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RENAISSANCE EUROPÉENNE ET ISLAMIQUE
COMPRENDRE
LES ÉTOILES
LES ÉTOILES SONT DES BOULES DE GAZ DONT L’ÉNERGIE PROVIENT DE RÉACTIONS NUCLÉAIRES protubérance solaire, un filament solaire
Notre galaxie – et il existe des centaines de milliards de galaxies – contient des centaines de milliards d’étoiles, qui sont d’énormes boules de plasma (gaz chaud ionisé). Une étoile brille parce qu’elle est chaude et que l’essentiel de sa chaleur est généré par des réactions nucléaires dans le cœur (noyau) de l’étoile. Environ 6 000 étoiles sont visibles à l’œil nu la nuit dans le ciel. Hormis le Soleil, elles sont si éloignées que, malgré leur taille gigantesque, elles n’apparaissent que comme de minuscules points de lumière. LE SOLEIL EST UNE ÉTOILE Le Soleil est sans conteste l’étoile la plus proche : la lumière et les autres radiations qu’il émet mettent huit minutes pour atteindre la Terre, alors qu’il faut plus de quatre ans pour la prochaine étoile la plus proche. À l’instar des autres étoiles, le Soleil est composé surtout d’hydrogène et d’hélium, ainsi que d’autres éléments en petite quantité. Sa surface lumineuse (photosphère) est brûlante et présente des températures d’environ 5 500 °C ; son atmosphère extérieure, la couronne, est encore beaucoup plus chaude. Le Soleil est âgé d’environ cinq milliards d’années, soit environ la moitié de sa durée de vie.
CYCLES DE VIE DES ÉTOILES Les étoiles se forment à partir d’énormes masses de gaz et de poussière (nuages moléculaires). La gravité conduit la matière des régions les plus denses de ces nuages à se compacter pour former des protoétoiles. Cet effondrement gravitationnel engendre de la chaleur qui fait perdre des électrons aux atomes ; ceux-ci deviennent alors des ions, et la matière de la protoétoile devient du plasma – un mélange d’ions et d’électrons. Au centre de la protoétoile, la température élevée et la pression entraînent les noyaux des atomes d’hydrogène à fusionner pour former un noyau
zone radiative
HANS BETHE Dans les années 1930, le physicien américain Hans Bethe (1906-2005), prix Nobel de physique en 1967, étudia comment la fusion nucléaire fabriquait des éléments à l’intérieur des étoiles.
tache solaire, une région plus froide de la photosphère
d’hélium et d’autres éléments plus lourds. Cette réaction de fusion nucléaire libère de l’énergie, qui chauffe encore plus la protoétoile : une étoile est née. Lorsque l’hydrogène se fait rare, la fusion nucléaire cesse, et l’étoile s’effondre. Le destin final d’une étoile dépend de sa masse ; les plus grosses étoiles deviennent des trous noirs.
générées par des réactions dans le noyau, les forces de pression vers l’extérieur neutralisent l’attraction de la gravité
la couronne s’étend sur des millions de kilomètres dans l’espace zone convective
noyau, à une température de 15 millions de degrés
photosphère, la surface lumineuse visible du Soleil
la gravité attire le plasma vers l’intérieur
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LE DIAMÈTRE DU SOLEIL EST 109 FOIS PLUS GRAND QUE CELUI DE LA TERRE TAILLE DES ÉTOILES Les étoiles présentent des dimensions très variées. Parmi les plus grandes, les supergéantes peuvent être 1 500 fois plus grosses que le Soleil. Celui-ci a un diamètre d’environ 1,4 million de kilomètres – soit la taille moyenne d’une étoile durant la majeure partie de sa vie. Les plus petites étoiles sont les étoiles à neutrons avec un diamètre d’environ 20 km.
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NAISSANCE D’UNE ÉTOILE Le nuage moléculaire de la nébuleuse de la Carène (dont une portion est visible dans cette image prise par le télescope spatial Hubble) est une des plus grandes régions connues de naissances d’étoiles de notre galaxie, la Voie lactée.
super supergéantes géantes
MORT D’UNE ÉTOILE Lorsque les étoiles de petites ou moyennes masses approchent de leur fin de vie, elles éjectent des halos de gaz chauds, qui forment des objets nommés nébuleuses. Au centre de chaque nébuleuse se trouve un petit rémanent d’une ancienne étoile beaucoup plus volumineuse, appelée naine blanche.
Soleil
grandes naines jaunes
naine blanche étoile à neutrons
trou noir géantes rouges
Grandes étoiles Les principaux types de grandes étoiles sont les super géantes, les géantes rouges et les grandes naines jaunes. Le Soleil est une étoile naine jaune de taille moyenne.
Soleil
Petites étoiles Les petites étoiles sont les vestiges de plus grandes étoiles en fin de vie. Les étoiles les plus massives deviennent de petites étoiles à neutrons, voire des trous noirs.
À L’INTÉRIEUR DU SOLEIL Les réactions nucléaires au sein du noyau génèrent une formidable énergie, qui traverse plusieurs couches internes jusqu’à la photosphère. Les forces de pression vers l’extérieur exercées par ces radiations feraient exploser une étoile sans la force gravitationnelle agissant en opposition.
ÉTOILES À NEUTRONS ET TROUS NOIRS À la fin de la vie d’une étoile, la fusion nucléaire faiblit. L’étoile se refroidit et s’effondre sous sa propre gravité. À l’intérieur d’une étoile telle que le Soleil, une force (appelée pression de dégénérescence des électrons) résiste contre l’effondrement et l’étoile devient une naine blanche. Cependant, pour certaines étoiles plus massives, l’effondrement gravitationnel surpasse cette force et pousse les électrons et les protons à se réunir pour former des neutrons. Il en résulte une étoile à neutrons, qui évite l’effondrement grâce à une force appelée pression de dégénérescence des neutrons.
chromosphère, couche d’atmosphère située au-dessus de la photosphère
Dans une étoile très massive, même cette force est insuffisante pour empêcher l’effondrement et l’étoile continue de se désintégrer pour devenir finalement un trou noir – une région d’espace-temps si dense que même la lumière ne peut s’en échapper.
160 00 0
LE NOMBRE D’ANNÉES-LUMIÈRE QUI SÉPARENT LA TERRE DU TROU NOIR LE PLUS PROCHE
représentation bidimensionnelle d’un espacetemps à quatre dimensions puits gravitationnel
singularité profonde
TROU NOIR D’après la théorie générale de la relativité, la gravité est la courbure d’espace-temps due à la masse. Un trou noir est une région d’espacetemps avec un point central de densité infinie – une singularité gravitationnelle – qui produit un puits infiniment profond dans l’espace-temps.
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17 8 9-18 94
CHIRURGIE
L’Â G E D E S R É V O L U T I O N S
Couteau en bronze
v. 600-200 av. J.-C. Les couteaux chirurgicaux étaient utilisés dans l’Égypte ancienne. Ils ont peut-être également servi à prélever des organes avant la momification.
Vaporisateur de phénol
Années 1860 Le chirurgien britannique Joseph Lister développa un dispositif permettant de pulvériser du phénol dans le bloc opératoire. Ce produit acide avait une action antiseptique, réduisant le taux d’infection des lame blessures. raclante
bec
lame incurvée
réservoir d’eau
Équipement de stérilisation chirurgical Années 1860 Sur les champs de bataille, on utilisait la flamme d’un brûleur d’alcool portatif pour stériliser les instruments chirurgicaux posés sur un support en cuivre.
réservoir de phénol barre de soutien
Scie à os
siècle En Europe, les premières scies d’amputation pour couper les os étaient utilisées sans anesthésie. On donnait de l’alcool aux patients pour alléger la douleur. De nombreuses scies comportaient des poignées décorées, véritables nids à bactéries.
Instruments de barbier-chirurgien
XVIe
tranchant de la lame
Fin des années 1860 Le racloir et l’abaisse-langue ci-contre appartenaient à un membre de la Compagnie des barbiers-chirurgiens (une guilde créée par Henri VIII en 1540).
spatule de l’abaisse-langue
tube compte-gouttes lame dentelée
Couteau d’amputation
CHIRURGIE
siècle Avant de scier un os, les chirurgiens utilisaient le fil intérieur d’une lame incurvée pour faire une entaille arrondie dans la peau et les muscles.
XVIIIe
Flacon compte-gouttes pour chloroforme d’Esmarch v. 1890 Le chirurgien anglais James Simpson utilisa du chloroforme pour les anesthésies en guise d’alternative à l’éther en 1847. Les flacons en verre avec compte-gouttes permettaient d’administrer des doses plus précises, mais les risques de surdose persistèrent jusqu’au développement d’anesthésiques plus sûrs dans les années 1950.
DEPUIS L’ANTIQUITÉ, LA CHIRURGIE A PERMIS AUX HOMMES D’ÉTUDIER ET DE TRAITER LES MALADIES OU BLESSURES
La chirurgie, qui est le type le plus invasif de procédure médicale, est souvent une affaire de vie ou de mort. Mais des opérations qui auraient été considérées comme risquées il y a 100 ans relèvent aujourd’hui de la simple routine. La chirurgie comporte trois risques : douleur, hémorragie et infection. L’histoire de la chirurgie est en grande partie l’histoire de la manière dont la science est parvenue à limiter ces risques. Au XXe siècle, l’amélioration de l’anesthésie et de la transfusion de sang permit de survivre davantage aux opérations. La théorie microbienne et des mesures antiseptiques efficaces entraînèrent une chute des taux d’infection.
Poche de sang
Années 1950 Les propriétés anticoagulantes du citrate, découvertes au début des années 1900, permirent de stocker le sang et les produits sanguins pour les opérations chirurgicales de routine et les urgences. lame à positionner autour de la tête du bébé
étiquette avec les informations sur le groupe sanguin
Équipement chirurgical de la guerre de Sécession
lame acérée pour couper des muscles
Années 1860 Durant la guerre de Sécession, deux soldats moururent de maladie et d’infections pour un tué au combat. Les instruments chirurgicaux étaient utilisés par du personnel médical possédant une formation sommaire.
lame pour pratiquer des incisions
scie crânienne
accroche de verrouillage
Fil à suture chirurgical
siècle Depuis des millénaires, on utilisait du boyau – provenant d’ongulés (bœuf, cheval, etc.) – comme fil de suture chirurgical. Quand il était employé en interne, il était absorbé par l’organisme après la cicatrisation des tissus. XVIIIe
scalpel à lame interchangeable
Forceps d’obstétricien
v. 1820 Le médecin écossais William Smellie créa un type de forceps conçu pour aider en cas d’accouchement par le siège, quand le bébé se présente les fesses ou les pieds en premier.
vis de serrage
aiguille de suture courbée
lance rétractable
Guillotine à amygdales
Garrot de Petit
bulbe chauffé
siècle pour cautériser la surface de En 1718, le chirurgien la peau français Louis Petit développa un dispositif à vis permettant de serrer un garrot pour arrêter la circulation sanguine. XVIIIe
lame tranchante
Années 1850 L’ablation des amygdales resta une méthode courante de traitement des infections chroniques de la gorge jusqu’aux années 1950. Les progrès de l’infectiologie la condamnèrent à l’obsolescence.
bouton actionnant les lames
Cautère et crochet militaire
siècle Les cautères – qui permettaient d’interrompre les hémorragies et de sceller de la peau endommagée en la brûlant – étaient très utilisés, que ce soit pour traiter des victimes de la peste ou des soldats blessés. XVIIIe
graduations sur le flanc de la bouteille
forceps chirurgical
Instruments en acier inoxydable
siècle Les instruments chirurgicaux en acier inoxydable firent leur apparition en 1930. Il était désormais possible de produire des instruments résistants à la corrosion et faciles à stériliser. Des améliorations permirent de produire des instruments en acier inoxydable lisses et résistants aux rayures.
XXe
écarteur avec crochet à bouts arrondis
213
2011-2013
»
SI J’ÉTAIS UN PROFANE, JE DIRAIS QUE NOUS L’AVONS TROUVÉ.
»
Rolf Heuer, directeur général du Cern, annonçant la découverte du boson de Higgs, le 4 juillet 2012
Cette image montre le Rocknest, une zone de la surface martienne où Curiosity a découvert de mystérieux objets brillants et où il a réalisé ses premières expériences de diffractométrie aux rayons X.
EN MAI 2011, LA NASA ANNONÇA LES RÉSULTATS obtenus par sa sonde Gravity Probe B, conçue pour tester la théorie de la relativité générale d’Einstein publiée en 1916. Les résultats des deux tests offrirent la meilleure confirmation à ce jour de la théorie de la relativité générale d’Einstein. En juin, une équipe de géophysiciens présenta la première carte des dessous de la calotte glaciaire de l’Antarctique, produite dans le cadre d’un projet à long terme visant à analyser la géologie de l’Antarctique, à partir de données obtenues à l’aide de plusieurs instruments, dont un radar capable de pénétrer la glace. Elle révéla les caractéristiques géologiques des paysages glaciaires en fournissant des informations sur la formation de la calotte glaciaire, débutée il y a environ 30 millions d’années. En août, une équipe de scientifiques australiens et britanniques découvrit des microfossiles dans des roches vieilles de plus de 3,4 milliards
899 kg 2,9 m 2,2 m
l’antenne renvoie des données en direction de la Terre
d’années, repoussant ainsi la datation des plus anciennes formes de vie connues sur Terre de quelques millions d’années. L’année suivante, 2012, fut importante pour la science, avec l’annonce par les physiciens du Cern du résultat des expériences menées dans le grand collisionneur de hadrons (LHC, voir 2008). Le LHC vise à recréer les énergies et les conditions qui existaient durant une minuscule fraction de seconde
LE POIDS DE CURIOSITY LA LONGUEUR DE CURIOSITY LA HAUTEUR DE CURIOSITY
la caméra numérique capture des images couleur en haute résolution
après le big bang (voir pp. 344-345), au moment de la formation de l’Univers. Le 4 juillet 2012, des physiciens du Cern annoncèrent qu’ils avaient découvert des preuves convaincantes de l’existence du boson de Higgs. Cette particule, un élément fondamental du modèle standard de physique des particules (voir 1974), est associée avec le champ de Higgs. Selon une théorie développée par le physicien britannique Peter Higgs et d’autres au cours des années 1960, le champ de Higgs existe partout dans l’espace, et l’interaction avec le champ de Higgs confère une masse aux particules fondamentales, comme les quarks et les leptons. En août 2012, le rover Curiosity de la NASA se posa dans un large cratère (le cratère Gale) sur Mars
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Balade martienne Le rover Curiosity de la NASA fait la taille d’une voiture. Il embarque des instruments permettant de détecter des composés chimiques susceptibles de supporter la vie. et lança ainsi la mission martienne la plus ambitieuse à ce jour. L’atterrissage se déroula de manière autonome durant une coupure radio que les ingénieurs de la NASA baptisèrent les « sept minutes de la terreur ». Durant la dernière étape de la descente, quatre fusées furent déclenchées afin de ralentir le vaisseau et de le faire planer et le rover fut descendu sur la surface à l’aide de câbles pour éviter de soulever des poussières susceptibles d’endommager ses instruments. Peu après l’atterrissage, le rover commença à transmettre de superbes panoramas de vues de Mars en
haute résolution. Outre ses caméras, Curiosity embarque plusieurs instruments permettant de collecter des régolites et des échantillons de roche ; un laser vaporisant n’importe quel échantillon rocheux jugé intéressant et un spectroscope enregistrant le spectre lumineux émis par la vapeur pour déterminer la composition de la roche ; d’autres instruments déterminant la structure cristalline des minéraux grâce à la diffractométrie aux rayons X, et une station de surveillance environnementale. Quand arriva la fin de l’année 2012, Curiosity avait parcouru plus de 500 m et analysé des régolites provenant de plus de 30 emplacements différents. En septembre 2012, la NASA publia l’eXtreme Deep Field, l’image la plus détaillée de l’espace profond obtenue à ce jour (voir 2004). Sur
PETER HIGGS (né en 1929) Le physicien théorique Peter Higgs naquit au Royaume-Uni. Au début des années 1960, il développa un mécanisme théorique (qui fut également proposé par plusieurs autres physiciens à peu près au même moment) expliquant pourquoi les particules ont une masse. En 1964, il prédit l’existence d’une particule associée à ce mécanisme : le boson de Higgs.
s ins De rica ent r 2 é nc to 1 0 am o is r 2 es ann ans me rie ifiqu ens n tr l ato v i Fé ient tral d’u seu sc aus tion ’un et créa sé d la mpo co
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Mars, Curiosity commença en février 2013 à analyser des roches sous la surface après avoir foré un trou de 6,4 cm à la surface. La médecine régénérative connut deux avancées majeures au début de l’année 2013 : des scientifiques américains parvinrent à greffer sur un rat un rein parfaitement fonctionnel produit en laboratoire, tandis qu’une équipe en Bolivie injecta des cellules souches dans le cerveau de plusieurs rats qui venaient de subir des attaques cérébrales et réussirent à en rétablir totalement le fonctionnement. En Chine, une nouvelle souche de grippe aviaire (voir 1997), baptisée H7N9, infecta des humains pour la première fois, suscitant des craintes d’épidémie. Au même moment, l’âge de l’Univers faisait l’objet de nouveaux calculs. En mars, des données du satellite Planck de l’Agence spatiale européenne permirent aux cosmologistes d’affiner leur estimation de l’âge de l’Univers à 13,82 milliards d’années, soit environ 100 millions d’années de plus qu’ils ne le pensaient jusqu’ici.
La quête du boson de Higgs Cette image de synthèse montre les traînées produites par les collisions de particules à l’intérieur du grand collisionneur de hadrons (LHC). L’analyse de ces traînées a prouvé l’existence du boson de Higgs. t en le m oco t e i t plo pro me Dé du per 12 n 6 qui bre 0 o 6), om n 2 si ui er Pv e n t 6 j la v et (I ter l erne de ern en int int ugm sses d’a dre d’a
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