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1TC - Séquence 1 - Cellule vivante - TP2 2024

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1TC - Séquence 1 - Cellule vivante - TP1 2024

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1TC - Séquence 1 - Cellule vivante - TP3 2024

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5 séances  = 3 séances activités + bilan + évaluation

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5 séances  = 3 séances activités + bilan + évaluation

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Réserver salle info

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6 séances  = 3 séances activités + 1 séance pour terminer + bilan + évaluation

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6 séances  = 3 séances activités + 1 séance pour terminer + bilan + évaluation

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Réserver salle info

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1TC - Séquence 2 - Matière & énergie sur Terre - TP2

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1TC - Séquence 1 - Cellule vivante - TP3 2024 docs

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1TC - Séquence 4 - Entendre la musique - TP3

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1TC - Séquence 2 - Matière & énergie sur Terre - TP3 2024

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L'origine du charbon

Ressources : Clé de détermination des fossiles végétaux Fiche de documents Echantillon à venir photographier au bureau-prof.

Pour accéder aux énigmes, il vous faut déja trouver un premier mot de passe.Cliquer ici :

Lorsque vous aurez le mot de passe, cliquez ici :

L'origine du charbon

Effectivement, le charbon se forme à partir de végétaux en décomposition... La preuve ?Cliquez ici pour observer un échantillon de charbon à différentes échelles où l'on met en évidence des restes de végétaux !... et passez à la suite :

Utile pour répondre à la question 2 de votre fiche...

L'origine du charbon

Lorsque vous aurez le mot de passe, cliquez ici :

Chacune des quatre activités-énigmes suivantes vous permettrade trouver un fragment du texte nécessaire...

L'époque de la formation du charbon

La transformation des végétaux en kérogène

La transformation du kérogène en charbon

Le temps nécessaire pour cette formation

L'époque de la formation du charbon

A la fin, un message vous indiquera où trouver le premier fragment du texte.

Utilisez le doc 6 de votre fiche pour répondre au quizz suivant : .

Transformation des végétaux en kérogène

Le kérogène est la substance intermédiaire entre la matière organique enfouie et les combustibles fossiles comme le charbon.Cette matière est riche en carbone.

Or, depuis la sixième (eh oui !) vous savez que la matière organique formée par photosynthèse par les plantes redevient, après leur mort, de la matière minérale sous l'action des décomposeurs.

A partir de l'expérience du document 4, déterminez une première condition nécessaire pour que la matière organique végétale morte ne se décompose pas.

Pour que la matière organique végétale morte ne se décompose pas :

il faut qu'il y ait des êtres vivants dans le milieuil ne faut pas qu'il y ait des êtres vivants dans le milieu

Transformation des végétaux en kérogène

Eh non...

Transformation des végétaux en kérogène

1 - Sur le fond de graphique de votre fiche, construisez le graphique montrant la quantité de carbone dans un mélange de végétaux en décomposition en fonction de la quantité de dioxygène dans le milieu. Ressources : document 3 de la fiche de docs

2 - Déterminez la deuxième condition nécessaire à la transformation de la matière organique en kérogène à partir de votre graphique.

!!! On cherche maintenant à connaitre une deuxième condition nécessaire à la transformation des végétaux morts en kérogène, au lieu que ces derniers ne soient décomposés.

3 - Allez donner votre réponse au professeur pour obtenir un fragment du texte.

Partie 2 de l'énigme :

Transformation du kérogène en charbon

Le kérogène est la substance intermédiaire entre la matière organique enfouie et les combustibles fossiles comme le charbon. On cherche ici à savoir quelles conditions permettent cette transformation du kérogène en charbon.

Partie 1 de l'énigme : Ressources :

Lorsque vous aurez terminé la partie 1, passez à la partie 2

A la fin de la partie 2, vous aurez un indice vous menant au troisième fragment.

Le temps nécessaire pour former le charbon

La mangrove est une formation végétale qui occupe les trois-quarts des côtes et deltas des régions tropicales actuelles, dans des zones calmes et peu profondes. Le sol de la mangrove est formé de vase, un milieu très pauvre en dioxygène, où les débris végétaux s'accumulent. Leur évolution peut conduire, à la longue, à la formation de charbon. Ce phénomène s'accompagne d'une compaction : on estime qu'une épaisseur d'un mètre de sédiments riches en matière organique résulte de la transformation d'une épaisseur de dix mètres de vase.

Sachant que la vitesse moyenne de dépôt d'une vase littorale est estimée à 4 mm par an, en combien de temps cette vase peut devenir une couche de sédiments riche en matière organique épaisse de 20 mètres ?

Vous avez calculé en combien de temps les sédiments se forment et se compactent. combien faut-il de temps supplémentaire pour que ces sédiments riches en matière organique deviennent du charbon ?

Le temps nécessaire pour former le charbon

de 1000 à 7000 ans60 millions d'années 150 millions d'années 300 millions d'années

Aide : document 1 de la fiche de documents

Eh non...

Allez chercher le quatrième fragment derrière la fenêtre...Soyez discrets !Ensuite, cliquez ici :

Vous avez réuni vos 4 fragments de texte. Maintenant, complétez-les et enregistrez la bande-son avant de l'envoyer à l'adresse suivante : soriasvt06@gmail.com.Attention : - il faut une cohérence son/images - il faut que chacun des membres du groupe participe - tous vos noms + classe doivent apparaitre dans l'objet du mail

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L'origine du charbon Ressources : Clé de détermination des fossiles végétaux Fiche de documents Echantillon à venir photographier au bureau-prof. Pour accéder aux énigmes, il vous faut déja trouver un premier mot de passe.Cliquer ici : Lorsque vous aurez le mot de passe, cliquez ici : L'origine du charbon Effectivement, le charbon se forme à partir de végétaux en décomposition...

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1TC - Séquence 1 - Cartes théorie cellulaire

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Organisation : 3 ou 4 séances de TP/TD en ateliers tournants - Vous aurez le cours distribué à la fin de ces séances à lire pour la séance suivante qui consistera en bilan du cours, réponse aux questions correction des TP/TD & exercices d'entrainement - Evaluation en dernière séance de la séquence.

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Organisation : 3 ou 4 séances de TP/TD en ateliers tournants - Vous aurez le cours distribué à la fin de ces séances à lire pour la séance suivante qui consistera en bilan du cours, réponse aux questions correction des TP/TD & exercices d'entrainement - Evaluation en dernière séance de la séquence.

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1TC - Séquence 4 - Entendre la musique - TP1

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NEO (NASA Earth Observation) est un logiciel de la NASA permettant de consulter et d'analyser des images provenant de divers satellites d’observation de la Terre dans différents domaines.

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NEO (NASA Earth Observation) est un logiciel de la NASA permettant de consulter et d'analyser des images provenant de divers satellites d’observation de la Terre dans différents domaines.

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Find answers to the most Frequently Asked Questions (FAQs) about our site. If you still cannot find the answer you are looking for, please use the contact form located at the bottom of the page to reach us.

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Welcome to NASA Earth Observations, where you can browse and download imagery of satellite data from NASAs Earth Observing System. Over 50 different global datasets are represented with daily, weekly, and monthly snapshots, and images are available in a variety of formats.

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1TC - Séquence 4 - Entendre la musique - TP2

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1TC - Séquence 4 - Entendre la musique - Cours 2024 (2)

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TP2 - Les mécanismes de transferts de chaleur et la thermorégulation du corps humain

TP1 - Origine de l'énergie thermique du corps humain

Cliquez pour agrandir

Enseignement scientifique de première Le Soleil : notre source d'énergie

Bilan thermique du corps humain

Source des documents : Manuel SVT 2de | BELIN

Enseignement scientifique de première Le Soleil : notre source d'énergie

TP1 - Origine de l'énergie thermique du corps humain

Remarque : il faut ouvrir une copie ou activer la modification di fichier pour pouvoir le modifier...

QUESTION 1 - A l'aide du tableur disponible dans votre dossier-classe (plusieurs niveaux possibles), calculez, en kJ, l'énergie consommée pendant dix minutes de chacune des activités présentées. Calculez la fraction minimale de cette énergie qui sera dissipée en énergie thermique. Notez les résultats sur votre feuille que vous rendrez à la fin de la séance.

Remarque : le surpoids correspond à un excès de graisse dans l'organisme.

QUESTION 2 - Montrer l'intérêt de l'exercice physique dans la lutte contre le surpoids.Répondre sur votre feuille .

L'énergie que nous dépensons provient pour l'essentiel de la dégradation par respiration cellulaire de glucose, glycogène, acides gras, etc. provenant de notre alimentation.

L'énergie que nous dépensons provient pour l'essentiel de la dégradation par respiration cellulaire de glucose, glycogène, acides gras, etc. provenant de notre alimentation.

Remarque : le glucose est un glucide.

Remarque : vous avez la possibilité de changer de niveau.

QUESTION 3 - A l'aide du tableur utilisé précédemment, calculez, en kJ, l'apport énergétique des deux repas et de la boisson glucosée.Calculez la fraction maximale de cette énergie dissipée en énergie thermique (rappel : max. 80%) et celle qui sera utilisable par les muscles (maximum 20%). Compléter votre feuille .

Remarque : le glucose est un glucide.

Remarque : vous avez de nouveau la possibilité de changer de niveau.

QUESTION 4 - Toujours à l'aide du tableur, calculez pour combien de minutes maximum de chaque activité du doc.1, l'ingestion de 500 mL de boisson glucosée, peut théoriquement fournir de l'énergie. Répondre sur votre feuille .

Enseignement scientifique de première Le Soleil : notre source d'énergie

TP2 - Les mécanismes de transferts de chaleur et la thermorégulation du corps humain

Document-ressources disponibles :

Accèsaux PV

CONSIGNE : Un enfant a été retrouvé inconscient dans une voiture, dans son siège auto, vitres fermées. Lire les PV établis par les gendarmes lors de l'audition des différents témoins ainsi que le rapport du SAMU (sur le compte-rendu médical) et compléter le tableau du compte-rendu.

La température d'un corps humain est en moyenne à 37°C. Selon les conditions du milieu, l'organisme peut recevoir ou, au contraire, perdre de l'énergie thermique. Il est nécessaire de réguler ces gains ou ces pertes afin de maintenir notre température constante, car de gros écarts de température peuvent être dangereux.

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TP2 - Les mécanismes de transferts de chaleur et la thermorégulation du corps humain TP1 - Origine de l'énergie thermique du corps humain Cliquez pour agrandir Enseignement scientifique de première Le Soleil : notre source d'énergie Bilan thermique du corps humain Source des documents : Manuel SVT 2de | BELIN Enseignement scientifique de première Le Soleil : notre source d'énergie TP1 - Origine de l'énergie thermique du corps humain Remarque : il faut ouvrir une copie ou activer la modification di fichier pour pouvoir le modifier...

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5 séances  = 3 séances activités + bilan + évaluation

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5 séances  = 3 séances activités + bilan + évaluation

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Pas besoin de salle info

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5 séances  = 3 séances activités + bilan + évaluation

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5 séances  = 3 séances activités + bilan + évaluation

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Pas besoin de salle info

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TP SVT - Cristallisation de la vanilline à température ambiante

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La théorie cellulaire: : exemple de construction du savoir scientifique.

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Lecture zen

Les chants des oiseaux font partie de nos paysages sonores. Aigus ou graves, longs ou courts, constitués d'un nombre élevé ou au contraire restreint d'unités sonores, ces chants varient en fonction des espèces, des localités et des individus. Comment sont produits ces chants ? Quelles fonctions remplissent-ils ?

Un peu plus de 10 000 espèces d'oiseaux existent à l'heure actuelle, et vivent dans la plupart des milieux et écosystèmes aériens de notre planète. Ils interagissent entre eux, entre individus d'une même espèce, entre individus d'espèces différentes d'oiseaux, avec d'autres espèces animales et végétales, dans des environnements différant par leurs facteurs biotiques et abiotiques. Au sein d'un écosystème donné, que ce soit un jardin, une forêt, un littoral, une zone humide... un observateur attentif, peut percevoir directement leur présence : on peut observer visuellement les oiseaux, et on peut les entendre, ou mieux, les écouter. En effet, comme bon nombre d'espèces de Vertébrés et d'Arthropodes, ils produisent des sons ayant valeurs et fonctions de signaux de communication 1.

À l'oreille humaine, les sons produits par les oiseaux sont très variés : courts, longs, aigus, graves, modulés en fréquence, organisées ou non en séquences... Il y a une grande diversité sonore, entre les espèces, et au sein d'une espèce donnée. Comprendre cette diversité de comportements sonores repose sur la démarche d'observation et expérimentale d'une discipline scientifique au carrefour des neurosciences et de l'écologie : l'éthologie, et plus particulièrement la bioacoustique.

Intéressons-nous de plus près aux vocalisations des oiseaux, à la manière des éthologues bioacousticiens, c'est-à-dire munis d'un microphone et d'un enregistreur, d'un ordinateur équipé de logiciels permettant l'analyse acoustique, d'un haut-parleur, de jumelles, d'un carnet de terrain et d'un crayon et tentons d'explorer quelques questions fondamentales permettant d'aborder un comportement à savoir comment les oiseaux chantent-ils et pourquoi chantent-ils ?

Dans le langage courant, on parle du cri d'une chouette ou d'une mouette, mais du chant d'un merle ou d'un pinson. À quoi font référence ces différents noms ? La distinction entre cri et chant par les scientifiques repose sur plusieurs grandes caractéristiques, que les réponses aux questions comment ? et pourquoi ? permettent de mettre en évidence. Tout d'abord, en ce qui concerne la structure acoustique des vocalisations, les cris sont des vocalisations de courte durée, de structure souvent complexe - c'est-à-dire qu'ils sont constitués par plusieurs fréquences produites en même temps, ayant ou non un rapport harmonique entre elles 2 ; les chants sont en général constitués de plusieurs unités sonores, souvent des sons purs, enchaînées dans une séquence. De plus, les cris sont produits sans apprentissage préalable, et sont majoritairement innés, alors que les chants nécessitent avant leur émission un apprentissage, par imitation d'un ou plusieurs chants tuteurs. Enfin les cris sont impliqués dans des fonctions variées, comme la quémande alimentaire, l'alarme, le maintien du contact à plus ou moins grande distance, alors que les chants sont associés à la fonction de reproduction, de compétition entre individus du même sexe et de sélection par les individus du sexe opposé.

Cris

Chants

Structure acoustique

Vocalisations de courte durée, de structure complexe

Plusieurs unités sonores, souvent des sons purs, enchaînées dans une séquence

Apprentissage

Non

Oui, par imitation d'un ou plusieurs chant(s) tuteur(s)

Fonctions

Quémande alimentaire
Alarme
Maintien du contact entre individus

Défense du territoire
Sélection sexuelle

Les quatre questions de Nikolaas Tinbergen
Dans un article publié en 1963 et intitulé On aims and methods of Ethology , Nikolaas Tinbergen formule quatre questions qui doivent guider les recherches visant à comprendre un comportement.

1. Quels sont les mécanismes à l'origine du comportement, c'est-à-dire quels facteurs internes (neurobiologiques, physiologiques) et externes (stimuli environnementaux) déclenchent le comportement d'intérêt ?

2. Quelles sont les fonctions du comportement et leurs conséquences en termes de survie et de succès reproducteur ?

3. Quelle est l'ontogenèse du comportement ? Ou, formulé autrement, comment le comportement d'intérêt apparaît-il et se met-il en place dans la vie d'un individu ? (part de l'inné et de l'acquis)

4. Quelle est la phylogenèse du comportement ? Comment a-t-il émergé et évolué au cours du temps ?

Comment les oiseaux chantent-ils ?

Quelles sont les structures impliquées dans le chant ?

Les sons émis par les oiseaux, du fait qu'ils sont produits par un organe vocal, la syrinx 1 portent le nom de vocalisations 2. La syrinx est constituée par des membranes dont la tension est contrôlée par des muscles internes et externes, attachés à des anneaux cartilagineux des conduits respiratoires. Chez la grande majorité des oiseaux, la syrinx est trachéobronchiale, c'est-à-dire localisée à l'intersection de la trachée et des bronches (Figure 1). Elle est ainsi située beaucoup plus bas dans l'appareil respiratoire que le larynx des mammifères, également constitué de membranes et de muscles, mais situé, lui, en haut de la trachée. En raison de cette localisation particulière, les oiseaux présentent deux sources sonores, une au niveau de chaque bronche sous leur jonction avec la trachée. Les vocalisations peuvent être alors produites sur deux voix, indépendamment ou simultanément.

Les muscles de la syrinx sont innervés, indépendamment des côtés gauche et droit, par une branche du nerf hypoglosse 1 (nerf crânien XII). Ce nerf est constitué par l'ensemble des axones de neurones moteurs émergeant du tronc cérébral. Dans le pallium (structure des Archosauriens analogue au cortex des Mammifères, [1]), des aires nerveuses, appelées noyaux, concentrent les corps cellulaires de neurones, des interneurones et des cellules gliales, qui contrôlent la production des vocalisations (Figure 2).

Si on lèse expérimentalement ces aires cérébrales impliquées la production des vocalisations, les oiseaux deviennent incapables d'en émettre certaines (Figure 3) [3]. Les cellules dans ces aires cérébrales, ainsi que les cellules musculaires de la syrinx, expriment des récepteurs particuliers à certaines hormones stéroïdes, notamment la testostérone, la déhydrotestostérone et l'estradiol. En se fixant à leurs récepteurs, qui sont des facteurs de transcription agissant sur un vaste panel de gènes, ces hormones peuvent moduler l'expression des vocalisations. Les hormones stéroïdes sont produites de manière beaucoup plus importante avant la saison de reproduction par les gonades des oiseaux mâles et/ou femelles 1. Ceci est dû à l'activation de l'axe hypothalamohypophysaire par l'augmentation de la durée de la photopériode. Les hormones stéroïdes produites au niveau des gonades circulent dans le sang et se fixent sur leurs organes cibles exprimant des récepteurs, ce qui module non seulement l'expression des vocalisations, mais également leurs structures acoustiques [4,5]. En plus des gonades, le cerveau des oiseaux lui-même est, chez de nombreuses espèces, un lieu de conversion des androgènes en œstrogènes, via l'enzyme aromatase. Ainsi, au niveau du noyau HVC, l'estradiol, produit à partir de la testostérone active la transcription de gènes dont certains codent des facteurs neurotrophiques ( Brain Derived Neurotrophic Factors) agissant sur la croissance et la différenciation des neurones [4,6]. Lors de l'hiver dans les zones tempérées et boréales, la diminution de la photopériode induit une baisse de la production d'hormones. C'est pourquoi très peu d'oiseaux chantent en hiver, ou bien chantent plus rarement. Évidemment nous parlons ici des espèces sédentaires, qui ne migrent pas, ou d'espèces dont les lieux de migration se situent en France métropolitaine.

Comment les oiseaux entendent-ils et perçoivent-ils les vocalisations ? L'oreille des oiseaux est composé par un tympan (dissimulé par les plumes ; les oiseaux n'ont pas de pavillon externe), qui entre en vibration lorsque les ondes sonores arrivent à son contact. À l'arrière du tympan, se trouve un osselet, la columelle, qui transmet et amplifie les vibrations à une fenêtre en arrière de laquelle se situe la cochlée, structure comportant des cellules sensorielles mécanoréceptrices ciliées. Les mouvements des cils de ces cellules créent des potentiels d'actions, remontant le long des axones regroupés constituant le nerf auditif. Ces axones projettent dans des structures cérébrales qui, in fine, traiteront et décoderont les informations (Figure 2).

Diversité inter et intraspécifique dans le chant des oiseaux

La comparaison du chant de différentes espèces d'oiseaux permet de mettre en évidence une énorme diversité inter et intraspécifique des vocalisations. L'utilisation de logiciels adaptés de visualisation et d'analyse des sons 1 révèle l'existence de deux grandes catégories de vocalisations : des vocalisations plutôt courtes, constituées d'un petit nombre d'unités sonores ou d'une seule unité, appelées cris, et des vocalisations plus longues constituées par plusieurs unités sonores différentes, nommées chants. Attardons-nous sur cette deuxième catégorie de vocalisations.

Lorsque l'on enregistre une fauvette à tête noire, une alouette des champs, un rouge-gorge familier, un troglodyte mignon (Figures 4 et 5), on constate, à l'oreille et en regardant les sonagrammes, que ces quatre oiseaux produisent des unités sonores différentes et agencées, structurées, de manières différentes. Ces différences sont utilisées par les ornithologues et les ornithophiles [8] pour identifier et distinguer les différentes espèces. Nous verrons plus loin que les oiseaux eux-mêmes utilisent ces différences, pour s'identifier à l'échelle spécifique.

À l'échelle des populations, les vocalisations d'individus d'une même espèce sont plus semblables entre elles si elles sont produites par des individus d'une même population et proches géographiquement que si elles sont produites par des individus de populations différentes éloignées géographiquement. Les premières descriptions et études exhaustives de ce phénomène, reposant sur une analyse attentive des spectrogrammes 1 ont été réalisées sur un bruant américain, le bruant à couronne blanche. Tout autour de la baie de San Francisco, dans des populations distantes de quelques dizaines de kilomètres, les oiseaux chantaient différemment (Figure 6). C'était la première description scientifique et documentée d'un dialecte chez les oiseaux [9].

Un dialecte correspond à la variation géographique d'une vocalisation, à plus ou moins grande distance. Lorsque les populations ou groupes d'oiseaux sont séparés par quelques kilomètres, on parle de microdialecte, ou de variation microgéographique, comme cela a été mis en évidence par exemple chez l'alouette des champs. Chez cet oiseau de milieu ouvert, les individus d'une même localité partagent des enchainements d'unités sonores, communs à toute la localité, que l'on n'enregistre pas chez des individus établis dans une autre localité - qui eux-mêmes partagent d'autres séquences d'unités sonores (Figure 7) [11].

Les chants sont des vocalisations apprises par imitation

Après les premières observations et descriptions de phénomènes de dialectes chez les oiseaux, les scientifiques s'interrogèrent sur l'origine de ces dialectes et posèrent l'hypothèse que les variations géographiques observées dans les chants d'individus de la même espèce étaient, comme dans les dialectes humains, un phénomène culturel qui reposait sur la transmission des vocalisations par apprentissage. S'ensuivirent alors de nombreuses expériences, en conditions contrôlées de laboratoire afin de tester cette hypothèse. Peter Marler, notamment, travailla en captivité avec deux espèces de bruants : le bruant chanteur et le bruant des marais (espèces nord-américaines). Il fit tout d'abord la prédiction que si les chants étaient appris en copiant ceux des congénères, des oisillons élevés en l'absence de congénères ne développeraient pas un chant normal pour l'espèce. Il fit également la prédiction que les oiseaux privés d'audition, ne pouvant non seulement pas entendre des congénères, et ne pouvant pas non plus s'entendre eux-mêmes vocaliser, ne développeraient pas un chant normal. Une dernière prédiction était que des oisillons élevés en l'absence de congénères, mais en présence de chants de congénères, via leur diffusion par haut-parleur, développeraient des chants ressemblant aux chants de l'espèce. Toutes ces prédictions furent validées (Figure 8) [12,13] puis sur la base d'autres expériences en laboratoire, généralisées : les oiseaux produisent à l'âge adulte un chant appris par imitation d'un ou plusieurs chants tuteurs.

Les tuteurs sont généralement les parents des oiseaux. L'apprentissage a lieu pendant une période sensible, temporellement bornée, et constituée de deux phases qui peuvent partiellement se chevaucher ou non. Au cours de la phase sensorielle, un chant tuteur doit être entendu par le jeune oisillon - sans cela il ne développera pas de chant normal à l'âge adulte. Pendant la phase sensorimotrice, le jeune oiseau s'exerce et produit des vocalisations variables et plastiques, comparant ce qu'il s'entend produire à ce qu'il a mémorisé comme chant à copier. Cette phase sensorimotrice s'achève par la cristallisation des vocalisations, c'est-à-dire par leur expression structurée et définitive 1 [14]. Les capacités d'apprentissage dépendent également de contraintes innées : un jeune oiseau ne peut pas apprendre n'importe quelle vocalisation, il existe des contraintes anatomiques et neurophysiologiques.

Parallèlement, les chercheurs se sont intéressés au substrat neurobiologique de ces apprentissages et ont mis en évidence des structures cérébrales particulières dans le cerveau des oiseaux chanteurs, contrôlant spécifiquement l'apprentissage des vocalisations (Figure 2). Si ces structures sont lésées pendant la période sensible, les jeunes oiseaux deviennent incapables d'apprendre à produire des vocalisations ou incapables de les cristalliser [15]. Par ailleurs ces noyaux contiennent des neurones auditifs spécifiquement activés par l'audition de vocalisations modèles, puis par les propres vocalisations de l'oiseau [16]. On observe également une plasticité dans les noyaux du chant pendant le développement de celui-ci : établissement de connexions nerveuses entre ces structures [17], incorporation de nouveaux neurones, même à l'âge adulte [18], expression de récepteurs aux hormones par les cellules nerveuses et expression de certains gènes spécifiquement pendant la période de mise en place [17].

Tous les oiseaux chantent-ils ?

Toutes les vocalisations ne nécessitent pas un apprentissage préalable pour être produites. En effet si on isole un jeune diamant mandarin (petit passereau endémique d'Australie et d'Indonésie, devenu animal domestique et modèle de laboratoire) et qu'il ne peut entendre pendant son développement ni les vocalisations de son espèce, ni les siennes, il produira tout de même à l'âge adulte certaines vocalisations de son répertoire spécifique, tout en étant incapable d'en émettre d'autres. Un tel individu produira ainsi différentes vocalisations courtes, que l'on nomme cris, constituées par un unique élément sonore, mais pas de chant constitué par l'enchaînement d'unités sonores différentes dans une même séquence (Figure 9) [19].

Par ailleurs, si l'on réalise la même expérience avec un moucherolle phébi, celui-ci sera à l'âge adulte capable de produire l'ensemble des vocalisations de son répertoire spécifique [21]. Chez la poule 1, la caille japonaise, ou la tourterelle, de même, isoler les jeunes oiseaux de leurs congénères ne les empêchera pas de produire à l'âge adulte les cris de leur espèce [22-24].

Ainsi, pour être produites à l'âge adulte, certaines vocalisations, en général de longue durée et constituées par l'enchaînement d'unités sonores différentes, doivent être apprises par imitation, et d'autres, non. Ces vocalisations sont appelées chants et existent dans 3 groupes d'oiseaux : les oiseaux chanteurs, ou Oscines 2, les Psittaciformes (perroquets et perruches), et les Trochiliformes (colibris) qui, ensemble, représentent plus de la moitié des espèces actuelles d'oiseaux. Des structures cérébrales particulières contrôlant l'apprentissage des vocalisations ont été retrouvées dans toutes les espèces étudiées de ces trois groupes [25]. De telles structures n'existent pas chez les oiseaux produisant des vocalisations sans apprentissage préalable, comme le moucherolle phébi (Suboscine), la poule ou la caille (Galliforme), ou la tourterelle (Colombimorphe). La position dans l'arbre phylogénétique des Oiseaux de ces trois groupes suggère fortement une apparition convergente de la capacité à produire des vocalisations apprises par imitation (Figure 10).

Pour résumer, les chants peuvent être définis comme des vocalisations particulières, composées par des unités sonores différentes, nommées notes ou syllabes, organisées selon une certaine syntaxe, apprises par imitation, par des oiseaux possédant un substrat neurobiologique particulier indispensable à l'apprentissage. L'observation et l'écoute des oiseaux ont montré que les chants peuvent être produits par les mâles et les femelles, de manière individuelle, ou en duos, ou seulement par les mâles. Cela dépend des espèces et de leur origine géographique : on trouve chez les espèces d'Oscines non migratrices de régions tropicales beaucoup plus d'espèces où les mâles et les femelles chantent, que dans les régions tempérées où le chant femelle semble plus rare. Par exemple, chez les merles noirs, les troglodytes mignons, les alouettes des champs, seuls les mâles adultes et subadultes chantent 1. Alors que chez le rouge-gorge familier, mâles et femelles chantent (Figure 11). Une revue intensive récente de la littérature a mis en évidence que des chants sont produits par les femelles chez 70 % des espèces d'oiseaux chanteurs et des reconstitutions phylogénétiques montrent que l'état ancestral chez les Oscines était la présence de chant chez les deux sexes [27] : le chant n'est donc pas une innovation évolutive des mâles, mais une perte secondaire chez les femelles de certaines espèces. On peut ici faire remarquer les facteurs à l'origine de cet " oubli " du chant des oiseaux femelles dans les travaux et dans la littérature scientifique. Tout d'abord, les espèces les plus étudiées initialement étaient des espèces de milieux tempérés chez qui le chant femelle est plus rare ; les études d'espèces tropicales, chez qui le chant femelle est plus fréquent, ne se sont développées que plus récemment. De plus, dans de nombreuses espèces chez qui mâles et femelles chantent, les deux sexes sont monomorphiques et il est impossible de les distinguer visuellement, de sorte que les chants sont attribués a priori aux mâles. Par ailleurs, chez de nombreuses espèces, les femelles chantent moins abondamment que les mâles. Vinciane Despret note que la manière de voir le chant des oiseaux, et de s'interroger sur sa présence et ses fonctions, a été en partie modifiée sous l'impulsion de femmes scientifiques, qui ont peu à peu elles-mêmes été plus nombreuses, et plus écoutées [28].

Pourquoi les oiseaux chantent-ils ?

La défense du territoire

Beaucoup d'espèces d'oiseaux chanteurs sont territoriales : elles défendent un espace contenant des ressources (nourriture, abri, espace lié à la reproduction et la nidification...). Les individus signalent leur présence sur leurs territoires par différents comportements : manifestations visuelles (postures, mouvements) et manifestations sonores, notamment. Si les intrus persistent dans leur présence sur le territoire, les interactions peuvent être plus directes : comportements d'approche, de menace, attaques physiques... La première démonstration expérimentale du rôle des chants dans la défense territoriale a été réalisée par Krebs, sur le terrain, chez des mésanges charbonnières [29]. Chez cette espèce, seuls les mâles chantent, et chaque individu produit plusieurs types de chants, constitués par des syllabes différentes. Lorsqu'on les observe attentivement, on note que les mâles occupent des endroits particuliers où ils chantent de manière répétée, que l'on peut appeler postes de chant. On peut cartographier et délimiter un espace en faisant se rejoindre les différents points de postes de chant. Les chercheurs ont placé dans ces espaces des haut-parleurs, après avoir préalablement capturé et gardé précieusement à l'écart les individus qui les occupaient. Les haut-parleurs diffusaient soit un seul type de chant de mésange charbonnière, soit plusieurs types de chants, soit rien du tout (témoin silencieux). Le temps au bout duquel d'autres mésanges charbonnières étaient visibles et présentes sur le territoire était noté. Les résultats ont clairement montré que les territoires étaient réoccupés beaucoup moins rapidement si un haut-parleur diffusait un type de chant de mésange charbonnière, et encore moins rapidement s'il en diffusait plusieurs. Ainsi les chants contribuent à la défense du territoire, et plus ils sont variés, plus leurs effets sont importants.

Par contre, si l'on diffuse les chants d'individus d'une autre espèce, on observe les mêmes résultats qu'avec le témoin silencieux. Cela indique d'une part que le chant d'un oiseau porte en lui une information sur l'identité spécifique de l'émetteur et d'autre part que la défense du territoire est avant tout dirigée vers les individus de la même espèce, qui sont en compétition pour l'accès aux mêmes ressources. On parle de " signature spécifique " : des paramètres acoustiques particuliers, propres à l'espèce, codent un message sur l'identité spécifique dans le signal. Par exemple, chez l'alouette des champs, il a été montré que c'était le rythme, et le rapport son/silence qui étaient utilisés par les alouettes pour reconnaître une autre alouette [30].

En plus de l'identité spécifique, d'autres informations sont codées, décodées et interprétées dans les chants des oiseaux. Par exemple, le microdialecte utilisé par l'émetteur peut signer sa localité géographique d'origine. Chez l'alouette des champs, de nouveau, les microdialectes permettent aux individus d'une même localité de se reconnaître entre eux et constituent ainsi une sorte de mots de passe commun à tous les voisins. Lorsqu'on diffuse à un mâle établi dans son territoire (i) le chant d'un individu voisin, (ii) le chant d'un individu " étranger " établi dans un territoire éloigné de quelques kilomètres ou (iii) le chant de cet individu étranger artificiellement orné de séquences de syllabes partagées par les voisins - un chant chimérique en quelque sorte - les résultats des observations des réponses comportementales de l'oiseau testé sont très claires : le niveau d'agressivité suscité par un chant étranger est supérieur à celui d'un chant voisin, et un chant chimérique suscite le même faible niveau de réponses agressives qu'un chant voisin. Ainsi chez l'alouette des champs, il y a une tolérance vis-à-vis des voisins, établis dans des territoires proches, et représentant probablement une menace moins importante que celle d'individus inconnus peut-être à la recherche d'un territoire. Ce comportement de tolérance des voisins a été appelé phénomène du cher-ennemi [31]. Il passe par l'identification et la reconnaissance des voisins, via les messages codés dans le chant de proclamation territoriale [10]. Il a également été montré que dans ces séquences de syllabes partagées, l'ordre des syllabes était important : les mots de passe sont mémorisés avec une certaine syntaxe, qui doit être conservée pour que l'information soit décodée [32].

Chez le troglodyte mignon, à l'inverse de l'alouette des champs, l'information dans les chants sur l'identité des voisins conduit les mâles territoriaux à attaquer de manière significativement plus agressive un haut-parleur diffusant le chant d'un individu voisin qu'un haut-parleur diffusant le chant d'un individu étranger en début de saison de reproduction, puis à être également agressif envers un chant voisin et un chant étranger pendant le reste de la saison [33]. Chez cette espèce, le codage de l'information semble porté par l'intégralité du chant, qui est court, et non par des séquences particulières du chant. Ainsi chez les oiseaux, selon les espèces, les individus voisins peuvent être ou non considérés comme des " chers-ennemis " [31], en fonction de la pression qu'ils exercent sur les territoires de leurs voisins, ou sur les partenaires de leurs voisins, et leur identification passe par l'écoute et l'interprétation de leurs chants.

D'autres analyses acoustiques ont montré que les chants des alouettes comportent également des séquences de syllabes propres à chaque individu, qui n'existent pas dans les chants des individus voisins et constituent donc une sorte de signature individuelle. Parallèlement, une expérience de diffusion de chants a été réalisée pour tester l'hypothèse selon laquelle les individus s'identifient individuellement. Le principe est le suivant : un haut-parleur diffusant le chant du voisin de droite est placé du côté du voisin de droite, et ensuite de l'autre côté (c'est-à-dire à un endroit d'où il n'est pas attendu d'entendre le voisin de droite). Comment répondent les oiseaux ? Ils manifestent plus de comportements de défense territoriale (approche du haut-parleur, déplacements, cris, chants...) en réponse au chant d'un voisin diffusé d'un côté ne correspondant pas à l'emplacement de son territoire. Ainsi, les alouettes des champs, par le chant, identifient individuellement leurs voisins et répondent plus agressivement lorsqu'est mimée une situation où le voisin a bougé de son territoire, situation reflétant potentiellement des velléités d'intrusion territoriale [34].

Outre des informations sur leur identité, les oiseaux codent aussi des informations sur leur état émotionnel dans leurs chants. Si l'on reprend l'exemple de l'alouette, les mâles chantent légèrement différemment lorsqu'ils chantent de manière spontanée, au-dessus de leurs territoires 1, et lorsqu'ils chantent en réponse à une intrusion territoriale : dans ce dernier cas ils produisent plus de syllabes de basse fréquence, plus de syllabes par unités de temps, et répètent la structure acoustique avec plus de précision [35]. Ces paramètres acoustiques pourraient ainsi être utilisés pour moduler les échanges entre individus.

Ces relations chantées entre individus du même sexe, ici des mâles, dans le cadre d'une affirmation de présence sur un territoire participent à la compétition intrasexuelle, et aux relations entre voisins. Elles existent également entre individus de sexe opposé, dans l'autre cadre de la sélection sexuelle : les relations d'attraction et de séduction intersexuelles.

La reproduction

Le comportement des femelles n'est pas facile à tester en conditions naturelles. En effet, contrairement aux mâles qui, dans le cadre de relations de compétition, effectuent des réponses comportementales démonstratives, les femelles tendent à être discrètes, sauf si elles chantent et défendent elles-mêmes le territoire. Néanmoins des expériences pionnières ont montré chez un certain nombre d'espèces cavicoles que les chants des mâles attiraient les femelles, en utilisant un protocole un peu similaire à celui utilisé pour tester la fonction des chants dans les relations territoriales entre mâles. Chez le gobemouche noir, le gobemouche à collier, ou l'étourneau sansonnet, un haut-parleur placé à proximité d'un nichoir diffusant un chant de mâle attirait significativement plus de femelles non appariées qu'un haut-parleur muet ou diffusant un son témoin [36,37].

En raison de la difficulté à tester les comportements des femelles sur le terrain, comprendre comment les chants des mâles participent à la stimulation des femelles passe souvent par des études corrélatives indirectes entre des caractéristiques des chants des mâles et des estimations de succès de reproduction (date de l'appariement, durée de l'appariement, nombre d'œufs pondus, survie des jeunes...). Ainsi, il a été montré chez de très nombreuses espèces que les individus mâles ayant de grands répertoires (plus de syllabes ou plus de types de chants) étaient significativement plus fréquemment appariés (voir [38] pour une revue). La taille du répertoire est par ailleurs corrélée chez de nombreuses espèces avec l'âge, la condition physique du mâle, et la survie des jeunes. Il est ainsi possible que les femelles perçoivent dans les chants des indications sur la qualité des mâles et que cela participe au choix de leur partenaire.

Des études en laboratoire ont aussi été effectuées : des femelles mésanges charbonnières, préalablement mises sous traitement hormonal stéroïdien stimulant la réceptivité sexuelle étaient soumises à la diffusion par haut-parleurs de plusieurs chants différant par le nombre de types de chants. Les réponses comportementales des femelles, estimées en mesurant le nombre de postures de sollicitation de l'accouplement étaient positivement corrélés au nombre de types de chants différents dans les signaux diffusés [39]. Chez une autre espèce, le canari domestique également étudié en laboratoire 1, les femelles préfèrent des chants de mâle incluant des syllabes particulières, qualifiées a posteriori de syllabes sexy par les auteurs de ces études [40]. Ces syllabes particulières sont caractérisées par une large bande fréquentielle entre le début et la fin de la syllabe (une forte modulation de fréquence) et un taux de répétition important. De manière tout à fait intéressante, il a été montré que ces syllabes sexy étaient mécaniquement difficiles à produire par la syrinx, et que leurs caractéristiques tendaient vers les limites de l'organe vocal [41]. Ainsi, les femelles préfèrent des parties de chant difficiles à produire, qui peuvent refléter des qualités physiques et d'apprentissage particulières chez les mâles. Il a aussi été montré, en modifiant artificiellement certains paramètres acoustiques des chants, que cette préférence résultait d'un biais sensoriel chez les femelles : elles sont séduites par des valeurs exagérées de bande de fréquence et de taux de répétition, en dehors de la gamme de production réelle des mâles [42]. C'est l'existence de telles préférences qui mène, par sélection sexuelle, à l'évolution des caractéristiques des chants des mâles. L'évolution de ces caractéristiques est toutefois contrainte par les structures préexistantes et nécessaires au chant (syrinx, structures cérébrales...) ainsi que par celles nécessaires à la réception de ce chant (oreille interne).

Outre des informations sur la qualité des mâles, les chants renferment d'autres informations importantes pour les femelles, permettant la reconnaissance de l'espèce, ou de la population, via les dialectes. Tout d'abord, il a été montré que les femelles sont plus sensibles à des chants familiers, comme les chants ressemblant à ceux de leurs pères [43]. Par exemple chez le diamant mandarin 2, dans un dispositif ingénieux dans lequel l'oiseau captif déclenche la diffusion d'un chant en se posant sur des perchoirs, les femelles s'installaient significativement plus sur le perchoir déclenchant la diffusion du chant de leurs pères, ou d'un chant ressemblant à celui de leurs pères [43]. Ainsi, pendant la période d'écoute et d'imprégnation des jeunes oisillons, les femelles, chez les espèces où elles ne chantent pas, peuvent apprendre les caractéristiques des chants de leur espèce, et de leurs populations. Une fois adultes, chez de nombreuses espèces, les femelles préfèrent les dialectes locaux, comme cela a été montré par exemple chez le bruant chanteur [44], ou un autre bruant de milieu tropical lui, le bruant chingolo [45]. Ainsi, le chant peut participer à l'isolement reproducteur précopulatoire, souvent en combinaison avec d'autres facteurs (dispersion des individus, réponses territoriales des mâles aux chants d'autres dialectes, influence de l'environnement sur la structure acoustique des chants...). Cela peut même aller jusqu'à la spéciation. Tout autour du plateau himalayen, il existe un cercle de sous-espèces de pouillots verdâtres ( Phylloscopus trochiloides), dont les études bioacoustiques et génétiques ont montré que le moteur de la spéciation était la dérive culturelle du chant [46,47].

Les oiseaux apprennent à chanter, chantent et communiquent différents messages qui contribuent à la valeur sélective des individus. Quels sont les facteurs écologiques influençant les chants ayant contribué à leurs mises en place et leurs maintiens dans l'environnement ?

Les facteurs écologiques influençant les chants

Chaque oiseau émetteur chante dans un certain environnement, un certain milieu. Certaines espèces occupent un habitat plutôt forestier, et dans différentes strates de la forêt, d'autres vivent en milieu ouvert. Chaque environnement, chaque écosystème peut avoir des influences physiques différentes sur les signaux acoustiques et leur propagation, qui vont avoir un effet direct sur la distance de transmission du signal, et donc potentiellement sur la distance de transmission des messages. En particulier, dans les milieux forestiers, le couvert de la végétation, les feuilles, les troncs d'arbres et les branches constituent autant d'obstacles qui réfractent et réfléchissent les ondes sonores et modifient la structure des signaux acoustiques originels par des phénomènes d'écho - comblement des intervalles de temps entre les unités sonores - et de filtration sélective des fréquences, notamment des hautes fréquences [48]. De plus l'intensité du signal acoustique qui se propage dans l'environnement s'atténue avec la distance de propagation, en fonction de l'absorption atmosphérique et de la structure de la végétation. Par exemple, un air chaud et sec augmente la transmission des sons, et un feuillage dense augmente l'atténuation. Les facteurs météorologiques tels la pluie ou le vent influencent également la transmission des signaux sonores. De ces principes physiques découlent les prédictions que les signaux envoyés dans un environnement donné seront adaptés à la transmission dans cet environnement : c'est l'hypothèse de l'adaptation acoustique [49].

En effet l'ensemble de ces facteurs exercent des pressions de sélection sur les systèmes de communication, et dans la mesure où ces communications participent à la valeur sélective des individus en ayant des conséquences sur leur survie ou leur reproduction, la sélection naturelle agit sur les systèmes de communication aux différentes étapes de la chaine de transmission de l'information. Si l'on regarde l'ensemble des études sur ces sujets, il y a bel et bien un effet global du couvert végétal sur les paramètres fréquentiels du chant, en particulier sur les valeurs des fréquences de plus forte intensité (fréquence pic), qui sont plus basses chez les espèces vivant en milieu fermé que chez les espèces vivant en milieu ouvert [50]. On observe ainsi des signaux présentant des structures convergentes entre espèces d'oiseaux chanteurs éloignées phylogénétiquement mais occupant des habitats similaires, et des signaux divergents chez des espèces phylogénétiquement proches mais occupant des habitats différents (voir [51] pour une revue).

Il faut cependant garder à l'esprit que d'autres facteurs exercent des pressions de sélection sur les signaux acoustiques, comme les relations interspécifiques (les prédateurs et les parasites peuvent être attirés par les manifestations sonores) ainsi que les contraintes biomécaniques et physiologiques s'exerçant sur la production et la réception des signaux. Il faut aussi se souvenir que les adaptations peuvent être comportementales : l'utilisation de postes de chants ou d'écoute, surélevés, augmente l'efficacité dans la transmission ou la réception des chants. Enfin, il faut bien comprendre que si le signal est le support physique de l'information, celle-ci n'est codée que dans certains paramètres. Ce sont donc ces paramètres, et non pas l'ensemble du signal, qui sont adaptés à la transmission de l'information. Par exemple, le troglodyte mignon, parce qu'il est un des plus petits passereaux européens 3 et que son appareil vocal est allométriquement lui aussi de très petite taille, chante un chant très aigu constitué par une succession très rapide de notes modulées en fréquence. Pourtant, cet oiseau vit dans les sous-bois, où son chant aigu semble à première vue (à première écoute !) mal adapté du fait de la filtration des hautes fréquences par la végétation. Mais les paramètres physiques de son chant codant l'information spécifique sont la modulation de fréquence, et le rythme d'émission des notes, paramètres acoustiques qui ne sont pas dégradés par leur propagation dans un milieu de sous-bois encombré d'obstacles. D'autre part, le troglodyte se perche pour chanter, et pour écouter le chant des intrus [52] !

Conclusion

Les chants des oiseaux, produits après apprentissage, constituent des cultures. Leurs architectures syntaxiques complexes portent de multiples informations (sur l'espèce, sur la population, sur l'individu...) permettant communication et interrelations, en particulier en contexte reproducteur. Le milieu exerce des contraintes sur leurs paramètres physiques, et d'autres facteurs de sélection, en particulier de sélection sexuelle, ont agi sur leur évolution. Il est possible de les comprendre grâce à des approches et méthodologies scientifiques croisées et à différentes échelles, depuis la cellule jusqu'à l'écosystème : anatomie, neurobiologie et neurophysiologie, physique du son, génétique... Les oiseaux sont des virtuoses qui émerveillent et inspirent aussi les esprits naturalistes, poètes, musiciens, curieux. Ils constituent également des morceaux, des strates, des éléments important des paysages sonores, et font partie intégrante de la biophonie et de nos univers perceptifs. En 2020, les activités humaines générant bruits et anthropophonie polluante se sont interrompues pendant de nombreuses semaines, et les humains ont pu redécouvrir - souvent avec surprise et joie - leurs oreilles et prêter attention aux sons des autres vivants, en particulier aux chants et aux cris des oiseaux. Pourtant, depuis plusieurs décennies, les populations d'oiseaux deviennent de moins en moins abondantes, comme le montrent les indicateurs de biodiversité. Comme l'écrit si bien Marielle Macé, " les oiseaux non-chantent notre monde abîmé. Leur extinction en effet bruisse, accuse, témoigne : elle chante le souvenir, le deuil ou l'imagination d'une terre bien traitée. Chants et non-chants, paysages de disparitions, gémissement muet des eaux... il y a en effet beaucoup à entendre. Ce n'est pas seulement que les choses du monde se soient tues, qu'elles se taisent et fassent entendre qu'elles se taisent, c'est aussi qu'on n'écoute pas très bien " [53]. Alors écoutons-les.

Références

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Ressources complémentaires

Livres et magazines

La Symphonie animale : Comment les bêtes utilisent le son. Antonio Fischetti, Stéphane Quinson. Ed. Vuibert.

Dossier la Salamandre n°227 : L'orchestre des animaux. Mai 2015.

Le grand orchestre animal. Bernie Krause. Ed. Flammarion

Le son à petits pas. Antonio Fischetti, Marion Puech. Ed. Actes Sud Junior.

Sur internet

Les oiseaux, des maîtres chanteurs sous la loi du milieu, Nicolas Mathevon et Thierry Aubin, Pour la Science, janvier 2002 (article réservé aux abonnés).

The Forgotten Female: How a Generation of Women Scientists Changed Our View of Evolution, Kathi Borgmann, All About Birds, juin 2019.

Dans les secrets du " parler oiseau ", M. Lochouarn, Banque des savoirs, juin 2010.

Pas si bêtes, la chronique du monde sonore animal, Céline du Chéné, France Culture.

La chronique de la Terre au Carré - le son de la T erre, France Inter.

Le chant du capitaine de la forêt, Antonio Fischetti, CNRS Images, 2011.

La forêt qui parle, Banque des savoirs, octobre 2011.

Hélène, une chercheuse à l'écoute des oiseaux, Romuald Drot, Canal U, janvier 2019.

Fanny Rybak

Pascal Combemorel

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Comment et pourquoi les oiseaux chantent-ils ?

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Les chants des oiseaux font partie de nos paysages sonores. Aigus ou graves, longs ou courts, constitués d'un nombre élevé ou au contraire restreint d'unités sonores, ces chants varient en fonction des espèces, des localités et des individus. Comment sont produits ces chants ? Quelles fonctions remplissent-ils ?

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De la Lave à la Roche TERRE #14 - SVT Collège - Mathrix

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Voyage au cœur de la matière - C'est Pas Sorcier

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Dossier d'Irène dans l' épisode 159.

Une histoire de la microscopie

Cette histoire fait partie de celles qui n'ont évidemment pas de fin, mais aussi pas de commencement, parce qu'il n'y a pas eu un jour un nouvel instrument mis au point et appelé microscope. Les systèmes optiques développés par la nature, dont nos yeux, ne sont pas parfaits, et ils vieillissent mal. On peut aisément imaginer que certains de nos ancêtres des cavernes avaient déjà du mal à voir les dessins de leurs artistes sur les murs des grottes, et très tôt le besoin de mieux voir a conduit les hommes à trouver des palliatifs, c'est à dire des lentilles de correction, et c'est par là que débute l'histoire des microscopes optiques.

Nous allons très simplement suivre un ordre chronologique pour décrire l'histoire des microscopes, parce qu'il y a en gros trois périodes, qui commencent chacune avec la naissance d'un type de microscopie, sans qu'aucun n'ait jamais ensuite disparu.

Et puis juste avant de vraiment démarrer impossible de ne pas rappeler que : micron = petit + skopein= observer (grec)

I- La microscopie optique.

Le principe repose sur l'utilisation des lentilles qui sont des objets, en verre le plus souvent, qui dévient la lumière (plus ou moins selon la couleur de la lumière) et qui, tels la loupe, permettent de former une image agrandie d'un objet que l'on ne pourrait pas voir à l'œil nu (figures 1 et 2).

Grosso modo, la meilleure résolution est d'environ 200 nanomètres (nm), ie. que l'on peut voir deux points séparés par 200nm. Un nanomètre, c'est un milliardième de mètre. Un millième de micron. Rappelons que la taille d'un atome est d'environ 0,1 nm, et un cheveu fait environ 60 microns de diamètre. Donc 200 nm c'est 300 fois plus petit qu'un cheveu environ.

Voyons plutôt comment la microscopie optique s'est développée au fil des siècles.

Histoire des sciences optiques.

Le microscope optique est le plus connu, le plus ancien, des microscopes, qui utilise deux composants bien familiers pour la plupart d'entre nous :

a) les lentilles, qui permettent, en autre, de grossir des objets que l'on ne peut pas voir à l'œil nu. Ceci en déviant les rayons de lumière.

b) la lumière, ce rayonnement de particules dont l'exemple le plus connu est bien sûr le soleil qui nous envoie tous les jours son lot de rayons. Ces particules sont appelées des photons. Chaque photon transporte de l'énergie, et selon la couleur de la lumière, la quantité d'énergie est différente. Et selon la couleur, le rayon de lumière va être dévié différemment par la lentille. Rappelez vous, pour les plus vieux d'entre nous, cette pochette d'album de Pink Floyd " The Dark side of the Moon ", avec un rai de lumière à gauche venant frapper un prisme (figure 3).

À la sortie du prisme, à droite, le rai de lumière est joliment décomposé en un arc en ciel. C'est parce que 1- la lumière blanche est composée par un ensemble de rayons de toutes les couleurs. 2- les rayons de couleurs différentes ne sont pas déviés avec le même angle.

Le principe de la lentille, c'est de dévier les trajets optiques venant des objets que vous voulez regarder. Par exemple, dans le cas d'une loupe toute simple, les rayons lumineux émis par votre objet sont déviés par la loupe et en quelque sorte bluffent nos yeux en leur faisant croire que cet objet est plus grand que ce qu'il n'est en réalité (figure 2). En associant plusieurs lentilles, le trajet optique se complique, mais permet de former des images à des positions bien déterminées et avec une taille bien précise. C'est le microscope optique tel que nous le connaissons de nos jours (figure 4).

Un des plus gros problèmes est que, comme nous l'avons dit plus haut, les rayons lumineux ne sont pas déviés avec le même angle en fonction de leur couleur. Il en résulte une distorsion des images, que l'on appelle l'aberration chromatique, qui est un problème majeur de la technique, mais l'on reviendra un petit peu là-dessus.

Pour revenir à l'historique, en 1850, une lentille a été découverte à Nimrud (sur le site de Ninive), en Irak, par l'archéologue Austen Layard (qui était français malgré ce nom bien anglais!) Elle semble être âgée de 3000 ans environ (elle aurait été fabriquée entre le Ier millénaire av. J.-C. et le VIIe siècle av. J.-C.) et est exposée au British Museum de Londres. Il s'agit d'un disque en Crystal de roche, qui pouvait peut-être servir de loupe, mais son polissage était très grossier, et au final, on ne sait pas trop bien de quoi il s'agit !

Il y a ensuite d'autres vestiges, telle cette lentille datant à peu près du Ve siècle avant JC, qui fut découverte en Crète, dans une grotte dans le mont Ida. Elle semble être de meilleure qualité que celle de Nimrud.

Les auteurs romains Pline et Sénèque mentionnent dans leurs écrits un graveur à Pompéi qui utilisait une lentille. On peut trouver aussi des écrits romains mentionnant des moyens grossissants tels que des boules de verre remplies d'eau ou bien des émeraudes taillées en lentille concave.

Toutefois, on peut dire que l'histoire des sciences optiques en tant que telles commence probablement à Alexandrie, vers 300 ans avant JC. À cette époque, la ville était grecque et les sciences devenaient de plus en plus importantes en Grèce, notamment la géométrie. Un des grands noms de la géométrie était le fameux Euclide. Il est peut-être à l'origine de pratiquement tout ce que nous pouvons apprendre en géométrie à l'école, mais c'est aussi lui qui a découvert que la lumière voyage en ligne droite. Les premières lois de la réflexion de la lumière sur une surface émanent de lui. Vers 1100, le savant arabe Alhazen Ben Alhazen mentionne le pouvoir grossissant des lentilles, sans qu'en soit tiré apparemment des conséquences sur l'usage pouvant en être fait.

Au XIIIe siècle, Roger Bacon a utilisé, et cette fois-ci on le sait de façon plus documentée, des lentilles de verre en tant que loupe.

Bacon développait cette nouvelle technique pour aider les gens qui avaient des problèmes pour lire. Roger Bacon, était un moine franciscain anglais, qui s'est inspiré apparemment des travaux d'Alhacen. Il appellait son invention " reading stone " que l'on peut traduire par " pierre de lecture " ou " pierre pour lire " en mauvais français ! Ces lentilles étaient souvent utilisées par les moines, notamment pour enluminer leurs manuscrits. Elles étaient au début très simples, avec un bord plat et l'autre convexe, c'est à dire une simple sphère coupée en deux. Avec le temps, les moines ont expérimenté et leur instrument s'est perfectionné, en particulier en jouant avec la courbure. En effet, moins la courbure est prononcée, plus la lentille agrandit les objets.

Il faut attendre jusqu'au XVIe siècle pour voir poindre la première application scientifique concrète des lentilles. Jusqu'à cette période, Il s'agissait de verres correcteurs pour nos yeux déficients.

Vers 1590, le hollandais Zacharias Janssen profite de ses compétences de fabriquant de lentilles pour inventer un nouvel outil : le microscope optique. Il est alors formé par deux lentilles convexes, dans un ensemble de tubes coulissants. Mais bon, honnêtement, personne n'est certain de cette paternité ! Janssen est né à La Hague (probablement !), et c'est son père qui avait une entreprise de fabrication de lentilles, qui l'employait. Zacharias aurait découvert les vertus de l'association de ces lentilles alors qu'il n'était encore qu'adolescent et aurait montré sa découverte à un diplomate ami de la famille. Mais en réalité il n'existe pas d'exemplaire certain de son microscope. Peut-être un dans un musée hollandais, pas sûr. Il avait un grossissement de 10X, donc pas particulièrement performant et c'est peut-être pour cela que notre homme s'est apparemment reconverti dans le trafic de fausse monnaie !

Au XVIIe, les recherches scientifiques convergent vers le développement de la microscopie. Encore une fois, personne ne peut prétendre à la paternité de cette invention. Plusieurs modèles de microscopes sont apparus à la même période.

Toutefois, le plus célèbre est sans conteste celui d'Antoni Leewenhoek, que l'on considère comme le père de la bactériologie en tant que science, et qui est un personnage lui aussi bien intéressant!

Antoni Van LEEUWENHOEK (1632-1723) (Figure 5)

Leeuwenhoek est né à Delft aux Pays Bas, le 24 octobre 1632.
À 16 ans, il est envoyé à Amsterdam en tant qu'apprenti chez un drapier. L'histoire raconte qu'il se débrouilla fort bien, qu'il monta son entreprise qui fut florissante.

C'est vers 1668, 20 ans plus tard donc qu'il présente son premier microscope. Alors comment ce commerçant dans les tissus en est-il arrivé à devenir l'un des pères de la microscopie? Et bien je suppose qu'il devait être très pointilleux, ou exigeant ou curieux ou malin, ou tout cela à la fois. En tout cas, il voulait un instrument qui l'aiderait à compter le nombre de fils dans les tissus. Apparemment, au début il a utilisé des éclats de diamants et puis il s'est mis à polir des morceaux de verre. Et il le fit très bien, car non seulement son commerce fut florissant mais il étendit l'usage de ses lentilles à d'autres applications, comme nous allons le voir. Ainsi, le polissage des lentilles devint un hobby, puis la technique se raffina et le tout produit l'un des objets scientifiques le plus utilisé de tous les temps. Ainsi donc, notre homme était très curieux et il s'est mis à regarder tout et n'importe quoi avec son microscope. Car il avait trouvé un moyen de monter une toute petite lentille, environ de la taille d'une tête d'aiguille sur un support en laiton, percé d'un trou pour faire passer de la lumière. L'échantillon était placé sur une pointe métallique, solidaire du support et que l'on déplaçait face à la lentille pour en explorer le contenu. L'ensemble était tenu très près de l'œil, face à la lumière (figure 6). Et voilà notre microscope. Et il se trouve que c'était un excellent microscope parce que le fait d'utiliser une seule toute petite lentille (pour les savants qui nous écoutent, avec une distance focale très petite qui limite les aberrations chromatiques) d'excellente qualité (il avait vraiment peaufiné sa technique de polissage), fait qu'il pouvait grossir les objets 300 fois. Le microscope que Leeuwenhoek utilise permet une résolution de 1,4 micromètres (soit 300 X). Soit 1/35e de la largeur d'un cheveu!

C'est en fait très honorable par rapport aux microscopes actuels qui possèdent un pouvoir grossissant de 1000x.

Rappelons que notre homme n'est pas la figure typique du scientifique, d'ailleurs on lui reproche parfois une démarche peu rigoureuse. Mais néanmoins, on lui connaît au moins 400 lentilles, toutes aussi petites les unes que les autres. Et il était malin, il n'a jamais dévoilé ses secrets, comment il polissait ces petits morceaux de verre, comment il les montait sur le support en laiton du microscope, quelle source de lumière il utilisait... Toujours est-il qu'Anthoni Leeuwenhoek est considéré aujourd'hui comme le père de la microbiologie, c'est à dire l'étude des bactéries.

Et, il est devenu fort célèbre, il a quand même reçu la visite de Pierre le Grand de Russie, ou Frédéric II de Prusse ! Il est un bel exemple d'autodidacte qui montre encore une fois que la curiosité est bien le plus important en science, que l'essentiel comme le disait Einstein est de se poser des questions, pas d'accumuler des connaissances.

Quand la "Royal Society of London" fut capable de reproduire son expérience, il devint immédiatement célèbre et ouvrit la voie aux chercheurs des générations suivantes.

On connaît toute une variété d'échantillons qu'il a observés et décrits : des gouttes de pluie, de la plaque dentaire, des morceaux d'intestin, des moules. C'est comme cela qu'il a découvert les bactéries (appelées 'animalcules'), qu'il a découvert la parthénogénèse des insectes c'est à dire le fait que certains animaux peuvent se multiplier sans reproduction sexuée. Il a regardé beaucoup de spermatozoïdes aussi (chiens, insectes, humains... Je vous laisse élaborer ici comment et pourquoi).

En parallèle, et pas si loin que cela géographiquement, un autre scientifique développa une variante du microscope optique. Il s'agit de Robert Hooke. Le pouvoir grossissant de son microscope est lié à l'utilisation de plusieurs lentilles convexes (figure 7). Mais comme les lentilles employées à la réalisation de ces microscopes présentaient toutes des défauts d'aberration chromatique entourant les bords de l'image, la plupart des scientifiques rejetèrent le microscope composé et réutilisèrent le microscope à lentille simple, comme celui de Leewenhoek. Ce microscope offrait des grossissements moins importants, mais possédaient une qualité d'image plus nette.

C'est au milieu du XVIIIe siècle que le Britannique John Dollond, corrigea le défaut d'aberration chromatique des microscopes composés en utilisant une lentille de forme différente (Figure 8)

Depuis cette époque, le microscope optique est similaire à ceux que nous connaissons aujourd'hui. A ce jour, bon nombre d'améliorations on contribué à perfectionner cet instrument, tant en matière optique que mécanique. Il est passé d'une puissance de grossissement de 200 à 1500 fois en moyenne. La plupart des observations courantes se font entre 200 et 400 fois la taille nominale de l'objet observé.

Plus de quarante modèles de microscopes optiques sont disponibles sur le marché. Il n'est pas nécessaire d'acquérir un modèle haut de gamme pour réaliser des observations courantes. Un microscope équipé d'une tête monoculaire peut suffire à tout amateur désireux de découvrir le monde de l'infiniment petit.

II- La microscopie électronique

Le microscope optique, même avec des lentilles optiques parfaites et une illumination idéale, ne pourra jamais distinguer des objets plus petits que la moitié d'une longueur d'onde de lumière. Prenons un exemple. La lumière blanche a une longueur d'onde moyenne d'environ 0.55 µm. La moitié de 0.55 c'est environ 0.275. Donc si l'on regarde 2 lignes qui sont plus proches que 0.275 µm, on en verra qu'une. Un point plus petit que 0.275µm peut être discerné comme un petit nuage tout au mieux. Donc, la seule solution pour augmenter la résolution du microscope, c'est d'utiliser une source d'illumination ayant une longueur d'onde plus courte.

Et c'est ainsi qu'est née l'idée du microscope électronique. Au lieu d'utiliser les photons, on utilise des électrons. Les électrons sont ces petits grains de matière, des particules qui sont des constituant de tous les atomes, et qui portent une charge négative. Ce sont eux les constituants de base du courant électrique.

Plus précisément, c'est grâce au développement des tubes cathodiques que le ME a pu être développé.

Heinrich Rudolph Hertz (1857-94) suggéra que les faisceaux d'émission pouvaient être caractérisés par une longueur d'onde.

C'est vraiment aussi un savant remarquable. Il est connu principalement pour deux contributions majeures en sciences : ses travaux sur les ondes hertziennes, ces ondes radios électromagnétiques, auxquelles il a donné son nom, et sa théorie sur les déformations des matériaux à l'origine du modèle de Hertz utilisé comme point de départ de tous les modèles d'indentation par exemple. Il devait être incroyablement humble parce qu'il pensait que ses découvertes sur les ondes radios n'auraient jamais d'application pratiques. Il est décédé très jeune, à 36 ans, d'une maladie auto-immune relativement rare (granulomatose avec polyangéite).

Emil Wiechert en 1899 , physicien allemand d'origine russe, montra que ces faisceaux pouvaient être focalisés sur un point en utilisant un champ magnétique produit par une bobine (figure 10).

Ce n'est qu'en 1926 que Hans Busch , allemand lui aussi, démontra la théorie qui explique qu'en effet un solénoïde (une bobine donc) peut faire converger un faisceau d'électrons de la même manière qu'une lentille de verre fait converger un faisceau de photons.

Dans le microscope électronique (ME), les électrons sont accélérés sous vide, jusqu'à ce que leur longueur d'onde soit 100 000 fois plus petite que celle de la lumière blanche. Puis le faisceau est focalisé sur un échantillon, et ils sont soit déviés soit absorbés par l'échantillon. Ceux qui sont déviés ou non absorbés sont récoltés sur un système de détection, type caméra CCD, comme les appareils photo numériques (Fig 11).

Figure 11 - Principe du microscope électronique

Le premier prototype fut construit en 1933 par l'ingénieur Ernst Ruska et pouvait détecter des objets de 50 nm. Il était énorme, il fallait une pièce entière pour le faire rentrer.

Le premier EM commercial fut construit en Angleterre au Collège Imperial de Londres, mais en fait sa résolution ne dépassait guère celle d'un bon microscope optique ! Ce qui montre au passage combien il n'est pas aisé de faire la transition entre des appareils mis au point dans des labos de recherche et la production commerciale.

Les premiers EM n'étaient pas trop intéressants pour les microscopistes, parce que le faisceau d'électrons était très chaud et transperçait les échantillons. Mais quelqu'un de bien malin, et je ne sais pas qui, a eu l'idée géniale de recouvrir les échantillons biologiques avec du tétraoxide d'osmium, et de les couper en tranches hyper fines, et cela a marché. Non pas que l'échantillon était moins chaud, mais le tétraoxide d'osmium empêche les lipides de fondre (on dit qu'on les fixe) et l'utilisation de coupes fines permet d'obtenir des images rapidement, sans focaliser le faisceau trop longtemps au même endroit). On a ainsi commencé à obtenir des images intéressantes en biologie. A l'université de Toronto, en 1938, Eli Burton et ses étudiants construisirent le premier EM vraiment à haute résolution. Malheureusement la seconde guerre mondiale a ralenti les progrès suivants, mais 20 ans après la guerre, la résolution de l'EM était déjà de 1nm (rappelons qu'un nm c'est environ 10 atomes, environ 6000 plus petit que le diamètre d'un cheveu).

Les différents types de EM

Plus des électrons se déplacent rapidement, plus leur longueur d'onde est petite. La résolution d'un EM est reliée à cette longueur d'onde : plus elle est courte, plus la résolution augmente. Donc, pour augmenter la résolution on essaie au maximum d'accélérer la vitesse des électrons, en augmentant la ddp appliquée entre les lentilles magnétiques.

Les ME aujourd'hui peuvent atteindre un grandissement des images de 2 millions de fois ! Si l'on pousse la résolution, on peut visualiser des objets de la taille de l'atome, une molécule pour les échantillons biologiques. Toutefois, il existe une grosse limite à cette technique : aucun échantillon biologique ne peut survivre dans le vide poussé qui existe à l'intérieur du microscope. Il existe bien quelques EM commerciaux qui permettent de visualiser des échantillons humides, mais il y a encore beaucoup de limites à la technique.

Revenons un petit peu sur le principe des ME

Dans le ME, les lentilles magnétiques guident les électrons, tout comme dans un microscope optique les lentilles optiques guident les photons. Mais il existe en fait deux types de ME, selon les électrons que l'on détecte.

Le ME à Transmission (MET) ou TEM en anglais (figure 12 et 13)

Lorsque les électrons bombardent l'échantillon, ils peuvent traverser la matière, plus ou moins et plus ou moins vite selon la densité de la matière traversée à cet endroit-là, et être recueillis sous l'échantillon, il s'agit du microscope à transmission , MET. Ainsi, seuls les échantillons très fins, ou découpés en tranches très fines peuvent être étudiés. Les images produites sont en noir en blanc et deux dimensions. Par exemple, à l'intérieur d'une cellule, le noyau et les autres composants cellulaires , les organelles, sont plus denses que la soupe dans laquelle ils baignent. Les objets les plus denses arrêtent plus les électrons que les zones de relative moindre densité.

La résolution du MET permet de voir des atomes de carbones séparés par 0,089 nm ou des atomes de silicium (0,078nm). Ainsi le MET est très utilisé dans le domaine des nanotechnologies, des semi-conducteurs pour la microélectronique. En biologie, c'est la préparation des échantillons qui est le facteur limitant. Les méthodes de préparation pour préserver les structures et accroitre les contrastes sont incroyablement nombreuses, parfois spécifiques à un spécimen seulement et souvent très compliquées (longues avec beaucoup d'étapes).

Le ME à Balayage (figure 12 et 13)

Lorsque les électrons arrivent sur la surface des échantillons, ils peuvent aussi, au moment où ils frappent la surface provoquer l'émission de nouveaux électrons, selon un angle de réflexion, et ce sont ces nouveaux électrons qui sont recueillis et utilisés pour former une image sur le détecteur. Il s'agit du microscope à balayage. Le faisceau d'électrons est balayé à la surface de l'échantillon dans un mouvement de balayage, en zig-zag donc.

La résolution du MEB est environ dix fois moindre que celle du TEM, mais permet d'obtenir une profondeur de champ d'observation qui n'existe pas avec le TEM, une sorte d'image en 3D.

Préparation des échantillons

Je le disais plus haut, les gens qui font de la ME, et qui la font bien, ont une somme de connaissance gigantesque ! Il faut pour le MET pouvoir observer des coupes super fines de tissus, et pour le MEB avoir des surfaces qui réfléchissent les électrons.

Citons brièvement quelques techniques de bases :

-découper les échantillons en fines tranches, 50 à 90 nm, avec un appareil appelé microtome et des lames de rasoir en diamant.

-fixer les échantillons, avec des produits chimiques, pour préserver les structures, les rendre plus dures. On force les molécules à se lier entre elles. En fait, c'est le même effet que faire bouillir un œuf frais ! On se retrouve avec un œuf dur !

-congeler les échantillons à très basse température et les couper en fines tranches. C'est la cryoscopie

-Infiltrer les tissus avec des résines, pour figer les structures et pouvoir les couper ensuite. Il faut auparavant enlever l'eau, le plus souvent par des bains successifs dans de l'alcool

-augmenter les contrastes en recouvrant les surfaces avec des métaux lourds

-Couper les échantillons après les avoir congelés, car la lame suit les contours de moindre fragilité et révèle ainsi des structures selon leur dureté. Souvent il faut aussi recouvrir ensuite pour les observations en TEM par un film de Pt puis C, et c'est le film de C que l'on observe, pas l'échantillon lui-même.

Il existe une quantité incroyable de livres sur le sujet et de quoi occuper la vie de beaucoup de gens à temps plein....

Les limites de la technique

-ce sont des appareils chers et difficiles à maintenir en bon fonctionnement (ddp élevées, vide, sensible aux vibrations...)

- difficile à utiliser, surtout par rapport à un microscope optique.

-la préparation des échantillons est délicate et induit de toute façon des modifications de la structure des échantillons en biologie. Par exemple, congeler les échantillons induit la formation de cristaux de glace qui sont difficiles à éviter et qui détruisent les structures.

Heureusement, les limites du microscope électronique, notamment dans la préparation des échantillons sont maintenant et depuis peu, un peu compensés par l'essor d'un troisième type de microscopie, très différente des deux précédentes, donc complémentaire dans son utilisation.

III La microscopie à champ proche.

L'idée de départ date des années 1930, on trouve des publications ingénieuses qui montrent combien les hommes sont créateurs, car si l'idée était bonne, elle n'était pas réalisable d'un point de vue technique. Les limitations de la technologie ne permettaient pas à l'époque de construire de tels instruments.

Et c'est en 1981, que le premier appareil a vu le jour chez IBM Zurich. 2 physiciens (Gerd Binnig et Heinrich Rohrer ) ont annoncé la naissance de leur nouveau jouet : le microscope à effet tunnel, ou STM, pour Scanning Tunneling Microscope. Un nom bien mystérieux, comme tout ceux d'ailleurs de la famille des microscopes à champ proche. Cette fois on utilise encore les électrons, mais sans considérer les particules ; on utilise le courant électrique, c'est à dire le transfert de charges électriques. L'effet tunnel était déjà bien connu, qui indique que si on applique une différence de potentiel sur un échantillon conducteur, comme un métal, et qu'on approche très très près une fine pointe métallique conductrice, mais qu'on ne touche pas la surface, un courant électrique va s'établir entre la surface et la pointe. (figure 14). Le fait que l'intensité du courant dépende de la distance entre la pointe et l'échantillon permet de mesurer cette distance. En balayant la pointe sur la surface de l'échantillon, selon la topographie de la surface le courant est plus ou moins fort et on peut ainsi établir une carte topographique de l'échantillon. Je simplifie beaucoup évidemment, mais c'est le principe !

Il aura fallu attendre environ 50 ans avant de mettre en pratique cette idée, parce que ce n'est pas facile de fabriquer des pointes très fines, 1000 fois plus fines qu'un cheveu. Pas facile aussi d'isoler l'appareil de toutes les vibrations. Imaginez que même parler devant l'appareil induit des vibrations acoustiques ou des changements de température, qui changent la distance entre la pointe et la surface, et perturbent donc les mesures. Enfin fabriquer un contrôleur électronique qui puisse mesurer des courants de l'ordre du nano-ampère et très vite (avec une vitesse de quelques MHz, c'est à dire 1 million de mesures par seconde), n'était pas possible en 1930. Aujourd'hui le STM fonctionne très bien, et a permis de reculer les limites de la résolution, il a permis de visualiser des atomes en routine, sans modifier les surfaces, sans préparation de ces échantillons et il est encore utilisé.

Toutefois, il existe une limite importante inhérente à cette technologie : les échantillons doivent être conducteurs. Donc beaucoup d'échantillons ne pouvaient pas, du

moins facilement, être observés avec le STM, dont les échantillons biologiques. Alors nos savants suisses n'en sont pas restés là. Ils ont utilisé le même type de technologie, mais ont remplacé le current tunnel par la détection de forces atomiques. Ainsi est né l'AFM, pour Atomic Force Microscope, en 1986, par Gerd Binnig, Christoph Gerber, et Calvin Quate. Le principe, c'est comme nos vieux lecteurs de disques vinyl (oui, je sais que beaucoup ici n'ont jamais vu un disque vinyl !) Bref, notre très fine aiguille est maintenant attachée à un bras de levier très très flexible. Quand on balaye cette aiguille au dessus de la surface d'un échantillon, comme une cellule vivante, parce qu'il existe des forces d'interaction entre cette pointe et la surface, le levier se courbe plus ou moins (figure 15). Là aussi, les forces dépendent de la distance entre la pointe et la surface. Donc le microscope mesure cette flexion et l'utilise dans un système de boucle de rétro-contrôle pour garder la pointe toujours à la même distance de la surface. Donc, on balaye la pointe, et en même temps on bouge la pointe verticalement pour suivre les contours de la surface. Si il y a une bosse, la flexion est trop importante il faut éloigner la pointe. Si il y a un trou, il n'y a pas assez de flexion, il faut approcher la pointe. C'est simple comme principe ! Ainsi on peut reconstruire la surface en 3 dimensions.

Et ça marche très bien, et en milieu liquide de surcroît, ce qui est très attrayant pour les biologistes. Les échantillons non seulement ne sont pas beaucoup modifiés quand ils sont préparés, mais en plus la technique AFM en soi est non destructive ; on peut observer les mêmes échantillons plusieurs fois (par opposition aux MET et MEB qui détruisent les échantillons avec les rayonnement d'électrons). On peut ainsi regarder des cellules vivantes sans les détruire, on peut regarder en temps réel comment des fibres de collagène se forment.

On obtient une résolution atomique sur les échantillons durs, comme le mica ou le graphite. En biologie, c'est de l'ordre de la molécule, quelques nm donc. Exemple de la Bactériorhodopsine, (figure 16). La Bactériorhodopsine est une protéine, le principal constituant de la membrane de certaines bactéries. C'est une molécule intéressante à de nombreux points de vue. D'abord son rôle : c'est une pompe, qui transfère des protons (des ions hydrogènes donc) à travers les membranes. D'un point de vue structurel : c'est une longue molécule, qui se replie et qui traverse 7 fois la membrane. Les molécules s'agencent ensuite en trimères (ie 3 molécules qui forment un triangle) dans les membranes. Pour pomper les protons, elle absorbe de la lumière, des photons donc, et plus spécifiquement de la lumière verte. Cela induit un changement de structure qui permet de transférer les protons. Elle ré-émet le photon avec une belle couleur violette. Avec un AFM, on peut voir très bien la structure de la la Bactériorhodopsine, les trimères en particulier et même changer les conditions d'observation (lumière, pH du milieu, force) et voir la protéine changer de forme, c'est superbe. Je salue au passage mes collègues suisses pionniers dans ces travaux : Daniel Mueller et Simon Scheuring.

En plus, on peut utiliser le levier pour pousser sur des surfaces et mesurer leur rigidité, ou pour étirer des molécules et mesurer les forces à l'intérieur de ces molécules qui leur donnent leur géométrie (les liaisons hydrogènes donc). Un exemple bien connu, celui de la Titine. Celle-ci est la protéine la plus longue dans notre corps (>1 µm). Elle se trouve dans les muscles, (protéine la plus abondante dans les muscles) et est responsable notamment de l'élasticité passive de nos muscles, comme un ressort. C'est donc une longue molécule, qui comporte des portions repliées sur elles-mêmes, comme des nœuds (ce qu'on appelle des domaines globulaires), et ces nœuds gardent leur forme à l'aide de liaisons qui relient les brins entre eux (les liaisons hydrogènes, entre un atome d'hydrogène et un autre atome, souvent de l'oxygène) (figure 17). Avec la pointe de notre AFM, on peut aller attraper l'extrémité d'une molécule de Titine, l'étirer, ouvrir un à un ces nœuds, ces domaines globulaires, et mesurer les forces nécessaires, et obtenir des informations sur la géométrie de cette protéine (figure 18).

Un autre exemple fascinant, celui de l'ADN. En 1953 deux chercheurs anglais, James Watson biologiste américain) et Francis Crick (biologiste et physicien anglais), avec des données notamment de Rosalin Franklin et de Jerry Donohue établissent enfin la structure de la molécule d'ADN, en Angleterre. C'est fantastique et ils ont bien mérité leur prix Nobel de médecine en 1962, mais ce qui est aussi fantastique c'est qu'ils n'ont pas utilisé de microscopie, ce sont des preuves indirectes (notamment la cristallographie à rayon X) qui leur ont permis de comprendre ce à quoi cette molécule ressemble, c'est à dire deux long brins enroulés sur eux-mêmes et qui forment une double hélice. Mais c'est avec un AFM que l'on a pu pour la première fois vraiment voir cette double hélice, on a maintenant des images, avec des détails sur la double hélice et toutes ses variations (figure 19).

On peut aussi utiliser des leviers qui conduisent le courant, pour mesurer les propriétés électriques des surfaces, ou des leviers recouverts de matériaux magnétiques pour détecter les champs magnétiques (lire les boîtes noires des avions par exemple !).

Par comparaison avec la microscopie électronique : résolution un peu meilleure, images en 3 D, pas de préparation des échantillons, études mécaniques des échantillons, fonctionnement en milieu liquide, pas de destruction des échantillon, petits instruments, qui sont super robustes.

Comparaison avec la microscopie optique : meilleure résolution mais plus difficiles à utiliser, plus cher

Fait notoire, en 1986 Gerd Binnig et Heinrich Rohrer ont obtenu le prix Nobel de physique pour le STM, en même temps que Ernst Ruska, pour l'invention du EM en 1931 !

Encore beaucoup de route devant soi, ce type de microscopie n'a que 30 ans !

Conclusions :

Il existe un type de microscopie que j'ai omis : le microscope acoustique, qui date d'environ 1949, parce qu'il est plutôt restreint d'utilisation (pour l'étude des matériaux), même s'il présente l'avantage énorme de détecter des structures à l'intérieur des objets étudiés. Comme son nom l'indique il utilise des ondes mécaniques cette fois, mais sa résolution est seulement de l 'ordre du µm.

Il existe beaucoup de variantes à la microscopie optique, par exemple la microscopie confocale, la fluorescence, mais les principes de base sont les mêmes.

L'AFM a encore beaucoup progrès à faire, mais est de plus en plus utilisée.

Ces deux techniques restent complémentaires de la ME, qui, quant à elle, reste une technique lourde et très chère. Juste pour le fun, sur la figure 20, j'ai copié des images prises par un EM d'une patte de mouche et un dessin par Robert Hooke, selon ses observations avec son microscope optique.

Merci pour votre attention !
Références http://en.wikipedia.org/wiki/Antonie_van_Leeuwenhoek http://micromonde.free.fr/histoire/# http://www.optics1.com/optics_history.php http://h2g2.com/approved_entry/A666128
Encyclopedia Britannica.
http://enlightenedlotuswellness.com/2013/03/06/zacharias-janssen-and-the-invention-of-the-microscope/ http://bsp.med.harvard.edu/node/220 http://www.jic.ac.uk/microscopy/intro_em.html
wikipédia !

Irène est membre de podcast science depuis le printemps 2014. Biologiste de formation, elle est aussi monitrice de parapente le week end. Elle est chaque mercredi en direct depuis la Corse.

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Dossier d'Irène dans l' épisode 159. Cette histoire fait partie de celles qui n'ont évidemment pas de fin, mais aussi pas de commencement, parce qu'il n'y a pas eu un jour un nouvel instrument mis au point et appelé microscope. Les systèmes optiques développés par la nature, dont nos yeux, ne sont pas parfaits, et ils vieillissent mal.

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Utiliser une échelle pour déterminer la taille réelle d'une cellule - Niveau collège + lycée

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The wacky history of cell theory - Lauren Royal-Woods

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AGI-SON agir pour une bonne gestion sonore

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1TC - Séquence 3 - Photosynthèse - TP3 - Documents charbon

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Comment le charbon s'est-il formé ? - C'est pas sorcier

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Rose : les activités et ressources utilisés en cours

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Rose : les activités et ressources utilisés en cours

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De l'algue au pétrole - SVT - Seconde - Les Bons Profs

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Les chloroplastes sont bien colorés par l'eau iodée

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Les chloroplastes ne sont pas colorés...

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Animations sur les microscopes : Microscope electronique à balayage

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Animations sur les microscopes : Microscope électronique à transmission

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Animations sur les microscopes : microscope à effet tunnel

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Animations sur les microscopes : Microscope à force atomique AFM

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Cochlear duct organ of corti inner ear 3D model - Buy Royalty Free 3D model by Deepankar.Parmar

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A blend file of inner ear organ called cochlear duct (organ of corti). The parts are very detailed and labelled accurately in medical terminology. The materials are procedural and image textures based on non-overlapping UVs. Before buying watch the full video here :-https://youtu.be/i4RT68REP_Q. The formats 3mf, ply, obj, fbx, with applied uv mapped textures have also been included in the downloads along with stl. - Cochlear duct organ of corti inner ear 3D model - Buy Royalty Free 3D model by Deepankar.Parmar

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Valable pour toutes les séquences

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Lumière solaire : entrée d'énergie dans la biosphère - SVT - Seconde - Les Bons Profs

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Opéra scientifique !!! Top

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Lorsque la musique fait swinguer les neurones

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Au creux de l'oreille

Une aventure médicale dont tu es le héros

Pour une meilleure expérience, le Genially doit être visualisé sur ordinateur en plein écran

Réalisée par Mme Boby Lajon

Source : Manuel Bordas

avec l'aide d'outils

Passer l'introduction

Il est 8h55. Tu es un jeune interne en médecine et aujourd'hui tu accompagnes le docteur Yacoub Faine. Entre dans la maison médicale, il te donnera ses consignes.

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Tu devras faire le suivi de M. Templu en cliquant sur sa fiche médicaleet en la complétant.

Pour te déplacer dans le centre médical, clique sur le plan.

Pour me demander de l'aide, passe la souris sur le stéthoscope.

Pour le moment, il faut mettre à jour tes connaissances sur le fonctionnement de l'oreille. Tu trouveras de quoi te documenter dans le bureau.

Ah te voici ! Je me présente, je suis le docteur Yacoub Faine.Aujourd'hui plusieurs consultations de patients ayant des problèmes auditifs nous attendent. Je te confie le suivi de M. Jean Templu qui a une surdité à l'oreille droite.

Tu devras me présenter en fin de journée, un compte rendu de ce que tu as appris sur la perception du son et tes conclusions sur le cas de M. Templu.

Fiche de suivi médical de M. Jean TempluEtat du tympan droit Etat de la cochléeEtat des nerfs auditifs Etat des aires auditives

Pas d'aide disponible pour le moment...

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Tu devras faire le suivi de M. Templu en cliquant sur sa fiche médicaleet en la complétant.

Pour te déplacer dans le centre médical, clique sur le plan.

Pour me demander de l'aide, passe la souris sur le stéthoscope.

Pour le moment, il faut mettre à jour tes connaissances sur le fonctionnement de l'oreille. Tu trouveras de quoi te documenter dans le bureau.

Ah te voici ! Je me présente, je suis le docteur Yacoub Faine.Aujourd'hui plusieurs consultations de patients ayant des problèmes auditifs nous attendent. Je te confie le suivi de M. Jean Templu qui a une surdité à l'oreille droite.

Tu devras me présenter en fin de journée, un compte rendu de ce que tu as appris sur la perception du son et tes conclusions sur le cas de M. Templu.

Fiche de suivi médical de M. Jean TempluEtat du tympan droit Etat de la cochléeEtat des nerfs auditifs Etat des aires auditives

Pas d'aide disponible pour le moment...

Réessaye tout à l'heure

Maison médicale j'écoute ! ... Oui, avec le docteur Nikos Eulé, vendredi 15 mai à 9h40. ... Merci à vous aussi, au revoir.

Mme Aude Ytiffe, c'est à vous s'il vous plait. Veuillez me suivre en salle d'IRM.

Ne te perds pas sur le web. Prends plutôt un livre d'anatomie.

Pas le moment de regarder tes messages. Le docteur Faine t'as donné du travail !

Les livres sont rangés dans le bureau.

Oups, pardon !

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Anatomie de l'oreille humaine

Oreille externe

Oreille moyenne

Nerfs

Oreille interne

Cochlée

Marteau

Osselets

Pavillon

Enclume

Etrier

Nerf cochléaire

Trompe auditive

Conduit auditif externe

Tympan

Lis toutes les informations contenues dans le livre avant de compléter soigneusement les légendes. Prends des notes pour ton compte rendu : tu dois être capable d'expliquer ce que deviennent les ondes sonores captées par l'oreille.

Oreille externe

L'oreille externe est une des trois composantes de l'oreille. Elle comprend le pavillon ("l'oreille" du langage courant) et un tube étroit, long de 2,5 cm, le conduit auditif externe. Ce dernier se termine par une fine membrane en forme de cône aplati : le tympan.

Le pavillon oriente les ondes sonores vers le conduit auditif. Ce conduit est protégé des corps étrangers par une substance cireuse et jaunâtre : le cérumen.

L'arrivée des ondes sonores au contact du tympan provoque sa vibration. En cas de perforation du tympan, une surdité, qui peut être définitive, survient.

Mais, chez certaines personnes, le cérumen s'accumule en forme de bouchon qui peut gêner momentanément l'arrivée des ondes sonores au niveau du tympan.

Oreille moyenne

L'oreille moyenne est une cavité de l'os temporal. Elle est remplie d'air et limitée par le tympan d'une part, par une paroi osseuse percée de deux orifices : les fenêtres ovale et ronde d'autre part. Cette cavité contient les trois plus petits os du corps humain : le marteau, l'enclume et l'étrier. Le marteau est en contact avec le tympan.

Les ondes sonores traversent successivement trois milieux de nature différente : l'air, la membrane du tympan et l'os. Dans l'oreille moyenne, elles subissent une modification importante (voir schéma ci-dessous) :

La trompe auditive communique avec l'arrière du nez (donc avec l'air extérieur) ce qui permet d'équilibrer la pression de l'air entre l'oreille moyenne et l'oreille externe. Cet équilibre est nécessaire au bon fonctionnement du tympan.

L'anatomie de l'oreille interne revèle plusieurs régions mais une seule d'entre-elles, la cochlée, intervient dans l'audition. Il s'agit d'une cavité osseuse en forme de spirale, remplie d'un liquide incolore, l'endolymphe. La cochlée est en contact avec les fenêtres ronde et ovale de l'oreille moyenne. Elle est reliée au nerf cochléaire, ramification d'un nerf crânien.

Oreille interne

La cavité cochléaire contient une membrane de forme spiralée. Elle comporte quatre rangées de cellules ciliées (observées au MEB sur la photographie ci-contre).

Chaque cellule ciliée porte dans sa partie supérieure une centaine de cils vibratiles en contact avec l'endolymphe, et est connectée dans sa partie inférieure à une fibre nerveuse.

L'ensemble des fibres nerveuses issues des cellules ciliées constitue le nerf cochléaire. Les vibrations des osselets de l'oreille moyenne mettent en mouvement l'endolymphe de la cochlée, ce qui fait bouger les cils vibratiles des cellules ciliées. Ces minuscules déplacements excitent les fibres nerveuses connectées aux cellules ciliées : un message nerveux auditif se forme.

Nerf

On peut enregistrer le message nerveux généré par une cellule ciliée. Une microélectrode reliée à un oscilloscope est implantée dans une fibre nerveuse auditive. Suite à une stimulation sonore, un message nerveux est enregistré. Ce dernier est composé de la répétition d'un signal élémentaire appelé potentiel d'action (PA). Chaque PA est une brève modification de l'état électrique de la fibre nerveuse auditive.

Des enregistrements de messages nerveux auditifs peuvent être faits pour des sons aux caractéristiques différents. Le document présente les résultats obtenus pour des sons d'intensité et de durée identiques, mais de fréquence variable.

Maintenant que te voilà mieux informé(e), rends-toi dans le cabinet n°1.

Choisis le bon instrument pour observer le tympan de tes patients.

Marteau à réflexes

Tensiomètre

Stéthoscope

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Le tympan droitde M. Martin Pan

Voici ce que tu peux observer avec ton otoscope chez deux patients sourds de l'oreille droite :

Le tympan droitde M. Jean Templu

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Fiche de suivi médical de M. Jean TempluEtat du tympan droit Etat de la cochléeEtat des nerfs auditifs Etat des aires auditives

Otoscope

Note tes observations sur la fiche médicale de M. Jean Templu Ensuite rends-toi dans la salle de réunion où ma consœur nous attend à 11h pour un petit débriefing.

Bonjour, Je suis le docteur Laure Aillette. Je te propose un petit diaporama sur les dangers qui menacent notre audition. Quand tu es prêt(e), clique sur la télévision pour le lancer.

Tout signal sonore est caractérisé par sa fréquence en Hertz (Hz), son niveau sonore en décibel (dB) et sa durée en seconde (s). Les sons audibles par l'oreille humaine ont des fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz. Ainsi depuis les sons les plus graves jusqu'aux plus aigus, l'oreille humaine perçoit une grande variété de fréquences sonores.

Le champ auditif

L'oreille humaine peut percevoir des sons d'un niveau sonore compris entre 0 et 120 db mais la plupart des sons de la vie quotidienne sont compris entre 30 et 90 dB.

Tout signal sonore est caractérisé par sa fréquence en Hertz (Hz), son niveau sonore en décibel (dB) et sa durée en seconde (s). Les sons audibles par l'oreille humaine ont des fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz. Ainsi depuis les sons les plus graves jusqu'aux plus aigus, l'oreille humaine perçoit une grande variété de fréquences sonores.

Le champ auditif

L'oreille humaine peut percevoir des sons d'un niveau sonore compris entre 0 et 120 db mais la plupart des sons de la vie quotidienne sont compris entre 30 et 90 dB.

Notre oreille est donc sensible à une gamme de sons caractérisés par leur niveau sonore d'une part et par leur fréquence d'autre part (de grave à aiguë). Cette gamme de sons audibles est appelée champ auditif. Toutes les ondes sonores situées en dehors de ces limites ne sont pas considérées comme des "sons" par l'oreille humaine.

Le champ auditif

L'échelle des niveaux sonores classe les sons de notre environnement en quatre catégories de dangerosité. Outre le niveau sonore, il convient de prendre en compte la durée d'exposition à ce niveau. Par exemple, dans une discothèque, le niveau sonore ne doit pas dépasser 105 dB, ce qui protège le voisinage... mais pas les danseurs ! Ces derniers devront donc se protéger les oreilles avec des bouchons comme le font les DJ. Les conséquences d'une exposition même brève à des sons trop forts sont importantes.

Des oreilles fragiles

Niveau sonore et durée maximum admissibles d'exposition quotidienne au bruit selon l'Organisation Mondiale de la Santé

Des rats ont été exposés à des bruits semblables à des explosions d'intensité croissante. Leurs cellules ciliées ont ensuite été observées au microscope. Chez l'être humain, lorsque les cellules cilliées sont endommagées, elle sne peuvent ni être réparées, ni remplacées. Ces dégats irréversibles peuvent causer une surdité.

Effet d'ondes sonores de forte intensité sur les cellules ciliées de rats

Des oreilles fragiles

Des rats ont été exposés à des bruits semblables à des explosions d'intensité croissante. Leurs cellules ciliées ont ensuite été observées au microscope. Chez l'être humain, lorsque les cellules cilliées sont endommagées, elles ne peuvent ni être réparées, ni remplacées. Ces dégats irréversibles peuvent causer une surdité.

Effet d'ondes sonores de forte intensité sur les cellules ciliées de rats

Des oreilles fragiles

Cet audiogramme montre l'évolution au cours de la vie de l'acuité auditive de personnes ne souffrant pas d'anomalies auditives. Les expositions répétées à un environnement sonore nocif accélèrent le vieilissement auditif.

Le veillissement auditif

Laure a laissé des documents pour toi dans le cabinet médical n°2.On se retrouve ensuite en salle de pause pour manger un peu.

J'en suis sûr, elle m'a dit qu'elle t'avait laissé des documents.

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Tu trouveras dans ce dossier l'état des cellules ciliées de deux patients.Clique sur les photos pour avoir des informations.Laure

Fiche de suivi médical de M. Jean TempluEtat du tympan droit Etat de la cochléeEtat des nerfs auditifs Etat des aires auditives

Jacquot Clé est un patient de 44 ans, bûcheron qui a toujours négligé de mettre son casque de travail.

Les cellules ciliées de la cochlée de ton patient Jean Templu.

Une fois que tu auras fini de noter les informations sur la fiche de M. Templu, je t'attends en salle de pause.

Après ta pause déjeuner, Otto t'attend en salle d'IRM. Bon appétit !

Voici la salle d'IRM. Otto est dans la cabine juste à côté. C'est là qu'il "lit" les images médicales obtenues par cette technique non invasive d'observation. Il est souvent très occupé. Tape lui sur l'épaule pour attirer son attention.

Bonjour, je suis le docteur Otto Scope. L'activité cérébrale peut être observée "en direct" par la technique d'IRMf : imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. On visualise les zones les plus actives du cerveau lorsqu'un patient est soumis à une tâche précise. On superpose aux images anatomiques des informations concernant les variations locales de la consommation de dioxygène sanguin. Sur les images, ces variations d'activités sont représentées par un dégradé de couleur. Revois le fonctionnement du cortex cérébral dans le livre d'anatomie puis retourne dans la salle d'IRM pour pratiquer un peu... N'oublie pas de prendre des notes pour le compte rendu que tu dois rendre à Yacoub.

Les aires cérébrales auditives

Au sein du cerveau, le cortex intervient dans le traitement des informations sensorielles. Cette partie superficielle du cerveau, épaisse de 2 à 4 mm, possède une surface totale de plus de 2 000 cm2.

Les messages nerveux provenant des oreilles arrivent au niveau du cortex auditif. Cette région est située dans la partie supérieure des lobes temporaux droit et gauche du cerveau.

Elle comporte différentes aires cérébrales auditives. L'aire auditive primaire A1 effectue un premier traitement des messages nerveux. L'aire auditive secondaire A2 réalise un traitement plus élaboré permettant l'analyse des sons complexes et leur localisation spatiale. Elle contribue aussi à la mémoire auditive. La région bordant ces deux zones A1 et A2, est dédiée à l'intégration de l'audition avec les autres sens.

L'étude des cas pathologiques associée aux techniques de l'imagerie cérébrale a permis de comprendre et de préciser les fonctions des aires cérébrales auditives. Le symptôme de surdité corticale constitue un de ces cas. La personne touchée détecte les sons mais ne peut pas distinguer les mots qu'il entend des bruits environnants.

Les émotions que nous ressentons (peur, désir, colère...) font intervenir une zone de notre cerveau : l'amygdale. Cette structure paire se situe dans la région antérieure du lobe temporal du cerveau. Ses neurones sont mobilisés lors des émotions.

Afin de vérifier que les amygdales interviennent avec les aires auditives lorsque nous écoutons de la musique, on peut rechercher les zones actives du cerveau grâce à l'IRMf lors de l'écoute de différentes musiques.

Clique sur la télécommande pour démarrer.

IRM de M. Louis Fine aucun problème d'audition

Situation 2*

Situation 2 : Le sujet est exposé alternativement à de la musique et au silence (situation témoin).

Depuis son AVC, Mansour a vu son comportement changer radicalement. Pourtant mélomane, il s'est totalement désintéressé de la musique (on parle d'amusicalité) : même si son audition est toujours aussi bonne, la musique ne lui procure plus aucune émotion, ni joie, ni tristesse.

IRM de M. André (dit Dédé) CibelleSouffre de troubles de l'audition et notamment d'hallucinations auditives

L'IRM anatomiquene présente pas d'anomalie

Situation 1 : Le sujet est exposé alternativement à des sons bisyllabiques dépourvus de sens et à des périodes de silence. Les images correspondent à la différence d'activation cérébrales entre les deux situations.

Situation 1*

L'AVC de M. Dine a provoqué une lésion bilatérale des amygdales visible sur une IRM anatomique

(Pense à baisser le seuil à 0 pour cette situation 3 car les images fournies ont déjà été préalablement "seuillées")

Quelques exemples d'IRM anatomiques et fonctionnelles

*Situations d'étude des IRMf :

IRM de M. Mansour Dine

Situation 3*

Situation 3 : Le sujet est exposé alternativement à de la musique joyeuse et terrifiante. Cette IRMf met en évidence les zones davantage activées lors de l'écoute d'une musique joyeuse par rapport à une musique terrifiante.

Situation 3*

Tu peux accéder aux IRM en cliquant dessus puis : - modifier les plans de coupe en faisant varier les curseurs - faire varier le seuil du calque fonctionnel : les pixels colorés correspondent à une différence statistiquement significative d'activité entre deux enregistrements. Par défaut, plus la couleur est chaude (rouge-orange) plus l'activité détectée est statistiquement significative.

Clique sur la télécommande pour démarrer.

J'ai mis les résultats des IRM de ton patient Jean Templu sur le négatoscope du cabinet 3.Otto

L'IRMf de M. Templu est parfaitement normale par contre sur son IRM anatomique, on voit nettement un tumeur appelée neurinome. C'est une tumeur bénigne qui se développe sur le nerf auditif.Otto

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L'IRMf de M.. Templu est parfaitement normale par contre sur son IRM anatomique, on voit nettement une tumeur appelée neurinome. C'est une tumeur bénigne qui se développe sur le nerf auditif.Otto

Fiche de suivi médical de M. Jean TempluEtat du tympan droit Etat de la cochléeEtat des nerfs auditifs Etat des aires auditives

Normalement tu as désormais toutes les informations nécessaires pour comprendre l'origine de la surdité à l'oreille droite de ton patient.

L'IRMf de M. Templu est parfaitement normale par contre sur son IRM anatomique, on voit nettement un tumeur appelée neurinome. C'est une tumeur bénigne qui se développe sur le nerf auditif.Otto

Voilà ta première journée au cabinet médical presque achevée.

On se retrouve demain, 9h !

N'oublie pas de me rendre ton compte rendu sur ce que tu as appris sur la perception du son et tes conclusions sur le cas de M. Templu.

Fiche de suivi médical de M. Jean TempluEtat du tympan droit Etat de la cochléeEtat des nerfs auditifs Etat des aires auditives

Ton professeur me transmettra ton compte rendu.

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Au creux de l'oreille Une aventure médicale dont tu es le héros Pour une meilleure expérience, le Genially doit être visualisé sur ordinateur en plein écran Réalisée par Mme Boby Lajon Source : Manuel Bordas avec l'aide d'outils Passer l'introduction Il est 8h55.

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Découvrez bientôt une nouvelle édition du manuel

Thème 1 : Une longue histoire de la matière

Thème 2 : Le Soleil, notre source d'énergie

Thème 3 : La Terre, un astre singulier

Thème 4 : Son et musique, porteurs d'information

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Manuel Enseignement scientifique 1re | Lelivrescolaire.fr

# data[].attributes.attachment_link.description
Retrouvez documents, leçons et exercices interactifs du manuel Enseignement scientifique 1re

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Énergie solaire et photosynthèse - 1ère enseignement scientifique - Madame SVT

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Énergie solaire et photosynthèse (Enseignement scientifique 1re)

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Descriptif de la trachée et bronche des oiseaux
1- Dernier anneau cartilagineux de la trachée
2- Tympanum
3- muscles
4- Pessulus
5- Membrane tympanique externe
6- Membrane tympanique interne
7- second groupe de muscle
8- Bronche principale
9- Anneaux cartilagineux bronchique

Le (ou la) syrinx est un organe au fond de la trachée des oiseaux. C'est l'organe qui leur permet d'émettre des vocalises, comme le larynx pour les autres Vertébrés. Contrairement aux mammifères chez qui le larynx se situe au-dessus de la trachée, le syrinx se trouve sous la trachée, entouré des sacs aériens claviculaires (bronche), au niveau de la ou vertèbre thoracique et de la bifurcation de la trachée.

Description

L'organe vocal est constitué d'une structure cartilagineuse qui fait vibrer une membrane devant deux cavités ou pavillons qui servent de caisse de résonance. Chez les canards, le cartilage est surmonté d'un renflement que l'on appelle tambour ou bulle du syrinx et qui permet d'amplifier les sons. Chez certaines espèces les deux pavillons peuvent ne pas vibrer à la même fréquence de façon à produire une note différente. Pour d'autres, les pavillons sont absents.

syringealis superficialis

syringealis profundus

syringealis dorsalis et tracheobronchialis dorsalis

syringealis ventralis

Différences anatomiques

Emplacement du syrinx chez un oiseau et comparaison avec l'organe de production de son d'un dauphin.

Le syrinx est plus ou moins sophistiqué selon les espèces et les sexes. Il est en effet souvent plus développé chez les mâles, plus aptes à chanter. Chez les perroquets, la musculature qui permet au syrinx de vibrer est très développée, même si on trouve des différences notables entre les groupes. On dénombre trois paires de muscles pour ces espèces.

Le cygne chanteur et les grues ont une trachée très allongée, qui sert de caisse de résonance.

Le syrinx est très peu développé chez les vautours, les autruches et quelques espèces de cigognes.

Traditionnellement les syrinx sont classés en trois groupes : trachial, bronchial et trachéobronchial en fonction de leur position relative par rapport à la bifurcation de la trachée. Cependant leur définition est toute relative et varie selon les auteurs.

Le syrinx permet, dans la classification classique, de classer les espèces de l'ordre des Falconiformes ou la tribu des Arini.

Sur les autres projets Wikimedia :

" La respiration dans le monde animal ", Académie de Versailles

(en) Renato Gaban-Lima et Elizabeth Höfling, Comparative anatomy of the syrinx in the tribe Arini (AVES : PSITTACIDAE), Department of Zoology, Institute of Biosciences, University of São Paulo (USP), São Paulo, SP, Brazil. (lire en ligne)

Gary Ritchison, " (en) Vocal Communication ", Department of Biological Sciences Eastern Kentucky University

Ole Næsbye Larsen, Franz Goller, " Direct observation of syringeal muscle function in songbirds and a parrot ", The Journal of Experimental Biology, vol. 205,‎ , p. 25-35

# data[].attributes.attachment_link.description
Le (ou la) syrinx est un organe au fond de la trachée des oiseaux. C'est l'organe qui leur permet d'émettre des vocalises, comme le larynx pour les autres Vertébrés. Contrairement aux mammifères chez qui le larynx se situe au-dessus de la trachée, le syrinx se trouve sous la trachée, entouré des sacs aériens claviculaires (bronche), au niveau de la ou vertèbre thoracique et de la bifurcation de la trachée.

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Comment l'oiseau fait-il pour chanter ? Grâce à l'imagerie par résonance magnétique et à la microtomographie, une équipe de recherche a modélisé en 3D le système musculaire de la syrinx, l'organe vocal de l'oiseau. Ces images surprenantes fournissent des éléments de réponse.
Comme l'Homme, l'oiseau apprend à chanter en imitant les autres. Il fait ses vocalises en écoutant les plus grands de son espèce. Le chant est un outil pour repérer les congénères ou localiser le territoire. Mais comment l'oiseau fait-il pour chanter ? Malgré les découvertes sur les mécanismes de régulation neuronale du chant des oiseaux, l'anatomie des structures physiques qui génèrent les sons est méconnue. En particulier, la réponse du muscle de l'organe vocal au message nerveux est incomprise.

Un oiseau n'a pas de cordes vocales, mais il vocalise. Il utilise pour cela un organe à la structure complexe, la syrinx. Elle se situe au point où la trachée se divise en deux pour diffuser l'air dans les poumons. L'oiseau contrôle sa syrinx avec une précision inférieure à la milliseconde, ce qui lui permet dans certains cas d' imiter les sons de l'Homme. C'est précisément la morphologie de cet organe si important qui est largement méconnue.

Chez le diamant mandarin ( Taeniopygia guttata), la syrinx ne mesure qu'un centimètre. Ce petit oiseau du centre de l'Australie a un comportement grégaire, il est très rare de le rencontrer seul. Ce comportement a conduit beaucoup de scientifiques à l'utiliser comme modèle d'étude des capacités d'interprétation du son par le cerveau. Les diamants mandarins sont en effet particulièrement doués dans la reconnaissance et la réponse aux chants de leurs congénères.

La morphologie de la syrinx décryptée

Mais les scientifiques connaissent très peu cet organe vocal. Pour pallier ces lacunes, des chercheurs danois ont associé des techniques non-invasives ( imagerie par résonance magnétique imagerie par résonance magnétique et microtomographie) à des techniques invasives (histologie et microdissection) pour construire une image 3D de l'ensemble des données, ou morphome.

Publiés dans le journal BMC Biology, les modèles 3D couvrent la totalité du système de la syrinx, comprenant des tissus mous, des coussins cartilagineux et des muscles qui orchestrent la production du son. Les modèles ont mis en évidence l'équilibre entre la force et la légèreté de l'os et du cartilage, nécessaire pour maintenir et faire vibrer les membranes de la syrinx à haute vitesse. Ce qui explique pourquoi l'organe vocal est adapté aux trilles rapides, et ce même pendant le vol.

Une cartographie inédite de la syrinx

Les simulations éclairent en outre sur la capacité du diamant mandarin à contrôler de façon très précise ses chansons. Une structure cartilagineuse de la syrinx permet à l'oiseau de découpler la fréquence du son et le volume d'air. De plus, si elle vibre rapidement, la syrinx peut être également stabilisée durant le chant. Cela serait possible grâce à un os en forme d'Y qui est connecté au sternum. Le mouvement global des os dans le système de la syrinx est contrôlé par un dispositif complexe de sept paires de muscles, qui contrôlent la hauteur, le volume et la fréquence du son.

Ces images 3D fournissent des cartes anatomiques qui n'existaient pas jusqu'alors. Elles serviront de guide pour étudier la fonction de chaque muscle. Si les chercheurs ne savent pas encore comment interagissent précisément ces 14 muscles pour créer le son, les chercheurs ont déjà une bien meilleure compréhension du système global. Pour Coen Elemans, l'un des auteurs de la publication, " il s'agit d'une étape cruciale pour comprendre comment le cerveau contrôle les sons et les transforme en ces belles chansons auxquelles nous sommes tous si familiers ".

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Comment l'oiseau fait-il pour chanter ? Grâce à l'imagerie par résonance magnétique et à la microtomographie, une équipe de recherche a modélisé en 3D le système musculaire de la syrinx, l'organe...

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Où l’on découvre que les quatre garçons dans le vent étaient cinq.

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1TC - Séquence 2 - Matière & énergie sur Terre - Cours 2020

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Les mathématiques de la musique (avec Vled Tapas)

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Some cells are visible to the unaided eye

The smallest objects that the unaided human eye can see are about 0.1 mm long. That means that under the right conditions, you might be able to see an amoeba proteus, a human egg, and a paramecium without using magnification. A magnifying glass can help you to see them more clearly, but they will still look tiny.

Smaller cells are easily visible under a light microscope. It's even possible to make out structures within the cell, such as the nucleus, mitochondria and chloroplasts. Light microscopes use a system of lenses to magnify an image. The power of a light microscope is limited by the wavelength of visible light, which is about 500 nm. The most powerful light microscopes can resolve bacteria but not viruses.

To see anything smaller than 500 nm, you will need an electron microscope. Electron microscopes shoot a high-voltage beam of electrons onto or through an object, which deflects and absorbs some of the electrons. Resolution is still limited by the wavelength of the electron beam, but this wavelength is much smaller than that of visible light. The most powerful electron microscopes can resolve molecules and even individual atoms.

Adenine

The label on the nucleotide is not quite accurate. Adenine refers to a portion of the molecule, the nitrogenous base. It would be more accurate to label the nucleotide deoxyadenosine monophosphate, as it includes the sugar deoxyribose and a phosphate group in addition to the nitrogenous base. However, the more familiar "adenine" label makes it easier for people to recognize it as one of the building blocks of DNA.

How can an X chromosome be nearly as big as the head of the sperm cell?

No, this isn't a mistake. First, there's less DNA in a sperm cell than there is in a non-reproductive cell such as a skin cell. Second, the DNA in a sperm cell is super-condensed and compacted into a highly dense form. Third, the head of a sperm cell is almost all nucleus. Most of the cytoplasm has been squeezed out in order to make the sperm an efficient torpedo-like swimming machine.

The X chromosome is shown here in a condensed state, as it would appear in a cell that's going through mitosis. It has also been duplicated, so there are actually two identical copies stuck together at their middles. A human sperm cell contains just one copy each of 23 chromosomes.

A chromosome is made up of genetic material (one long piece of DNA) wrapped around structural support proteins (histones). Histones organize the DNA and keep it from getting tangled, much like thread wrapped around a spool. But they also add a lot of bulk. In a sperm cell, a specialized set of tiny support proteins (protamines) pack the DNA down to about one-sixth the volume of a mitotic chromosome.

Carbon

The size of the carbon atom is based on its van der Waals radius.

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The smallest objects that the unaided human eye can see are about 0.1 mm long. That means that under the right conditions, you might be able to see an amoeba proteus, a human egg, and a paramecium without using magnification. A magnifying glass can help you to see them more clearly, but they will still look tiny.

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Comment la MO produite par les végétaux est-elle utilisée par les êtres vivants ?

Répondre au problème posé à l'aide des différentes informations découvertes.

https://idee.education/wp-content/uploads/2018/10/ecosysteme-numerique-reduit.jpg

E.Masserand - Vauban - 2019/2020

Comment la MO produite par les végétaux est-elle utilisée par les êtres vivants ?

Répondre au problème posé à l'aide des différentes informations découvertes.

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Comment la MO produite par les végétaux est-elle utilisée par les êtres vivants ?

Répondre au problème posé à l'aide des différentes informations découvertes.

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Le livre scolaire p 102

Le livre scolaire p 102

Le livre scolaire p 102

Stockage à long terme : le pétrole

Dans votre réponse, décrire les grandes étapes de la formation du pétrole.

Stockage à long terme : le charbon

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Et la planète dans tout ça ?

Hachette éducation p 98

Le livre scolaire p 103

Molécules présentes dans les combustibles fossiles Molécules présentes dans les êtres vivants Hachette éducation p 99

Afin de compléter ta réponse, décris brièvement les étapes de formation du charbon.

La méthanisation

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Le livre scolaire p105

Dans un méthaniseur, en l'absence d'oxygène et sous l'effet de la chaleur (38 °C), des bactéries transforment en quelques dizaines de jours la matière organique en biogaz, principalement du méthane, et en un résidu appelé le digestat. Le biogaz contient de 18 × 103 à 25 × 103 kJ·m‑3. En 2016, il y avait 514 installations de méthanisation opérationnelles en France, et l'objectif est d'en installer plus de 1 700 installations d'ici 2023. Les valeurs sont les énergies produites durant l'année 2016. L'énergie contenue dans 1 m3 de méthane est de 32,4 × 103 kJ.

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Le bois

La production et l'exploitation du bois en France Chaque année, les 16 millions d'hectares de forêt française produisent plus de 100 millions de m3 de bois qui s'ajoutent aux 2,7 milliards de m3 de bois sur pied existant. C'est un important puits à CO2 car chaque m3 de bois formé va incorporer jusqu'à une tonne de CO2 pour sa croissance. En 2015, plus de 46 millions de m3 de bois ont été coupés, dont près de 8 millions de m3 pour produire du bois de chauffage sous différentes formes. En 2016, le bois représente 41 % de l'énergie renouvelable produite en France. D'après l'Inventaire forestier de l'Institut national de l'information géographique et forestière (IGN).

Ben dis donc, Mon poêle à granulés n'est pas si écolo que ça...

Le livre scolaire p 105

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L'énergie photovoltaïque

Le livre scolaire p105

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Les panneaux photovoltaïquesLa plus grande centrale solaire d'Europe, à Cestas, près de Bordeaux. Elle est constituée de près d'un million de panneaux photovoltaïques sur 230 hectares et produit environ 350 GWh·an‑1, soit 1,26 × 1012 kJ·an‑1. La fabrication des panneaux photovoltaïques nécessite des quantités importantes de silicium, matière première dont l'extraction massive peut avoir un impact environnemental négatif. Le livre scolaire p 105

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1ère enseignement scientifique - Photosynthèse : devenir MO

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1ère enseignement scientifique - Photosynthèse : devenir MO

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Le programme d'ES en chanson ! Ecrite par un prof de SVT, mise en musique et clip par une IA...

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Tends l'oreille (chanson sur l'oreille et l'audition)