Voyage au cœur de la recherche et des découvertes (2/2)

Suite du court reportage sur le Village des Sciences à Lille Saint-Sauveur à l’occasion de la fête de la Science, édition 2017 (la première partie est à retrouver ICI).

Quittons le monde du voyage cellulaire pour parler des déplacements « physiques » : c’est dans l’univers de la physique que nous emmène cette deuxième partie.

Et si on voyageait plus vite grâce à la supraconductivité ?
Savez vous que certains objets peuvent léviter ? Vous connaissez le principe ? C’est une des manifestations de la supraconductivité. Nous en avions parlé ici.
Bref, on a beau « savoir » que ça existe, quand on le voit en « vrai » pour la première fois, on est assez bluffé ! Quand même, ce petit morceau de métal qui défie les lois de la gravité et reste en sustentation, c’est quand même impressionnant …

Alors quel phénomène se cache-t-il là-dessous ?

La supraconductivité est un phénomène observé pour la première fois en 1911, par Heike Kamerlingh (ou plutôt un de ses étudiants) qui reçut le prix Nobel. Il se caractérise, pour certains matériaux (métaux, alliages, céramiques) refroidis à une certaine température (dite température critique), par l’absence de résistance au passage d’un courant électrique.

Une des conséquences, est qu’une bobine dans un matériau supraconducteur, pourra être traversée par un courant électrique de très forte intensité sans résistance, et donc sans aucun échauffement. Il en résulte un champ magnétique de très forte intensité.
Au voisinage d’un champ magnétique créé par un aimant, le supraconducteur va subir l’effet Meisner : proche de l’aimant, le matériau suffisamment refroidi va faire l’objet de courants de surface qui créent une force magnétique qui repousse les lignes de champs de l’aimant et capable de compenser le poids de l’objet !

Alors pourquoi ? Ce n’est qu’à partir de 1957, que le phénomène a pu être compris dans les grandes lignes et c’est du côté de la mécanique quantique qu’il faut regarder pour appréhender tout cela. En effet, à très basse température, l’état de vibration du réseau cristallin est tel que les électrons du matériau y entrent en interaction et peuvent s’assembler par paires (appelées paires de Cooper). Ce faisant, ces paires d’électrons entrent dans un état particulier de la matière, qui leur permet de traverser un réseau, sans obstacles.

Ces expériences nous ont été présentées par l’association Physifolies qui permettent de bien visualiser le phénomène et decouvrir les applications. Un petit disque en matériau supraconducteur est refroidi dans l’azote liquide à -153°C :  placé sur un aimant puissant, il se soulève et vainc la force de gravité. Il perd peu à peu ses propriétés au fur et à mesure qu’il se réchauffe.

Pour les applications potentielles, elles sont incroyables ! Certaines sont déjà bien en place dans le domaine médical ou scientifique (IRM ou l’accélérateur de particules LHC du CERN, où il est question de créer des champs magnétiques intenses). D’autres sont révolutionnaires… et comme il est question de voyage, nous assistons ici à une démonstration de modèle réduit de MAGLEV : un train qui lévite grâce à la supraconductivité. Le matériau supraconducteur refroidi glisse en lévitation et donc « sans frottement » sur les rails « aimant ».

Au Japon, de tels trains existent déjà. Ils permettent d’atteindre des vitesses très élevées (record 550 km/h) mais ne sont pas encore passés dans le domaine commercial. Le point d’arrêt du développement de telles applications reste la température très basse qu’il est nécessaire de maintenir (d’où des coûts élevés) pour assurer les propriétés.

Autre thème lié au voyage… la céramologie. J’ai découvert cette science il y a quelques mois lors de ma visite du site de fouille archéologique Archéolab (j’en ai parlé ICI). Bref, c’est l’INRAP qui nous présente en quoi consiste la céramologie et nous explique le lien avec le thème du voyage.

Les céramologues étudient donc la terre cuite que ce soit de la vaisselle, des amphores, des sculptures, des briques, des carreaux… : ça paraît tout bête mais c’est un matériau qu’on retrouve en grandes quantités sur les lieux de fouilles archéologiques (et ce, quelle que soit l’époque concernée) et tellement d’informations sont à en retirer sur le mode de vie et les activités humaines passées. En effet, un céramologue va observer de près la pâte, sa couleur, sa texture, la composition, l’origine, le style…Connaître la composition de la céramique peut par exemple permettre de mettre en évidence des argiles spécifiques ou minerais d’origine volcanique et donc d’orienter les recherches quant à l’origine dans les zones concernées. Le lien avec le voyage est clair : il s’agit grâce aux céramiques, de repérer des mouvements migratoires des populations passées ou de repérer des circuits commerciaux (ex : circulation de vin dans les amphores dans l’Empire Romain) et de mieux connaître l’histoire d’une région.

Et si on parlait des migrations d’animaux ? Ce sont les collections de l’Université Catholique de Lille qui nous permettent de faire ce beau voyage : on découvre comment migrent les oiseaux, les amphibiens, les poissons, les papillons, les tortues marines, le hanneton…

L’Institut Pasteur de Lille et le Centre d’Infection et d’Immunité de Lille étaient également présents à la manifestation (INSERM U1019 | CNRS UMR8204). Il était question des virus et parasites auxquels l’homme peut se heurter lors de voyages dans des pays où des formes graves et mortelles sévissent encore. Focus sur le paludisme, défi de santé publique, notamment sur le continent Africain. Cette maladie infectieuse est due à plusieurs espèces de parasites de la famille Plasmodium, ceux-ci étant propagés par certains types de moustiques : la plus virulente est Plasmodium falciparum. Trois facteurs clé sont à considérer dans les études : le moustique, le parasite et l’homme. Le parasite infecte les cellules du foie puis les globules rouges (hématies).

Le but des recherches est de mieux connaître les processus moléculaires qui permettent au parasite de se différencier, de se multiplier dans le globule rouge afin de pouvoir développer de nouvelles cibles thérapeutiques. Par exemple, les travaux du CIIL portent sur les enzymes kinases et phosphates qui régissent la fonction des protéines. Il faut alors comprendre quels sont les régulateurs de ces enzymes afin de pouvoir bloquer le cycle cellulaire du parasite.

Quittons le monde des parasites pour celui des plantes.
L’unité de recherche Evolution Ecologie Paléontologie (UMR 8198) de l’université de Lille 1 s’intéresse, entre autres sujets, au voyage des plantes… En particulier, l’un des sujets phare mis en lumière dans cette manifestation, concerne l’évolution des systèmes de reproduction chez les plantes, l’étude des astuces développées (et sélectionnées au cours de l’évolution) par les plantes pour se disperser.
L’étude porte sur la succession d’innovations qui a marqué l’évolution des plantes : on évoque donc ici les fougères (spores), les pins puis les angiospermes (végétaux qui portent des fruits).

L’occasion de comprendre tout cela par le biais des fossiles

Nous finirons par quelques mots sur l’énergie et plus précisément sur l’interaction de la lumière avec la matière. Le LAboratoire de Spectrochimie Infrarouge et Raman (LASIR URM 8516) nous présente plusieurs expériences autour de la fluorescence. Ce phénomène se caractérise par l’émission de lumière lorsqu’un objet est exposé à un rayonnement. Ici sous l’effet du rayonnement en lumière violette et UV, on peut observer la fluorescence d’une bouteille de schweppes (en cause, la quinine) ou de différents minerais (quartz et opale).

L’Ecole Centrale Lille nous présente la récupération d’énergie via les panneaux solaires photovoltaïques. Une occasion de pouvoir « toucher » un magnifique lingot de silicium pur et de comprendre sa fabrication à partir de l’oxyde (la silice).

Cette presentation est loin d être exhaustive mais offre une bonne idée de ce qui était possible de découvrir lors de cette edition 2017 de la fete de la Science Lille. J espère que les scolaires ont apprécié toutes ces passionnantes a leur juste valeur.