Le Petit guide scientifique de l'Univers

Des particules élémentaires au cerveau humain.


Ce petit guide scientifique reprend tout ce qu'il faut savoir pour comprendre le fonctionnement du monde.
Voici un résumé simple expliquant les concepts clés, de la physique des particules à la biologie, en passant par la chimie et l'astronomie.



Les briques de l’Univers

Les particules élémentaires

Sur base de nos connaissances actuelles, tout notre univers n’est en fait composé que d’une seule chose. Des particules élémentaires. Ces petites “briques” constituent tout ce qui existe et ne peuvent être décomposés en particules plus petites.
On parle également de qantas et la science qui étudie ces particules est la physique quantique ou physique des particules.
Les particules élémentaires se divisent en deux catégories:
- les particules élémentaires appelées fermions qui constituent la matière.
- les particules élémentaires appelées bosons qui transmettent les forces (ou interactions) entre les particules de matière.


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La matière

Les fermions

Les fermions sont les particules élémentaires de la matière. La 1ère famille rassemble les particules stables à l’origine de la matière ordinaire (la nôtre). Les 2ème et 3ème familles sont présentes dans les rayons cosmiques ou étaient présentes aux âges reculés de l’Univers (juste après le Big Bang).


Les quatre forces

Les bosons

Une force ou interaction est en fait un échange de particules élémentaires appelées bosons.
Imaginons deux personnes placées sur deux barques flottants sur un lac. S'ils se lancent un ballon à tour de rôle, les barques vont s’éloigner l’une de l’autre. Il y a donc interaction à distance entre les deux barques par échange du ballon. Le boson est donc ce ballon et le vecteur de l'interaction. Ainsi toute force ou interaction entre particules est l'échange entre ces particules de bosons (vecteurs) qui sont eux-même des particules.
Ces interactions sont au nombre de quatre.
- La force nucléaire forte (ou interaction forte): responsable de la cohésion des noyaux atomiques (via l’échange de gluons).
- La force nucléaire faible (ou interaction faible): responsable de la radioactivité et qui permet au Soleil de briller (via l’échange de particules W-,W+ et Z0).
- La force électromagnétique: responsable de l'électricité, du magnétisme, de la lumière ou encore des réactions chimiques et biologiques (via l’échange de photons).
- La gravitation: responsable de la pesanteur, de la marée ou encore des phénomènes astronomiques (il est supposé que c’est via l’échange d’un graviton mais celui-ci n’a pas encore découvert).


La base des protons et des neutrons

Les quarks

Les quarks sont des particules élémentaires de la matière. Ils sont trop petits pour être mesurés, cependant on a pu établir leur masse. Les quarks sont électriquement chargés, mais leurs charges sont des fractions. Les quarks « Up » sont chargés positivement à +2/3 et les quarks « Down » sont chargés négativement à -1/3.


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Particules subatomiques

Les neutrons

Le neutron est le premier des deux constituants du noyau de l'atome. Le neutron est une particule de charge électrique nulle. Il faut 3 quarks pour former un neutron: 1 quark « Up » (+2/3) et 2 quarks « Down » (-1/3). Les charges du neutron s’annulent donc.


Au cœur du noyau de l’atome

Les protons

Le proton est le deuxième des deux constituants du noyau de l'atome. Le proton possède une charge électrique positive de +1 (+3/3). Il faut 3 quarks pour former un proton: 2 quarks « Up » (+2/3 +2/3) et 1 quark « Down » (-1/3). La masse d'un proton est à peu près égale à celle d'un neutron Les protons et les neutrons sont appelés des nucléons. Le noyau d’un atome est constitué d’une grappe de plusieurs protons et neutrons.


Nuage électronique

Les électrons

L'électron est, tout comme un quark, un composant élémentaire de la matière (il ne peut être décomposé en parties plus petites). L’électron porte une charge électrique négative (-1). Le noyau de l’atome porte une charge identique mais positive (car neutron= nulle et proton = +1). C'est pour cela qu'ils s'attirent via la force électromagnétique (comme des aimants de charges opposées) et forment les atomes. C'est aussi pour cette raison qu'il y a autant de protons que d'électrons dans un atome.
L’électron a une masse environ 1 000 fois plus petite qu’un proton ou un neutron. Certains électrons sont libres, c'est le cas dans le courant électrique par exemple. Mais la plupart des électrons dans la nature sont prisonniers d'un atome.
Les électrons ne sont pas en orbite autour du noyau, comme des planètes, mais occupent de manière hasardeuse une zone de l'espace autour du noyau.


99,9% de vide

L'atome

Un atome est un minuscule morceau de matière. Il est composé d’un noyau (ensemble de protons et de neutrons) et autour de ce noyau, gravitent les électrons grâce à la force électromagnétique.
Les atomes sont microscopiques : le point à la fin de cette phrase est large d'une vingtaine de millions d'atomes. La taille du noyau est beaucoup plus petite que l’atome lui-même. La distance entre le noyau et les électrons est très grande. Il n'y a rien entre cela, que du vide. Un atome est ainsi constitué de plus de 99,9% de vide.
C'est pour cela qu'on dit que la matière est composée principalement de vide.
Pour se l’imaginer, si l’on agrandissait un atome pour qu’il ait la taille d’un terrain de football, le noyau aurait la taille d’une bille, les électrons seraient plus petits qu’une tête d’épingle et seraient situés à la limite du terrain.


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Échange de photons

La force électromagnétique

L'interaction électromagnétique est une force répulsive ou attractive qui agit sur les objets ayant une charge électrique. Deux objets de charges électriques de même signes se repoussent, alors que deux objets de charges électriques de signes opposés s'attirent.
En fait, cette force est un échange de photons. Le photon est une particule élémentaire (boson) et c’est cette particule qui transmet l'interaction électromagnétique.
Le photon à un masse nulle (il ne pèse presque rien, si peu que cela est négligeable) et voyage donc à la vitesse de la lumière.
Comme les atomes sont électriquement neutres (protons et électrons s’annulent), il y a peu d'effet de cette interaction à grande échelle.
Cependant, la force électromagnétique est celle que nous rencontrons le plus souvent dans la vie quotidienne. Cette force est responsable de la stabilité des atomes. Si l'électron (chargé négativement) tourne autour du noyau (chargé positivement), c'est parce qu'il est attiré par lui, C'est aussi cette force qui nous permet de ne pas nous enfoncer dans le sol ! En effet, comme tous les objets, le sol est composé d'atomes. Les atomes sont attachés ensemble grâce à l'échange ou la mise en commun d'électrons. Les atomes ne sont plus neutres au point de vue de leur charge car ils ont gagnés ou perdu un électron. C'est donc la force électromagnétique qui intervient en attirant les atomes de charges opposées (voir les liaison chimique pour plus d'explication). Comme la force électromagnétique est plus forte que la force de gravitation (qui nous attire vers le sol), les atomes de nos pieds flottent à quelques milliardièmes de mètre des atomes du sol.
C'est la même interaction fondamentale qui se cache derrière les phénomènes électriques et les phénomènes magnétiques. Si on place une boussole près d'un fil parcouru par un courant électrique, l'aiguille tourne légèrement. Cela montre qu'il y a une interaction entre électricité et magnétisme.
De plus, en partageant des électrons, des atomes peuvent former des molécules. Toute la chimie et donc la vie repose donc sur la force électromagnétique.


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Échange de gluons

La force nucléaire forte

La force nucléaire forte (ou interaction forte) permet la cohésion des noyaux atomiques en liant les protons, ainsi que les neutrons entre eux au sein de ce noyau. Si cette interaction n'existait pas, les noyaux des atomes ne pourraient pas être stables et seraient dissociés sous l'effet de la répulsion électromagnétique des protons entre eux. Les quarks qui composent les protons et les neutrons sont également maintenus ensembles par la force nucléaire forte. En fait, deux quarks s'attirent car ils échangent une particule élémentaire que l'on appelle gluon (glue signifie colle en anglais). Pour nous, cette force est inobservable car dans la vie courante, on ne peut jamais briser le noyau d'un atome. Il faut des accélérateurs de particules très puissants pour briser les noyaux et observer les effets de cette force.


Radioactivité

La force nucléaire faible

La force nucléaire faible (ou interaction faible) est une interaction permettant à des particules élémentaires de changer de type : un électron peut se transformer en neutrino, un type de quark en un autre de quark, un proton en neutron. Cette interaction est responsable de la radioactivité qui permet au Soleil de briller.


Déformation de l'espace-temps

La force de gravitation

La gravitation n'est en fait pas vraiment une force mais plutôt la manifestation d'une déformation du tissu de l'espace et du temps par un corps.
Pour expliquer cela, on peut imaginer l'espace-temps comme une grande toile plastique tendue. Chaque objet posé dessus va créer une dépression (un creux). Si on lâche une petite bille sur cette toile, elle va forcément être attirée par un creux. Si on donne de la vitesse à cette bille, elle va tourner un moment autour de cette dépression, un peu comme la bille de la roulette au casino, avant d'être freinée par l'air et les frottements de la toile.
Dans l'espace, rien ne peut freiner un objet. Ce qui explique que la Terre tourne depuis des milliards d'années autour du Soleil. La Terre est attirée par le Soleil, mais sa vitesse l'empêche de s'en approcher, ceci grâce à la force centrifuge.
La gravitation est donc une manifestation de la courbure de l'espace-temps sous l'effet de l'énergie de la matière qui s'y trouve.
À l’échelle microscopique, la gravitation est la plus faible des quatre interactions fondamentales de la physique ; elle devient dominante au fur et à mesure que l’échelle de grandeur augmente. Avec la force électromagnétique, elle est l'une des deux interactions à agir au-delà de la dimension du noyau atomique. Comme la gravitation est toujours attractive, elle domine sur les forces électromagnétiques à l’échelle macroscopique. A l’échelle microscopique, ce sont par contre les forces électromagnétiques qui l'emportent.
La gravitation a une portée infinie. Même si elle diminue rapidement avec la distance elle tend vers zéro mais n’est jamais nulle.
Cette expérience a été démontrée à l’aide du pendule de Foucault. En 1851, Léon Foucault accroche un pendule à la voûte du Panthéon de Paris. Celui-ci obéissant à la force de gravité va montrer des oscillations démontrant ainsi la rotation de la Terre. Cependant la même expérience reproduite plus tard a démontré que le mouvement du pendule n’est pas seulement influencé par la terre, mais aussi par le Soleil, par les étoiles les plus proches, etc...Plus l’objet est lointain, plus la perturbation dans l’oscillation du pendule est faible, mais elle est toujours présente. C'est seulement quand le pendule est orienté vers les amas de galaxies les plus lointains, situés à des milliards d’années-lumière, aux confins de l'univers connu, que plus aucunes dérivation ne se fait ressentir dans l’oscillation du pendule. La conclusion à tirer de ces expériences est extraordinaire : le pendule de Foucault ajuste son comportement non pas en fonction de son environnement local, mais en fonction des galaxies les plus éloignées, ou plus exactement de l'univers tout entier. En d'autres termes, ce qui se trame chez nous se décide dans l'immensité cosmique, ce qui se passe sur notre minuscule planète dépend de la totalité des structures de l'univers !
Le physicien autrichien Ernst Mach (qui a donné son nom à l'unité de mesure des vitesses supersoniques) a démontré l'omniprésence de la matière et de son influence. La masse d'un objet (la quantité qui mesure son inertie), c'est-à-dire sa résistance au mouvement, résulte de l'influence de l'univers tout entier sur cet objet. C'est ce qu'on appelle le « principe de Mach ». Lorsque vous peinez à pousser une voiture en panne, la résistance qu'elle exerce au mouvement émane de la totalité de l'univers. La gravitation rend l’ensemble de l’Univers interdépendant !


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La particule de Dieu

Le boson de Higgs

Le boson de Higgs est une particule d'interaction présente dans un champ de force appelé Champ de Higgs. Ces deux éléments ont été prédits par le physicien Peter Higgs, et le boson a été découvert par le CERN en 2012. Cette particule possède un rôle très important : elle donne une masse aux autres particules en fonction de la manière dont celles-ci interagissent avec le boson de Higgs. Les particules les plus lourdes sont en conséquence les particules avec qui elle a le plus d’interaction. Pour mieux comprendre, imaginons que tout l’Univers est rempli d’un champ de neige parfaitement identique en tout point. Le boson de Higgs est le flocon qui compose ce champ de neige.
Avec des skis, vous traversez le champ de Higgs très rapidement. C’est le cas du photon qui n’interagit pas avec le champ de Higgs, il n’a donc pas de masse et se propage à la vitesse de la lumière. Si l’on se déplace sur le champ de neige avec des raquettes, on s’enfonce légèrement dans la neige, on se déplace plus lentement qu’un skieur. C’est comme une particule qui interagit avec le champ de Higgs et acquiert une masse et va dès lors plus lentement que les particules qui se déplacent "à ski" (autrement dit, celles qui n’ont pas de masse).
Enfin, avec de simples chaussures, on s’enfonce beaucoup plus profondément dans le champ de neige donc on interagit beaucoup avec ce champ et dès lors on acquiert une masse plus importante. On se déplace en conséquence encore plus lentement que les particules en raquettes et a fortiori que celles en ski.
Le boson de Higgs est donc une particule élémentaire qui compose le champ de Higgs dont l’interaction avec les autres particules détermine leur masse.


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Quantum d’énergie

La lumière

Comme le son, la lumière est une onde. Mais à la différence du son, la lumière peut se propager dans le vide. En une seconde, la lumière parcourt environ 300 000 kilomètres, De manière plus technique, on peut dire que la lumière est une onde électromagnétique, c'est-à-dire que c'est un champ électrique associé à un autre champ magnétique qui voyagent ensemble dans l'espace. L'énergie transportée par la lumière est quantifiée. On appelle photon le quantum d'énergie (la plus petite quantité d'énergie, indivisible), qui est aussi une particule élémentaire.
Plus de 1 000 milliards de photons de lumière frappent la pointe d’une aiguille chaque seconde.


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Vitesse identique pour tous

La vitesse de la lumière

La vitesse de la lumière est la vitesse maximale possible dans le vide (299 792 458 m/s) .Il s’agit d’une constantes fondamentales de la physique (théorie testée et validé à maintes reprises).
Cela signifie qu'une lumière se propage à la même vitesse pour un observateur immobile (par rapport à sa source) que pour un observateur en mouvement. Plus un objet se rapproche de la vitesse de la lumière, plus sa taille nous semble écrasée dans la direction du mouvement et plus le temps semble passer moins vite pour lui. C'est le postulat de base de la relativité restreinte.


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Dépasser la vitesse de la lumière ?

Vitesse supraluminique

La théorie de la relativité d'Einstein suppose qu'aucun objet ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide. Cependant, il est possible pour un objet ou une particule de dépasser la vitesse de la lumière dans un milieu autre que le vide. Dans ce cas, la particule produit une lumière bleue intense lors de son déplacement à la vitesse de la lumière, puis constitue la pointe d'un "cône" de lumière bleue lorsque cette vitesse est dépassée : c'est ce qu'on appelle l'effet Cherenkov. C'est cet effet qui produit la couleur bleue caractéristique des piscines de refroidissement des centrales nucléaires.


Relativité du temps

Le temps

La théorie de la relativité restreinte d'Einstein est centrée sur le principe de relativité qui concerne l'observation et la mesure des phénomènes en fonction du référentiel depuis lequel l'observateur (ou l'appareil de mesure) effectue les mesures de l'expérience.
Cette théorie élimine toute possibilité d'existence d'un temps et de durées absolus dans l'ensemble de l'univers. L’exemple le plus parlant est le célèbre paradoxe des jumeaux.
Des jumeaux sont nés sur Terre. L'un fait un voyage aller-retour dans l'espace dans un vaisseau se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. D'après le phénomène de dilatation des durées de la relativité restreinte, pour celui qui est resté sur Terre la durée du voyage est plus grande que pour celui qui est parti dans l'espace. Pour chaque jumeau, le temps s'écoule normalement à sa propre horloge, et aucune expérience locale ne permet au jumeau voyageur de déterminer qu'il est en mouvement pendant l'aller ou le retour. Mais quand ce dernier rejoint le jumeau terrestre, il s'aperçoit qu'il a mesuré au total moins de secondes et il rentre donc plus jeune que son jumeau sur Terre. Ce paradoxe démontre que le temps et l’espace sont liés et que le temps est relatif. En effet, le jumeau (immobile) resté sur Terre et le jumeau (en mouvement) voyageant dans le vaisseau “reçoivent” tous les deux la lumière de la même manière selon la formule suivante :
300 000 km/s (Vitesse de la lumière) = 300 000 km (Distance parcourue par celle-ci) divisé par 1 seconde (Temps).
Cependant la distance parcourue par la lumière à bord du vaisseau est en fait de 600 000 km => 300 000 km:distance parcourue par la lumière dans le vaisseau + 300 000 km: distance parcourue par le vaisseau. La distance parcourue par la lumière est plus longue mais la vitesse de la lumière est restée la même. C’est donc le temps qui a varié. Cela veut dire que pour le jumeau voyageur, une seconde de temps vaut en fait deux secondes par rapport au jumeau resté sur Terre. Le temps s’écoule plus lentement à bord du vaisseau.


La nature profonde de la matière

La dualité onde-corpuscule

La théorie quantique a formalisé cette surprenante dualité. Les photons (ainsi que d'autres particules élémentaires) possèdent à la fois les propriétés de particules (on peut les compter par exemple) et celles d'ondes (elles peuvent interférer). La lumière est donc une onde, mais aussi un flot de photons, petites particules pouvant être chacune considérée comme un « morceau » de lumière.
Attention ! La nature de la lumière (onde ou photons) dépend seulement de la façon dont on l'étudie : c'est-à-dire que dans certaines expériences, la lumière se comporte comme une onde, et dans d'autres, comme un rayonnement de photons.
Il est facile de vérifier cette dualité onde-particule en analysant l’expérience de la double fente de Thomas Young. Prenons une première plaque percée de deux fentes et une deuxième plaque placée à l’arrière. Si nous lançons un seul photon à la fois, on s’attend à observer éventuellement un impact sur la plaque du fond. Ce qui voudrait dire que le photon est passé à travers l’une des deux fentes et s’est écrasé sur la deuxième plaque en laissant un impact. Hors, ce que l’on observe, ce n’est pas un impact mais plusieurs répartis selon ce que l’on appelle des franges d’interférences. Le comportement du photon est déconcertant car cela veut dire qu’il est passé à travers les deux fentes en même temps tout comme l’aurait fait une onde. On parle de superposition quantique.
Mais ce qui est absolument incroyable est que si nous réalisons la même expérience, mais cette fois en plaçant un détecteur pour “observer” le photon avant qu’il ne passe par la première plaque, alors on observe un seul impact sur la plaque du fond. Ce qui veut dire que le photon s’est comporté, de manière attendue, comme une balle de tennis qui serait passée par une seule fenêtre à la fois. Cela nous montre que “l’observateur” en personne interagit avec l’observé (le photon) en détruisant la superposition quantique.
Le photon, lorsque nous tentons de l’observer, change de comportement en passant d’une nature ondulatoire à une nature particulaire. L’interaction avec l’observateur (quand il effectue la mesure en plaçant des détecteurs contre chacune des deux fentes) modifie la nature du photon. À cet instant précis, cette entitée quantique qui voyageait comme une onde (c’est-à-dire comme de l’énergie pure) solidifie soudainement son énergie en matière particulaire. Le fait d’observer modifie la nature de la particule et donc de la réalité.


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Liées à travers l’espace et le temps

Intrication quantique

Le principe d'intrication quantique est la faculté qu'ont deux particules à répercuter instantanément une modification faite à la première sur la deuxième, quelle que soit la distance qui les sépare, à partir du moment où elles ont été intriquées. Cela veut dire que si on intrigue deux particules (en les chauffant par exemple), et qu’on place ces deux particules aux extrémités de l’univers. Un action (comme le changement de spin) sur la particule P1 se reflète instantanément sur la particule P2. Et pourtant aucune information ne peut être transmise entre les deux particules, car cela impliquerait que l’information devraient voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Ainsi, deux particules intriqués P1 et P2 forment un système lié, et présentent des états quantiques dépendant l'un de l'autre quelle que soit la distance qui les séparent. Il faut considérer {P1+P2} comme un système unique cohérent non local. En effet comme le temps et l’espace sont liés, deux particules intriquées ne forment plus qu'un seul système solidaire dans l'espace… mais aussi dans le temps !


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Groupement d'atomes

Les molécules

Les atomes s'associent pour former les molécules qui constituent la matière. Cette association d'atomes formant les molécules se fait grâce à des liaisons chimiques. Plusieurs molécules côte à côte vont donner la matière, et selon qu'elles sont proches ou éloignées, ce sera un solide, un liquide ou un gaz.
Il n’existe en fait que 118 atomes différents et constituent tout ce qui nous entoure. Les différents atomes sont classifiés selon le nombre de protons et de neutrons dans le noyau et sont répertoriés dans le tableau périodique des éléments de Mendeleïev. Ce tableau indique pour chaque atome, le nombre de protons qu’il contient (qui est identique au nombre d’électrons), la masse de l’atome, le nombre de neutrons (donné par la masse arrondie - nombre de protons), le nombre de liaisons possibles, etc...
Plusieurs atomes peuvent se coller entre eux pour former une molécule. La "colle" provient de la mise en commun de certains électrons entre tous les atomes. Les réactions chimiques s'expliquent par des échanges d'électrons entre atomes.


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La chimie

Les liaisons chimiques

L’électron est fondamental en chimie, car il participe à presque tous les types de réactions chimiques et constitue un élément primordial des liaisons présentes dans les molécules. Les électrons se trouvent autour du noyau de l'atome et ils respectent un positionnement par couche. Ces couches électroniques sont au nombre maximum de 7 et sont représentées par des lettres (K, L, M, N, O, P et Q). Les couches électroniques n'ont pas la même capacité. Plus la couche est éloigné du noyau, plus elle est grande et plus elle peut contenir d’électrons. Les électrons commencent d'abord par remplir les couches intérieures de l'atome. C'est-à-dire que la couche L ne se remplira que lorsque la couche K contiendra déjà des électrons. Le nombre d'électrons par couche électronique d'un atome est également indiqué dans le tableau périodique. La dernière couche contenant des élections est appelée couche de valence et contient les électrons de valence. Le nombre d’électrons dans cette dernière couche donne la valence de l’atome. Un atome peut former plusieurs liaisons avec d'autres atomes. Ce nombre de liaisons est donné par la valence de l'atome en question.
Pour donner un sens plus concret à cette notion de valence, il faut s’imaginer que les atomes ont des bras. Par exemple, l'atome d'oxygène possède deux bras et est donc capable de former deux liaisons. Ces bras sont en fait les électrons qui peuvent être échangés ou partagés. En simplifiant extrêmement, on peut dire qu'il donne la main à deux autres atomes en même temps (et pas plus, il n'a que deux bras!). Pour comprendre pourquoi une liaison se forme entre deux atomes, il faut savoir que le but de tout atome est d'atteindre la stabilité. Dans le tableau de Mendeleïev, la dernière colonne reprend les gaz rares. Les gaz rares ont une valence égale à zéro, c'est-à-dire qu'ils ne réagissent pas : ils sont stables (ils n'ont pas d'électrons à échanger). Tous les autres atomes veulent être stables comme les gaz rares, c'est-à-dire qu'ils veulent obtenir la même structure électronique que ceux-ci.
Prenons un exemple pour mieux comprendre : l'atome de fluor veut acquérir la même structure que le néon, le gaz rare le plus proche afin d'être stable. Les couches K de ces deux atomes sont identiques. Par contre, les couches L sont différentes : le fluor possède 7 électrons sur cette couche, le néon en possède 8. Pour ressembler au néon, le fluor va donc tenter de recevoir un électron supplémentaire. Comment ? En formant des liaisons chimiques avec d'autres atomes. Voilà l'origine de la formation des liaisons ! Chaque atome donne ou reçoit des électrons afin de ressembler au gaz rare le plus proche. Pour satisfaire à cette condition, ils tendent à posséder 2 ou plus généralement 8 électrons (règle de l’octet) dans leur couche de valence.
Il existe deux type de liaisons: la liaison covalente et la liaison ionique.

La liaison covalente se forme lorsque des électrons sont mis en commun entre deux atomes. Prenons l'atome d'oxygène comme exemple. Il possède 6 électrons dans sa couche de valence et aimerait en posséder 8 pour respecter la règle de l'octet. Cela peut être le cas en rencontrant par exemple un autre atome d'oxygène.
En effet, chaque atome d'oxygène met en commun deux de ses électrons. De cette façon, chaque atome d'oxygène possède 8 électrons sur sa couche de valence et la règle de l'octet est respectée. Comme ils se complètent mutuellement, ils sont "attachés" l'un à l’autre et forment une liaison chimique (ici covalente). Il s’est en fait formé une double liaison : les deux liaisons covalentes relient les mêmes atomes. La liaison entre deux atomes peut être simple, double ou triple.

La liaison ionique se forme lorsqu'il y a échange d'électrons et formation d'ions. Cette liaison est présente par exemple dans le sel de cuisine : d'un côté, nous avons un atome de sodium (Na) qui possède un électron sur sa couche de valence ; de l'autre, c'est un atome de chlore (Cl) qui possède 7 électrons sur sa couche de valence. Le chlore aimerait donc recevoir un électron pour respecter la règle de l'octet. Le sodium, lui, aimerait donner un électron afin de vider la couche M (sa couche L devient alors sa couche de valence et comme elle contient déjà 8 électrons, la règle de l'octet est respectée). Nous avons donc deux ions qui se forment : Na+ et Cl-. Les ions sont des atomes ayant gagné ou perdu au moins un électron. Ces deux ions sont de charge opposée (Na+ est de charge positive et Cl- de charge négative) et ils s'attirent donc. C'est cette attraction que l'on appelle liaison ionique. Remarquons aussi que la liaison ionique n'est pas une liaison au sens premier du terme, mais plutôt une interaction, contrairement à la liaison covalente. Dans la liaison ionique, les deux atomes restent ensemble car ils s'attirent mutuellement, par attraction électrostatique.
Pour récapituler, prenons une molécule d'eau (H-O-H ou H2O). Elle est constituée de trois atomes : deux atomes d'hydrogène et un d'oxygène. Ces atomes sont assemblés grâce à deux liaisons chimiques. L'oxygène a une valence II, c'est-à-dire qu'il possède deux bras. L'hydrogène a quant à lui une valence I, il ne possède qu'un bras. Dans une molécule, il faut que tous les bras soient occupés. Ici, la seule façon de remplir cette condition est de mettre l'atome d'oxygène entre les deux atomes d'hydrogène.


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Création de l’Univers

Le Big Bang

Tout ce qui existe dans l'Univers aujourd'hui était contenu dans une minuscule boule d'énergie. Pour des raisons que nous ne connaîtrons peut-être jamais, cette boule explosa et passa de la taille d'un atome, à celle d'une galaxie en un temps record. En une fraction de seconde, le Big Bang créa toute l'énergie contenue aujourd'hui dans l'Univers. Cette énergie alimente tout; des étoiles aux êtres vivants. L'Univers est en expansion. Il a donc bien fallu qu'à un moment donné, tout ce qui le compose soit rapproché dans un état infiniment dense et infiniment chaud. Cette période de l'Univers est nommée "ère de Planck", en hommage au physicien allemand Max Planck. A ces niveaux d'énergie, les lois connues de la physique sont incapables de décrire l'Univers. Si bien que l'on ne sait rien de ce qui précède ce "mur de Planck". Mais il y a 13,8 milliards d'années, l'Univers émerga de cet état et commença à se dilater et à se refroidir.


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Expansion de l'Univers

L'énergie sombre

Il y a 8 milliards d'années, quelque chose changea dans l'Univers. L'expansion cosmique cessa de ralentir sous l'effet des forces de gravitation. L'expansion se mis à accélérer. Une force énigmatique était à l'œuvre. C’est l'énergie sombre (ou énergie noire) ! Aujourd’hui encore, elle continue d'accélérer l'expansion de notre Univers. Selon la relativité générale, l'énergie est de la masse, donc elle gravite. La gravitation est attractive, elle devrait donc freiner l'expansion de l’univers. Néanmoins, l'observation indique que l'expansion s'accélère au cours du temps, ce qui semble contradictoire. Ce phénomène serait dû à une force étrange : l’énergie noire présentant la particularité d'avoir une pression négative.


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Attraction gravitationnelle

La matière noire

La matière noire (dark matter en anglais) est une mystérieuse composante matérielle probablement constituée de particules élémentaires mais en aucun cas de matière normale, c'est-à-dire de protons, neutrons et électrons, et que l'on suppose répartie dans tout l'univers observable. Sans charge électrique et n'interagissant que très faiblement avec la matière normale, elle se signale par son attraction gravitationnelle.
On lui donne plus généralement en français le nom de matière noire ou encore de masse manquante. Il ne faut surtout pas la confondre à l'antimatière dont on sait que la curieuse absence au niveau cosmologique, alors qu'elle devrait être aussi abondante que les particules de matière normale, constitue une énigme toujours irrésolue.
La matière noire semble représenter une masse environ six fois supérieure à celle de la matière visible.


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Usines de fabrication des éléments lourds

Les étoiles

Peu de temps après le Big Bang, les températures de l'Univers descendirent en dessous de 3 000 degrés. Ce qui permit aux électrons de s'assembler aux noyaux atomiques. Jusqu'à ce moment, les photons étaient continuellement absorbés et dispersés par le brouillard d'électrons libres. Donc la lumière ne pouvait pas voyager très loin. Lorsque les noyaux absorbèrent les électrons, la lumière fut soudain libérée. C'est la même lumière que nous voyons aujourd'hui. Elle est étirée par l'expansion de l'Univers et appelé rayonnement du fond diffus cosmologique. L'atome d'hydrogène fut créé et constitua ainsi la première brique de l'univers.
A partir de là, avec la chaleur et la pression, toute sorte d'atomes sont apparus. Les premiers atomes fusèrent dans l'univers primordial, mais ne se propagaient pas de façon uniforme. Ils s'accumulaient dans de petites poches. C'est là que la gravité (le grand sculpteur de l'Univers) allait exercer sa magie ! Les nuages de gaz se contractèrent sous l'effet de la gravité. La pression et la chaleur augmenta considérablement. La température atteignit dix millions de degrés. Les atomes d'hydrogène se percutèrent violemment et créèrent un nouvel élément: l'hélium. Cette fusion dégaga une énergie colossale. C'est ainsi que naquirent les premières étoiles. Que la lumière soit ! La formation des étoiles révèle une règle immuable. La rencontre de la matière et de l'énergie donne toujours naissance à des éléments plus complexes. Les premières étoiles étaient énormes, peut-être 1 000 fois plus massives que notre soleil. Elle furent vitales dans l'histoire de l'Univers. En effet, elles réchauffèrent et ionisèrent le gaz d’hydrogène autour d'elle. Au cœur de ces étoiles, de nouveaux éléments furent créés, avant d'être libérés dans l'Univers et recyclés en nouvelles étoiles. Puis finalement en planètes. Les premières étoiles explosèrent ensuite en supernova.
Les étoiles comme notre soleil, ne sont pas que des sources de lumières. Ce sont des usines. En leur cœur, l'hydrogène devient de l'hélium, qui devient à son tour du lithium. Quand les étoiles explosent en supernova, elles créent des éléments lourds qu'elles ne pouvaient pas fabriquer en leur cœur: l'or l'uranium, le cuivre etc...C'est ainsi que vont se former 25 des éléments les plus répandus dans l'Univers (dont le carbone l'oxygène et l’azote nécessaires à la vie). Les étoiles explosent et renaissent. Chaque génération produit des éléments plus lourds que la précédente.


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Monstres gravitationnels

Les trous noirs

Les trous noirs sont un exemple bien connu des effets de la gravité. Ces objets présents dans l'espace sont très massifs : certains peuvent avoir une masse qui est un million voire un milliard de fois plus grande que celle du soleil. Ils attirent tout ce qui se trouve près d'eux grâce à la gravitation. Les trous noirs avec leur masse inimaginable crèvent littéralement le tissus de l'espace-temps. Si une étoile ou une planète s'approche trop près d'un trou noir, elle est capturée et ne peut plus ressortir du trou noir. On dit qu'ils sont noirs car même la lumière n'arrive pas à s'en échapper si elle s'approche trop près de ces monstres cosmiques.
Le trou noir n’est pas un trou, du moins, pas tout à fait. Possédant une masse concentrée en un point que l’on appelle singularité gravitationnelle, cette masse définit une sphère appelée horizon du trou noir. Cette sphère représente en quelque sorte l’extension spatiale du trou noir. Il serait donc plus juste de penser à une boule noire si on veut visualiser sa forme physique réelle dans l’espace. Par contre, sa masse est tellement compact, que l'intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper.
Puisque le trou noir n'émet aucune lumière, il est difficile de le voir. Par contre, on peut observer ses effets... D’une part on peut observer des étoiles graviter autour du trou noir, et même déterminer sa masse. Aussi, la matière happée par un trou noir est chauffée avant d’être engloutie, émettant ainsi une quantité importante de rayons X. Plusieurs techniques d’observation indirecte permettent de détecter et d’étudier ces phénomènes.
Il existe plusieurs sortes de trous noirs. Un trou noir stellaire, par exemple, est un grand trou noir formé à la suite de l’effondrement gravitationnel d’une étoile massive. Sa masse équivaudrait ainsi à quelques masses solaires.
Le trou noir supermassif (ou trou noir galactique) possède, pour sa part, une masse bien plus importante encore, pouvant atteindre plusieurs milliards de fois celle du Soleil. Les chercheurs croient d'ailleurs que la plupart des galaxies ont en leur centre un trou noir supermassif pouvant faire jusqu'à 40 milliards de fois la masse du Soleil.
Il existerait également des trous noirs intermédiaires avec une masse de quelques milliers de masses solaires. Quant aux trous noirs qui auraient été formés au début de l’histoire de l’Univers, peu après le Big Bang, on les nomment trous noirs primordiaux.
Aucun astronome ne sait ce qui se trouve réellement en son centre, ou sa fameuse ''singularité''. Pourquoi ce nom? Dans cette région, le champ gravitationnel et les distorsions de l’espace-temps (ou courbure de l’espace-temps) deviendraient infinis, un concept qui défie un peu toutes les règles, d’où ce nom de singularité gravitationnelle.


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Spirales autour de trous noirs

Les galaxies

Lorsque les premières étoiles explosèrent, elles laissaient derrière elles des trous noirs qui grandissaient en fusionnant. Autour de ces trous noirs se regroupait toujours plus de gaz, et un système d'étoiles se forma. Ce furent les premières galaxies, d'à peine quelques centaines d'années-lumières de diamètre, mais très denses. Ces proto-galaxies fusionnèrent les unes avec les autres. Elles devinrent les galaxies plus grandes que nous connaissons aujourd'hui.


Corps célestes

Les planètes

Une planète est un corps céleste qui gravite autour d'une étoile. Les planètes n'émettent pas par elles-mêmes de la lumière, seuls le Soleil et les étoiles en émettent. On peut voir dans le ciel celles du système solaire parce que, comme la Lune, elles réfléchissent les rayons du Soleil.
Il existe deux type de planètes:
- les planètes telluriques qui ont une surface de roche ou solide comme celle de la Terre, Mars, Mercure,Vénus.
- les planètes gazeuses: qui n'ont pas de surface solide, il y en a quatre dans le Système solaire : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
Petit à petit, nous commençons à détecter des planètes en dehors du systèmes solaire. On les appelles exo-planètes.Certaines sont dans une “zone habitable”, c’est à dire dans la région autour d'une étoile où la pression atmosphérique des planètes est suffisante pour maintenir l'eau à l'état liquide sur sa surface.


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La biochimie

Les acides animés

Les différents atomes, au nombre de 118 (voir tableau de Mendeleïev) sont les constituants de base de toute matière, vivante ou non, mais la vie n’utilise qu’une trentaine d’entre eux, principalement le carbone, l’hydrogène, l’oxygène, l’azote ; en moindres proportions le soufre, le phosphore, le chlore et quelques métaux (sodium, potassium, magnésium, calcium).
Les acides aminés sont des molécules et sont essentiels au bon fonctionnement de nos organes. Les acide animés sont composés d'un atome de carbone central, sur lequel s'articulent le groupe carboxyl (-COOH), le groupe aminé (-NH2), un atome d'hydrogène (-H) et un groupement latéral (noté -R). C'est la nature de ce groupement latéral (on dit aussi chaîne latérale) qui différencie les acides aminés entre eux. Ces acides animés sont soudés bout à bout dans un ordre spécifique formant une macromolécule, la protéine. L'ordre d'enchaînement des acides aminés est codé par le code génétique.


Molécules biologiques

Les protéines

Les principaux constituants de la matière vivante sont les protéines formés d’acides aminés (eux-même des molécules). Les protéines sont des molécules biologiques dont les activités peuvent être très variées. Elles constituent la source de nos tissus, de nos muscles, de nos tendons, etc...


La biologie

Les cellules

La cellule est l'unité d'organisation structurale des systèmes vivants, c'est-à-dire qu'elle est le plus petit système compatible avec la Vie qui implique une régulation et une coordination des activités.
Tous les organismes, quelle que soit leur forme, sont constitués de cellules. Les organismes les plus simples ne sont faits que d'une seule cellule, c'est pourquoi on les appelle «êtres unicellulaires». Par exemple, toutes les bactéries sont des êtres unicellulaires. Les plantes, les animaux et les hommes, par contre, se composent de beaucoup de cellules, d'où le terme d'«êtres pluricellulaires». Notre corps, par exemple, contient environ 100 billions de cellules (100'000'000'000'000 de cellules!).
Toutes les cellules de notre corps sont construites sur le même modèle. Elles sont entourées d'une enveloppe (la membrane cellulaire) et possèdent à l'intérieur (cytoplasme), de nombreuses composantes (organites cellulaires) dont un noyau cellulaire dans lequel se trouvent les gènes.
Seules les cellules sanguines n'ont pas de noyau. Les cellules des animaux sont faites à peu près de la même façon que celles des hommes. Les cellules végétales ont une enveloppe (une paroi cellulaire renforce la membrane cellulaire) plus épaisse que les cellules humaines. A l'inverse des cellules humaines, animales et végétales, les bactéries n'ont pas de noyau cellulaire. Les cellules sont très petites. Un point de 2 mm sur le doigt couvre environ mille cellules de peau. Tous les constituants d'une cellule ont une fonction définie:
- Réticulum endoplasmique: système de transport de substances de la cellule.
- Lysosomes: poubelles de la cellule dans lesquelles des substances sont éliminées.
- Mitochondries: piles de la cellule servant à produire de l'énergie.
- Noyau cellulaire: endroit où se trouvent les gènes.

Même si toutes les cellules de notre corps sont construites sur le même modèle, nous ne sommes pas un simple amas de 100 billions de cellules semblables. Parmi ces 100 billions de cellules, on distingue environ 250 types de cellules différentes. Nous possédons des cellules nerveuses, musculaires, osseuses, sanguines et bien d'autres encore. Les cellules sont parfaitement organisées entre elles et chacune remplit une fonction bien déterminée dans le corps. Les cellules musculaires, par exemple, permettent de bouger et c'est grâce aux cellules nerveuses que l’on ressens la chaleur, le froid ou la douleur. Et comme les cellules remplissent des devoirs différents, elles ont des formes variées.


Comme des poupées russes

Le vivant

Les atomes s'assemblent en molécules via les liaisons chimiques. Certaines molécules complexes sont appelées acides animés. Celles-ci peuvent s'assembler pour former des protéines.
Les cellules sont donc composées de molécules qui sont des éléments "non-vivant": les protéines, les lipides (graisses), l'ADN et des petites molécules comme l'eau (H2O).
Ces molécules combinées forment pourtant des éléments "vivants": les cellules. Ces cellules peuvent prendre plusieurs formes: globule rouge, spermatozoïde, ovule, neurones,etc...
Un ensemble de cellules de même type qui, agencées de manière particulière, remplissent une fonction spécialisée est appelé "tissu".
Les cellules s’organisent en tissus, qui s’assemblent pour former un organe.


En petit ce que l'univers est en grand

Le cerveau

Le cerveau est le plus formidable des organes et pourtant il n'est constitués que de cellules, composées de molécules, elles même composées d'atomes.
Le cerveau est le centre de régulation du corps entier.
Le cerveau est isolé du reste du corps par une enveloppe qu’on appelle barrière hémo-méningée. Elle est très sélective, et ne laisse pas n’importe quelle substance accéder au cerveau. Le cerveau est surtout constitué de cent milliards de cellules nerveuses qu’on appelle neurones. Les neurones sont parcourus à chaque instant de décharges électriques, qui sont les moyens qu’ont trouvé de nombreux êtres vivants pour acheminer une information.
Un neurone est conçu de telle manière qu’il peut détecter de petits courants électriques et les transmettre à d’autres cellules. C’est ce flux qui détermine le processus de pensée.
Comme d’autres cellules du corps, un neurone possède une membrane et un noyau. Mais à la différence des autres cellules, il est prolongé par de longs filaments appelés dendrites et axones : en général, plusieurs dendrites et un seul axone. Le signal est reçu au niveau des dendrites, il est envoyé à la cellule, et il déclenche (ou pas) un signal-relais qui voyage le long de l’axone jusqu’aux dendrites des autres neurones.
La longueur d’un axone est variable, mais elle peut dépasser un mètre. Par exemple, nous avons au niveau du pied des cellules nerveuses destinées à transmettre une information au centre de l’équilibre dans le cerveau. Ces cellules nerveuses sont prolongées de très longs axones. L’information acheminée au cerveau doit être aussi rapide que possible pour nous éviter la chute en marchant.
Mais comment les neurones peuvent-ils transmettre une information ?
Au bout des axones, il y a de petites protubérances appelées terminaux synaptiques. Ces terminaux sont reliés aux dendrites d’autres neurones. En réalité, les terminaux synaptiques ne sont pas directement au contact des dendrites.
Entre eux s'étend un espace infime que l'on appelle synapse. La synapse est l’endroit précis où le signal passe d’une cellule à l’autre.
Pour acheminer ce signal à travers l’espace étroit de la synapse, le terminal synaptique d’un neurone va le plus souvent utiliser une substance qu'il stockait jusqu'alors dans de petites vésicules, et la libérer dans l’espace qui le sépare des dendrites du neurone voisin. Cette substance s'appelle un neurotransmetteur. Le neurotransmetteur n’est rien d’autre qu’un messager chimique. Il attend dans ses vésicules qu’une impulsion électrique, après avoir parcouru l’axone, le propulse de l’autre côté de l’espace synaptique.
Il traverse alors la petite distance qui le sépare de la paroi d’une dendrite. Là, il est capté par des logements spéciaux ménagés sur la surface du dendrite, qu’on appelle récepteurs.
L’arrivée du neurotransmetteur dans les récepteurs déclenche une série de réactions biochimiques qui donne naissance à un signal électrique. Ainsi se propagent les signaux qui permettent la vie.
Le cerveau est le principal organe du système nerveux. Il contrôle une grande partie du système corporel. Chaque région du cerveau est spécialisée dans le traitement d’un certain type d’information. Le cortex visuel primaire, situé dans le lobe occipital, gère par exemple la vue. Le cortex moteur primaire contrôle les mouvements et le cortex somatosensoriel reçoit les informations sensoriel du corps, comme le toucher, la température,etc..
La parole est gérée par l’aire de Broca, située dans le lobe frontal et par l’aire de Wernicke, située dans le lobe temporal. Le langage est une des seuls fonction a être traitée de manière asymétrique dans le cerveau. Elle est gérée dans l’hémisphère gauche chez 90 % des droitiers et 70% des gauchers.
L’audition est une fonction cognitive, c’est-à-dire qu’elle fait appel aux neurones de la mémoire ainsi qu’à d'autres neurones permettant l’apprentissage. Lorsqu’on utilise ce sens, ce sont les neurones du lobe temporal, dans une partie du cortex qu’on appelle cortex auditif qui s'activent.
La vue est un des sens les plus développés chez l’homme. Son fonctionnement est complexe. Les signaux lumineux, après avoir passé la cornée, la pupille et le cristallin, se retrouvent dans le corps vitré de l’oeil. Là, ils vont aller exciter la rétine, qui se trouve au fond de l’oeil.
La rétine, est composée de cellules appelées cônes et bâtonnets. Grâce à ces cellules, les signaux lumineux seront transformés en signal électrique qui grâce au nerf optique, sera transmis au cerveau.


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Le code de la vie

L'ADN

A.D.N est l’abréviation d’Acide DésoxyriboNucléique. C’est une énorme molécule qui contient toutes les informations nécessaires au bon fonctionnement d’un organisme.
L’ADN constitue le génome des êtres vivants et se transmet en totalité lors de la division cellulaire (mitose) ou en partie lors de la reproduction sexuée (méiose). L'ADN contient sous forme codée toutes les informations relatives à la vie d'un organisme vivant, qu’il s’agisse d’un organisme animal, végétal, bactérien ou viral.
Les organismes vivants sont constitués de cellules dont le noyau contient de l'ADN. Chez un même être vivant, toutes les cellules contiennent le même ADN porteur de l’information génétique qui lui est propre. Déroulé, l’ADN mesure près de 2 mètres de long ! Et pourtant, on trouve une molécule d’ADN identique dans chaque cellule qui compose notre organisme. Sachant que l’Homme compte en moyenne 80 milliards de cellules, ça fait un sacré paquet d’ADN !
L’Homme n’est pas le seul à posséder de l’ADN dans ses cellules : du pommier au requin blanc, tout ce qui est vivant en possède. Cette molécule d'ADN détermine tous les paramètres de l’être vivant comme la couleur de ses yeux, sa taille, etc… mais aussi le mode d'emploi pour fabriquer des cellules sanguines, de l’insuline, etc.
Une molécule d’ADN est composée de deux brins accolés qui s’enroulent pour former une hélice. Cette forme de double hélice a été découverte en 1953 et est une macromolécule composée de 150 milliards d'atomes. Sa structure ressemble aux montants d'une échelle dont les barreaux se forment par la liaison d'éléments spécifiques des nucléotides : les bases azotées.
Dans les cellules, l’ADN est enroulé sur lui-même et forme des chromosomes. Si on déroule ces chromosomes on voit que l’ADN est composé de portions appelées gènes. Chaque gène a une fonction bien définie. Il y a par exemple un gène qui sert à fabriquer de l’insuline, un gène qui détermine la couleur des yeux, etc… il existe environ 20 000 gènes chez l’Homme !
Si on regarde encore plus loin, un gène est composé d’une succession de briques appelées bases azotées. Il existe seulement 4 bases azotées qui s’enchainent : l’ Adénine, la Guanine, la Thymine et la Cytosine. On les abrège par A, G, T et C. L’ordre enchaînement de ces quatre bases et très précis et important car il a une signification pour la cellule. Si on devait écrire une molécule d’ADN, cela pourrait ressembler à AGTCCTAAGATCAGTCCT ainsi de suite des millions de fois car chaque molécule d’ADN compte 3 milliards de bases. Cela représenterait 2 000 livres de 600 pages.
Les gènes sont des segments d'ADN responsables de la synthèse (fabrication) d'une protéine. Ils ont une longueur moyenne de 1000 à 2000 paires de nucléotides.
Les gènes sont portés par les chromosomes (filaments porteurs de l'information génétique). Ils occupent sur ces derniers un emplacement fixe. Le nombre de chromosomes présents dans le noyau de la cellule est constant dans une espèce donnée : il y a par exemple 23 paires de chromosomes chez l'être humain. L’ADN est le support de l'hérédité. Dans une molécule d’ADN, les nucléotides sont rangés dans un ordre précis à la manière des lettres de l'alphabet dans un texte. C'est cet ordre qui détermine l'information génétique.
L’ADN permet aussi la réplication des cellules (mitose) : quand une cellule doit se reproduire, elle se dédouble. L'ADN de la cellule mère est reproduit à l'identique pour former celui de la cellule fille.
L’ADN assure également un certain nombre de fonctions au sein de la cellule. Elle gouverne notamment la synthèse des protéines.
Pour ce faire, l'information contenue dans l'ADN est d'abord transférée à des molécules d'A.R.N. qui servent de matrice pour produire les séquences d’acides aminés caractéristiques des protéines.


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Enchevêtrement des chromosomes

La chromatine

La chromatine (du grec chroma, couleur) est une masse de matière qui apparaît colorée au microscope photonique ou électronique et qui correspond à l'enchevêtrement des chromosomes situés dans le noyau des cellules eucaryotes. La chromatine est composée d'ADN et de protéines (les histones). Lors de la période du cycle cellulaire où la cellule ne se divise pas (interphase), les chromosomes ne peuvent pas être distingués individuellement et se trouvent dans la chromatine.


De l’ADN aux protéines

Les ARN

L'information contenue dans les gènes va servir à la fabrication de milliers de protéines qui interviennent dans le fonctionnement de la cellule.
La première étape de l'expression d'un gène consiste à recopier son information sous la forme d'une molécule très proche de l'ADN, l'acide ribonucléique ou ARN. Le code de l’ADN est ainsi préservé car l’on ne travaille que sur une copie.
La principale différence entre ADN et ARN est la présence d'un atome d'oxygène supplémentaire sur chacun des nucléotides de l'ARN. Cet ajout apporte une plus grande flexibilité à l'ARN, lui permet de se replier sur lui-même pour former des hélices. Grâce à ses propriétés structurales, l'ARN adopte des formes très variées et assure une diversité de rôles dans la cellule.
L'ADN au contraire est plus statique et stable, et sa fonction essentielle est le stockage d'information sous forme d'hélice double brin.
Lors de la transcription du gène, un des brins d'ADN est transcrit en séquence ARN par un complexe d'une douzaine de protéines, l'ARN polymérase. Cette copie, appelée ARN messager (ARNm), est destinée à l'usine de fabrication des protéines et lui fournit la recette (séquence d'assemblage) de la protéine codée par le gène.
Les ARN font donc le lien entre le code génétique et les protéines, sous la forme d'ARN messager. On dit que l'ADN est « transcrit » en ARN messager, qui est lui-même « traduit » en protéine par les ribosomes.
Les ribosomes (ou ARN rybozomiques, ARNr) vont permettre de transformer les ARNm en protéine grâce à des complexes enzymatiques, les ribozymes. Et pour cela, la cellule a besoin des ARNt, dit ARN de transfert, pour que le ribosome puisse faire la correspondance entre le petit bout de protéine qu'il doit créer et l'information sous forme d'ARN qu'il est en train de lire.

Voici deux vidéos expliquant la lecture de l'ARN messager par le ribosome et la constitution des protéines.


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Un téléphone cellulaire

Communication entres les cellules

Les voies de signalisation cellulaire permettent de transmettre un message à l'intérieur d'une cellule pour moduler son activité (croissance, division, différenciation, mort...).
Le message peut provenir d'autres cellules de l'organisme ou de l'environnement extérieur. Son arrivée au niveau d'un récepteur de la cellule déclenche une cascade de réactions qui va modifier le comportement de la cellule.
Les cellules communiquent entre elles par contact direct (signalisation juxtacrine), sur de courtes distances (signalisation paracrine) et sur de grandes distances ou à grande échelle (système endocrinien).
La signalisation juxtacrine, également connue comme signalisation de contact, dans laquelle deux cellules adjacentes doivent établir un contact physique pour communiquer.
Les signaux paracrines, tels que ceux véhiculés par l'acide rétinoïque, ciblent uniquement les cellules voisines de la cellule émettrice. Les neurotransmetteurs offrent un autre exemple de signaux paracrines.
De nombreux signaux cellulaires sont véhiculés par des molécules qui sont libérées par une cellule et se déplacent jusqu'à entrer en contact avec une autre cellule. Ces signaux endocriniens sont appelés hormones. Les hormones sont produites par les cellules endocrines et sont transportées dans le sang pour atteindre toutes les parties de l'organisme. La spécificité de la signalisation dépend du fait que seules quelques cellules sont susceptibles de répondre à une hormone particulière.
Le passage d'une information de l'extérieur à l'intérieur d'une cellule se fait comme ceci: un messager, souvent une hormone, se fixe momentanément sur un récepteur présent à la surface d'une cellule, à la manière d'une clé qui entrerait dans une serrure. Ce récepteur transmet ensuite le message à l'intérieur de la cellule, car ils est physiquement relié au cytoplasme.


La mitose

La division cellulaire

Tout au long de notre vie, nos cellules se renouvellent par un processus de division-duplication: la mitose.
Lors de la mitose, les cellules procèdent par une duplication exacte du patrimoine génétique. Cette division consiste pour l'organisme à créer deux cellules filles à partir d'une cellule mère en conservant à chaque fois l'information génétique d'origine. Ce processus de division cellulaire est précédé par ce qu'on appelle l'interphase, cycle durant lequel la cellule grossit, intensifie son métabolisme et procède à la réplication de son ADN.
La cellule commence par dupliquer son information génétique contenue sur les filaments de l’ADN . Ceux-ci se dédoublent et forment des sortes de X. Puis ils se cassent et se réorganisent dans le noyau cellulaire qui va alors se diviser en deux noyaux comportant donc chacun une information génétique identique. La cellule se divise alors en deux cellules filles, prêtes à croître. Chacune entre alors dans l'interphase en prévision d'une nouvelle division.


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La méiose

La reproduction cellulaire sexuée

Le second type de division cellulaire est destiné à la reproduction sexuée. L'être humain possède 23 paires de chromosomes au sein de son ADN. Ces 23 paires de chromosomes sont en fait les 23 chromosomes transmis par le père via le spermatozoïde qui ont fusionnés avec les 23 chromosomes contenus dans l'ovule de la mère. Un être vivant est donc au tout début, une cellule unique (ovule fusionnée avec le spermatozoïde) qui va se dupliquer (mitose) jusqu'à former un être vivant.
La méiose consiste donc pour l'organise à produire des cellules sexuelles, les gamètes, qui ne délivrent que la moitié de l'information génétique nécessaire à un individu.
Autrement dit, un spermatozoïde comprend une première moitié du patrimoine, tandis qu'un ovule contient la seconde partie. La spécificité tient à ce qu'aucune des gamètes produites ne présente la même information génétique. En effet, cette moitié de patrimoine transmise lors de la fécondation est elle-même un "mix" de l'information transmise par les parents de l’individu, 1/4 du père, 1/4 de la mère donc.
La toute première phase de la méiose est similaire à celle de la mitose : l'information génétique est dupliquée. Juste après la première phase de duplication de l'ADN, la cellule mère destinée à produire non pas deux, mais quatre cellules sexuelles, va amorcer le processus d'enjambement qui consiste à croiser l'information génétique. Autrement dit, on assiste à un échange aléatoire de gènes qui résulte en des fragments "mixés".
Survient alors une première division cellulaire, puis une seconde qui donne quatre cellules dont aucune ne contient la même information.
Ainsi, l'information génétique transmise par un individu lors de la fécondation est unique et composée de 25% de celle du père et 25% de celle de la mère.
Chacune de nos cellules contient donc l'information génétique transmise par nos parents.


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L'hérédité

La génétique

La génétique est la science qui étudie la transmission héréditaire des caractéristiques de chaque espèce vivante (végétale ou animale) des parents à leurs descendants.
Chaque parent transmet à l'enfant une moitié de génome. Tout être vivant avec des parents a donc un double jeu de chromosomes.
Donc chaque gène existe en double dans chaque cellule, l'un est la version de la mère, l'autre la version du père. On appelle cela des allèles.
Cela est pratique si l'un des parent transmet un gène défaillant. Le gène de l'autre parent prend en général la relève. Si les deux allèles sont sains mais légèrement différents, on a deux cas de figure : soit chaque gène s'exprime, soit un seul s'exprime (le dominant) et l'autre est silencieux (récessif).
Supposons que le phénotype « couleur des yeux » ne soit causé que par un seul gène qui existe sous deux allèles diffèrent : « yeux bleus » et « yeux bruns ». Si un enfant reçoit de ses parents un gène « yeux bleus » et un gène « yeux bruns », il aura les yeux bruns. Le gène « yeux bruns » est dit dominant. Une seule copie de ce gène suffit pour avoir les yeux bruns. Pour avoir les yeux bleus par contre, il faut recevoir des deux parent le gène « yeux bleus ». Ce gène est dit récessif : il ne s'exprime que lorsqu'il est seul. Tout cela est une simplification. Pour s'en convaincre, penser aux personnes aux yeux vairons !
Il existe des cas de codominance, où les deux gènes s'expriment et donnent un phénotype mixte qui n'est celui d'aucun des parents. C'est en gros le cas pour la couleur de la peau.
L'ensemble des gènes d'une personne (ou d'un organisme vivant) est appelé génotype. Le phénotype est l'expression visible du génotype. C'est le caractère visible donné par un gène.
Un gène est le code d'une protéine. Une fois exprimée dans la cellule, cette protéine donne une caractéristique à l'organisme, un phénotype. Cette caractéristique est le plus souvent un élément visible (taille des doigts, couleur des yeux, forme de la tête). Parfois, un gène peut être létal et entraîner la mort, parfois il rend malade.
La plupart des phénotypes sont dus à l'expression de plusieurs gènes. L'analyse devient très compliquée dans ces cas.


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L’expression des gènes

L'épigénétique

L'épigénétique régule l'activité des gènes en facilitant ou en empêchant leur expression. Elle est fondamentale car elle permet une lecture différente d'un même code génétique. Elle explique par exemple les différences existant chez des vrais jumeaux.
L'épigénétique intervient au niveau de la chromatine, la forme prise par l'ADN. Celle-ci peut être décondensée (ouverte) ou condensée (fermée), ces états étant placés sous la dépendance de protéines appelées histones. Un gène est transcrit seulement lorsque la chromatine est décondensée, les facteurs de transcriptions disposant de suffisamment d'espace pour intervenir. La méthylation des histones entraîne à l'inverse une compaction de l'ADN et inhibe de ce fait l'expression génique.
Il ne faut pas confondre les modifications génétiques: qui sont des altération de la séquence nucléotidique (ADN) qui sont héritables et irréversibles et les modifications épigénétiques qui ne modifient pas l’ADN et qui sont héritables et réversibles.
L'épigénome, à la différence du patrimoine génétique, est variable. Il dépend de plusieurs facteurs tels que l'âge ou l'environnement. Ainsi, il a été démontré que les niveaux de stress de la mère durant la grossesse pouvaient le modifier en profondeur. L'épigénétique joue un rôle crucial dans de nombreux phénomènes et maladies. Elle est par exemple mise en cause dans les processus d'extinctions de gène (lorsqu'un gène ne s'exprime plus du tout) ou dans les phénomènes d'empreintes, lorsque deux allèles d'un même gène ne s'expriment pas de la même façon.
D'autre part, elle interviendrait dans certaines pathologies, comme le cancer ou des maladies génétiques héréditaires.


Les mutations génétiques

La sélection naturelle (darwinisme)

La sélection naturelle est un phénomène naturel qui concerne tous les êtres vivants et l'évolution des espèces au cours du temps.
La sélection naturelle est un phénomène passif. Lorsqu'une population est soumise à une contrainte (on parle de pression de sélection), les animaux qui sont les moins gênés par cette contrainte sont avantagés par rapport aux autres, et vont progressivement les remplacer.
Dans une population d'être vivants d'une même espèce vivant dans un endroit défini, on peut trouver des caractères qui varient d'un individu à l'autre. Ces caractères ne sont pas nécessaires à la survie, ils n'ont aucune raison d'être homogènes. Par contre, les points de ressemblance stricte entre individus d'une même espèce sont vitaux, et sont soumis à une forte pression de sélection : si ces caractères changent, la survie de l'individu ou de ses descendants est compromise.
Dans une population, tous les caractères non-vitaux sont hétérogènes, et tous les caractères nécessaires à la vie sont homogènes.
Par contre, si les conditions de vie changent, c'est-à-dire si une nouvelle pression de sélection s'exerce sur la population, il existe une série de caractères qui peut répondre à cette nouvelle contrainte. Une partie des individus sera favorisée par rapport aux autres, car elle sera moins gênés que les autres face à cette nouvelle contrainte. Les individus défavorisés vont s'affaiblir et disparaître petit-à-petit (ou très vite selon l'intensité de la pression de sélection et son caractère vital), et les individus qui sont moins gênés vont naturellement les remplacer.
Quand on pense à la la sélection naturelle, on peut penser à tort au hasard et donc se dire que tant de beauté, de complexité et de diversité ne peuvent être le fruit du hasard. Certes, le hasard n'aurait jamais produit, seul, cet éventail du vivant. Mais entre le hasard (pur événement aléatoire dégagé de toute contingence) et la finalité (qui tend vers un but), il faut replacer la sélection naturelle. Elle agit depuis des milliards d'années sur les êtres vivants et entraîne des mutations à partir d'un matériel biologique préexistant. Bref, les innovations sont contraintes par un “jeu des possibles”. Ainsi, malgré leur extraordinaire diversité, tous les animaux conservent le même plan d'organisation depuis 600 millions d'années !
La sélection naturelle se caractérise aussi par la survie des plus aptes… à un moment donné dans un environnement donné. L'évolution n'est donc pas forcément synonyme de système durable optimisé : des australopithèques robustes se sont ainsi éteint lorsque la végétation coriace à laquelle leur dentition spécialisée leur donnait un accès privilégié a disparu. Elle n'est pas non plus synonyme de complexification inéluctable : certains vers ou insectes se sont simplifiés au terme d'un parcours évolutif compliqué. Elle ne veut pas dire non plus “progrès”, cette notion subjective.
L'histoire de la vie est un chemin discontinu, souvent réversible, mêlant innovations et ratés. La sélection naturelle n'a pas de but ultime, mais un effet mécanique : reproduire les gènes. Et les seuls à s'être maintenus sont ceux qui étaient susceptibles de produire des organismes suffisamment efficaces pour, à leur tour, se reproduire. Nul besoin d'une intelligence supérieure dans ce système.


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Le paradoxe de Fermi

La vie extraterrestre ?

Pour le moment, et jusqu’à preuve du contraire, nous sommes les seuls êtres vivants doués d’une intelligence dans tout l’univers. Il se peut que la probabilité d'apparition d'une civilisation technologiquement avancée soit très faible, si bien qu'un univers de la taille du nôtre est nécessaire pour qu'elle ait une chance de se produire une fois (mais moins de chance de se produire deux fois).
Le paradoxe de Fermi est un argument que l'on invoque lorsque l'on s'interroge sur la possibilité de l'existence d'une civilisation extraterrestre technologiquement avancée dans la Voie lactée.
Il faudrait moins de 100 millions d'années pour qu'une civilisation capable d'atteindre une fraction non négligeable de la vitesse de la lumière ait visité toutes les étoiles de la Voie lactée. Cela suppose notamment que de chaque planète partent de nouvelles missions d'exploration et de colonisation, ce qui conduirait en quelque sorte à une réaction en chaîne (une première planète donnerait deux vaisseaux, qui avec deux autres planètes en donnerait quatre, etc.).
Or, l'âge de la Voie lactée est supérieur à 10 milliards d'années ce qui devrait avoir permis l'apparition de nombreuses civilisations extraterrestres dans la Galaxie depuis des milliards d'années. Elles auraient largement eu le temps de créer un empire galactique dont la Terre ferait partie depuis très longtemps, avant même la naissance de l'humanité. Au minimum, les constructions issues d'empires successifs dans la Voie lactée devraient être partout autour de nous dans le Système solaire.
Cette conclusion est valable même si les civilisations se contentent de ne coloniser qu'une portion de la Voie lactée, à condition bien sûr qu'elles apparaissent en grand nombre et durent assez longtemps. On est donc conduit à penser que l'apparition d'une civilisation technologiquement avancée est fort rare ou pour le moins qu'elle disparaît en général avant de pouvoir se lancer dans le voyage interstellaire.
Passé un certain stade d'évolution, les civilisations avancées s'auto-détruirait donc. Peut être approchons nous de ce stade...


26 constantes

Les constantes fondamentales de l’Univers

Dans le modèle standard de la physique, on considère qu'il existe 26 constantes physiques fondamentales.
Si la valeur de l’une de des constantes était, ne fut ce que légèrement différente, aucune étoile ne pourrait naître et l’Univers serait stérile, dépourvu de vie.
Lorsque les astrophysiciens étudient le Big Bang et la formation des structures de l’Univers, de façon théorique ou à l’aide de simulations numériques, ils doivent analyser l’influence de différents paramètres comme par exemple la proportion de matière noire. Ils peuvent aussi altérer certaines constantes fondamentales, par exemple la constante de gravitation, ou bien changer des conditions initiales comme la densité moyenne de matière, ce qui leur permet d’analyser comment l’Univers se serait développé si ces paramètres avaient été différents.
Ce genre d’étude comparative a conduit à une conclusion extrêmement surprenante. La plupart des univers virtuels simulés en faisant varier les constantes fondamentales ou les conditions initiales sont incapables d’aboutir à la vie, du moins à une forme de vie similaire à la nôtre. Seuls les univers ayant des paramètres très proches des valeurs réelles de notre Univers permettent à la vie de se développer.
Si la force de gravitation était plus puissante, elle serait capable d’accumuler plus de gaz lors la formation stellaire et seules des étoiles massives se formeraient. Or, ces dernières ont une durée de vie beaucoup plus courte que notre Soleil. La vie n’aurait donc pas à sa disposition les milliards d’années qui lui ont été nécessaires pour se développer sur Terre. Au contraire, si la force de gravitation était plus faible, seules des étoiles peu massives se formeraient. Il n’y aurait pas d’explosion de supernova et peu d’éléments plus lourd que l’hydrogène ou l’hélium n'apparaitrait. Or, une vie uniquement fondée sur ces deux éléments est très difficile à imaginer.
Si l’interaction électromagnétique était plus forte, les liens entre noyaux et électrons à l’intérieur des atomes seraient plus solides et plus difficiles à défaire. Or, c’est en partageant certains de leurs électrons que les atomes créent des liaisons chimiques et s’organisent en molécules. Si cela devenait trop difficile, toute chimie serait impossible, ce qui empêcherait la vie de se développer. Si l’interaction électromagnétique était plus faible, les liens entre électrons et noyaux seraient moins solides. Ceci rendrait les atomes très fragiles et empêcherait probablement la chimie de la vie.
Si l’interaction nucléaire forte était plus puissante, protons et neutrons seraient beaucoup plus disposés à s’associer. Ils formeraient systématiquement des éléments lourds. Il n’y aurait par exemple plus d’hydrogène, donc pas d’eau, ce qui défavoriserait sérieusement la chimie de la vie. Si cette interaction était moins intense, protons et neutrons seraient moins enclins à s’assembler. Il n’y aurait pas d’élément plus lourd que l’hydrogène, donc pas de vie.
Enfin, dans le cas de l’interaction nucléaire faible, le problème se poserait principalement après le Big Bang, à l’époque où une partie des neutrons se désintègrent en protons, juste avant la nucléosynthèse primordiale. Si l’interaction faible était plus puissante, plus de neutrons seraient transformés en protons et il y aurait par conséquent moins d’hélium dans l’Univers. Ceci empêcherait plus tard la formation de certains éléments lourds nécessaires à la vie. Au contraire, si l’interaction était plus faible, les neutrons ne se désintégreraient pas et la nucléosynthèse primordiale conduirait à un Univers rempli d’hélium. L’hydrogène, ingrédient indispensable à la vie, serait absent.
La liste ne s’arrête pas là et d’autres coïncidences troublantes peuvent être mises en évidence. Elles montrent toutes qu’un Univers avec des constantes fondamentales ou des conditions initiales différentes du nôtre n’aurait pas abouti à la vie telle que nous la connaissons.
Ce résultat constitue une grande surprise. Tout au long de l’histoire de l’astronomie, l’homme a peu à peu perdu sa place centrale dans l’Univers. Ni sa planète, ni son étoile, ni sa galaxie n’avait une importance particulière. Mais il semble soudain que l’Univers a exactement les propriétés requises pour que l’homme – ou plus généralement la vie – puisse apparaître.

Regarder cette vidéo sur "le jeu de la vie", une simulation informatique qui montre comment les choses peuvent évoluer de manière complexe sur base de règle simple...


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Le darwinisme cosmique

La théorie du Big Bounce

Même si la théorie du Big Bang explique beaucoup de choses, on peut s’interroger sur ce qu’il y avait avant la naissance de notre univers et également ce qu’il y aura après. La théorie du Big Bounce (Grand Rebondissement) peut apporter une réponse. Le Big Bounce, ou Univers phénix, est un modèle cosmologique cyclique impliquant une évolution de l'Univers menant à l'alternance entre Big Bang et Big Crunch (effondrement terminal de l'Univers). Dans ce modèle, un Big Crunch est immédiatement suivi d'un Big Bang.
Notre univers serait donc l’aboutissement d’une multitude d’univers précédents (plus ou moins réussis) qui aurait aboutis après une longue évolution (darwinisme cosmique) à notre Univers "parfait" pour abriter la vie complexe et ainsi être observé.


La conscience

Vers une religion cosmique

“Un être humain est une partie d'un tout que nous appelons : Univers. Une partie limitée dans le temps et l'espace. Il s'expérimente lui-même, ses pensées et ses émotions comme quelque chose qui est séparé du reste, une sorte d'illusion d'optique de la conscience. Cette illusion est une sorte de prison pour nous, nous restreignant à nos désirs personnels et à l'affection de quelques personnes près de nous. Notre tâche doit être de nous libérer nous-même de cette prison en étendant notre cercle de compassion pour embrasser toutes créatures vivantes et la nature entière dans sa beauté.”

Lettre écrite par Albert Einstein en 1950.

Einstein se voyait comme quelqu’un de religieux. Mais sa religiosité se distinguait de l’homme simple, pour qui Dieu est un être dont il espère la sollicitude et dont il redoute le châtiment.
La religion d’Einstein (comme celle de bon nombre de savant) résidait dans l’admiration extasiée de l’harmonie des lois de la nature, une religion cosmique. Quel est le sens de notre existence, quel est le sens de l’existence de tous les être vivants en général? Savoir répondre à cette question, c’est avoir des sentiments religieux.
Chacun est libre d’avoir sa propre théorie, sa propre religion cosmique.
En voici une, à titre d’exemple, qui pourrait répondre aux énigmes scientifiques laissées en suspens.

“La matière et la conscience sont le Ying et le Yang de l’Univers. L’une ne va pas sans l’autre. Cette conscience est unique et commune à tous les êtres vivants de l’Univers. Celle-ci crée la réalité (expérience de la double fente de Young et l’influence de l’observateur) et rend l’Univers cohérent (mystérieuse action à distance des particules intriquées). La réalité n’existe que si elle peut être observée. Cette conscience est indépendante de l’espace et du temps (raison pour laquelle nous ne la découvriront peut être jamais). Un Univers n’est viable que si il peut abriter la vie et donc la conscience (raison pour laquelle les 26 constantes sont ajustées pour permettre la vie). A notre mort nous vivons une nouvelle vie, celle d’un humain, un animal, une plante…..Ce cycle aléatoire, indépendant du temps et de l’espace perdure tant que la vie est présente dans l’Univers. Celui-ci n’a de sens qui si il peut être observé.”

Le poème “L’Oeuf” de Andy Weir illustre à merveille cette théorie. La voici racontée en vidéo.


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Vous avez bien tout retenu?

Résumé

  • L’Univers est composé uniquement de particules élémentaires qui peuvent être des particules de matière (fermions) et des particules qui transmettent les forces entre les particules de matières (bosons) .
  • Une force est en fait un échange de particules élémentaires.
  • Les quarks sont des particules élémentaires (fermions) qui composent les protons et les neutrons.
  • Les protons et les neutrons s'agglutinent entre eux et forme le noyau de l’atome.
  • Autour de ce noyau gravite l’électron qui est également une particule élémentaire (fermion).
  • L’atome est composé à 99,9% de vide.
  • La force qui maintient les protons et les neutrons entre eux, ainsi que les quarks qui les composent est la force d’interaction forte (ou forte nucléaire forte) et se manifeste par un échange de gluons (boson).
  • La force qui fait graviter l’électron autour du noyau est la force électromagnétique. Celle-ci "stipule" que les objets de charges opposées se repoussent, et les objets de charges identiques s’attirent. Cette force permet également la cohésion de la matière grâce aux liaisons chimiques (mise en commun, ou échange d'électrons).
  • La force nucléaire faible est responsable de la radioactivité qui permet au Soleil de briller.
  • La gravitation n'est en fait pas vraiment une force mais plutôt la manifestation d'une déformation du tissu de l'espace et du temps par un corps.
  • Le boson de Higgs est une particule élémentaire qui compose le champ de Higgs dont l’interaction avec les autres particules détermine la masse.
  • La lumière se déplace à 299 792 458 m/s dans le vide. C’est la vitesse maximale possible d’un particule dans le vide. Cependant cette vitesse peut être dépassée en dehors du vide.
  • Le temps est relatif pour l’observateur. Plus on se rapproche de la vitesse de la lumière, plus le temps se contracte.
  • La lumière se comporte à la fois comme une onde et comme une particule en fonction de l’observateur.
  • Le fait d’observer modifie la nature de la particule et donc de la réalité.
  • Le principe d'intrication quantique est la faculté qu'ont deux particules à répercuter instantanément une modification faite à la première sur la deuxième, quelle que soit la distance qui les sépare.
  • Comme le temps et l’espace sont liés, deux particules intriquées ne forment plus qu'un seul système solidaire dans l'espace… mais aussi dans le temps !
  • Les atomes s'associent pour former les molécules grâce à des liaisons chimiques (échange et partage d’électrons).
  • Les atomes veulent être stables comme les gaz rares.
  • Les atomes respectent la règle du duet et de l'octet qui consiste à obtenir que 2 ou 8 électrons sur sa couche de valence (dernière couche des électrons).
  • Tout ce qui existe dans l'Univers aujourd'hui était contenu dans une minuscule boule d'énergie. L’explosion qui a libérer les particules élémentaires et crée l’Univers s’appelle le Big Bang.
  • L’Univers est en expansion sous l’effet de l’énergie noire qui a une pression négative.
  • La matière noire semble représenter une masse environ six fois supérieure à celle de la matière visible.
  • Les étoiles sont des usines qui fabriquent des éléments complexes et plus lourds qui permettent de créer des objets solides: comme le fer et le carbone.
  • Les trous noirs percent le tissus de l'espace-temps temps et crée des singularités.
  • Il existerait un trou noir supermassif au centre de notre galaxie.
  • Il existe deux type de planètes: les planètes telluriques qui ont une surface de roche. Et les planètes gazeuses qui n'ont pas de surface solide.
  • Les principaux constituants de la matière vivante sont les protéines formés d’acides aminés soudés bout à bout dans un ordre spécifique pour chacune et formant une macromolécule.
  • La vie n’utilise qu’une trentaine d' atomes qui sont au nombre de 118.
  • La cellule est l'unité d'organisation structurale des systèmes vivants, c'est-à-dire qu'elle est le plus petit système compatible avec la Vie.
  • Le vivant est comme des poupées russes. Les atomes s'assemblent en molécules via les liaisons chimiques. Certaines molécules complexes sont appelées acides animés. Celles-ci peuvent s'assembler pour former des protéines.
  • Les cellules sont donc composées de molécules qui sont des éléments "non-vivant".
  • Ces molécules combinées forment pourtant des éléments "vivants": les cellules.
  • Un ensemble de cellules de même type qui, agencées de manière particulière, remplissent une fonction spécialisée est appelé "tissu".
  • Les cellules s’organisent en tissus, qui s’assemblent pour former un organe.
  • Le cerveau est le plus formidable des organes. Il est constitués de cellules nerveuses. Celles-ci communiquent via des réactions électriques.
  • L’ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est une énorme molécule qui contient toutes les informations nécessaires au bon fonctionnement d’un organisme.
  • L’ADN constitue le génome des êtres vivants et se transmet en totalité ou en partie lors de la reproduction.
  • L’ADN gouverne notamment la synthèse des protéines.
  • L’ADN permet aussi la réplication des cellules.
  • Il y a 23 paires de chromosomes chez l'être humain.
  • La première étape de l'expression d'un gène consiste à recopier son information dans une molécule appelée ARN messager.
  • Les ribosomes vont permettre de transformer les ARN messager en protéines grâce à des complexes enzymatiques, les ribozymes.
  • Le ribosome fait la correspondance entre le petit bout de protéine qu'il doit créer et l'information qu’il est en train de lire grâce à l’ARN de transfert.
  • Les cellules se renouvellent par un processus de division-duplication: la mitose.
  • Lors de la reproduction sexuée des cellules (la méiose), les gamètes ne délivrent que la moitié de l'information génétique nécessaire à un individu. Autrement dit, un spermatozoïde comprend une première moitié du patrimoine, tandis qu'un ovule contient la seconde partie.
  • Chaque parent transmet à l'enfant une moitié de génome. Tout être vivant avec des parents a donc un double jeu de chromosomes. Donc chaque gène existe en double dans chaque cellule, l'un est la version de la mère, l'autre la version du père. On appelle cela des allèles.
  • Un gène est transcrit seulement lorsque la chromatine est décondensée
  • Les modifications génétiques sont des altération de la séquence nucléotidique (ADN) qui sont héritables et irréversibles.
  • Les modifications épigénétiques ne modifient pas l’ADN et sont héritables et réversibles.
  • La sélection naturelle est un phénomène passif. Lorsqu'une population est soumise à une contrainte (on parle de pression de sélection), les animaux qui sont les moins gênés par cette contrainte sont avantagés par rapport aux autres, et vont progressivement les remplacer.
  • Il se peut que la probabilité d'apparition d'une civilisation technologiquement avancée soit très faible, si bien qu'un univers de la taille du nôtre est nécessaire pour qu'elle ait une chance de se produire une fois (mais peu de chance de se produire deux fois).
  • Il est possible que les civilisations technologiquement avancées soient fort rares et il est possible qu'elles disparaissent en général avant de pouvoir se lancer dans le voyage interstellaire.
  • Il existe 26 constantes physiques fondamentales. Seuls les univers ayant des paramètres très proches des valeurs réelles de notre Univers permettent à la vie de se développer.
  • Le Big Bounce, ou Univers phénix, est un modèle cosmologique cyclique impliquant une évolution de l'Univers menant à l'alternance entre Big Bang et Big Crunch.


Les questions en suspens
  • Pourquoi les lois du monde quantique ne semblent-elles plus s’appliquer quand on passe au monde macroscopique ? Une théorie unifiée pourra elle être découverte?
  • Quelle phénomène se cache derrière l’intrication quantique qui fait que deux particules situées à l’autre bout de l’Univers “communiquent” entre elles afin d’être cohérentes ?
  • Pourquoi l’observateur semble t-il changer la nature profonde des particules élémentaires ?
  • L’ADN indique comment construire chaque brique d’un être vivant. Mais où se trouve le plan global de “l’Architecte” ?
  • Nous ne sommes constitués de rien d’autre que de particules élémentaires. Alors d’où vient cette formidable sensation d’être conscient ?





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