N° 388 (septembre-octobre 2013)

Numéro épuisé !

ÉDITORIAL

Ce numéro de Découverte nous propose, parmi les sujets traités, un dossier spécial en lien avec l’exposition « Mille milliards de fourmis », au Palais de la découverte du 15 octobre 2013 au 24 août 2014. Ces articles abordent le petit monde des fourmis sous trois angles bien distincts.
Laissons-nous surprendre par l’ingéniosité de ces insectes dont la vie sociale compte parmi les plus développées du règne animal. Alain Lenoir détaille comment l’arsenal glandulaire des fourmis, véritables usines chimiques, leur permet d’avoir une communication très élaborée. Les substances produites servent à l’élaboration de la signature chimique spécifique d’une espèce, la reproduction, l’émission d’un signal d’alarme, le marquage d’une piste vers une source de nourriture. Mais elles sont aussi impliquées dans des « fraudes » dont les fourmis peuvent être instigatrices ou victimes.
Christian Peeters pour sa part nous montre en quoi elles occupent une place particulière : d’un poids écologique très supérieur à celui des autres insectes, elles réalisent l’exploit de coexister en grand nombre, entre espèces différentes, sans entrer en compétition pour la nourriture. L’une des clefs de cette réussite ? Un large éventail de tailles, inter- et intra-espèces, favorisant l’absence de concurrence avec d’autres fourmis dans un même habitat ou la répartition efficace des tâches au sein d’une colonie…
Nous ne sommes pas au bout de nos surprises, car le comportement de ces animaux, marquant leurs trajets à l’aide de phéromones, a aussi inspiré des travaux de modélisation, comme nous le dévoilent Nicolas Monmarché et Pierre Gaucher. La simulation des déplacements de fourmis artificielles permet de déboucher sur des applications industrielles ou de véritables oeuvres d’art.
La dimension artistique imprévue de cette modélisation ne serait sans doute pas démentie par les astronomes penchés sur le décryptage de la plus vieille photographie de l’Univers, livrée cette année par le télescope spatial Planck de l’ESA. Stéphane Fay nous explique, entre autres, en quoi les données recueillies corroborent ou non le modèle standard de la cosmologie utilisé jusque-là pour décrire l’Univers, ouvrant ainsi un nouveau chapitre de son histoire et de passionnantes recherches en perspective !

Claudie Haigneré
Présidente d’Universcience - établissement public du Palais de la découverte
et de la Cité des sciences et de l’industrie

Sommaire

02 Hommage à Albert Jacquard
par Jean-Philippe Bricka
04 Hommage à Maurice Tubiana
par Gautier Cariou
06 Sciences Actualités
TERRE & UNIVERS
12 Curiosités célestes
par Sébastien Fontaine, Johan Kieken et Alain Redding
16 Planck livre la plus vieille photographie de l’Univers
par Stéphane Fay
MATIÈRE & ÉNERGIE
24 Communication et fraude chimiques chez les fourmis
par Alain Lenoir
VIVANT \ SANTÉ & ENVIRONNEMENT
36 Fourmis géantes ou minuscules, le jeu de l’Évolution
par Christian Peeters
48 Moustiques, tiques et Cie, vecteurs de maladies
par Yvon Perrin, Frédéric Jourdain et Didier Fontenille
MATHÉMATIQUES
56 Formes mathématiques
par Nicolas Monmarché et Pierre Gaucher
Regard sur...
60 Le musée Curie (Paris, France)
par Guillaume Trap
La science à portée de main
72 Un ballon nommé Fakir
par Hassan Khlifi
74 Coups de cœur
76 Planétarium
78 La science en action

Brèves

ASTROPHYSIQUE

Des neutrinos qui viennent de loin

IceCube, un observatoire de particules installé au pôle Sud géographique, vient de détecter une trentaine de neutrinos extrêmement énergétiques (10¹³ électronvolts). Ces neutrinos ouvrent une nouvelle fenêtre sur le cosmos. Les astrophysiciens s’intéressent à eux car, n’étant pas chargés à la différence des électrons par exemple, ils ne sont pas déviés par le champ magnétique terrestre. Ils arrivent donc en droite ligne d’événements cosmiques dont ils sont issus. Contrairement aux milliards de neutrinos de faible énergie provenant du rayonnement du Soleil qui traversent le détecteur chaque jour, ces 30 neutrinos de haute énergie pourraient résulter de collisions de particules aux abords d’astres effondrés, comme des trous noirs massifs ou des étoiles à neutrons. RAFAELE ATTIA

Pour en savoir plus : http://www.liberation.fr/sciences/2013/05/23/l-astrophysiquetouchee-par-la-glace_905174

ASTRONOMIE

Origine identique pour l’eau lunaire et terrestre

L’eau retrouvée dans le sous-sol lunaire et terrestre proviendrait dans les deux cas des chondrites carbonées, de petites météorites primitives. Cette découverte remet en question la théorie de la formation de la Lune. Grâce à l’analyse d’eau retrouvée dans les échantillons de roches lunaires ramenés par les missions Apollo 15 et 17, l’équipe du géochimiste Alberto Saal (université Brown, États-Unis) a pu montrer que le ratio du deutérium et de l’hydrogène (le premier étant un isotope du second) correspond à celui mesuré dans l’eau de notre planète et dans celle des chondrites carbonées. L’hypothèse actuelle de la formation de la Lune met en jeu une planète aussi grosse que Mars (Théia), qui aurait percuté la Terre il y a 4,5 milliards d’années, très tôt dans l’histoire de notre planète. Les débris produits lors de l’impact, restés en orbite, se seraient rapidement accrétés pour former la Lune. Les scientifiques tenaient pour acquis que la chaleur engendrée par la collision était telle que l’eau alors présente s’était évaporée, laissant ainsi notre satellite vierge de toute eau. Une origine commune remet donc en question cette théorie, mais confirme toutefois que l’eau terrestre serait bien issue des chondrites carbonées. R. A.

Pour en savoir plus : http://www.sciencemag.org/content/early/2013/05/08/science.1235142

ÉNERGIE

De l’hydrogène produit grâce à des enzymes

De nombreux micro-organismes, dont plusieurs algues, utilisent l’hydrogène comme source d’énergie pour alimenter leur métabolisme. Grâce à des enzymes particulières nommées hydrogénases, qui servent de catalyseurs, ils fabriquent eux-mêmes leur « carburant ». Une équipe de chercheurs issus du CEA, du CNRS, du Collège de France et de l’université Joseph-Fourier à Grenoble vient de mettre au point un procédé unique, qui reproduit in vitro l’activité enzymatique de ces micro-organismes. Au terme de leurs recherches, ils sont parvenus à mettre au point un réactif permettant de rendre active une hydrogénase inactive, laquelle peut être utilisée pour produire de l’hydrogène. Originalité remarquable, les hydrogénases étant des métalloenzymes constituées de métaux, le procédé ne nécessite aucun métal noble – comme le platine – mais du fer, disponible en abondance. Les perspectives ouvertes par cette découverte sont multiples, de la recherche fondamentale sur l’enzyme elle-même à une exploitation industrielle pour des piles à combustible ou pour la production d’hydrogène à partir de sources renouvelables. HUBERT DESRUES

Pour en savoir plus : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3143.htm

ÉNERGIE

Capter l’énergie solaire en toute simplicité

L’utilisation de l’énergie solaire a initié, à travers le monde, de multiples travaux visant à se servir de molécules organiques pour transformer la lumière en électricité. Des chercheurs du laboratoire Moltech-Anjou (CNRS, université d’Angers) ont opté quant à eux pour un angle original. Ils se sont demandé s’il existait des molécules simples présentant un effet photovoltaïque digne d’intérêt. En centrant leurs travaux sur une famille de molécules, les triarylamines, ils ont développé des structures moléculaires aisément synthétisables et reproductibles, de faible masse moléculaire, ayant un rendement électrique d’environ 4 %. Soutenues par plusieurs groupes industriels, les recherches tendent maintenant à améliorer les performances et les procédés de synthèse de ces cellules photovoltaïques (limiter les réactifs et solvants nocifs ou choisir des catalyseurs moins coûteux), puis à intégrer ces molécules dans des dispositifs photovoltaïques pouvant être fabriqués à grande échelle. H. D.

Pour en savoir plus : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3129.htm

SANTÉ

Émotion et nourriture, le couple infernal

Manger sous le coup de l’émotion peut entraîner un risque de surpoids. C’est du moins ce que montre une étude menée par l’Unité de recherche en épidémiologie nutritionnelle (INSERM, INRA, université Paris 13). Ce travail confirme l’influence des facteurs psychologiques sur le surpoids et l’obésité. Initiée en 2009 sur plus de 35 000 Français adultes, cette étude fait apparaître que 52 % des femmes auraient tendance à manger sous le coup de l’émotion – comportement fortement inducteur de surpoids – contre 20 % des hommes. De plus, 71 % des personnes au régime durant l’étude et 58 % de celles en ayant suivi un auparavant seraient enclines également à manger sous le coup d’une émotion. Et comme le sexisme est partout, un comble, le lien entre émotionalité alimentaire et surpoids est le plus fort chez les femmes n’ayant jamais effectué de régime. Pour l’homme, si le risque de surcharge pondérale existe, il est quasiment indépendant de la pratique (ou non) de régimes alimentaires antérieurs. En résumé, il n’est pas recommandé de vouloir se « consoler » en se jetant sur la nourriture, d’autant plus si vous êtes une femme n’ayant jamais observé de régime : le risque de surpoids est alors cinq fois supérieur comparativement aux autres groupes de femmes. H. D.

Pour en savoir plus : http://presse.inra.fr/Ressources/Communiques-de-presse/Manger-sous-le-coup-de-l-emotion-est-associe-a-un-risque-de-surpoids-plus-important

SANTÉ

Les radiofréquences, dangereuses ou non ?

Le champ de compétences de l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) inclut notamment les radiofréquences, et donc l’évaluation des risques sanitaires que ces dernières seraient susceptibles d’engendrer. Depuis plusieurs années, cette préoccupation est récurrente, sans pour autant qu’elle ne débouche sur des conclusions tranchées. L’ANSES a mis en place un groupe de travail permanent, baptisé « Radiofréquences et santé », composé d’une douzaine d’experts indépendants chargés d’analyser les publications scientifiques sur le sujet, ainsi que d’un comité de dialogue réunissant l’ensemble des parties prenantes de la société. Aujourd’hui, afin de compléter ce dispositif, elle lance un appel à projet de recherche visant à développer de nouvelles connaissances dans des domaines tels que l’hypersensibilité électromagnétique, la métrologie des champs électromagnétiques ou la caractérisation des expositions. Un premier rapport de lancement des travaux est prévu en octobre 2013. Un point sur l’avancement de la recherche sera effectué idéalement deux fois par an, mais aucune date n’a encore été arrêtée actuellement pour un premier rapport de conclusions. H. D.

Pour en savoir plus : http://www.anses.fr/fr/content/l’anses-lance-son-appel-à-projets-de-recherche-sur-les-radiofréquences

MÉDECINE

Les effets du cholestérol contre le cancer

Le cholestérol sous sa forme LDL (ou basse densité), communément appelé « mauvais cholestérol », est bien connu pour être impliqué dans le cancer et les maladies cardiovasculaires. Une nouvelle étude vient cependant de lui rendre ses lettres de noblesses en lui découvrant des effets bénéfiques contre le cancer. Des chercheurs de l’INSERM et du CNRS ont montré qu’un dérivé de ce cholestérol aurait une action anticancéreuse chez la souris. Cette nouvelle molécule, la dendrogénine A (ou DDA), est issue de la réaction du cholestérol avec l’histamine (un composé azoté impliqué dans la réponse immunitaire). Injectée chez les souris, elle régulerait la prolifération des cellules tumorales, ayant pour conséquence de prolonger la vie des souris malades. Chez l’Homme, la DDA est présente dans les cellules saines, alors qu’elle est absente des cellules tumorales, suggérant une action protectrice de la DDA contre le processus de cancérisation. Ces résultats encourageants pourraient ouvrir une nouvelle voie au traitement contre le cancer. R. A.

Pour en savoir plus : http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/cp_dendrogine_def.pdf

MÉDECINE

Une protéine du foie en jeu dans la gestation

Une équipe de l’université de Montréal (Canada) vient de démontrer qu’une protéine active dans le foie jouait également un rôle essentiel dans le processus de gestation. Si cette protéine, un récepteur nucléaire hépatique connu sous le nom de Lrh-1 (Lice receptor homolog-1), vient à manquer, cela provoque des anomalies qui empêchent l’implantation correcte des embryons et donnent lieu à des malformations du placenta entraînant la mort du fœtus. Les chercheurs ont tenté, sans succès, de restaurer les fonctions utérines de souris modifiées génétiquement et dépourvues de Lrh-1 par hormonothérapie. Si le traitement a permis aux embryons de s’implanter, il n’a pas favorisé en revanche un développement normal du placenta. Des carences en Lrh-1 seraient à l’origine de grossesses interrompues prématurément à des stades divers, et ce de manière répétée. Il est trop tôt pour imaginer un dépistage du Lrh-1, mais cette voie pourrait néanmoins être explorée afin d’effectuer des diagnostics. Des recherches impliquant cette protéine sont menées actuellement en vue d’élaborer un traitement des atteintes au foie causées par le diabète de type 2. Si elles aboutissent, une réponse thérapeutique à ces problèmes de gestation pourrait alors être envisagée. H. D.

Pour en savoir plus : http://www.nouvelles.umontreal.ca/recherche/medecine-veterinaire/20130702-une-proteine-du-foie-joue-un-role-essentiel-dans-la-gestation.html

TECHNOLOGIE

Un ordinateur biomoléculaire

Un ordinateur entièrement composé de biomolécules telles que l’ADN et des enzymes vient d’être développé par des chercheurs du Technion (Israël). Cet ordinateur est capable de lire un code génétique, d’en sélectionner une séquence et de la transformer. Cela permettrait, à terme, de réaliser des thérapies géniques individuelles ou du clonage. Les résultats de programmation produits peuvent interagir directement avec des organismes vivants et ont une signification biologique, comme la résistance d’une bactérie à différents antibiotiques. Une application possible de cet ordinateur sans silicone ni signal électrique serait la détection de gènes à risques et même la mutation, indispensable pour éviter une maladie grave. Le hardware, le software, l’input et l’output de ce système étant composés exclusivement de biomolécules, aucune interface entre ses différents composants n’est nécessaire. De plus, les distances entre ses composants sont réduites à l’échelle moléculaire, entraînant une extrême miniaturisation de ces ordinateurs. Une goutte d’eau peut en contenir des millions. R. A.

Pour en savoir plus : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73623.htm

NEUROSCIENCE

Explorer l’activité des neurones

L’IRM (imagerie par résonance magnétique) fonctionnelle est utilisée aujourd’hui pour étudier le fonctionnement du cerveau. Elle permet de détecter son activité dans diverses zones en réponse à un stimulus, quelle qu’en soit la nature : sensoriel, moteur ou cognitif comme la parole et la lecture... Dans tous les cas, l’activité neuronale est détectable par une augmentation du débit sanguin et de la teneur en oxygène dans les régions cérébrales concernées. Cette technique, connue sous le nom de Blood Oxygenation Level Dependent, montre cependant plusieurs limites. Il faut entre autres 6 secondes pour que la réponse vasculaire atteigne son maximum après le début d’une activation cérébrale. Une équipe du centre de neuroimagerie NeuroSpin (du CEA, Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) tente une nouvelle approche appelée IRM de diffusion. Elle s’appuie sur une constatation : la diffusion de l’eau, qui constitue 90 % des molécules de notre corps, ralentit dans les régions du cerveau activées. Avancée en 2006, cette hypothèse restait controversée. Elle vient d’être validée par des expériences effectuées sur des rats par IRM à 7 teslas (les machines utilisées en imagerie « de ville » ont une puissance de 1,5 à 3 teslas). Les chercheurs ont montré que le ralentissement de la diffusion de l’eau n’est pas d’origine vasculaire, mais bien d’origine neuronale. H. D.

Pour en savoir plus : http://www.cea.fr/accueil_actualites/mesure-de-l-activite-neuronale-112787

ENVIRONNEMENT

À la recherche de puits de carbone

Une équipe internationale, incluant le Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE) et celui de Géosciences environnement Toulouse (GET), a comptabilisé les bilans d’émission et de capture des gaz à effet de serre au niveau du « continuum aquatique terre-mer », autrement dit des rivières, lacs, estuaires, fleuves et zones côtières. Les chercheurs ont constaté que les émissions de carbone liées à l’activité humaine absorbées par les écosystèmes terrestres se retrouvaient in fine dans le continuum aquatique terre-mer. La capacité de stockage des milieux terrestres se situe donc à un niveau significativement inférieur à celui escompté. Les causes de ces fuites sont connues : elles découlent directement de la déforestation, des rejets massifs d’eaux usées et de la mise à nu des roches qui s’altèrent suite à l’exposition aux agents atmosphériques (météorisation). Ainsi, sur les 8,9 gigatonnes (10¹² kg) de carbone rejetées chaque année dans l’atmosphère par les activités humaines, 2,3 gigatonnes sont capturées par les océans et seulement 2,5 sont absorbées par les écosystèmes terrestres (forêts, prairies, cultures, marais, lacs...). Le solde, soit plus de 4 gigatonnes, s’accumule dans l’atmosphère et contribuerait par conséquent au réchauffement climatique. H. D.

Pour en savoir plus : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3131.htm

ÉVOLUTION

Un batracien disparu refait surface

Depuis 1966, le discoglosse d’Israël était considéré comme une « espèce éteinte » selon la classification officielle de l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN). Or, en octobre 2011, quelques individus vivants ont été observés dans la réserve naturelle de la Houla, en Haute Galilée, tandis que de nouveaux fossiles de cette espèce d’amphibien, datant de –800 000 à –10 000 ans, étaient mis au jour dans la même région. Profitant de ce nouveau matériel d’étude, des chercheurs israéliens, allemands et français se sont livrés à diverses analyses qui les amènent aujourd’hui à revoir la classification de cet animal. En réalité, il ne s’agirait plus d’un discoglosse. Il pourrait être rattaché au genre Latonia, que l’on pensait lui aussi éteint et dont les espèces fossiles connues vivaient en Europe entre –35 millions d’années et –800 000 ans. Nous voici donc face à un fossile vivant, ou espèce relicte, seul survivant du genre Latonia, dernier rescapé d’une lignée d’amphibiens anoures (qui perdent leur queue à l’âge adulte), dont le corps pouvait mesurer jusqu’à 20 centimètres. Audelà de l’anecdote, il est remarquable de constater que cette espèce a survécu à tous les bouleversements climatiques et environnementaux du Quaternaire, ainsi qu’à ceux liés aux activités humaines. H. D.

Pour en savoir plus : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3123.htm

Articles

Hommage à Albert Jacquard

Homme d’engagement et de conviction, le généticien Albert Jacquard est décédé à l’âge de 87 ans d’une forme de leucémie. Ses prises de position en faveur des sans-papiers ou des mal-logés, ainsi que son combat contre le racisme, auront marqué les mémoires. Portrait d’un humaniste qui avait su conjuguer science et conscience.
Par Jean-Philippe Bricka, médiateur scientifique de l’unité des sciences de la vie du Palais de la découverte

Hommage à Maurice Tubiana

Le cancérologue Maurice Tubiana est mort le 24 septembre dernier, à l’âge de 93 ans. Cet ancien résistant, pionnier de la radiothérapie en France, a consacré sa vie à la lutte contre le cancer. Son combat a commencé dans les hôpitaux et les laboratoires de recherche, avant de glisser sur le terrain de la santé publique, où son engagement contre le tabagisme et l’alcoolisme était inébranlable.
Par Gautier Cariou, journaliste scientifique

Planck livre la plus vieille photographie de l’Univers

Le télescope spatial Planck vient de nous livrer une photographie de l’Univers tel qu’il était 380 000 ans après sa naissance. Que nous apprend-elle ? Comment doit-on interpréter les informations qu’elle contient ? Bien que le modèle standard de la cosmologie soit en grande partie en accord avec ces observations, quelques anomalies demeurent inexpliquées. Nous révèlent-elles quelque chose à propos des premières phases de l’Univers ?
Par Stéphane Fay, médiateur scientifique de l’unité d'astronomie-astrophysique du Palais de la découverte

Communication et fraude chimiques chez les fourmis

Les glandes des fourmis sont de véritables usines chimiques. La plupart d’entre elles produisent des phéromones permettant à ces insectes de communiquer entre eux. Clef de voûte de la vie sociale, ces molécules sont impliquées entre autres dans l’élaboration de pistes, l’alarme, la défense, la rencontre des individus sexués, la reconnaissance coloniale et spécifique. Certaines espèces sont capables de tirer profit de ce type de communication et se conduisent en parasites, esclavagistes ou hôtes au sein de la colonie.
Par Alain Lenoir, professeur émérite, Institut de recherche sur la biologie de l’insecte, Tours

Fourmis géantes ou minuscules, le jeu de l’Évolution

Si toutes les fourmis partagent la même structure sociale, elles présentent en revanche une grande variété de tailles. Cette diversité peut s’observer parmi les individus d’une seule colonie, favorisant un partage du travail plus efficace, mais aussi entre des espèces possédant un régime alimentaire semblable. Dans ce cas, l’éventail de tailles permet à ces espèces de coexister au sein d’un même habitat sans entrer en compétition pour la nourriture.
Par Christian Peeters, myrmécologue et directeur de recherche au CNRS

Moustiques, tiques et Cie, vecteurs de maladies

Appréhender les maladies à transmission vectorielle nécessite de prendre en compte les différents acteurs impliqués – vecteur (Arthropode), agent pathogène (virus, bactérie...) et hôte (Homme, animal) –, ainsi que l’ensemble des facteurs, notamment environnementaux, susceptibles d’influer sur ces acteurs et leurs interactions. Une telle compréhension permet de définir les stratégies de contrôle les mieux adaptées et de prévoir l’évolution des systèmes vectoriels.
Par Yvon Perrin, entomologiste au Centre national d’expertise sur les vecteurs (CNEV), Montpellier / Frédéric Jourdain, ingénieur au CNEV / Didier Fontenille, directeur du CNEV et directeur de recherche à l’Ird, Montpellier

Formes mathématiques

Un travail de fourmis... artificielles !

Les fourmis communiquent grâce à des phéromones. Ces molécules leur permettent notamment de « baliser » les chemins qu’elles empruntent et de repérer ceux parcourus par leurs semblables. Les itinéraires les plus suivis seront d’autant plus marqués en phéromones. En s’inspirant de ce phénomène, des chercheurs ont tenté de modéliser les trajets de ces insectes. Un travail qui a débouché sur des applications industrielles et de véritables œuvres d’art…
Par Nicolas Monmarché et Pierre Gaucher, enseignants-chercheurs au département informatique de Polytech’ Tours

Regard sur...

Le musée Curie (Paris, France)

Juché au sommet de la montagne Sainte-Geneviève, au cœur du Quartier latin de Paris, l’Institut Curie (anciennement dénommé Institut du radium) fut le bastion des membres du « clan Curie », physiciens et chimistes de renom sur trois générations. Il héberge un centre d’archives ainsi qu’un menu musée de 150 m², qui a rouvert ses portes en 2012 après deux ans de rénovation.
Par Guillaume Trap, médiateur scientifique de l’unité de physique du Palais de la découverte et chercheur associé au service d’astrophysique du CEA et au laboratoire APC de l’université Paris-VII

La science à portée de main

Un ballon nommé Fakir

Piqué par un clou, un ballon de baudruche gonflé normalement finit par exploser, même si la pression exercée est légère. Que se passe-t-il si l’on pique le ballon non plus avec un seul clou, mais avec une cinquantaine à la fois ? L’explosion sera-t-elle cinquante fois plus violente ? Non ! Le ballon résiste à l’éclatement, même en appuyant plus fort !
Par Hassan Khlifi, responsable adjoint de l'unité de physique du Palais de la découverte