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vent de l' interaction entre diverses disciplines. Ainsi, la théorie du chaos, dont on parle beaucoup et dont les bases ont été jetées au début du siècle par Poincaré dans le contexte de l'astronomie, apparaît simultané-ment en mathématiques, en biolog ie, en statistique, en astronomie, en mécanique des flu ides, voire en logique ou en théorie des algorithmes. La Faculté des sciences est donc ce lieu privilégié d'un troisième type de coopération: la coopération interdisciplinaire. Les acti-vités de l'Observatoire de Genève, D épartement d 'astronomie de la Faculté des sciences établi à Sau-verny, en donnent un excellent exemple.
Voyage dans le quotidien interdisciplinaire
des
astrophysiciens
'ASTRONOMIE et l'astrophysique étudient notre en-vironnement dans le sens le plus lar-ge du terme. Les échelles de distances, de temps, d'énergie et de densité dans l'u-nivers sont sans rapport avec les échelles de grandeur auxquelles l'être humain est accoutumé. Par exemple, les sources les plus loin-taines observées en 1992 sont des quasars à des distances de plus de 12 milliards d'années-lumière; la vie des étoiles peut durer des milliards d'années, mais l'explo-sion d'une supernova se déclen-che en quelques millisecondes, en émetrant duranr ce bref laps de temps autant d'énergie que le so-leil en 10 milliards d'années et en laissant comme résidu une étoile à neutrons, dont la densi-té est proche de 100 millions de tonnes par cm3.
Ces chiffres illustrent quelques-unes des surprises que l'astro-nome découvre en cherchant à répondre aux nombreuses ques-tions fondamentales que se pose l'homme sur l'origine de l'uni-vers, ses limites et son évolution future: comment naissent et évo-luent les étoiles et les galaxies?
Comment s'est faite la matière dans l'univers, pourquoi certains éléments sont-ils présents en plus grande quant-ité que d'autres, E}Ue
PLATE-FORME D'ÉCHANGES ET DE COOPÉRATION
CAHIER SPÉCIAL DE LA FACULTÉ DES SCIENCES
Coopération interdisciplinaire
Le VLT:
un télescope de 16 métres au coeur du désert d'Atacama (Chili). Le plus grand télescope optique de la fin du siècle.
Image de la radio-galaxie Cygnus A prise par le radio-télescope VLA. Deux jets symétriques sont émis par la galaxie à peine visible au centre
du cliché. Ces jets se dissolvent en deux vastes zones observables dans le domaine radio.
L'ensemble a une dimension d'environ 400.000 AL
peut-on dire de la vie dans l'uni- effet, la vie sur la Terre n'est pos- se pour extraire l'information du vers 1 L'astrophysicien Hubert sible gue par l'existence de la rayonnement.
Reeves a écrit: <<Ma grand-mère source lumineuse qu'est le Soleil: Concrètement, ils étudient le est une étoile>>. Il nous rappelle il est donc important de compren- rayonnement de deux manières:
ainsi que la plupart des éléments, dre les fluctuations du rayonne- par des observations réalisées au carbone, oxygène, fer dont nous ment solaire, gui ont des retom- moyen de télescopes, ou en élabo-sommes formés ont été créés dans bées directes sur notre vie ter- tant des modèles théoriques des -les e-x-)'llosions-de-super-novae-. - ----restre.-Gf!-sa-it-,-pa-r-exemple,-que ---objets-què.i·ls considèrent (étoiles-·
La Voie Lactée contient une le mini-âge glaciaire du XVIIe et galaxies).
centaine de milliards d'étoiles. Le siècle était dû à une variation Soleil, notre «astre du jour», en infime du rayonnement solaire.
est une. Sa structure et son évolu-tion retiennent l'attention des astrophysiciens à maints égards.
Dans ce domaine, une orientation cour à fait nouvelle se développe: la sismologie solaire, ou hélio-sis -mologie, à savoir l'étude de la structure interne du soleil à par-tir des ondes sismiques qu'il émer. On s'occupe également de plus en plus des interactions du Soleil avec la haute atmosphère terrestre, des variations solaires, de ses effets sur l'équilibre de l'ozone et de l'origine astrono-mique des cycles climatiques. En
Des conditions d'expérimentation
particulières
Contrairement au physicien ou au biologiste, l'astronome n'a pas dans son laboratoire les objets qu'il étudie. Le rayonnement est son seul lien avec les astres. Cela explique gue les astronomes ont développé à un très haut degré de technicité les télescopes, les dé-tecteurs et les méthodes
d'analy-Les observations par télescope au sol et dans
l'espace
T.es observations réalisées par le Département d'astronomie se proposent, entre autres choses, de déterminer le rayon, la tempéra-ture, la masse et la puissance de rayonnement des objets célestes.
L'Observatoire de Genève occupe une position de pointe dans la photométrie stellaire. Une partie des observations sont effectuées sur le site de l'Organisation pour
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Coopération interdisciplinaire
l'observation du ciel austral (ESO) à La Silla, au Chili, sur le flanc des Andes.
Le nombre total d'étoiles re-censées à ce jour avoisine les
10 millions. L'Observatoire de Genève a réalisé des mesures sur près de 50 000 étoiles, ce qui constitue la base de données la plus précise du monde. Des tech-niques extrêmement fines ont été développées en matière d'analyse de la lumière qui, par comparaison des différentes longueurs d'onde émises par les étoiles, nous per-mettent d'en estimer la tempéra-ture, la luminosité et la composi-tion chimique. Car la seule obser-vation directe ne permet pas d'obtenir une indication sur ces paramètres, qui impliquent des ou-tils d'analyse sophistiqués. Outre cette analyse des longueurs d'on-de, l'Observatoire de Genève a développé d'autres techniques d'observation comme la mesure des vitesses radiales des étoiles.
Un détecteur révolutionnaire ap-pelé Coravel a été créé dans ce but. Une source lumineuse qui s'approche de nous envoie un signal décalé vers le bleu, tandis qu'une source qui s'éloigne émet un signal décalé vers le rouge.
L'appareil mis au point à Genève mesure ces décalages spectraux sur l'ensemble des longueurs d'on-de du spectre visible et non plus sur une seule longueur d'onde comme précédemment, ce qui permet une mesure rapide et pré-cise de la vitesse. Ce détecteur permet aux astronomes genevois d'effectuer, avec le télescope de lm qu'ils possèdent à l'Observa-toire de Haute-Provence, des me-sures précises en un temps plus court que celles effectuées au té-lescope de Sm du Mont Palomar.
Heureusement pour la vie sur Terre, l'atmosphère terrestre fait
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Vue générale de fa station d'observation de fa Si/la (Chili)
écran aux rayonnements gamma, X et UV, qui sont dangereux, mais néanmoins porteurs d'une très riche information astrophy-sique. Pour étudier ces rayonne-ments, il faut sortir de l'atmo-sphère. Ainsi l'Observatoire par-ticipe-t-il à divers programmes d'observation par satellites de l'Agence spatiale européenne (ESA), notamment dans le domaine des rayons X (satellites Exosat et Rosat) et dans l'ultraviolet (satel-lite lUE). Un des objectifs scien-tifiques de l'Observatoire est l' é-tude du rayonnement émis par les noyaux de galaxies et les qua-sars, gui cachent probablement un trou noir en leur centre, sys -tème qu'il s'agit d'identifier et de comprendre, ce qui demande une étude du rayonnement sur l'en-semble des longueurs d'onde.
L'ESA a des projets importants et l'Observatoire est associé à la pré-paration de certains d'entre eux, en particulier pour la spectrosco-pie X et gamma (projets de satel-lites XMM et Integral).
La détermination des distan-ces dans l'univers est depuis l'Antiquité une préoccupation majeure de l'astronomie. Pour éviter le flou dû à l'atmosphère terrestre, l'ESA a lancé le satel-lite Hipparcos, qui mesure les distances des astres par une trian-gulation dans l'espace. C'est l'Observatoire qui a mis au point la méthode de mesure des flux lumineux des étoiles sur le satel-lite Hipparcos permettant d'ob-tenir simultanément par la même mesure les distances, les flux des étoiles et leurs microvariations.
Cet engagement de l'Observa-toire dans la recherche spatiale entraîne de nombreux développe-ments technologiques nouveaux;
les progrès dans la maîtrise des stabilisées de l'Observatoire que les variations en haute altitude de l'ozone ont été analysées, il y a plus de vingt-cinq ans déjà. Avec les mêmes équipements, les pre-mières traces de pollution de la haute atmosphère ont été décou-vertes. Plusieurs fois par an, on lance ces nacelles dans le cadre de coopérations pour l'étude de l'atmosphère terrestre, du rayon-nement solaire, des rayonrayon-nements stellaires, des rayonnements in-frarouges de la matière interstel-laire, etc. Plusieurs vols ont eu pour objectif de tester des équi-pements destinés à des satellites de la NASA et du CNES ou à des stations orbitales soviétiques MIR.
Les simulations par ordinateur
A côté de ces observations, un aspect important du travail des astronomes et astrophysiciens est la simulation par ordinateur. Elle leur permet de reproduire et d'in-terpréter les phénomènes surve-nant au sein des étoiles, des amas d'étoiles, des galaxies et des amas de galaxies qui peuplent l'uni-vers. D'une certaine manière, ces simulations sont des observations mais d'ordre numérique: on
ex-plique, par exemple, à l'ordina-teur ce que l'on croit être une étoile, on lui fournit les données de base acquises lors de l'observa-tion par télescope et l'on enre-gistre les caractéristiques gue l'ordinateur attribue à l'étoile, compte tenu de ces données de base. Puis l'on compare les résul-tats des simulations de l' ordina-teur avec les mesures effectuées à partir des différents sites d'obser-vation. Si l'on voulait simuler la vie d'une société humaine, il fau-drait établir les relations et les équations gui régissent les rap-ports entre humains et les effets qui font gue les êtres humains interagissent, développent leur société, travaillent, etc. Il en va de même pour les étoiles.
La nécessité de connaissances interdisciplinaires
Une fois écrites les équations qui régissent l'équilibre mécani-que et énergétimécani-que des étoiles, il _faut-préciser la -nature -de--leurs constituants, ce qui exige de so-lides connaissances interdiscipli-naires.
L'identification des réactions nucléaires se produisant dans une étoile implique des connaissances en physique nucléaire. Une réac -tion nucléaire en laboratoire per-met d'étudier la manière dont se comportent les atomes lorsqu'ils entrent en interaction. Sur la Terre, ces vitesses d'interaction sont relativement faibles à la dif -férence de ce qui se passe dans le cosmos où elles sont très élevées.
Les accélérateurs de particules, comme celui du CERN, dont s'occupe le Département de phy-sique nucléaire et corpusculaire,
tentent preCisement de recréer des conditions d'interaction pro-ches de celles observables dans le cosmos.
L'étude du rayonnement des étoiles nécessite le recours aux techniques de recherches utilisées par les laboratoires spécialisés en physique atomique et molécu-laire. L'évolution de la matière des étoiles implique des connais-sances en mécanique des fluides et en hydrodynamique.
D'autres connaissances de phy-sique de base, comme la thermo-dynamique, som requises pour étudier les transferts de chaleur.
Le calcul de l'évolution d'une étoile demande la résolution de plusieurs centaines d'équations, ce qui requiert de la part de l'as-tmphysicien une mnnaissance des méthodes d'analyse numérique et mathématique.
D'autre part, certaines étoiles comme les naines blanches ou les étoiles à neutrons, nécessitent des connaissances tout à fait parti-culières dans le domaine de la physique de la matière conden-sée, parce qu'elles présentent une densité -de-matière-extrêmement grande.
Enfin, on enregistre depuis quelques années, de la part des physiciens spécialistes des par-ticules élémentaires, un intérêt croissant pour la matière obscure dont la présence dans l'univers a été révélée aux astronomes non par l'observation directe, mais par les effets gravitationnels qu'elle produit sur les galaxies et les amas de galaxies en particulier.
Ces caractéristiques interdis-ciplinaires de l'astrophysique re-jaillissent sur la formation de l'astrophysicien et sur les collabo-rations qu'il entretient avec les spécialistes d'autres disciplines.
L'entrée dans la profession
d'as-tronome-astrophysicien exige une solide formation préalable de physicien. Cette formation peut être acquise dans quelques uni-versités suisses, mais seule la Faculté des sciences de l'U niver-si té de Genève propose actuelle-ment un cursus complet allant des cours élémentaires à l' ensei-gnement régulier post-diplôme ou enseignement de troisième cycle. Diplôme de physicien en poche, l'étudiant qui envisage de faire carrière en astronomie doit alors entreprendre une thèse de doctorat dans l'un des groupes de recherche de l'Observatoire. Pa-rallèlement, il suit les cours du certificat d'astronomie et d'astro-physique gui ont pour objectif d'amener le candidat à un niveau de mnnaissances lui permettant d'aborder la recherche de pointe dans différents domaines tels la structure et l'évolution des étoi-les, l'étude de leur atmosphère, l'évolution des systèmes stellaires (des étoiles doubles aux galaxies), l'astrophysique des hautes éner-gies, etc.
Le caractère interdisciplinaire de-Fastronomie-et de l'astrophy~
sique implique aussi que les en-seignants interviennent dans des programmes d'autres sections de la Faculté des sciences. C'est ainsi que les astronomes initient les mathématiciens aux structures de l'univers et les biologistes aux problèmes de l'origine de la vie.
Enfin un cours, destiné à un large public, accueille des étudiants de toutes les facultés et des maîtres de l'enseignement secondaire de toutes disciplines. 0
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COOPÉRATION INTERDISCIPLINAIRE
Le projet Mélanie Département d'informatique
Mélanie est un projet de recherche pluri·
disciplinaire dont le but est la mise au point de procédés biochimiques ainsi que d'un système informatique capable d'aider le clinicien à poser de meilleurs diagnostics, précis et précoces. Le projet regroupe deux Facultés de l'Université de Genève (sciences et médecine) ainsi que le Centre d'informatique hospita-lière de l'Hôpital cantonal universitaire de Genève. Le groupe de chercheurs qui participe au projet est composé de médecins, de biochimistes et d'informa-ticiens. De plus, des collaborations scien-tifiques ont été établies dans le cadre du projet Mélanie à l'intérieur de l'Université, mais aussi sur le plan suisse et sur le plan international avec, entre autres, des groupes aux Universités de Lausanne, Zurich, Grenoble, Lyon, Sienne, Milan, Londres, Kiehl, au Weizmann lnstitute, Rehovot, Israël, au National lnstitute of Mental Health, Bethesda, MD, Etats-Unis, ainsi qu'au National Cancer lnstitute, situé aussi à Bethesda. Sans parler de celles avec des partenaires industriels, en Suisse et à l'étranger.
Le but du projet est le diagnostic médical assisté par ordinateur à partir de cartes protéiques établies par électrophorèse bidimensionnelle. Cette dernière est une technique biochimique permettant de séparer des milliers de protéines d'un échantillon biologique selon deux de leurs caractéristiques physico-chimiques différentes: leur point isoélectrique et leur taille. La première séparation a lieu dans un gel de polyacrylamide conte-nant un gradient de pH immobilisé. Les protéines migrent dans le gel sous l'in-fluence du champ électrique jusqu'au point où la somme de leurs charges positives et négatives est nulle, le point isoélectrique. Les protéines sont ensuite transférées dans un deuxième gel, où, sous l'influence d'un champ électrique
CAHIER SPËCIAL DE LA FACULTÊ DES SCIENCES
' .
Extrait d'une image d'électra·
phorèse bidimensionnelle de plasma, avec les quelques noms de quelques protéines connues
perpendiculaire au premier, elles migrent en fonction de leur taille, les plus petites migrant le plus vite. Une fois la deu-xième séparation réalisée, les protéines sont détectées par une méthode de coloration à l'argent. Des milliers d'entre elles peuvent ainsi être séparées et détectées. Les protéines les plus concen-trées donnent des taches très foncées, celles faiblement concentrées des taches plus faibles. Une fois coloré, le gel est balayé par un faisceau laser permettant ainsi l'acquisition d'images digitales avec une grande gamme dynamique (fig. 1 et 2). Dans des situa-tions bien définies, les cartes protéiques ainsi obtenues sont analysées
automati-1.
Comparaison, par le système Mélanie, d'images d'électro-phorèse d'origines différentes
quement par ordinateur et certaines constellations polypeptidiques caracté-ristiques d'une maladie reconnues.
Le système informatique Mélanie analyse automatiquement les images de gels d'électrophorèse bidimensionnelle, détecte et quantifie les taches
(protéines), compare entre elles plusieurs images et effectue les analyses quantitatives et statistiques. Plusieurs tests cliniques ont été effectués à l'Hôpital cantonal universitaire, qui ont montré le potentiel de l'intégration de la technique de l'électrophorèse bidimensionnelle et de systèmes
infor-matiques performants. 0
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