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Transport de l’énergie électrique

La quasi-totalité de l’énergie électrique dans le monde est produite puis transportée vers les villes et les centres industriels sous forme de courant

Atmosphère de la Terre primitive

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L’atmosphère primitive et son évolution

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En route vers le Soleil

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Un voyage d'enfer

Baptisée en hommage à l'astrophysicien américain Eugene Parker, qui a posé les bases de la théorie du vent solaire, la mission Parker Solar devrait contribuer à percer les mystères ...

Révolution hydrogène

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Le verre se met au vert

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Des nano-balances pour peser des virus

Mesurer le nano monde

Un nano-objet a par définition des dimensions de l'ordre du nanomètre soit (10-9 m). À titre de comparaison, le diamètre d'un cheveu mesure entre 50 et 100 micromètres (10-6 m).

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Nouveau succès pour la mission New Horizons

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Une première historique

Lancée le 19 janvier 2006, New Horizons est une mission spatiale dédiée à l'observation de Pluton et de la ceinture de Kuiper, cette région du système solaire en forme d'anneau ...

Des crustacés pour produire du biocarburant?

Crustacés xylophages

Les Limnories lignorum ou Limnories du bois sont de petits invertébrés xylophages capables d'ingérer le bois immergé dans l'eau de mer. Ils jouent ainsi un rôle important dans l'écosystème littoral en participant au recyclage de la cellulose et de la lignine, le composant du bois qui lui donne sa rigidité. Ils causent également des dégâts en s'attaquant aux coques des bateaux, aux pontons et autres constructions en bois.

Jusqu'à présent, la faculté des limnories à décomposer la lignine restait un mystère.
En étudiant l'intestin des limnories, une équipe de scientifiques a découvert que l'hémocyanine, protéine responsable de la couleur bleue du sang de ces invertébrés, joue un rôle primordial dans leur capacité à digérer les sucres du bois.

L'hémocyanine est une protéine connue pour son rôle de transporteur de l'oxygène chez certains invertébrés, de la même manière que l'hémoglobine chez les vertébrés.
Alors que l'hémoglobine lie l'oxygène grâce aux atomes de fer de sa structure, qui donnent au sang sa couleur rouge, l'hémocyanine fait de même avec des atomes de cuivre, à l'origine d'une couleur bleue. Les limnories exploitent les propriétés oxydantes de l'hémocyanine pour attaquer les liaisons au sein de la lignine.
 

Une nouvelle piste pour les énergies renouvelables ?

Le Professeur Simon McQueen-Mason, du département de biologie de l'université de York, qui conduit ces recherches, explique que : « Les limnories sont les seuls animaux pourvus d'un système digestif stérile connus à ce jour. Cela rend leur méthode de digestion du bois plus facile à étudier que celle d'autres créatures xylophages comme les termites, chez lesquelles la digestion est assurée par des milliers de microorganismes intestinaux ». 
Il ajoute : « Nous avons découvert que les limnories déchiquètent le bois en le mâchant en de minuscules morceaux avant de se servir de l'hémocyanine pour s'attaquer à la structure de la lignine. »

Les recherches menées par des équipes des universités de York, Portsmouth, Cambridge et Sao Paulo ont révélé que traiter le bois avec l'hémocyanine permet de doubler la quantité de sucre libérée, sans avoir recours à des traitements thermochimiques coûteux et énergivores.

La troisième génération de biocarburants, dont la recherche se focalise pour l'instant sur les microalgues, pourrait bien accueillir ce candidat innatendu. Cette découverte pourrait permettre, à terme, de réduire l'énergie nécessaire pour transformer le bois en biocarburant.

Publié le 14/12/2018

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Vers des réseaux de synapses artificiels
Une synapse électronique capable d'apprentissage a été créée, avec en vue la création de systèmes tels que des caméras économes en énergie.

La mémoire et la synapse

Dans le cerveau, les informations sont transmises par des signaux électriques véhiculés par les neurones. Ces cellules sont connectées entre elles grâce à des synapses, dont les caractéristiques sont modulées en fonction des impulsions qu'elles reçoivent. Ainsi, une stimulation régulière provoque un renforcement des connexions synaptiques dans le temps. Ces modifications moléculaires sont appelées potentialisations à long terme.

Dans l'hippocampe, siège de la mémoire, cette capacité de la synapse à adapter sa résistance participe à la capacité d'apprentissage des êtres vivants. Les neurones de cette zone, très plastiques, renforcent les connexions qui reçoivent des influx nerveux. Cette augmentation de l'efficacité peut durer de plusieurs heures à plusieurs semaines. Dans une démarche de biomimétisme, l'électronique peut reprendre les principes de fonctionnement du vivant pour créer des synapses artificielles.

Le memristor, synapse artificielle

S'inspirant de ce mécanisme, une équipe de scientifiques a créé une synapse artificielle sur une puce électronique, le flux d'électrons jouant le rôle des neurotransmetteurs. Ils ont appliqué le principe du memristor, dont la force de résistance varie en fonction du courant qui le traverse et imite donc le fonctionnement de son équivalent biologique. Le nanocomposant électronique, formé d'une fine couche ferroélectrique prise en sandwich entre deux électrodes, garde en mémoire les tensions électriques qui lui ont été appliquées.

Les scientifiques ont également développé un modèle physique qui explicite cette capacité d'apprentissage autonome et prédit son fonctionnement. Ces travaux ouvrent la voie à la création d'un réseau de synapses moins énergivores que ceux utilisés actuellement dans certains algorithmes de reconnaissance d'images. De plus, l'étude de ces modèles va permettre de créer des architectures électroniques de plus en plus complexes, comme des ensembles de neurones artificiels interconnectés par ces memristors.

Des systèmes d'apprentissage bio-inspirés

De tels réseaux pourraient révolutionner l'apprentissage profond des machines, le deep learning, en devenant l'une des briques d'un futur cerveau artificiel qui répliquerait les capacités d'un cerveau du monde vivant. Ainsi, après avoir étudié ce comportement dynamique à l'échelle d'un memristor, les chercheur·euse·s ont simulé l'apprentissage non-supervisé d'un réseau artificiel composé de quarante-cinq memristors pour la reconnaissance de formes simples.

Ces travaux sont à la base d'un nouveau type de caméra destiné à la reconnaissance de formes en temps réel, qui n'active ses pixels que si la scène présente dans l'angle de vision est modifiée. Les architectures électroniques nouvelles seraient plus efficaces dans les tâches d'apprentissage, non pour remplacer totalement l'architecture traditionnelle des micro-processeurs mais pour les compléter. Dans le cadre du projet européen ULPEC H2020 visant à concevoir une caméra bio-inspirée, les scientifiques du CNRS envisagent de traiter l'information reçue par un réseau de neurones d'environ mille memristors.

En savoir plus

La synapse, sur Le cerveau à tous les niveaux

Fonctionnement d'une synapse, sur Sciences en ligne

Quatre questions sur le cerveau, sur Sciences en ligne

Des machines qui parlent entre elles ?, sur Sciences en ligne

Des synapses électroniques capables d'apprendre : vers un cerveau artificiel ?, communiqué de presse du CNRS

Arthur Jeannot
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