Une étude, dont les résultats intitulés «Invariance property of wave scattering through disordered media» ont été publiés dans la revue PNAS, a permis de prouver que la loi qui dit que la longueur moyenne des trajectoires suivies par des particules dans un milieu désordonné ne dépend pas de la constitution de ce milieu mais uniquement de sa taille et de ses frontières, est une propriété valable pour le transport d’ondes en milieux complexes. C'est donc une propriété universelle caractérisant les phénomènes de transport classiques et ondulatoires.

Le phénomène de «la diffusion d’ondes ou de particules à travers des milieux désordonnés englobe une grande variété de phénomènes de transport, allant du déplacement des insectes dans des environnements complexes à la conduction électronique dans les métaux ou encore à la diffusion de la lumière dans les tissus biologiques».

Ainsi, une étude précédente, intitulée «An invariance property of diffusive random walks», s’était au départ intéressée «au déplacement de fourmis dans un environnement complexe». Dans ce cadre, «chaque fourmi chemine indépendamment, croise différents obstacles sur sa route et dessine une trajectoire compliquée, décrite par un processus appelé marche aléatoire».

Il avait été alors montré «que, si les fourmis entrent dans le milieu en étant réparties uniformément sur la frontière et avec des directions quelconques, la longueur moyenne des trajectoires est toujours la même, et ce quelle que soit la nature du milieu (nombre et répartition des obstacles par exemple)».

Ce résultat, qui peut apparaître au premier abord contre intuitif, «se vérifie pour tout transport de particules dans un milieu diffusant désordonné, comme le transport des neutrons dans un réacteur nucléaire ou le transport d'un gaz à travers un milieu poreux», car, dans toutes ces situations, «la longueur moyenne des trajectoires suivies ne dépend que de la taille du système et de sa frontière (pour peu que le flux de particules pénétrant dans le milieu soit isotrope et uniforme)»: elle «est donc totalement indépendante de la structure microscopique du milieu».

Dans le prolongement de ce travail, l'étude ici présentée a prouvé, au moyen «des concepts de théorie des ondes et des simulations numériques allant au-delà de l’image de marche aléatoire» que cette propriété s’applique au transport d’ondes (comme la lumière ou les électrons dans un métal)

Plus précisément, cela a lieu dans tous les régimes, «de la faible diffusion (transport 'balistique', une majorité de la lumière est transmise comme si le milieu était transparent) à la diffusion multiple forte (régime où toute la lumière est diffusée) et même dans le régime extrême de localisation d’Anderson (dans ce régime le désordre est tel que le transport est gelé)».

Par conséquent, cette propriété fondamentale et universelle du transport en milieu désordonné, «jusque-là méconnue», qui établit un lien «entre des domaines très divers dans lesquels la diffusion joue un rôle prépondérant», pourrait «être exploitée dans des applications en imagerie, en détection ou en télécommunications utilisant des ondes de natures diverses».

Une étude dont les résultats intitulés «Soft 3D acoustic metamaterial with negative index» ont été publiés dans la revue Nature Materials, a permis de développer les premiers métamatériaux en trois dimensions, en croisant formulation physico-chimique et technologie microfluidique.

Rappelons qu'un métamatériau «est un milieu dans lequel la vitesse de propagation de la phase des ondes, lumineuses ou acoustiques, peut être négative (on dit que le matériau a un indice de réfraction négatif)» de sorte que «la phase de l'onde (les oscillations successives) et l'énergie transportée par cette même onde se propagent en sens opposé», une «propriété qu'aucun milieu naturel homogène ne possède».

Ces «propriétés hors du commun» ont fait «croître de manière exponentielle» depuis les années 2000 dans la communauté scientifique internationale l'intérêt pour les métamatériaux.

Pour élaborer un métamatériau, «il est nécessaire de fabriquer un milieu hétérogène contenant un grand nombre d'inclusions (appelées 'microrésonateurs').

La méthode employée habituellement «consiste à usiner par micromécanique (gravure, dépôt…) des supports solides qui présenteront les propriétés de métamatériaux selon une ou deux dimensions». Cependant, cette technique «ne permet pas de travailler sur de la matière molle aux échelles micrométriques requises pour les ultrasons, et les matériaux obtenus restent limités à une ou deux dimensions».

Dans l'étude ici présentée, la nouveauté a été de réaliser un métamatériau, en phase fluide, «constitué de microbilles de silicone poreux en suspension dans un gel à base d'eau», qui est le «premier métamatériau tridimensionnel fonctionnant à des fréquences ultrasonores».

De plus, son caractère fluide fait qu'il peut être fabriqué «par des procédés physico-chimiques et des technologies microfluidiques beaucoup plus simples à mettre en œuvre que les techniques de micromécanique».

Comme «les milieux poreux possèdent la propriété d'avoir des célérités du son très faibles (quelques dizaines de mètres par seconde) par rapport à l'eau (1500 mètres par seconde)», ce fort contraste confère à la suspension dans son ensemble «les propriétés d'un métamatériau, lorsque la concentration en billes est suffisante».

Ainsi, en observant la propagation d'ondes ultrasonores dans ce milieu, un indice de réfraction négatif a été mesuré de manière directe. Dans ce 'métafluide', alors que «l'énergie associée à l'onde se propage logiquement de l'émetteur au récepteur, comme attendu», les oscillations «semblent 'reculer' en se propageant dans l'autre sens, à la manière d'un danseur pratiquant le 'moonwalk'».

Cette avancée, obtenue par une voie de synthèse qui «permet la fabrication de matériaux fluides ou souples de formes adaptables, et ce sur des échelles potentiellement industrialisables», laisse imaginer «de nombreuses applications allant de l'imagerie ultrasonore haute résolution à l'isolation sonore et à la furtivité en acoustique sous-marin».

Une étude, dont les résultats intitulés «Magnesium stable isotope ecology using mammal tooth enamel» ont été publiés dans la revue PNAS, a permis de mettre en lumière, a partir d'un échantillon de mammifères de la forêt équatoriale du Gabon, que les isotopes du magnésium sont particulièrement bien adaptés pour aider à déchiffrer le régime alimentaire des mammifères actuels.

 
En vue de reconstruire le régime alimentaire d’organismes éteints, «les scientifiques utilisent une variété de méthodes, telles que la morphologie fonctionnelle, l'étude du contenu stomacal ou les traces d’abrasion de la surface des dents».

On peut également y adjoindre les 'méthodes géochimiques' avec la réserve que «les processus de fossilisation brouillent la composition chimique d’origine» ce qui peut rendre problématique «les interprétations des comportements alimentaires complexes».

Comme les isotopes d'un élément chimique sont caractérisés par des masses différentes, il en résulte qu'ils «se comportent différemment lors d'une réaction chimique» de sorte que «les procédés biologiques tels que la digestion, la croissance cellulaire ou la production d'enzymes induisent des fractionnements isotopiques importants de divers éléments assimilés via l’alimentation».

De ce fait, «la composition des isotopes stables d'un organisme tend à refléter le régime alimentaire: ainsi «les systèmes isotopiques du carbone et de l'azote conservés dans le collagène de l’os» trahissent le type de nourriture ingéré. Cependant, «en raison de la dégradation rapide de la matière organique durant la fossilisation», l'efficacité de ces systèmes est limitée à un passé récent.

La démarche novatrice de l'étude ici présentée a consisté à explorer «la variabilité isotopique de l'un des principaux éléments qui composent la dent, la structure biologique la plus résistante dans tout le registre fossile»: plus précisément, les dents d'un échantillon de mammifères de la forêt équatoriale du Gabon «ont été purifiées pour en extraire les isotopes de magnésium».

Il est alors apparu «que les rapports isotopiques du magnésium 26Mg/24Mg augmente depuis les herbivores jusqu’aux consommateurs de niveau supérieurs». Par conséquent, en étant utilisé «en conjonction avec d'autres paramètres géochimiques», ce nouvel outil peut servir «de base solide pour reconstruire l'alimentation des mammifères».

Comme «de nombreux groupes fossiles n’ont pas d'analogues actuels», cette recherche montre que l'utilisation «des isotopes non-traditionnels (tels que le magnésium ou le calcium en conjonction avec les approches traditionnelles)» peut aider à mieux comprendre comment ces organismes anciens interagissaient les uns avec les autres.

Une étude, dont les résultats intitulés «Atomic Model of a Cell-Wall Cross-Linking Enzyme in Complex with an Intact Bacterial Peptidoglycan» ont été publiés dans la revue Journal of the American Chemical Society, a permis de décrire pour la première fois avec précision les rouages moléculaires de la synthèse d'une paroi bactérienne, grâce à l'utilisation de la technique de 'spectroscopie RMN du solide' sur la L,D-transpeptidase.

Rappelons tout d'abord, que le peptidoglycane, un composant spécifique des bactéries, constitue la base de leur paroi rigide, «quelle que soit l’espèce rencontrée», même si les polymères, qui composent cette paroi, et leur mode d’association varient selon les espèces bactériennes.

Rappelons également que, pour empêcher les bactéries de se développer, et ainsi les neutraliser, «un grand nombre d'antibiotiques ont pour mode d’action de bloquer la synthèse du peptidoglycane».

Comme depuis plusieurs années, «les bactéries ont développé une résistance aux antibiotiques qui rendent ces derniers de moins en moins efficaces», il est fondamental de bien connaître les mécanismes de synthèse des parois bactériennes pour lutter contre ces résistances.

La difficulté de cette entreprise découle du fait que «les méthodes classiques de biologie structurale (diffraction des rayons X, RMN en solution, microscopie) ne permettent pas d’étudier la paroi bactérienne dans son ensemble et avec toute sa complexité».

Pour parvenir à la surmonter, l'étude ici présentée a mis en œuvre «une nouvelle méthode d’analyse basée sur la 'spectroscopie RMN du solide'».

Grâce à elle, les mécanismes de synthèse d’une paroi bactérienne ont été mis en évidence: ce sont les interactions entre le peptidoglycane et la L,D-transpeptidase, enzyme responsable du 'maillage' qui confèrent au peptidoglycane la qualité de réseau rigide.

Il en résulte que cette avancée va permettre de contourner les résistances actuelles des bactéries en conduisant à la mise au point d’antibiotiques qui, en ciblant les enzymes de fabrication de la paroi bactérienne, en bloqueraient la synthèse.

Une étude, dont les résultats intitulés «Gracility of the modern Homo sapiens skeleton is the result of decreased biomechanical loading» ont été publiés dans la revue PNAS, a permis de mettre en évidence que les êtres humains ont perdu 20% de densité osseuse dans leurs membres inférieurs depuis l'avènement de l'agriculture il y a 12.000 ans.

Dans l'étude ici présentée, des scanners ont été employés «pour mesurer la densité osseuse de la partie spongieuse des os chez 59 humains modernes, 229 primates comme des chimpanzés ainsi que sur des ossements fossilisés d'hominidés dont l'Australopithécus africanus (-3,3 à -2,1 millions d'années), le Paranthropus robustus (-1,2 millions d'années) et des Néandertaliens (-250.000 à -28.000 ans)».

Il est alors apparu que «seuls les humains modernes récents ont une faible densité des os spongieux qui est particulièrement prononcée dans les articulations des membres inférieurs (hanches, genoux et chevilles)».

 
Plus précisément, alors que «les chasseurs-cueilleurs qui vivaient encore il y a 7000 ans avaient des os et articulations (hanches, genoux et chevilles) aussi  solides» que ceux de leurs ancêtres, qui ont vécu de chasse et de cueillette depuis des millions d'années, «les 'agriculteurs' qui vivaient dans les mêmes régions depuis 6.000 ans ont des os nettement moins denses et plus fragiles».   

Ce changement anatomique tardif dans notre évolution est interprété par l'étude comme ayant «résulté de la transition d'une vie nomade à un mode de subsistance plus sédentaire».

Cependant, d'autres facteurs pourraient «expliquer ces différences de densité osseuse entre les premiers agriculteurs et les chasseurs-cueilleurs»: en effet, «la quantité de céréales cultivée dans le régime alimentaire des agriculteurs ainsi que de possibles carences de calcium pourraient avoir contribué à réduire la masse osseuse».

Toutefois, il apparaît que «l'aspect biomécanique de l'abandon des activités de chasse et de cueillette a joué une plus grande part».