Échauffement de la matière quantique : une prédiction physique confirmée

Jeudi l 07-03-2019

Des physiciens démontrent une loi de quantification pour l'échauffement de la matière, offrant une sonde universelle pour l'analyse de ses phases exotiques.

Secouer un système physique conduit généralement à un échauffement, dans le sens où le système absorbe continuellement de l'énergie. Lorsqu'un système est soumis à une secousse circulaire, la quantité d'énergie absorbée peut dépendre de l'orientation de cette perturbation, un phénomène bien connu sous le nom de dichroïsme circulaire. En 2017, Nathan Goldman (Faculté des Sciences, ULB), Peter Zoller (IQOQI, Innsbruck) et leurs collègues ont démontré que ce dichroïsme circulaire pouvait être quantifié, l'échauffement suivant une évolution par paliers définis par des nombres entiers. Cette quantification se produit dans des systèmes quantiques formant une « phase topologique ». Selon cette prédiction théorique, la quantification de l'énergie absorbée est directement liée à la topologie, un concept mathématique fondamental qui caractérise ces états exotiques de lamatière.

Dans un article paru dans Nature Physics, le groupe expérimental de Klaus Sengstock et Christof Weitenberg (Hambourg), en collaboration étroite avec l'équipe de Nathan Goldman, présente une première observation de dichroïsme circulaire quantifié. Suivant de près la proposition théorique de Goldman, Zoller et al., les expérimentateurs ont réalisé une phase topologique en manipulant un gaz d'atomes ultrafroids avec des lasers, et ils ont étudié les propriétés du chauffage de ce système sous l'effet d'une secousse circulaire du gaz. La mesure minutieuse des taux d'échauffement du gaz, pour un grand intervalle de fréquences, a permis aux expérimentateurs de valider la loi de quantification prédite par Goldman, Zoller et al. en 2017, en parfait accord avec la phase topologique créée dans leur laboratoire.

Outre la beauté de ce phénomène, qui relie les effets du chauffage à la topologie via une loi de quantification élégante, les résultats présentés dans cette étude suggèrent que les mesures de l'échauffement permettent de sonder, de façon efficace et universelle, les phases exotiques de la matière.

Cette étude a été réalisée dans le cadre du projet de recherche « TOPOCOLD », mené par Nathan Goldman avec le soutien d'une bourse « Starting Grant » du Conseil Européen de la Recherche (ERC).

Measuring quantized circular dichroism in ultracold topological matter
L. Asteria, D. T. Tran, T. Ozawa, M. Tarnowski, B. S. Rem, N. Fläschner, K. Sengstock, N. Goldman and C. Weitenberg - Nature Physics, 18th Feb. 2019

Melting ice sheets release tons of methane into the atmosphere

Jeudi l 10-01-2019

A new study published in Nature shows that the Greenland Ice Sheet emits tons of methane over the summer. An international team of researchers- including Dr. Sandra Arndt from the BioGeosys Research Unit (Biogéochimie et Modélisation du Système Terre - Faculté des Sciences), show that biological activity beneath the ice impacts the atmosphere far more than previously thought.

The study does not only corrobate recent findings that subglacial environments can produce and host significant quantities of methane, it goes further by demonstrating that meltwaters continuously evacuate methane from beneath the ice shield to the atmosphere. Observations show that the magnitude of this methane flux is directly linked to the efficiency of subglacial meltwater drainage and that the formation and growth of subglacial channels permits the rapid evacuation of stored methane-rich meltwater. Researchers calculated that at least six tons of methane was transported to their measuring site from this portion of the Ice Sheet alone.

Although methane gas (CH4) is only the third most important greenhouse gas in the atmosphere after water vapour and carbon dioxide (CO2), its greenhouse warming potential is about 20-28 times higher than that of CO2. A key finding of the study is thus that much of the methane produced beneath the ice likely escapes the Greenland Ice Sheet in large, fast flowing rivers before it can be oxidized to CO2, a typical fate for methane gas which normally reduces its greenhouse warming potential.

This is particularly critical as Earth's ice sheets and glaciers and in particular the Greenland Ice Sheet are currently experiencing record melting. Yet, the exact way in which hydrological and biogeochemical processes under the ice interact to control the export of methane now and, in particular, in the future still remains poorly understood. A major issue preventing future advances in this field is the capacity to model the processes which control these important dynamics of glacier systems. Unlike for instance, the oceans or the atmosphere, no models of biogeochemical processes beneath the ice currently exist. This seriously limits our ability to evaluate the present and future feedbacks of glacial methane emissions on climate.

At ULB, Sandra Arndt and Frank Pattyn (Laboratoire de Glaciologie, Faculté des Sciences) have joint forces to tackle this problem. Funded through a recently awarded ARC (Action de Recherche Concertée) project supported by the Fédération Wallonie-Bruxelles, they have started to build the very first, mechanistic, hydrological-biogeochemical model framework for subglacial environments.

Greenland melt drives continuous export of methane from the ice sheet bed

Lamarch-Gagnon, G;Wadhams, J;Sherwood, B;Arndt, Sandra ;Fietzek, P;Beaton, A;Tedstone, A;Telling, J;Bagshaw, L;Hawkings, J;Kohler, P;Zarsky, Tal;Stibal, M;Mowlem, M

Référence Nature, 10.1038/s41586-018-0800-0

Nouvelles sources industrielles et agricoles d'ammoniac révélées depuis l'espace

Vendredi l 07-12-2018

Une cartographie globale et à très haute résolution (1 km2) de l'ammoniac atmosphérique a été obtenue en combinant près de 10 ans de mesures par satellite. Plus de 200 sources importantes provenant de l'élevage intensif et de l'industrie ont été répertoriées, dont 2/3 qui n'avaient pas été détectées auparavant. L'étude suggère qu'une meilleure gestion des impacts de la pollution par l'ammoniac passe par une révision complète des émissions agricoles et industrielles, très largement sous-estimées dans les cadastres actuels.

Cette étude récemment publiée dans la revue Nature, a été réalisée par un groupe de chercheurs de l'ULB (Service de Chimie Quantique et Photophysique) en collaboration avec des chercheurs français du LATMOS/CNRS. Elle est basée sur l'exploitation des observations de l'instrument IASI (pour Interféromètre Atmosphérique de Sondage dans l'Infrarouge), qui vole à bord des trois satellites Metop, dont le dernier a été lancé avec succès le 7 novembre 2018. IASI permet de fournir aux scientifiques des données globales avec un très bon échantillonnage spatial et temporel depuis 2007. À partir de ces observations, les chercheurs sont en mesure d'étudier non seulement la météo mais aussi les impacts des activités humaines sur la qualité de l'air et l'évolution du climat.

L'ammoniac est un composé prépondérant de notre environnement : il joue un rôle majeur dans la formation des particules fines et donc sur la qualité de l'air et la santé humaine. L'excès de ce composé altère également nos écosystèmes : il affecte la qualité de l'eau et amène à une réduction de la biodiversité. Les processus qui régulent les concentrations d'ammoniac restent mal connus, particulièrement à l'échelle très locale. Les sondeurs embarqués sur les satellites d'observation de la Terre fournissent depuis une décennie un outil sans précédent pour surveiller ce composé.

En utilisant une méthodologie ultra-sensible d'exploitation des mesures IASI et des approches innovantes pour combiner les observations journalières sur 9 années, les chercheurs ont généré une carte d'ammoniac à très haute résolution (pixel d'environ 1 km²). Elle leur a permis de mettre en évidence et de catégoriser 242 sources ponctuelles, dont 83 liées à l'agriculture intensive et 158 à l'activité industrielle, principalement de production de fertilisants synthétiques. Une source ponctuelle a été attribuée à un lac en Afrique. En plus des sources nouvellement répertoriées et donc absente des inventaires actuels, les émissions provenant de sources connues sont aussi très largement sous-estimées. L'évolution des concentrations d'ammoniac sur les 9 années a également permis d'identifier les changements observés dans les activités humaines, comme l'ouverture ou la fermeture de complexes industriels ou l'agrandissement d'infrastructures d'élevage intensif.

Industrial and agricultural ammonia point sources exposed

Martin Van Damme, Lieven Clarisse, Simon Whitburn, Juliette Hadji-Lazaro, Daniel Hurtmans, Cathy Clerbaux & Pierre-François Coheur

Jeudi l 28-03-2019
Printemps des Sciences - Élémentaire!

Le Printemps des Sciences est une semaine de sciences (du 25 au 31 mars) commune à toutes les universités francophones de Belgique, durant laquelle toutes les activités sont gratuites.

Une exposition de projets étudiants...

L'Exposition des Sciences présente des projets conçus par des étudiants de l'ULB et des Hautes Écoles. Permettant la rencontre entre les visiteurs et les jeunes scientifiques, l'exposition vous propose de découvrir les multiples facettes des différentes disciplines de la science, à travers de nombreuses démonstrations et expérimentations, souvent ludiques.

Des activités expérimentales...

Le programme scolaire fait la part belle aux activités expérimentales, permettant aux élèves de tous âges de manipuler eux-mêmes et d'appréhender ainsi la démarche scientifique. Ateliers et laboratoires couvrent toutes les disciplines scientifiques.

...et bien plus encore à découvrir

Conférences, projections de documentaires scientifiques, spectacles, expositions, visites... le programme du Printemps des Sciences est très riche.

Plus d'information:
www.ulb.be/printemps

Jeudi l 07-03-2019
Un méli-mélo de parasites!

Une photographie de Daniel Monteyne et David Pérez-Morga (Laboratoire de Parasitologie Moléculaire, Faculté des Sciences & CMMI, Biopark) a gagné le concours de la meilleure image de l'année 2018organisé par Thermo Fisher Scientific. Une reconnaissance dans le milieu de la microscopie électronique!

Les trypanosomes, en bleu sur la photographie, sont des parasites responsables de la maladie du sommeil, endémique en Afrique centrale et en Afrique de l'ouest. Mesurant 15 à 20 microns, ces parasites sont représentés ici au centre d'un mince vaisseau sanguin (en vert) aux côtés de globules rouges trois fois plus petits qu'eux. Au plus fort de l'infection, on peut compter jusqu'à 1 million de trypanosomes par millilitre de sang!

David Pérez-Morga et ses collègues étudient notamment la manière dont ce parasite résiste et interagit avec les défenses immunitaires, ainsi que les molécules capables de les tuer. Les chercheurs ont notamment découvert au fil de leurs recherches que la résistance aux trypanosomes africains est liée à des maladies rénales chroniques. Ces maladies sont fréquemment observées dans les populations ouest africaines résistantes au trypanosome. Les trypanosomes ont donc impacté l'évolution humaine de cette région du globe: pas mal pour de petits parasites microscopiques!

Jeudi l 07-03-2019
Comment éviter les interférences mémoire dans les systèmes multi-coeurs

Un système embarqué est un système électronique et informatique autonome, souvent temps réel, spécialisé dans une tâche bien précise. Ses ressources sont généralement limitées. Les domaines d'application sont nombreux : astronautique (fusée, satellite), équipement médical, militaire, télécommunication et transport (automobile et aéronautique).

Aujourd'hui sur le marché de l'électronique embarquée, les puces multi-cœurs sont incontournables. Elles sont bon marché pour une puissance de calcul considérable car elles sont composées de plusieurs unités de calcul (cœurs) qui exécutent des programmes simultanément. C'est le cas dans nos téléphones, tablettes, portables, etc. Mais c'est aussi le cas dans l'informatique embarquée dans les voitures, avions, télévisions, etc.

Dans cet article de vulgarisation l'équipe de recherche de Joël Goosens (Département d'Informatique) en collaboration avec la spin-off Hipperos montre que cette puissance de calcul ne peut pas être exploitée pleinement en raison d'une autre ressource informatique : les mémoires qui constituent aujourd'hui le goulet d'étranglement. Vous pourrez constater la perte potentielle d'une grande partie de la puissance de calcul dans l'exemple présenté.

Enfin, les chercheurs ont introduit une technique, issue de la recherche en théorie de l'ordonnancement, qui propose une solution au problème décrit. Un deuxième exemple illustre cette technique intitulée « memory centric scheduling ». Ils concluent sur les nouveaux problèmes que cette technique soulève.

How to avoid interferences in memory accesses on multi-core systems

Lundi l 25-02-2019
8e édition des 10 km de l'ULB: les inscriptions sont ouvertes !

Les 10km de l'ULB auront lieu le 28 avril. La course soutient la recherche scientifique à l'ULB. En 2018, elle a rassemblé près de 3000 participants, ce qui a permis de récolter 20.000 EUR, attribués à différents projets.

> Inscriptions

Les dossards peuvent être retirés à l'avance. Les informations pratiques seront prochainement disponibles sur le site des 10km et la page page Facebook.

En marge de la course de 10km, la deuxième édition de l'ULB Kids Challenge mettra au défi les enfants de 9 à 12 ans sur un parcours à obstacles (châteaux gonflables) de 1,3 km. Les bénéfices de cette course soutiendront l'association Arc en Ciel.
> Inscriptions (pas d'inscription possible le jour même pour la course enfants)

Les 10km sont aussi une étape du Run in Brussels Challenge et du Challenge Belgium Running.

Lundi l 25-02-2019
Jean-Louis Deneubourg reçoit le titre de DHC de l'Université Paul Sabatier de Toulouse

Cette distinction couronne les travaux théoriques et expérimentaux qu'il a menés au sein de la Faculté des Sciences (Service de Chimie Physique et Biologie Théorique) et qui ont contribué de manière déterminante à notre compréhension du fonctionnement des sociétés animales. Jean-Louis Deneubourg est reconnu par la communauté internationale comme le fondateur de l'étude des processus collectifs dans ces systèmes et en particulier les sociétés d'insectes. Ses recherches ont notamment montré comment les comportements individuels et des interactions élémentaires conduisent à des cognitions collectives, dépassant de loin celles des unités. Ce champ d'investigation l'a également conduit à étudier les interactions entre des animaux et des robots et à une première démonstration expérimentale de l'intelligence collective au sein de sociétés mixtes composées de robots et d'insectes.

Ces différents travaux et résultats ont été une source d'inspiration pour d'autres disciplines telles que la robotique collective et l'informatique.

Jean-Louis Deneubourg a de nombreuses collaborations au sein de notre Alma Mater et internationales. Depuis plus de 20 ans, il est un partenaire privilégié des scientifiques du Centre de Recherche sur la Cognition Animale de Toulouse, avec lesquels il a cosigné plusieurs contributions majeures.

Le titre de docteur Honoris Causa de l'Université Paul Sabatier de Toulouse lui sera remis le mardi 25 juin 2019, lors d'une cérémonie officielle.