Aux racines de l’éducation
La pédagogie en plein air connaît, au Québec, un essor remarquable. Ses bienfaits sont largement documentés, tant pour le contact avec la nature que sur les plans cognitif, physique, psychologique et social. Cependant, de nouveaux outils de collecte de données sont nécessaires pour évaluer les apprentissages. En décembre 2022, une équipe de l’Université de Sherbrooke a passé une journée à observer les élèves de première année de la classe de Mme Marie-Line, à l’Académie des Sacrés-Cœurs. Ces deux enfants, en avant-plan, balisent méthodiquement, pour une activité de mathématiques, un sentier de gnomes avant Noël. Maximum, un mètre en ligne droite! Ensuite, bifurcation! C’est la règle chez les gnomes...
Réflexe végétal
Le frôlement d’un insecte suffit à déclencher, chez le mimosa pudique, une réaction de défense stupéfiante pour une plante. En l’espace d’à peine une seconde, les folioles, qui composent la feuille, se referment l’une contre l’autre. L’amplitude inusitée de ce mouvement est assurée par un coussinet foliaire (vert foncé), le pulvinus. Cette structure fonctionne à la manière d’un bras robotique hydraulique. Un transfert rapide de fluides internes entraîne le dégonflement d’une portion du pulvinus, ce qui le raccourcit, tandis que, à l’opposé, le gonflement soudain allonge sa paroi. Un mécanisme à mettre au répertoire du biomimétisme!
Les étoiles se voilent pour mourir
L’étoile qui brille au bas de l’image est toute jeune. Elle aurait quelque 5 millions d’années, alors que notre Soleil en compte déjà 5 milliards. Or, WR 136 approche de son dernier souffle. D’une masse initiale estimée à 50 soleils, elle a déjà consommé tout son hydrogène, d’où un premier effondrement. En contrecoup, elle a éjecté environ la moitié de sa masse sous la forme d’une bulle de gaz qui fait 30 000 fois la taille de notre système solaire. En bleu, les particules qui se déplacent vers nous, et en rouge, celles qui s’éloignent. WR 136, qui brûle maintenant son hélium, est condamnée à connaître l’apothéose funeste d’une supernova ou à finir en trou noir.
Veuve au tricot
Cette veuve noire de l’ouest, ayant perçu des vibrations sur sa toile, se précipite pour en découvrir la source. Chez cette espèce, Latrodectus hesperus, certaines femelles sont plus agressives que d’autres, et cela se reflète dans l’architecture de leur toile. Ainsi, une araignée prompte à attaquer ses proies fera de sa toile un piège efficace en y intégrant de nombreux fils collants. À l’inverse, une femelle peu agressive tissera une toile défensive avec des fils bien ancrés au sol, plus aptes à stopper les prédateurs aériens. C’est ici une découverte étonnante de la chercheuse et de son équipe, qui étudient la personnalité animale.
Une plage cuivrée
Cette image montre une pellicule de cuivre qui a été exposée à l’humidité; la majeure partie de sa surface s’est détériorée, par contraste avec une petite zone protégée qui, elle, a échappé à la détérioration. Le résultat sur le plan visuel évoque une eau bleue en bordure d’une plage de sable. On voit que la partie de la pellicule de cuivre qui était protégée (partie supérieure de l’image) a conservé sa couleur naturelle, et ce, grâce à un revêtement protecteur biocompatible. Afin de mesurer l’efficacité de ce revêtement, nous l’avons appliqué sur une pellicule de cuivre d’une épaisseur de 100 angstroems produite par évaporation sur un substrat de vitre (portion sombre au haut de l’image). Nous avons ensuite exposé la pellicule à une humidité relative de 100 %, ce qui a accéléré la corrosion de la partie qui n’était pas protégée; s’est alors formé ce qui apparait comme un filet bleu sur l’image. La portion protégée est visiblement moins atteinte, ce qui se reflète dans sa conductivité électrique supérieure à celle de la partie exposée; on peut donc conclure que le revêtement biocompatible est efficace. Mes travaux portent sur la relation entre la structure moléculaire et les propriétés physiques des pellicules biocompatibles et des matériaux de nouvelle génération. L’objectif est de créer une gamme de matériaux protecteurs écologiques, qui ne nuisent pas à l’environnement.
Photo par Antoine Durocher
Luming Fan
Patrizio Vena
Jeffrey M. Bergthorson
Marc Füri
Gilles Bourque
David May
Julien Sirois
Combustion de micromélanges à forte teneur en hydrogène dans des bruleurs imprimés en 3D
Luming Fan
Patrizio Vena
Gilles Bourque
David May
Julien Sirois
La combustion d’hydrogène pur ne produit aucune émission de carbone, mais ce gaz est intrinsèquement plus instable que les hydrocarbures utilisés actuellement. Par ailleurs, les technologies conventionnelles ne supportent pas la combustion de substances à forte teneur en hydrogène, car celles-ci peuvent endommager l’équipement. Cette image montre un bruleur novateur imprimé en 3D qui permet de stabiliser le brulement de combustibles à forte teneur en hydrogène, y compris l’hydrogène pur. La chambre de combustion comporte de miniatures canaux imprimés dans le corps de chaque injecteur, qui distribuent de manière ciblée un micromélange de combustibles. Les cinq injecteurs sont disposés en forme de croix afin de créer au centre des conditions semblables à celles que l’on trouve dans une turbine à gaz chaud. Nous utilisons ensuite des techniques de diagnostic au laser non intrusives pour étudier la combustion des micromélanges à forte teneur en hydrogène et déterminer les types d'injecteurs qui s’avèrent les plus prometteurs et qui permettent une combustion sobre en carbone.
Les nanoplastiques, une menace environnementale de taille
Les nanoplastiques sont partout sur la planète, mais la recherche visant à combattre cette importante menace environnementale fait défaut. Cette image montre des nanoplastiques (jaune-vert) dans une daphnie (Daphnia magna). Ce petit crustacé d'eau douce se prête bien aux techniques de microscopie à fluorescence, car son corps émet naturellement une fluorescence bleue. Nous avons utilisé un microscope confocal pour détecter les nanoplastiques grâce à l’intensité du signal émis. Pour obtenir cette image, nous avons exposé des néonates à des nanoparticules de polystyrène à fluorescence (jaune-vert) de 20 nm pendant 24 heures (toxicité aigüe). On peut voir les nanoplastiques qui ont été absorbés dans les intestins, de même que les perturbations (fragmentation) qui en résultent. Des nanoplastiques sont aussi visibles dans les antennes et la griffe abdominale, que la daphnie utilise pour se déplacer dans l’eau. Enfin, les membres thoraciques sont teintés de jaune-vert, ce qui indique que des nanoplastiques ont été absorbés pendant le processus de filtration.
Magnifique désolation
Cette vieille souche de pin, posée sur un affleurement rocheux, témoigne d’un lointain passé où dominait la forêt boréale. À la suite de coupes et d’incendies, les épinettes noires ont disparu et ne sont jamais revenues. Pourquoi? Nous sommes à Rouyn-Noranda, tout près des cheminées de la fonderie Horne, qui, jusqu’en 1970, ont recraché dans l’atmosphère de l’acide sulfurique et de l’acide nitreux. Presque plus rien ne pousse sur ce terrain tellement acide que même les roches deviennent friables. Des travaux de recherche sont en cours pour reconstituer les sols et la végétation afin de remettre de la vie en ces lieux désolés.
La route de la récompense
Depuis les années 1950, grâce à une électrode logée au sein du faisceau médian télencéphale, on sait que le rat apprend très vite à actionner un levier qui stimule le système de la récompense de son cerveau. Ce faisceau est une sorte d’autoroute par où passent les axones d’innombrables neurones, vers et depuis une multitude de zones cérébrales. Quels neurones sont responsables de l’effet de récompense, connu depuis si longtemps? Départager les neurones du système de la récompense et ceux qui n’y contribuent pas est devenu envisageable seulement depuis l’avènement des plus récentes techniques en traçage neuronal.
La chaîne du chêne
Semblables à des méduses, des bouts d’ADN du chêne rouge baignent dans ces tubes. Cette molécule sous forme de chaîne, l’ADN, contient l'information génétique chez tous les êtres vivants – à plumes, à poils ou à feuilles. D'un individu à un autre, l’information varie au sein d’une espèce selon les conditions de leur milieu. L’analyse de ces échantillons servira à répertorier les variations génétiques au sein des populations de chênes rouges du nord-est de l’Amérique. Dans un contexte de changements climatiques, on pourra ainsi sélectionner des semences adaptées, favorables à une gestion durable de nos forêts.
Nanosymphonie des couleurs
Ces images aux couleurs étonnantes, mais réelles, illustrent qu’il est possible de créer du relief sur des circuits électroniques, habituellement en 2D. Ainsi, en ajoutant quelques « vallons », on ouvre la voie à de nouveaux dispositifs électroniques. L’image de gauche est composée d’un seul matériau (un polymère) et développée par lithographie, une technique de microfabrication; les couleurs montrent l'effet sur la réflexion de la lumière des différences d'épaisseur nanométrique. L’image de droite est composée de plusieurs matériaux, et elle est gravée par plasma : des ions bombardent la surface, forgeant une topographie hautement contrôlée. Les couleurs dépendent ici du métal utilisé – allant du bleu pour l’aluminium, au doré pour le nitrure de titane.
Choisir sa voie
Voici un segment de nerf sciatique prélevé sur un souriceau. On distingue, en rouge, les faisceaux d’axones qui courent dans le nerf, entourés des cellules gliales (vert), qui leur servent notamment de support. Or, ces dernières ont la capacité, grâce au facteur de transcription Nr2f1 (bleu), de se différencier en mélanocytes, qui colonisent la peau et lui donnent sa coloration. Chez les personnes atteintes du syndrome de Waardenburg de type IV, l’expression de Nr2f1 est déréglée, ce qui provoque un déficit en mélanocytes, et donc une perte de la pigmentation et de l’équilibre. Les mélanocytes, en effet, jouent aussi un rôle clé dans le fonctionnement de l’oreille interne!
Asymétrie cérébrale
Les réseaux neuronaux de notre cerveau s’apparentent à des autoroutes (jaune-orange) ou à des routes secondaires (bleu). Ici, vus du dessus par neuro-imagerie, les deux hémisphères du cerveau d’un enfant de 9 ans. Leur asymétrie est frappante. Elle témoigne de lésions survenues lors du développement du fœtus, d’où une paralysie cérébrale. Et, visiblement, l’hémisphère gauche contient beaucoup moins de routes. Cela se traduit entre autres par des problèmes moteurs. Déchiffrer la carte routière neuronale chez les enfants atteints est crucial afin de mieux comprendre leurs symptômes et d’améliorer les interventions, qui, à ce jour, n’ont qu’une efficacité modérée.
Diagnostiquer le passé
Ce minuscule œuf de Trichuris trichiura est vieux de plus de 150 ans. Il a été retrouvé dans l’ancienne latrine d’une maison bourgeoise du début du 19e siècle, au cœur du Vieux-Limoilou à Québec. Bien que mort, son embryon est toujours visible en son centre. Sa découverte, une aubaine pour les archéoparasitologues, confirme qu’à cette époque, alors que les systèmes d’égouts n’existaient pas, plusieurs de nos ancêtres étaient aux prises avec la trichocéphalose, une maladie parasitaire intestinale occasionnée par T. trichiura. On estime aujourd’hui qu’il y a entre 450 millions et 1 milliard de cas actifs, et ce, surtout dans les pays chauds, humides et pauvres en infrastructures.
Tentacules quantiques
L’ordinateur quantique offrira une puissance de calcul phénoménale comparativement à celle d’un ordinateur classique. Il effectuera ses calculs à l'échelle atomique, et pour cela, ses composantes micro-électroniques, tels les mémoires et les transistors à atome unique, devront être miniatures. Afin d’assurer l'interconnexion entre ces composantes, on utilise un procédé d'évaporation de métal noble, par exemple l'or (Au). Encore que cette technique soit bien maîtrisée, il arrive que certaines surfaces ne tolèrent pas le dépôt du métal : en témoignent ces structures nanométriques d’or ayant bourgeonné sur une puce de silicium et qui évoquent les tentacules d’une anémone de mer.
Des neurones cultivés
Ce réseau de neurones humains est observé non pas à partir d’un cerveau, mais plutôt d’une boîte de Pétri. Il a été généré grâce à la différenciation de cellules progénitrices neurales. Devenus rapidement matures et fonctionnels, ces neurones, ayant les mêmes caractéristiques que les nôtres, permettent de mieux comprendre, par exemple, les mécanismes des maladies neurodégénératives. On peut aussi utiliser ce genre de modèle dans le cadre d’études en pharmacologie et en toxicologie pour évaluer les effets de médicaments. Même si nous sommes loin d’avoir ici un véritable cerveau, ce réseau neuronal représente un excellent modèle pour la recherche!
N'en rajoutez pas une couche
Saviez-vous que, chaque année, les agriculteurs québécois utilisent 4000 tonnes de pellicule de plastique pour envelopper leurs balles de foin? L’équipe de COALIA souhaite donner une seconde vie à cette pellicule à usage unique. Comme le révèle cette image de microscopie, le film est constitué de deux couches de plastiques différents : du polyéthylène et de l’EVA. Cela lui confère souplesse et robustesse. En revanche, le recyclage se complique, puisque ces plastiques ne peuvent pas être séparés. Toutefois, l’équipe de recherche a réussi à fabriquer de nouveaux produits, tels que des tuyaux d’irrigation utilisables en agriculture.
La vessie en relief de plumes
Sous nos yeux se pavane le maître du système urinaire : le détrusor. Lors de la miction, soit l’action d’uriner, ce muscle de la vessie se contracte pour évacuer le liquide. L’étude de ces cellules musculaires lisses (en vert) et de leurs noyaux (en bleu) permet de repérer les protéines impliquées dans l’incontinence urinaire, associée à une vessie hyperactive. À terme, les recherches réalisées sur ce muscle, dont le fonctionnement est régulé par le système nerveux, pourront contribuer au traitement d’autres conditions neurologiques où la miction est affectée, comme la maladie de Parkinson et la sclérose en plaques.
Un champ de données
Non, ce n'est ni un pull de laine ni un stéréogramme (image 2D donnant l’illusion d’une scène 3D)! C’est tout simplement un champ de maïs de la région de Bellechasse. Cette image a été prise à 50 mètres d'altitude par un drone équipé d’une caméra multispectrale. Grâce à cette technique de pointe, on cartographie plus facilement les résidus de culture, telles les tiges de graminées. On peut ainsi en déterminer l’emplacement et la quantité. Ces données permettent de tirer un meilleur profit de ces matières végétales qui enrichissent les sols tout en freinant l’érosion. C’est là une belle pratique de développement durable.
Canopée neuronale
Depuis maintenant près de 15 ans, on crée en laboratoire des versions miniatures et simplifiées d’organes appelées organoïdes. Ces structures tridimensionnelles sont formées à partir de cellules souches ayant la capacité de se différencier en divers types. Ici, on voit la coupe d’un « mini-cerveau », dans lequel on discerne des neurones matures en rouge, de futurs neurones en vert, et les noyaux cellulaires en bleu. Pour ses travaux, la doctorante entend vérifier comment l’ajout d’un ARN long non codant (molécule intervenant dans les processus génétiques) peut influencer la formation d’un tel organoïde cérébral.
