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Bluetooth a vingt ans

Un protocole pour supprimer les câbles

À la fin des années 1990, avec l'irruption de la téléphonie mobile dans la vie quotidienne, les constructeurs cherchent une solution pour supprimer des câbles de raccordement entre le téléphone portable et les oreillettes. ...

La photosynthèse artificielle

CC by U.S. Department of Energy / United Joint Center for Artificial Photosynthesis

Une quête bioinspirée

La photosynthèse est le mécanisme grâce auquel les plantes produisent des matières organiques telles les glucides, en utilisant l'énergie ...

Asthme : pistes thérapeutiques

CC BY-SA 4.0 BruceBlaus

Une maladie incurable

En France, l'asthme touche plus de quatre millions de personnes et cause environ 1000 décès chaque année. Généralement de nature allergique (70% des formes d'asthme), l'asthme provoque des difficultés ...

Des métamatériaux aux propriétés étonnantes

(C) Tobias Frenzel

Les métamatériaux constituent un champ de recherche actif, en particulier dans les domaines de l'électromagnétisme et de la mécanique. L'objectif est de conférer à des matériaux des propriétés particulières, en ...

Véhicules autonomes : situation et défis

Les véhicules autonomes font l'objet d'importants efforts de recherche et développement chez les industriels du secteur automobile ou encore chez les géants de la Silicon Valley. Les premiers développements ont commencé dans les années 2000 et aujourd'hui, de nombreuses sociétés ...

Joseph Fourier

Joseph Fourier, l'un des plus grands mathématiciens français, est né il y a 250 ans, en 1768, à Auxerre. C'est l'occasion de revenir sur les découvertes de ce génie des mathématiques et de la physique, qui sont aujourd'hui au cœur des technologies utilisées au quotidien. ...

Les atouts de la voiture électrique

Des impacts à clarifier

Si l'intérêt des véhicules électriques pour la réduction de la pollution de l'air, en particulier dans les villes, est évident, il n'en est pas de même pour ce qui est de sa contribution à la lutte contre le changement climatique ...

fractales et compréhension du monde

Il est coutume, pour décrire un objet fractal, de le rapprocher de la récursivité des poupées russes : tous deux présentent une structure dite hologigogne, c'est-à-dire que leur tout est parfaitement identique à chacune de ses parties. Forgée en 1974 par le mathématicien Benoît Mandelbrot, la notion de fractalisation aura permis la désinence de bien des figures, jusque-là trop irrégulières pour répondre aux normes géométriques traditionnelles. Nombre de phénomènes naturels sont aujourd'hui répertoriés comme fractals compte tenu de leur géométrie autosimilaire : le chou-fleur de variété romanesco par exemple, la fronde d'une fougère, le réseau des rivières, les alvéoles pulmonaires, la structure des invertébrés, des vaisseaux sanguins, des roches, des lignes de côtes, des flocons de neige, etc.  La modélisation par des fractales permet même de mieux comprendre certains phénomènes comme la spongiosité d'un nuage, les turbulences d'un liquide, les éruptions volcaniques, la répartition des exoplanètes jusqu'aux motifs de la queue d'un paon...

Chez l'Homme par exemple, la configuration des bronches, garantit une surface d'échange gazeux particulièrement étendue - la même chose pour les végétaux : la fragmentation régulière des frondes d'une fougère augmente l'efficacité de la photosynthèse ; il a également été démontré qu'entre un chou romanesco et un chou ne présentant aucune fractalisation, l'activité photosynthétique du chou "fractal" était 4 à 5 fois plus élevée.

La radio est un autre domaine d'application : les antennes d'ailes télescopiques rétractables permettent d'occuper un très faible espace tout en maintenant une bonne émission des ondes radioélectriques. Cela étant, le domaine pour lequel la fractalisation est la plus exploitée reste l'imagerie : la fameuse compression d'images informatiques (sous le code JPEG) par exemple, s'articule autour de techniques fractales censées corriger les motifs répétitifs que l'on trouve en photographie.

Les fractales s'appliquent à des domaines tels l'urbanisme, la sociologie, la finance... Les économistes Laurent-Emmanuel Calvet et Adlai Fisher ont ainsi développé des modèles dits "multifractals" à l'intention des entreprises pour évaluer les risques financiers - des sortes d'anticipations de la volatilité des échanges. En effet, il suffirait de regarder les évolutions des cours de bourse, les fameuses courbes « en dents de scie ». Qu'on regarde les courbes sur 10 ans, 5 ans, 6 mois, ou quelques semaines, les propriétés sont bien sûr différentes, mais l'allure générale de la courbe ne varie que très peu. On reconnaît dans ces objets une structure fractale : « ils peuvent être décomposés en fragments dont chacun a la même forme que le tout », comme l'expliquait Mandelbrot lui-même. Par ailleurs, certains n'hésitent pas à invoquer la fractalisation pour expliquer l'étonnante régularité des krachs boursiers - les marchés ayant effectivement tendance à chuter tous les 7 ans.

Mais finalement, c'est bien par leur beauté que ces objets fascinent le plus. Cette science du rugueux, pour reprendre l'expression de Mandelbrot, souvent érigée en symbole de l'élégance des mathématiques, s'est même traduite en courant artistique, baptisé art algorithmique ou simplement art fractal ; cette discipline regroupe des paysages synthétiques formés à partir de l'itération d'une fonction du plan dans le plan ; des animations ; mais aussi des musiques, caractérisées par le fait de répéter les mêmes motifs rythmiques, de façon à ce que chaque élément reproduise le tout.

Publié le 21/02/2018

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Les protéines du tardigrade
Les qualités de résistance extrêmes du tardigrade ont permis de mettre en évidence les propriétés de préservation des protéines intrinsèquement désordonnées.

Publié le 27 avril 2017

Que sont les protéines intrinsèquement désordonnées (PID) ?

François-Xavier Theillet, chercheur à l'I2BC (Institut de biologie intégrative de la cellule, rattaché au CEA, au CNRS et à l'université Paris Sud) étudie ces PID et les agrégats qu'elles peuvent former dans le cadre d'études sur les maladies neurodégénératives.

« La plupart des protéines connues adoptent une structure stable, c'est-à-dire un repliement stable, comme une pelote de laine bien enroulée. Elles sont donc relativement compactes, avec une surface et une fonction bien déterminées. Les PID, elles, ressemblent à une pelote de laine déroulée, sans repliement stable, même si elles peuvent se structurer lorsqu'elles interagissent avec des partenaires. Elles sont dans des conformations relativement désordonnées, moins compactes, elles sont donc plus flexibles et leurs zones d'interaction sont plus variées.

Les PID sont souvent impliquées dans les interactions entre protéines au sein de la cellule, ce qui permet notamment la transmission des informations. Elles sont essentielles pour, par exemple, réguler la multiplication et la différenciation cellulaire. De manière moins spécifique, elles ont aussi la capacité de changer les propriétés physiques de leur environnement, comme on l'observe chez le tardigrade. »

L'étude du tardigrade

Les tardigrades sont des invertébrés, que l'on peut qualifier d'extrêmophiles car ils présentent de fortes capacités de résistance. Ils sont notamment capables de résister à une forte perte d'eau, la dessiccation, en entrant dans un état dit de cryptobiose. Une équipe de l'université de Caroline du Nord a montré qu'une telle capacité de résistance provenait des fameuses protéines intrinsèquement désordonnées.

Les scientifiques ont identifié les gènes codant pour ces protéines, surexprimés lorsque les tardigrades subissent une dessiccation progressive. En induisant la production de ces protéines dans une levure et une bactérie par une manipulation génétique, des organismes plus résistants à la dessiccation ont été obtenus. Cette expérience a mis en évidence le rôle de ces protéines dans la cryptobiose des tardigrades.

Une hypothèse est que, grâce à leur malléabilité, les protéines forment une matrice qui protège les molécules sensibles en son sein. Chez le tardigrade, cela s'accompagne sans doute d'autres mécanismes comme le ralentissement du métabolisme ou la réparation de l’ADN abîmé.

Des pistes de conservation

Les phénomènes physiques ne sont pas encore bien décrits, mais les pistes de recherche sont ouvertes. Ces protéines pourraient être utilisées pour lyophiliser des médicaments ou des vaccins. On pourrait les conserver longtemps et facilement, puis les réhydrater au moment voulu, par exemple au terme d'un transport entre deux laboratoires. Dans ce cas, des essais cliniques seraient nécessaires pour garantir l'innocuité de ces protéines.

D'autres protéines du tardigrade sont étudiées dans le monde, comme les Dsup (pour Damage suppressor) qui limitent les atteintes génétiques provoquées par les rayons X. De telles propriétés permettraient d'établir des radiothérapies ciblées, ou de manière plus générale de préserver autrement les matériaux biologiques.

En savoir plus

Tardigrades Use Intrinsically Disordered Proteins to Survive Desiccation, Molecular Cell

Le tardigrade, un animal capable de survivre dans l’espace, En quête de sciences

Tardigrade : ces super-pouvoirs dont vous ne verrez jamais la couleur, France Culture

Interactions, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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