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Dans Brief.science cette semaine, on vous explique la fusion nucléaire, on vous étonne avec des poissons capables de faire fuir leurs prédateurs et on vous raconte la découverte des spermatozoïdes.

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10 janvier 2022

Dans Brief.science cette semaine, on vous explique la fusion nucléaire, on vous étonne avec des poissons capables de faire fuir leurs prédateurs et on vous raconte la découverte des spermatozoïdes.

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Doses de science
EXPLORATION SPATIALE

Les miroirs du télescope spatial James-Webb ont été déployés samedi, a annoncé la Nasa, l’agence spatiale américaine, dans un communiqué. Il s’agit de la dernière étape de son installation complète dans l’espace. Mardi dernier, le bouclier thermique, qui vise à protéger les instruments scientifiques du télescope de la chaleur du Soleil, avait également été déployé avec succès. Lancé le 25 décembre, le télescope James-Webb est l’observatoire spatial le plus puissant jamais conçu. Il doit permettre d’observer les premières galaxies formées après le Big Bang.

Image lienLire un récit de Radio-Canada sur l’élaboration du télescope spatial James-Webb.
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GUEULE DE BOIS

Il n’existe aucun remède efficace contre la gueule de bois, selon une méta-analyse compilant les résultats de 21 études scientifiques et publiée le 31 décembre dans la revue Addiction. Différents remèdes ont été passés en revue, dont l’extrait de clou de girofle, le ginseng rouge, le jus de poire coréen, le curcuma et l’extrait d’artichaut, tous réputés pour leur effet anti-gueule de bois. D’après les chercheurs, le seul moyen fiable d’atténuer les effets désagréables de l’alcool est de boire beaucoup d’eau et de dormir suffisamment.

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CALCUL QUANTIQUE

Le gouvernement français a annoncé mardi le lancement d’une plateforme nationale de calcul quantique. Cette plateforme comprend des machines couplées à un supercalculateur hébergé par le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), un organisme public. Le calcul quantique permet d’effectuer des opérations jusqu’à 1 milliard de fois plus rapides que les ordinateurs classiques. Il s’appuie sur des propriétés de la matière qui n’existent qu’à l’échelle de l’infiniment petit, de l’ordre de l’atome. Cette technologie vise, entre autres, à anticiper les catastrophes naturelles et à trouver des remèdes médicaux contre les agents infectieux.

Image lienRegarder une vidéo du CEA et de L’Esprit Sorcier sur l’ordinateur quantique.
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ARCHÉOLOGIE

Des scientifiques égyptiens sont parvenus pour la première fois à étudier de manière approfondie une momie sans retirer ses bandelettes et prendre le risque de l’abîmer. Dans une étude publiée fin décembre dans la revue scientifique Frontiers in Medicine, ces chercheurs en radiologie et égyptologie expliquent avoir eu recours à une technique d’imagerie médicale en 3D pour « déballer numériquement » la momie du roi Amenhotep Ier, qui a régné sur l’Égypte il y a plus de 3 500 ans. Selon l’étude, Amenhotep Ier est mort à l’âge de 35 ans, mesurait 1,69 mètre, avait une dentition en bon état et n’avait subi aucune blessure.

Image lienRegarder une courte vidéo de France 24 qui présente les images numériques de la momie.

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À la loupe
La fusion nucléaire pour produire de l’énergie

La fusion nucléaire est une réaction physique qui se déroule au cœur des étoiles. Elle dégage l’énergie à l’origine de la lumière et de la chaleur que les étoiles émettent. Les quantités d’énergie libérée sont très importantes et la réaction n’a pas d’impact sur l’environnement, ce qui pousse les scientifiques à chercher un moyen d’exploiter la fusion sur Terre comme nouvelle source d’énergie durable.

Pourquoi on en parle
 

En Chine, une installation expérimentale de fusion nucléaire appelée « Soleil artificiel » a établi le 30 décembre un record en maintenant un plasma pendant plus de 17 minutes à 120 millions de degrés Celsius, soit huit fois la température interne du Soleil, selon l’Académie des sciences de Chine. Le plasma est un quatrième état de la matière (au même titre que l’état solide, liquide ou gazeux), semblable à celui du Soleil, dans lequel les électrons sont arrachés du noyau des atomes. Cet état est nécessaire à la fusion des noyaux. Le « Soleil artificiel » chinois sert à étudier le comportement de plasmas de fusion et leur contrôle à haute température. Que ce soit en Chine ou en Europe avec le projet Iter, les scientifiques tentent depuis plusieurs décennies de mettre au point une technologie reproduisant le fonctionnement d’une étoile.

En schéma
 
Schéma à la loupe
L’explication
 
Des étoiles à la Terre

Les étoiles sont d’immenses réacteurs à fusion qui produisent des quantités d’énergie considérables. Dans les conditions de pression et de température extrêmes qui règnent en leur cœur, les noyaux d’hydrogène (principal constituant des étoiles) entrent en collision et fusionnent pour former des atomes d’hélium. Les humains cherchent à reproduire le phénomène sur Terre dans des machines expérimentales, en fusionnant du deutérium et du tritium, des variantes de l’hydrogène. Contrairement à la fission nucléaire, la fusion écarte tout risque d’emballement de la réaction, et donc toute menace d’explosion, et ne produit pas de déchets radioactifs à longue durée de vie. Le deutérium a l’avantage d’être abondant dans l’eau de mer, et le tritium peut être produit à partir du lithium et entretenu pendant la réaction de fusion.

Créer et maintenir un plasma sur Terre

Domestiquer la fusion sur Terre est extrêmement compliqué. Les noyaux des atomes de deutérium et de tritium sont chargés positivement et se repoussent, comme des aimants. Pour qu’ils fusionnent, il faut qu’ils entrent en collision à très grande vitesse (une centaine de kilomètres par seconde), ce qui nécessite une température d’au moins 150 millions de degrés. Le chauffage est assuré par différents systèmes d’injection d’ondes (comme peut chauffer un micro-ondes) et de particules très rapides dans le plasma. À la fin des années 1960, des chercheurs soviétiques sont parvenus à développer une machine capable de chauffer du plasma à haute température et de le contenir dans une enceinte en forme d’anneau : le tokamak. Pour pouvoir atteindre des températures aussi élevées, le plasma est maintenu prisonnier dans un champ magnétique puissant, sans contact avec les parois qui le refroidiraient.

L’avenir de la fusion nucléaire

Environ 200 tokamaks ont été construits dans le monde. Les machines aujourd’hui en fonctionnement sont des outils expérimentaux, utilisés uniquement pour la recherche scientifique. Ils consomment pour l’instant plus d’énergie qu’ils n’en produisent, car le chauffage du plasma à très haute température requiert une puissance électrique considérable. De nombreux défis technologiques restent à résoudre pour développer une centrale à fusion capable de produire plus d’énergie qu’elle n’en consomme. La fusion magnétique doit également durer plusieurs heures pour être utilisable. Or les expérimentations récentes ne dépassent pas quelques minutes. Selon les prévisions des scientifiques, les premières centrales à fusion fonctionnelles ne verront pas le jour avant la seconde moitié du XXIe siècle.

Iter, le plus grand tokamak

Dans le sud de la France, 35 pays dont la Chine, les États-Unis et la Russie, sont engagés dans l’installation du plus grand tokamak jamais conçu, appelé Iter (en latin le « chemin »). Cette machine encore en construction doit mesurer 29 mètres de haut pour 28 mètres de diamètre et peser environ 23 000 tonnes. Elle vise à démontrer la faisabilité scientifique et technologique de la fusion nucléaire pour produire de l’énergie à grande échelle. L’objectif d’Iter est ainsi de devenir la première installation de fusion capable de générer plus d’énergie thermique qu’elle n’en reçoit pour fonctionner. Les premières expériences sont prévues en 2026 pour aboutir 10 ans plus tard à la production de plasmas nucléaires générateurs d’énergie. Les membres du projet prévoient par la suite la conception d’un réacteur de démonstration industriel (DEMO) à l’horizon 2050 en s’appuyant sur les résultats d’Iter.

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Pour aller plus loin

Image lien Un dossier très complet du CEA sur la fusion nucléaire.
Image lien La différence entre la fission et la fusion nucléaire expliquée en détail par David Louapre dans une vidéo de sa chaîne Science étonnante.
Image lien Une illustration interactive du tokamak Iter sur le site du projet.
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C’est étonnant
Des poissons forment des vagues pour se défendre

Pour échapper à des oiseaux prédateurs, des petits poissons d’eau douce vivant au Mexique connus sous le nom de Molly soufre (Poecilia sulphuraria) forment des vagues à la surface de l’eau, selon une étude publiée par la revue Current Biology le 22 décembre. Des centaines de milliers de poissons peuvent agir ensemble pour créer une vague toutes les trois à quatre secondes. Ce ballet aquatique, qui dure jusqu’à deux minutes, conduit les oiseaux à attendre deux fois plus longtemps avant d’attaquer les poissons, réduisant leurs chances de succès, ou à aller chasser ailleurs. C’est la première fois qu’un comportement collectif capable de réduire un risque de prédation est démontré, selon les auteurs de l’étude. Les auteurs ont annoncé que leurs prochaines recherches porteraient sur la cause exacte de ce phénomène afin de déterminer si les oiseaux sont désorientés ou si les vagues leur indiquent qu’ils ont été repérés.

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Un grand kiskadee (oiseau) attaque un banc de poissons (vidéo ralentie). Crédit photo : Current Biology, Doran, Bierbach, and Lukas et al.: « Fish Waves as Emergent Collective Antipredator Behaviour »
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Sur nos radars
DISTANCE TERRE-LUNE

Bien que cela paraisse contre-intuitif, il serait possible de reproduire la distance Terre-Lune avec l’épaisseur d’un papier si l’on pouvait le plier 42 fois, grâce à la puissance de la croissance exponentielle. Dans un nouvel épisode du podcast « Maths en tête », le vulgarisateur Alexandre Morgan explique simplement ce concept difficile à appréhender par notre cerveau, essentiel à la compréhension de certains phénomènes comme la propagation du Covid-19.

CONTACT PEAU À PEAU

Pour apaiser un bébé qui souffre, rien de mieux que le contact peau à peau avec sa mère ! Christophe Rodo, animateur du podcast « La Tête dans le cerveau », raconte dans son dernier épisode comment ce simple contact modifie le traitement de l’information douloureuse dans le cerveau des bébés en l’atténuant.

INTELLIGENCE ANIMALE

Les poissons sont-ils capables de naviguer sur la terre ferme ? Des chercheurs israéliens ont entraîné des poissons rouges à conduire des aquariums motorisés sur roues. Les poissons sont parvenus à atteindre leur cible et à contourner des obstacles ! Dans une très courte vidéo, Marie de la chaîne La boîte à curiosités raconte comment s’est déroulée l’expérience et son importance dans l’étude du comportement animal.

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C’était il y a… 350 ans
La découverte des spermatozoïdes

Le Néerlandais Antoni van Leeuwenhoek a découvert les spermatozoïdes, les globules rouges du sang et les bactéries. Pourtant il n’est ni médecin, ni biologiste, mais marchand de tissus. À l’époque, il fabrique ses propres lentilles et microscopes pour contrôler la qualité des étoffes. Grâce à ses instruments de plus en plus précis, il finit par observer des organismes vivants minuscules.

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Découvertes microscopiques dessinées par Antoni van Leeuwenhoek. Crédit photo : Wikimedia Commons.
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C’est ici que votre pause scientifique de la semaine s’achève. On vous souhaite une bonne semaine sans faire de vagues.


Cette édition a été confectionnée par Morgane Guillet, Imène Hamchiche et Laurent Mauriac.

Notre dossier sur la fusion nucléaire a bénéficié des explications et de la relecture de Greg De Temmerman, chercheur en physique expérimentale aux Mines Paris-PSL et directeur du cercle de réflexion Zenon Research, et de Rémi Delaporte-Mathurin, doctorant au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives.

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