Parcours Etranges

Dans l’énigmatique Canon 1 à 2 de l’”Offrande musicale” de J. S. Bach (1747), le manuscrit montre une seule portée dont le début est joint avec la fin. Cet espace est topologiquement équivalent à un fibré en droite sur le cercle, connu sous le nom de ruban de Möbius. L’exécution simultanée des deux chemins d’aller et retour donne lieu à deux voix, dont la symétrie détermine une évolution réversible. Un univers musical est construit et puis “déconstruit” vers le silence.¹

1. Animation créée sous POV-Ray par Jos Leys. Musique jouée par xantox avec Clavecin flamand Post, manuel supérieur. [↩]

Evolution temporelle d’une orbitale atomique hydrogénoïde (à un seul électron) avec nombres quantiques | 3, 2, 1 > selon l’équation de Schrödinger (les couleurs représentent la phase). Dans la matière atomique, les électrons qui orbitent autour du noyau ne suivent aucune trajectoire classique déterminée, mais existent pour chaque état quantique dans une orbitale, qui peut être visualisée comme le nuage des probabilités d’observer l’électron à chaque point et temps donné.

© Dean E. Dauger

Les surfaces liquides sont tendues par les forces intermoléculaires, qui sont déséquilibrées sur le bord, produisant la tension superficielle. Lorsque des liquides avec différente tension superficielle rentrent en contact, ces forces causent un écoulement connu sous le nom d’effet Marangoni,¹ qui est également à l’origine des beaux motifs dans l’ancien art japonais du Suminagashi (”encre flottante”). Dans cette image, une couche d’acide oléique (agent tensioactif avec une tension superficielle de 32,5 mN/m) s’étend spontanément sur environ 2,5 mm au-dessus d’une couche de glycerol (dont la tension superficielle est de 63,4 mN/m). Des efforts capillaires et de Marangoni causent des fortes variations de l’épaisseur du liquide, produisant un écoulement arborescent. Les lignes de contour sont des franges d’interférence.

Cliquer l’image pour agrandir²

1. C. Marangoni, “Über die Ausbreitung der Tropfen einer Flüssigkeit auf der Oberfläche einer anderen”, Ann. Phys. Leipzig, 143:337-354 (1871). [↩]
2. © B. J. Fischer, A. A. Darhuber, S. M. Troian, Department of Chemical Engineering, Princeton University [↩]

Les nuages terrestres sont le résultat d’interactions extraordinairement complexes entre eau et air, avec plusieurs mécanismes de rétroaction combinant les effets de la dynamique des fluides et de la thérmodynamique.¹

Cliquer l’image pour agrandir²

Le type de nuages convectifs connus sous le nom de cumulus sont produits par les vents verticaux qui ont lieu dans des régions d’air chaud et humide, par le principe d’Archimede. Ce soulevement rapide a comme conséquence l’expansion adiabatique et le refroidissement de l’air, et la formation conséquente de gouttelettes d’eau. Leur distribution irregulière disperse la lumière du soleil géometriquement dans toutes les directions, produisant l’aspect blanc lumineux typique de la neige, évoluant en nuances de gris de par leur épaisseur optique. Chaque nuage est de vie courte, durant environ 15 minutes en moyenne.

1. H. R. Pruppacher, J. D. Klett, “Microphysics of clouds and precipitation“, Springer (1997); R. A. Houze, “Cloud Dynamics“, Academic Press (1994) [↩]
2. © 2004 Sarah Robinson, Flow Visualization Course, University of Colorado [↩]

Animation montrant l’interaction de quatre charges de masse égale¹, deux positives et deux négatives, selon l’approximation de l’électromagnétisme classique. Les particules interagissent par la force de Coulomb, par le biais du champ électrique réprésenté en jaune. Une force répulsive de Pauli d’origine quantique, qui devient très intense à une distance critique d’environ le rayon des sphères montrées dans l’animation, empêche l’effondrement des charges sur un même point. En plus, le mouvement des particules est atténué par un terme proportionnel à leur vitesse, leur permettant de “s’installer” dans des états stables (ou méta-stables).

Lorsque les charges évoluent depuis l’état initial, la première chose qui se produit (très rapidement, puisque l’attraction de Coulomb entre charges non équilibrées est très forte) est qu’elles s’associent en dipôles. Ensuite, il reste une (beaucoup plus faible) interaction entre dipôles voisins (force de van der Waals). Bien qu’en principe elle puisse être attractive ou répulsive, il y a un couple qui tourne les dipôles de sorte qu’elle est attractive. Ce mécanisme lie les molécules de certaines substances dans un état solide.

1. © 2004 MIT TEAL/Studio Physics Project, John Belcher [↩]

Cette animation par ordinateur¹ basée sur la recherche moléculaire² nous permet de voir comment l’ADN est copiée dans les cellules vivantes. L’animation montre la “chaîne de montage” des machines biochimiques qui séparent la double hélice d’ADN et produisent une copie de chaque chaîne. L’ADN à copier arrive dans la tourbillonnante machine moléculaire bleue, appelée hélicase, qui la tourne aussi vite qu’un moteur d’avion et qui déroule la double hélice en deux brins. Une chaîne est copiée sans interruption et se débobine de l’autre côté. Ce n’est pas aussi simple pour l’autre chaîne, car elle doit être copiée à l’envers, ainsi elle est retirée en boucles et copiée une section à la fois. Le résultat final ce sont deux nouvelles molécules d’ADN.

1. Drew Berry, “DNA animation”, The Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research, Melbourne, Australia (courtoisie de l’auteur). © 2007 Howard Hughes Medical Institute [↩]
2. T. A. Baker, S. P. Bell, “Polymerases and the Replisome: Machines within Machines“, Cell, 92:295-305 (1998); K. P. Lemon, A. D. Grossman, “Movement of Replicating DNA through a Stationary Replisome“, Molecular Cell, 6, 6:1321-1330 (2000); M. R. Singleton, M. R. Sawaua, T. Ellenberger, D. B. Wigley, “Crystal structure of T7 gene 4 ring helicase indicates a mechanism for sequential hydrolysis of nucleotides“, Cell 101:589-600 (2000); D. S. Johnson, L. Bai, B. Y. Smith, S. S. Patel, M. D. Wang, “Single-Molecule Studies Reveal Dynamics of DNA Unwinding by the Ring-Shaped T7 Helicase“, Cell 129, 7:1299-1309 (2007). [↩]

En 1610 Galilée publia le rapport étonnant de ses premières observations au téléscope,¹ contenant des dessins détaillés de la surface de la Lune et sa découverte de quatre “planètes” orbitant autour de Jupiter (aujourd’hui dites “Lunes Galiléennes”). Environ deux ans plus tard, il écriva une observation encore plus précise² avec plus d’une centaine de dessins de leurs positions relatives quotidiennes. Cette animation³ restitue la vie aux observations de Galilée, vues à Florence, Mars 1613.

1. G. Galilei, “Sidereus Nuncius” (”Le Message Céleste”) (1610) [↩]
2. G. Galilei, “Istoria e Dimostrazioni intorno alle Macchie Solari” (”Les lettres sur les tâches solaires”) (1613) [↩]
3. Massimo Mogi Vicentini, © Planetario di Milano, Italy [↩]

L’information génétique de tous les organismes vivants est codée dans des immenses séquences de quatre symboles moléculaires, structurés comme les marches d’interminables escaliers de DNA nommés chromosomes. Les cellules humaines contiennent deux ensembles de 23 chromosomes, chacun ayant de 50 à 250 millions de symboles ou bases pour un total de 3 milliards, comme un livre d’un million de pages écrit dans une langue pour la plupart inconnue. Dans cette image, un court extrait du chromosome humain 20, qui a 63 644 868 bases, est représenté par les lettres A C G T et par des points pour les sections apparemment inutilisées.

Cliquer l’image pour agrandir¹

1. © Ben Fry, Computation Group MIT Media Lab [↩]

Photographie en surimpression de l’éclipse lunaire totale du 27 octobre 2004. Les corps célestes orbitant autour d’une étoile projettent des ombres, qui peuvent obscurcir en partie ou en totalité d’autres corps précisement alignés derrière eux, “éclipsant” l’étoile de leur point de vue (du Grec ekleipein, “qui n’apparaît pas”).

Cliquer l’image pour agrandir¹

A cause de leur courte durée, les éclipses sont parmi les phénomènes où l’on peut percevoir le plus dramatiquement une dynamique à l’échelle cosmique. Dans l’image, le chemin courbe de la lune est principalement dû à la rotation de la terre, et en petite partie au mouvement de la lune dans son orbite elliptique autour de la Terre. Pendant l’étape de totalité, la lune apparaît de couleur rouge, à cause de la diffusion de la lumière par l’atmosphère terrestre, qui renvoie uniquement les longueurs d’onde rouges à l’intérieur de la zone d’ombre. Un observateur sur la lune verrait un anneau brillant de lumière rouge, qui en fait provient de tous les levers et couchers de soleil terrestres simultanés.².

Une éclipse lunaire totale aura lieu ce samedi 3 mars 2007, et sera visibile depuis l’Europe, l’Afrique, l’Asie Occidentale et l’Amérique Orientale.

1. Photo © Forrest J. Egan, Digital Astro [↩]
2. Eclipse vue de la lune, Mission Surveyor 3, 24 Avril 1967 (couleur artificielle) © NASA [↩]

Les caustiques (du Grec kaustikos, kaiein, ‘brûler’) sont des entités géometriques formées par une concentration singulière de courbes, qui modélisent approximativement le comportement de rayons lumineux focalisés par des lentilles ou des miroirs, donnant lieu à des zones très lumineuses lorsqu’ils rencontrent une surface. Les motifs de lumière au fond des piscines sont des exemples de caustiques, produites par la réfraction sur la surface ondulée de l’eau. Dans cette image de synthèse, on découvre des caustiques de lumière résultantes de la réfraction par deux surfaces consécutives, comme si la lumière rentrait dans une deuxième mer sous la mer.

Cliquer l’image pour agrandir¹

1. Digital Artwork © Eric J. Heller, Resonance Fine Art [↩]