Paris, 11 décembre 2013

Quand la Terre perdra-t-elle ses océans ?

Sous l'effet de la luminosité naturellement croissante du Soleil - un phénomène très lent sans lien avec le réchauffement climatique actuel -, les températures terrestres devraient augmenter dans les futures centaines de millions d'années. Principale conséquence, l'évaporation complète des océans. Une équipe du Laboratoire de météorologie dynamique1 (CNRS / UPMC / ENS / École polytechnique) a imaginé le premier modèle climatique tridimensionnel permettant de simuler ce phénomène. Il prédit la disparition de l'eau liquide sur Terre dans près d'un milliard d'années repoussant les estimations de plusieurs centaines de millions d'années. Publiés le 12 décembre 2013 dans la revue Nature, ces travaux permettent de mieux appréhender l'évolution de notre planète mais également de déterminer les conditions nécessaires à la présence d'eau liquide sur d'autres planètes similaires à la Terre.
Comme la plupart des étoiles, la luminosité du soleil augmente très lentement au cours de son existence2. On s'attend ainsi, sous l'effet du rayonnement solaire, à un réchauffement du climat terrestre à l'échelle des temps géologiques (de l'ordre de la centaine de millions d'années), indépendant du réchauffement climatique causé par l'homme considéré à l'échelle des décennies. En effet, la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère augmente avec la température des océans (l'eau s'évapore plus vite). Or, la vapeur d'eau est un gaz à effet de serre qui participe au réchauffement de surface de la Terre. Les scientifiques prévoient donc un emballement du réchauffement climatique sur Terre, provoquant une ébullition des océans et la disparition d'eau liquide en surface. Autre conséquence : l'effet de serre s'emballerait et deviendrait instable, ne permettant plus de conserver sur Terre une température moyenne clémente de 15°C. Ce phénomène pourrait expliquer pourquoi Vénus, un peu plus proche du Soleil que la Terre, s'est autrefois transformée en fournaise. Il permet par ailleurs de comprendre le climat des exoplanètes.

Quand cet emballement pourrait-il intervenir sur Terre ? Il était jusqu'à présent difficile d'évaluer ce moment avec fiabilité. En effet, ce phénomène avait uniquement été étudié à l'aide de modèles d'astrophysique très simplifiés (à une seule dimension) : ceux-ci considéraient la Terre comme uniforme et ne prenaient pas en compte des éléments essentiels comme les saisons ou les nuages (les modèles climatiques utilisés pour prédire le climat des décennies à venir ne sont pas adaptés pour des chaleurs aussi fortes). Certains de ces modèles unidimensionnels avaient prédit que d'ici seulement 150 millions d'années, la Terre commencerait à perdre toute son eau dans l'espace et se transformerait en une nouvelle Vénus.

Une équipe du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS / UPMC / ENS / École polytechnique) a conçu un modèle climatique tridimensionnel capable de prédire l'évolution de l'environnement terrestre sous l'effet d'une augmentation très forte du flux solaire induisant l'évaporation de l'eau liquide dans l'atmosphère. Selon ce modèle sophistiqué, le basculement devrait se produire lorsque le flux solaire moyen atteindra environ 375W/m2 pour une température de surface de près de 70°C (le flux actuel étant de 341W/m2), soit dans près d'un milliard d'années. Les océans se mettraient alors à bouillir et l'effet de serre augmenterait jusqu'à s'emballer. Ce résultat repousse de plusieurs centaines de millions d'années la vaporisation complète des océans telle qu'elle était prédite précédemment.

Pourquoi une telle différence ? Elle est due à la circulation atmosphérique qui, tout en transportant de la chaleur depuis l'équateur vers les moyennes latitudes, assèche ces régions chaudes et réduit l'effet de serre là où il est le plus susceptible de s'emballer. L'augmentation du flux solaire semble intensifier cette circulation atmosphérique, asséchant davantage les régions sub-tropicales et stabilisant le climat pendant plusieurs centaines de millions d'années avant d'atteindre « le point de non-retour ». Par ailleurs, ces travaux montrent que l'effet « parasol » des nuages, autrement dit leur propension à réfléchir le rayonnement solaire, qui participe au refroidissement du climat actuel, tend à s'atténuer au fil des millions d'années en comparaison de leur effet de serre. L'effet « parasol » des nuages contribuerait donc au réchauffement et à la déstabilisation du climat.

Ces résultats permettent en particulier de préciser la valeur de la zone « habitable » autour du Soleil. Ils indiquent qu'une planète peut s'approcher à moins de 0,95 unité astronomique3 d'une étoile équivalente au Soleil d'aujourd'hui avant de perdre toute son eau liquide, soit 5% de moins que la distance Terre-Soleil.  En outre, ils soulignent une fois encore qu'une planète n'a pas besoin d'être exactement comme la Terre pour posséder des océans. Les chercheurs comptent désormais appliquer ce modèle à des planètes extrasolaires afin de mieux déterminer quel environnement permettrait de maintenir de l'eau liquide.

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MAGNÉTISME MOLÉCULAIRE: VERS LE STOCKAGE DE L'INFORMATION SUR UNE MOLÉCULE - R.SESSOLI, M.VERDAGUER

Une conférence du cycle "le magnétisme aujourd’hui : du pigeon voyageur à la spintronique"
Magnétisme moléculaire: vers le stockage de l'information sur une molécule
Par Roberta Sessoli
Professeur, Laboratoire de Magnétisme Moléculaire, Florence
Et Michel Verdaguer
Professeur, Institut Parisien de Chimie Moléculaire, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Paris
Les molécules sont des assemblages d’atomes. Elles sont magnétiques, dia- ou para-magnétiques. Le dioxygène de l’air par exemple, porte un moment magnétique indispensable à notre vie aérobie.
La mécanique quantique permet non seulement de comprendre ce magnétisme moléculaire mais aussi de concevoir des matériaux magnétiques de faible densité, solubles, colorés, biocompatibles, obtenus dans des conditions douces.
La flexibilité de la chimie moléculaire permet d’obtenir des matériaux commutables, des aimants à la température ambiante, des systèmes moléculaires qui se comportent comme des aimants. En les plaçant sur des surfaces, chimistes et physiciens rêvent de l’enregistrement magnétique au stade ultime de miniaturisation, celui de la molécule unique, ..).
En termes simples et à l’aide d’expériences, la conférence brosse un panorama de ce champ de recherche et permet d’entrer dans le monde merveilleux du magnétisme des molécules.

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EPISTÉMOLOGIE DE L'INFORMATIQUE ET APPLICATIONS

Aujourd'hui, le computer est au coeur des techniques de conception comme de représentation et de formalisation dans les sciences et dans les techniques contemporaines. L'informatique passe à la fois pour une discipline-fondement et une discipline-carrefour. Il est donc important de réfléchir de temps à autre à sa nature et à ses potentialités, au moins théoriques. Dans cette perspective, cette conférence tentera d'abord d’ébaucher une caractérisation de ce qu'est l'informatique dans sa forme la plus générale pour en venir ensuite aux applications que permet une telle caractérisation. Nous montrerons en particulier que cette caractérisation présente l’avantage de permettre de distinguer entre différents types de simulation : notamment entre émulation et simulation, puis entre simulation numérique et simulation informatique. En suite de quoi, certaines questions de principe sur la simulabilité du vivant, de l’esprit, du cerveau, etc., pourront alors non pas être résolues, bien entendu, mais au moins posées avec plus de clarté et de discernement. Le rapport entre langage humain et informatique pourra également être partiellement éclairci.
Cette conférence a été donnée dans le cadre du groupe IDEES  (Informatique: Didactique et Enseignement) du Loria
L'option d'informatique et sciences du numérique ouvre cette année au bacalauréat. A l'opposé du B2I et C2I, l'objectif est de transmettre les bases de notre science. Après l'introduction de l'algorithmique dans les programmes de mathématiques au lycée, c'est un nouveau pas vers l'enseignement de l'informatique à tous.
Cette démocratisation impose de faire évoluer l'enseignement de l'informatique : les formations visant les futurs spécialistes en place dans le supérieur ne sont pas adaptées à la formation de tous les citoyens de demain. Il faut revoir le contenu de nos enseignements, et peut-être également nos pratiques pédagogiques. Cela passe nécessairement par une (re)définition des fondements de notre science et ce qu'il est important de transmettre dans ce nouveau cadre.

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Paris, 11 septembre 2006

Expérience OPERA : le « voyage interieur » des neutrinos
730 kilomètres sous terre ! C'est le voyage qu'entreprendront des milliards de neutrinos, partant de Genève pour aller dans les Abruzzes près de Rome(1). A l'arrivée, une poignée d'entre eux se seront transformés. En braquant leur attention sur ces quelques cas, les scientifiques comptent bien apporter la preuve définitive de cette transformation. Ils élucideront ainsi certaines des questions qu'ils se posent sur ces particules et leurs interactions. L'expérience OPERA(2), qui détectera les fameux neutrinos est inaugurée le 11 septembre. Le CNRS-IN2P3(3) y est impliqué au travers de quatre de ses laboratoires(4).
Dans la deuxième quinzaine d'août, les premiers neutrinos sont partis du CERN. Le faisceau était dirigé vers le laboratoire du Gran Sasso(1), plus grand site souterrain du monde pour la recherche expérimentale en physique des particules, situé à 730 kilomètres de là aux environs de Rome. Il a atteint les détecteurs de l'expérience OPERA, dont l'objectif est d'observer la transformation (ou oscillation) de quelques-uns des neutrinos (qui sont de type muon) en neutrinos d'un autre type (des neutrinos tau). L'expérience OPERA est souterraine afin que les détecteurs soient protégés des rayons cosmiques par une montagne (1400 mètres de roche). Après les essais du mois d'août et l'inauguration en septembre, OPERA doit démarrer en octobre.
Les neutrinos, produits dans les étoiles, sont les particules de matière les plus abondantes de l'Univers. Chaque centimètre carré de notre planète reçoit 60 milliards de neutrinos (venant du Soleil) par seconde. Pourtant, les neutrinos interagissent tellement peu avec la matière qu'ils sont difficiles à étudier. En particulier ils n'interagiront pas avec le sous-sol lors de leur parcours souterrain jusqu'en Italie. En outre, l'oscillation se produit au bout d'une grande distance parcourue, ce qui explique la longueur de ce « voyage intérieur » de 730 kilomètres.
Les scientifiques s'intéressent à la façon dont les neutrinos sont reliés entre eux, observable seulement si les neutrinos sont dotés d'une masse. Si tel est bien le cas, cela implique que les neutrinos ont joué un rôle dans l'évolution de l'Univers et constituent une partie (très petite) de la mystérieuse matière noire – invisible aux télescopes, qui se manifeste par des effets gravitationnels. Les relations des neutrinos entre eux et leurs masses pourraient aussi aider les scientifiques à développer une théorie des interactions fondamentales de la nature. En outre, ces éléments pourraient concourir à expliquer pourquoi, dans notre Univers, la matière a pris le pas sur l'antimatière. On comprend que l'enjeu est de taille.
Des expériences récentes, aux États-Unis et au Japon, ont déjà mis en évidence la disparition de neutrinos de type muon, ce qui suggère qu'ils se transforment en neutrinos de type tau. Avec OPERA, la première expérience du genre en Europe, les scientifiques veulent montrer, de façon directe, la production de neutrinos tau. Sur plusieurs milliards de neutrinos muon partant du CERN, 30 000 interagiront avec les cibles d'OPERA (où le type des neutrinos sera révélé) et environ 15 seulement de ceux qui auront oscillé seront détectés pendant les cinq ans que durera l'expérience. C'est peu, mais suffisant pour que les physiciens complètent cette partie du « puzzle » des neutrinos.

Quatre laboratoires du CNRS-IN2P3(4) ont travaillé sur OPERA avec d'autres équipes du monde entier(5). La coordination de l'expérience est assurée par un chercheur du CNRS, Yves Declais, de l'Institut de physique nucléaire de Lyon(4). Les laboratoires du CNRS-IN2P3 ont conçu et produit les détecteurs de l'ensemble formé par les 200 000 cibles, ainsi que leur électronique. Ces laboratoires ont aussi mis au point le système d'acquisition des données et le dispositif automatisé de manipulation des 200 000 cibles. Les laboratoires du CNRS-IN2P3 participeront à la collecte et à l'analyse des données.

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