Aéronautique/ médecine/ environnement
Une méthode mathématique pour prévenir les catastrophes aériennes
Des chercheurs russes sont en train d'élaborer une technique de prévention des catastrophes aériennes reposant sur les mathématiques.
En recourant à une méthode mathématique d'analyse des oscillations - l'analyse des ondelettes (*) -, des chercheurs russes travaillent sur un procédé permettant de prévoir le développement de phénomènes dangereux dans les moteurs d'avions et de prévenir des catastrophes aériennes, a déclaré à RIA Novosti le professeur Igor Dremine, de l'Institut de physique Lebedev de l'Académie des sciences russe.
"Le pompage dans les moteurs des avions, autrement dit les perturbations du flux d'air et du jet à réaction dues à une soudaine modification de la pression, peut conduire à la destruction des moteurs et à des catastrophes aériennes. Le flottement (flatter) constitue un danger tout aussi important: ce sont des vibrations des pales des turbines qui se déclenchent d'elles-mêmes. A l'aide de l'analyse des ondelettes, nous sommes parvenus à mettre en évidence les précurseurs de ces phénomènes, explique Igor Dremine."
On appelle ondelettes des fonctions mathématiques qui permettent d'étudier les caractéristiques locales d'un signal à différents niveaux de puissance. L'analyse des ondelettes permet de déterminer avec précision le moment et le lieu de la modification d'un caractère du signal étudié.
Igor Dremine souligne que l'élaboration mathématique de cette méthode a été entreprise à la fin des années 80 du siècle dernier par des chercheurs français, en liaison avec l'étude des résultats d'un sondage sismique: il fallait analyser alors "l'écho uni" d'une explosion reflétant la nature de différentes couches géologiques, et découvrir ainsi des gisements de minéraux utiles.
Aujourd'hui, les ondelettes sont largement utilisées pour résoudre des tâches concrètes de natures diverses comme, par exemple, la compression des données graphiques, ce qui accélère leur transmission sur de longues distances.
Igor Dremine et son équipe ont été les premiers à utiliser cette méthode pour rechercher les précurseurs des flottements et du pompage, en collaboration avec des chercheurs et des ingénieurs de l'Institut central de construction de moteurs d'avions Baranov (TsIAM) et de l'Institut de recherche des vols Gromov (LII).
"Des capteurs installés sur le corps du moteur et sur les pales des turbines transmettent des informations sur les oscillations de la pression et les vibrations. Trouver des précurseurs du pompage et du flottement dans ces oscillations n'est pas une mince affaire. Il est trop tard pour entreprendre quoi que ce soit quand l'amplitude des oscillations devient trop importante et que des flammes s'échappent déjà de la partie avant du moteur. Nous avons découvert que, juste avant, les coefficients de la décomposition en ondelettes des signaux des capteurs commencent à avoir un comportement spécifique, ce qui peut être suffisant pour prévenir l'apparition du pompage, explique Igor Dremine."
"Si l'on utilise un ordinateur de bord qui exploite immédiatement toutes ces données, il donnera rapidement un ordre adéquat aux moteurs, ce qui peut permettre d'éviter la chute de l'avion, ajoute le chercheur."
Le professeur estime qu'il existe des prémisses donnant à penser que l'on pourrait tenter de créer un appareil qui préviendrait le développement de l'instabilité: "Les objectifs sont clairs, les capteurs existent, on a les calculs mathématiques, mais nous devons vérifier tout cela, effectuer des tests dans de nombreuses situations, procéder à des essais sur banc, et tout cela ne se fait pas en un seul jour."
Par ailleurs, indique Igor Dremine, une hypothèse a été formulée pour expliquer l'origine du pompage, qui pourrait être un phénomène lié à ce que l'on appelle la résonance paramétrique. "Il s'agit en fait d'une instabilité: tout commence à s'accélérer à une vitesse exponentielle, mais vous pouvez stopper tout cela, si vous modifiez la fréquence - si vous débranchez à temps les moteurs ou si vous modifiez leur régime de fonctionnement. C'est un peu comme lorsque l'on ordonne à des soldats de ne pas marcher au pas sur un pont."
Les premiers résultats des travaux de ces chercheurs ont été publiés dans la revue Control Engineering Practice. Ils sont protégés par deux brevets russes. Igor Dremine a eu l'occasion de présenter ces travaux lui-même, sur place, aux responsables des sociétés General Electric (Etats-Unis) et Pratt & Whitney (Canada).
(*) Une ondelette (wavelet en anglais) est une oscillation de moyenne nulle, caractérisée par son instant d'émission et sa durée. Les ondelettes permettent de décomposer en fréquences et en temps, ce qui permet souvent une meilleure analyse des fonctions présentant des discontinuités ou des phénomènes locaux, explique le site Wikipedia. Le terme anglais (wavelet), repris tel quel en russe, est une traduction littérale du français ondelette - wave (onde) + let (petit).
A la recherche d'antibiotiques fondamentalement nouveaux
Des chercheurs russes travaillent à la création d'une nouvelle génération d'antibiotiques pour lutter contre certaines affections chroniques, rapporte le site strf.ru, citant informnauka.ru.
Lorsqu'une cellule est atteinte par une infection, un processus d'apoptose (mort cellulaire programmée) se déclenche afin d'éliminer cette cellule. Il permet d'éviter que cette cellule, par divisions successives, ne se multiplie et contribue ainsi au développement de cette infection. Or, de nombreux microorganismes pathogènes sont capables d'inhiber les mécanismes de cette apoptose et de permettre ainsi la contamination d'un maximum de cellules à partir d'une cellule infectée. Des chercheurs de l'Institut national d'épidémiologie et de microbiologie de l'Académie des sciences médicales russe ont appris à maîtriser cette propriété d'inhibition qu'ont des bactéries et tentent, sur cette base, de fabriquer de nouveaux médicaments contre les affections chroniques.
L'ulcère de l'estomac, certains types de cancer, l'asthme, les arthrites, les affections auto-immunitaires, les artérioscléroses sont souvent dues à des infections bactériennes. Il est difficile de lutter contre ces maladies, car les microorganismes pathogènes qui les provoquent ont la faculté de freiner les processus d'apoptose des cellules. Les cellules qu'ils contaminent survivent et se divisent. Ainsi, l'infection se propage, et la maladie prend une forme chronique.
Des biologistes de l'Institut d'épidémiologie et de microbiologie étudient, sous la direction de Naïla Ziganguirova, les mécanismes moléculaires à l'aide desquels les bactéries inhibent la mort cellulaire programmée. Ils apprennent à maîtriser la capacité qu'ont les bactéries de freiner l'apoptose. Ces études aideront à créer des antibiotiques fondamentalement nouveaux contre les infections chroniques.
Les chercheurs ont choisi, comme objets d'étude, des activateurs d'infections chroniques répandues chez l'homme tels que la chlamyde, le mycoplasma et la brucellose. Ils ont créé des lignées cellulaires grâce auxquelles ils peuvent évaluer l'activité des protéines NF-kB et p53: ces protéines régulent le cycle cellulaire et participent au lancement des mécanismes de l'apoptose. Les chercheurs ont contaminé des cellules par des microorganismes et étudié le comportement des protéines afin de repérer par quels moyens les agents pathogènes tentent de freiner la mort cellulaire programmée.
Leur étude a permis d'établir que, par exemple, une infection chronique due au mycoplasma a inhibé l'activité de la protéine p53, et que la cellule a survécu. Les chercheurs ont découvert comment le mycoplasma parvient à réaliser ce processus: sur les membranes des microorganismes, ils ont trouvé des facteurs protéiques qui freinent l'apoptose. D'autres agents pathogènes pour l'homme, telles que la chlamyde et la brucellose, ont leurs propres méthodes d'inhibition de l'apoptose.
Les chercheurs pensent qu'une fois qu'ils auront découvert comment les microorganismes prolongent la durée de vie des cellules contaminées, ils pourront créer des préparations antibactériennes qui seront ciblées pour "frapper" cette capacité des agents pathogènes. Bien plus: les auteurs de cette étude ont procédé à une série d'expériences qui leur ont permis d'établir une liste substantielle des combinaisons chimiques sur la base desquelles pourront être créés de nouveaux antibiotiques. Selon les chercheurs, il s'agira de préparations antibactériennes dotées de caractéristiques fondamentalement nouvelles: efficacité élevée par rapport aux infections chroniques, action spécifique sur les cibles, risque minimal de développement d'une résistance antibiotique, etc.
L'écosystème du Baïkal menacé par le réchauffement climatique
La revue BioScience a publié les résultats d'une étude russo-américaine reposant sur diverses expéditions menées sur le Baïkal. Les chercheurs préviennent que le processus de réchauffement climatique global pourrait être fatal à l'écosystème unique de ce lac, rapporte le site strf.ru, citant CyberSecurity.ru.
Le Baïkal est l'un des plus grands lacs du monde, dans lequel vit la plus importante diversité de populations animales et végétales en eau douce, certaines d'entre elles ne se rencontrant nulle part ailleurs. Le processus de réchauffement climatique global pourrait porter un coup très rude à toute cette vie.
L'une des principales causes de cette menace, notent les chercheurs, réside dans le fait que la nourriture de base de nombreux habitants du lac est constituée par des types locaux d'algues diatomiques. Ces algues, à la différence d'autres, vivant dans d'autres réservoirs d'eau, fleurissent et se reproduisent sous la glace. Les algues diatomiques, ou diatomées (Bacillariophyta), forment un groupe d'algues très simples, se distinguant par leur squelette externe formant une sorte de "cuirasse".
La diatomée est elle-même constituée de deux parties, appelées thèques - l'épithèque et l'hypothèque. L'épithèque est plus grosse et ses extrémités "débordent" sur celles de l'hypothèque, un peu comme le ferait un couvercle. Après la division cellulaire, les cellules filles ne reçoivent qu'une moitié de la "cuirasse" et construisent une cellule plus petite. Il est évident qu'en raison de ce phénomène, leur population rapetisse progressivement et qu'après plusieurs divisions, les cellules ne forment plus que des auxospores n'ayant plus de cuirasse. Ces auxospores croissent en volume et donnent naissance par la suite, à leur tour, à une nouvelle génération de taille normale.
Toutefois, on a observé, au cours des dernières décennies, une diminution de la période pendant laquelle le Baïkal était recouvert par la glace. Par conséquent, l'avenir des diatomées est en danger. Or, ces diatomées sont absorbées par de petits crustacés lesquels, à leur tour, servent de nourriture aux poissons. Et de la quantité et de l'accessibilité plus ou moins facile des poissons dépend, à son tour, le devenir du veau marin du Baïkal, variété de phoque unique au monde, ne vivant que dans les eaux douces. De plus, cet animal se reproduit exclusivement sur la glace. Si bien que le réchauffement climatique le mettrait doublement en péril - au niveau de son alimentation et de sa reproduction. De la diatomée au veau marin, c'est donc toute la chaîne végétale et animale du Baïkal qui est potentiellement menacée.
Les nouvelles études qui seront menées cet été dans les eaux du Baïkal grâce aux sous-marins de poche Mir (une centaine de plongées sont prévues) permettront d'en apprendre davantage sur les caractéristiques des populations végétales et animales de ce plan d'eau exceptionnel. -0-
