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lu pour vous numéro 88

Détails

" Lu pour vous " n° 88*

Sommaire :

  • L'énergie de la vie : elle tient dans une goutte d'eau
  • Science futur : des robots vigiles effectuent leurs premières rondes
  • Actualité- Santé : une peau artificielle sensible comme la vraie
  • High-tech, construction : I' ascenseur découvre l'horizontale
  • Actualité- santé : un pacemaker alimenté à distance
  • Images de science.

L'Energie de la vie : elle tient dans une goutte d'eau.

lpv881C'est par hasard que les chimistes ont découvert le phénomène : en insérant dans une goutte d'eau deux molécules simples, celles-ci ont rapidement formé des molécules complexes ... sans la moindre intervention extérieure. Par la seule force de la « tension de surface » qui, au sein d'une goutte, incite toutes molécules à se lier entre elles. Une découverte majeure car elle offre enfin un scénario crédible à l'apparition de la vie : les réactions initiées dans les gouttes auraient pu se propager sur la Terre primitive, notamment via les nuages. Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une goutte ? Il y a l'énergie de la vie. Une énergie que les scientifiques cherchent maintenant à maîtriser ...

Comment tout a-t-il commencé ? Comment de turbulents atomes ont-ils pu s'assagir pour se stabiliser en molécules ? En un mot, comment, dans un monde de chimie, la biologie a-t-elle apparue ?

C'est à cette question parmi les plus cruciales qu'une équipe de physiciens et de chimistes réunis autour d'Anrew GRIFFITH, à l'université de Strasbourg, apporte aujourd'hui une réponse ... d'une simplicité étonnante: tout aurait commencé il y a 4 milliards d'années, dans les embruns s'élevant au-dessus de la houle de l'océan primitif, et dans les nuages en altitude de l'atmosphère originelle.

lpv883L'énergie qui a déclenché le grand processus viendrait de simples petites enceintes d'eau : les gouttes seraient l'étincelle de la vie. Un phénomène pourtant banal.

L'origine de cette énergie est en fait connue depuis plus de deux cents ans.

Tout se joue sur la paroi de la goutte. Les molécules d'eau qui la constituent ne pouvant établir de liaison avec l'extérieur, elles concentrent leur énergie sur leurs voisines, avec lesquelles elles se lient plus fortement. Cela crée une tension sur toute la surface qui comprime le volume en une sphère.

Cette force intérieure semble infime. C'est pourtant elle qui permet aux molécules d'eau de la goutte de rester solidaires. Et ce phénomène à la fois banal et merveilleux pourrait aussi fournir l'énergie vitale tant recherchée. Car l'énigme de l'apparition de la vie tourne autour de la question de l'énergie.

lpv882Alors, comment ici-bas, les milliards de milliards d'atomes qui nous constituent ont-ils pu s'organiser pour former une structure dotée de telles qualités de cohérence, de reproduction et d' évolution ?

Pas de problème pour le premier stade de la complexification moléculaire : la transformation des atomes (hydrogène, carbone, oxygène, azote) en molécules simples (H20, C02, NH4) est une affaire réglée par la chimie élémentaire. Mais ensuite ? La vie aurait vaincu l'entropie en tirant de l'énergie de la chaleur d'une soupe tiède secouée par des éclairs. Des molécules simples s'y seraient spontanément formées avant de s'agglomérer en structures plus complexes, qui ont envahi le globe.

La vraie difficulté se situe en réalité à l'étape suivante : l'agrégation de ces briques élémentaires les unes avec les autres pour former des molécules des centaines de fois plus grosses et complexes, comme les protéines ou les nucléotides.

lpv884En changeant la concentration, la taille des gouttes, les chercheurs s'aperçoivent que non seulement la réaction est bel et bien favorisée, mais qu'elle devient même de plus en plus efficace à mesure que le diamètre des gouttes diminue.

La géométrie de la goutte est seule en cause.

Tout se joue à la surface. Car il n'y a qu'une seule différence entre un liquide et une goutte : sa surface. Et comme va l'observer l'équipe, c'est bien là que réside la clé du phénomène. Dans les microgouttes, la tension dégagée par la surface devient dominante, au point de réussir à attirer les atomes des molécules d'aldéhyde et d'amine, qui s'y accrochent momentanément.

Une fois accrochées, les molécules n'évoluent plus dans un espace à trois dimensions, comme c'est le cas au cœur de la goutte, mais dans un espace à deux dimensions, décrit Jean Christophe BARET, physicien à l'université de Bordeaux et à l'Institut Max-Planck de Göttingen, qui a participé à l'étude. Elles ont donc moins de chemin à parcourir pour se rencontrer et réagir. »

« Cela marche tout seul et tout le temps. Les forces en jeu s'appliquent à toutes les molécules. » C'est la force essentielle de cette piste : les gouttes sont des accélérateurs de réactions universelles. Voici donc que le plus banal des objets recèle une énergie inespérée, capable d'assembler la matière.

Un nouveau scénario des origines.

lpv885Embruns, nuages ou même gouttelettes d'eau enrobées d'huile dans la mer auraient fabriqué les molécules pré biotiques. Chargés de leurs molécules complexes, ces innombrables et microscopiques laboratoires auraient ensuite été le siège d'un processus de sélection, permettant à certaines molécules chimiques de s'imposer progressivement ... jusqu'à changer la composition du monde. Et permettant à l'étape suivante, la formation d'un premier proto-organisme, de s'enclencher.

La goutte révolutionne les « Biotechs ».

Médecine, agroalimentaire ... L'énergie des gouttes recèle d'innombrables possibilités. Les ingénieurs en biotechnologies ont aujourd'hui les outils de leurs ambitions. La révolution micro fluidique est en marche. Les ingénieurs rêvent de recueillir et d'exploiter cette extraordinaire énergie. Et ils sont aujourd'hui en passe d'y parvenir.

Non seulement ces banales enceintes d'eau de quelques micromètres de diamètre pourraient avoir fourni l'étincelle indispensable à la vie, mais elles sont en train de s'imposer comme le composant de base des biotechnologies. A tel point que de plus en plus de spécialistes évoquent une révolution micro fluidique, en médecine, en ingénierie, en agroalimentaire ...

lpv886Des dizaines de start-up se créent. Quant au nombre de laboratoires de recherche spécialisés : Harvard, l'Ecole polytechnique, le MIT, Oxford, l'université de Twente aux Pays-Bas ... Pas une des plus prestigieuses institutions mondiales qui n'ait son « équipe micro fluidique ».

Les promesses sont ébouriffantes. A l'échelle de quelques dizaines de micromètres, les fluides sont contrôlés. Et dans ces éprouvettes idéales se révèlent les plus infimes phénomènes biologiques et chimiques. Plus besoin de pipettes et autre verrerie. Plus de temps d'attente. Tout se passe dans l'intimité d'un bloc de pastique de quelques centimètres carrés sur lequel est gravé un circuit hydraulique miniature, qui intègre toutes les fonctions du laboratoire de chimie : une puce, comme en microélectronique, à ceci près qu'elle transporte un liquide, et non un courant d'électrons.

« Il suffit d'une puce micro fluidique et d'un microscope. Une goutte peut être scindée en 10 000, et chaque microgoutte est l'équivalent d'une fiole dont on contrôle tous les paramètres avec une très grande fiabilité », résume Pierre-Thomas Brun, qui travaille sur le sujet au MIT. « Avec les méthodes classiques, il faut plusieurs mois pour tester 100 000 molécules sur une lignée de cellules, explique Ali FALLAH-ARAGHI, spécialiste chez Novozymes, le leader mondial des enzymes. En travaillant en parallèle sur des millions de gouttes, on peut désormais interroger des millions de composé ... en quelques heures ! ».

Des applications tous azimuts.

lpv887De quoi réaliser, aussi, des tests ultrarapides sur une goutte de sang. » On peut fabriquer de petits laboratoires transportables, à bas coût, pour tester le lait des vaches, diagnostiquer une maladie chez un patient ... On a besoin de moins de solvant et de moins d'échantillons, et cela peut fonctionner pour tout type d'analyse », précise Marie-Caroline JULLIEN, chercheuse à l' ESPCl (Paris).

Ou bien détecter les plus infimes mutations de cellules cancéreuses. Fabriquer des émulsions et des mousses avec une précision micrométrique. Et même encapsuler des substances chimiques, des médicaments ou des arômes et en commander la libération ... » Accélérer la production de médicaments, les procédés de l'industrie agroalimentaire, de la chimie, de la cosmétique », complète Charles BARROUD, chercheur à l'Ecole polytechnique.

« Fabriquer de nouveaux matériaux, analyser l'eau, rechercher des polluants dans l'atmosphère», liste Florent MALLOGGI, spécialiste du sujet au CEA. Tous les problèmes ne sont pas encore résolus. Ainsi, les spécialistes avouent ne pas encore bien comprendre l'impact des substances qu'ils utilisent pour jouer avec la tension de surface des gouttes et doivent encore miniaturiser les dispositifs qui propulsent les fluides dans leurs micro canaux. Enfin, les coûts vont devoir baisser pour convaincre l'industrie de modifier ses procédés.

Il existe déjà une puce micro fluidique vendue 40 dollars pour mesurer le taux de glucose à partir d'un échantillon de sang. Il faudrait réduire ce prix d'un facteur 5 ou 10 pour passer à une production de masse et la généraliser à tous les hôpitaux. Mais l'industrie est réceptive. De grosses entreprises comme l'Oréal, Michelin Saint-Gobain ou Unilever commencent à constituer des équipes. Le British Council estime en 2014 le marché à 6 milliards de dollars, et table sur une augmentation de 154 à 200% cette année.

Naturelle ou artificielle, la goutte est en train d'être reconnue comme la source universelle d'énergie vitale.

Science futur : des robots vigiles effectuent leurs premières rondes.

lpv888Mi-RoboCop, mi-R2D2, cinq spécimens de cette vigie du futur ont fait leur apparition sur le campus de Microsoft, dans le Silicon Valley. Nom de baptême : KS. Ces agents de sécurité non armés ; hauts de 1,5 m, large de 90 cm et pesant 136 kg, sont l'œuvre de la société californienne Knightscope.

Campés sur trois roulettes, ils circulent lentement, mais peuvent aussi piquer des pointes de vitesse en cas de besoin. Bardés de capteurs (lidar, caméras, GPS, micros, détecteurs, scanner ...), ils émettent une alarme sonore ou préviennent les forces de l'ordre à la moindre anomalie.

Autonomie annoncée : vingt-quatre heures, et seulement vingt minutes de temps de recharge.

Source : Science et Vie, n° 1169, février 2015, signé E.T.

 

 

Actualité - Santé : une peau artificielle sensible comme la vraie.

lpv8894Physiologie : Une toute nouvelle peau artificielle ultrasensible, inspirée de la peau humaine a été créée par l'Ulsan National lnstitute of Science and Technology, en Corée du Sud. Composée d'une couche de micro dômes octogonaux en nanotubes de carbone piézo-résistants (leur résistance électrique varie lors d'une contrainte mécanique) et d'une couche d'un polymère, cette peau réagit à toute une variété de contacts. Elle pourrait dans le futur notamment équiper des prothèses.

Source : Science et Avenir, n° 816, février 2015, signé E.S.

High-tech construction : l'ascenseur découvre l'horizontale.

lpv8892Des cabines capables de se déplacer en boucle vont être testées en Allemagne.

Fini de seulement monter ou descendre : désormais l'ascenseur ira aussi à gauche et à droite ! Ce sera le cas dans une tour de 244 mètres, en cours de construction à Rottweil (Allemagne). Le bâtiment servira à tester le Multi, un prototype d'ascenseur imaginé par ThyssenKrupp. Il s'agit de cabines se déplaçant par sustentation électromagnétique, c'est-à-dire le long d'un rail par le biais d'un champ magnétique créé par électroaimant. Une technologie déjà exploitée par le train Transrapid de Shanghai (Chine) depuis 2004.

L'intérêt pour un ascenseur ? S'affranchir des câbles et déplacer les cabines à la fois verticalement et horizontalement, dans des cages décrivant des boucles à travers tout un bâtiment. Il devient aussi possible de placer plusieurs cabines dans un même conduit. Quand l'une passe d'une cage verticale à une horizontale, celle qui suit peut poursuivre sa course en hauteur. La tour de Rottweil comptera trois Multi sur un total de onze ascenseurs.

Quelle que soit la direction des cabines, la technologie est la même. « Maîtriser le déplacement vertical revient à maîtriser le déplacement horizontal », explique un porte-parole de Thyssen-Krupp.

Nous avons juste besoin d'un échangeur, situé derrière la cabine, qui pivote à 90° pour opérer le changement de direction. »

Relier des tours jumelles.

Le gratte-ciel en construction restera de facture verticale classique, mais le concept du Multi autorise à repenser l'architecture des immeubles. Puisque les appareils peuvent circuler latéralement, il devient possible d'exploiter des plans jouant autant sur la largeur que sur la hauteur ou de connecter plusieurs corps de bâtiments (comme des tours jumelles) en recourant à un ascenseur horizontal.

Source : Science et Avenir, n° 816, février 2015, signé Arnaud DEVILLARD.

Actualités- santé : un pacemaker alimenté à distance.

lpv8893Un pacemaker alimenté à distance a été testé avec succès sur un lapin par des ingénieurs de l'université Stanford aux Etats-Unis. A l'inverse des pacemakers actuels, accolés à des piles volumineuses, l'implant ne mesure que quelques millimètres de long. Il reçoit l'énergie nécessaire à son activation d'une source électromagnétique située à l'extérieur du lapin.

Source : LA RECHERCHE, n° 495, janvier 2015.

 

 

Images de science.

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*Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

   
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