C’est désormais acté : la septième ligne du grand tableau des éléments chimiques est complète. Quatre petites cases lui ont été ajoutées : les éléments 113, 115, 117 et 118. Alors même qu’ils ne sont pas encore baptisés, ils occupent à présent une place sûre dans le tableau de Mendeleïev.

Entériné par l’Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC en anglais), cet ajout intervient plusieurs années après leur découverte. Ou, plus précisément, de leur fabrication ! Car ces éléments très lourds n’existent pas dans la nature, où le plus gros des éléments est l’uranium, dont le nombre atomique (soit le nombre de protons dans le noyau) vaut 92.

Ces éléments massifs s’obtiennent via des collisions d’éléments plus petits

Pour mettre au point ces éléments “transuraniens” (plus lourds que l’uranium) il fallait donc opérer en laboratoire, à l’aide d’accélérateurs de particules. Grâce à des collisions entre atomes d’éléments plus petits, des atomes plus gros peuvent alors être formés.

Mais l’opération représente un énorme défi pour les chimistes, étant donné l’extrême instabilité des gros atomes, où les protons sont très nombreux dans le noyau, à tel point qu’ils se repoussent les uns les autres. De tels atomes ne résistent que quelques fractions de secondes avant de se désintégrer en  plus petits atomes. Il faut alors les détecter rapidement, et prouver que ce sont bien eux que l’on a observés.

Pas moins de sept ans ont été nécessaires pour prouver l’existence de l’élément 113

La tâche a mobilisé des équipes aux quatre coins du monde : États-Unis, Russie, Allemagne… Au Japon, par exemple, le groupe de Kosuke Morita (centre de recherche Riken) a pu obtenir l’élément 113 pour la première fois en 2004, en bombardant une fine couche de bismuth (l’élément 83) avec des ions zinc (l’élément 30) voyageant à 10 % de la vitesse de la lumière.

Mais ce n’est qu’en 2012 que l’équipe a pu prouver que l’élément ainsi obtenu était bien le 113. Les chimistes nippons sont parvenus à faire en sorte qu’il se désintègre en émettant une série de particules alpha (deux protons et deux électrons), donnant lieu à la chaîne suivante, facilement détectable : le dubnium-262 (l’élément 105), le lawrencium-258 (élément 103) et enfin le mendelevium-254 (élément 101). Ces résultats sont publiés dans le journal de la société de physique du Japon.

Les noms des nouveaux éléments du tableau de Mendeleïev seront définis courant 2016

A présent que l’existence de ces quatre nouveaux venus dans le tableau périodique des éléments est reconnue, les équipes qui les ont découverts ont le privilège de pouvoir leur attribuer un nom. Concernant les éléments 115, 117 et 118, c’est une collaboration russo-américaine, à l’origine de leur découverte, qui est attitrée pour la nomination, comme l’a annoncé l’IUPAC.

Noms de lieux, de scientifiques, de concepts mythologiques ou encore de minéraux… les chimistes pourront faire preuve d’inspiration pour les baptiser.

En attendant ce baptême chimique, les chercheurs sont déjà tournés vers la prochaine étape : trouver les éléments au nombre atomique de 119 et au-delà. Une quête qui pourrait mener un jour à l’“îlot de stabilité”, une zone du tableau périodique qui reste encore à dessiner où, en théorie, les éléments sont à la fois lourds et stables…. Ceci, toujours en théorie, en vertu du fait que leurs noyaux contiendraient un “nombre magique” de protons et de neutrons, leur conférant une stabilité énergétique toute particulière.

Affaire à suivre, donc…

—Fiorenza Gracci

 

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• L’élément 117 met fin au mythe — S&V n°1163 (2014). C’est la dernière case du tableau périodique dont l’existence est confirmée, grâce à des expériences en Allemagne. Avec elle, le classement des éléments à la manière de Mendeleïev n’a plus vraiment de sens en chimie…

• Alchimie, les physiciens commencent à y croire — S&V n°1040 (2004). Le rêve des alchimistes de pouvoir obtenir de l’or à partir d’un métal sans valeur aurait-il un fondement scientifique ? Peut-être, depuis que les chimistes apprennent à transformer un élément en un autre, en maîtrisant l’art de l’(al)chimie nucléaire…

• Deux nouveaux éléments lourds — S&V n°984 (1999). C’est la découverte, au cyclotron de Berkeley, des éléments 116 et 118 ! Ce dernier est le plus proche de l’îlot de stabilité tant recherché par les chimistes.

 

 

Bruyant, souvent irrépressible, l’éternuement est avant tout un réflexe d’expulsion de l’organisme, dont le but est de nettoyer le nez du moindre intrus. Ainsi, dès qu’un agent susceptible d’être dangereux pour les voies respiratoires – comme les particules de poussière, le pollen ou les microbes – est contenu dans l’air inspiré, des récepteurs qui tapissent les cavités nasales informent le cerveau.

Celui-ci, en retour, commande leur évacuation. Il envoie un message aux muscles respiratoires pour que les poumons inspirent un grand volume d’air, avant que les muscles expirateurs (diaphragme, muscles intercostaux) contractent brutalement la cage thoracique et expulsent l’air des poumons. Et avec lui, les impuretés logées dans les cavités nasales.

L’éternuement permet aussi de remettre en circulation le mucus

L’éternuement peut d’ailleurs se répéter tant que le résultat n’est pas concluant. S’il ne fait pas la différence entre pollen et rhume, dans ce dernier cas, la fonction protectrice revêt un atout supplémentaire : d’après une étude américaine parue en 2012, éternuer sert aussi à redynamiser le système de circulation du mucus.

Ce système est composé de cellules ciliées recouvrant les parois du nez et des sinus et chargées de purifier l’air inhalé en agrippant les poussières et en les repoussant vers la sortie via le pharynx et la toux. Or, lorsqu’on éternue, ces cils battent jusqu’à 150 % plus vite pendant plusieurs minutes. Un sérieux avantage quand on est enrhumé !   

Regarder le soleil peut faire éternuer !

Une autre circonstance peut, plus rarement, nous faire éternuer : regarder le soleil ! Eh oui, car il s’agit là aussi d’un réflexe, dit photo-sternutatoire, qui touche environ un quart de la population. Une sorte de court-circuit entre le nerf optique et le trijumeau serait ici en cause.

Il y a entre ces deux nerfs des fibres qui communiquent entre elles et s’occupent, pour le premier, du diamètre de la pupille en fonction de la luminosité extérieure, et pour le second, de la sensibilité de la muqueuse. Chez les personnes concernées, elles communiquent tellement que le cerveau interprète la brusque variation de lumière comme un agent agresseur, telle une poussière dans le nez, ce qui déclenche un éternuement.  

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°14

 

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• Peut-on devenir allergique à n’importe quel âge ?

 

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• Le virus du rhume, arme de la thérapie génique – S&V n°909 (1993). Le rhume n’est pas qu’un fastidieux ennemi : son virus, modifié génétiquement, représente un véhicule fort utile pour introduire des gènes dans des cellules afin de les soigner.

 

Il est 18 heures. La nuit est déjà tombée et la soirée ne fait que débuter. En été, on irait volontiers s’installer à la terrasse d’un café jusqu’aux derniers rayons du soleil. Rien de tel en hiver.

La plupart d’entre nous rentrent se mettre au chaud. Et là, après avoir allumé les lampes dans la maison, le réflexe est souvent de mettre en marche la télévision, l’ordinateur, la tablette… Entre ampoules et écrans, l’hiver est la saison de la lumière artificielle.

En hiver, on fait le plein de télé

Il est surtout la période où l’on regarde excessivement la télévision. Des chiffres ? Entre décembre 2013 et février 2014, les plus de 15 ans, tous âges confondus, ont passé entre 4 h 12 et  4 h 20 chaque jour devant le petit écran, contre 3 h 28 min en août 2014 (source Médiamétrie).

Soit près d’une heure en plus ! Sans oublier tous les autres écrans devant lesquels nous prenons de plus en plus l’habitude de passer de plus en plus de temps…

On commence à saisir tous les effets néfastes des écrans pour la vue

Les méfaits d’une consommation excessive d’écrans en tout genre commencent à être connus. Ils détournent de l’activité physique, encouragent le grignotage et contribuent ainsi à alimenter l’épidémie d’obésité qui gagne désormais presque toute la planète. En outre, chez les plus jeunes, elle pourrait s’accompagner de troubles de l’attention et causer des difficultés d’apprentissage.

On sait moins que passe de trop nombreuses heures devant les écrans contribue aussi à détériorer notre vision. A tel point que les spécialistes prévoient une hausse des troubles de réfraction (myopie, presbytie) de près de 14 % d’ici vingt ans !

La lumière bleue des LED abime les yeux

En cause? D’abord la lumière des écrans. Notamment celle émise par les modèles à LED et, en particulier, la lumière bleue: l’Institut de la vision, à Paris, a montré en 2013 que, chez l’animal et à haute dose, cette dernière détruisait ni plus ni moins les cellules de la rétine!

Des conclusions inquiétantes, qui demandent à être infirmées ou confirmées par d’autres études en cours. En attendant, de plus en plus d’écrans recourent à la technologie LED (récompensée du prix Nobel de physique en 2014), particulièrement économe en énergie et offrant de belles couleurs et une bonne définition.

C’est la lumière naturelle qui régule la croissance de l’œil

Ce n’est pas tout. L’hiver est aussi la saison de la lumière artificielle et, réciproquement, du manque d’exposition à la lumière naturelle. Or, il se trouve que cette dernière est au cœur du développe- ment de notre œil : c’est elle qui régule ses dimensions et, plus précisément, par un subtil cocktail de réactions physicochimiques, sa rondeur.

Que la lumière naturelle vienne à trop manquer et l’œil se déforme peu à peu, dans le sens de son allongement, au point de devenir ovale. C’est alors une image floue qui vient imprimer la rétine: la myopie s’est installée.

Au-delà des prédispositions individuelles, cette évolution délétère est de mieux en mieux connue. En Chine, plus d’un jeune étudiant sur deux porte désormais des lunettes pour corriger sa myopie. Ici encore, il s’agit d’une véritable épidémie… qui ne touche pas les jeunes qui vivent dans des campagnes et qui sont bien plus exposés à la lumière naturelle.

Avec les nuits qui rallongent et le froid qui s’installe, à trop rester cloisonnés sous la lumière artificielle, nos yeux sont les premiers à trinquer. Un seul remède: profiter au maximum de la lumière du jour. Bonnet et écharpe sont finalement les meilleurs garants d’une bonne vue.

–R.I.

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°14

 

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• Vision, les nouveaux miracles de la médecine – S&V n°1156 (2014). Dans tous les pays du monde – en particulier en France – les pathologies de la vue explosent. Heureusement, les techniques médicales pour traiter ces maladies ont fait un saut qualitatif ces dernières années : greffe de cellules, implants bioniques, thérapie génique…

• Vision nocturne : le tour de passe-passe de l’ADN – S&V n°1103 (2009). Avoir un bon éclairage, c’est bien… Mais dans l’obscurité, la vue est capable de prouesses impressionnantes, en particulier chez les mammifères nocturnes : la vision de nuit. Des chercheurs ont réussi à comprendre comment l’évolution a façonné cette aptitude, qui sollicite l’ADN des cellules visuelles.

• Pollution lumineuse, comment retrouver le noir de la nuit – S&V n°1098 (2009). Pour compenser le manque de lux de nos nuits, nous avons entrepris d’éclairer toutes nos routes et villes… Une solution de plus en plus critiquée.

 

La saga des robots spatiaux est fascinante. Leur endurance, leur opiniâtreté à durer – à survivre, presque – ont quelque chose de bouleversant, d’humain, si l’on ose écrire. Et pourquoi pas ? Derrière chacun de ces engins – surréaliste mélange de fragilité et de résistance – il y a des milliers d’hommes et de femmes, plus une armée invisible de « fans » qui suivent leur péripéties sur les réseaux sociaux ou les sites des instituts où ils sont nés.
Pourtant, ces robots sont silencieux et discrets. La plupart de nos contemporains n’ont pas encore réalisé à quel point ils ont envahi, progressivement, le système solaire, et même, qu’ils s’installent durablement sur les astres qui le constituent… Avez-vous une idée de ce qui se passe, en ce moment même, à l’aube de cette nouvelle année, loin de la Terre ? Oui, Curiosity arpente la planète Mars et Voyager 1 s’éloigne progressivement du Soleil et de ses planètes. Mais ce n’est pas tout… Sur Mars, à quelques milliers de kilomètres de Curiosity, un autre robot mobile, Opportunity, explore le désert jaune et or depuis près de douze ans. Opportunity réalise sur la planète rouge quelque chose qu’aucun robot terrestre n’a jamais fait sur la planète bleue, fonctionner plus de dix ans d’affilée, en se nourrissant de la lumière solaire.
Sur Mars, mais pas seulement : le système solaire entier, ou presque, est actuellement arpenté, sondé, scanné, photographié, visité, exploré par des robots, qui sont en quelque sorte désormais nos astronautes 2.0.
Aujourd’hui, tandis que que vous lisez cette longue série d’exploits spatiaux réalisés depuis un demi-siècle, le système solaire est presque entièrement occupé par des robots. L’humanité, via ses ambassadrices, a quitté sa planète natale, s’en est extrait, le ciel des hommes a changé de statut. Regardez cette nuit la Lune et Jupiter, demain matin Vénus et Mars. Nous sommes, vous êtes, là-haut. D’image abstraite, inaccessible, divine, la voûte céleste est devenue un lieu. Désormais, l’homme marche dans le ciel.
Serge Brunier

 

Le Soleil
Notre étoile est observée, surveillée, contemplée 24 heures sur 24 par les satellites, en orbite terrestre ou solaire. Chose incroyable, inimaginable il y a encore quelques décennies, le Soleil est désormais vu de plusieurs côtés à la fois… Actuellement, en attendant que son compagnon Stereo B soit, peut-être, réparé par les ingénieurs, Stereo A nous offre des images de la « face cachée » du Soleil, tandis que Soho, depuis vingt ans, photographie le Soleil dans le champ des étoiles. ACE (Advanced Composition Explorer) et Wind complètent la flottille actuelle de satellites d’étude du Soleil.

Mercure
Parfois, dans les couloirs et cafeterias des grands instituts astronomiques, on entend grincer des dents… Mezzo voce, des planétologues se plaignent que la planète Mars reçoive l’essentiel des budgets spatiaux – parce que la recherche d’une bien hypothétique vie martienne fait fantasmer le public et les contribuables – quand des mondes passionnants sont laissés de côté, comme Mercure, Uranus, Neptune, et tant d’autres… La planète la plus proche du Soleil n’a reçu que deux visites, en 1974 – la sonde Mariner 10 – et, entre 2009 et 2015, la sonde Messenger. Aujourd’hui, aucun satellite ne se trouve en orbite autour de Mercure, et jamais sa surface n’a été arpentée par un robot.

Vénus
Près d’une trentaine de sondes ont exploré la planète Vénus depuis 1962. Elles ont scanné sa surface entière, à travers son épaisse couverture nuageuse, et pour quatre d’entre elles, réussi l’exploit inouï de transmettre des images depuis sa surface… Malheureusement, aucune agence spatiale n’a relevé ce défi depuis le dernier succès soviétique, en 1982. Dommage… Aujourd’hui, seule la sonde Akatsuki continue à veiller sur l’Etoile du Berger.

La Terre
Notre petite planète bleue est cerclée par un invisible halo de satellites qui étudient ses reliefs, l’état de ses étendues maritimes, des glaces polaires, des déserts, de la végétation, de son climat à court et moyen terme. Des milliers de satellites se sont succédé en orbite terrestre depuis le « bip » fondateur de Spoutnik, en 1957…

La Lune
Des dizaines de sondes, et douze hommes, ont exploré la Lune depuis 1959. La Lune est le premier avant-poste de l’humanité dans le cosmos, et le seul endroit où des êtres humains ont posé le pied, au delà de l’horizon terrestre… L’exploration du système solaire est une aventure humaine, mais l’humanité se projette à des milliards de kilomètres de chez elle via les yeux électroniques de ses robots. Cette année, les petits robots Chang’e 3 et Yutu se sont endormis dans le golfe des Iris, tandis que en orbite, Lunar Reconnaissance Orbiter prend des images des traces de pas des astronautes dans la cendre grise, laissées là entre 1969 et 1972…

Mars
C’est indéniablement la grande vedette de l’exploration du système solaire, l’astre qui fait le plus rêver les hommes, et qui « humanise » le plus ses robots : la planète rouge a été visitée vingt cinq fois en une quarantaine d’années, des engins se sont satellisés autour d’elle et se sont posé à sa surface. Au sol, huit modules, certains se déplaçant, comme le célèbre Wall-E du dessin animé : Viking 1, Viking 2, Mars Pathfinder et son bébé robot Sojourner, Phoenix, Spirit, Opportunity et Curiosity. Opportunity a parcouru plus de 40 kilomètres à la surface de Mars, et fonctionne toujours aujourd’hui, douze années après son arrivée sur la planète rouge. Curiosity nous fait découvrir quotidiennement des paysages à couper le souffle. Peu importe que, jour après jour, le rêve de trouver de la vie passée ou présente sur Mars s’estompe peu à peu, ce qui compte désormais, c’est la véritable aventure « vécue » par ces robots spatiaux…
Au-dessus des deux robots, trois satellites tournent inlassablement autour de la planète rouge, établissant cartes et relevés météos d’une précision « terrestre » : Mars Express, Mars Reconnaissance Orbiter, Maven, Mangalyaan et Mars Odyssey. A l’automne, le satellite Exomars partira à son tour pour la planète rouge…

Comète Churyumov-Gerasimenko
La sonde Rosetta continue sa course cosmique en compagnie de la comète Churyumov-Gerasimenko, sur laquelle est devrait se poser à l’automne, non loin de Philaé, le petit robot assoupi. Depuis le début de la conquête spatiale, six comètes ont été visitées par les robots des hommes : Halley, Tempel 1, Hartley 2, Borrelly, Wild 2 et Churyumov-Gerasimenko.

Cérès
La sonde Dawn a accompli une première dans l’histoire de l’exploration du système solaire : se satelliser autour de deux astres au cours de sa mission : l’astéroïde Vesta d’abord, puis, aujourd’hui, la planète naine – le plus gros des astéroïdes, et le tout premier découvert, le 1 janvier 1801 – Cérès. Depuis le début de la conquête spatiale, treize astéroïdes ont été visités virtuellement par l’humanité : Cérès, Vesta, Mathilde, Toutatis, Braille, Annefranck, Steins, Itokawa, Ida et son satellite Dactyl, Eros, Gaspra et Lutetia.
La sonde Hayabusa 2 fonce actuellement vers Ryugu, qu’elle atteindra en 2018 et la sonde Osiris Rex se prépare à rejoindre Bennu. Décollage à l’automne.

Jupiter
Huit sondes ont déjà rendu visite à la plus grande des planètes du système solaire : Pioneer 10 et 11, Voyager 1 et 2, Ulysses, Galileo, Cassini et New Horizons. C’est l’une des cibles les plus intéressantes pour les planétologues, pourtant, seule Galileo s’est mise en orbite autour de la planète géante, entre 1995 et 2003. Cette injustice sera réparée en juillet 2016, avec l’arrivée dans le système jovien de la sonde Juno.

Saturne
Le système de Saturne cache des merveilles, satellites aux caractéristiques de science-fiction, comme Titan et Encelade, anneaux changeants, micro satellites éphémères… Trois sondes ont survolé la planètes aux anneaux : Pioneer 11, Voyager 1 et Voyager 2. Mais surtout, depuis 2004, la sonde Cassini nous fait découvrir les mondes prodigieux qui gravitent autour de Saturne.

Titan
Ce monde lointain, voilé par les nuages, offre aux radars de Cassini et à la caméra de la sonde Huygens qui se pose à sa surface en janvier 2005 les images de ses paysages étranges… Au XXI e siècle, la science-fiction s’invite définitivement dans la conquête spatiale. Quand retournerons-nous sur Titan ?

Uranus et Neptune
Une sonde seulement, Voyager 2, a traversé les systèmes de Uranus et Neptune… Uranus, voici trente ans, en 1986, et Neptune en 1989. Depuis, rien. Trop lointaines, trop difficiles à atteindre. Trop de budget, peut-être, aussi, pour les missions martiennes.

Pluton
Avec la traversée du système de Pluton par la sonde New Horizons cette année, la conquête virtuelle et symbolique du système solaire est achevée.

Les étoiles…
Eh oui… cinq sondes sont en partance vers les étoiles… Pioneer 10 et 11, Voyager 1 et 2, New Horizons ont toutes dépassé la « troisième vitesse cosmique », celle qui permet d’échapper à l’attraction solaire… Cette échappée est symbolique, le voyage vers les étoiles, qu’elles ne visent pas vraiment et qu’elles n’atteindront probablement jamais, durerait des centaines de milliers, des millions d’années… Ces cinq robots spatiaux, peut-être conservés intacts, dans le froid et le vide presque absolus de l’espace interstellaire, sont la mémoire, éternelle ou presque, de l’humanité.

Une explication toute trouvée serait le froid : l’hiver est, chez Sapiens, la saison des amours. Car les chiffres de l’Institut national d’études démographiques (Ined) le montrent sans ambiguïté : la période où naissent le plus d’enfants va de juillet à octobre, avec un pic au mois de septembre.

En particulier autour du 23 septembre, où les naissances sont deux fois plus nombreuses qu’un jour normal : mais ce pic-là a une explication bien particulière, car il correspond aux conceptions de la Saint-Sylvestre, la nuit des festivités du Nouvel An !

Hormis ce jour de fête, il suffit de soustraire neuf mois au jour de naissance pour constater que plein de petits Jésus sont conçus en hiver. Parce qu’il fait froid et que les couples cherchent à se tenir chaud dans les bras l’un de l’autre ?

La science, qui ne se satisfait jamais des apparences, a depuis peu une bien meilleure explication !  Une explication qui tient en un mot : spermatozoïdes. Car des chercheurs israéliens ont fait le constat que les cellules reproductrices masculines ont une préférence marquée pour la saison hivernale: elle les rend plus… vigoureux !

Cela se passait en 2013, au centre médical universitaire Soroka (Beer-Sheva, Israël). Le protocole? Il a porté sur près de 6 500 échantillons de sperme d’hommes qui avaient consulté le département d’aide à la procréation avec leur compagne.

Des spermatozoïdes plus nombreux, mieux formés et plus mobiles

Le résultat ? En hiver, chez les hommes en bonne santé, les spermatozoïdes étaient plus nombreux, mieux formés et surtout plus mobiles ! Cette dernière caractéristique étant cruciale puisque seul un très petit nombre de spermatozoïdes est capable de nager suffisamment vite pour atteindre l’ovocyte de la future mère.

Or, tandis qu’au printemps et en été, ces nageurs ultra-performants n’étaient que 3,5 à 4 % dans les échantillons étudiés, à l’automne, ils atteignaient 4,9 % et… 5 % en hiver ! Soit une augmentation de 43 % par rapport au printemps.

Qui aurait pu soupçonner que les gamètes mâles sont au meilleur de leur forme à la saison froide! Mais les faits sont là: l’hiver est propice à la procréation, côté paternel. Et logiquement, les naissances enregistrées dans ce même hôpital israélien sont significativement plus élevées au cours des mois de juillet à octobre, neuf mois après la saison froide.

Les variations de l’ensoleillement pourraient être à l’origine du phénomène

Bien sûr, une question brûle les lèvres: à quoi peut bien tenir cette variation saisonnière de la qualité du sperme ? Las, les biologistes ne se l’expliquent pas vraiment. Pourtant, comme le fait remarquer le docteur Jacques Auger, biologiste de la reproduction à l’hôpital Cochin (Paris), le phénomène est connu depuis le début des années 2000 !

Une étude parue en 2001 et menée dans plusieurs villes d’Europe (Paris, Edimbourg, Copenhague…), mais sur un plus petit nombre d’hommes que dans l’étude israélienne, avait déjà trouvé une meilleure qualité du sperme l’hiver : les concentrations de spermatozoïdes y étaient 30 % plus élevées qu’en été!

“Cela pourrait être dû aux variations de l’ensoleillement au cours des saisons, qui auraient une influence sur les hormones et ainsi sur la production du sperme… mais il n’existe encore aucune preuve”, détaille le chercheur.

Mieux comprendre ces mécanismes serait pourtant utile, notamment pour les couples qui peinent à avoir un enfant. En France, ils représentent près d’un couple sur cinq.

–F.G.

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°14

 

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• Assistance médicale à la procréation, tout ce qu’il faut savoir – S&V n°1154 (2012). Un couple sur dix en France fait appel à une aide médicale pour avoir un bébé. Un parcours long et complexe : voici les options existantes et les étapes clés.

• Spermatozoïdes : ils sont capables d’incroyables stratégies — S&V n°1112 (2010). Ils arborent des formes originales, régulent leur nombre, font équipe, passent à l’attaque… une étonnante compétitivité !

 

“Etoile de Noël”, “cactus de Noël”… offertes pour les fêtes de fin d’année, ces plantes doivent leur succès à la temporalité particulière de leur floraison : elles déploient leurs fleurs au cœur de la saison froide. Comment expliquer cette originalité ?

“A l’inverse des plantes communes, ce sont des plantes ‘de jours courts’ : elles fleurissent en réponse au raccourcissement du jour”, explique Claire Périlleux, professeure de physiologie végétale à l’université de Liège (Belgique).

Les plantes utilisent en effet une horloge interne formée par des rouages de molécules sensibles à la lumière, pour synchroniser avec leurs congénères le moment où elles développent les fleurs, c’est-à-dire où elles se reproduisent.

Fleurir l’hiver : moins de concurrence face aux pollinisateurs

L’avantage de ce photopériodisme : “Si toutes les fleurs d’une espèce s’épanouissent à la même période, le pollen est transmis d’une plante à l’autre (par le vent ou les pollinisateurs) avec le minimum de pertes, pointe Jacqui Shykoff, directrice de recherche à l’université de Paris-Sud. Et en automne-hiver, comme elles sont plus rares à fleurir, les pertes sont encore plus réduites, car il y a peu de concurrence.”

De plus, le poinsettia et le cactus de Noël sont des espèces d’Amérique tropicale, où les colibris passent l’hiver. Si elles fleurissent à cette saison, c’est pour employer ces oiseaux comme pollinisateurs !

Voici quelques conseils de jardinage pour prolonger la vie de vos fleurs d’hiver.

• SCHLUMBERGERA (“cactus de Noël”)
  › S’il a des boutons, ne le déplacez pas: ils tombe- raient suite au stress. Laissez-le devant une fenêtre lumineuse.
  › Arrosez-le abondamment une fois par semaine, pas plus.
  › Pas besoin de le rempoter.

• POINSETTIA (“étoile de Noël”)
  › Une fois fanées, les bractées (les faux pétales rouges) doivent être coupées en réduisant de moitié les tiges.
  › Rempotez la plante dans du terreau avec un peu de sable et placez-la dans un endroit bien éclairé.
  › Arrosez-la régulièrement.

• CYCLAMEN
  › Mieux vaut éviter de le placer près du radiateur, où il risque de se dessécher. Si possible, mettez-le de- hors, à la fenêtre, ou faites-lui passer les nuits sur le palier.
  › Gardez le terreau humide, sans toutefois exagérer avec l’arrosage.
  › Le cyclamen préfère l’ombre au soleil.

–Fiorenza Gracci

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°14

 

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• L’intelligence des plantes enfin révélée – S&V n°1146 – 2013 – La mécanique complexe de la montée de la sève n’est rien comparée aux autres compétences des plantes : elles ont le sens de l’ouïe, savent communiquer, ont l’esprit de famille et même de la mémoire. Les biologistes découvrent à peine ce que les pantes savent faire.

• Les plantes possèdent un 6e sens – S&V n°1074 – 2007 – Zoom sur une aptitude inédite des plantes : la sensibilité aux champs magnétiques grâce à des récepteurs de lumière bleue, que l’homme possède également.

 

Ce début d’année nous offre un très beau et rare spectacle : le passage d’une comète dans le ciel… Si la comète Catalina n’est pas perceptible à l’œil nu, elle est bien visible dans des jumelles, où elle apparaît comme un pâle fuseau argenté. Les photographes l’enregistrent facilement, et révèlent les deux immenses queues développées par la comète lors de son passage auprès du Soleil, le 15 novembre 2015, à seulement 122 millions de kilomètres.
La comète C/2013 US10 Catalina a été découverte en octobre 2013 à l’observatoire de Catalina, sur les hauteurs de Tucson, Arizona. Depuis lors, elle se rapproche du Soleil et a déjà été étudiée par les astronomes au cours des années 2014 et 2015.
S’élevant progressivement au dessus de l’horizon est depuis le début décembre, elle s’éloigne de notre brillante étoile et est désormais haut dans le ciel, aux confins des constellations du Bouvier et de la Grande Ourse. Elle sera au plus près de la Terre le 17 janvier 2016, à quelques 108 millions de kilomètres.

La comète Catalina sera probablement suivie par les astronomes jusqu’au mois de mars prochain, puis elle deviendra trop faible et trop froide : ses deux queues vont progressivement s’estomper.
Si le passage d’une comète trouble un instant l’harmonie des sphères, le ciel d’hiver, quant à lui, demeure immuable, au moins à l’échelle d’une vie humaine.
Et en janvier, l’astre qu’il ne faut pas manquer de découvrir, c’est la nébuleuse d’Orion.
Perceptible à l’œil nu comme une petite tache laiteuse au cœur de la constellation d’Orion, la nébuleuse, dite M 42 par les spécialistes, est connue depuis la plus haute antiquité et observée au télescope par les astronomes depuis quatre siècles. Distante de près de 1500 années-lumière, la nébuleuse d’Orion existe depuis plusieurs centaines de milliers d’années.

C’est l’un des plus grands nuages gazeux de la Galaxie. Elle s’étend sur une cinquantaine d’années-lumière, et sa masse équivaut à celle de centaines de soleils.
Dense, brillante, colorée, la nébuleuse est pourtant essentiellement vide : elle ne compte que quelques centaines d’atomes par centimètre-cube… C’est l’accumulation du gaz – de l’hydrogène, de l’hélium, de l’oxygène, etc – sur des milliers de milliards de kilomètres, qui donne l’impression trompeuse que ce milieu est dense comme le brouillard d’une matinée d’hiver.
Ce sont les étoiles massives qui naissent en son sein qui illuminent la nébuleuse, au centre de celle-ci se trouve un groupe de jeunes étoiles supergéantes, le Trapèze d’Orion, qui brillent chacune comme cent mille soleils.
La nébuleuse d’Orion est tellement lumineuse qu’elle est perceptible à l’œil nu, même en pleine ville, même au clair de Lune. Sa forme d’oiseau aux ailes déployées commence à être perceptible dans des jumelles ou de petits instruments d’amateurs, et de grands télescopes offrent de ce joyau céleste des images colorées, brillantes et contrastées ; une observation inoubliable…

Serge Brunier

Ces sublimes flambées lumineuses naissent de la rencontre du vent solaire avec le bouclier magnétique terrestre. Le vent solaire ? Ce puissant souffle de gaz chargé en électricité et d’une température de 1 million de degrés est éjecté sans cesse par le Soleil à la vitesse de 800 km/s. Il est freiné par le bouclier magnétique terrestre, qui a cependant deux points faibles, au-dessus des pôles, à une quinzaine de kilomètres d’altitude. C’est pourquoi on n’observe les aurores que dans les pays nordiques (pays scandinaves, Islande, Alaska, Canada, Groenland, Russie…) et en Antarctique.

Là-bas, lorsque le vent solaire est particulièrement puissant, il peut plonger vers la surface de la Terre, et éclairer le ciel de mille feux ! Un incroyable spectacle de… chimie : les électrons et les protons composant le vent solaire percutent les atomes d’oxygène et d’azote de l’atmosphère, les excitant. Pour revenir à leur état initial, ces derniers émettent un joli rayonnement coloré. Il sera vert ou rouge dans le cas de l’oxygène, bleu ou rouge dans le cas de l’azote… les autres couleurs étant des mélanges de ces rayonnements.

Le ciel d’hiver étant plus limpide, il est propice à l’observation des aurores boréales

Pourquoi observe-t-on davantage d’aurores l’hiver ? Tout simplement parce qu’au niveau des pôles, les nuits sont plus sombres et plus longues à cette saison. Tandis que le reste de l’année, le Soleil a tendance à se coucher trop tard et se lever trop tôt, gâchant le fond noir propice à l’observation nocturne. De plus, lorsqu’il fait plus froid, les nuits claires et sèches sont plus fréquentes. Limpide, le ciel garantit alors une meilleure visibilité.

—Fiorenza Gracci

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°14

 

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

• L’origine des aurores boréales de mieux en mieux cernée – S&V n°1095 (2008). Deux théories s’affrontent pour expliquer ce phénomène fabuleux. Grâce à la mission Thémis de la NASA, la question est presque tranchée…

• Comment se forment les aurores boréales ? – S&V n°1027 (2003). L’embrasement du ciel est dû à un formidable choc cosmique entre des particules terrestres et solaires.

 

Alma, l’immense réseau interférométrique installé dans la cordillère des Andes chiliennes par les Européens, les Américains et les Japonais, est un instrument actuellement unique au monde. Il est le seul, en effet, à pouvoir observer les rayonnements submillimétrique et millimétrique – entre 0,3 et 10 mm de longueur d’onde environ – avec une qualité d’image comparable à celle des meilleurs télescopes optiques, tels Hubble, voire mieux encore… Le rayonnement de grande longueur d’ondes qu’il observe lui permet de pénétrer à l’intérieur des nuages gazeux denses et opaques qui entourent les étoiles naissantes et d’observer, littéralement en direct, la naissance des étoiles et de leurs systèmes planétaires.
Mais, à l’échelle du cosmos, un système stellaire, c’est minuscule, donc très difficile à observer, surtout qu’il n’existe aucun système planétaire en formation à proximité de la Terre. Les plus proches se trouvent à des centaines d’années-lumière d’ici… C’est donc dans cette catégorie d’observation très particulière, alliant les grandes longueurs d’onde à la haute résolution, qu’Alma accomplit des prodiges.
Pour cela, les astronomes ont déployé les grands moyens : près de un milliard d’euros pour construire, à plus de 5000 mètres d’altitude, dans le désert d’Atacama, un réseau de 66 antennes mesurant 12 mètres de diamètre pour 54 d’entre elles et 7 mètres pour les 12 autres.
L’engin géant, long à mettre au point, est désormais opérationnel, en témoignent ces observations de deux jeunes systèmes planétaires en formation, HD 135344 B et DoAr44. Autour de ces deux jeunes étoiles, âgées de moins de un million d’années, et distantes respectivement de 450 et 390 années-lumière, tournent des nuages de poussières et de gaz, que Alma a pour la première fois pu observer en détail.
Autour des deux étoiles, Alma a découvert le même phénomène : une cavité dans le nuage qui les entoure, qui prouve que des planètes géantes, plus grandes que Jupiter, ont déjà accumulé le gaz et la poussière qui étaient là.

Ces images exceptionnelles prises par Alma ne sont pas faciles à « lire », surtout quand on les compare aux magnifiques portraits cosmiques peints, par exemple, par le télescope spatial Hubble. Pour les apprécier à leur juste valeur, il faut comprendre leur échelle, et les conditions dans lesquelles elles ont été prises…
Leurs couleurs, d’abord : elles sont arbitraires, bien, sûr, puisque Alma « voit » en infrarouge lointain et en millimétrique… Ici, ces fausses couleurs ont été créées à partir de données enregistrées autour de 896 micromètres de longueur d’onde. Nous sommes à la frontière de l’infrarouge et du rayonnement millimétrique, puisque, bien sûr, 896 micromètres, cela équivaut à… 0,89 millimètre. Pour mémoire, l’œil humain est sensible entre 0,4 et 0,7 micromètre, une longueur d’onde plus de mille fois plus petite… Corollaire à cette différence énorme de longueur d’onde, l’instrument d’observation doit être immense pour résoudre, c’est-à-dire détailler les astres observés. Ici, Alma a été utilisé avec une trentaine d’antennes seulement, éloignées, pour les plus distantes, de 1100 mètres ! La résolution de l’interféromètre atteint dans cette configuration 0,2 seconde d’arc : c’est la finesse de détail visible sur l’image. Une telle qualité approche celle de Hubble et des grands télescopes terrestres équipés d’optiques adaptatives, dans les domaines visible ou infrarouge proches, vers 1 micromètre de longueur d’onde. A la longueur d’onde d’Alma, mille fois plus grande, c’est une prouesse…
Mais un angle de 0,2 seconde d’arc, cela ne parle pas à un certain nombre de nos lecteurs : sur la Lune, par exemple, cela représente environ 400 mètres. Et dans les systèmes planétaires observés par Alma ?
HD 135344 B se trouve à 450 années-lumière, à cette distance et avec cette configuration, Alma perçoit « là-bas » des détails d’un peu plus de 4 milliards de kilomètres, dans le système de DoAr44, situé à 390 années-lumière, les détails perçus par Alma sont inférieurs à 4 milliards de kilomètres.
Il sera possible à l’avenir de voir les systèmes planétaires de HD 135344 B, DoAr44 ou d’autres, comme HD 142527, avec bien plus de précision. En effet, ces images ont été prises avec l’interféromètre en phase de tests. Pour faire mieux, il faudra utiliser Alma dans une configuration plus étendue, celle ou ce télescope virtuel mesure plus de dix kilomètres de diamètre. Ces systèmes stellaires se révéleront avec dix fois plus de détails, et, peut-être, Alma pourra t-il détecter les planètes naissantes autour de leurs jeunes étoiles.
Serge Brunier

C’est étrange, un arbre, en hiver. Immobile, sombre, décharné. Seul, sur fond de ciel blanc et terne. Subissant sans broncher les assauts hostiles du vent, du froid, de la pluie, de la neige aussi. Ses branches comme celles d’un malheureux escogriffe. Au printemps, il exulte. Ses bourgeons éclatent, il se pare de mille feuilles, le vert est annoncé, c’est la fête au végétal. Mais l’hiver ? Que fait-il ? Comment passe-t-il le temps ? Il attend ? Mais quoi exactement ?

Si on pose la question à un biologiste, il répond : en hiver, les arbres dorment… à moitié ! Mais encore ? Cela s’appelle la “dormance”. Soit une longue somnolence, dans laquelle sombre doucement l’arbre, sans heurt, dès l’automne, lorsque le fond de l’air annonce le froid à venir.

Car l’arbre a un objectif : protéger ses bourgeons, que menace notamment le gel. Et pour remplir cette mission, l’arbre se met en veille. C’est-à-dire qu’il ralentit sa croissance. Un exploit ! Protecteur, il va même jusqu’à former des écailles là où naîtront les futures pousses feuillées, leur faisant comme un nid douillet d’où elles pourront éclore sans crainte, lorsque les beaux jours seront revenus.

L’hiver, ils plongent dans un état de dormance

Cette phase où l’arbre prend ses quartiers d’hiver, c’est la “paradormance”. Elle dure jusqu’à la fin octobre – car l’arbre est lent… Puis il entre dans une phase nommée l’“endodormance” (la dormance au sens strict), où il n’y a plus de croissance du tout.

Mais qu’on ne s’y trompe pas ! “Il se passe maintes choses à l’intérieur d’un arbre en hiver ! Si des mécanismes cruciaux pour leur survie persistent ou s’interrompent momentanément, d’autres, en revanche, tels que les processus de protection contre le gel, s’enclenchent. Et ce, partout dans la plante : dans les bourgeons, les rameaux, le tronc et les racines. Ces mécanismes sont influencés par les températures du sol et de l’air et par leurs fluctuations au cours d’une journée d’hiver, souvent négatives le matin mais pouvant atteindre 15 °C l’après-midi”, souligne Thierry Améglio, chercheur en biologie végétale hivernale à l’Institut national de la recherche agronomique (Inra) de Clermont-Ferrand.

L’arbre n’est donc pas mort ! Si on osait, on dirait qu’il est stricto sensu dans un état végétatif. En tout cas, il maintient, de façon aussi invisible que tenace, depuis ses racines jusqu’aux tissus conducteurs de son tronc et de ses branches, tous les mécanismes biologiques nécessaires à sa survie. A savoir la respiration des cellules, la pousse des racines et même, chez ceux qui ont la chance de garder leurs feuilles (pins, sapins, chênes verts), la photosynthèse ainsi que la transpiration. Toutefois, faible ensoleillement et températures fraîches voire glaciales ralentissent tous ces mécanismes…

Ils ont besoin du froid pour revivre

Parallèlement, l’arbre ne fait pas seulement le dos rond contre le froid : il oppose aussi à celui-ci une résistance dont il a le secret. Car du plus profond de ses gènes, il enclenche certains processus destinés à faire échec au gel. Sans eux, il ne pourrait traverser l’hiver sans gros dégâts pour ses cellules et tissus (explosion des cellules, rupture des rameaux, tronc fendu, etc.), au risque de mourir pour de bon…

Et il compte aussi les jours ! Car aussi paradoxal que cela puisse paraître, l’arbre a besoin d’être exposé un certain nombre de jours au froid pour finalement pouvoir revivre.

Au final, “il existe trois grands mécanismes ‘antigel’, énumère Thierry Améglio. La dormance elle-même, qui empêche le gel des jeunes tissus fragiles issus de la croissance en stoppant celle-ci ou en la limitant fortement ; le phénomène de l’endurcissement, qui augmente la tolérance des cellules et des tissus de l’arbre au froid ; et les mécanismes de réparation et de production des vaisseaux transporteurs de sève brute, endommagés par une embolie hivernale.”

Car en plus des mécanismes de protection proprement dits, les arbres ont mis en place des processus de réparation. Complémentaires aux premiers, ils sont là pour empêcher la formation de bulles d’air (embolie) lors des cycles de gel-dégel dans les vaisseaux qui transportent la sève brute des racines jusqu’au sommet de l’arbre. Et ainsi permettre la remontée de la sève au printemps.

Offrir le moins de prise au froid, le repousser de toutes ses forces et, si besoin, panser ses plaies : voilà ce que fait un arbre l’hiver. A le voir, on ne le croirait jamais. C’est pourtant à cette condition que résiste ce géant qui, contrairement aux autres êtres vivants, reste continûment exposé au froid sans nul endroit où se mettre à l’abri. Ni terrier ni… arbre pour s’abriter sous son aile.

On comprend mieux le raffinement des stratégies hivernales qu’il déploie. Car, que l’un ou l’autre de ces processus soit perturbé, et c’est l’éclosion des bourgeons, la floraison et/ou la production de fruits qui s’en trouveront alors compromis.
Que font les arbres pendant l’hiver ? Ils risquent leur vie. Silencieusement. Dignement. Chaque hiver.

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1. Ils stoppent leur croissance – Les plantes sont des organismes poïkilothermes, dont la température varie avec celle de leur environnement. Contre la rigueur de l’hiver, les arbres ont développé des stratégies de survie. La première consiste à entrer graduellement dans la dormance, encouragée par les températures de plus en plus fraîches (entre 8 et 12 °C), voire froides. Comment ? En interrompant la division de leurs cellules ! Celles-ci se trouvent alors dans l’incapacité d’utiliser les nutriments et autres hormones de croissance amenés par les racines via la sève, car certaines molécules indispensables à leur fonctionnement (les enzymes) sont alors inhibées par les températures. Du coup, l’hiver venu, les arbres, qu’ils soient caducs (ceux qui perdent leurs feuilles) ou persistants, cessent toute activité de croissance.
Ils donnent l’impression d’être morts ; comme si leur vie était figée le temps de la mauvaise saison…

2. Ils fabriquent de l’antigel – Pour faire face aux deux mois les plus froids de l’année en France, janvier et février, les arbres s’endurcissent. Pas au sens littéral, mais en développant des processus de résistance au froid et au gel. Ceux-ci se mettent en place dès l’automne, avec la chute progressive des températures, et permettent aux arbres d’abaisser graduellement le point de congélation de leurs cellules, afin qu’elles n’éclatent pas sous l’effet du gel, même à des températures très basses. “C’est un processus très complexe. Il consiste en plusieurs modifications moléculaires et cellulaires progressives qui découlent de réactions biochimiques s’activant, s’inhibant et se réactivant constamment selon les fluctuations de la température extérieure”, s’enthousiasme Thierry Améglio, chercheur à l’Inra. Parmi elles, la fabrication d’“antigel”. Ainsi, dès que la température passe sous les 5 °C, l’arbre synthétise des enzymes qui vont dégrader l’amidon (de grosses molécules de sucre) – fabriqué par photosynthèse et mis en réserve à la belle saison dans l’écorce et le bois – en sucres plus petits et solubles à fort pouvoir “antigel”. Mais, dès que la température grimpe au-dessus de 5 °C, (l’après-midi, même en hiver), l’amidon se reconstitue car les protéines antigel fusionnent entre elles pour le reformer. Puis, quand la température rechute en soirée, il est de nouveau hydrolysé, et ainsi de suite. Inscrite dans les gènes de l’arbre, cette capacité d’endurcissement diffère d’une espèce à l’autre : si le noyer peut résister à − 20 °C maximum, les aiguilles du pin Pinus sylvestris survivent encore par… − 80 °C !

3. Ils réparent les dommages si besoin – Dès la fin février, l’arbre se prépare à l’arrivée des beaux jours. Là, sous l’écorce, débute un processus de réparation, voire de production de nouveaux vaisseaux transporteurs (le xylème) de sève brute (de l’eau et des sels minéraux). Une étape essentielle, car dans les feuilles, la photosynthèse transforme cette sève brute en sève élaborée, redistribuée ensuite des racines à l’ensemble de l’arbre. Or, sous l’effet du gel, l’air dissous dans l’eau et circulant dans les vaisseaux forme des bulles qui, si elles sont suffisamment grosses, restent coincées et obstruent le passage de la sève. On parle d’embolies hivernales. Pour les réparer, la plante fait un appel d’eau et de sucres dans les vaisseaux, qui génère une pression chassant les bulles d’air.

4. Ils préparent l’arrivée des beaux jours – Dès le mois de janvier et jusque fin février, parfois même jusqu’en mars, la croissance des arbres, au niveau de leurs bourgeons, est relancée. Mais elle est alors si lente qu’elle reste invisible. Et paradoxalement, c’est le froid qui lève cette phase de dormance. En effet, pour sortir de sa léthargie, l’arbre doit avoir cumulé les heures froides (températures inférieures à 7 °C) durant trois à quatre semaines. Dès que son quota est atteint, souvent fin décembre, il entre alors dans une phase de croissance, limitée par les conditions environnementales : c’est “l’écodormance”. Cette dernière se prolonge tant que l’arbre n’a pas cumulé, cette fois, suffisamment d’heures chaudes, supérieures à 7 °C. Elle se joue essentiellement au niveau cellulaire, la sève ne circulant pas encore dans l’arbre. Dans les tissus du bourgeon, la multiplication des cellules indifférenciées a repris. Elles se divisent, grandissent, se différencient et assurent imperceptiblement la croissance du bourgeon.

— K.B.

D’après Science&Vie Questions-Réponses n°14

 

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• L’intelligence des plantes enfin révélée – S&V n°1146 – 2013 – La mécanique complexe de la montée de la sève n’est rien comparée aux autres compétences des plantes : elles ont le sens de l’ouïe, savent communiquer, ont l’esprit de famille et même de la mémoire. Les biologistes découvrent à peine ce que les pantes savent faire.

• Vers la fin des grands arbres ? — S&V n°1151, 2013. Le réchauffement comme la déforestation menacent la survie des grands séquoias, baobabs et autres géants des forêts.

• La forêt comme vous ne l’avez jamais vue — S&V n°1127, 2011. Un nouvel outil radar permet de visualiser en 3D tous les paramètres d’une forêt : la biodiversité qu’elle abrite, la quantité de CO2 qu’elle renferme…