Une étude, dont les résultats intitulés «Three-dimensional analysis of Nafion layers in fuel cell electrodes» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis d'observer en 3D, pour la première fois, la couche ultrafine du polymère conducteur protonique, échangeur d'ions, contenu dans les électrodes d'une pile à combustible (PAC), où se déroulent les réactions électrochimiques produisant de l'électricité.
 
Rappelons tout d'abord que la nanocouche de polymère «est la zone où tous les réactifs chimiques sont acheminés, et mis en contact avec des particules de carbone contenant le catalyseur de la réaction : le platine».

Bien que «jamais observée directement avec précision», l’épaisseur de la nanocouche de polymère, «estimée entre 5 et 10 nanomètres (10-9 m)», constitue avec la surface de contact entre le polymère et les particules de carbone un élément essentiel de la performance de la PAC.

De ce fait, «afin d'étudier la structure de ce polymère à l'échelle nanométrique», a été développé, dans le cadre de l'étude ici présentée, «un mode opératoire inédit, basé sur la microscopie électronique», qui permet «de visualiser la répartition de ce polymère dans les électrodes, et ainsi de contrôler tous ces paramètres».

Plus précisément, «en travaillant sur des échantillons dont le nanocatalyseur (platine) a été retiré, et marqués au césium (pour un meilleur contraste sur les images générées)», il a été possible, «grâce à un microscope électronique en transmission de pointe», d'observer ces prélèvements d’électrodes en 3D et de déterminer avec précision «à la fois l’épaisseur de la couche mais aussi son taux de recouvrement des particules de carbone».

Cette nouvelle technique de mesure, qui «donne accès à ces données jusqu’alors inatteignables et indispensables pour un bon contrôle de la fabrication de ces éléments afin d’obtenir une couche optimale (fine et continue)», va permettre d’améliorer le fonctionnement de la pile à combustible en apportant une aide précieuse au développement de nouveaux procédés ou de nouveaux modèles d'électrodes.

Une étude, dont les résultats intitulés «Modelling human development and disease in pluripotent stem-cell-derived gastric organoids» ont été publiés dans la revue Nature, a permis de recréer, pour la première fois, de micros estomacs humains à partir de cellules souches embryonnaires.

Ces petits organes, «de la taille d’un pois et en forme de ballons de rugby», ont été cultivés dans des boîtes de pétri, le processus de développement ayant pris un mois.

En plus d'avoir l’apparence de mini-estomacs, ces tissus, qui «mesurent environ 3 millimètres de diamètre» ont réagi aux infections, dans le cadre de tests, de la même manière que de véritables estomacs humains.

Ils constituent en conséquence des modèles «pour tester des infections de l’estomac et leur traitement», car ces infections précèdent généralement les ulcères.

Plus précisément, cette nouvelle technique pourrait un jour aider à identifier les gènes et cellules particulières permettant aux bactéries comme Helicobacter pylori, qui «est la cause principale des ulcères à l'estomac», de faire «des ravages dans le circuit gastro-intestinal».

Cependant, avant d'y parvenir, il faudra s'assurer que la technique pourra être déployée en utilisant des cellules d'adultes, afin d'être adaptée à «des patients choisis».

Une étude, dont les résultats intitulés «A large magmatic sill complex beneath the Toba caldera» ont été publiés dans la revue Science, a permis, pour la première fois, d'identifier l’existence d’un complexe filonien dans la croûte sous un système volcanique actif grâce à l’enregistrement du bruit sismique autour de la caldeira de Toba en Indonésie.

Il y a 74 000 ans, à proximité de la zone de subduction de Sumatra, «une éruption explosive gigantesque a formé une immense caldeira, devenue l’actuel lac Toba long de 80 km». Le volume de matériel volcanique émis dans l’atmosphère à cette occasion est estimé à 2 800 km3, «ce qui a très vraisemblablement eu un impact sur le climat et la biosphère à l’échelle globale».

Afin de connaître l’ensemble du processus qui a conduit à cette éruption cataclysmique, qui suppose «la formation d’un super-volcan et l’accumulation d’une quantité importante de magma dans la croûte», l'étude ici présentée «a entrepris d’étudier la structure profonde de la caldeira de Toba» au moyen d'une «technique récente d'imagerie sismique passive mise au point par des équipes françaises en 2005».

Cette méthode consiste à analyser, à la suite de l'installation d'un réseau dense de stations sismologiques («ici 40 sismomètres répartis dans la région de Toba par des chercheurs du GFZ-Potsdam»), «le bruit sismique ambiant (provoqué par la houle, le vent, les marées, l’activité humaine), plutôt que de s’intéresser aux ondes issues des séismes», car «contrairement aux séismes, le bruit sismique présente l’avantage d’être permanent».

A partir d'un enregistrement sur une longue période de temps (ici six mois), «il est possible de déterminer les caractéristiques de la zone à étudier» en extrayant «du signal enregistré les ondes de surfaces qui servent de scanner pour la croûte terrestre».

Il est alors apparu «que la vitesse de ces ondes dépendait de la direction dans laquelle elles cisaillent le milieu sur leur passage, ce qui est caractéristique d’une forte anisotropie du milieu», qui «est due à l'orientation prédominante d’intrusions magmatiques horizontales, que les volcanologues appellent 'sills'».

Ainsi, ces analyses, qui montrent l'existence de ces sills «dont certaines sont encore partiellement fondues», confirment «d'autres observations géologiques antérieures qui suggéraient que l'important volume de magma éjecté pendant l'éruption avait été lentement accumulé, pendant plusieurs millions d'années, sous forme de sills».

Une étude, dont les résultats intitulés «Observation of self-amplifying Hawking radiation in an analogue black-hole laser» ont été publiés dans la revue Nature Physics, a permis de mettre en évidence l’équivalent acoustique du rayonnement de Hawking au moyen d'un fluide d’atomes ultrafroids.

C'est en 1974 que «Stephen Hawking a montré qu’un trou noir, astre si massif et compact que même la lumière ne peut s'en échapper» émet tout de même un flux de particules, dénommé «rayonnement de Hawking».

Plus précisément, «un trou noir présente une frontière, nommée horizon des évènements», qui est un point de non-retour de sorte qu'un «objet qui le franchit en tombant vers le centre du trou noir ne peut plus s’échapper, car la vitesse requise pour se libérer du champ gravitationnel serait alors supérieure à celle de la lumière».

Comme «d'après la mécanique quantique, des paires particule-antiparticule apparaissent spontanément dans le vide et s’annihilent après un bref instant sans laisser de trace», à proximité de l’horizon, la paire peut être séparée de sorte que «l'une des particules tombe dans le trou noir tandis que l’autre s’échappe», ce qui fait que le trou noir, qui «semble émettre des particules» perd, de façon infime, de la masse.

Cette découverte théorique, qui se situe «à la frontière entre la théorie quantique des champs et la relativité générale», ne peut cependant pas faire l'objet d'observations astronomiques, car ce rayonnement est «trop faible pour être distingué du rayonnement du fond diffus cosmologique».

Néanmoins, comme il existe «de nombreuses similitudes entre les équations décrivant les trous noirs et celles qui gouvernent les ondes acoustiques dans un fluide», une approche physique alternative peut être développée: celle des «trous noirs acoustiques».

Pour le comprendre, «considérons par exemple une tuyère de fusée, un cylindre dont le diamètre diminue puis augmente à la sortie (une tuyère de Laval)». Un effet Venturi se produit dans le resserrement, c'est-à-dire que «le fluide accélère et atteint des vitesses supersoniques dans la partie évasée».

Les molécules se déplaçant plus vite que des ondes acoustiques dans le milieu, si on envoie des ondes acoustiques à contre-courant dans la partie où le fluide est supersonique, elles sont emportées par le courant et ne peuvent jamais remonter la tuyère jusqu'au bout», ce qui constitue «l'équivalent d’un horizon des événements dans le fluide».

Comme «l'analogie se retrouve jusque dans les équations qui décrivent la lumière autour d’un trou noir et les ondes acoustiques dans le fluide», il a été «supposé que les trous noirs acoustiques émettent aussi un rayonnement de Hawking, c’est-à-dire des ondes acoustiques émises près de l’horizon», sans qu'aucune expérience mise en place jusqu'ici n'ait vraiment réussi à le mettre en évidence.

Dans le cadre de l'étude ici présentée, une solution a été trouvée pour amplifier le signal et rendre le rayonnement de Hawking mesurable.

Dans un premier temps, un ensemble d’atomes de rubidium a été refroidi à quelques nanokelvins «pour former un condensat de Bose-Einstein, un fluide ayant un comportement quantique collectif». Ensuite, grâce à un laser, ce condensat est mis en mouvement pour atteindre une vitesse supersonique.

A ce moment-là, intervient le fait que le système possède en réalité deux horizons, «ce qui est aussi le cas pour certains trous noirs en rotation, dits de Kerr».

En effet, le laser crée, dans le condensat, un puits de potentiel où «les atomes y sont accélérés jusqu'à des vitesses supersoniques» et «les ondes acoustiques formées dans ce puits sont piégées entre les deux bords du puits, qui jouent le rôle d'horizons».

Réfléchies d'un bord à l'autre, ces ondes sont amplifiées, «un peu comme les photons dans un laser» et certaines parviennent «à s'échapper au niveau d'un des horizons, de façon analogue à ce qui se passe avec une paire particule-antiparticule dans un trou noir stellaire». La mesure de ces ondes amplifiées est alors réalisable.

S'il «n’est pas encore possible de vérifier que ces ondes présentent toutes les caractéristiques du rayonnement de Hawking prévues par la théorie», cette piste apparaît prometteuse, car ce type de dispositif pourrait permettre également «d’étudier des analogues acoustiques de l’intrication quantique».

Une étude, dont les résultats intitulés «Possible planet formation in the young, low-mass, multiple stellar system GG Tau A» ont été publiés dans la revue Nature, a permis de mettre en évidence la dynamique complexe au sein du système GG Tau en «combinant des observations complémentaires aux longueurs d'onde submillimétriques (ALMA et IRAM) et infrarouges (VLTI/ESO)».

Alors que, «jusqu'à très récemment, GG Tau A, située à près de 450 années-lumière de la Terre dans la constellation du Taureau, était connue comme une étoile binaire avec deux composantes Aa et Ab», des mesures infrarouges récentes «réalisées avec les instruments du VLT et du VLTI (ESO) ont révélé que GG Tau A est en fait un système stellaire triple, car GG Tau Ab est elle-même une étoile binaire.

Cependant, «l'étoile centrale Aa est suffisamment éloignée du couple Ab pour être entourée d'un disque circumstellaire, observé dès 2011 avec l'interféromètre de l'IRAM».

En outre «autour de ce système stellaire triple, «un disque de gaz et de poussières en rotation, évidé en son centre par les effets de marée gravitationnels» a également été mis en évidence.

Plus précisément, «en tournant les unes autour des autres, les trois étoiles créent en effet une zone gravitationnellement instable appelée cavité, où la matière ne peut que transiter avant de tomber sur les étoiles centrales» tandis que, plus loin, là où réside l'anneau externe de matière, «le champ gravitationnel n'est plus perturbé et la matière en rotation peut s'organiser en une structure stable».

Ces prédictions théoriques avaient été confirmée en partie par la découverte de l'existence d'une cavité centrale autour de GG Tau A, «dès les années 1990 grâce aux observations de l'interféromètre de l'IRAM».

Néanmoins, après la détection de la présence de gaz dans cette cavité dans les années 2000, sa «dynamique précise», essentielle pour comprendre les mécanismes d'accrétion donnant naissance aux planètes, «restait largement méconnue».

Dans l'étude ici présentée, grâce à «des observations du monoxyde de carbone (CO sous forme gazeuse) et de l'émission des grains de poussière autour de GG Tau A», obtenues «de manière complémentaire avec les interféromètres ALMA (Chili) et IRAM (Alpes françaises)», une partie «du voile sur la répartition de la matière et sur la dynamique à l'intérieur de la cavité» a pu être levée, «avec une précision encore jamais atteinte dans ce domaine».

Ces images, qui montrent «un filament de gaz provenant de l'anneau externe tombant vers les étoiles centrales» font apparaître que la quantité de gaz transportée est «suffisante pour alimenter le disque interne autour de GG Tau Aa».

Ces mouvements de gaz «confirment ainsi les prédictions des simulations numériques antérieures» et prouvent «que la matière provenant de l'anneau externe est capable de nourrir le disque interne autour de GG Tau Aa pendant assez longtemps pour éventuellement permettre la formation des exoplanètes».

De plus, «les deux cartes de l'émission du CO révèlent une surbrillance remarquable sur le bord externe de l'anneau autour du système stellaire triple».

Son étude détaillée, qui «montre qu'elle est deux fois plus chaude que le milieu environnant», suggère «qu'il pourrait s'agir de la signature d'une jeune exoplanète géante en cours de formation», mais l'observation du fin sillon que cette planète serait en train de creuser dans le disque externe «reste pour l'heure hors de portée des instruments».

Ainsi, pour la première fois, ont été détectés des mouvements de matière qui «démontrent que des exoplanètes peuvent se former non seulement autour d'un des membres de ce trio d'étoiles jeunes, mais aussi à très grande distance dans le disque entourant ces trois soleils».