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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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Microbiote et santé
Des micro-organismes aux effets bénéfiques de plus en plus étudiés et utilisés

Un méta-organisme qui nous veut du bien

On estime à 100 000 milliards le nombre de micro-organismes qu'abrite un corps humain - soit 10 fois plus que  le nombre de cellules qui le constituent. Ce microbiote peut être cutané, buccal, nasal et sexuel, mais l'essentiel des populations réside dans l'intestin, c'est la flore intestinale. Aujourd'hui, de plus en plus d'études révèlent l'implication du microbiote dans de nombreux mécanismes physiologiques.

Pour preuve de son importance, les animaux dits axéniques - c'est-à-dire élevés en laboratoire sans microbiote – ont des besoins énergétiques plus importants que les animaux vivant en milieu naturel. Le microbiote intestinal intervient en effet directement dans la digestion via un ensemble d'enzymes que l'organisme seul ne synthétise pas, pour l'aider à assimiler certaines vitamines (K, B8, B12...) ou à faire fermenter les substrats et résidus non digestibles. Il éduque également le système immunitaire intestinal. La proportion des microbes pathogènes est en général dérisoire, en revanche, le microbiote interviendrait dans la lutte contre nombre d'infections et de maladies. L'attention des scientifiques se concentre de plus en plus sur l'équilibre naturel du microbiote - appelé eubiose. De fait, les perturbations (dysbioses) sont des facteurs de prédisposition à des maladies dont le lien avec la flore intestinale ne semble a priori pas évident ; parmi elles figureraient l'asthme, les troubles du spectre autistique, l'eczéma, la dépression, la sclérose en plaque, les maladies cardiaques, certains cancers, le diabète de type 2, etc.

Recherche et innovations thérapeutiques

Depuis 2008, le Human Microbiome Projet, mené aux Etats-Unis, s'attèle à recenser tous les micro-organismes présents dans le corps humain. La métagénomique contribue, grâce aux technologies de séquençage et à la bio-informatique, à mieux connaître le génome de ces espèces microbiennes qui ont co-évolué en symbiose avec l'Homme et qui assurent des fonctions dont on prend de plus en plus conscience de l'importance. Cela représenterait de 100 à 150 fois le génome humain, soit des millions de gènes. De plus, cet écosystème est spécifique à chaque individu.

La neurobiologie s'intéresse aussi au microbiote. Ainsi, Sonia Garel, directrice de recherche à l’INSERM, en charge du laboratoire Développement et plasticité du cerveau à l'Institut de biologie de l’Ecole normale supérieure, a conduit une étude sur des souris qui "explore le lien entre l'ensemble des micro-organismes et les cellules immunitaires du cerveau. Par exemple, on savait que les perturbations du microbiote peuvent modifier chez l'adulte les microglies, ces cellules sentinelles de la lutte contre les attaques bactériennes ou les lésions et qui jouent également un rôle dans le fonctionnement du cerveau, en régulant la mise en place des connexions nerveuses, leur maintien, leur survie, et l'élimination de neurones morts. On a découvert que le microbiote de la mère impacte les microglies de l'embryon dans l'utérus, et que cet effet est d'ailleurs différent selon l'identité sexuelle."

Ces connaissances encore émergentes commencent à trouver des applications thérapeutiques. Ainsi, la transplantation des matières fécales d'un donneur sain permet de recoloniser la flore intestinale altérée d'un patient atteint, par exemple, de maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, ou d'infections par le Clostridium difficile pour lesquelles, dans certains cas, les traitements conventionnels échouent. De même, en s'inspirant de ces études sur le microbiote, on envisage, en agronomie, de remplacer l'usage des pesticides par l'utilisation raisonnée du microbiome des végétaux.
Publié le 26/01/2018

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Yannis Benzaïd
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