Le défi énergétique des nouvelles machines quantiques
Pour la Science
2023/2 N° 544 – février
100 pages
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Les chromosomes sexuels humains, le X (à gauche) et le Y (à droite). Ce dernier est beaucoup plus petit et porte moins de gènes que les autres chromosomes.
© Biophoto Associates/Science Photo Library
Le rongeur Tokudaia osimensis a perdu son chromosome Y et le gène SRY, qui est impliqué dans la différenciation sexuelle. Un autre mécanisme continue d’assurer une différence marquée entre les mâles et les femelles.
© Asato Kuroiwa
Chez les mâles de l’espèce Tokudaia osimensis, sur le chromosome 3, la duplication de la région Enh14 contribuerait à augmenter l’expression du gène Sox9, qui conduit au développement des testicules. Ce mécanisme remplace celui qui était assuré par le gène SRY, porté par le chromosome Y, qui a disparu chez ce rongeur.
© M. Terao et al., PNAS, 119 (49) e2211574119, 2022
Ce « lingot à peau de bœuf » en étain, découvert dans l’épave d’Uluburun, est typique de la forme utilisée alors pour rendre le transport des métaux plus facile.
© Bodrum museum
Le « vase aux guerriers », qui date de la fin de la période mycénienne (XII<sup>e</sup> siècle), montre des soldats partant pour la guerre. Vêtus d’un chiton court, les guerriers portent une cuirasse et un casque à crinière. Ils sont armés de lances et de boucliers légers. Sans doute en prévision d’une longue marche, des sacs à provision sont attachés à leurs lances.
© CC BY 2.0, Sharon Mollerus
Les grandes puissances de la Méditerranée orientale au XIVe siècle avant notre ère.
© CC BY-SA 3.0/Alexikoua
Exposée au musée d’Archéologie sous-marine de Bodrum, dans le sud-ouest de la Turquie, cette restitution suggère comment le navire naufragé à Uluburun était chargé.
© Bodrum museum
En période de sécheresse, la croissance des arbres ralentit, mais dans une moindre mesure chez les arbres les plus âgés.
© Artorn Thongtukit/Shutterstock
Sur cette photo d’un collembole Isotomurus retardatus, on aperçoit la furca, rabattue sous l’abdomen à son extrémité, et le collophore, plus près de la tête, à la base des pattes.
© Victor Ortega-Jiménez
Sur cette carte d’altitude de la planète Mars, la dichotomie entre l’hémisphère Nord et l’hémisphère Sud est nettement visible.
© NASA/JPL
Juste au-dessus del’équateur, Valles Marineris balafre la surface de mars sur près de 4 000 kilomètres. Ce gigantesque réseau de failles d’effondrement, rare stigmate de l’activité tectonique passée de la Planète rouge, ouvre une fenêtre sur son passé géologique.
© J. Swann/T. Becker/A. Mc Ewen/USGS
Un petit groupe de grenouilles de verre dormant sous une feuille dans le laboratoire des chercheurs.
© Jesse Delia
Une grenouille de verre de l’espèce Hyalinobatrachium fleischmanni, au Costa Rica.
© David Havel/Shutterstock
Le parc de Yellowstone est célèbre pour ses sources hydrothermales et ses geysers. Dans ces milieux, la présence de dihydrogène et de certains métaux a peut-être facilité des réactions essentielles au métabolisme.
© Don Mammoser/Shutterstock
En injectant de l’eau dans le sol, riche en fer (comme sur la photo), il est possible de produire du dihydrogène.
© Alexandr Makarov/Shutterstock
Quand on touche les feuilles du mimosa pudique, on déclenche une réaction de repliement des folioles, comportement qui a inspiré le nom de la plante, aussi nommée « sensitive ».
© trytrle/Shutterstock
Le sursaut gamma GRB 211211A est atypique : sa durée correspond à celle d’un sursaut dit « long », mais ses caractéristiques sont celles d’un sursaut court. Il résulte probablement de la fusion de deux étoiles à neutrons. Les grandes quantités de matière expulsées ont produit une kilonova (en rouge) puis deux jets (en jaune).
© Aaron M. Geller/Northwestern/CIERA and IT Research Computing Services
Dans une expérience où une stimulation hydrodynamique mimant des vaguelettes en bord de mer est appliquée à des embryons de deux espèces marines, les chercheurs ont constaté la formation d’un tube et d’une poche gastriques primaires. Le signal à l’origine de la formation du tube digestif serait de nature environnementale et, plus précisément, mécanique.
© Ngoc Minh Nguyen, Tatiana Merle et al., Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022
Vue d’artiste de deux ankylosaures mâles en train de se battre à grands coups de queue.
© Danielle Dufault et musée royal de l’Ontario
La queue et les flanc de Zuul crurivastator. En rouge, les cornes blessées.
© Danielle Dufault et musée royal de l’Ontario
L’une des cornes cassées, puis cicatrisées sur le flanc droit de Zuul.
© Musée royal de l’Ontario
De plus en plus d’instruments de précision reposent sur des phénomènes quantiques. Comment évaluer leur coût énergétique ? De nombreux laboratoires s’intéressent à cette question. Par exemple, Simone Gasparinetti et son équipe, à l’université Chalmers, en Suède, utilisent les outils de la thermodynamique quantique pour étudier comment réduire l’empreinte énergétique des horloges atomiques.
© neuroncollective.com / Chalmers University of Technology
Si Jules Verne avait entendu parler de mécanique quantique, à quoi aurait ressemblé un moteur fruit de son imagination, à la croisée entre la révolution industrielle des machines à vapeur et cette théorie du XX<sup>e</sup> siècle ? Loin de l’exercice littéraire, actuellement, les physiciens adaptent les lois de la thermodynamique pour les utiliser dans des systèmes quantiques, afin de les rendre les plus économes possibles en énergie.
© Viktor Koen
Si l’on cherche en même temps des tomates rouges et des concombres verts, sans savoir ce qui se présentera en premier, comment éviter d’être distrait par tous les fruits et légumes rouges ou verts ?
© Adisa/Shutterstock
Lorsqu’on travaille ou qu’on est concentré sur une tâche, le cerveau produit des champs électriques et magnétiques mesurables sans douleur à la surface de la tête. Grâce à un casque composé d’électrodes pour l’électroencéphalographie (EEG) et grâce à un autre présentant des capteurs de champ magnétique pour la magnétoencéphalographie (MEG) – deux techniques d’enregistrement de l’activité cérébrale –, l’équipe de Jens-Max Hopf et de Mandy Viktoria Bartsch a réussi à enregistrer des modifications d’activité cérébrale à la milliseconde près. Lors de leurs expériences, les participants étaient assis dans une pièce isolée magnétiquement et, en appuyant sur un bouton, devaient indiquer la couleur du demi-cercle qui apparaissait à gauche, tandis qu’un cercle potentiellement distrayant était présenté à droite.
© Klinik Für Neurologie, Center For Behavioral Brain Sciences, Ovgu Magdeburg, photographe : Dirk Mahler ; avec l’aimable autorisation de Mandy Bartsch
© Yousun Koh, d’après Bartsch et al., Attention expedites target selection by prioritizing the neural processing of distractor features. communications biology, 4, 2021, fig. 1b, 1d, 2a
Trouvez le T vert… et dites comment il est tourné ! Bien que la couleur de l’objet cible (ici le vert) soit connue à l’avance, le T rouge détourne forcément l’attention car, comme le T vert, il se distingue de la majorité des autres T, qui sont bleus. On dit que ce stimulus est « saillant », difficilement évitable.
© Yousun Koh, d’après Bartsch et al., Cortical mechanisms of prioritizing selection for rejection in visual search, Journal of Neuroscience, 38, 2018, fig. 1a.
De nombreux microorganismes saprotrophes (principalement des bactéries et des champignons non mycorhiziens) vivant dans le sol, adsorbés à l’argile, se nourrissent des exsudats des plantes et des lessivats des litières en libérant des enzymes qui les décomposent. À leur mort, leur nécromasse reste associée à l’argile, ce qui la protège de la dégradation par d’autres microorganismes décomposeurs.
© Claire Martha
La calocère visqueuse (Calocera viscosa) est une espèce de champignon saprotrophe de la famille des dacrymycètacées, qui pousse sur les souches et le bois mort, principalement de conifères. On ne voit ici que sa fructification, macroscopique et aérienne. Mais celle-ci est solidement fixée à son support par un vaste faisceau de fins filaments ramifiés de tailles microscopiques – le mycélium –, d’où son classement parmi les microorganismes.
© Sylvain Coq
Les fèces des animaux détritivores varient en fonction de la litière et des espèces. Ici, les auteurs ont mené l’étude sur trois espèces de millepattes, deux espèces de cloportes et une espèce d’escargot, qu’ils ont nourries avec des litières de feuilles provenant de six espèces d’arbres (les animaux et les feuilles ne sont pas à l’échelle).
Dessins : © Claire Martha ; tableau : © F.-X. Joly et al., Detritivore conversion of litter into faeces accelerates organic matter turnover, Commun. Biol., vol. 3, article 660, 2020 (CC BY 4.0, le nom scientifique des arbres a été changé en nom vernaculaire)
Ce dispositif optique dirige un faisceau lumineux vers un métamatériau pour détecter comment ses nanostructures modifient les propriétés de la lumière.
© Craig Cutler
Un métamatériau est testé dans une chambre conçue pour mesurer précisément les longueurs d’onde radio et millimétrique.
© Craig Cutler
Cette « métasurface » conçue pour les ondes élastiques confère au son des caractéristiques très inhabituelles. De minuscules aimants placés aux coins des triangles contrôlent sa forme et modifient significativement ses propriétés acoustiques.
© Craig Cutler
Les vibrations mécaniques se propagent sur cette « métasurface » capable d’imposer au son une direction de propagation et d’augmenter fortement ses interactions avec la matière.
© Craig Cutler
Au début de la domestication, chiens et loups se confondaient encore. Ils ont ainsi investi ensemble les récits mythologiques des humains.
© Gettyimages/Daniel Garrido
Sur cette amphore de la fin du IVe siècle avant notre ère, Héraklès (Hercule), coiffé d’une tête de lion, est représenté à demi agenouillé devant Cerbère, une chaîne à la main. L’intrépide héros s’apprête-t-il à attacher le gardien des Enfers afin de pénétrer dans le royaume des morts ?
© GRANGER - Historical Picture Archive/Alamy
Cette gravure suggère qu’à la fin du Paléolithique supérieur, certains chiens avaient déjà acquis des trains molossoïdes (adaptés à la garde), tout en conservant des traits lupoïdes (rappelant le loup).
© À droite : Anne Maigret, C2RMF et MNA ; à gauche : Clément Bardot, CC BY-SA 4.0
Yuri Berezkin a établi la répartition géographique des familles de mythes de nombreuses régions du monde (les lignes rouges marquent l’extension des principales familles).
© Yuri Berezkin
Des femmes et des enfants Kètes devant leur tente en 1913. Un chiot fait naturellement partie de la famille.
Domaine public
Le submersible français Cyana en 1974, durant la deuxième phase du programme franco-américain Famous, dont l’objectif était d’étudier la dorsale médio-atlantique. Durant cette campagne de deux ans, trois submersibles (la soucoupe Cyana, le bathyscaphe Archimède et le sous-marin de poche américain Alvin) ont chacun plongé plus d’une douzaine de fois, rapportant deux tonnes de roche volcanique et quelque 23 000 photos sous-marines prises par des géologues ébahis pendant les 200 heures passées sous l’océan.
© Woods Hole Oceanographic Institution
En 1977, les océanographes américains Marie Tharp et Bruce Heezen publièrent pour l’observatoire géologique Lamont la première carte topographique complète des fonds marins, peinte à la main par Heinrich Berann d’après les relevés des sous-marins de l’US Navy. Peintre et cartographe autrichien, ce dernier a consacré sa vie à peindre avec précision des cartes panoramiques de divers paysages, notamment des Alpes et de parcs américains.
© Library of Congress, Geography and Map Division
Xavier Le Pichon, un des acteurs clés du Cnexo, sortant du bathyscaphe l’Archimède au retour de sa première plongée d’exploration de la dorsale médio-atlantique, dans le cadre du projet franco-américain Famous, en été 1973.
Source : Xavier Le Pichon/C. Riffaud et X. Le Pichon, Expédition Famous. À 3 000 mètres sous l’Atlantique, Albin Michel, 1976 ; © photo Robert Ballard
Le dernier calcul record du nombre π rendu public le 21 mars 2022 en donne cent mille milliards de décimales (1014 décimales).
© Kuki Ladron de Guevara/Shutterstock
Paysage microbiotique mettant en scène dans une ambiance fluorescente des amibes et des bactéries.
© Art Orienté Objet
Le Cornebrame ou Machine à faire chanter les cerfs dans la brume, 2013. Production Musée de la Chasse et de la Nature (Photo : Nicolas Hoffmann).
© Art Orienté Objet, 2022
Au XIXe siècle, Michael Faraday et Peter Barlow ont tous les deux conçu les premiers moteurs électriques. Celui du premier (à gauche) consiste en une tige de cuivre parcourue par un courant électrique qui tourne autour d’un aimant droit placé verticalement dans un bain de mercure. Dans le dispositif de Barlow (à droite), une roue ou une étoile en cuivre, en contact avec du mercure, tourne dans un aimant en fer à cheval quand elle est parcourue par un courant électrique.
© Illustration de Bruno Vacaro
