Un reportage

Un rallye mathématique au cœur de Strasbourg

L'après-midi du samedi 18 octobre, un jeu d'énigmes mathématiques a rassemblé 76 participants.

Ceux-ci ont planché sur cinq problèmes mathématiques tout en parcourant Strasbourg. A la clef, la

possibilité de gagner le « calendrier mathématique » d'Ana Rechtman, l'organisatrice de

l'événement.

L'ambiance, quoique détendue est studieuse, autour des panneaux du rallye mathématiques. Des familles,

des groupes d'amis, des couples ou des solitaires réfléchissent à la manière de résoudre le problème

mathématique qui leur est posé. Les bénévoles interpellent les passants et leur proposent de participer au

rallye. Le principe est simple, résoudre cinq énigmes le plus rapidement possible en constituant une

équipe d'une à trois personnes. Contrainte supplémentaire : les énigmes se situent dans cinq lieux

différents, le dernier étant le hall du Palais Universitaire.

Les mathématiques séduisent-elles ?

Parmi les participants, certains cherchaient de quoi s'occuper par un bel après-midi, d'autres, adeptes de la

fête des sciences, n'ont pas manqué cet événement inédit. En outre, tous les passants ne se laissent pas

séduire par la possibilité de se creuser les méninges sur une énigme mathématique. Un groupe de quatre

jeunes en vélo, attiré par la foule et l'affiche, s'est rapidement éloigné une fois que les cyclistes ont

compris que le jeu était mathématique. Le pronostic de réussite d'un des membres du groupe était faible

« neuf fois sur dix j'aurais échoué ». Les mathématiques auraient-elles un pouvoir répulsif ? Il est vrai que

la grande majorité des participants a un profil scientifique. Cependant, Simon et Pauline, ne s'estiment pas

« matheux » et iront jusqu'au bout de l'aventure. D'après eux, c'est leur « talent naturel » qui leur permet

de réussir facilement les énigmes.

Faire des mathématiques comme les mathématiciens

A l'arrivé dans le hall du Palais Universitaire, il n'est pas aisé d'accéder au stand. Les participants du

rallye, le nez sur leur feuille, le regard pensif ou en pleine discussion mathématique, n'aiment pas être

dérangés. Ana Rechtman suit l'avancée de l'épreuve. Cette enseignante-chercheuse mexicaine, créée des

calendriers mathématiques depuis 2002. Ces calendriers proposent quotidiennement un défi

mathématique. S'éloignant du contexte scolaire, elle veut montrer les mathématiques sous un nouvel

angle : « Je souhaite montrer comment les mathématiciens font des mathématiques »

La finale : « il faut bien que ça serve à quelque chose les maths ! »

Après 17 heure, un appel est lancé au micro, les résultats vont être annoncés. La plupart des participants

ont réussi toutes les épreuves ou presque. Il faut dire qu'une énigme sortait du lot par sa complexité. Un

après l'autre, les gagnants sont appelés pour chercher leur calendrier, tous sont applaudis. Les

organisateurs ont été particulièrement généreux : 30 calendriers distribués pour 43 équipes

comptabilisées. Le jeune couple arrivé en tête a fait le rallye à pas de course. La jeune femme décrit son

aventure comme suit : son compagnon était le matheux du groupe, il trouvait les réponses et elle le

motivait. Elle justifie sa participation en ces termes « il faut bien que ça serve à quelque chose les

maths ! ».

Zoé Burget

Article écrit suite à l’interview d’un chercheur au CNRS

La technique d’assemblage couche-par-couche qui réunit laboratoires et industriels

Gero Decher est le père de la technique de dépôt multicouche de nanorevêtements, baptisée LbL

pour Layer-by-Layer. Depuis la commercialisation des lentilles de contact avec un revêtement

hydrophile, de nouvelles applications ont vu le jour. Au moins 60 brevets et plusieurs produits

commercialisés témoignent l’intérêt de l’industrie pour cette méthode.

Aujourd’hui, Gero Decher est à la tête de l’équipe “Multicouches de Polyélectrolytes et Multimatériaux

Nano-Organisés” de l’Institut Charles Sadron (CNRS) à Strasbourg. Son équipe s’intéresse aux

problèmes fondamentaux des nanomatériaux et, dans le même temps, travaille avec des géants industriels

pour créer de nouvelles applications.

La méthode développée lors de recherches académiques au début des années 1990 est simple et puissante.

Puissante parce qu’elle permet de revêtir un très grand nombre de surfaces différentes avec un grand

nombre de molécules différentes en utilisant un processus unique, qu’elle est peu coûteuse et peu

polluante. Simple parce que les scientifiques empilent successivement des couches de molécules grâce

aux interactions intermoléculaires qui leur sont propres. La structure et les fonctionnalités chimiques de

ces films sont contrôlées par la séquence et la nature des constituants incorporés (polymères, pigments,

protéines, particules, …). Ces dépôts successifs confèrent à la surface des fonctionnalités spécifiques avec

des applications dans de nombreux domaines tels que l'ingénierie tissulaire, les dispositifs

optoélectroniques, les revêtements (antibactérien, anticorrosion, antibuée, …) ou la photocatalyse. Le

succès de la découverte a été retentissant, et pour cause, cette technique multicouche permet de créer des

films proposant une gamme de fonctionnalités quasi sans limite. Une vingtaine d’années plus tard,

plusieurs centaines d’équipes dans le monde utilisent activement cette technologie.

« J’aime travailler au premier plan de la science fondamentale et appliquée » explique Gero Decher

C’est pour cette raison qu’il cherche activement des collaborations avec des industriels. Cependant, dans

le monde industriel, il y a deux facteurs clés, à savoir le coût de production (coût de la matière première,

machine, ...) et la valeur ajoutée à un produit. Ces deux aspects n’existent pas en science fondamentale

mais il faut absolument en tenir compte pour un développement avec l’industrie. La technologie LbL

répond parfaitement à ces critères : le dépôt de nano-couches ne nécessite pas de modification majeure de

la chaine de production et n’augmente que faiblement le coût du produit car les couches sont très minces

(quelques mg/m² par couche). Néanmoins, la valeur ajoutée au produit peut être, quant à elle, non

négligeable. Compte tenu de sa large applicabilité et de sa généralisation à un grand nombre de

molécules, la technologie se situe à la frontière de la science fondamentale et appliquée et permet de

préparer des multi-matériaux inaccessibles par d’autres approches. Cette cohabitation entre les deux

domaines favorise à la fois la recherche fondamentale de haut niveau et le développement de produits

nano-améliorés.

Zoé Burget

Article de Synthèse

Des cartes de vigilance tempête solaire, est-ce pour bientôt ?

Un phénomène magnétique qui précède toute éruption solaire a été identifié et a fait, le 23 octobre

2014, la une de la revue Nature. Ces travaux d'une équipe de chercheurs français laissent entrevoir

la possibilité de prévoir les tempêtes solaires, potentiellement nuisibles à notre mode de vie

technologique.

Tahar Amari, membre de l'équipe de chercheurs à l’origine de ces résultats, déclare qu'il est possible

grâce aux données magnétiques et à des modèles numériques adaptés de prévoir les tempêtes solaires et

leurs conséquences sur la Terre. Son équipe affirme que c'est l'émergence d'une corde magnétique

torsadée qui déclenche les éruptions solaires.

© Tahar Amari / Centre de physique théorique

A gauche : Eruption solaire typique.

A droite : modélisation de la corde magnétique pendant l'éruption.

Sur les deux images, la Terre a été ajoutée pour illustrer l'échelle gigantesque de ce phénomène.

L'éjection spectaculaire d'une bulle de plasma, se produit lors d'une forte éruption solaire. Les éruptions

se limitent la plupart du temps à une émission de lumière et de particules. Si une tempête solaire, c'est-à-

dire un enchaînement d'éruptions conséquentes, est dirigée vers la Terre, elle peut avoir de sérieuses

conséquences sur notre environnement technologique. A l'origine des aurores boréales, les éruptions

solaires peuvent, provoquer des dégâts sur les générateurs électriques au sol. Mais ces événements

peuvent aussi perturber les satellites, ainsi que les systèmes de GPS et de communication. Garantir le

fonctionnement de nos technologies terrestres et spatiales, passe par l'anticipation de tels phénomènes.

Des données précieuses recueillies par Hinode

Un satellite japonais, Hinode, observait depuis plusieurs jours une zone du Soleil, lorsqu'une éruption

solaire a eu lieu la nuit du 12 au 13 décembre 2006. Grâce aux données extrêmement précises recueillies,

les chercheurs du Centre de physique théorique (CNRS/Ecole polytechnique) et du laboratoire

Astrophysique, interprétation-modélisation (CNRS/CEA/Université Paris Diderot) ont réussi à

caractériser et à prévoir l’événement éruptif. Ils ont de ce fait découvert le phénomène-clé qui déclenche

les éruptions solaires.

Une corde magnétique en évolution

L’atmosphère du Soleil est divisée en plusieurs couches : la photosphère, à la surface du Soleil et la

couronne qui est la zone la plus externe de l'atmosphère. C'est dans cette dernière que se produisent les

éruptions. C'est par l'observation des données concernant les champs magnétiques de ces couches que les

chercheurs ont pu modéliser l'apparition progressive d'une corde magnétique dès le quatrième jour

précédant l'éruption. Les modèles utilisés sont très précis. En outre, d'après les chercheurs, « la précision

[des] configurations de calcul est attestée par la très bonne correspondance qu'il existe entre quelques-

unes de leurs caractéristiques particulières et les observations de la couronne. » En effet, l'évolution de la

corde magnétique coïncide avec l'apparition de taches noires, d'émissions spécifiques (rayon X et extrême

ultraviolet) ainsi qu'une protubérance de matière froide dans la zone éruptive.

Un seuil critique définie par les scientifiques

La corde magnétique se forme en émergeant de la photosphère. Lors de son évolution, l'énergie

magnétique libre augmente considérablement. Lorsque la corde atteint un certain seul énergétique et une

altitude donnée, les arcades magnétiques qui la maintiennent s'affaiblissent : la corde se libère en

provoquant une éruption. L'énergie libérée pendant l’événement majeur de l'éruption était de l'ordre de

1027

J soit 10 millions de fois l'énergie consommée sur notre planète en une année !

Les scientifiques ont mis au point une méthode basée sur une chaîne de modèle numérique. Cette

méthode, confortée par les données de l'éruption de 2006, doit encore être testée sur d'autres données du

même type. D'après l'équipe, une météorologie fiable de l'espace peut toutefois être envisagée : « la

puissance de l'éruption à un moment donnée peut être prédite en reconstruisant le champs magnétique à

ce même moment et en l'utilisant dans un code dynamique. »

Zoé Burget ( 4518 signes)

Sources :

Characterizingzing and predicting the magnetic environment leading to solar eruptions, Tahar Amari,

Aurélien Canou et Jean-Jacques Aly, Nature, 23 octobre 2014

Comprendre et prévoir les éruptions solaires, CNRS, Communiqué de Presse, Paris, 22 octobre 2014

Deux Brèves

Le sous-sol de Soultz-sous-Forêt mis sous écoute.

La géothermie profonde, grâce à son caractère durable, devient économiquement intéressante.

L'optimisation et la sécurisation de cette technologie passe par la compréhension de la structure des

derniers kilomètres de la lithosphère. La nouvelle approche, expérimentée autour des sites de Soultz-sous-

Forêts et de Rittershoffen, est l'acquisition d'un jeu de données sismologiques unique via l'écoute des

bruits naturels émis par la Terre. Un réseau de 250 stations sismologiques de qualité limitée, couvrant une

superficie de 500 km², a ainsi enregistré 250 échantillons par seconde durant une vingtaine de jours.

École et Observatoire des Sciences de la Terre, septembre 2014

Quand la synthèse de matériaux polymères verts, rime avec nouvelles

architectures moléculaires

Dans le contexte d'épuisement des ressources fossiles, le développement des matériaux biosourcés, c'est à

dire issus de la biomasse, est prometteur. Certains polymères verts sont disponibles en grande quantité et

permettent de développer de nouvelles structures chimiques intéressantes, tout en étant moins nocifs pour

l'environnement. Un polyuréthane dont les propriétés sont améliorées et qui présente une excellente

durabilité vient d'être synthétisé. Les matières premières qui le composent sont essentiellement végétales :

la lignine (un composant du bois peu valorisé) et des acides gras (issus d'huiles végétales). Bientôt

industrialisé, il entrera dans l’élaboration de membranes d'étanchéité et d’isolants de toiture.

Publié dans la revue Green Chemistry, le 19/06/2014 – Institut de Chimie et Procédés pour l’Énergie,

l'Environnement et la Santé en collaboration avec la société Soprena.