Le blog-notes mathématique du coyote

La plus longue éclipse lunaire partielle du XXIe siècle, d'une durée totale de six heures et deux minutes, a lieu aujourd'hui dans la matinée. Cette éclipse sera même la plus longue depuis le XVe siècle, et se déroulera au total entre 6 h 02 UTC (moment où la Lune entre dans l'ombre de la Terre) et 12 h 04 (heure où elle en sort). Elle ne sera malheureusement visible qu'en Amérique et à l'est du continent asiatique, le Soleil étant déjà levé en Europe à l'heure où la Lune sera en partie cachée (une animation et tous les détails de l'éclipse sont visibles ici sur le site Time and date). Le maximum de l'éclipse aura lieu à 9 h 02 UTC, où 99,1 % de la Lune sera dans l'ombre de la Terre.

Lire l'article de Céline Deluzarche sur Futura

Chacun est familier avec le mouvement de la Lune dans notre ciel. Mais qu'en serait-il si nous pouvions observer le ciel depuis le pôle sud de la Lune ? Grâce à une visualisation, on peut découvrir l'étonnant mouvement de la Terre vu de cet endroit.

Lire l'article de Nelly Lesage sur Numerama

Un travail de recherche dédié aux abeilles décrypte comment elles font pour gérer les défis de construction. En deux mots : elles anticipent.

Lire l'article de Marcus Dupont-Besnard sur Numerama

Les choux (Brassica oleracea) constituent un exemple spectaculaire de domestication. À partir de plantes sauvages produisant quelques feuilles puis une tige fleurie ressemblant à celle du colza, la domestication a permis d’obtenir des légumes aux allures très contrastées comme le chou vert, le chou Kale, le chou rave, les choux de Bruxelles et des choux où la tige fleurie, appelée inflorescence, se change en brocoli, chou-fleur ou même en chou romanesco à la forme fractale fascinante.

Lire l'article de Christophe Godin et Francois Parcy sur The Conversation

L’homme exploite le pouvoir des microbes depuis des siècles, par exemple en utilisant la levure pour fabriquer du pain, de la bière, du yaourt et du vin par fermentation. Ces organismes vivants nous sont utiles, car ils effectuent des réactions chimiques dans leur vie quotidienne.

Lire l'article d'Alex dos Reis de Souza sur The Conversation

À l’occasion de l’éclipse annulaire de Soleil du jeudi 10 juin 2021, la Nasa nous offre une visualisation de l’ombre de la Lune se déplaçant à la surface de notre Terre. On y découvre l’antiombre — sous la forme d’un ovale noir —, la pénombre — sous la forme d’ovales ombragés concentriques — ainsi que le parcours de l’annularité — en rouge. Les images du Soleil montrent son apparition à plusieurs endroits, chacun orienté vers l’horizon local. © Ernie Wright, Studio de visualisation scientifique de la Nasa

Aller voir les plus belles photos sur Futura.

Si le wombat, ce petit marsupial vivant dans les forêts montagneuses d'Australie, fait régulièrement parler de lui, ce n'est pas en raison de sa jolie frimousse, mais bel et bien grâce à la forme de ses excréments. Les cacas du wombat sont en effet cubiques, avec des sommets très légèrement arrondis, comme le sont par exemple la plupart des dés à six faces.

Lire l'article de Thomas Messias sur Slate

As-tu déjà eu la chance d’étudier l’intérieur d’une ruche ? C’est une action périlleuse qu’il convient d’effectuer avec prudence et le moins souvent possible. En effet, ouvrir une ruche est perçu par les abeilles qui y vivent comme une agression, une attaque contre leur logis et c’est bien compréhensible : personne n’a envie qu’un géant retire le toit de sa maison ou de son appartement pour regarder à l’intérieur, voire se servir dans le frigo ! Il faut dire aussi qu’une ruche recèle de nombreux trésors : depuis longtemps l’être humain s’en nourrit.
Regardons en particulier le fruit du travail de nos ouvrières en bâtiment : constitués de multiples cellules en forme d’hexagone (c’est-à-dire ayant six côtés bien droits) qu’on appelle des alvéoles, les rayons de cire qu’elles bâtissent remplissent plusieurs fonctions.

Lire l'article de Julien Rouyer sur The Conversation

On les surnomme poétiquement les cercles de fées. Et ils figurent en bonne place dans la liste des plus grandes énigmes de la nature. Ou peut-être devrait-on parler au passé. Car des chercheurs semblent avoir enfin résolu le mystère. Les cercles de fées seraient l'œuvre d'ingénieurs de l'écosystème « en herbes »...

Lire l'article de Nathalie Mayer sur Futura

Un an de chien vaut 7 ans humains, dit la sagesse populaire. C’est plus compliqué que ça, répond la science. Dans une étude parue dans Cell System, des chercheurs américains comparent les marques épigénétiques des humains et des chiens. Ils montrent que l’âge canidé augmente en effet plus vite que celui des humains, selon une relation logarithmique:

âge humain = 16 ln(âge du chien) + 31

Avez-vous déjà observé la forme d’une fleur de tournesol, la structure d’un flocon de neige ou la morphologie d’une fougère ? Au-delà de leur beauté fascinante, on peut aussi y voir des objets mathématiques, puisque les spirales de la fleur de tournesol suivent une célèbre suite numérique appelée suite de Fibonacci, les flocons de neige présentent des symétries hexagonales particulières et la morphologie de la fougère décrit une géométrie fractale.
De nombreux autres exemples illustrent à quel point les objets mathématiques sont présents dans la nature.

Lire l'article d'Athmane Bakhta sur The Conversation

Un article situé au point triple Art-Microbiologie-Mathématiques, consacré aux colonies de bactéries qui forment des figures fractales : comment diable ces organismes parviennent-ils à produire des structures si élaborées ? Avec de magnifiques images.

Lire l'article sur Sweet Random Science

Le physarum polycephalum est un champignon gélatineux de nos sous-bois humides. Cet organisme unicellulaire, dont la taille peut atteindre celle de la paume d’une main, étonne de nombreux scientifiques par sa capacité d’apprentissage. Son aptitude à trouver son chemin dans un labyrinthe, mise en évidence en biologie, modélisée via la physique et analysée par les mathématiques, ouvre de nouvelles perspectives en informatique.

Lire l'article de Xavier Goaoc sur Images des mathématiques

Le lézard ocellé fait exception dans le règne animal, sa coloration s'organise à l'échelle de l'écaille plutôt que de la cellule. Des chercheurs lémaniques démontrent que la chose peut être expliquée par un système mathématique inventé en 1948 par John von Neumann.

Equations de Turing impuissantes

Chez tous les animaux, du poisson-clown au léopard, les changements de couleur de peau et les dessins qu'ils produisent sont dus à des interactions microscopiques qui se déroulent au niveau cellulaire et que décrivent parfaitement les équations du mathématicien Alan Turing. Mais pas chez le lézard ocellé (Timon lepidus), comme l'indiquent ces travaux publiés dans la revue Nature.
Une équipe de biologistes, physiciens et informaticiens dirigée par Michel Milinkovitch, de l'Université de Genève (UNIGE) et de l'Institut suisse de bioinformatique (SIB), s'est penchée sur la transformation graduelle de la peau de ce lézard. Du brun chez le jeune, elle passe à un labyrinthe d'écailles vertes et noires chez l'adulte.
Cette observation ne correspond pas au mécanisme découvert en 1952 par Alan Turing, impliquant des interactions au niveau cellulaire. Pour comprendre pourquoi le patron de coloration s'organise à l'échelle des écailles plutôt qu'à celle des cellules biologiques, deux doctorantes, Liana Manukyan et Sophie Montandon, ont suivi la coloration de plusieurs lézards pendant quatre ans, depuis leur sortie de l'oeuf jusqu'à l'âge adulte. Elles ont reconstruit la géométrie 3D et la couleur du réseau d'écailles au moyen d'un système robotique à très haute résolution, développé précédemment dans le laboratoire du Pr Milinkovitch, a indiqué mercredi l'UNIGE dans un communiqué.

Premier cas chez un être vivant

Les chercheurs ont observé que non seulement les écailles changent de couleur du brun au noir ou au vert, mais qu'elles continuent, une fois le lézard adulte, de passer du noir au vert et du vert au noir. Cette observation étrange a poussé le Pr Milinkovitch à formuler une hypothèse: le réseau d'écailles forme un «automate cellulaire», un système computationnel ésotérique inventé en 1948 par le mathématicien John von Neumann.
Les automates cellulaires sont des réseaux abstraits dans lesquels chaque élément change d'état - en l'occurrence la couleur verte ou noire - en fonction de l'état des éléments voisins. Les éléments sont appelés «cellules», mais dans le cas des lézards, ils correspondent aux écailles et non aux cellules biologiques. Si ces automates ont été largement utilisés pour modéliser des phénomènes naturels, l'équipe de l'UNIGE a découvert ce qui semble être le premier cas de véritable automate de von Neumann apparaissant chez un être vivant.
L'analyse du changement de couleur sur quatre ans a permis aux chercheurs de confirmer l'hypothèse du professeur Milinkovitch: les écailles changent effectivement de couleur en fonction de la couleur des écailles voisines. Ce résultat est appuyé par des simulations informatiques utilisant cette règle mathématique et qui produisent des patrons de couleur identiques à ceux des vrais lézards.

Modèles superposés

Il fallait alors comprendre comment les deux modèles mathématiques se retrouvent liés chez le lézard ocellé. En particulier comment des interactions microscopiques entre des cellules pigmentaires, décrites par les équations de Turing, peuvent produire un automate de von Neumann exactement superposé aux écailles de la peau.
La peau du lézard n'est pas plate: très fine entre les écailles, elle est beaucoup plus épaisse en leur centre et cette variation d'épaisseur peut influer sur le mécanisme de Turing. Par le biais de simulations informatiques tenant compte de la géométrie de la peau, les chercheurs ont fait émerger un comportement d'automate de von Neumann. Ils ont ainsi démontré que les «automates cellulaires» comme systèmes de calcul ne forment pas simplement un concept abstrait imaginé par John von Neumann, mais correspondent également à un processus naturel généré par l'évolution biologique.

La boucle est bouclée

Malgré ce succès, les simulations restaient imparfaites, les mathématiques de Turing et celles de von Neumann étant très différentes. Michel Milinkovitch a fait alors appel au professeur de l'UNIGE Stanislav Smirnov, lauréat 2010 de la Médaille Fields en mathématiques.
Le Pr Smirnov modifia alors les équations de Turing pour établir un lien mathématique formel avec les automates de von Neumann. Anamarija Fofonjka, doctorante dans l'équipe du Pr Milinkovitch, a utilisé ces nouvelles équations de Smirnov dans des simulations informatiques, produisant un système indifférenciable d'un automate de von Neumann.
L'équipe multidisciplinaire bouclait ainsi la boucle de cette aventure scientifique, de la biologie à la physique, aux mathématiques, et retour à la biologie. (ats/nxp)

Source : Tribune de Genève