Miscellanées scientifiques du mois d'avril

Ce mois ci, un contenu peut etre un peu moins riche que d'habitude. Mais je l'espère, pas moins intéressant... Les rendez vous habituels, mais un rendez vous circonstanciel avec le mois de mai : mobilisation de tous les cotés, avec une exigence scientifique encore plus forte ! Cela dit, je vous en laisse seuls juges...

science

L'équation du mois

scrodinger
On peut définir 'équation de schrodinger comme le fondement sur lequel toute la "mécanique quantique" s'est établie. Mécanique quantique oh combien mystérieuse, dans la mesure ou elle prétend que l'échelle de "l'infiniment petit" n'obéit pas du tout aux mêmes régles que celles de l'univers observable (lequel est à notre échelle) Hypothése tout a fait scandaleuse, et combattue (à commencer par Einstein) On peut dire que tout le travail de la science fondamentale est de réduire ce "scandale" absolu" : il n'existe pas d'explication unique, uniquement des explication circonstancielles.

Cette équation a été établie par Erwin schrodinger et généralisée par Paul Dirac

Cette équation décrit l'évolution de l'onde de probabilité d'un électron. C'est ce qu'on appelle la "fonction d'onde", un des fondements de la "théorie quantique" .Elle porte le nom du physicien autrichien Erwin Schrödinger (Autrichien, 1887-1961) qui a cherché à définir un cadre mathématique descriptif de la dualité onde / corpuscule de l'électron. En 1926, il propose une équation permettant de calculer les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène. Cette équation a été ensuite généralisée par Paul Dirac.

Cette équation est extrêmement difficile à comprendre (ça a été l'objet de multiples débats entre physiciens), mais ses effets spectaculaires s'expriment dans "l'effet tunnel", base de l'électronique moderne. Les "semis conducteurs" sont omniprésent dans l’électronique contemporaine, et leurs effets se comprennent uniquement par des effets de la "mécanique quantique"... Sans mécanique quantique, pas de transistor, et sans transistor pas d'ordinateur, pas de monde numérique, pas d'internet...

"L'effet transistor" utilise un effet fondamental (décrit par cette équation), l’existence de "bandes d'énergie", et le passage d’électron d'une bande à  une autre. Cet effet est contrôle par l'élaboration de semis conducteurs a haut degré de pureté, qu'on peut modifier en le "dopant", en lui incluant des matériaux appropriés. 

Un transistor est un cristal semi-conducteur, qui donc a une bande d'énergies permises pour les electrons qui est pleine et une bande d’énergies (plus élevée mais distincte) permises qui est vide. Il est possible pour un électron de passer de la bande inférieure à la bande supérieure par effet tunnel.

En agissant ainsi sur un système constitué d'assemblage de plusieurs cristaux contenant des impuretés différentes et sur lesquels on applique des potentiels différents on peut créer un système amplificateur et toutes les autres applications qui en découlent pour l'électronique.

C'est le fondement de l'electronique des "semis conducteurs" et donc du monde numérique qui nous entoure...

Premier probléme : trouvez l'inconnu

voilà un probléme tout a fait "typique" des questions "scientifiques" qu'on peut se poser :  a la fois, sa "question" est trés simple, sa réponse ne l'est pas moins. Entre  les deux, la science...

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L'objectif est de trouver la valeur du ? Attention : il n'y a  aucune faute de frappe...

 

Le livre  du mois

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Il y a deux genres de livres consacrés à l'étude de la "nature" et du "vivant" : d'un coté des livres "scientifiques", qui apprennent beaucoup sur le fonctionnement du vivant et des livres littéraires, placés sous le signe de l'émerveillement poétique face aux ruses et à l'imagination que recéle le moindre brin d'herbe, le plus humble insecte. D'un coté, l'intelligence des plantes" de Stéphano Mancuso, de l'autre "la vie dans les bois" de . Henry David Thoreau. Il est rare qu'un livre arrive a conjuguer les deux aspects : celui ci y parvient très bien.

L'auteur David G. Haskell est un spécialiste reconnu de la biologie évolutive. Il a passé un an dans une foret des Appalaches a étudier jour après jours le même carré de verdure, qu'il appelle un "mandala" en rappel de l'outil de méditation bouddhiste. Car si il examine attentivement chaque parcelle insignifiante, il médite aussi longuement sur cette nature si riche, et sur les violences que nous lui faisons subir. 
On pourrait croire que cette minuscule parcelle n'a pas d'histoire : il nous détrompe vite, et nous appelle a nous concentrer sur les multiples formes de vie que cet endroit recèle : un univers complexe fait de salamandres, d’escargots, de champignons, de lucioles, de papillons, sans oublier les vers et les bactéries sans laquelle la vie serait impossible...

Cet endroit sans histoire est peuplé d'aventuriers intrépides, de coyotes flairant le gibier, d'un cerf affamé ruinant le mandala par son appétit inextinguible, de fourmis de feu menant ce qui s'apparente à une guerre mondiale. Et on le voit également essayant de se fondre dans cet environnement circoncis, loupe à la main, tachant de ne pas détruire la moindre branche d'arbre, le plus petit insecte, la plus petite fleur. Un jour, il surprend deux balles de golf tombées inopinément, qu'il observe s'enfoncer lentement, jusqu'à rencontrer des roches qui vont progressivement les écraser, les pulvériser, les réduire en atomes originels.

Sous forme d'un journal tenu régulièrement, on voit ce petit  morceau de nature évoluer avec la météo et les saisons, résister à l’hiver,  fleurir au printemps, briller au soleil de l'été et se couvrir d'un tapis d'or en automne. Conjuguant réflexions pertinentes et connaissances approfondies, c'est un livre important par ses informations et ses réflexions, particulièrement agréable à lire

deuxiéme probléme : le probléme impossible

 Tout nombre entier pair supérieur à 3 peut s’écrire comme la somme de deux nombres premiers.

Cette assertion est fausse : prouvez le !

La découverte du mois : une enzyme pour "dévorer" certains plastique

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L'invasion des différentes "matières plastiques" constituent un enjeu majeur (et un défis) pour les sciences (mises à contribution) et les techniques. Jusque là, nous n'avons pas résolu le problème, et les matières plastiques continuent d'envahir nos mers, allant jusqu'a constituer un sixième continent qui n'arréte pas de grandir...

Des chercheurs américains et britanniques ont étudié l’Ideonella sakaiensis, une bactérie découverte, il y a quelques années, au Japon. Elle se nourrit uniquement d'un type de plastique, le polytéréphtalate d'éthylène (PET) qui entre dans la composition de la plupart des bouteilles en plastique.  C'est en étudiant le mécanisme d'action de cette bactérie qu'ils ils ont créé une nouvelle enzyme appelée PETase. Cette découverte scientifique a été publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, lundi 16 avril dernier

Le coauteur de l’étude, John McGeehan s’est exprimé sur la découverte de cette enzyme dévoreuse de plastique baptisée PETase. Il a indiqué que : ‘La chance joue souvent un rôle important dans la recherche scientifique fondamentale et notre découverte n’y fait pas exception’.

Selon lui, cette découverte est la preuve qu’il est possible d’améliorer davantage ces enzymes. Une étude qui permette de ‘rapprocher encore d’une solution de recyclage pour la montagne en constante croissance de plastiques’, a-t-il souligné. Rappelons que près de 8M de tonnes de plastiques finissent dans les océans chaque année.

l'expérience du mois : extraire une molécule d'ADN chez vous

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L’ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est une molécule qui contient toute l’information génétique nécessaire au bon fonctionnement d’un organisme. Tous les êtres vivants ont de l’ADN que ce soit une plante, un fruit, ou un animal par exemple. Une molécule d’ADN déroulée mesure environ 2m de long ! Compactée, la molécule d’ADN tient dans le noyau d’une cellule !

Comment voir et récupérer facilement de l’ADN chez soi ?

Rien de plus simple. Comme matériel il vous faut :

  • Un fruit (pomme, banane…ce que vous voulez)
  • Du produit vaisselle
  • Du sel
  • De l’alcool fort (de préférence de l’alcool à bruler…sinon du rhum)
  • Un verre ou ramequin pour faire le mélange
  • Un filtre à café
  • Un contenant (un verre assez fin)

- Écraser votre fruit dans le verre avec 2 cuillères à soupe de produit vaisselle. Ajouter 3 cuillères à café de sel. Laisser agir 5 à 10 minutes. Le produit vaisselle va permettre de détruire les cellules du fruit. Le sel va permettre de faire précipiter l’ADN pour le récupérer.

- Mettre le filtre à café sur le verre et verser le mélange de la première étape dans le filtre. On récupère alors ce qu’on appelle un surnageant. Dans ce liquide, se trouve l’ADN.

- Ajouter doucement le même volume d’alcool que celui du surnageant, en évitant de mélanger les 2 liquides. Attendre quelques minutes. On observe alors que le liquide reste en 2 parties distinctes qu’on appelle phase. Entre les 2 phases, apparaît la molécule d’ADN comme on peut le voir sur cette photo :

Voilà une petite expérience facile à réaliser et rapide (environ 20 à 30 minutes) pour expliquer et voir la molécule qui est commune à chaque être vivant et qui détermine ce qu’ils sont. En laboratoire ou en police scientifique, nous utilisons quasiment la même méthode pour récupérer de l’ADN et l’analyser.

troisiéme probléme : confrontez vous a des gamins en troisième

Proposé à des élèves de 15 à 16 ans lors d'une olympiade de mathématiques à Singapour

"Cheryl veut faire deviner la date de son anniversaire à deux nouveaux amis, Albert et Bernard, en ne leur fournissant que de minces indices. Cheryl suggère 10 dates : les 15, 16 et 19 mai, les 17 et 18 juin, les 14 et 16 juillet, et les 14, 15 et 17 août." 

Cheryl révèle le jour de son anniversaire à Bernard et le mois à Albert. Les deux garçons ont la conversation suivante :

Albert : "Je ne sais pas quand est l'anniversaire de Cheryl, mais je sais que Bernard ne sait pas non plus."

Bernard : "Au début, je ne savais pas quand est l'anniversaire de Cheryl, mais maintenant je sais."

Albert : "Dans ce cas, je sais aussi quand est son anniversaire."

le texte du mois

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Le texte que je vous propose est un texte fameux de Georges Perec singeant la "littérature scientifique"

il y décrit une expérience (imaginaire) de "lancer de tomate sur cantatrice" dont voila un petit extrait :

Les effets frappants du jet de tomates sur les sopranos, observés aux heures ultimes  du  siècle dernier par Marks et Spencer (1899) qui, les premiers, employèrent le terme de réaction de hurlements (RH),ont été largement décrits dans la littérature. Si de nombreuses études expérimentales (Zeeg & Puss,1931; Roux & Combaluzier, 1932; Sinon & coll., 1948), anatomopathologique (Hun & Deu, 1960),comparative (Karybb & Szyla, 1973) et prospective (Else & Vire, 1974) ont permis de décrire avecprécision ces réponses caractéristiques, les donnée neuroanatomiques, aussi bien que neurophysiologiques sont, en dépit de leur grand nombre, étonnamment confuses. Dans leurs démonstrations désormais classiques, publiées dans la fin des années 20. Chou & Lai (1927 a, 16, c,1928 a, 16, 1929 a, 1930) ont écarté l'hypothèse d'un simple réflexe nociceptif facio-facial qui avait été émise il y a de nombreuses annes par certains auteurs (Mace & Doyne, 1912; Payre & Tairnelle, 1916; Sornette & Billevayze, 1925).

"Les expérimentations ont porté sur 107 Sopranos femelles en bonne santé (Cantatrix Sopranica L.) fournies par le Conservatoire national de Musique, et pesant de 94 à 124 kg (poids moyen : 101 kg)", puis que "les tomates étaient lancées par un lanceur de tomates automatique contrôlé par un laboratoire multi-fonction aligné en série. Des jeters répétitifs autorisèrent jusqu'à 9 projections par seconde, reproduisant ainsi les conditions physiologiques rencontrées sur scène par les Sopranos et autres chanteurs. Un soin particulier était apporté afin d'éviter des projections ratées de tomates sur les membres inférieurs et/ou supérieurs, le tronc et les fesses. Seules les tomates affectant le visage et le cou ont été prises en compte".

 Attention : n'essayez pas de reproduire cette expérience chez vous, les réactions d'une cantatrice étant incontrolable en dehors du millieu strictement controlé ou se déroulent les expériences

vous pouvez charger le texte complet de l'expérience traduite en français ici :

(pdf, 161.4 kB)

Vous pouvez charger le texte original de l'expérience (en anglais,forcément) ici :

(pdf, 201.0 kB)

 

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