Depuis qu’elle coule au robinet, on oublie souvent de se préoccuper de savoir d’où vient l’eau… Angélique Van de Luitgaarden, archéologue à l’Université Toulouse - Jean Jaurès et l’Inrap (Institut national de recherches archéologiques préventives), remonte jusqu’au Moyen Âge pour chercher à comprendre comment on s’approvisionnait en eau dans les villes des actuelles régions toulousaine et bordelaise.

On dénombre pas mal de fontaines et puits dans les villes du Moyen Âge, dans l’espace domestique, parfois avec des usages partagés. Comment le sait-on lorsque ces infrastructures et les usagèr·es ont disparu ? Parce qu’on retrouve de nombreuses réclamations dans des actes notariés : « J’ai aidé à construire ce puits, pourtant je ne peux désormais pas en avoir l’usage… » Heureusement qu’il y a des querelles pour laisser des traces aux scientifiques !

Angélique fouille donc les archives en quête de plans, de comptes-rendus de procès, d’actes notariés, elle inspecte les travaux d’autres scientifiques guettant les moindres mentions sur l'eau, et examine les voûtes d’aqueducs et les souterrains lampe torche à la main et bottes aux pieds… pour remonter le cours de l’eau dans cette sombre période qu’est le Moyen Âge...

Mais non ! À bas les clichés, autre cheval de bataille de notre jeune archéologue : redorer l’image du Moyen Âge. Les usages de l’eau y sont multiples - de la cuisine, à l’irrigation des cultures, en passant par l’artisanat et la construction, à l’image des tuileries et briqueteries toulousaines - et ingénieux, fondés sur une observation et une connaissance fines du territoire.

Angélique Van de Luitgaarden est doctorante en archéologie à l’Université Toulouse - Jean Jaurès et l’Inrap (Institut national de recherches archéologiques préventives), au sein du laboratoire Traces - Travaux et recherches archéologiques sur les cultures, les espaces et les sociétés (CNRS, Université Toulouse - Jean Jaurès, Ministère de la culture, conventionné avec l’EHESS, l’INRAP et le service d’archéologie de Toulouse-Métropole).

Sonar est une série et production Exploreur - Université de Toulouse (coordination et suivi éditorial : Clara Mauler et Hélène Pierre ; visuel : Delphie Guillaumé), co-conçue et réalisée par Les Voix de Traverse (Aurélien Caillaux et Lucie Combes). Cet épisode est réalisé dans le cadre de La Nuit des chercheur·es et du projet Educ'eau en partenariat avec l'Agence de l'eau Adour-Garonne.

Que celui ou celle qui, sur Internet, n’a pas cliqué sur l’image d’un chat, d’un feu tricolore ou d’un passage piéton de la mosaïque, nous jette la première pierre. Que vous le souhaitiez ou non, vous avez donc sans doute déjà entrainé des intelligences artificielles. En indiquant qu’ici il y a un chat, et que là non, vous avez contribué à « étiqueter » des images, à leur attribuer des mots-clés. Qu’en est-il du son ? Les IA sont-elles capables de déterminer si, dans tel ou tel enregistrement, on entend une voix, le chant d’un oiseau ou un robinet qui fuit ?

Bien que les travaux sur le son soient moins nombreux et moins avancés que ceux sur l’image, on y planche depuis les années 1950. À l’époque c’était un travail fastidieux, et depuis les années 2010, avec l’apparition de l’apprentissage profond (deep learning), les recherches sont allées beaucoup plus vite, beaucoup plus loin. Le deep learning s’inspire de nos réseaux de neurones, de la manière dont ils communiquent entre eux pour pouvoir réaliser des tâches complexes.

À l’Université Toulouse III – Paul Sabatier, le chercheur en informatique Thomas Pellegrini s’est penché sur des sons d’origine animale, comme le chant des oiseaux. Le principal enjeu étant de rendre une intelligence artificielle (IA) capable de dire si oui ou non il y a un chant d’oiseau dans un enregistrement.

L’IA doit passer par une phase dite d’apprentissage. Car pour l’instant, elle ignore tout sur tout et serait bien incapable de distinguer le chant d’un oiseau d’un robinet qui fuit. Il va falloir l’entraîner à reconnaître les sons. Thomas Pellegrini utilise un ensemble d’enregistrements sonores (appelé « jeu de données »). Chaque fichier est « étiqueté », on lui a accolé les fameux mots-clés, par exemple « oiseau », « klaxon », « voix » (comme le chat sur la mosaïque). Pour plus de précisions, un chant d’oiseau pourra être à la fois étiqueté « oiseau » et « mésange ». À force d’être confrontés à des enregistrements avec et sans oiseaux, les algorithmes affinent la manière dont les neurones communiquent entre eux pour minimiser les erreurs.

On peut même soumettre à l’IA différentes versions d’un même son : « chant d’oiseau ralenti », « accéléré », « superposé »... L’IA finit par définir ce que ces sons ont en commun. Un peu comme si à force de voir des omelettes, des blancs en neige, des œufs mollets, on pouvait déduire que tout ça vient d'un seul et même aliment, l'œuf.

Aujourd’hui, Thomas Pellegrini développe une méthode d’apprentissage dite « self supervised ». Le but n’est plus de savoir s’il y a bien un chant d’oiseau, mais de créer un enregistrement à trous et de demander à l’IA de combler les silences, à la manière dont le célèbre Chat GPT complète un texte.

La détection de signaux sonores peut être un outil précieux pour faire un suivi de population d’espèces animales. Une équipe de scientifiques travaillant sur des singes en Angola a sollicité notre chercheur pour analyser les centaines d’heures d’enregistrements de leurs pièges sonores laissés en forêt. Ce qui prend à un humain un temps infini est une broutille pour une IA.

Thomas Pellegrini est enseignant-chercheur en informatique à l'Université Toulouse III - Paul Sabatier, au sein de l’Institut de Recherche en Informatique de Toulouse - IRIT (CNRS, Université Toulouse III - Paul Sabatier, Toulouse INP, Université Toulouse - Capitole, Université Toulouse - Jean Jaurès).

Sonar est une série et production Exploreur - Université de Toulouse (coordination et suivi éditorial : Gauthier Delplace, Clara Mauler et Hélène Pierre ; visuel : Delphie Guillaumé et Caroline Muller), co-conçue et réalisée par Les Voix de Traverse (Aurélien Caillaux et Lucie Combes). Les recherches présentées ont été financées par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR, projet LUDAU). Cet épisode est réalisé et financé dans le cadre du projet Science Avec et Pour la Société « CONNECTS » porté par l'Université de Toulouse, et réalisé dans le cadre de La Nuit des chercheur·es.

Le sol, premier réservoir de carbone, est un allié majeur dans la lutte contre le réchauffement climatique. Et d’autant plus un sol sain et humide. Le taux d’humidité dans les sols est la cause principale de fortes variations des flux de carbone captés par nos écosystèmes. On vous explique pourquoi et comment des scientifiques toulousain·es se penchent sur la question.

S’il y a peu d’humidité dans le sol, les plantes ont du mal à faire la photosynthèse (transformer en oxygène le carbone qu’elles ont capté), mais aussi à transpirer (évacuer un peu d’eau sous forme de vapeur et ainsi rafraîchir l’air ambiant). Les arbres peuvent perdre chaque jour leur poids en eau ! Et si les végétaux ne font pas tout ça, les températures augmentent. On le sait, en général, il fait plus frais dans un bois que dans une zone rocailleuse.

L’humidité des sols joue aussi sur la croissance des végétaux qui eux-mêmes influent sur le taux d’humidité contenu dans les sols… Le serpent se mord la queue...

Pour mesurer cette humidité, Anaïs Tilhac, doctorante en astrophysique, sciences de l'espace et planétologie, observe les neutrons (des particules cosmiques qui passent par l’atmosphère puis la biosphère - la sphère des végétaux - et descendent jusque dans le sol - la lithosphère -). Plus les neutrons ont traversé un sol humide, plus ils vont être « lents » (un peu comme vous après avoir remonté un fleuve à la nage, plutôt qu’une petite piscine sans vagues, l’énergie demandée n’est pas la même !). Notre doctorante étudie pour cela un torrent de données récoltées aux quatre coins du globe…

Il y a une vraie nécessité à mieux comprendre et connaître nos sols, à les protéger, au même titre que l’air et l’eau… Cela peut passer par de la sensibilisation ; de nouvelles législations pour limiter son imperméabilisation, sa bétonisation et son artificialisation ; de bonnes pratiques agricoles et sylvicoles ; ou à plus petite échelle, de bons gestes, comme le paillage de votre jardin pour préserver l’humidité et ne pas arroser aux heures les plus chaudes pour limiter l’évaporation…

Anaïs Tilhac est doctorante en astrophysique, sciences de l'espace et planétologie à l’Onera - office national d'études et de recherches aérospatiales, l’Isae Supaéro - Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace et l’Université Toulouse III – Paul Sabatier et au sein du Centre de recherches atmosphériques de Lannemezan (Observatoire Midi-Pyrénées, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, IRD).

Sonar est une série et production Exploreur - Université de Toulouse (coordination et suivi éditorial : Clara Mauler et Hélène Pierre ; visuel : Delphie Guillaumé), co-conçu et réalisé par Les Voix de Traverse (Aurélien Caillaux et Lucie Combes). Cet épisode est réalisé dans le cadre de La Nuit des chercheur·es et du projet Educ'eau en partenariat avec l'Agence de l'eau Adour-Garonne.

Pour vous, ce n’est peut-être qu’un gros rhume, mais dans votre corps ce sont des milliards et des milliards de petits soldats, vos cellules immunitaires, qui s’activent sur le champ de bataille ! De la première ligne de front jusqu’aux commandos d’élite spécialisés, écoutez comment votre corps se défend (et comment les scientifiques toulousain·es étudient tout ça !).

On ne dirait pas comme ça, mais le corps humain est une véritable forteresse, avec des milliards de cellules prêtes à nous défendre en cas d’intrusion. Parmi elles, on trouve les cellules dendritiques : ce sont elles qui sont en première ligne en cas d’intrusion. Cette première ligne de défense, c’est l’immunité innée.

Malheureusement l’adversaire est parfois trop fort… Il faut alors faire appel à des renforts, des cellules spécialisées : les lymphocytes. À ce stade on parle d’immunité adaptative.

Suivant l’unité spéciale à laquelle ils appartiennent nos lymphocytes ont des petits noms : T, K, B, etc... Les plus nombreux ce sont les lymphocytes T, formés dans le thymus (un petit organe situé entre le cœur et les poumons).

Lors d’une attaque, et quand les cellules dendritiques (la première ligne) commencent à être dépassées par l’assaut, celles-ci doivent appeler les lymphocytes T en renfort. Pour ce faire, elles dressent un portrait-robot de l’agresseur·se, en formant une grosse molécule appelée antigène. Elles accourent ensuite dans les ganglions (là où sont stationnés les lymphocytes T) pour leur présenter l’antigène.

Une fois qu’un lymphocyte T reconnait l’antigène, notre soldat, jusque-là simple recrue, va se transformer en véritable unité d’élite. Certains gènes du lymphocyte vont être activés, et lui permettre de se spécialiser, afin de faire face au mieux à la menace. Après tout, vous n’enverriez pas un dératiseur combattre un grizzly ?

Mais tout seul, notre lymphocyte n’a pas beaucoup de chances de l’emporter. Il se met alors à se multiplier dans les ganglions où il se trouve (c’est pour ça qu’ils gonflent quand on est malade), de sorte à créer un véritable petit commando capable d’anéantir la menace.

La bataille terminée, ce lymphocyte spécialisé ne prend pas tout de suite sa retraite, il va devenir une cellule mémoire. Tous ses souvenirs de combat, il va en effet pouvoir les transmettre aux futures générations de lymphocytes, de sorte à ce que la prochaine fois, la réponse immunitaire soit plus rapide.

À Toulouse, les scientifiques Olivier Joffre et Samira Ghazali cherchent à mieux comprendre le pourquoi et le comment de la spécialisation de nos cellules immunitaires, et étudient par exemple comment d’anciens virus, aujourd’hui bien intégrés, pourraient nous protéger de certains pathogènes actuels. Dans leur laboratoire d'immunologie, le cri de ralliement est clair : il faut sauver - enfin... étudier - le soldat lymphocyte !

Olivier Joffre est enseignant-chercheur en immunologie à l'Université Toulouse III - Paul Sabatier et l’Institut national de la santé et de la recherche médicale - Inserm, au sein de l'Institut toulousain des maladies inflammatoires et infectieuses - INFINITy (Inserm, Université Toulouse III - Paul Sabatier, CNRS).

Samira Ghazali est doctorante en immunologie à l'Université Toulouse III - Paul Sabatier et l’Institut national de la santé et de la recherche médicale - Inserm, au sein de Institut toulousain des maladies inflammatoires et infectieuses - INFINITy (Inserm, Université Toulouse III - Paul Sabatier, CNRS).

Sonar est une série et production Exploreur - Université de Toulouse (Gauthier Delplace, Clara Mauler et Hélène Pierre), co-conçu et réalisé par Les Voix de Traverse (Aurélien Caillaux et Lucie Combes). Visuel : Delphie Guillaumé. Réalisé dans le cadre de La Nuit européenne des chercheur·es. Ces recherches et cet épisode ont été financé·es par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR). Cet épisode est réalisé et financé dans le cadre du projet Science Avec et Pour la Société "CONNECTS" porté par l'Université de Toulouse.

Vous ne regarderez plus jamais les magnets sur votre frigo du même œil… D’une mystérieuse pierre noire découverte dans les montagnes chinoises à l’Antiquité, à de minuscules particules plus fines qu’un cheveu conçues aujourd'hui, les aimants sous toutes leurs formes ont de nombreux super-pouvoirs ! Ils sont notamment capables de créer de l’électricité !

À l’Antiquité, en Chine, on découvre une étrange roche noire ayant la capacité d’attirer le fer : la pierre d’aimant. À l’intérieur de cette roche, considérée comme magique : la magnétite. Il semblerait que Thalès (oui, comme le théorème cousin de Pythagore) fait la même observation en Grèce. Pline l’Ancien écrira : « Il y a auprès du fleuve Indus deux montagnes, dont l'une retient et l'autre repousse toute espèce de fer. Si l'on porte des clous aux souliers, dans l'une on ne peut pas retirer son pied, dans l'autre on ne peut pas le poser » !

Autre super-pouvoir : des navigateurs se rendent compte qu’en associant de la magnétite à une aiguille de fer, cette dernière bouge suivant son orientation : c’est l’invention de la boussole.

Face au succès de cette pierre, au 18e siècle, on commence à fabriquer les premiers aimants artificiels, sans magnétite. Et on essayera - aujourd’hui encore - d’augmenter leur puissance, leur force d’aimantation et leur champ magnétique (c’est-à-dire l'espace soumis à l'action de la force provenant de l’aimant).

En 1820, le physicien et chimiste danois Hans Christian Ørsted fait une observation remarquable : un fil parcouru d’électricité réussit à faire bouger l’aiguille d’une boussole située à proximité. Le constat est sans appel : le courant électrique engendre un champ magnétique.

Quelques années plus tard, en 1831, c’est Michael Faraday qui fait une autre découverte. En approchant puis en écartant un aimant d’une bobine de fil électrique, le tout dans un mouvement continu, on peut générer du courant. On est encore loin des premières Tesla, mais c’est pourtant le principe du moteur électrique qui vient d’être découvert.

En 1864, le physicien et mathématicien James Maxwell démontre qu’électricité et magnétisme sont liés. Bouleversement dans l'histoire des sciences ; c’est la naissance d’une discipline : l’électromagnétisme.

Depuis, on exploite les pouvoirs des aimants pour afficher un souvenir de voyage sur un frigo, et dans les téléphones, pacemakers, haut-parleurs, disque durs, IRM, voitures électriques, radios, éoliennes...

Aujourd’hui, à l’ère du portatif et de la miniaturisation, on cherche à créer des aimants tout petits et très puissants. Selon certaines lois physiques, plus on réduit la taille d’un matériau, plus on exalte ses propriétés (plus il est performant) et ça peut même faire apparaître de nouvelles propriétés !

À Toulouse, la physicienne Lise-Marie Lacroix et ses collègues cherchent à concevoir des nano-aimants (du grec « nanos » : nain) capables de créer de l’électricité à partir du mouvement. Comme dans l’expérience de Michael Faraday, mais à une échelle bien plus petite. L’objectif est de réussir à concevoir ces petits objets, 100 000 fois plus petits qu’un cheveu !

Lise-Marie Lacroix est enseignante-chercheuse en physique à l’Institut national des sciences appliquées - INSA Toulouse, au sein du Laboratoire de physique et chimie des nano-objets - LPCNO (CNRS, INSA Toulouse, Université Toulouse III - Paul Sabatier).

Sonar est une série et production Exploreur (Clara Mauler et Hélène Pierre), co-conçu et réalisé par Les Voix de Traverse (Aurélien Caillaux et Lucie Combes). Visuel : Delphie Guillaumé. Réalisé dans le cadre de La Nuit européenne des chercheur·es. Ces recherches et cet épisode ont été financé·es par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR). Cet épisode est réalisé et financé dans le cadre du projet Science Avec et Pour la Société "CONNECTS" porté par l'Université de Toulouse.