outre-mer.

• Quel avenir pour l’électricité photovoltaïque ? – S&V n°1159 (2014). Une nouvelle génération de panneaux promet de booster les rendements de l’énergie solaire.

• Le dossier noir des énergies vertes — S&V n°1087 (2008). Les énergies renouvelables ne sont pas une solution aussi miraculeuse qu’il n’y paraît. Leur vrai potentiel détaillé dans ce dossier.

 

Darwin pensait que le sens du rythme était commun à tous les animaux… Cécile Bonneau, rédactrice en chef des Hors-série de Science & Vie, fait découvrir à Jérôme Bonaldi les travaux des chercheurs qui ont étudié la question avec beaucoup de sérieux… notamment en faisant danser un lion de mer !

 

 

 

Pour en savoir plus :

– La vidéo de Ronan, le lion de mer qui danse : http://news.ucsc.edu/2013/04/sea-lion-beat.html

– Dans les grandes archives de Science & Vie, à lire :

Sens du rythme : Il dope nos capacités cérébrales, par Lise Barnéoud, Science & Vie n°1164.

 

 

Pour découvrir Science & Vie TV : http://www.science-et-vie.tv/

Il mesure 20 cm sur 10 cm environ, hors rames et flotteurs, se déplace à 2 cm par seconde (7,2 m/h) sur l’eau et est littéralement un estomac artificiel flottant. Il absorbe et digère les déchets polluants pour en tirer de l’énergie, afin de continuer à ramer, manger, digérer, ramer, manger, digérer… Un peu comme nous.

RowBot, qu’on pourrait traduire par RamBot (robot rameur), est une “pile à bactéries” ou MFC (Microbial fuel cell), dispositif contenant un bouillon de bactéries ainsi qu’un jeu d’anode-cathode, parfaitement autonome car elle produit plus d’électricité qu’elle n’en consomme pour se propulser. Cette efficacité permet d’imaginer de futurs colonies de dépollueurs sillonnant les mers et sites pollués.

Un système contre la pollution inspiré des cigales d’eau

Les concepteurs de RowBot, des chercheurs de l’université de Bristol (Royaume-Uni), avouent s’être inspirés directement des Corises, ces punaises aquatiques ou cigales d’eau pour imaginer leur dispositif.

RowBot possède en effet deux propulseurs (rames) et des stabilisateurs (flotteurs) qui imitent les dispositifs naturels des corises, soit des paires de pattes épaisses pour nager et pattes fines pour se stabiliser. Mais l’originalité du dispositif réside dans le contenu de son corps : 25 ml de boue d’épuration contenant naturellement des colonies de bactéries qui s’alimentent de toute sorte de substances polluantes, les dégradant par le mécanisme chimique d’oxydoréduction (échange d’électrons et de protons).

Des rames et une bouche

Lors de la digestion, ces bactéries libèrent ainsi des électrons et des protons – captés par un circuit cathode-anode/membrane semi-perméable similaire à celui des piles chimiques courantes – en cassant les molécules organiques polluantes en produisant des molécules inertes et du carbone (qui se fixe à l’anode).

Le courant électrique ainsi généré (circulation d’électrons dans les fils et de protons dans le liquide) permet à un petit moteur d’actionner les rames et d’ouvrir et fermer un clapet (la “bouche”) pour ingérer de l’eau polluée et évacuer l’eau épurée (un cycle entier prenant environ 20 secondes).

Durant les tests en laboratoire, les RowBots ont affiché les performances suivantes : production de 8,82 Joules par cycle, créant un voltage de 4,1 V. 10% de cette énergie est en surplus…

Autonomie et polyvalence

Bien évidemment, aucun dispositif électromécanique n’étant capable de s’auto-maintenir éternellement, le dispositif finit par s’encrasser et perdre peu à peu son efficacité – à l’instar des piles rechargeables qu’il faut remplacer régulièrement.

Il n’empêche, l’autonomie et la polyvalence de ce dispositif, capable de digérer un grand nombre de molécules organiques polluantes présentes dans les mers et autres boues en fait un candidat idéal pour la phase de “récupération” des eaux usées dont la Planète a tant besoin.

— Román Ikonicoff

 

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• Voyage spatial : un “digesteur” transforme les déchets humains en carburant
• Energie : Les excréments humains recèlent d’importantes quantités de biogaz inexploitées
• On a découvert un matériau naturel capable de produire de l’énergie par photosynthèse

 

> Lire également dans les Grandes Archives de Science & Vie :

• Microbes terrestres, voici le vrai microcosmos – S&V n°1161, 2014. De la toundra aux forêts en passant par les fonds marins, la surface de la Terre regorge de microbes aussi précieux qu’inconnus. Leur mille activités jouent un rôle clé dans les écosystèmes, sans même qu’on s’en aperçoive.

• Bactérie artificielle : la science a réussi à l’améliorer – S&V n°1163 – 2014. Les bactéries, qui sont les formes les plus simples de vie, permettent aux généticiens de tester de nouvelles combinaisons génétiques, totalement artificielles. Un exercice qui en apprend autant sur la vie, et sa complexité, que l’étude des bactéries existantes.