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Concerto s’envole pour le Chili

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CONCERTO, un spectromètre à la pointe de l’innovation, conçu par un consortium de laboratoires français piloté par le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, AMU, CNES) est en route pour le désert d’Atacama au Chili. Il sera installé à plus de 5000 mètres d’altitude sur le plateau de Chajnantor, sur le télescope APEX opéré par l’Observatoire Européen Austral (ESO). Unique en son genre, CONCERTO doit permettre aux scientifiques de mieux comprendre une des périodes cruciales de la formation de l’univers ; à savoir la période dite de réionisation. Pour ce faire, l’équipe scientifique a développé une stratégie d’observation totalement innovante

CONCERTO va observer entre 600 et 1.2 millions d’années après le Big Bang, donc pendant et après la période appelée la période de réionisation. Les objectifs principaux de cet instrument seront de comprendre si la formation d’étoiles poussiéreuse contribue à l’évolution précoce des galaxies, et si les galaxies actives en formation d’étoiles jouent un rôle important dans la réionisation cosmique.

Pour se faire, CONCERTO a été conçu autour d’innovations technologiques lui permettant de mesurer et de cartographier les fluctuations 3D de la raie du carbone ionisé [CII] émises globalement par les galaxies jalonnant les filaments de matière noire.

Cette stratégie d’observation totalement innovante et expérimentale appelée « Intensity mapping » revient à mesurer le signal d’un grand nombre de sources non résolues. C’est-à-dire que les scientifiques ne vont pas observer les galaxies individuellement mais mesurer leur émission cumulée sur chaque ligne de visée et à un âge de l’Univers donné.

Grâce à sa conception, CONCERTO pourra également apporter une contribution significative dans un certain nombre de domaines, notamment l’étude des amas de galaxies et des galaxies distantes, l’observation des galaxies à décalage vers le rouge local et intermédiaire, et l’étude des nuages de formation d’étoiles galactiques.

Piloté par le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, AMU, CNES), le consortium réunit trois autres laboratoires français situés à Grenoble ; l’Institut Néel (CNRS, UGA), le Laboratoire de Physique Subatomique & Cosmologie (CNRS, UGA) et L’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (CNRS, UGA).

Prouesse technologique illustrant le savoir-faire de cette équipe, il ne leur a fallu que trois ans pour la conception, la construction et les tests de cet instrument avec le concours des équipes de l’ESO. La mise en service en laboratoire s’est terminée le 22 février. Tous les tests effectués en laboratoire sont optimums. Avec moins de 6 semaines de retard sur le planning initial, malgré la pandémie, la conception de cet instrument est une réussite extraordinaire. L’installation est prévue pour démarrer le 6 avril.

CONCERTO est financé par l’European Research Council (ERC), A*MIDEX, et a bénéficié d’un soutien précoce du Programme National Cosmologie et Galaxies de l’Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS.

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L’instrument Concerto au complet
Crédit : Concerto

Voir en ligne : La brève sur le site de l’INSU

Des céréales en Anatolie deux millions d’années avant l’agriculture ?

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Alors que l’on pensait que les humains étaient les géniteurs des céréales, celles-ci semblent avoir émergé naturellement, l’homme ayant simplement accéléré leur expansion. En effet, la découverte de pollen de céréales anciens dans la longue série sédimentaire d’Acıgöl (600 m de long, datée à la base de 2,3 millions d’années (Ma), dans le Sud-Ouest de l’Anatolie) permet de faire reculer de plus de deux millions d’années l’apparition des céréales dans les écosystèmes, et de remettre en question le paradigme de la domestication au Néolithique. Cet article, paru dans Scientific Reports, est le résultat des recherches interdisciplinaires menées avec le consortium Acıgöl rassemblant des géologues, des paléoécologues, des écologues et des archéologues issus notamment de l’Institut méditerranéen de biodiversité et d’écologie marine et continentale (IMBE – CNRS / Avignon Univ. / IRD / Aix-Marseille Univ.), du laboratoire Histoire naturelle de l’Homme préhistorique (HNHP – CNRS / MNHN / Univ. Perpignan Via Domitia), du Laboratoire Image, Ville, Environnement (LIVE – CNRS / Univ. Strasbourg), du Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CEREGE – CNRS / INRAE / Aix-Marseille Univ / IRD) et du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE – CNRS / Univ. Versailles Saint-Quentin / CEA).

Les plus anciens pollens de céréales (Fig. 1) ont été trouvés dans le sud-ouest de l’Anatolie, dans la longue série lacustre d’Acıgöl (601 m) datée, à la base, de 2,3 millions d’années (Ma) Ces pollens, appelés « proto-céréales » de fait de leur ancienneté, apparaissent aux côtés de spores de champignons qui sont d’excellents indicateurs de la présence des troupeaux de grands mammifères car ils se développent exclusivement sur les excréments de ces animaux. Le pollen des ancêtres d’arbres cultivés (olivier, noyer, châtaignier, noisetier Prunus), caractéristiques de l’agriculture moderne méditerranéenne, a également été trouvé.

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Figure 1
Grains de pollen de Cerealia et de Triticum sp. d’Acıgöl (ACI), carotte 3 (photos 1–7), du site romain de La Verrerie, Arles, France (photo 8) et d’un champs de blé actuel de Gardouch, Haute-Garonne, France, (photo 9). Photographies au microscope photonique (photo 1 – 4 and 8) et confocal (photos 5-7 and 9). 1) Echantillon (Ech.) ACI 239 m, âge : 0.871 Ma. 2) Ech. ACI 435.50 m, âge : 1.709 Ma. 3) Ech. ACI 532.44 m, âge : 2.122 Ma. 4) Ech. ACI 509.50 m, âge : 2.026 Ma. 5) Ech. ACI 552.57 m, âge 2.206. 6) Ech. ACI 552.57 m, âge : 2.206 Ma. 7) Ech. ACI 429.50 m, âge : 1.681 Ma. 8) Ech. La Verrerie 1455, âge : 50-70 BC (Roman). 9) pollen actuel de Triticum sp., âge : 2000 AD. L : longueur maximale (μm).

Crédit : CNRS

Les pollens de céréales sont distingués de ceux des graminées sauvages par leur taille de plus de 40 µm. La comparaison avec la pluie pollinique actuelle autour du lac montre que le mode de pollen de céréales (≥40 µm) est aujourd’hui presque absent (< 1 %), même dans des zones où les ancêtres des céréales (Aegilops) et les céréales (orge) sont présents, alors qu’on en trouve jusqu’à 9 % dans les sédiments anciens. A proximité d’Acıgöl, d’abondants restes fossiles de grands mammifères (mammouth, rhinocéros, okapi, chameau et de nombreux chevaux et bovidés) ont été mis au jour, ainsi qu’un crane d’Homo erectus d’origine africaine.

Les scientifiques ayant contribué à cette étude parue dans Scientific Reports, issus notamment de l’Institut méditerranéen de biodiversité et d’écologie marine et continentale (IMBE – CNRS / Avignon Univ. / IRD / Aix-Marseille Univ.), du laboratoire Histoire naturelle de l’Homme préhistorique (HNHP – CNRS / MNHN / Univ. Perpignan Via Domitia), du Laboratoire Image, Ville, Environnement (LIVE – CNRS / Univ. Strasbourg), du Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CEREGE – CNRS / INRAE / Aix-Marseille Univ / IRD) et du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE – CNRS / Univ. Versailles Saint-Quentin / CEA), proposent l’hypothèse que les proto-céréales de la série d’Acıgöl proviennent de graminées sauvages et que leur émergence a pu être favorisée par les troupeaux de grands herbivores attirés par les eaux douces du lac Acıgöl. Par le piétinement, l’enrichissement des sols en azote et le broutage, les troupeaux de grands herbivores ont pu modifier le génotype des proto-céréales naturellement présentes à Acıgöl, favorisant ainsi l’émergence des céréales modernes. Les populations d’homininés, présentes dans le sud-ouest de l’Anatolie aux alentours d’1,4 Ma ont pu bénéficier de la présence de céréales dans les écosystèmes herbacés.

La remise en question du paradigme de la domestication : comment et quand ?

Que s’est-il passé au Néolithique, lorsque l’Homme est passé du mode de vie de chasseur-cueilleur à celui d’agriculteur, en « inventant » les céréales selon le modèle classique ? A-t-il reproduit les conditions qui existaient il y a deux millions d’années ? Y a-t-il eu une nouvelle étape de la spéciation des céréales liée à l’Homme ?

Ces résultats permettent de reformuler une énigme importante sur l’évolution humaine : quand les céréales sont-elles apparues et l’Homme en est-il le seul responsable ? Cette étude remet en question le paradigme longtemps soutenu selon lequel les humains sont les géniteurs des céréales, alors qu’il semble en fait que les céréales soient apparues naturellement, les humains ayant simplement accéléré leur expansion. Si cette hypothèse est confirmée par la présence de pollens de proto-céréales dans d’autres séries du Pléistocène inférieur ou plus anciennes, cela nécessitera une révision fondamentale de notre vision globale de l’histoire de la nutrition humaine.

Les financements de cette étude proviennent de l’ANR MRSEI ACIGOL, du LABEX OT-MED et de la Fédération de Recherche ECCOREV.

Voir en ligne : Le communiqué sud le site de l’INEE

Un quatrième couple cratère-tectite découvert sur Terre !

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Un consortium international, mené par Pierre Rochette du Centre européen de recherche et d’enseignement des géosciences de l’environnement, a découvert qu’un champ de verres d’impact trouvé au Belize provient d’un cratère d’impact lui-même situé à 500 km de là au Nicaragua. Cela en fait le quatrième couple cratère-tectite découvert sur Terre.

Les tectites sont des verres naturels, issus de la fusion de la surface terrestre sous l’impact d’un astéroïde de plus d’un kilomètre de diamètre, et éjectés sur une longue distance (entre 200 et 12000 km). Quatre champs de tectites étaient connus jusqu’à présent (en Amérique du Nord, Australasie, Côte d’Ivoire, Europe centrale) dont trois seulement reliés à un cratère source. Les plus récemment découverts remontaient aux années 1930, et le premier avait été décrit par Darwin.

L’étude du consortium démontre que les verres trouvés au Belize sont produits par un impact et ont le même âge (805 000 ans) et la même signature géochimique que les verres récupérés à l’intérieur d’un cratère de 14 km de diamètre : le cratère de Pantasma au Nicaragua. La démonstration de l’existence de ce cratère avait constitué la première étape de recherches menées par ce même consortium en 2019. Dans les deux cas, on retrouve des traces de chrome extraterrestre pointant vers le même type d’astéroïde : la chondrite ordinaire. L’étude de ce nouveau couple cratère-tectite va apporter une meilleure compréhension du processus mal connu de formation des tectites.

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Exemples de tectites du Belize (la plus grosse fait 103 grammes)

Crédit : P. Rochette / CEREGE

Voir en ligne : L’actualité sur le site de l’INSU

Le James Webb Space Telescope (JWST) n’a pas froid aux yeux

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Alors que le James Webb Space Telescope (JWST) sort de la plus grande cuve cryogénique du monde, une étape cruciale pour le télescope et ses instruments a été franchie avec la réussite des tests cryogéniques. Au sein d’un consortium international, la France, en particulier le CEA, le CNRS et le CNES, a joué un rôle clé pour fournir au successeur de Hubble et Spitzer son imageur infrarouge, MIRIM, lui permettant d’obtenir des images dans une gamme de 5 à 28 microns de longueur d’onde.

Une équipe française a participé aux tests en grandeur réelle du James Webb Space Telescope (JWST), le successeur du Hubble Space Telescope. Le JWST est un programme conduit par la NASA auquel participent l’Europe (à travers l’Agence spatiale européenne, l’ESA) et le Canada.

À l’occasion de ces tests cryogéniques qui ont débuté le 22 août et se sont terminés le 26 septembre, le télescope et ses instruments étaient installés dans la gigantesque cuve cryogénique du centre spatial de la NASA à Houston aux États-Unis. C’est la seule cuve au monde d’une taille suffisante pour permettre les tests cryogéniques d’un télescope dont le miroir fait 6,5 mètres de diamètre (en comparaison, le miroir de Hubble ne mesurait que 2,4 mètres de diamètre). Puis, le JWST a été lentement réchauffé et remis sous pression pour permettre la réouverture de la cuve.

À l’intérieur de la cuve, la température est abaissée jusqu’à – 253°C. Elle est également équipée d’un « simulateur d’étoiles », un dispositif constitué d’une fibre optique infrarouge qui permet de vérifier la bonne qualité optique et l’alignement du miroir du JWST en confrontant les images obtenues à celles attendues par la simulation. Les tests ont montré le bon alignement optique entre le télescope et les instruments, point clef pour atteindre les performances attendues. C’est la première fois que l’ensemble, télescope et instruments, était testé. Les instruments avaient déjà été testés préalablement, mais indépendamment du télescope, lors d’une série de 3 tests cryogéniques réalisés au cours des années 2013 – 2016 dans une cuve plus petite au centre de vol spatial Goddard de la NASA, à Greenbelt (Maryland, États-Unis). « Plusieurs laboratoires français, ont fortement contribué à l’un des quatre instruments qui équipent le JWST, l’instrument MIRI (Mid-InfraRed Instrument) et plus précisément à son imageur appelé MIRIM », explique Anne Peyroche, présidente du CNRS. Ce sont les laboratoires Lesia (Observatoire de Paris-CNRS-UPMC -Université Paris Diderot), LAM (CNRS-AMU), IAS (CNRS-Université Paris Sud) et AIM (CEA-CNRS-Université Paris Diderot), sous la maîtrise d’œuvre CEA (via son Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers) et maîtrise d’ouvrage CNES.

« Allô Houston » : D’Apollo au JWST La cuve à Houston, qui accueille le JWST pour ces tests cryogéniques, présente également une riche histoire scientifique et une forte valeur symbolique quant à l’avancée des sciences et techniques humaines. Cette « chambre A » du Johnson Space Center de la NASA fut en effet initialement développée dans le cadre du programme Apollo. Elle a été profondément réaménagée pour permettre de reproduire les difficiles conditions environnementales que le JWST va rencontrer une fois dans l’espace. Les experts français du CEA et du CNRS viennent de participer à la série de tests qui a eu lieu dans cette cuve.

Aujourd’hui, ce voyage n’est pas encore terminé. Prochaine étape, la Californie où le télescope sera équipé de ses boucliers thermiques puis le tout sera mis en place sur la plateforme du satellite. L’ensemble prendra alors la mer jusqu’à Kourou, en Guyane Française. C’est ici que Jean-Yves Le Gall, président du CNES, maître d’ouvrage du MIRI, donne « rendez-vous à ce télescope, dont la réussite des tests cryogéniques illustre à nouveau l’efficacité des coopérations internationales dans le domaine du spatial, pour son dernier voyage où il sera lancé au printemps 2019 par un lanceur Ariane 5. » Le JWST atteindra alors enfin sa destination, au point de Lagrange L2 situé à 1,5 million de km de la Terre, soit environ 4 fois plus éloigné de la Terre que ne l’est la Lune. « En cas de problème, il ne sera donc évidemment pas question d’envoyer une équipe le réparer, comme cela a pu être le cas pour Hubble 1. C’est pourquoi les ultimes tests menés par nos experts français sur le JWST et ses instruments sont si importants », souligne Daniel Verwaerde, administrateur général du CEA, maître d’œuvre de MIRIM.

Le JWST à l’intérieur de la Chambre A du Johnson Space Center à Houston.

 

1. Hubble est en orbite autour de la Terre à une altitude de seulement 590 km.

Pollution atmosphérique en Méditerranée occidentale

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Pour la première fois, une équipe internationale 1 de chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) et du Laboratoire de chimie de l’environnement (CNRS / AMU) ont réalisé une analyse comparative de l’occurrence atmosphérique des polluants organiques persistants au niveau des marges africaines et européennes de la Méditerranée occidentale. Cette étude met en évidence une pollution différenciée entre Bizerte (Tunisie) et Marseille (France), dépendant de la nature des polluants.

Il est admis que la mer Méditerranée est largement impactée par les polluants organiques persistants (POPs), mais leurs effets sur les écosystèmes et le cycle du carbone sont encore peu étudiés. La présence atmosphérique de POPs sur la côte nord-ouest de la Méditerranée africaine est quant à elle très mal documentée. Par ailleurs, des observations comparatives sur les marges africaine et européenne de la mer Méditerranée n’avaient encore jamais été réalisées.

Des échantillons d’aérosols atmosphériques, collectés simultanément en 2015 – 2016 dans deux villes côtières de référence, en Afrique (Bizerte, Tunisie) et en Europe (Marseille, France), ont été analysés pour 62 contaminants organiques toxiques appartenant aux trois plus importantes familles de POPs :

  • les polychloro dibenzo-p-dioxines et les dibenzofuranes (PCDD/Fs), connus sous le nom générique de « dioxines » et produits dans les processus de combustion ;
  • les polychlorobiphényles (PCBs), considérés comme des contaminants industriels classiques ;
  • les polybromodiphényléthers (PBDE) qui, contrairement aux PCDD/Fs et aux PCBs, sont considérés comme une première génération de « contaminants émergents » (seulement récemment interdits) et plus associés à la période actuelle.
Représentation des apports atmosphériques
Représentation des apports atmosphériques des PCDD/Fs, des PCBs et des PBDEs à Bizerte (en jaune) et Marseille (en bleu) et du transfert éventuel de l’Europe vers l’Afrique des stocks atmosphériques de PBDEs en mer Méditerranée côtière du Nord-Ouest (une des hypothèses proposées).
Crédit : MIO

L’étude révèle des valeurs médianes 2 de concentrations et d’apports atmosphériques des dioxines et des PCBs plus élevées du côté africain (exposition potentielle plus élevée), tandis que les niveaux médians de concentrations et d’apports des PBDE « émergents » sont plus élevés du côté européen. Par ailleurs, bien que des sources locales sur le bord nord-ouest méditerranéen de l’Afrique ne soient pas écartées, les auteurs avancent comme hypothèse un éventuel transfert de l’Europe vers l’Afrique des stocks atmosphériques de PBDE (ceci reste à confirmer avec des observations supplémentaires).

Ce travail répond à un objectif majeur du programme MERMEX-MERITE/MISTRALS d’études sur l’intercomparaison des produits chimiques toxiques sur les côtes africaines et européennes de l’ouest de la Méditerranée. Réalisé sous la responsabilité du MIO et dans le cadre global du Labex OT-MED (MEDPOP), ce travail est le fruit d’une collaboration avec plusieurs laboratoires espagnols et tunisiens dans le cadre du LMI-Cosysmed de l’IRD. D’autres travaux sur l’impact de ces contaminants sur les écosystèmes marins sont en cours au MIO.

1. Les institutions étrangères impliquées sont l’université de Carthage (Tunisie) et l’Institute of organic chemistry - CSIC (Espagne).
2. Valeur centrale de la série de données

Un nuage de gaz géant enveloppant une dizaine de galaxies

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Des grands nuages de gaz ont déjà été observés par le passé. Mais ils étaient généralement plus petits, moins brillants, et souvent associés à des galaxies très massives hébergeant un trou noir géant dont l’intense rayonnement pouvait expliquer leur chauffage. Cette découverte met en évidence de tous nouveaux processus, certainement reliés à l’environnement très dense dans lequel se situe cette structure. En effet, ce nuage de gaz pourrait être le témoignage des processus violents invoqués généralement pour expliquer l’arrêt brutal de la formation d’étoiles dans les galaxies habitant les structures les plus denses de l’Univers.

Ce nuage hors-norme a été découvert et étudié en détail grâce à l’incroyable sensibilité de l’instrument MUSE, développé pour Very Large Telescope (VLT) de l’ESO au Chili. Couvrant les longueurs d’onde visibles, MUSE combine à la fois les possibilités d’un instrument imageur et la capacité d’un spectrographe, ce qui en fait un outil puissant et unique pour mettre en lumière des objets célestes qui restaient jusque-là dans l’ombre.

La puissance de MUSE a permis aux astrophysiciens de comprendre que cette grande quantité de gaz n’est pas primordiale. Elle a été vraisemblablement extirpée des galaxies, soit au cours de violentes interactions pouvant aller jusqu’à la fusion des galaxies, soit par des super-vents dus à l’activité de trous noirs géants ou à l’effet cumulé des supernovae. Ils ont également étudié comment ce nuage pouvait être chauffé aussi loin des galaxies. Ils sont arrivés à la conclusion que cette structure gazeuse est ionisée par différents processus : la majeure partie semble être chauffée par le rayonnement intense émis par des étoiles nouvellement formées dans les galaxies, et par les chocs entre les nuages de gaz éjectés de ces mêmes galaxies. Dans une région plus localisée de ce nuage, un trou noir géant en phase active serait à l’origine du chauffage du gaz.

Cette découverte montre ainsi que la rencontre de plusieurs galaxies à l’intersection des filaments de la toile cosmique peut engendrer une série de processus qui éjecte une quantité énorme de gaz en dehors des galaxies et qu’il existe des mécanismes capables d’ioniser ce gaz à très grande distance des galaxies. Il se peut que ce phénomène soit le prélude à la formation de galaxies très massives, sans gaz ni formation d’étoiles, au centre de grandes structures telles que les amas de galaxies et que ce genre de phénomène soit en partie responsable de l’arrêt de la formation d’étoiles dans ces structures. Il est également possible que le gaz reforme un disque, ce qui pourrait expliquer l’existence de galaxies passives possédant un disque épais d’étoiles plutôt vieilles et un disque plus jeune, tel qu’observé dans la Voie Lactée.

Afin d’améliorer la compréhension de cette structure cette équipe veut engager de nouvelles observations dans d’autres domaines de longueur d’onde, en particuliers avec les interféromètres ALMA et NOEMA.