Catégorie : Divers

Une procédure de synthèse chimique robotisée a permis de développer un catalyseur producteur d’oxygène à partir de minéraux martiens trouvés sur 5 météorites provenant de cette planète. L’objectif est de permettre à de futurs explorateurs humains de respirer sans avoir à apporter de bouteilles de gaz.

Dans ce but, Yi Luo et des collègues de l’Université des Sciences et technologies de Chine à Hefei ont mis au point un robot entièrement automatique. Il a utilisé un laser pour analyser la matière en provenance de Mars. Des quantités significatives de fer, calcium, , magésium, aluminium et manganèse y ont été identifiées.

Plutôt que faire des essais en laboratoire pour mettre au point le futur catalyseur martien, l’équipe à utilisé un robot à base d’intelligence artificielle pour proposer les combinaisons les plus efficaces. Ce catalyseur pourra travailler jusqu’à la température de moins 37°, courante sur la Planère rouge, et pendant 6 jours sans interruption.

Cette réalisation est une nouvelle preuve du fait que les humains ne pourront jamais explorer l’espace profond sans un large appel à l’ intelligence artificielle.

Par ailleurs nous voudrions souligner l’importance des technologies permettant la synthèse de l’oxygène, indispensable à la vie et très rare dans l’univers.

Référence

• Article
  Published: 13 November 2023https://www.nature.com/articles/s44160-023-00424-1

Automated synthesis of oxygen-producing catalysts from Martian meteorites by a robotic AI chemist

Abstract

Living on Mars requires the ability to synthesize chemicals that are essential for survival, such as oxygen, from local Martian resources. However, this is a challenging task. Here we demonstrate a robotic artificial-intelligence chemist for automated synthesis and intelligent optimization of catalysts for the oxygen evolution reaction from Martian meteorites. The entire process, including Martian ore pretreatment, catalyst synthesis, characterization, testing and, most importantly, the search for the optimal catalyst formula, is performed without human intervention. Using a machine-learning model derived from both first-principles data and experimental measurements, this method automatically and rapidly identifies the optimal catalyst formula from more than three million possible compositions. The synthesized catalyst operates at a current density of 10 mA cm−2 for over 550,000 s of operation with an overpotential of 445.1 mV, demonstrating the feasibility of the artificial-intelligence chemist in the automated synthesis of chemicals and materials for Mars exploration.

Les paléoanthropologues considèrent généralement que c’est par l’utilisation systématique d’outils de pierre que les premiers hominina se distinguèrent de la faune environnante Les Hominina sont une sous-tribu d’hominidés qui inclut le genre Homo et les genres éteints apparentés, tels que les Australopithèques ou les Paranthropes. Cette sous-tribu rassemble toutes les espèces de la lignée humaine, qui s’est séparée de la lignée des chimpanzés il y a au moins 7 millions d’années. 

On a pensé pendant longtemps que leur capacité d’imaginer, de fabriquer et d’utiliser des outils permettait de distinguer les individus du genre Homo des autres grands singes. Personne ne doute que les hommes préhistoriques aient intentionnellement taillé des pierres tranchantes à arêtes vives. L’apparition de cette technologie est même considérée comme un tournant dans l’évolution de l’Homme, devenant chasseur-cueilleur.

C’était sous estimer les macaques.

Le macaque, selon wikipedia, est un genre de primates de la famille des Cercopithecidae. Ces singes catarhiniens sont largement répandus en Asie, de l’Inde jusqu’au Japon et à la ligne Wallace, ainsi qu’en Afrique du Nord et à Gibraltar. Ce sont en effet les seuls primates, à l’exception de l’Homme, qui soient présents sur deux (voire trois) continents et surtout qui se soient acclimatés largement au-dessus de la zone intertropicale.

Les macaques passent plusieurs heures par jour à rechercher leur nourriture : fruits, herbe, racines, écorces, graines, bourgeons et feuilles, mais aussi des insectes, des fleurs et quelques champignons. Les macaques sont surtout frugivores dans les pays tropicaux. Mais les fruits sont moins abondants dans les régions tempérées et les graines et les feuilles forment l’essentiel de leur régime alimentaire. Au nord du Japon, les macaques ne trouvent plus grand-chose à manger pendant l’hiver. Durant cette saison, ils doivent se contenter de brindilles et de l’écorce des arbres.

Des anthropologues proposent de voir la chose différemment et de tourner le regard vers les singes d’aujourd’hui, plus précisément vers les macaques à queue longue du Parc national d’Ao Phang Nga en Thaïlande. Et si certaines de ces pierres à arêtes vives n’étaient en fait que des accidents ?

Autrement dit, les éclats modernes ressemblent à s’y méprendre à ce qu’on imagine être les plus vieilles pierres taillées, datant de 3,3 millions d’années à 1,56 million, et supposément fabriquées par l’ancêtre d’Homo sapiens. Se pourrait-il que celles-ci soient en fait des éclats obtenus de façon non volontaire ? C’est l’hypothèse, non conventionnelle, que les anthropologues développent dans un article publié dans la revue « Science », au mois de mars.

Pour eux, leur travail confirme que la production d’outils en pierre n’est pas réservée aux humains et à leurs ancêtres, mais qu’il ouvre une réflexion plus large sur la paléontologie. De fait, 20 à 30 % des éclats tranchants conservés dans les collections préhistoriques ne sont en fait des productions accidentelles. Ils imaginent qu’avant de vouloir produire des pierres tranchantes, les premiers hominidés en ont peut-être produit de façon non intentionnelle. Ils proposent même une chronologie : la production involontaire par cassage de noix aurait précédé la production volontaire.

Les chimpanzés utilisent toutes sortes d’objets, feuilles, mousses, tiges, bâtons de bois, et des pierres. Ils sélectionnent précautionneusement les pierres sur le chemin qui les mènent à l’endroit où ils les cassent. Ce comportement sophistiqué s’explique par des capacités cognitives a priori plus avancées par rapport aux autres singes. On sait que les gorilles utilisent très peu d’outils. Les macaques, eux, en font un usage à la fois moins prononcé et d’une moindre complexité : l’outil sera moins modifié ou moins sélectionné. Cela dit, il faut garder en tête que les chimpanzés sont plus étudiés que les autres espèces 

Il y a deux manières : soit un singe peut se retrouver dans les mêmes conditions que ses congénères et réapprend par lui-même, soit il observe les autres et expérimente, c’est-à-dire essaye de reproduire les gestes des individus qui les maîtrisent. Chez les chimpanzés, on observe une transmission familiale avec un enseignement de la mère qui prend la pierre de son petit et lui montre les gestes, mais cela reste rare, l’observation prédomine. Maîtriser le cassage de noix avec une pierre, le marteau, sur une autre grosse pierre, l’enclume, nécessite une dizaine d’années.

Il y a beaucoup d’exemples d’autres espèces qui elles aussi se servent d’outils Les corvidés (la famille des geais, choucas, pies, corbeaux…) en général sont très habiles. Le corbeau de Nouvelle-Calédonie, par exemple, coupe des petites plantes en forme de crochet pour déloger les larves des trous d’arbre. Les pinsons des Galapagos utilisent des tiges ; le vautour d’Égypte des pierres pour casser les œufs d’Autruche. Les loutres cassent les coquillages avec des cailloux. Les cétacés sont assez habiles également: certains dauphins placent des éponges devant leur rostre pour attraper des oursins sans être piqués et d’autres transportent des petites murènes et les positionnent pour déloger d’autres espèces de poissons.

Mais les macaques comme toutes les autres espèces utilisant des outils ne le font que pressés par la nécessité faute d’autres sources plus accessibles . C’est le cas des macaques évoqués dans l’article de recherche dont nous publions ci-dessous les références et l’abstract.

Ils devraient remercier le Covid 19

Référence

Influence of COVID-19 on the emergence of stone-tool use behavior in a population of common long-tailed macaques (Macaca fascicularis fascicularis) in Thailand

Raza Muhammad, Titiporn Kaikaew, Suchada Panjan, Suthirote Meesawat, Wipaporn Thabthimthong, Sunchai Payungporn, Jirawat Apipattarachaiwong, Sreetharan Kanthaswamy, Yuzuru Hamada, Lydia V. Luncz, Suchinda Malaivijitnond

First published: 27 November 2023

https://doi.org/10.1002/ajp.23580

Abstract

Stone tool use is a rare behavior across nonhuman primates. Here we report the first population of common long-tailed macaques (Macaca fascicularis fascicularis) who customarily used stone tools to open rock oysters (Saccostrea forskali) on a small island along the Thai Gulf in Koh Ped (KPE), eastern Thailand. We observed this population several times during the past 10 years, but no stone-tool use behavior was observed until our survey during the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic in July 2022. KPE is located in Pattaya City, a hotspot for tourism in Thailand. Tourists in this area frequently provided large amounts of food for the monkeys on KPE. During the COVID-19 curfew, however, tourists were not allowed to access the island, and monkeys began to face food scarcity. During this time, we observed stone-tool use behavior for the first time on KPE. Based on our observations, the first tool manipulation was similar to stone throwing (a known precursor of stone tool use). From our observations in March 2023, we found 17 subadult/adult animals performing the behavior, 15 of 17 were males and mostly solitary while performing the behavior. The M. f. fascicularis subspecies was confirmed by distribution, morphological characteristics, and mtDNA and SRY gene sequences. Taken together, we proposed that the stone tool use behavior in the KPE common long-tailed macaques emerged due to the COVID-19 food scarcity. Since traveling is no longer restricted many tourists have started coming back to the island, and there is a high risk for this stone tool-use behavior to disappear within this population of long-tailed macaques.

Les attaques d’Israël à Gaza diffèrent des attaques du Hamas contre les Israéliens en ce sens que les meurtres commis par Israël le sont «à distance» et donc peu visibles .

C’est le terme qu’emploie Steven Waugh, actuel représentant de l’Unicef en Palestine. Le raid du 7 octobre du Hamas contre Israël a vu des hommes armés du Hamas franchir la barrière frontalière et attaquer directement les Israéliens avec des armes à feu, des couteaux et des explosifs. Les hommes armés ont poursuivi des festivaliers, attaqué des kibboutzniks et leur ont tiré dessus, se sont battus au corps à corps et ont lancé des grerenades. L’attaque a été brutale, souvent sauvage et certainement meurtrière».

Par contre les bombes larguées à des milliers de mètres et les obus d’artillerie lancés sur Gaza à des kilomètres de distance provoquent la mort et la destruction à grande échelle, mais ils sont exécutés à distance. Les résultats meurtriers sont invisibles pour ceux qui les ont provoqués et la source est invisible pour les victimes qui souffrent et meurent».

 Les exécutions sommaires et les prises d’otages dont le Hamas et d’autres groupes armés se sont rendus responsables le 7 octobre sont des crimes de guerre et doivent être condamnés, mais les autorités israéliennes ne peuvent utiliser ces attaques pour justifier leurs propres attaques illégales et les sanctions collectives imposées aux civils dans la bande de Gaza assiégée, ainsi que la torture, la détention arbitraire et les autres atteintes aux droits humains infligées à des détenus palestiniens. L’interdiction de la torture ne souffre aucune suspension ou dérogation, même, et surtout, dans des périodes comme celle que nous traversons. » 

Pour sa part Amnesty International dénonce depuis des décennies la torture infligée par les autorités israéliennes dans des centres de détention en Cisjordanie. Cependant, ces quatre dernières semaines, des vidéos et des photos ont été largement diffusées en ligne, montrant des soldats israéliens frappant et humiliant des Palestiniens et Palestiniennes détenus les yeux bandés, dénudés, les mains attachées  Selon les autorités de Gaza plus de 19.000 Palestiniens ont été tués dans l’enclave à la suite des représailles d’Israël après le raid du 7 octobre. 70% en étaient des femmes et des enfants.

La fusion nucléaire, indispensable pour prendre la suite de l’actuelle fission et considérée comme une source d’énergie propre, pourrait bientôt devenir une réalité grâce aux efforts de Gauss Fusion https://www.gauss-fusion.com/ On peut considérer qu’il s’agit d’une heureuse retombée du programme international ITER dont le siège est à Cadarache , France

Gauss Fusion est une jeune entreprise européenne fondée par cinq entreprises industrielles privées de renom :
Alcen en France https://www.alcen.com/fr,
ASG en Italie https://www.asgint.com/en/home/
Bruker en Allemagne https://www.bruker.com/en.html
Research Instruments en Allemagne https://research-instruments.de/en/,
IDOM en Espagne https://www.idom.com/en/.

Après de nombreuses réflexions et analyses de ses équipes scientifiques, Gauss Fusion a récemment annoncé sa décision stratégique de choisir le stellarator https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-stellarator-5877/ comme base pour le développement de sa future centrale à fusion nucléaire. L’opération marque un tournant majeur dans la course à la production d’énergie de fusion renouvelable en Europe.

Le choix du stellarator par Gauss Fusion est basé sur plusieurs avantages significatifs de cette technologie. Le plus notable est la réduction des coûts d’électricité, résultant de la fiabilité et de la stabilité accrues du stellarator. Cette décision a été saluée par Milena Roveda https://www.linkedin.com/posts/milena-roveda-5a55b5174_fusionista-fusionwithintegrity-fusionpower-activity-7069262733086449664-vSaS PDG de Gauss Fusion, comme une avancée substantielle dans la commercialisation de l’énergie de fusion renouvelable en Europe.

La vision de Gauss Fusion repose sur une approche progressive de la production d’énergie de fusion, visant à minimiser les risques d’investissement et les coûts de construction tout en augmentant la flexibilité du processus de planification. Pour y parvenir, l’entreprise développe des technologies innovantes, notamment un système magnétique révolutionnaire, un circuit de combustible optimisé et des techniques de maintenance à distance.

Gauss Fusion prévoit également de déposer des brevets dans les cinq prochaines années pour ces technologies, en se concentrant particulièrement sur le développement des systèmes de couverture tritigène et de cycles du combustible, qui ont le plus faible niveau de maturité technique dans les centrales à fusion.

La couverture tritigène (également connue sous le nom de couverture de fusion, couverture de lithium ou simplement couverture) est un élément clé dans de nombreuses conceptions de  réacteurs à fusion Elle a trois objectifs. Le premier est d’agir comme un mécanisme de refroidissement, absorbant l’énergie des neutrons produits dans le plasma par la réaction de fusion nucléaire entre le deutérium et le tritium (réaction DT). Le second objectif est de produire davantage de tritium, qui serait autrement difficile à obtenir en des quantités suffisantes, grâce à l’interaction des neutrons avec le lithium contenu dans la couverture. Enfin, la couverture tritigène sert également de blindage, empêchant les neutrons de haute énergie de s’échapper vers les régions à l’extérieur de la chambre du réacteur, protégeant ainsi les parties les plus sensibles aux rayonnements (telles que les aimants ohmiques ou supraconducteurs) contre les dommages et l’activation neutronique. Wikipedia

Depuis ses débuts, Gauss Fusion a cherché à collaborer étroitement avec des partenaires industriels pour la construction des composants de ses installations de fusion. L’entreprise insiste sur l’importance des partenariats public-privé et de l’intégration des résultats de ses recherche au profit des entreprises européennes actuelles et futures, telles que Wendelstein-7X, https://en.wikipedia.org/wiki/Wendelstein_7-X IFMIF-DONES https://ifmif-dones.es/ et ITER.

La collaboration étroite entre l’industrie et la recherche a également convaincu la professeure Sibylle Günter, directrice scientifique de l’Institut Max Planck de physique des plasmas en Allemagne, de l’importance de cette décision. Elle a déclaré : “Nous voulons contribuer à construire le plus rapidement possible une centrale à fusion qui repose sur notre travail scientifique avec Wendelstein-7X. C’est une étape importante pour Gauss Fusion qui, grâce à son expérience industrielle et technique unique, contribue au développement et à la promotion de l’énergie de fusion. Cela peut considérablement faciliter la voie vers une centrale à fusion magnétique.”

La France n’est pas à court d’énergie contrairement à d’autres pays, notamment l’Allemagne. Elle dispose déjà d’une quantité importante de centrales nucléaires de fission (56 réacteurs à ce jour).   Elle sera la première, sauf accident, à bénéficier de la fusion nucléaire en cours de test à Cadarache (programme Iter). Son parc de centrales hydroélectrique est très satisfaisant.  EDF exploite 425 centrales hydrauliques et plus de 600 barrages en France.

Par contre, la France est peu présente dans l’électricité marémotrice, en dehors de la centrale de la Rance. Elle ne fait pas encore sérieusement appel à l’énergie éolienne, sauf dans le cas de petits équipements appartenant à des particuliers . Mais dans les deux cas, cette absence est favorable à l’environnement.

La géothermie

Qu’en est-il de la géothermie, consistant à exploiter la chaleur centrale de la Terre La géothermie est à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre, et la technique qui vise à les exploiter. Par extension, la « géothermie » désigne aussi parfois l’énergie géothermique issue de l’énergie de la Terre, qui est convertie en chaleur.

C’est une énergie qui n’émet aucun gaz à effet de serre et sa matière première, la chaleur de la Terre, est totalement gratuite. Par contre, les équipements permettant de l’exploiter ne le sont pas

Il existe 3 formes de ressources géothermiques pour produire de l’électricité.

Par réservoir de vapeur. Lorsque l’eau de gisement est partiellement vaporisée, elle est récupérée sous la forme de vapeur sèche directement utilisable pour faire tourner les turbines des centrales géothermiques. Mais ces gisements de vapeur sont relativement rares. Les plus connus sont Lardarello (Italie), Geysers (Californie) et Matsukawa (Japon).

Par réservoir d’eau chaude. Pendant sa remontée vers la surface, l’eau chaude subit une baisse de pression. Elle se transforme alors en vapeur, de sorte qu’en tête de puits, sort un mélange eau-vapeur dont on peut utiliser la phase gazeuse pour alimenter des turbines.

Par roches fracturées. elle consiste à récupérer la chaleur de roches chaudes en profondeur dans des sous-sols composés de roches naturellement fracturées, grâce à de l’injection d’eau :

• De l’eau froide est injectée à 5 000 m de profondeur par un puit.
• L’eau circule dans les fractures et se réchauffe au contact de la roche chaude à plus de 200 °C.
• L’eau est pompée par la centrale pour remonter à la surface par un 2e puits.
• En surface, par l’intermédiaire d’un échangeur thermique, l’eau chaude du circuit primaire se transforme en vapeur dans le circuit secondaire.
• La vapeur entraîne une turbine et un alternateur qui produit de l’électricité.
• L’eau est ensuite renvoyée dans les roches.

Cette technique est en cours de développement à Soultz-sous-Forêts.

L’exploitation magmatique directe

Cette technique n’existe pas encore, compte tenu de ses coûts et de l’absence de besoins urgents. Nous pensons que dans les prochaines années, il serait important de s’y intéresser, notamment en France.

La France métropolitaine dispose d’un certain nombre de sites anciennement volcaniques, tels que le Massif Central. Il semble que les poches magmatiques ne soient pas trop éloignée de la surface (1 à 2 kms) . Elles devraient donc être accessibles par des sondages industriels profonds.

L’exploitation se ferait de la même façon que pour la géothermie dite par roche fracturée mais à une plus grande échelle.

Plus généralement dans l’avenir maitriser l’exploitation des ressources terrestres situées en grande profondeur deviendra une nécessité.
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Annexe. Qu’est-ce qu’un magma
source Wikipedia

Un magma est une roche entièrement ou partiellement fondue. Il comporte nécessairement une phase liquide, généralement composée de silicatesa et contenant des gaz dissous. Il comporte souvent aussi, en suspension dans le liquide, une phase gazeuse (des bulles) et une ou plusieurs phases solides (des cristaux), qui proviennent respectivement de l’exsolution partielle des gaz dissous et de la solidification partielle du liquide par décompression et refroidissement.

Le magma peut aussi comporter des éléments solides provenant des roches à travers lesquelles le magma est remonté : fragments de roches mantelliques ou crustales (xénolithes) et/ou cristaux isolés (xénocristaux).

Les magmas se forment à haute température et sous haute pression par fusion partielle de la croûte terrestre ou du manteau. Moins denses que les roches solides de la lithosphère, ils sont entraînés vers le haut par la poussée d’Archimède, sous forme de dykes ou de diapirs. Selon le contraste entre leur densité et celle des roches traversées, les magmas s’arrêtent à une certaine profondeur (plutons) ou s’épanchent en surface (laves). Leur refroidissement complet conduit à la formation de roches magmatiques (roches plutoniques pour les plutons, roches volcaniques pour les laves).

Les magmas résultent directement (volcanisme) ou indirectement (intrusion) de l’évacuation de la chaleur terrestre (en). Pour évacuer une chaleur centrale avoisinant 5 000 °C1, les seuls mécanismes de la conduction et le rayonnement sont insuffisants. L’évacuation est ainsi assurée principalement par le phénomène de la convection mantellique qui brasse le manteau terrestre en mettant en mouvement2 du matériel solide rendu ductile par les températures très élevées. Cette convection « est la cause première de toutes les manifestations d’activité de la Terre solide (volcanisme, tectonique des plaques, orogenèse, champ magnétique3) ». Aux limites supérieures des cellules de convection, au terme de leur lente remontée diapirique vers la surface, les péridotites du manteau supérieur subissent une décompression adiabatique4 au niveau des dorsales océaniques, ce qui entraîne leur fusion partielle qui se produit à une profondeur relativement faible (20 à 30 km) et la formation de magmas basaltiques5. La dispersion de chaleur est réalisée aussi au niveau des points chauds ou du mouvement des plaques lithosphériques dont la collision ou la subduction produit la fusion partielle des roches enfouies, et la formation de magmas primaires ou différenciés. Sur Terre, la dissipation d’énergie thermique se fait ainsi à 95 % au niveau des limites de plaques (dorsales, subduction et collision) et seulement pour 5 % par les points chauds6. « Il en résulte que le magmatisme de la Terre est également une expression des transferts de la chaleur interne. De cette façon, le magmatisme participe au refroidissement général et inéluctable du globe »7.

Lors de la remontée de la roche ductile vers la surface, le magma se refroidit et peut cristalliser sans émerger pour former une roche plutonique dans des réservoirs (chambre magmatique, pluton), des dykes lorsqu’il reste confiné dans des fissures discordantes, ou encore des sills lorsque le magma s’insère dans une fissure en concordance avec les structures encaissantesb. Si le magma atteint la surface, il jaillit par les cratères des volcans sous forme de lave dont la composition détermine le caractère plus ou moins fluide ou visqueux.

La température de ces laves varie de 500 à 550 °C, pour la carbonatite (au Kenya), à 1 200 °C, par exemple pour les volcans d’Hawaï.

Un magma est considéré comme acide, intermédiaire, basique ou ultrabasique en fonction de sa teneur en silice (%pds SiO2)c :

• riche en silice (plus de 65 %), le magma est « acide » et sa viscosité est élevée ;
• avec une teneur intermédiaire entre 52 et 65 %, le magma est dit « intermédiaire » ;
• pauvre en silice (moins de 52 % mais plus de 45), le magma est « basique » et sa viscosité est faible,
• très pauvre (moins de 45 % de silice), il est « ultrabasique ».

Cette teneur en silice aura donc une incidence sur le comportement du magma lors de sa remontée (vitesse de déplacement, et caractère effusif ou explosif de l’éruption volcanique si le magma parvient en surface).

Les gaz contenus dans le magma peuvent être de la vapeur d’eau (qui peut diminuer la température de fusion jusqu’à 100 °C) ou le dioxyde de carbone.

Dans le manteau terrestre : entre 50 et 150 km de profondeur, les conditions de pression et de température permettent la fusion partielle du manteau. Cette zone a été découverte grâce à sa faculté de ralentir la propagation des ondes sismiques et a été appelée zone à faible vitesse, en anglais low velocity zone, acronyme LVZ. Le taux de fusion du manteau est de l’ordre de 5 à 15 %, en masse, du matériau mantellique, rarement plus de 20 %.

• Dans un environnement géodynamique de subduction d’une plaque océanique sous une plaque continentale, se forme une chaîne de montagne de type cordillère. Un magma primaire se forme par interaction entre des fluides de déshydratation de la plaque plongeante et le matériau péridotitique du coin de manteau. Lors de sa remontée, notamment à travers une lithosphère continentale potentiellement sur-épaissie tectoniquement (prisme d’accrétion, écaillage de la croûte, compression), le magma évolue chimiquement par cristallisation fractionnée et assimilation, aboutissant à une série différenciée de roches magmatiques typiques, dite de volcanisme andésitique.
• Dans un environnement géodynamique de subduction d’une plaque océanique sous une autre plaque océanique, le processus de magmatogenèse primaire est essentiellement le même. Mais la lithosphère que traversent ces magmas, de type océanique est donc moins épaisse (typiquement 30 km contre le double dans le cas précédemment décrit). Les magmas qui en résultent forment la série dite calco-alcaline, et les édifices volcanique s’organisent en un arc volcanique insulaire.
• Au niveau des rides médio-océaniques, les lithosphères s’écartent, la croûte basaltique est amincie et fracturée et la pression dans le manteau diminue. Le magma sort en formant une nouvelle croûte océanique. Sous la mer, le magma s’épanche en pillow lava (ou lave en coussin).
• Au niveau de points chauds (en anglais hot spots) : même si leur origine reste assez énigmatique, certains chapelets d’îles volcaniques en sont les effets très visibles. À l’une des extrémités du chapelet, un volcan actif est dû au percement de la lithosphère qui le porte, par le magma ascendant dans le point chaud. La plaque se déplaçant sous l’effet de la tectonique des plaques, alors que la position du point chaud reste « fixe », les volcans sont emportés loin de la zone volcanique et deviennent inactifs. L’alignement de ces volcans éteints à partir d’un volcan actif forme le chapelet symptomatique des points chauds. Plusieurs chaînes d’îles de l’océan Pacifique (dont Hawaï) sont des témoignages de ce mécanisme.

Adaptation d’un article du NewScientist du 6 janvier 2024, intitulé Ready to blow

Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Les neutrinos sont des fermions de spin ½, plus précisément des leptons. Ils sont électriquement neutres. Il en existe trois « saveurs » : électronique, muonique et tauique.

L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique, et sa première confirmation expérimentale remonte à 1956.

Parce que la découverte de ces particules est récente et parce qu’elles interagissent faiblement avec la matière, au début du 21e siècle de nombreuses expériences sont consacrées à connaître leurs propriétés exactes. Voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Neutrino

On n’a pas encore clairement compris ce qui provoque les supernovas, autrement dit l’explosion lumineuse d’une étoile ayant épuisé son combustible. Toutes les 10 secondes dans l’univers se produit cet événement catastrophique. Aujourd’hui pourtant l’on considère que ces particules élusives que sont les neutrinos jouent un rôle essentiel dans ces événements. Comprendre ce rôle devrait aider à élaborer une nouvelle théorie concernant la physique des particules .

Malheureusement les supernova se produisant suffisamment près de la Terre pour pouvoir être convenablement étudiées sont rares. La dernière observée date de 1987 et les quelques 25 neutrinos recueillis à cette occasion n’ont pas été suffisamment nombreux pour étudier le phénomène. Aujourd’hui cependant plusieurs détecteurs de neutrinos ont été mis en place sur la planète et la prochaine supernova se produisant à la bonne distance suscite déjà une grande excitation chez les physiciens des neutrinos, tels Joachim Kopp de l’université Johannes Gutemberg en Allemagne ou Kate Scholberg de la Duke Universiy en Caroline du Nord.

Les neutrinos, avant d’être observés, avaient été évoqués en tant qu’entité mathématique par Wolfgang Pauli en 1930. Il pensait qu’ils étaient sans masse et sans charge électrique. Aujourd’hui encore ils sont appelés « particules fantômes » (ghostly particles). Des milliards d’entre eux traversent le petit doigt de notre main sans être observées. Elles ne se révèlent qu’en interagissant avec d’autres particules dans le cadre de ce que l’on nomme la force nucléaire faible. L’on ne sait donc que peu de choses sur elles.

Mais ces particules sont indispensables à toutes les théories qui voudraient aujourd’hui remplacer le modèle standard de la physique des particules élémentaires, dont l’on sait qu’il est incomplet. Selon celui-ci, les neutrinos sont des particules sans masse qui ne se présentent qu’en trois saveurs distinctes, électron, muon et tau. 2) Mais les premières observations des neutrinos produits par le soleil aussi bien que dans les rayons cosmiques en haute atmosphère ont montré qu’ils pouvaient changer de saveur. De plus ce changement n’est possible que s’ ils ont une masse. Or l’origine de celle-ci ne peut être expliquée par le modèle standard.

Les scientifiques ont étudié des solutions permettant à ce qu’ils nomment des oscillations du neutrino de se produire en tant que compléments du modèle standard. Celles-ci incluent le fait que les particules puissent posséder trois masses discrètes (non continues). Dépendante de l’énergie du neutrino et de la distance qu’il a parcourue, la probabilité qu’il change de saveur peut être calculée. Malheureusement, pour diverses raisons que nous ne résumerons pas ici, ces saveurs elles-mêmes ne peuvent être précisées.

Les physiciens des particules ont obtenu la création de trois coûteuses Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) aux Etats-Unis, au Japon et en Chine. Ces stations seront dotées de bassins d’eau qui signaleront la rencontre d’un neutrino accéléré avec une molécule d’eau. En faisant varier l’accélération on devrait pouvoir préciser comment les neutrinos changent de forme.

Par ailleurs les bassins pourront capter les neutrinos arrivant en grand nombre de l’espace à la suite de l’effondrement d’une étoile, phénomène dit supernova Les premières études de ces neutrinos cosmologiques ont déjà montré que leur énergie sera très supérieure à celle obtenue dans un accélérateur de particules.

En dehors des neutrinos, ces stations ont déjà permis de préciser l’existence d’autres particules hypothétiques produites par les supernova., les axions, les photons noirs et un autre type de neutrino dit stérile. Toutes sont supposées constituer la matière noire qui serait présente dans l’univers en bien plus grande quantité que la matière ordinaire mais qui n’a encore été jamais observée véritablement.

Malheureusement, contrairement aux accélérateurs de particules qui produisent des faisceaux de neutrinos bien contrôlés, les supernova produisent des flux de particules chaotiques et donc encore mal étudiés.

Notes

1) La saveur, en physique des particules, est une caractéristique permettant de distinguer différents types de leptons et de quarks, deux sous-familles des fermions. Les leptons se déclinent en trois saveurs et les quarks en six saveurs. Les saveurs permettent de distinguer certaines classes de particules dont les autres propriétés (charge électrique, interactivité, etc.) sont similaires. Les dénominations des saveurs ont été introduites par Murray Gell-Mann, baptisant le quark étrange lors de la détection du kaon en 1964.

Malheureusement les supernova se produisant suffisamment près de la Terre pour pouvoir être convenablement étudiées sont rares. La dernière observée date de 1987 et les quelques 25 neutrinos recueillis à cette occasion n’ont pas été suffisamment nombreux pour étudier le phénomène. Aujourd’hui cependant plusieurs détecteurs de neutrinos ont été mis en place sur la planète et la prochaine supernova se produisant à la bonne distance suscite déjà une grande excitation chez les physiciens des neutrinos, tels Joachim Kopp de l’université Johannes Gutemberg en Allemagne ou Kate Scholberg de la Duke Universiy en Caroline du Nord.

Les neutrinos, avant d’être observés, avaient été évoqués en tant qu’entité mathématique par Wolfgang Pauli en 1930. Il pensait qu’ils étaient sans masse et sans charge électrique. Aujourd’hui encore ils sont appelés « particules fantômes » (ghostly particles). Des milliards d’entre eux traversent le petit doigt de notre main sans être observées. Elles ne se révèlent qu’en interagissant avec d’autres particules dans le cadre de ce que l’on nomme la force nucléaire faible. L’on ne sait donc que peu de choses sur elles.

Il y a eu une troisième attaque russe massive le 8 janvier (après le 29 décembre et le 2 janvier) contre des objectifs industriels et militaires majeurs de l’Ukraine. On peut considérer ces trois attaques comme faisant partie d’un plan politique et stratégique cohérent des Russes, ayant plusieurs objectifs en complément des objectifs opérationnels.

Ces attaques ont pour particularité d’employer comme arme centrale le missile hypersonique Kinzhal’, dont plus d’une centaine ont été utilisés à cette occasion. On observera d’abord avec quelle vitesse et en quelle quantité les Russes ont produit ce missile. Il n’avait fait de sorties qu’en quelques exemplaires et était resté quasiment inaperçu du renseignement militaire américain.

Au printemps 2018 dès l’apparition de l’hypersonique en mars 2018 à la suite du discours de Vladimir Poutine, le général Michael Hayden, alors chef de la NSA, avait eu cette réponse:

«Nous n’avons aucune défense contre l’emploi d’une telle arme contre nous, aussi notre riposte ne pourrait être que l’emploi de notre force de dissuasion, c’est-à-dire la triade de nos capacités stratégiques nucléaires au plus haut niveau.»

On rappellera que l’essentiel de la défense aérienne ukrainienne est constitué du système de défense Patriot réinstallé dans un nouvel ensemble complexe (postes de commandement, de communication, radars de détection et de guidage, un certain nombre de batteries par système elles-mêmes équipées d’un certain nombre de missiles) Ainsi sont articulées toutes les défenses aériennes sous contrôle américaine, en Europe contre la Russie et en Asie contre la Chine.

Peut-on en conclure que la guerre était entrée dans l’ère de l’hypersonique sans que Washington s’en soit rendu compte ? A quoi bon alors disposer de systèmes de renseignements qui font l’admiration du monde libre

Nous avons constaté précédemment que les cordes cosmiques, si leur existence était confirmée, émettraient aussi des ondes gravitationnelles. Celles-ci résulteraient de leur tension et flexions continues. Mais elles seraient très faibles, difficiles à distinguer du bruit de fond continu émis par les collisions entre trous noirs supermassifs principaux responsables de la création des ondes gravitationnelles.

Si cependant les expérimentalistes pouvaient réussir à les mesurer, ils en tireraient un test incomparable concernant l’unité des forces de la nature pouvant conduire à préciser ce que serait la théorie de la gravité quantique. Celle-ci vise a remplacer sous une formulation unique la Théorie de la gravité d’Einstein et les principes de la physique quantique découverte dans la 1ere moitié du 20e siècle.

Dans un article dont on trouvera-ci-dessous les références la physicienne Astrid Eichhorn de l’Université du Danemark a découvert qu’une certaine classe de théories de la gravité quantique, dite « asymptotically safe » ne pouvait pas être compatible avec les cordes cosmiques dérivées du modèle standard des particules. Les théoriciens préfèrent cela car cette présentation leur évite de faire appel au concept d’infini. 

Référence

Subjects: High Energy Physics – Theory (hep-th); General Relativity and Quantum Cosmology (gr-qc); High Energy Physics – Phenomenology (hep-ph)[7] arXiv:2306.17718 [pdf, other]

From quantum gravity to gravitational waves through cosmic strings

Astrid Eichhorn, Rafael R. Lino dos Santos, João Lucas Miqueleto

Comments: 21 pages + appendix, 6 figures

Subjects: General Relativity and Quantum Cosmology (gr-qc); High Energy Astrophysical Phenomena (astro-ph.HE); High Energy Physics – Theory (hep-th)

Il n’y a que deux façons pour limiter l’actuel réchauffement climatique. L’une est d’augmenter la quantité de chaleur provenant de la surface de la Terre et qui se dissipe dans l’espace. L’autre est d’augmenter la quantité de chaleur provenant du soleil et qui est réfléchie dans l’espace avant d’atteindre la surface de la Terre

De même, il y a globalement deux méthodes pour atteindre ce double objectif. Tout ce qui réduira la quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère laissera davantage de chaleur terrestre s’échapper vers l’espace. Tout ce qui pourrait rendre la Terre ou son atmosphère plus réfléchissante limitera la quantité de chaleur atteignant la Terre et la renverra vers l’espace.

Réduire la production de gaz à effet de serre est déjà engagé et semble globalement accepté, même dans des pays grands producteurs comme la Chine et l’Inde.

Par contre la deuxième méthode sera d’un coût considérable en l’état actuel des techniques. Elle pourrait avoir des effets secondaires mal acceptés. Ainsi en serait-il de refroidir l’Arctique ou assombrir le ciel en y envoyant des quantités massives de particules réfléchissantes.

La principale différence entre ces deux méthodes sera cependant leur temps de réponse, c’est-à-dire le temps qui leur faudra pour atteindre l’objectif de limiter à 1° 5 la hausse annuelle des températures à la surface de la Terre.

La méthode consistant à réduire la production des gaz à effet de serre sera nécessairement longue parce que difficile à appliquer. Toute l’humanité ou presque sera concernée.

La méthode alternative consistant à rendre la Terre plus réfléchissante consisterait en fait à ne rien faire  Il suffirait de laisser se poursuivre les rythmes et méthodes de production actuelle . Ainsi il vient d’être constaté que les efforts actuellement engagés par l’Organisation Maritime Internationale pour réduire les taux de pollution résultant de l’activité de l’industrie du transport maritime se traduiront par une meilleure transparence de l’air océanique c’est à dire une meilleure capacité pout réchauffer la mer et les côtes.

Est-ce ainsi que l’on luttera pour rendre la Terre plus réfléchissante? Réfléchissons-y.

Cet article reprend en les traduisant et les simplifiant les principaux passages de Cosmic threads de Dan Falk, New Scientist 30 december 2023

Une corde cosmique (cosmic string dite aussi cosmic thread) serait un objet hypothétique présent dans tout l’univers. Elle serait semblable à une corde, d’où son nom. Sa longueur pourrait être supérieure à celle de l’univers observable. Son épaisseur serait celle d’une particule subatomique telle que le proton. Elle se déplacerait dans l’univers à une vitesse proche de celle de la lumière. Elle serait animée par une énergie proche celle qui animait l’univers immédiatement après le Big Bang dont elle serait issue

Pour certains cosmologues, dont Neil Turok de l’Université d’Edimbourg, les cordes cosmiques sont la meilleure preuve des « théories unifiées ». Celles-ci considèrent que les forces fondamentales de la nature étaient unifiées dans l’univers primitif précédant le Big Bang. Elles ont divergé ensuite après le Big Bang.

L’existence des cordes cosmiques reste à prouver. Depuis un certain temps cependant les astronomes ont découvert un certain nombre d’anomalies difficilement explicables si l’on ne fait pas appel à elles.. C’est le cas de galaxies anormalement grandes ou d’amas de galaxies aux formes étranges, allongées comme des sandwichs.

Comprendre la raison de l’existence de ces énigmatiques cordes cosmiques devrait permettre à la cosmologie toute entière de faire un pas en avant considérable. Selon Joseph Conlon de l’Université d’Oxford, les théoriciens devraient enfin pouvoir trancher entre les diverses hypothèses intéressant le début et la fin de l’Univers. Il s’agirait d’une véritable révolution.

L’actuel Modèle Standard de la physique des particules ne mentionne pas les cordes cosmique. Il en résulte que la matière noire qui semble indispensable à l’attraction dont ont besoin les galaxies pour ne pas se disperser sous l’effet de la force centrifuge ou bien le comportement des encore mystérieux neutrinos restent inexplicables. Ces lacunes ont conduit les théoriciens à rechercher une extension du Modèle.

Aujourd’hui des théories alternatives supposent qu’au début de l’univers, les trois forces fondamentales étudiées aujourd’hui, l’électromagnétisme et les forces nucléaires faible et forte, ne constituaient qu’une seule force. Avec le refroidissement du cosmos, ces forces se séparèrent. Dans le processus dit de transition de phase s’en étant suivi, elles laissèrent apparaître des fractures qui ont pris la forme des cordes cosmiques d’aujourd’hui.

Ces cordes cosmiques ne doivent pas confondues avec les cosmic superstrings que prévoit la théorie de la gravité quantique visant à fusionner le théorie de la Gravité d’Einstein et la physique quantique. Ces dernières sont de minuscules entités unidimensionnelles vibrantes. Pourtant, certaines d’entre elles auraient pu devenir des cordes cosmiques en s’agrandissant brusquement lors de l’expansion de l’univers.

Des étrangetés galactiques

Avec tant d’hypothèses concernant les cordes cosmiques, comment pourrait on se représenter la forme qu’elles auraient aujourd’hui ? Certaines pourraient être assez longues pour s’étendre à travers l’univers tout entier, en comportant des sursauts d’énergie voyageant au long d’elles à une vitesse proche de celle de la lumière. Ce faisant, elles pourraient se rencontrer en créant un réseau enchevêtré. Elles formeraient alors des boucles grandes ou petites qui ajouteraient à la complexité du réseau.

Si un tel réseau existait, il devrait laisser sa marque dans le cosmos en attirant à lui tout ce qui possède une masse. Cette hypothèse permettrait de comprendre comment se sont formés les amas de galaxies et les galaxies dans l’univers primitif, alors que la matière émergeait et s’agglomérait en grands ensembles.

Cependant au début des années 1990, les théoriciens se désintéressèrent de l’hypothèse des cordes cosmiques. Quand ils mesurèrent le Cosmic Microwave Background CMB, ils constatèrent qu’il était presque homogène d’une partie du ciel à l’autre. Cela ne correspondait pas à l’idée que les cordes cosmiques étaient responsables de la quasi-totalité de l’énergie de l’univers. Tout au plus, un dixième de celle-ci seulement était impliqué par ces structures.

Pour le cosmologue Jim Pebbles, de l’Université de Princeton, les cordes peuvent néanmoins être détectables du fait des déformations qu’elles imposent encore à certains amas de galaxies. C’est ainsi que l’amas de galaxies qui comprend la Voie lactée a pris la forme d’un sandwich. Il est 30 fois plus long que large.

Ceci ne veut pas dire que les cordes cosmiques auraient été responsables à elles seules de la formation des galaxies. Mais elles pourraient cependant être encore présentes et détectables avec des moyens suffisamment puissants.

Dans un article publié en décembre 2023, Flat patterns in cosmic structure  Jim Peebles considère que ces déformations méritent d’être étudiées
https://academic.oup.com/mnras/article/526/3/4490/7296159

Pour Jim Peebles, ces déformations sont difficilement compatibles avec le Lamba CDM model désignant la force censée accélérer l’expansion de l’univers
https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_%CE%9BCDM Si cela était le cas, les cordes cosmiques devraient être vues comme des rayons froids et presque droits.

De nouvelles observations des galaxies les plus anciennes semblent justifier l’existence des cordes cosmiques Leur capacité à rassembler et déplacer de la matière pourrait expliquer la formation rapide de ces galaxies En février 2024 le nouveau James Webb Space Telescope avait observé  quelques unes des galaxies massives qui s’étant formées 500 à 800 d’années après le Big Bang.

La rapidité de leur apparition impliquait que les cordes cosmiques n’avaient pas été directement responsables de leur formation. Néanmoins, celles-ci pouvaient y avoir participé par des apports de matière . Les théoriciens spécialistes des cordes cosmiques considèrent qu’elles auraient eu leur plus grande influence sur la formation des structures juste après le Big Bang.

Robert Brandenberger de l’Université Mac Gill à Montréal a prévu d’étudier les cordes cosmiques via l’importance des ondes radio provenant des plus anciennes de ces galaxies, dites radiation de 21cm. émises 50 millions d’années après le Big Bang.

Les astronomes pensent avoir eu une autre preuve de la présence des cordes cosmiques quand deux galaxies leur apparurent être comme dans un miroir l’exacte image l’une de l’autre. En fait il s’agissait d’une seule galaxie, dont l’image aurait été dupliquée par le passage lointain supposée d’une corde cosmique entre cette galaxie et la Terre. Mais tous ne sont pas convaincus.

Une nouvelle occasion sera bientôt offertes pour vérifier l’éventuelle présence d’une corde cosmique. Il s’agira de l’étude des ondes gravitationnelles conduite par la collaboration internationale fondée à cette fin. Les spécialistes considèrent que la présence de cordes cosmiques pourraient avoir une influence sur certaines ondes gravitationnelles.

Que serait la relation entre les cordes cosmiques et les ondes gravitationnelles ? Celles-ci sont supposées résulter entre autres raisons de la collision entre les innombrables trous noirs supermassifs que comprend l’univers. Les cordes cosmiques qui vibrent constamment du fait de leurs tensions pourraient aussi émettre des ondes gravitationnelles. Celles-ci seraient cependant très faibles et difficiles à détecter. Il faudrait encore une décennie de données pour espérer y voir plus clair; A cette fin le North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves pourrait être mis à contribution.

Note

Flat patterns in cosmic structure 

P J E Peebles

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 526, Issue 3, December 2023, Pages 4490–4501, https://doi.org/10.1093/mnras/stad3051

Published:

06 October 2023

ABSTRACT

It is natural to wonder how far the flat pattern in the distribution of galaxies and clusters of galaxies around the de Vaucoueurs Local Supercluster extends, and whether there are other similarly extended flat patterns in the large-scale structure of the Universe. I present evidence of two extended flat and thin sheet-like patterns in the distributions of galaxies and clusters detected at redshift z < 0.021. Sheet A contains our position and is tilted 11° from the supergalactic pole, meaning the Local Supercluster is a moderately bent part of the more extended Sheet A. The continuation of this sheet is detected in the disjoint sample of galaxies at redshifts 0.021 < z < 0.041 and again in the disjoint samples of galaxies and clusters of galaxies at 0.042 < z < 0.085. Sheet B is 15 Mpc from us at its closest point. It is detected at z < 0.021 and at 0.021 < z < 0.041. These results make a serious case for the reality of signatures of close to flat and thin extended sheet-like patterns in cosmic structure, and an interesting challenge for the lambda-cold dark matter cosmology.