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Physique de l’espresso

Une recette ancestrale

Dans les grandes lignes, depuis son invention en 1884, la préparation d’un espresso consiste à forcer de l’eau chaude à passer assez rapidement à travers du café moulu très fin. Plus précisément, la température de l’eau doit être d’environ 90°C, son volume de 25 mL et afin qu’elle ...

Des panneaux solaires bifaces

Les panneaux solaires : du silicium « dopé »

Dans un panneau solaire, l’énergie lumineuse est convertie en courant électrique, grâce à l’effet photoélectrique où un photon arrache un électron à un atome. Pour cela, il faut ...

Les électrons peuvent s’écouler comme l’eau

Lorsque l’eau s’écoule dans un tuyau, ce sont les interactions entre ses molécules qui la freinent. A l’inverse, lorsque des électrons s’écoulent dans un fil conducteur, c’est avant tout le fil lui-même qui les freine. Une équipe de chercheurs britanniques et israéliens, ...

Les cristaux temporels

Réseaux cristallins associés à l'eau. by Psi?edelisto, based on version by Dbuckingham42 - Own work, CC BY-SA 4.0,

Cristal et brisure de symétrie 

Un cristal est un état de la matière dans lequel les atomes sont ordonnés selon une périodicité spatiale ...

Du ribose dans les météorites

Le ribose, sucre vital

L’ADN - ou acide désoxyribonucléique - est formé en particulier d’un sucre, le désoxyribose, lui-même un dérivé du ribose (C5H10O5). Plus précisément, dans le désoxyribose (C5H10O4) un groupement hydroxyle (-OH) du ribose ...

Un nouveau comportement des électrons

Cooper pairs - Tem5psu CC BY-SA
Isolants, conducteurs et semi-conducteurs

Le comportement d’un solide cristallin relativement au courant électrique, peut être celui d’un isolant, d’un semi-conducteur, d’un métal ou d’un supraconducteur. Dans les isolants, ...

Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » des électrons, des photons...

Les fentes de Young
Rappelons la fameuse expérience des fentes de Young, réalisée au tout début du XIXe siècle. La lumière issue d’une source ponctuelle tombe sur un obstacle opaque percé de deux fentes parallèles très fines et très rapprochées. Sur un écran placé derrière on observe non pas deux bandes claires (une en face de chaque fente), mais une série alternée de bandes claires et sombres : des franges d’interférences. On explique ce phénomène en admettant que la lumière passée par l’une des fentes et celle passée par l’autre se recouvrent sur l’écran d’observation et se renforcent (zones claires) ou se contrarient (zones sombres). Si la différence de longueur des deux trajets depuis chacune des fentes jusqu’à un point sur l’écran est un multiple entier de longueur d’onde, les deux lumières se renforcent ; en revanche, si l’écart vaut une demi-longueur d’onde, elles se retranchent, il y a extinction : leur somme donne alors de l’obscurité. Tout cela s’explique sans mystère dans le cadre de la théorie ondulatoire de la physique classique. Mais la mécanique quantique prédit que si la lumière est envoyée sous forme de photons, un à un, les uns après les autres, leur accumulation devrait encore donner des franges sur l’écran d’observation : des bandes parallèles alternativement surpeuplées et sous-peuplées par les points d’impact des photons ! L’expérience confirme ce résultat très étrange.

Des intérférences avec des molécules 
Le même résultat est encore obtenu même si les particules sont des électrons, des atomes, de petites molécules, voire des fullerènes comme cela a été réalisé à la fin des années 1990… Cela signifie qu’à cette échelle, la matière ne se comporte pas comme un grain ordinaire, car l’expérience des fentes de Young réalisée avec des billes ou des grains de sable donne sans surprise juste deux séries de points d’impact, une en face de chaque fente. La question est donc de savoir à partir de quelle dimension le comportement classique laisse sa place à un comportement quantique, interférentiel. Très récemment, deux collaborations internationales ont chacune réalisé une expérience d’interférences avec de très grosses molécules, cependant en employant avec un autre dispositif que des fentes de Young. Le premier groupe (Chine, Autriche, Suisse, Allemagne) a réussi une prouesse puisque leur molécule est composée d’environ 2000 atomes (il s’agit d’une porphyrine), tandis que la seconde équipe (Autriche, Royaume-Uni, Etats-Unis) a expérimenté avec un antibiotique composé de quinze acides aminés, la gramicidine A1. Ces résultats extraordinaires constituent un pas de plus vers des expériences quantiques avec des organismes vivants !

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Sommes-nous seuls dans l'univers ?
Francis Rocard astrophysicien au CNES, retrace la quête obsessionnelle de la vie extraterrestre dans l'histoire de l'humanité.

Un peu d'histoire

A l'aube de la civilisation, la vie extraterrestre est envisagée par le prisme des dieux et divinités. Les Incas pratiquent des sacrifices, et les Aztèques tracent de grandes figures au sol destinées à être visibles depuis le ciel pour apaiser la colère d'êtres célestes. 
En Europe, la quête de la vie extraterrestre prend une autre tournure. Pendant longtemps, la religion empêchera les scientifiques de publier leurs recherches sur les « autres mondes ». Ainsi, Giordano Bruno a été brûlé vif pour avoir théorisé « qu'il y avait autant de soleils et de planètes dans l'univers qu'il y avait d'étoiles », et l'église fit un procès à Galilée pour ses découvertes.

En France, Bernard Le Bouyer de Fontenelle publie en 1686 « Entretiens sur la pluralité des mondes » qui sera un immense succès de librairie. Deux siècles plus tard, Camille Flammarion récidive avec la « Pluralité des mondes habités » qui rencontre un grand succès auprès du public qui se passionne pour la question mais l'ouvrage ne reçoit pas l'approbation des savants. Nombreux sont ceux qui entament des recherches sur les autres planètes telle que Mars, proche et donc facilement observable avec les techniques de l'époque. Auparavant, en 1666, Cassini avait découvert la calotte polaire de Mars. À l'époque, cette découverte ne pouvait signifier qu'une chose : il y a de l'eau et donc de la vie sur Mars. C'est ainsi que l'imaginaire autour des Martiens a commencé à se développer.

Mars source de tous les fantasmes

Pendant la Guerre froide, les OVNI font leur apparition dans la culture populaire et le mythe des petits hommes verts s'étend. Nombreux sont ceux qui croient, à tort ou à raison que les extraterrestres nous observent et sont déjà entrés en communication avec les autorités mondiales. Parallèlement, la NASA développe les missions MARINER chargées d'explorer la planète rouge. Mariner 4 orbite autour de la planète en 1965 et prendra une série de 21 clichés. Les photos s'avéreront décevantes. Outre la mauvaise qualité des clichés, aucun signe de vie n'est détecté à la surface qui ressemble à l’inhospitalière surface de la lune.


Ce n'est qu'à partir de Mariner 9 que la planète revient au-devant de la scène. En effet, la mission révèle les première images de fleuves asséchés. Ce qui nourrit l'hypothèse selon laquelle l'eau a été présente et l'est peut-être toujours sur la 4e planète de notre Système solaire. En 1976, la mission VIKING, chargée de détecter des traces de vie conduira à des résultats malheureusement très clairs. Mars est 3 fois stérile ! Il n'y a donc pas de vie à la surface de la planète. Même si la présence de vie actuelles pourrait bien se trouver enfouie profondément dans le sous-sol, la recherche aujourd’hui se concentre sur la vie ancienne qui pourrait avoir existé en certains endroits, comme sur les sols argileux de Mars, qui représentent 5 pourcents de la surface. Actuellement, toutes les recherches effectuées sur le sol martien se concentrent sur ce type de sol. C'est le cas de la mission Curiosity et de son rover du même nom. Arrivé en 2012 sur la planète, il a mis 7 ans à atteindre une strate argileuse qu'il a forée en avril dernier. « Malheureusement pour les curieux, il faudra attendre la publication scientifique pour en savoir plus » annonce Francis Rocard, devant un public pendu à ses lèvres.

Futures explorations

Quels que soient les résultats de cette expérience, la future mission pour Mars est déjà sur les rails. Il s’agirait de rapporter sur Terre, à l'aide d'un rover de deuxième génération, des échantillons du sol martien. Le départ est prévu pour 2020. Il faudra tout de même être patient puisque le retour de cette mission ne sera pas avant 2030.

Dans les prochaines années, d'autre missions sont prévues pour les lunes de Jupiter qui sont très prometteuses. Europe, satellite jovien, recouvert de glace avec un océan intérieur, suscite beaucoup d'espoir. La mission JUICE prévue pour 2022 aura pour objectif d'explorer les lunes glacées de la géante gazeuse.

Des planètes habitables habitées ?

En dehors du Système solaire, les exoplanètes de certaines étoiles pourraient également abriter la vie.

Même s'il est relativement facile de déterminer si une planète est potentiellement habitable, la difficulté est de démontrer qu’elle est réellement habitée. Un moyen serait de détecter la vie en détectant la chlorophylle obtenue par photosynthèse. Toutefois, c’est très difficile et la technologie actuelle ne le permet pas. De plus, cela repose sur l'hypothèse que les formes de vie extraterrestre suivraient le même schéma que la nôtre. La question est de savoir si l'ADN qui définit tous les êtres vivants sur Terre est également universelle dans l'univers. Cela signifie que même avec une planète habitée sous nos yeux nous ne serions peut-être pas capable de déterminer si elle abrite une forme de vie qui nous est inconnue.

Des obstacles insurmontables ?

« Il y a beaucoup de freins, à l'exploration interstellaire pour rechercher la vie extraterrestre. Le développement des technologies n'est pas suffisant pour entreprendre un tel voyage, mais surtout le principal frein reste l’immensité de l'univers et le fait que rien ne va plus vite que la lumière » déclare Mr Rocard, « Ce sont les mots d'Einstein, quand il développe la théorie de relativité. Rien ne surpasse la vitesse d'un photon ». Le problème, c'est que même en se déplaçant à la vitesse de la lumière, l'étoile la plus proche de notre système se trouve à 4 années-lumière. Notre Galaxie fait environ 100 000 années-lumière et nos sondes mettront un milliard d’années à la traverser ! Cette immensité pose problème, mais l’aspect temporel également. En effet, pendant combien de temps serons-nous capables d’explorer l’univers ? Un siècle ou deux ? c’est très peu par rapport à l’âge de notre étoile et la fenêtre temporelle pour une rencontre est minuscule ! Donc même si nous ne sommes pas seuls, il paraît pratiquement impossible que nous rencontrions un jour nos voisins de l'univers.

Aujourd'hui, l’espoir est toujours permis, mais il est restreint. Des donateurs privés continuent d'écouter d’éventuels signaux de preuve de vie technologiquement avancé dans l'espace, dans l’espoir d'une découverte qui sera sans conteste un super effet « Wow » !
 

Conférence de Francis Rocard organisée par Conferencia à La Scala, Paris 10.

Juliette Torregrosa
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