Les dessous de la tectonique des plaques
Sur la piste du moteur interne de la Terre
Pour la Science
2022/2 N° 532 – février
100 pages
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Comment fonctionne un écran tactile ? L’écran est recouvert d’un film conducteur, puis d’une couche isolante, d’un nouveau film conducteur et d’un revêtement protecteur. Quand on appuie sur l’écran tactile, les différentes couches se déforment, perturbant le champ électrique établi entre elles. Cela déclenche le signal désiré. Pour voir l’écran, les couches doivent toutes être transparentes. Les matériaux conducteurs et transparents sont rares. Le plus utilisé aujourd’hui est l’ITO, qui contient de l’indium, un élément cher.
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La larve du poisson-zèbre (Dario rerio) est capable de faire repousser sa nageoire caudale en trois jours après une amputation.
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Spécimen femelle d’Eumillipes persephone, un myriapode doté de 1 306 pattes. Il mesure près de 9,6 centimètres de long.
© P. E. Marek et al., The first true millipede—1,306 legs long, Scientific Reports, 2021
L’équation de Schrödinger contient explicitement le nombre imaginaire i. Elle décrit l’évolution d’un système quantique au cours du temps. Les nombres complexes sont-ils indispensables en physique quantique ? Dans le cas du formalisme standard de la théorie, la réponse est oui.
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Le pendentif de la grotte de Stajnia, en Pologne, est incisé d’au moins 50 petites dépressions.
© Antonino Vazzana - Bones Lab
D’énormes forces tectoniques ont créé les Alpes – ici une crête dans les Dolomites – en comprimant les épaisses couches sédimentaires et le substrat sous-jacent d’un bassin sédimentaire de l’ancien océan disparu de la Théthys. Leur formation a commencé il y a environ 135 millions d’années, au tournant du Jurassique et du Crétacé, mais est passée par sa principale phase il y a 30 à 35 millions d’années.
© Thomas Lotter/Shutterstock.com
Les mouvements profonds des roches mantelliques sont à l’origine des grandes plaques tectoniques de la Terre, que la résistance au glissement dans les zones de subduction réduit en fragments de taille bien plus modeste. La doctorante Claire Mallard a dressé cette carte de la résistance à l’« écoulement » rocheux, c’est-à-dire de la viscosité en surface mise en regard des flux rocheux dans le manteau sous-jacent. Les régions bleu foncé sont les continents, des zones à viscosité élevée, tandis que les limites rouges représentent les limites entre plaques, où la viscosité est bien plus faible. À l’intérieur de cette simulation de la planète, les flux rouges représentent les panaches s’élevant jusqu’à des points chauds et les surfaces bleu clair des plaques en subduction.
© Claire Mallard, Nicolas Coltice, et al
Avec Maëlis Arnould et d’autres collègues, nous avons développé une simulation géophysique d’une planète tellurique entière décrivant à la fois ce qui se produit à sa surface (colonne de gauche) et les profonds mouvements convectifs en son intérieur (colonne de droite). Les plaques se rencontrent et interagissent dans les régions colorées, telles les dorsales médio-océaniques (oranges) et les zones de subduction (bleues), là où une plaque plonge sous une autre. Les mouvements ascensionnels de roches au sein du manteau sont aussi représentés (colonne de droite), qui dirigent vers la surface des panaches de roches amollies par la chaleur interne de la Terre.
© Claire Mallard, Nicolas Coltice, et al
La « presse de Griggs » du laboratoire de géologie de l’ENS à Paris sert à l’étude du comportement des roches dans les conditions régnant dans le manteau terrestre supérieur, soit sous des pressions pouvant atteindre 4000 atmosphères et des températures supérieures à 1 000 °C. Visibles en bas à droite, des pompes hydrauliques actionnent deux pistons imbriqués produisant la pression et la force axiale déformant l’échantillon placé sous les pistons (carré blanc). En haut à droite, la coupe d’un échantillon dans sa capsule en or révèle dans l’objectif du microscope l’état de la roche après sa déformation : ses moitiés sont décalées et séparées par une faille.
© Julien Gasc/ENS
Sur les autres planètes telluriques du Système solaire, le jeu complexe des forces géophysiques façonne aussi la surface. Mars, par exemple, est zébrée par un réseau de failles et de tranchées, telles les fosses de Cerbère, dont cette image fut prise par l’orbiteur Mars Express de l’Agence spatiale européenne. Les données sismiques avancées de l’actuelle mission InSight de la Nasa, combinées à nos simulations du système croûte-manteau, pourraient aider les planétologues à appréhender l’évolution géologique de la Planète rouge.
© ESA/DLR/FU Berlin/CC BY-SA 3.0 IGO
Par le soin apporté à sa momification, le babouin trouvé dans la tombe KV 51 dans la vallée des Rois, en Égypte, révèle le statut social très élevé de ces animaux en qui l’on voyait des intercesseurs avec Rê, le dieu du Soleil.
© Richard Barnes
Ce collier appartenant à Toutânkhamon est l’un des nombreux exemples de babouins hamadryas représentés dans l’art et la religion de l’Égypte ancienne.
© Nathaniel J. Dominy
Le babouin Papio hamadryas était déifié dans l’Égypte ancienne, à l’inverse du babouin olive P. anubis.
© DKeith/Shutterstock.com
Sur cette peinture murale de la tombe thébaine n° 100, datant de la fin du XVe siècle avant notre ère, une délégation venue de Nubie (dans le sud de l’Égypte) défile avec un babouin hamadryas, parmi d’autres marchandises de luxe et animaux exotiques.
© Dolly Holmes (carte) ; © Sandro Vannini (frise)
Le 29 août 2021, l’ouragan Ida a déversé 43 centimètres de pluie sur la ville de LaPlace, une banlieue de La Nouvelle-Orléans.
© Luke Sharrett Bloomberg via Getty Images
Une inondation à Villetelle, dans l’Hérault, à la suite d’un épisode cévenol survenu en octobre 2021.
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À température ambiante, le gallium est liquide. Une propriété rare pour un métal.
© Science Photo Library
Des fils constitués de métal liquide peuvent cumuler les avantages : la conductivité d’un métal et les propriétés mécaniques du caoutchouc. Une fibre d’élastomère creuse remplie de métal liquide (en haut) peut être étirée jusqu’à dix fois sa longueur initiale. Son extensibilité n’est limitée que par les propriétés du polymère. Le métal liquide peut également former des circuits (en bas) qui se réparent électriquement après avoir été sectionnés. Le métal reste bien contenu au niveau de l’interface sectionnée, sans déborder, parce qu’il forme une couche d’oxyde au contact de l’air. Les interfaces fusionnent à nouveau quand on les applique l’une contre l’autre. En revêtant le métal d’une enveloppe isolante de polymère autoréparateur (en bleu), on permet au circuit de se réparer mécaniquement.
© Jie Sun
De surprenantes figures fractales
Les gouttelettes de gallium ont une tension de surface énorme en l’absence de couche superficielle d’oxyde, et forment donc des sphères (au centre). Mais lorsqu’on place une gouttelette dans un électrolyte et qu’on applique un potentiel positif, on déclenche une oxydation superficielle. Ici, une gouttelette est reliée par le dessous à un petit fil (non illustré) et plongée dans une solution électrolytique d’hydroxyde de sodium ; elle est photographiée par le dessus et semble noire parce qu’elle est rétroéclairée. Le processus d’oxydation entraîne un étalement du métal en forme de fractales, ce qui suggère que la tension effective est pratiquement nulle dans les conditions présentées.
© Collin Eaker et Jie Sun
Exfolier des couches minces
Différentes espèces d’oxydes se forment lorsqu’un métal liquide réagit avec l’air. Ces espèces peuvent être transférées à d’autres surfaces par exfoliation (en haut). Par ce procédé, il est simple de créer des couches ultraminces d’oxyde à température ambiante. En ajoutant de petites quantités d’un dopant réactif à du gallium liquide (en bas), on peut transformer la surface d’oxyde natif (Ga2O3) en une espèce chimique différente. Par exemple, en ajoutant 0,4 % d’aluminium, on obtient une surface constituée d’Al2O3.
© Jie Sun
Des particules stables de métaux liquides peuvent être formées en mélangeant simplement le métal en présence d’un autre liquide. Le mélange de métal liquide (eutectique de gallium et d’indium, EGaIn) dans du silicone (polydiméthylsiloxane, PDMS) crée un composite mou lorsqu’on cuit le silicone. L’ajout de particules solides à du caoutchouc le rend normalement plus raide, mais avec des particules liquides, le composite reste mou.
© Jie Sun
Cette vue d’artiste illustre les bouleversements du ciel dans 5 milliards d’années. Vu depuis Pluton, le Soleil sera devenu une étoile géante rouge dont le rayon atteindra la Terre. Et la Voie lactée sera entrée en collision avec la galaxie d’Andromède, ce qui perturbera toute sa structure. Le Système solaire pourrait ainsi être rejeté en périphérie de la galaxie, offrant alors une vue idéale sur cette rencontre cosmique.
© Ron Miller
Après injection d’un traceur dans le sang, on est capable de visualiser les fuites de la barrière hématoencéphalique grâce à des scanners cérébraux : les infiltrations sont de plus en plus importantes à mesure qu’on vieillit. On ne voit en effet rien pour une personne âgée de 30 ans (1) ; à 42 ans, des taches bleues indiquent de petites fuites (2) ; à 65 ans, les taches rouges et jaunes signalent des flux plus importants (3) ; et à 76 ans, les fissures se répandent de plus en plus, laissant entrer dans le cerveau davantage de traceurs (4).
© Alon Friedman and Daniela Kaufer
Les Eudorina, des algues vertes unicellulaires d’eau douce qui vivent sous forme de colonies, font partie des protistes qu’Édouard Chatton a dessinés pour ses étudiants. Sur les 125 planches murales qu’il a préparées, seules 72 nous sont parvenues. On découvre aujourd’hui encore de nombreuses espèces de ce groupe.
© Bibliothèque du laboratoire Arago – Sorbonne Université
Les dinoflagellés du genre Haplozoon s’organisent en chaînes de cellules au fil des divisions cellulaires à partir d’une seule cellule munie d’un stylet qui lui permet de pénétrer dans les cellules intestinales du ver marin que ces organismes parasitent. Sur ce dessin d’Édouard Chatton, on distingue les chromosomes de chaque cellule.
© Bibliothèque du laboratoire Arago – Sorbonne Université
André Lwoff (debout) et son maître Édouard Chatton, probablement dans les années 1930.
© Bibliothèque du laboratoire Arago – Sorbonne Université
Les eucaryotes proviennent de la symbiose entre une archée et une bactérie. De nombreuses lignées se sont éteintes entre Feca, le premier organisme qui s’est séparé des archées pour ne donner que des eucaryotes, et Leca, l’ancêtre commun de tous les eucaryotes vivant actuellement.
@ Pour la Science
Rhipidodendron splendidum est un protiste d’eau douce qui vit en colonies en forme de drapeaux. Les cellules sont disposées à l’extrémité de tubes fusionnés entre eux à leur base. Végétal ou animal ? La question a fait l’objet de nombreux débats depuis le xixe siècle, cet organisme ressemblant à une algue ayant perdu son chloroplaste, un compartiment caractéristique des végétaux. L’étude de son génome a finalement révélé qu’il ne s’agit pas d’une algue à proprement parler.
© Bibliothèque du laboratoire Arago – Sorbonne Université
Grâce à deux techniques distinctes (coloration au fer, à gauche, à l’argent, à droite), Édouard Chatton a mis en évidence deux structures bien distinctes dans le protiste cilié Glaucoma piriformis : des stries rectilignes munies de granules, ou cinétosomes (à gauche), et des cordons sinueux (à droite). Il a ainsi montré que les stries et les granules persistaient au fil des divisions cellulaires et produisaient les cils du protiste.
© Bibliothèque du laboratoire Arago – Sorbonne Université
