lu pour vous numéro 26

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"Lu pour vous" numéro 26*

*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.

Sommaire

  • LE CERVEAU NUMERIQUE
  • ASTRONOMIE : une lueur qui éclaire l’âge sombre de l’univers
  • TRANSPORT : la Chine mise sur les voitures à énergies nouvelles
  • ENERGIE : rendement record pour un panneau solaire

LE CERVEAU NUMERIQUE :

C’est un projet mondial aux enjeux scientifiques et financiers majeurs. Conduite par un consortium international de chercheurs, le projet «Blue Brain«, la modélisation du cerveau s’annonce comme la prochaine grande aventure scientifique.

On le compare au premier pas sur la lune ou au décryptage de génome humain.

lpv261Imaginez : faire apparaître sur un écran 3D un cerveau, réplique numérique d’un cerveau humain vivant. Zoomer à l’intérieur et se propulser dans l’enchevêtrement de milliards de cellules nerveuses reliées les unes aux autres par des kilomètres de fibres et des milliards de connexions ; d’un clic de souris, envoyer une impulsion dans une zone donnée et observer le trajet lumineux de l’influx électrique le long des fibres nerveuses, tout en visualisant les échanges chimiques au niveau des synapses. Enfin, chercher le moyen de réparer, toujours virtuellement, les dysfonctionnements et, à partir de là, mettre au point de nouveaux médicaments … Tel est l’outil inouï, futuriste, qui pourrait voir le jour dans vingt ans, selon Henry MARKRAM, directeur du Brain and Mind Institute à l’Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne et initiateur du projet.

Objectif : reproduire un cortex humain ,avec toutes ses caractéristiques anatomiques , électriques et synaptiques ; simuler et comprendre le cerveau humain – des gènes au comportement -, mais aussi construire de nouveaux calculateurs imitant les réseaux de neurones, accélérer le développement d’outils de diagnostic des maladies cérébrales, ou encore intégrer de nouvelles technologies inspirées du cerveau dans des robots (neurorobotique).

Rappel : Le cortex cérébral des mammifères est l’enveloppe extérieure, une «écorce grise«  plissée de quelques millimètres d’épaisseur, qui recouvre l’encéphale. C’est dans ce manteau neuronal que s’établissent les fonctions neurologiques élaborées, sensorielles et motrices volontaires de l’individu, mais aussi les aires de réflexion et conscience, etc. …Il se compose, chez l’homme mais aussi chez le rat notamment, de six couches horizontales superposées de neurones divers. Outre cet arrangement horizontal, le cortex des mammifères est aussi organisé en unités fonctionnelles verticales appelées «colonnes corticales». Chaque colonne est un cylindre de cortex de 2 millimètres cubes. Elle comprend environ 10 000 neurones ayant comme point commun de traiter l’information de manière similaire, de réagir à un même stimulus.

Les supercalculateurs : en 2005, l’Ecole Polytechnique fédérale (EPFL) se dote de l’ordinateur Blue Gene/L.

Ses 8000 microprocesseurs sont chargés chacun de simuler l’activité complexe d’au moins un neurone, en effectuant 22 800 milliards d’opérations à la seconde ( 22,8 téraflops ). A partir de 2009, l’EPFL utilise la seconde génération de Blue Gene/L., le Blue Gene/P avec 16 000 microprocesseurs et une capacité de 53,5 téraflops. Mais pour modéliser le cerveau humain il faut démultiplier la capacité de mémoire et parler en termes d’exaflops, soit des milliards de milliards d’opérations à la seconde. IBM et ses concurrents devront développer ces machines d’ici 2018 – 2020.

Chronologie du projet :

2002 : Henry MARKAM fonde le Brain Mind Institute à l’EPFL.

2005 : EPFL et IBM lancent le Blue Brain Project

2007 : simulation de la première colonne de cortex d’un rat

2015 – 2020 : simulation de la première colonne corticale humaine

2030 : première simulation d’un cerveau humain

ASTRONOMIE : une lueur qui éclaire l’âge sombre de l’Univers

C’est l’un des chaînons manquant de la cosmologie : comment l’Univers est sorti de l’âge sombre, cette période de sa prime enfance durant laquelle il était plongé dans l’obscurité ? Aujourd’hui, la découverte d’une galaxie à plus de 13 milliards d’années – lumière de nous, apporte un début de réponse. A l’aide du VLT, le très grand télescope européen au Chili, une équipe franco-britannique menée par Matthew LEHNERT, a pu analyser la faible lueur émise par cette galaxie extrêmement lointaine, UDFy-38135539.lpv262

Selon leur estimation, nous voyons cette galaxie alors que l’Univers était âgé de moins de 600 millions d’années (il y a quelque 13,1 milliards d’années)

Premiers pas de l’Univers : juste après le Big Bang, il y a environ 13,7 milliards d’années, le cosmos n’était qu’une soupe bouillante de particules dans laquelle les photons de lumière se trouvaient englués.

Peu à peu, l’Univers en expansion se refroidit. Les photons du potage initial perdent de leur énergie .Du coup, électrons et noyaux réussissent à s’assembler pour former les premiers atomes d’hydrogène. Et c’est la liberté pour les photons affaiblis, qui filent droit devant eux, émettant la première lumière de l’Univers : le fameux fond diffus cosmologique .Mais c’est aussi le début de l’âge sombre de l’Univers : une fois les photons initiaux échappés, il n’y avait plus d’autre source de lumière.

L’âge sombre désigne ainsi la longue période d’obscurité qui commence 380 000 ans après le Big Bang et s’achève près d’un milliards d’années plus tard avec la Renaissance cosmique. Dans un premier temps, l’âge sombre est une morne plaine : brouillard d’hydrogène et nuit opaque à perte de vue. Mais 100 à 200 millions d’années après le Big Bang, les premières sources de lumière – étoiles massives, miniquasars – commencent à se former. Ici et là, de petits surcroît de densité attirent peu à peu la matière alentour. En grossissant, ces poches de densité finissent par s’effondrer sur elles même sous l’effet de leur propre masse. Le phénomène de fusion nucléaire s’enclenche en leur sein, donnant naissance aux étoiles de première génération : hyper massives (environ 100 fois le Soleil), excessivement brillantes, elles dépensent leur énergie à si grande vitesse quelles s’éteignent en quelques millions d’années – contre dix milliards d’années pour le Soleil. Les régions ou naissent ces étoiles, ont amassé assez de matière pour allumer en même temps des grappes d’étoiles, qui composent ainsi les premières galaxies. C’est le début de la Renaissance cosmique ; le ciel s’illumine peu à peu d’étoiles et de galaxies. Celles-ci ne sont que des villages stellaires d’environ 100 millions masses solaires, comparés aux quelques dizaines de milliards de masses solaires qu’est la Voie lactée.

En observant la galaxie UDFy, qui brille déjà 600 millions d’années après le Big Bang, les astronomes sont pour la première fois les témoins de l’époque de ré ionisation (casser les atomes d’hydrogène) qui a duré environ 150 à 800 millions d’années après le Big Bang. Ce qui est sûr, c’est qu’un milliard d’années plus tard, l’Univers est devenu totalement transparent.

Ionisation : pour ioniser un atome d’hydrogène, l’énergie nécessaire est de 13,6 électronvolts, soit l’énergie d’un photon ultraviolet. Or les photons ultraviolets sont produits en abondance par les étoiles. Il y a donc une première génération d’étoiles qui non seulement aurait permis de ioniser le gaz d’hydrogène, mais aussi à fabriquer les éléments lourds (notamment les métaux) que l’on retrouve au sein des étoiles de deuxième génération.

Source : Sciences et Avenir n°768, février 2011, signée Sylvie ROUAT

TRANSPORT : La Chine mise sur les voitures à énergies nouvelles

Pékin investit 1,2 milliards de dollars par an dans les véhicules écologiques jusqu’en 2020 ; 5 millions de véhicules à énergies nouvelles circuleront alors en Chine.

Le constructeur BYD commercialise depuis l’année dernière son modèle monospace, tout électrique, baptisé e6.

Avant de se démocratiser, le véhicule propre doit en effet passer par les transports publics.

De nombreux bus de ville –à l’image du K9 de 12 mètres de long que BYD développe– sont déjà en circulation.

Le tout électrique s’est imposé sur le marché des deux roues : Scooter , Mobylette ou vélo ….Cette Chine là roule désormais sur batterie. Il s’est vendu ces dernières années plus de 150 millions d’e-bikes. Un boom qui a d’ores et déjà fait le succès des constructeurs de bicyclettes high-tech comme Segway, Giant ,Trike, YikeBike..

Cette réussite s’explique par le bannissement des véhicules à essence dans certains quartiers des grandes villes.

Et si l’avenir de l’électrique en Chine passait par un couplage voiture et deux roues ? Le constructeur Geely –propriétaire de la marque VOLVO depuis 2010– a créé l’événement l’an dernier avec son nouveau concept car, 100% sur batterie, McCar. Une voiture ultracompacte deux portes, quatre places, qui renferme dans son coffre un scooter électrique, prêt à l’usage.

La Chine est devenue le laboratoire du véhicule écologique. Toute idée est bonne à prendre.

Source : Challenges, n° 294 du 29 mars au 4 avril 2012, signé Pierre TIESSEN ( à Pékin )

ENERGIE : rendement record pour un panneau solaire

Un panneau solaire avec un rendement de 33,9 % a été mis au point par une société américaine.

Ce rendement n’est pas en lui-même exceptionnel : avec certaines technologies il est possible de convertir en électricité plus de 40 % de la lumière perçue par les cellules photovoltaïques. Cependant, un tel chiffre ne peut être obtenu qu’en laboratoire. Les panneaux solaires couramment utilisés, composés de cellules en silicium, ont un rendement compris entre 15 % et 20 %. La société Semprius est la première à commercialiser un panneau solaire avec un rendement supérieur à 30 %.

lpv263Ces panneaux sont fondés sur la technologie émergente du solaire photovoltaïque à concentration, qui consiste à équiper les panneaux de lentilles et de miroirs qui concentrent la lumière sur les cellules solaires. Dans le cas de Semprius, l’intensité de la lumière qui parvient aux cellules est 1000 fois plus grande que celle qui arrive du Soleil. L’avantage de cette approche est qu’elle permet d’utiliser une surface réduite de cellules solaires ; Comme les panneaux nécessitent peu de matériaux, Semprius a pu avoir recours à des cellules constituées d’arséniure de gallium, un matériau coûteux, mais qui est plus efficace que le silicium pour convertir la lumière en électricité. Enfin, les cellules utilisées sont de très petite taille : à peine quelques dizaines de micromètres de côté. Elles ont l’avantage de mieux dissiper la chaleur que les cellules de grande taille, ce qui évite d’avoir recours à un coûteux système de refroidissement.

Cette technologie est limitée à aux zones ou l’ensoleillement est direct, car les dispositifs optiques de concentration ne sont pas efficaces lorsque la lumière est diffuse.

Pour fonctionner de manière optimale, un tel panneau doit aussi rester en permanence perpendiculaire aux rayons lumineux. C’est pourquoi il est indispensable qu’ils soient capables de s’orienter en fonction des mouvements du Soleil.

Les équipements de suivi du Soleil, appelés tracking , occasionnent un surcoût ,mais ils permettent de bénéficier d’un ensoleillement maximal tout au long de la journée. Tous ce paramètres sont à prendre en compte lorsqu’on évalue le coût de revient du kilowattheure.

Il semble crédible qu’à terme les systèmes à concentration atteignent des coûts du kilowattheure proches ou inférieurs à ceux du photovoltaïque classique.

Propos recueillis par Pascaline MILLET auprès Jean-François GUILLEMOLES, directeur de recherches à l’Institut de recherche et développement sur l’énergie photovoltaïque, unité mixte CNRS – EDF – R&D chimie Paristech.

La Recherche, n° 463, avril 2012

   
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