Des physiciens recréent la matière primitive de l’Univers

À quoi ressemblaient les premiers instants de l’Univers ? C’est un mystère que les scientifiques tentent de percer depuis des décennies. La collaboration ALICE du CERN est spécialiste du sujet : ce détecteur (A Large Ion Collider Experiment) a été conçu pour étudier le plasma quarks-gluons, une phase de matière qui aurait existé juste après le Big Bang. Et l’équipe est récemment parvenue à recréer et à caractériser cette toute première matière hypothétique, grâce au Grand collisionneur de hadrons (LHC).

Quelles sont les propriétés de la matière aux densités et températures extrêmes des prémices de l’Univers ? Les scientifiques de la collaboration ALICE disposent enfin de quelques éléments de réponse. La matière obtenue n’a persisté qu’une fraction de seconde, mais suffisamment longtemps pour que les scientifiques puissent en étudier les caractéristiques pour la toute première fois.

Il s’avère que ce plasma est de type liquide et cette découverte pourrait permettre de mieux comprendre comment l’Univers primitif a évolué lors de la première microseconde qui a suivi le Big Bang. Pour reproduire cette matière primitive, l’équipe a initié des collisions d’ions lourds (de plomb) à haute énergie (5 TeV) au sein du LHC.

Pour rappel, les quarks sont des particules élémentaires qui s’associent pour former des protons et des neutrons (entre autres). Les quarks sont liés entre eux via une interaction forte, médiée par des particules appelées gluons. Les collisions qui se produisent dans le LHC génèrent des températures plus de 100 000 fois supérieures à celles du centre du Soleil. Dans ces conditions extrêmes, les protons et les neutrons se décomposent, libérant au passage les quarks et les gluons qui les constituent : on obtient ainsi le fameux plasma quarks-gluons.

Alice CERN
Une vue d’Alice (A Large Ion Collider Experiment) au Cern. Ce détecteur géant permet d’explorer la physique du plasma de quarks-gluons au LHC. (Source : CERN)
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Covid-19 : le système immunitaire évolue pour contrer les variants

a découverte de variants du SARS-CoV-2 plus infectieux que la souche originale suscite beaucoup d’inquiétude. Mais une nouvelle étude sur les interactions microbe-hôte suscite aujourd’hui des espoirs. En étudiant le sang de malades du Covid-19 guéris et de personnes vaccinées, les immunologistes ont découvert que certaines cellules de notre système immunitaire – celles qui se souviennent des infections passées et y réagissent – semblent s’adapter aux mutations du virus. Selon les scientifiques, le système immunitaire évolue au fil du temps de façon à acquérir la capacité de faire face aux variants.

« Schématiquement, le système immunitaire essaie de devancer le virus », explique Michel Nussenzweig, de l’université Rockefeller, qui a travaillé sur ce phénomène. L’idée, nouvelle, est que l’organisme maintient en réserve des armées de cellules productrices d’anticorps aux côtés de celles ayant répondu à l’infection initiale par le SARS-CoV-2. Avec le temps, certaines de ces cellules de réserve mutent et produisent des anticorps mieux à même de reconnaître les nouvelles versions virales. « C’est un mécanisme très élégant grâce auquel, pour faire simple, nous sommes en mesure de gérer des nouveaux problèmes comme les variants », explique Marion Pepper, de l’université de Washington. Toutefois, on ignore encore si ces cellules et les anticorps qu’elles produisent sont en nombre suffisant pour conférer une protection efficace contre des variants du SARS-CoV-2.

En avril 2020, alors que la pandémie atteignait son premier pic à New York, Michel Nussenzweig et ses collègues ont commencé à collecter le sang de malades guéris du Covid-19. Alors que les scientifiques cherchaient à savoir combien de temps le système immunitaire restait efficace, les premiers rapports, inquiétants, faisaient état de réinfections et d’un affaiblissement des anticorps. Les échantillons de sang ont été prélevés un mois après l’infection, puis six mois plus tard. Les premiers résultats se sont en fait révélés plutôt encourageants. Le sang récupéré plus tardivement présentait des niveaux plus faibles d’anticorps, ce qui est logique, car l’infection avait disparu. Par ailleurs, le taux de cellules qui fabriquent les anticorps, les lymphocytes B mémoire, était resté constant, voire avait augmenté chez certaines personnes entre les deux prélèvements. Après une infection, ces cellules restent dans les ganglions lymphatiques et conservent la capacité de reconnaître le virus. Si une personne est infectée une seconde fois, les lymphocytes B mémoire s’activent, produisent rapidement des anticorps et empêchent une seconde infection grave.

SARS-CoV-2 & cellules infevtées
Le SARS-CoV-2 émerge de cellules infectées. Quels anticorps l’arrêteront ? (Source : NIAID)
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Climat : les points de non-retour pourraient entraîner des basculements en cascade

Les experts parlent d’un « effet domino ». À mesure que notre planète se réchauffe, les différents points de basculement du système climatique se rapprochent du seuil critique. Considéré isolément, le dépassement de chacun de ces points de non-retour (fonte des calottes glaciaires, disparition des récifs coralliens, déplacement de la mousson ouest-africaine, etc.) entraînerait déjà de lourdes conséquences sur le climat mondial et les écosystèmes ; mais ces événements ont également une influence mutuelle, qui pourrait limiter ou au contraire accélérer les changements.

Selon le GIEC, un point de basculement se définit comme un changement irréversible du système climatique, à partir d’un certain seuil. Une fois ce seuil dépassé, le processus de basculement réel peut prendre plusieurs années, voire des millénaires, selon le temps de réponse du sous-système considéré. La hausse de la température globale augmente le risque qu’un ou plusieurs de ces points franchissent le seuil critique.

Mais ces sous-systèmes climatiques ne sont pas des systèmes isolés et interagissent à l’échelle mondiale. Ainsi, leurs interactions pourraient avoir « des effets stabilisateurs ou déstabilisateurs, augmentant ou diminuant la probabilité d’émergence de basculements en cascade », selon une nouvelle étude publiée dans la revue Earth System Dynamics. Les calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique occidental sont notamment des points de départ potentiels de ces effets domino.

Une équipe de chercheurs a examiné les effets des interactions physiques connues entre les calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique occidental, la circulation méridienne de retournement atlantique (AMOC) et la forêt amazonienne ; en particulier, ils ont étudié le risque d’effets domino inhérent au basculement de chacun de ces sous-systèmes individuels.

Climat points basculement
À mesure que notre planète se réchauffe, les différents points de basculement du système climatique se rapprochent du seuil critique.
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Un nouveau « supercalculateur » pour booster les prévisions météo

Nouvel équipement de Météo France à Toulouse, le supercalculateur Belenos est capable de plus de 10 millions de milliards d’opérations à la seconde.

Dans une vaste salle du « météopole » de Toulouse, « Belenos » ronronne dans une lumière bleu électrique. Capable de plus de 10 millions de milliards d’opérations à la seconde, ce nouveau supercalculateur doit faire gagner de précieuses minutes aux alertes météo… et étudier le changement climatique. Météo France espère « gagner une à deux heures » sur ses alertes de vigilance et améliorer encore leur précision, explique François Lalaurette, directeur des opérations pour la prévision de Météo France.

Les ingénieurs ont ainsi recréé avec ces nouveaux outils « l’épisode méditerranéen » meurtrier qui a ravagé les Alpes-Maritimes en octobre. Météo France avait alors donné l’alerte bien en amont, mais, en repartant des données de l’époque, le nouvel équipement estime avec beaucoup plus de précision l’intensité et la localisation des précipitations qui s’étaient abattues sur les vallées de la Roya et de la Vésubie.

Car Belenos et son jumeau Taranis, installé sur le campus de l’université, multiplient par 5,5 la puissance de calcul par rapport à leur prédécesseur. Avec une capacité totale de 21,48 « petaflops » (millions de milliards) d’opérations à la seconde, ils font gagner quelques places à la France dans le « top 10 » international des grands de la météo et du climat (dominés par les Etats-Unis et la Grande-Bretagne). Et permettent de gérer l’augmentation constante des données à traiter : plus de 40 millions d’observations individuelles par jour actuellement pour un modèle de prévisions mondial, entre 0,8 et 1,8 million pour la seule France métropolitaine. La « maille » des prévisions est également resserrée, de 2,5 à 1,3 kilomètres. En 1992, le premier supercalculateur de Météo France travaillait sur des carrés de 35 kilomètres de côté.

Salle prévision Météo France Toulouse
Dans une salle de Météo France à Toulouse le 2 juin 2021 (Source : AFP).
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