Comprendre - Agir

Voir l’invisible2

Voir - Comprendre - AgirL’observation des phénomènes : VOIR

Leur interprétation : COMPRENDRELes progrès qui en résultent : AGIR

Le besoin de découvrir de connaître, d’agir sont des motivations fondamentales de l’hommequi cherche à améliorer son environnement et ses conditions de vie.

Qu’il s’agisse d’appréhender les confins de l’univers, le plus profond de la matière ou decomprendre l’homme et son environnement, la recherche avance à très grands pas, grâce,entre autres, aux technologies électroniques, aux calculs scientifiques et aux progrès del’intelligence artificielle.

De nouvelles conditions d’observation et de détection sont ainsi désormais accessibles.

Les innovations qui en résultent ont un impact fort sur notre vie quotidienne.

Le livre « Voir l’invisible » se compose d’une centaine d’articles sur des sujets de pointechoisis pour leur importance et les progrès qu’ils engendrent.

A paraître : Septembre 2019

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Au sommaire non exaustif

L’Homme et son Histoire —————————————————————————————————-———Thermographie Infrarouge — Le cerveau caché — Visite virtuelle du berceau de l’humanité — Le visiblecaché — Le rouge et le noir — Le choc des photos, le poids des infos — Thermographie

L’Homme et son Environnement ——————————————————————————————Atmosphère, atmosphère — Particules riment avec véhicules ! — L’ozone, un Dr Jekyl et Mr Hyde —Cyclones en bulle — Observer les particules fines de l’atmosphère — Réchauffement — Le changementclimatique et si on changeait d’air ? — Croissance des plantes — Microorganisme en Méditerranée —Visite virtuelle d’un nid de termites — Les pistes d’une fourmi invasive — Les insectes galligènes —Observation des petits insectes — Les champignons mangeurs de polluants — Comment les abeillesapprennent du sol au plafond — L’onde P : un lanceur d’alerte sismique pertinent — Alerte précoce auxtsunamis — Comment l’océan sape les glaciers antarctiques — De la désalinisation — Des micro-algues

L’Homme et ses Réalisations —————————————————————————————-———Un robot qui cuisine — Comment une machine peut comprendre ce qu’elle voit — De l’intelligence artifi-cielle — Comprendre le cerveau pour mieux le copier — Un bolide de course en formule nano — Joueraux billes sur les nanoterrains — Lorsque les boites quantiques s’en mêlent — Piège à photons — Mieuxvoir les bactéries - plastique bio — Une lumière froide dans un corps chaud : les LED — Des métaux —Un puits quantique pour vous éclairer — Etude des polymères — Le comprimé pharmaceutique : bienfragile ! — La cartographie chimique : un support essentiel au développement des produits dermo-cos-métiques — Un conducteur de tramway sous surveillance — Un capteur qui a du chien — Introspection :du moteur électrique à la montre — Quand la vie ne tient qu’à un fil — Une authentification en couleur

L’Homme et la Santé ————————————————————————————————————————Au cœur du tourbillon cardiaque — Les mitochondries neuronales — La ronde des cellules osseuses —Les bonnes feuilles de lumière pour lire l’intime — Réseaux de neurones — Des tueurs silencieux —Rétine artificielle — Voir l’électricité du coeur — Le patient transparent — Des cellules souches

L’Homme et l’Univers ———————————————————————————————————————Voir la matière invisible de l’Univers — Futur site de l’installation d’une base habitée ? — Les courants deMagellan — Voir le trou noir super-massif au centre de la Galaxie — Virgo et l’onde gravitationnelle —Voir des mondes sans les voir — Astronomie magnétisme

Ouvrage en quadri sur papier 135 g - Couverture avec jacquette - Reluire dos carré cousue

Science de l’environnem

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Cyclones en bulleHamid Kallay

Université de Bordeaux

révoir l'intensité ou la force desvents des cyclones tropicaux,

typhons ou ouragans, est un objectifmajeur en météorologie : la vie decentaines de milliers de personnespeut en dépendre. Or, cette prévisionreste difficile à réaliser car elle faitintervenir de nombreux facteurs liés àla complexité de ces tourbillonsgéants et à leur interaction avec l'en-vironnement.

En laboratoire l’utilisation de bulles desavon qui simule la courbure del'atmosphère permet l’étude de lasimulation d’écoulements sur unegalette sphérique qui s’approche d’'unmodèle simple des écoulementsatmosphériques. Ainsi les figures 1 et2 montrent des tourbillons de grandetaille qui ressemblent à des cyclones.La vitesse de rotation montre une dy-namique étonnante : elle commencepar être faible au départ ou juste après

la naissance du tourbillon puisaugmente de façon importante dansle temps. Après cette phase d'intensi-fication, le tourbillon atteint sa vitessemaximale et amorce ensuite unephase de décroissance. Cette évolu-tion temporelle de la vitesse de rota-tion ressemble à celles des cyclonesqui montrent aussi des phases d’inten-sification des vents.

L'étude détaillée de la vitesse de rota-tion de ces tourbillons a permis d'entirer une loi simple qui en régit defaçon précise l'évolution En outre, letemps nécessaire pour que la vitessemaximale soit atteinte peut être égale-ment prévue à l'avance. En appliquantcette analyse à près de 170 cyclonesobservés dans l'océan Pacifique etl'océan Atlantique, il s'avère que cetteloi semble valable pour ces monstresmétéorologiques. Ainsi à partir del'évolution initiale de la vitesse d’un

cyclone sur moins d'une cinquantained'heures on est en mesure de détermi-ner la vitesse maximale qu’il va attein-dre et l’instant à laquelle elle aura lieu.

Ce résultat est étonnant. Il met enexergue un lien entre deux structuresexistant à des tailles très différentes(des centimètres pour l'un et des cen-taines de kilomètres pour l'autre).Il témoigne d'un caractère génériquede l'intensification de ces tourbillonslié notamment au fait que dans lesdeux cas l'épaisseur du milieu (le filmmince constituant la bulle ou lacouche atmosphérique où a lieu l’acti-vité météorologique dans le cas desouragans ou typhons) est beaucoupplus petite que la taille du tourbillon.

Le caractère générique de cette inten-sification permet de faire des prévi-sions de façon rapide et assez précise.Une analyse a posteriori de l'ouragan

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Gilbert de la saison 1988, l'un desplus intenses jamais observé surl'atlantique nord occasionnant descentaines de morts et plusieursmilliards de dollars de dégâts, donnedes vitesses de vents atteignant les 330 km/h. Les vitesses maximales

prévues par nos simulations avoisi-naient les 305 km/h.

D'autres exemples d'analyses effec-tuées) donnent des écarts entre la pré-vision et la vitesse maximale mesuréequi ne dépassent pas les 10%.

Ainsi ce modèle simple est un outilintéressant pour la prévision de l'in-tensité des cyclones et donc du typed’alerte à prévoir pour les populationsen danger.

Image 1.Une bulle de savon soumise à un échauffement au niveau de l’équateur et refroidie au pôle, engendre des tourbillons de quelquescentimètres de diamètreet qui évoluent dans le temps d’une façon semblable à leurs cousins atmosphériques géants,les ouragans ou typhons.

Image 2.Vue agrandie d’un tourbillon sur la bulle de savon.

Art etarchéologie

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Visite virtuelle du berceau de l’humanité

Jean Dumoncel (AMIS), Gérard Subsol (LIRMM), José Braga (AMIS), Jean-Pierre Jessel (IRIT)

a numérisation tridimensionnellepermet de représenter virtuelle-

ment des objets réels. Différentesméthodes de numérisation surfaciqueet volumique peuvent être utiliséesdans le but d’établir un système d’in-formation géographique pour les sitesde fouilles paléontologiques. Ce sys-tème peut être notamment utilisé à lafois pour pouvoir replacer les fossilestrouvés dans leur contexte géologiquemais est également utilisé pour suivrel’évolution d’un site au fur et à mesuredes fouilles réalisées. Des donnéesmulti-échelles (depuis la vision glo-bale du site de fouilles jusqu’à l’échellemicroscopique nécessaire à l’étuded’un fossile) peuvent être acquisesdans le but de proposer une visite etune analyse virtuelle du site dans unenvironnement 3D. Ces données per-

mettent également d’enregistrer lesfouilles successives afin de permettreaux chercheurs (géologues, paléon-tologues, archéologues.. .) de mieuxcomprendre le contexte géologique,mieux localiser et mieux visualiser desvestiges fossiles, en particulier les osen articulation dans leur contextesédimentaire.

Ce procédé a été appliqué au site deKromdraai en Afrique du Sud. Ce sitepaléontologique fait partie d’une zoneclassée par l’UNESCO, baptisée le« berceau de l’humanité » car ellea fourni un très grand nombre devestiges d’hominines. De nombreuxoutils de numérisation ont été utilisésafin d’acquérir l’environnement 3D dusite. Des relevés numériques de latopolographie ont été réalisé avec des

scanners dit laser ainsi que des pro-cédés photogrammétriques (Fig. 1).Ces relevés sont effectués régulière-ment afin d’archiver la structure du siteaprès chaque chantier de fouilles.

Les dimensions des sites, leur acces-sibilité, ainsi que les différentes struc-tures à analyser nécessitent desmodalités d’acquisition différentes. Parexemple, sur le site de Kromdraai,l’approche micro-tomographique a étéutilisée pour générer des images 3Dde blocs qui avaient été consolidésdans du plâtre après leur extraction. Lafouille virtuelle d’un bloc permetd’analyser l’intérieur de sa structure etde révéler alors des fossiles (Fig. 2)pour lesquels les os sont encore enarticulation.

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Fig. 1: Vue photographique (à gauche) et reconstruction photogrammétrique tridimensionnelle (à droite) de lamême zone.

Fig. 2 : Exemple de visualisation virtuelle de fossiles dans leurs contextes sédimentaires : à gauche la vue 3Davec les fossiles non encore extraits ; milieu et à droite : micro-CT du bloc après extraction et identification desfossiles.

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Sciende del’ingénieiur

Un conducteur de tramway sous surveillance

Gérald Conreur, Thierry Poulain

CNRS / LAMIH

ême si depuis plusieurs annéesla recherche s’intensifie dans le

domaine des véhicules autonomes, leconducteur constitue toujours de nosjours, et pour un moment encore, unélément incontournable de la plupartdes systèmes de transport. Dans lecontexte actuel de quête permanented’amélioration de la sécurité et deréduction des coûts, il apparaît dèslors nécessaire de pouvoir appréhen-der le comportement réel du conduc-teur en situation de conduite.

En conduite de tramway, l’étude ducomportement d’un conducteur peutse révéler délicate dans des situationsqu’il serait difficile, voire inenvisa-geable, de reproduire en exploitationréelle (freinage d’urgence, hypovigi-lance, accident, …). Pour pallier à cette

difficulté, l’utilisation d’un simulateurde conduite, représentatif du compor-tement et du ressenti d’un tramwayréel, s’avère très utile voire indispen-sable. Il devient dès lors possibled’élaborer des scénarii simulant dessituations de conduites spécifiques,dont les données caractéristiques peu-vent être enregistrées.

Côté conducteur, différentes techni-ques et outils peuvent être employésafin d’obtenir des informations perti-nentes sur son comportement enconduite. Une des techniques résidedans la captation du regard, qui sebase sur un système dédié : l’oculo-mètre. Celui-ci est constitué d’un spotinfrarouge éclairant l’œil et de deuxcaméras qui le filment. Un calculateurembarqué analyse les images et déter-

mine la direction du regard et la fer-meture des paupières. Parallèlement,un système de caméras vidéo etmicrophone surveille le conducteuren continu. De plus, toutes les actionsde celui-ci sur les équipements debord sont également capturées via un« espion » logiciel.

Ces informations « brutes » issues à lafois de la situation et du conducteurvont alors être exploitées pour appré-hender le comportement de conduitede celui-ci. Ainsi, les données oculo-métriques permettent notammentd’identifier les stratégies de prise d’in-formation du conducteur ou de déter-miner son état de vigilance (distrac-tion, endormissement). Une analysepoussée de son visage, capturé parles caméras vidéo embarquées, ouvre

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la voie à une estimation de son étatémotionnel (stress, surprise, …). L’ob-jectif final est d’évaluer de manièreobjective sa capacité à assurer sonactivité de conduite en toute sécuritépour lui-même et pour ses passagers.

L’appréhension du comportement duconducteur peut ainsi permettre d’an-

ticiper des situations potentiellementaccidentogènes et de réduire les effetsvoire d’éviter l’accident, grâce notam-ment à l’élaboration de nouveauxdispositifs de sécurité. Elle peut éga-lement contribuer à l’amélioration del’ergonomie des postes de conduite, àl’évolution des procédures de fonc-tionnement ou à des réductions de la

consommation énergétique via lamise en œuvre d’outils d’assistanceinnovants. Il s’agit là d’un enjeumajeur dans la conception des équi-pements de transports de demain,plus sûrs et moins coûteux.

A droite : Captation du regard du conducteur

Ci-dessous :Conduite en simulateur ferroviaire

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Médecine

Au cœur du tourbillon cardiaque

Damien Garcia

creatis.insa-lyon

e cœur est le moteur de la circula-tion sanguine. Chaque jour, il bat

100 000 fois pour faire circuler 7 000litres de sang et répondre aux besoinsde chaque cellule du corps. L'insuffi-sance cardiaque est une anomalieindiquant que le cœur n'assure pas ledébit sanguin nécessaire aux besoinsde l'organisme. Le cœur comprendquatre cavités, deux droites et deuxgauches. Le ventricule gauche est laplus puissante de ces cavités ; il as-sure la distribution du sang oxygénéaux organes. La fonction de pompagedu ventricule gauche se déroule enune phase de contraction, qui permetd’éjecter le sang, suivie d’une phasede relaxation, qui permet son remplis-sage. L’insuffisance cardiaque dite

diastolique caractérise un remplissage inapproprié. L’hypertension en est lacause principale.

L’échocardiographie Doppler est unetechnique d’imagerie employant lesultrasons. C’est l’examen médical deprédilection chez un patient atteintd’une anomalie cardiaque. Durant leremplissage du ventricule gauche, ilse forme un vortex (c.à.d. un tourbillon)sanguin dont les propriétés dépen-dent de la capacité du cœur à êtrerempli de sang. La vortographieDoppler, procédé basé sur l’échocar-diographie, permet de visualiser cetourbillon et d’en mesurer la taille ainsique son intensité.

Dans un cœur en bonne santé, cetourbillon occupe la majeure partie dela cavité du ventricule gauche. Iltourne dans la direction naturelle del'écoulement, ce qui facilite la redirec-tion du sang vers la sortie du cœur.Un bon tourbillon assure donc unebonne fonction de pompage du cœur.En revanche, un tourbillon anormaldénote que le remplissage du ventri-cule gauche est altéré. Les propriétésd'écoulement de ce tourbillon peuventêtre utilisées comme paramètrescliniques pour caractériser la fonctionde remplissage du cœur.

En présence d’insuffisance cardiaque,le malade peut se plaindre de fatigue,d’essoufflement ou de troubles du

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rythme cardiaque lors de ses activitéshabituelles. L’insuffisance cardiaquediastolique reste néanmoins difficile àdiagnostiquer avant l’apparition despremiers symptômes. L'imagerie destourbillons intracardiaques par vorto-

graphie Doppler pourrait conduire àun diagnostic précoce chez lespatients atteints d’hypertension. Uneprise en charge rapide de la maladiefavorise, en effet, le ralentissement del'évolution de l’insuffisance cardiaque.

Sont alors préconisés un traitementmédicamenteux bien surveillé, ainsique le respect de règles d'hygiène devie et de diététique assez simples.

Editions du Puits Fleuri

En moins d’un siècle nous sommes passés de la tractionanimale à la navette spatiale, du garde champêtre à inter-net, de la saignée au triple pontage, du fantassin au droneQu’on le veuille ou non ce foisonnement extrêmementrapide des produits technologiques influence notre viequotidienne, conditionne notre futur et celui de la planète.

Il est certain qu’il est indispensable de prendre cette évo-lution en main et plutôt que de la craindre, la mettre auservice de la société, ce qui passe obligatoirement parl’accès à l’information des avancées scientifiques.

Dans ce contexte, comme il y a 10 ans, une centaine dechercheurs du public et du privé ont travaillé de concertpour vous proposer une nouvelle version du livre « voirl’invisible ».

Ce livre informe simplement tout public curieux des der-nières innovations scientifiques et technologiques dans demultiple domaines.

9HSMIQH*djgeij+Format : 25 x 25 cm224 pages Prix public :45 €

Coordonné par Jean-Pierre Gex dans le cadre de l’Association ARMIR