osuadmin

Identifier des goulets d’étranglement comme pivots du système de transport de la circulation océanique

8 octobre 2021 by osuadmin

Une équipe scientifique internationale vient de mettre au point une nouvelle méthode d’analyse des flux de fluides dans l’océan inspirée de la théorie des réseaux. Celle-ci permet de mettre en évidence l’existence de goulets d’étranglement dans la circulation océanique et donc de mieux comprendre le transport des masses d’eau et la dispersion des organismes qui y vivent, notamment le plancton.

L’océan offre un environnement fluide hétérogène avec des schémas complexes et chaotique d’écoulement. La façon dont ces flux redistribuent la chaleur et les organismes dans l’océan ont des implications importantes pour le climat et la santé des écosystèmes. Une équipe internationale présente une nouvelle mesure qui permet de caractériser la nature dispersive des flux de fluides, y compris des courants marins, afin d’y détecter des « hubs » ou zones pivots du transport océanique.

La centralité intermédiaire (« betweenness centrality »), un concept issu de la théorie des réseaux utilisé pour identifier les goulets d’étranglement qui gouvernent la dynamique de divers systèmes complexes allant des réseaux de transport aérien au cerveau humain, a été appliquée pour la première fois à la mécanique des fluides géophysiques. Les régions présentant un degré de centralité intermédiaire élevé voient les courants marins de diverses origines converger dans un espace relativement restreint puis se re-disperser à nouveau vers des destinations variées, facilitant ainsi le brassage et la dispersion des traceurs océaniques et des organismes marins.

Jusqu’ici ignorés, l’équipe a montré que de tels goulets d’étranglement sont à la fois présents dans les courants marins de surface, et étonnamment persistants à différentes échelles spatio-temporelles, illustrant le rôle prépondérant que jouent ces zones dans le transport des fluides sur de vastes régions océaniques.

Ces schémas de transport, qui sont relativement stables en dépit de la turbulence apparente, permettent de mieux appréhender comment se meuvent et se mélangent les masses d’eau dans l’océan. Les chercheurs prévoient que cette nouvelle méthode sera un outil utile pour cartographier et interpréter la biodiversité marine à l’échelle mondiale. En outre, des réseaux de surveillance installés au sein de ces goulets d’étranglement amélioreraient significativement l’efficacité des suivis environnementaux.


Carte instantanée de « centralité lagrangienne » calculée en Mer Adriatique pour le 1er décembre 2013

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

La comète « Tchouri » aurait mis plusieurs millions d’années à se former

6 avril 2017 by osuadmin

Le chauffage produit par la désintégration d’isotopes de l’aluminium et du fer potentiellement présents dans la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko aurait été trop important au début de la vie de la nébuleuse protosolaire pour expliquer la présence de matériaux à basse température. En effet, la présence du monoxyde de carbone, de l’azote ou de l’argon, mise en évidence dans 67P/Churyumov-Gerasimenko par la mission Rosetta, n’est possible que si la comète s’est formée après 2 à 8 millions d’années d’évolution de la nébuleuse afin que celle-ci refroidisse suffisamment et permette à la comète de se former, tout en gardant ses matériaux les plus volatils. L’autre possibilité est que la comète se serait formée lentement sur tout cet intervalle de temps, lui permettant aussi de préserver une grande partie des glaces qu’elle a acquise depuis la nébuleuse. C’est ce que vient de montrer une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université). L’étude a été publiée le 6 avril 2017 dans The Astrophysical Journal Letters.

Les conditions de formation des comètes demeurent encore méconnues. Ces objets se sont agglomérés soit à partir de blocs de constructions directement formés dans la nébuleuse protosolaire, soit d’après des débris provenant de la destruction de plus gros corps parents. Dans ces conditions, l’équipe a simulé l’influence du chauffage radiogénique sur la structure et la composition de corps glacés de tailles comprises entre celles des lobes de 67P/Churyumov-Gerasimenko ( 2.6 km) et de la comète Hale-Bopp ( 70 km), en utilisant les abondances canoniques de l’aluminium 26 et le fer 60, les deux nuclides dont la désintégration est considérée comme une source de chaleur importante pour les corps planétaires formés au tout début de l’histoire du système solaire.

Les résultats de l’étude décrivent qu’il est à la fois impossible de former rapidement 67P/Churyumov-Gerasimenko, ou bien son corps parent, et de préserver les espèces volatiles observées dans la coma par la mission Rosetta. Les simulations attestent que si la croissance a été très rapide, la comète ou son corps parent ont dû se former entre 2,2 et 7,7 millions d’années après l’apparition de la nébuleuse protosolaire. Par contre, si la comète ou son corps parent se sont accrétés lentement, mais toujours sur le même intervalle de temps, alors ils ont pu préserver la majorité de leurs espèces volatiles.

De haut en bas : évolution temporelle du profil de température dans un petit corps possédant une taille de 2,6 km et constitué d’un mélange de poussières réfractaires et de glaces cristallines, avec des retards de formation de 0, 1 et 2 millions d’années après l’apparition de la nébuleuse protosolaire. Les colonnes de gauche et de droite correspondent respectivement à des rapports de mélanges poussières/glaces valant 1 et 4 dans la comète. La courbe noire correspond à l’isotherme identifiant la frontière entre les régions de stabilité et d’instabilité des glaces les plus volatiles. A une époque donnée, la comète chauffe plus lorsqu’elle est enrichie en poussières réfractaires (colonne de droite). En outre, la température globale du noyau diminue lorsque l’accrétion est tardive.
*Crédit : d’après Mousis et al. 2017*

Des délais plus courts de formation ou d’accrétion, compris entre 0,5 et 6,7 millions d’années après la formation de la nébuleuse, sont envisageables si l’on admet que l’intérieur profond de la comète ou de son corps parent ont été appauvris en espèces volatiles par le chauffage radiogénique, et que les couches externes sont restées riches en glaces. Cependant, si 67P/Churyumov-Gerasimenko s’est formée à partir de morceaux issus d’un tel corps parent, ceux ci constitueraient probablement un mélange homogène et il serait impossible de savoir si ces débris proviennent des couches internes ou externe de l’objet primitif.

La principale conclusion de ce travail est que la question de l’origine et des conditions de formation des blocs de construction de 67P/Churyumov-Gerasimenko demeure encore sans réponse. Une mission de retour d’échantillons vers une autre comète de la famille de Jupiter sera probablement nécessaire pour apporter de nouvelles réponses.

A la rencontre des 42 : L’ESO publie les clichés de certains des astéroïdes les plus proéminents de notre Système Solaire

12 octobre 2021 by osuadmin

Grâce au Very Large Telescope de l’Observatoire Européen Austral (VLT de l’ESO) installé au Chili, des astronomes ont acquis les images de 42 des objets les plus proéminents de la ceinture d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter. Cet échantillon d’astéroïdes est le plus étendu et le mieux résolu dont nous disposions à ce jour. Les observations révèlent une grande diversité de formes particulières, s’étendant de la sphère classique à l’os de chien, et permettent aux astronomes de retracer l’origine géographique des astéroïdes au sein de notre Système Solaire.

L’acquisition, au moyen des télescopes terrestres, des images détaillées de ces 42 objets constitue une formidable avancée dans l’étude des astéroïdes, et contribue à répondre à la question de la Vie, de l’Univers, et du Tout ¹ .

“Jusqu’à présent, seuls trois grands astéroïdes de la ceinture principale, Cérès, Vesta et Lutétia, avaient été imagés avec un niveau de détail élevé, lorsque leurs chemins avaient croisé celui des sondes spatiales Dawn de la NASA et Rosetta de l’Agence Spatiale Européenne”, précise Pierre Vernazza du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France, auteur principal de l’étude sur les astéroïdes publiée ce jour au sein de la revue Astronomy & Astrophysics. “Nos observations à l’ESO ont délivré des images nettes d’un nombre de cibles nettement supérieur – 42 au total”.

Sur cette image figurent 42 des objets les plus imposants de la ceinture d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter. La plupart d’entre eux ont des dimensions supérieures à 100 kilomètres – Cérès et Vesta, avec leurs diamètres voisins de 940 et 520 kilomètres, constituent les astéroïdes les plus proéminents. A l’opposé figurent Urania et Ausonia, dont les diamètres n’excèdent pas les 90 kilomètres.

Les images des astéroïdes ont été acquises au moyen de l’instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research) installé sur le Very Large Telescope de l’ESO.

Crédit : ESO/M. Kornmesser/Vernazza et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Le faible nombre d’observations détaillées d’astéroïdes dont nous disposions jusqu’alors nous empêchait d’accéder à leurs caractéristiques principales que sont leur forme 3D ou leur densité. Entre 2017 et 2019, Vernazza et son équipe ont entrepris de combler cette brèche en menant une étude approfondie des principaux corps de la ceinture d’astéroïdes.

La plupart des 42 objets composant leur échantillon présentent des dimensions supérieures à 100 km. L’équipe a notamment imagé la quasi-totalité des astéroïdes de taille supérieure à 200 kilomètres – 20 sur les 23 recensés. Les deux objets les plus imposants de l’étude sont Cérès et Vesta, dont les diamètres avoisinent les 940 et 520 kilomètres. A l’opposé, Urania et Ausonia, dont les diamètres n’excèdent pas les 90 kilomètres, constituent les deux plus petits astéroïdes de l’échantillon.

En reconstruisant les formes des objets, l’équipe s’est aperçue que les astéroïdes étudiés se répartissaient en deux groupes distincts. Certains présentent un aspect quasi parfaitement sphérique, tels Hygiea et Cérès. D’autres en revanche arborent une forme particulière, étirée, à l’image de Kleopatra, semblable à un os de chien.

En combinant les formes des astéroïdes avec les informations concernant leurs masses, l’équipe a pu constater la grande diversité de densités au sein de l’échantillon. Les quatre astéroïdes présentant la plus faible densité, parmi lesquels figurent Lamberta et Sylvia, affichent des densités voisines de 1,3 grammes par centimètre cube – proches de celle du charbon. Les astéroïdes les plus denses en revanche, tels Psyche et Kalliope, affichent des densités de 3,9 et 4,4 grammes par centimètre cube, soit des valeurs supérieures à la densité du diamant (3,5 grammes par centimètre cube).

Cette grande disparité en terme de densité suggère de réelles différences de composition entre les astéroïdes de l’échantillon, et offre aux astronomes d’importants indices concernant leurs origines respectives. « Nos observations confortent l’hypothèse d’une migration substantielle de ces corps depuis l’époque de leur formation. En d’autres termes, de telles différences de composition témoignent de la formation de ces objets en des régions distinctes du Système Solaire » explique Josef Hanuš de l’Université Charles de Prague en République Tchèque, l’un des auteurs de l’étude. En particulier, les résultats de ces observations confirment l’hypothèse selon laquelle les astéroïdes caractérisés par une moindre densité se seraient formés au sein des régions les plus reculées, soit au-delà de l’orbite de Neptune, puis auraient migré en direction de leurs emplacements actuels.

Ces découvertes ont été permises par l’extrême sensibilité de l’instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research) installé sur le VLT de l’ESO ² . « Le gain en performance de SPHERE, combiné à notre connaissance restreinte de la forme des plus gros astéroïdes peuplant la ceinture principale, nous ont permis d’effectuer de substantiels progrès dans ce domaine » ajoute Laurent Jorda du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, co-auteur de l’étude.

Les astronomes seront en mesure d’acquérir les images détaillées d’un plus grand nombre d’astéroïdes lorsque l’ELT (Extremely Large Telescope), actuellement en cours de construction au Chili, entrera en service à la fin de cette décennie. « Les observations des astéroïdes de la ceinture principale au moyen de l’ELT nous permettront d’étudier des objets de diamètres inférieurs, compris entre 35 et 80 kilomètres selon leur localisation spatiale, ainsi que des cratères de dimensions comprises entre 10 et 25 kilomètres » conclut Vernazza. « Disposer d’un instrument tel que SPHERE sur l’ELT nous permettrait même d’imager un semblable échantillon d’objets au sein de la Ceinture de Kuiper. En d’autres termes, nous serons en mesure de caractériser l’histoire géologique d’un échantillon plus étendu de petits corps depuis la surface de la Terre. »

Voir en ligne : Retrouvez l’original de ce communiqué sur le site de l’ESO

1. Dans le Guide du Routard Galactique de Douglas Adams, le nombre 42 constitue la réponse à la « Question Ultime de la Vie, de l’Univers et du Tout ». Ce 12 octobre 2021, nous célébrons le 42ème anniversaire de la publication de cet ouvrage.

2. L’ensemble des observations ont été effectuées au moyen de ZIMPOL (Zurich IMaging POLarimeter), un polarimètre imageur, sous-système de l’instrument SPHERE qui opère dans le domaine visible.

Rosetta : de nombreux changements détectés à la surface de la comète 67P/Churyumov-Gersimenko

29 mars 2017 by osuadmin

La mission Rosetta a passé deux ans en orbite autour de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, permettant d’observer et de suivre l’évolution de la surface sur les images de la caméra OSIRIS-NAC (voir note). De décembre 2014 à juin 2016, de nombreux changements ont été détectés en surface, localisés à certaines zones bien précises et liés aux processus d’activité cométaire. Dans leur grande majorité, ces changements modifient de façon marginale la surface de 67P, ce qui implique que le paysage observé aujourd’hui a été façonné plus tôt dans l’histoire de la comète, lorsque son orbite était différente et/ou qu’elle contenait plus de matériaux volatiles.

Ces travaux ont été réalisés par une équipe internationale incluant des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS / Aix-Marseille Université) et du Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (Observatoire de Paris / Université Paris Diderot). Olivier Groussin, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, est 2ème auteur de cet article publié dans le revue Science le 21 mars 2017.

Les comètes, résidus de la période d’accrétion des planètes, contiennent des informations primordiales pour comprendre comment les planètes se sont formées et comment la vie a pu se développer sur Terre. Les comètes qui ont survécus depuis la formation du système solaire ont été affectées par de nombreux processus, dont en particulier leur activité, liée à la sublimation des glaces lorsque la comète se rapproche du soleil, qui altère les couches externes du noyau. Malheureusement, ces processus et leurs conséquences sont encore mal compris. Un des grands objectifs scientifiques de la mission Rosetta était donc d’étudier les processus d’évolution de 67P/Churyumov-Gerasimenko pour essayer de séparer l’inné (« le primordial ») de l’acquis (« l’évolutif ») et ainsi déterminer dans quelle mesure cette comète contient-elle encore des traces de la période d’accrétion ?

La caméra OSIRIS-NAC (voir note) de la sonde spatiale Rosetta a observé le noyau de la comète 67P pendant plus de 2 ans, avec une résolution spatiale meilleure que le mètre. Ce suivi temporel a permis de détecter de nombreux changements en surface, en comparant les images obtenues avant et après le passage au périhélie (Figure 1). Les changements sont de nature variées : érosion de falaises sur plusieurs mètres, développement de fractures préexistantes, mouvement de dunes, déplacement de blocs d’une taille supérieure à 20 m, ou encore transport de matière laissant apparaître de nouvelles structures morphologiques. Certains changements sont aussi transitoires : ils apparaissent lorsque la comète se rapproche du soleil, pour disparaître ensuite lorsqu’elle s’en éloigne, la surface retrouvant alors son état initial.

Les changements observés résultent principalement de la sublimation des glaces dans les couches externes du noyau, qui fragilise les falaises, permet le transport des matériaux non-consolidés d’une région à l’autre du noyau, ou encore est à l’origine des phénomènes éoliens (e.g. les dunes). Dans leur grande majorité les changements ont lieu lorsque la région concernée est à son maximum d’ensoleillement, et donc près du périhélie pour la plupart d’entre eux.

Les changements sont très localisés et concernent de petites zones couvrant, pour les plus grandes, quelques dizaines de milliers de mètres carrés (<0.02% de la surface). Leur nature extrêmement localisée, parfois au milieu d’un terrain en apparence uniforme, révèle des inhomogénéités de composition et/ou de propriétés physiques sous la surface à l’échelle de la dizaine de mètre.

Ces changements n’ont pas modifiés de façon significative l’apparence de la comète. Par exemple, l’érosion maximale observée sur une falaise est de 12 m, sur une longueur de 50 m, mais pour la très grande majorité des falaises l’érosion est trop faible pour être détectée visuellement, probablement inférieure au mètre. Le paysage observé aujourd’hui sur 67P ne résulte donc pas de ses derniers passages près du Soleil. Il a été façonné plus tôt dans l’histoire de la comète, lorsque son orbite était différente et/ou qu’elle contenait plus de matériaux volatiles.

Le MedECC va recevoir le Prix Nord-Sud du Conseil de l’Europe

19 novembre 2021 by osuadmin

Le Prix Nord-Sud du Conseil de l’Europe 2020 sera remis, le 9 décembre, au Réseau d’experts méditerranéens sur le changement climatique et environnemental (MedECC) pour l’élaboration de la toute première évaluation scientifique sur l’impact du changement climatique et environnemental sur le bassin méditerranéen. Le MedECC est composé de plus de six cents scientifiques de 35 états de la Méditerranée et d’Europe engagés dans la recherche et la planification de politiques environnementales.

Le prix Nord-Sud est attribué tous les ans depuis 1995 à deux candidats (activistes, personnalités ou organisations) s’étant distingués par leur engagement exceptionnel pour promouvoir la solidarité entre le Nord et le Sud.

Quand les variations de l’orbite terrestre dictent l’évolution biologique

1 décembre 2021 by osuadmin

Les coccolithophores sont des micro-algues dont la particularité est de former autour de leur unique cellule de minuscules plaques de calcaire, les coccolithes, dont les formes varient selon les espèces. Après leur mort, ces coccolithes sédimentent dans les fonds marins qui ont fidèlement archivé les détails de l’évolution de ces organismes. Une équipe menée par des scientifiques du CNRS ¹ montre dans Nature le 1er décembre 2021 que certaines variations de l’orbite terrestre ont influé sur l’évolution de ces micro-algues. Pour cela, pas moins de 9 millions de coccolithes, couvrant une période de 2,8 millions d’années et plusieurs localisations dans l’océan tropical, ont été étudiés par microscopie automatisée et classés par espèce en utilisant l’intelligence artificielle. Les scientifiques observent que les coccolithophores ont connu des cycles de diversification et d’uniformisation, avec des rythmes de 100 et 400 milliers d’années. Ils en trouvent aussi la cause : la forme plus ou moins aplatie de l’orbite de la Terre autour du Soleil, variant au même rythme. Ainsi, lorsque l’orbite est presque circulaire, comme actuellement (on parle de faible excentricité), la zone équatoriale présente des saisons peu marquées et des espèces peu spécialisées dominent alors tous les océans. À l’inverse, lorsque l’excentricité augmente et que des saisons plus marquées apparaissent à l’équateur, les coccolithophores se diversifient en nombreuses espèces spécialisées, mais qui collectivement produisent moins de calcaire. Or, de par leur abondance et leur répartition globale, ces organismes sont à l’origine de la moitié du calcaire (carbonate de calcium, composé en partie de carbone) produit dans les océans et jouent donc un rôle majeur dans le cycle du carbone et la chimie des océans. Il est donc probable que l’abondance cyclique de ces machines à produire du calcaire ait joué un rôle dans les climats anciens et puisse expliquer des variations climatiques restées jusqu’ici mystérieuses au sein de périodes chaudes. Autrement dit, en l’absence de glace, l’évolution biologique des micro-algues aurait pu donner le tempo des climats. Une hypothèse qui reste à confirmer.


Les coccolithophores, qui constituent une part importante du phytoplancton, ont évolué au rythme de l’excentricité de l’orbite terrestre.: Crédit : Luc BEAUFORT / CNRS / CEREGE


La diversité des coccolithophores, et donc la production de calcaire qui en résulte, ont évolué sous l’effet de l’excentricité de l’orbite terrestre, qui détermine l’intensité des saisons à l’équateur.: En revanche, il n’y a pas de lien avec le volume de glace et la température globale. Ce n’est donc pas le climat qui a dicté l’évolution de ces micro-algues, mais peut-être l’inverse à certaines périodes.

Crédit : Luc BEAUFORT / CNRS / CEREGE

Voir en ligne : Le communiqué sur le site du CNRS

1. Basés au Centre européen de recherche et d’enseignement des géosciences de l’environnement (CNRS/Aix-Marseille Université/IRD/INRAE/Collège de France) et associés à des scientifiques de l’université de Rutgers (États-Unis).