Comment le sable du Sahara fertilise la forêt amazonienne

Malgré les milliers de kilomètres qui les séparent, le désert du Sahara et la forêt amazonienne sont liés : chaque année, un cycle naturel transporte du continent africain au continent sud-américain des millions de tonnes de sable. Un apport dont a besoin la plus grande forêt équatoriale du monde pour s'épanouir.
Le 27/02/2015 à 09:35 - Par Andréa Haug, Futura-Sciences

Chaque année, 22.000 tonnes de phosphore contenues dans du sable du Sahara traversent l'océan Atlantique pour atterrir en Amazonie, rapporte une étude états-unienne parue dans la revue Geophysical Research Letters. Il s'agit de la première quantification du transport transatlantique de cet élément chimique sur plus de 4.000 km, de l'Afrique vers l'Amérique du Sud.
Parce qu'elle se développe sur un sol pauvre, la forêt amazonienne voit sa productivité limitée par la disponibilité des nutriments comme le phosphore. En outre, les fortes précipitations accentuent chaque année la privation des sols de ces éléments.
Dans son analyse basée sur des données recueillies entre 2007 et 2013 par le satellite de télédétection CALIPSO (Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations) et le satellite radar CloudSat, l'équipe de chercheurs estime que ces pertes en phosphore sont compensées par les dépôts naturels de poussières.
Celles en provenance de la dépression du Bodélé, située dans le centre sud du désert du Sahara, dans le nord du Tchad, présente un intérêt particulier : cet ancien lit lacustre contient d'énormes dépôts de micro-organismes morts chargés en phosphore. Selon les scientifiques, le sable est soulevé sous l’emprise de tempêtes de sable jusque dans la haute atmosphère, puis il est acheminé en Amazonie grâce aux courants aériens.

La poussière influence le climat et réciproquement
Sur la période observée, la tendance est très variable. Les chercheurs ont en effet noté jusqu'à 86 % d'écart entre la quantité la plus haute (2007) et la plus faible (2011) de sable naturellement charrié. Les précipitations pourraient expliquer cette variation. Deux hypothèses sont possibles : soit les pluies favorisent la pousse de la végétation qui réduit l'érosion des sols, soit la quantité de poussières est liée aux modes de circulation des vents.
« Nous savons que la poussière est très importante à bien des égards », déclare l'auteur principal de l'étude, Hongbin Yu, chercheur au centre de vols spatiaux Goddard de la Nasa, à Greenbelt et à l'université du Maryland, à College Park (États-Unis). « C'est une composante essentielle du système Terre. La poussière aura une incidence sur le climat et, en même temps, le changement climatique aura une incidence sur la poussière », poursuit-il.
Le phosphore ne représente que 0,08 % des 27,7 millions de tonnes annuelles de « poussière migratrice ». D'autres éléments comme le potassium, le calcium ou le magnésium sont donc supposés faire partie du voyage. Cette première estimation enrichit les connaissances sur le comportement et le rôle de la poussière dans l'environnement et sur ses effets sur le climat.

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Paris, 19 Janvier 2015

Un gel contractile qui stocke l'énergie lumineuse
Les systèmes vivants ont la capacité de générer des mouvements moléculaires collectifs qui se transfèrent jusqu'à l'échelle macroscopique, comme un muscle qui se contracte par l'action concertée de moteurs protéiques. Afin de reproduire ce phénomène, une équipe de l'Institut Charles Sadron du CNRS menée par Nicolas Giuseppone, professeur à l'université de Strasbourg, a créé un gel de polymères capable de se contracter grâce à des moteurs moléculaires artificiels. Activés par la lumière, ces moteurs nanométriques enroulent les chaînes de polymères du gel qui se contracte alors sur plusieurs centimètres. Autre atout : ce nouveau matériau parvient à stocker l'énergie lumineuse absorbée. Cette étude est publiée dans Nature Nanotechnology le 19 janvier 2015.
En biologie, les moteurs moléculaires sont des assemblages protéiques très complexes capables de fournir un travail en consommant de l'énergie : ils participent aux fonctions essentielles du vivant comme la copie de l'ADN, la synthèse des protéines, et sont à l'origine de tous les processus de mouvement. Pris individuellement, ces moteurs ne fonctionnent que sur des distances de l'ordre du nanomètre. Mais en s'associant par millions, ils peuvent travailler de manière parfaitement coordonnée et leur action peut se répercuter à l'échelle macroscopique.
Depuis des dizaines d'années, les chimistes cherchent à produire ce type de mouvements à partir de moteurs artificiels. Pour y parvenir, les chercheurs de l'Institut Charles Sadron ont remplacé les points de réticulation d'un gel, qui raccordent les chaînes de polymères entre elles, par des moteurs moléculaires rotatifs, constitués de deux parties qui peuvent tourner l'une par rapport à l'autre si on leur fournit de l'énergie. Pour la première fois, ils ont réussi à faire fonctionner ces moteurs de façon coordonnée et pérenne dans le temps, jusqu'à l'échelle macroscopique : dès que les moteurs sont activés par la lumière, ils enroulent les chaînes de polymères du gel sur elles-mêmes ce qui a pour effet de le contracter.
De la même façon que les systèmes vivants, ces moteurs consomment de l'énergie pour produire un mouvement continu. Cette énergie lumineuse n'est cependant pas totalement dissipée : elle est transformée en énergie mécanique, par l'intermédiaire de l'enroulement des chaînes de polymères, et stockée dans le gel. Si le matériau est exposé de manière prolongée à la lumière, la quantité d'énergie contenue dans la contraction des chaînes de polymères devient très importante, allant jusqu'à provoquer une violente rupture du gel. Les chercheurs de l'Institut Charles Sadron cherchent donc, désormais, à tirer parti de cette nouvelle forme de stockage de l'énergie lumineuse, et à la réutiliser de façon contrôlée.
Ces travaux ont bénéficié du soutien financier de l'ERC et de l'ANR.

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Méta-matériaux : L'invisibilité est en vue !

Rendre un objet invisible et concevoir une cape d'invisibilité comme celle portée par Harry Potter, deux rêves réservés aux amateurs de science fiction ? Plus vraiment, si l'on en croit une étude parue la semaine dernière dans l'édition en ligne de la revue Science…
Le 29/05/2006 à 17:00 - Par Christophe Olry, Futura-Sciences
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L'invisibilité est en vue ! 
(Courtesy of James Davenport)
Quand la lumière "coule" autour des objets
Des chercheurs britanniques et américains avancent qu'en théorie il est désormais possible de concevoir une barrière d'invisibilité, permettant de soustraire tout objet à la vue. Cette cape d'invisibilité, ou plutôt ce bouclier d'invisibilité, étant donnée la largeur que devraient accuser les premiers prototypes, ferait dévier les rayons lumineux, de façon à ce qu'ils s'incurvent suffisamment pour éviter l'objet qu'elle dissimulerait : « C'est un peu comme si vous ouvriez un trou dans l'espace », explique David R.Smith, de la Duke's Pratt School. En théorie, la lumière « coulerait » le long de l'objet protégé par le bouclier et épouserait ses formes comme de l'eau autour d'un rocher, pour ensuite reprendre son courant « normal » en aval. Ainsi, non atteint par la lumière, l'objet deviendrait invisible.
Mais, en quoi pourraient bien être fabriqués cette cape et ce bouclier, pour qu'ils incurvent suffisamment la trajectoire de la lumière ? En méta-matériaux, des composites artificiels que l'on ne trouve pas dans la nature, explique les chercheurs.

Un modèle de déviation de la lumière, laissant apparaître un "trou d'invisibilité" dans lequel serait susceptible de se cacher un objet 
(Courtesy of Leonhardt)
Les méta-matériaux
Les rayons lumineux sont déviés dès qu'ils passent d'un milieu à un autre dont l'indice de réfraction diffère. Mais dévier suffisamment la lumière pour qu'elle évite complètement une région de l'espace, tout en reprenant en aval son cours normal, est un vrai défi. Néanmoins, les méta-matériaux ont permis aux scientifiques de faire de grands progrès dans ce sens. Ces méta-matériaux sont composés de plusieurs couches d'une matrice en fibre de verre, empilées les unes sur les autres, entre lesquelles sont insérés des anneaux métalliques. Soumis à un champ électromagnétique ou à de la lumière, les méta-matériaux réagissent en induisant un champ magnétique interne, et peuvent modifier la course des rayons lumineux. En outre, ils sont même capables de présenter des indices de réfraction « négatifs » !
Les équipes de recherche dirigées par Ulf Leonhardt (université de St Andrews, Ecosse) et de John Pendry (Imperial College, Londres) ont montré que, en théorie, des méta-matériaux pourraient faire « couler » la lumière autour d'un objet donné, et être utilisés pour construire des boucliers d'invisibilité. Néanmoins, ces systèmes ne pourraient dissimuler des objets qu'aux longueurs d'ondes correspondant à la taille des composants des méta-matériaux. Aussi, pour concevoir une cape fonctionnant dans le champ visible, il conviendrait de la « tisser » aux échelles microscopique et nanoscopique. Cependant, les chercheurs pensent pouvoir contourner le problème en entourant le « trou d'invisibilité » d'un matériau à haut indice de réfraction.
Un premier prototype de bouclier d'invisibilité, fonctionnant dans les micro-ondes, devrait être présenté dans 18 mois. Nul doute que les "moldus" seront nombreux à assister à cet événement… Comme quoi, se rendre invisible comme Harry Potter, ce n'est peut-être pas sorcier !

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IMAGES DE SCIENCES : DÉCRYPTAGE

La Cité des sciences et le CNRS Images ont édité un DVD qui contient 21 séquences de 1 min 30 s, chaque séquence présentant une image scientifique, fixe ou animée en la décryptant : conditions d'obtention, sens de l'image, intérêt pour le chercheur. On présente ici une sélection de 5 ces séquences.

Chambre à bulles, particules élémentaires : ce film aborde plusieurs techniques de détection et de visualisation des particules élémentaires. D'abord dans les chambres à bulles, puis, plus récemment, dans les chambres à fils. Il explique comment les physiciens interprètent ces images.

Appareil photographique, caméra, mouvements de l'air
Cette image, réalisée par Etienne-Jules Marey est le témoin du travail approfondi qu'il a mené sur les mouvements de l'air et la photographie. Les machines qu'il a construites à cet effet ont été reconstituées à l'occasion d'une exposition à Paris, au musée d'Orsay en 2005. L'étude des mouvements des fluides se poursuit toujours dans les laboratoires à l'aide de la photographie et du film.

Microscope optique, premier caryotype
Aujourd'hui, cette image est connue, elle représente un caryotype humain. C'est en 1955 que pour la première fois, on a pu voir distinctement l'ensemble des 46 chromosomes d'un individu. Cette image est maintenant devenue courante dans le cadre des diagnostics prénataux, mais on peut se demander pourquoi et comment elle a été réalisée lors de sa découverte.

Coronographe, soleil Masqué
Pour mieux voir ce qui se passe à la surface du soleil, le meilleur moyen est d'en cacher le centre ! C'est le rôle du coronographe. Les coronographes C2 et C3 LASCO du satellite SOHO nous permettent d'étudier ces éruptions solaires. Ce film explique comment ces images ont été obtenues et comment les interpréter.

IRM structurelle, le cerveau
Cette image obtenue par Résonance magnétique est une image du cerveau humain. Cette technique permet de voir les structures du cerveau en volume. Ce film est un décryptage rapide de cette image. Comment l'obtient-on, et que peut-elle nous apprendre ?

Générique
Réalisateur : COLOMBANI Hervé. Conseiller scientifique : GUYON Etienne. Production : Cité des sciences et de l'industrie/CNRS Images. Diffuseur : CNRS Images, http://videotheque.cnrs.fr/

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