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Sommaire 6

L’album de l’année 2013

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L’épopée de Curiosity sur Mars

Voir la planète Mars (presque) comme si vous y étiez, observer le cerveau avec une précision inédite, mais aussi visualiser l’Antarctique sans la neige, la carte de la gravité terrestre ou le tissu osseux d’embryons de dinosaures, telles sont quelques-unes des surprises que nous a offertes le monde scientifique en 2013.

10 Une arrivée tout en douceur 14 En direct de la Planète Rouge 19

Les plus belles découvertes de l’année

51

Le cerveau comme vous ne l’avez jamais vu

52 Les circuits cérébraux à la loupe 57 Une vision claire et nette des neurones

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4 • les dossiers de La Recherche | décembre 2013-janvier 2014 • N° 7


Cahier Technologies Les photos qui ont marqué l’Histoire 61

De la première radiographie au boson de Higgs, l’album souvenir des événements scientifiques les plus importants.

Les déchets se réduisent d’abord à la source >> Repères P. 82 Les emballages écologiques en 6 questions >> Initiatives P. 86 •  Des enzymes pour digérer les plastiques 72

Belles pages

L’édition n’est pas avare de photos de science plus éblouissantes les unes que les autres. La preuve avec notre sélection de beaux livres.

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•  Des canettes ultra-light •   Des chips très bio dans les colis >> Scanner P. 90 •  L’empreinte environnementale d’une bouteille plastique >> Acteurs P. 92 •  Ils réduisent l’impact des emballages

À vous de jouer

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>> Avenir P. 96 •  « Le taux de ­recyclage du plastique doit ­doubler en cinq ans » >> Pour en savoir plus P. 98 •  Sur le Web •  Livres

N° 7 • décembre 2013-janvier 2014 | les dossiers de La Recherche • 5

Ce numéro des Dossiers de La Recherche comporte un encart La Recherche sur les ventes France et export (hors Belgique et Suisse) ; un encart Edigroup (ventes Belgique et Suisse).

Emballages écologiques


En direct de la Planète Gautier Cariou, journaliste

©© NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Par

C’est dans le cratère de Gale que Curiosity s’est posé en douceur, après une descente vertigineuse. En son centre, on distingue le mont Sharp, qui culmine à 5,5 kilomètres d’altitude et dont le rover étudiera les roches.

14 • les dossiers de La Recherche | décembre 2013-janvier 2014 • N° 7

©© NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

Depuis son aire d’atterrissage atteinte le 6 août 2012 (cercle bleu), Curiosity s’est déplacé en laissant une empreinte visible vers la région de Glenelg, située à l’intersection de trois types de terrain (cercle blanc). Sa mission : déterminer si la vie a un jour été possible sur Mars.


Rouge

Curiosity

©© photos NASA/JPL-Caltech/MSSS

Ce rocher d’une vingtaine de centimètres a été photographié par la caméra Mahli sur le site de Rocknest, un terrain situé sur le chemin de Glenelg. C’est dans cette zone que le rover a procédé à ses premiers prélèvements et analyses de la composition chimique du sol martien.

Le site de Rocknest est composé d’un mélange de sable déposé par le vent et de roches volcaniques. Le rocher arrondi au centre de la photo mesure environ 20 centimètres. L’image de droite a été retouchée afin de reproduire le paysage tel qu’on le verrait sous une lumière terrestre.

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découvertes

Un virus qui fait de la résistance

P

our gagner une guerre, il faut connaître ses ennemis. Et dans la lutte contre la résistance des bactéries aux antibiotiques, les ennemis, ce sont notamment les bactériophages. Certains de ces virus participent en effet à la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques. Ils ciblent spécifiquement les bactéries, auxquelles ils injectent leur matériel génétique. Dans la plupart des cas, cela entraîne leur destruction. Mais, parfois pour peu que ce matériel génétique contienne un gène d’insensibilité aux antibiotiques, les bactéries attaquées survivent et deviennent résistantes. D'où l'intérêt de ce film réalisé par des biologistes de l’université du Texas, qui montre comment un bactériophage attaque une Escherichia coli. Le bactériophage est composé d’une enveloppe (1) qui protège son matériel génétique (de l’ADN dans la majorité des cas), d’une queue et de six « pattes » (2). Son cycle d’infection dure entre quinze et vingt minutes. Le virus se pose à la surface d’une bactérie (en vert) (3). Il déplie ses « pattes » et se déplace (4). Le site adéquat trouvé, il déploie sa queue (5). Celle-ci s’étend grâce à l’ajout de protéines et pénètre dans les parois jusqu’à l'intérieur de la bactérie où elle déverse l’ADN viral (en rose) (6). « Cette équipe a découvert un enchaînement d’étapes dont on ne soupçonnait même pas l’existence », note Laurent Debarbieux, de l’Institut Pasteur. Pour cela, elle a eu recours à une technique d’imagerie à très haute résolution, la cryo-électrotomographie, puis a reconstitué la séquence par ordinateur. Ces images font apparaître deux nouveautés majeures : d’une part, les « pattes » du bactériophage ne sont pas déployées en permanence. D'autre part, sa queue pénètre dans la bactérie grâce à une extension. Sans celle-ci, elle serait trop courte pour traverser les couches de l’enveloppe bactérienne. n lise loumé

© Hu et. al., Science Express, 2013.

(Science, janvier 2013)

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© Hu et. al. 2013. Science Express.

Le bactériophage est composé d’une enveloppe (en bleu), qui protège son matériel génétique, et d’une queue (en rouge) à la base de laquelle sont rattachées six « pattes » (en jaune).

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Découvertes

Ceci n’est pas une fleur

L’

origine néerlandaise du chimiste Wim Noorduin a-t-elle influé sur le choix de son sujet d’étude ? On pourrait le penser car, avec ses collègues de l’université Harvard, aux États-Unis, il a fait pousser des fleurs. Ou plus précisément des structures minérales de quelques dizaines de micromètres qui, une fois colorées artificiellement, font parfaitement illusion. Leur présentation démontre la maîtrise de l’assemblage de microstructures minérales par un simple contrôle de l’acidité du milieu. Les chimistes se rapprochent ainsi des capacités de divers organismes à produire de telles structures naturellement. « Générer des formes à volonté nécessite de maîtriser des couplages entre réactions chimiques », explique Jacques Livage, de l’université Pierre-et-Marie-Curie. Pour reproduire ces fleurs, Wim Noorduin et ses collègues ont introduit une plaque de verre dans une solution aqueuse de silicate de sodium et de chlorure de baryum. Ils ont mis la surface de la solution en contact avec de l’air contenant du dioxyde de carbone. Ce dernier, en se diffusant dans l’eau, réagit avec le chlorure de baryum : des dépôts de carbonate de baryum se forment sur la plaque en quantité d’autant plus importante que l’acidité de la solution est faible, donc que son pH est élevé. La réaction libère des ions hydronium qui acidifient localement la solution. Une seconde réaction forme des dépôts de silice. Cette transformation ne se produit qu’à une acidité précise, pour un pH proche de 10. Selon l’acidité, il existe trois régimes de croissance des dépôts. Le premier survient quand la solution est peu acide, à un pH de 11,8. Il ne se forme alors que du carbonate de baryum. Autour des dépôts, l’acidité augmente. Une seconde réaction commence : la silice cristallise sur les bords du dépôt initial et agit comme un écran, empêchant la première réaction de se poursuivre. à l’extrémité supérieure du dépôt de carbonate de baryum, en revanche, la croissance du carbonate de baryum se poursuit donc, et la structure s’élève, perpendiculaire

Une tulipe ou une rose ? N  i l‘une ni l‘autre, mais une structure minérale obtenue par des chimistes néerlandais.

30 • les dossiers de La Recherche | décembre 2013-janvier 2014 • N° 7


à la plaque. Sa forme de vase est plus ou moins resserrée selon la concentration du dioxyde de carbone. Si la solution est au départ plus acide, avec un pH de 11,2, le processus change. Quand le carbonate de baryum se forme, l’acidité autour des dépôts devient trop importante pour que la silice puisse se déposer, sauf à l’extrémité supérieure du dépôt où l’acidité a moins augmenté car la concentration des ions hydroniums libérés y est moindre. C’est donc au sommet de la structure que la silice se dépose, interrompant la première réaction. Mais celle-ci se poursuit sur les côtés du dépôt, qui se développe alors en une forme plate. Enfin, lorsque le pH initial est inférieur à 10, la solution demeure trop acide pour que la silice se forme : seul le carbonate de baryum croît librement. En variant l’acidité de la solution et sa concentration en dioxyde de carbone, les chimistes parviennent à obtenir les empilements de formes souhaités n  antoine cappelle

© harvard’s Center for Nanoscale Systems

(Science, mai 2013)

N° 7 • décembre 2013-janvier 2014 | les dossiers de La Recherche • 31


La preuve éclatante du B

Carte de la température  de la première lumière de l’Univers, après nettoyage, réalisée à partir des observations du satellite Planck (en haut à gauche).

La carte brute réalisée par le satellite Planck, vue en micro-ondes. Les points orangés sont les plus chauds, les bleus les plus froids. 36 • les dossiers de La Recherche | décembre 2013-janvier 2014 • N° 7

La superposition de deux images du halo galactique, enregistrées par les satellites Planck et Fermi.


découvertes

Big Bang

© esa-planck - esa, hfi, et lfi consortia

C

ette carte révélée en mars 2013, issue du nettoyage successif des trois cartes qui l’accompagnent, a permis de confirmer de manière irréfutable le modèle du Big Bang. Elle a été obtenue grâce aux observations du satellite Planck. Lancé en 2009, ce dernier est parti en chasse de la première lumière émise par l’Univers, 380 000 ans seulement après le Big Bang. Cette lumière est toujours observable aujourd’hui. Du fait de l’expansion de l’Univers, sa température associée qui était d’environ 3 000 °C a chuté drastiquement : elle est de – 270,45 °C en moyenne. Toutefois, lorsqu’elle est observée avec précision, cette pâle lueur présente de minuscules différences de température. Un trésor pour les astrophysiciens ! Car ces variations thermiques sont le reflet de différences de densité dans la matière apparues avant l’époque où la première lumière a été émise. Des densités

de matière ou grumeaux qui allaient ensuite donner naissance… aux premières étoiles et galaxies. Planck a étudié ces subtiles différences de température. Elles sont visibles sur la carte ci-contre sous forme de taches de couleur plus ou moins brillantes selon qu'elles sont plus ou moins importantes. Les caractéristiques de ces taches confortent la théorie du Big Bang. Elles donnent notamment du poids au modèle de l’inflation, cette théorie selon laquelle l’Univers aurait connu à son tout début une phase de croissance fulgurante, voyant ses dimensions multipliées par 10 26 en une fraction de seconde. « Sur la carte, les plus petites de ces taches sur le ciel sont aussi les moins brillantes, exactement comme le prévoit la théorie de l’inflation », explique François Bouchet, de l'Institut d'astrophysique de Paris.  n julien bourdet (Astronomy & Astrophysics, juin 2013)

L’Une des sources d’émissions de photons parasites qu’il a fallu nettoyer pour obtenir la carte finale. N° 7 • décembre 2013-janvier 2014 | les dossiers de La Recherche • 37


histoire retour à bord de l’engin spatial Spoutnik 2. La chienne est placée dans un habitacle muni de capteurs qui mesurent en permanence la température et la pression de l’engin ainsi que les constantes vitales de l’animal pendant le vol. Laïka est le premier être vivant mis en orbite terrestre. Cette expérience a apporté aux Soviétiques les données nécessaires pour envoyer des hommes dans l’espace. Le premier sera Youri Gagarine, en 1961.

© NASA

© akg-images / RIA Nowosti

est envoyée 1957 Laïka pour un voyage sans

juillet, les écrans de télévision retransmettent en direct les premiers pas de Neil Armstrong sur la Lune. 1969 LeLe 21 commandant américain de la mission Apollo 11 est rapidement rejoint par son compatriote Buzz Aldrin. Les deux hommes

explorent pendant plusieurs heures le site d’alunissage où ils collectent une vingtaine de kilogrammes de roches. En incluant les missions

64 • les dossiers de La Recherche | décembre 2013-janvier 2014 • N° 7


« La construction du squelette de Lucy 

s’est faite au fil des os que le tamis retenait sur le site de fouille d’Hadar, en Éthiopie. Le dessin de la silhouette de ce cousin bipède et arboricole de l’Homme s’est ainsi peu à peu tracé dans l’imaginaire de chacun… La science est censée rester froide mais, avec Lucy, ce n’était pas le cas. À l’émotion progressive de découvrir de nouveaux ossements vieux de plus de trois millions d’années s’ajoutaient un intérêt intellectuel et des sentiments de tendresse vis-à-vis de cet ancêtre inattendu. »

cinquante-deux fragments d’os 1974 Ces permettent de définir une nouvelle

espèce d’australopithèque : Australopithecus afarensis. Surnommé Lucy, ce fossile découvert par les paléoanthropologues Yves Coppens et Donald Johanson, et le géologue Maurice Taïeb présente un bassin et des fémurs qui laissent supposer que cet ancêtre avait un comportement bipède. Lucy a bouleversé les connaissances de l’époque en repoussant la date d’acquisition de la bipédie à plus de trois millions d’années.

préliminaires (Apollo 7 à 10), indispensables au succès d’Apollo 11, la NASA aura dépensé au total près de 14 milliards de dollars pour cette mission spectaculaire. N° 7 • décembre 2013-janvier 2014 | les dossiers de La Recherche • 65

©JAVIER TRUEBA/S.P.L./COSMOS

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Yves Coppens, paléoanthropologue


emballages écologiques / Repères

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Les emballages écologiques en 6 questions

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Même biodégradable ou recyclable, l’emballage n’est pas toujours écologique. Ce titre se mérite. L’un des moyens de l’obtenir est de mesurer son impact au long de son cycle de vie.

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1 Qu’est-ce

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qu’un emballage ­écologique ?

C

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Certains fabricants d’emballages qualifient leurs produits d’écolo­ giques lorsqu’ils sont biodégra­ dables (des micro-­organismes les décomposent en eau, en dioxyde de carbone ou en méthane, et en sous-produits non toxiques pour l’environnement), biosourcés (for­ més à partir de matière organi­ que végétale), voire recyclés dans de fortes proportions [fig.1]. C’est toutefois abusif : un emballage écologique est un emballage dont

l’inévitable impact sur l’environne­ ment est limité au minimum tout au long de son existence. La seule manière sérieuse d’éva­ luer cette empreinte écologique est de réaliser une analyse de cycle de vie (ACV). Cette méthode permet de mesurer les effets potentiels d’un emballage – et de n’importe quel produit – sur l’environnement, de la production des matières pre­ mières jusqu’à sa fin de vie, qu’il soit recyclé, enfoui, incinéré ou biodégradé. Elle s’appuie sur des normes européennes (nommées ISO 14040 et 14044). Et, bien sou­ vent, l’ACV révèle qu’un emballage

Fig.1  Le recyclage augmente en France

Taux de recyclage des emballages ménagers (en %) Acier

100

Verre Tous matériaux

50

Papier carton Aluminium Plastiques

©© bruno bourgeois

0

1997

1999

2001

2003

2005

2007

Années 2009

2011

Le pourcentage des emballages ménagers recyclés en France a presque doublé entre 1997 et 2011, passant de 35 à 67% (en noir). L’acier (en rouge) est aujourd’hui totalement recyclé tandis que les plastiques (en bleu) et l’aluminium (en rose) sont à la traîne, avec respectivement 22 et 36%. source : ADEME

82 • les dossiers de La Recherche | décembre 2013-janvier 2014 • N° 7

biodégradable, biosourcé ou forte­ ment recyclable ne mérite pas le qualificatif d’écologique.

2 Comment est

­ valuée l’empreinte é environnementale des emballages ? Pour chaque étape de la vie de l’emballage, on quantifie les consommations des ressources énergétiques et non énergétiques, ainsi que les productions de pol­ luants et de déchets. La mesure de tous ces « intrants » et « sortants » permet d’évaluer un certain nom­ bre d’impacts environnementaux. Une ACV rigoureuse en étudie au moins six, dont quatre sont incon­ tournables : la production de gaz à effet de serre*, l’épuisement des ressources naturelles non renouve­ lables, la consommation d’eau et la production de déchets ultimes (ce qui n’est pas recyclé ou incinéré). Grâce à l’ACV, on peut savoir quel impact a un pot de yaourt, par exemple, sur chacun de ces indi­ cateurs, pour l’ensemble de son cycle de vie. L’ACV permet aussi de déterminer quelles sont les étapes les plus problématiques et d’agir en conséquence. De façon générale, quel que soit le matériau utilisé, la production des matières premières est la phase la plus décisive. C’est donc à ce niveau qu’il faut interve­ nir en priorité.


©© Biosphoto/Paul Rapson/Scie

ces pommes sont emballées dans un sac biodégradable réalisé à base d’amidon de maïs issu de cultures non génétiquement modifiées. Ces ­qualités ne suffisent pas toujours pour que l’emballage mérite le qualificatif d’écologique.

3 Comment réduire

cette ­empreinte écologique ?

Le premier levier consiste à diminuer la quantité de matières premières nécessaires à la fabrication d’un emballage. C’est la réduction à la source. Une directive européenne l’impose depuis 1994 : un emballage doit être conçu et fabriqué de manière à minimiser son poids et son volume tout en conservant sa fonctionnalité. On préserve ainsi les ressources (le pétrole pour les plastiques, le bois pour le carton, etc.), et on réduit les dépenses d’énergie et les émissions de dioxyde de carbone liées à la fabrication de ces matières et au transport des emballages finalisés. Tous les emballages, quel que soit le matériau, se sont allégés ces dernières années. En 1994, la canette boisson de 33 centilitres en acier et la bouteille d’eau en plastique de 1,5 litre pesaient respectivement 30,5 et 45,5 grammes. En 2009, l’une et l’autre affichaient

sur la balance 25,7 et 32 grammes. Même l’intouchable bouteille de champagne a récemment perdu 65 grammes. Le secteur des cosmétiques n’est pas en reste. « Certaines entreprises sont à la pointe dans ce domaine. Yves Rocher a remporté l’un des trophées du Point vert 2012 remis par éco-­Emballages avec un tube de rouge à lèvres innovant, allégé de 39 % », explique Jan Le Moux, directeur de la prévention chez éco-Emballages, société chargée de collecter les contributions des entreprises adhérentes au dispositif Point vert destiné à financer la collecte et le recyclage des emballages. Au total, en France, entre 1997 et 2009, le poids des emballages ménagers par habitant a diminué de 10 % alors que, pendant la même période, l’indice de consommation par habitant a augmenté de 24 % [fig.2]. Il y a donc eu plus d’unités d’emballages produites puisque la croissance a été positive, mais le tonnage des emballages a baissé, car le poids unitaire de chacun

d’entre eux a été réduit. Il existe toutefois des limites à cet allégement. D’abord des limites techniques : on ne peut pas affiner à l’infini un emballage sans le rendre inefficient voire dangereux. Une bouteille de vin mousseux peut ainsi exploser si elle est trop fine. Ensuite des limites marketing : « On pourrait réduire encore le poids des bouteilles de champagne, explique Catherine Moriot, fondatrice de l’agence EOP’S, spécialisée dans la conception d’emballages, mais, au-dessous de 835 grammes –  la nouvelle norme –, les clients ont le sentiment que la qualité du produit est moins bonne. Alléger davantage diminuerait les ventes. » Pour continuer à atténuer leur empreinte environnementale, les entreprises explorent d’autres pistes. Ainsi, afin de réduire la production des matières premières et l’exploitation des ressources, les écorecharges reprennent du service, y compris dans le luxe. Chez Kenzo, par exemple, les flacons de parfum FlowerbyKenzo sont >>>

*L’effet de serre est l’augmentation de la température due à l’absorption par certains gaz (dioxyde de carbone, méthane…) du rayonnement émis par une planète.

N° 7 • décembre 2013-janvier 2014 | les dossiers de La Recherche • 83

Les Dossiers de La Recherche n°7 - L'album de l'année 2013  

Les 100 plus belles images de science. > Curiosity explore mars. > Dolly, Apollo, Tchernobyl. Les photos qui ont marqué l'Histoire.

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