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Pourquoi les plantes n'utilisent-elles pas les ondes radio ?


J'ai entendu dire que l'atmosphère terrestre est opaque à la plupart des longueurs d'onde et ne laisse passer que la lumière visible et les ondes radio, alors pourquoi les plantes ont-elles évolué pour n'absorber que la lumière visible ?


Même si l'atmosphère est principalement transparente dans le domaine radio, la majeure partie de la lumière solaire est de la lumière visible.

De plus, pour que la photosynthèse fonctionne, vous avez besoin de photons de haute énergie (disons : longueur d'onde inférieure à 700 nm) afin d'exciter les électrons dans les centres de réaction. Les ondes radio ne peuvent pas faire ça.

Les organismes photosynthétiques les plus répandus utilisent la lumière visible et l'eau, qui sont abondantes sur Terre.


Comment les ondes radio sont-elles bloquées ? (Avec des photos)

Les ondes radio sont un type de rayonnement électromagnétique et le principal mode de communication mondiale. En plus des émissions de radio, d'autres applications telles que les téléviseurs, les téléphones portables et les voitures radiocommandées utilisent toutes des formes de la technologie. Le défi avec cette forme de communication est le fait que différents phénomènes naturels comme les montagnes, ainsi que certains matériaux comme le cuivre et l'aluminium, peuvent bloquer les ondes.

En tant que forme simple de rayonnement électromagnétique, les ondes radio ne sont pas nocives pour l'homme et se déplacent d'un endroit à l'autre avec un impact limité. Les avantages et les inconvénients du blocage des ondes radio se présentent sous la forme d'événements intentionnels ou accidentels. Une armée peut choisir de bloquer les ondes radio d'un ennemi par exemple. D'autres situations entraînent l'interruption naturelle d'une émission.

Pour comprendre ce qui bloque les ondes radio, la théorie fondamentale derrière la technologie doit être illustrée. Un signal radio est envoyé à partir d'un emplacement via un dispositif appelé antenne de transmission, créant essentiellement un champ électromagnétique projeté de l'unité vers le monde au sens large. Chaque onde se déplace dans toutes les directions jusqu'à ce qu'elle frappe une antenne de réception, un dispositif conçu pour capter l'onde.

La transmission est la théorie qui fait que les ondes radio voyagent à travers les matériaux sans être arrêtées. Soit un matériau est un bon ou un mauvais émetteur de rayonnement. Un exemple de bon matériau de transmission est la basse atmosphère de la Terre, qui permet aux rayonnements de voyager sur de longues distances. On ne peut cependant pas en dire autant de la couche supérieure de l'atmosphère, connue sous le nom d'ionosphère. Celui-ci contient le rayonnement ionisé du soleil, qui renvoie les ondes radio vers la basse atmosphère.

Le coefficient d'atténuation est le niveau auquel un matériau bloquera ou interférera avec les ondes radio. Ce coefficient dépend fortement de l'épaisseur et de la composition du matériau. Le carton, le papier, de nombreux plastiques, l'eau et le verre sont tous des substances à très faibles coefficients d'atténuation. Le bois, la brique et le ciment ont un effet limité sur les ondes radio. Les composés métalliques, le béton armé et la Terre réfléchissent cependant les signaux, empêchant le passage des ondes radio.

Une considération majeure qui détermine si les ondes radio sont bloquées implique le concept de diffraction. Cela dépend de la longueur d'onde du rayonnement et de la taille de l'obstacle qu'il tente de traverser. Les basses fréquences passent plus facilement au-dessus de gros objets tels que les collines, tandis que les fréquences plus élevées fonctionnent mieux avec de petits obstacles tels que les toits. Cela peut être très utile pour bloquer les ondes radio en utilisant la méthode de diffraction en lame de couteau. Si une vague n'a pas de ligne de vue sur un objet, une arête vive peut être créée qui bloque la vague et la redirige vers l'endroit où la diffusion doit aller.


L'univers est-il un cimetière ? Cette théorie suggère que l'humanité peut être seule.

Depuis que nous avons la technologie, nous nous tournons vers les étoiles à la recherche d'une vie extraterrestre. On suppose que nous cherchons parce que nous voulons trouver une autre vie dans l'univers, mais que se passe-t-il si nous cherchons à nous assurer qu'il n'y en a pas ?

Voici une équation, et plutôt pénible : N = R* × FP × me × F1 × Fje × Fc × L. C'est l'équation de Drake, et elle décrit le nombre de civilisations extraterrestres dans notre galaxie avec lesquelles nous pourrions communiquer. Ses termes correspondent à des valeurs telles que la fraction d'étoiles avec des planètes, la fraction de planètes sur lesquelles la vie pourrait émerger, la fraction de planètes pouvant supporter une vie intelligente, etc. En utilisant des estimations prudentes, le résultat minimum de cette équation est de 20. Il devrait y avoir 20 civilisations extraterrestres intelligentes dans la Voie lactée que nous pouvons contacter et qui peuvent nous contacter. Mais il n'y en a pas.

L'équation de Drake est un exemple d'un problème plus large dans la communauté scientifique - compte tenu de la taille de l'univers et de notre connaissance que la vie intelligente a évolué au moins une fois, il devrait y avoir des preuves de la vie extraterrestre. C'est ce que l'on appelle généralement le paradoxe de Fermi, d'après le physicien Enrico Fermi qui a le premier examiné la contradiction entre la forte probabilité de civilisations extraterrestres et leur absence apparente. Fermi a résumé cela assez succinctement lorsqu'il a demandé : « Où est tout le monde ? »

Mais c'était peut-être la mauvaise question. Une meilleure question, quoique plus troublante, pourrait être « Qu'est-il arrivé à tout le monde ? la vie existe dans l'univers, il y a une réponse potentielle plus claire à cette question : le Grand Filtre.


Une transmission radio est un rayonnement électromagnétique composé de champs électriques et magnétiques perpendiculaires les uns aux autres. Ils se déplacent tous les deux comme une vague, circulant à une fréquence spécifique. L'énergie contenue dans l'onde va et vient entre les champs magnétiques et électriques. Un signal radio se propage à partir de son point de transmission sous une forme sphérique, comme avec les ondes radio à haute fréquence sous la forme d'un faisceau plus focalisé et plus étroit. La gamme de fréquences radio commence avec la bande de fréquence extrêmement basse à 3 hertz et s'étend à la bande de fréquence extrêmement élevée à 300 gigahertz.

Les réseaux de téléphonie cellulaire utilisent plusieurs bandes de spectre EM, dont l'une est appelée UHF, ou ultra-haute fréquence, parfois appelée micro-ondes. La plage de fréquences du rayonnement micro-ondes se situe entre 300 mégahertz et 300 gigahertz. Les ondes UHF sont également utilisées dans les radars, les fours à micro-ondes et les réseaux locaux sans fil. Les micro-ondes du spectre électromagnétique peuvent être divisées en différentes bandes, en fonction de la fréquence.


L'interaction des photons avec la matière est compliquée. Le spectre électromagnétique couvre de nombreux ordres de grandeur en fréquence et en énergie photonique, et il existe des processus qualitativement différents qui se produisent dans différents régimes. Les résultats dépendent des propriétés électriques du matériau, telles que la conductivité et la permittivité. Nous avons des matériaux comme le verre qui sont transparents à la lumière visible et des rayons X à faible énergie qui sont fortement absorbés.

Mais en parlant très largement, il est possible de comprendre les grandes tendances sur l'ensemble du spectre. Nous avons une région (1) dans le spectre visible, où la fréquence de la lumière est similaire à la fréquence des résonances de la matière condensée, que dans de nombreux cas vous pouvez considérer comme des résonances des électrons, comme si les électrons étaient de petits objets attachés aux atomes par des ressorts et la région (2) dans les rayons X de basse énergie, où la longueur d'onde du photon est comparable à la longueur d'onde des électrons dans un atome. Cela divise le spectre en trois parties.

Aux basses fréquences $f$ , en dessous de la région 1, nous avons une profondeur de peau, qui dépend de $f^<-1/2>$ . Au fur et à mesure que $f$ diminue, la profondeur de la peau augmente sans limite. Par conséquent, les ondes radio ont tendance à être pénétrantes.

Autour de la région 1, vous obtenez un fort comportement de résonance classique. Vous pouvez le voir si vous regardez un graphique de l'indice de réfraction du verre en fonction de la fréquence. Il a une série de pics spectaculaires. Chacun de ces pics a une forme lorentzienne classique, dans laquelle la réponse sur le côté droit du pic approche zéro. Donc, si vous ignorez les sommets eux-mêmes, qui sont étroits, vous obtenez une série de marches d'escalier. Aux fréquences supérieures à la région 1, vous avez descendu toutes les marches et la réponse approche de zéro. C'est pourquoi, classiquement, on s'attend à ce que le rayonnement électromagnétique à haute fréquence interagisse très faiblement avec la matière.

Mais dans la région 2, vous obtenez l'effet photoélectrique. Dans la théorie des perturbations du premier ordre, cela dépend de la mesure dans laquelle le champ électrique chevauche la fonction d'onde de l'électron. Lorsque les deux longueurs d'onde sont similaires, vous obtenez une forte section efficace. C'est pourquoi la matière absorbe fortement les rayons X mous, mais pas les gammas et les rayons X durs.


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En ingénierie optique, le choix entre lentilles et miroirs se résume souvent au diamètre d'ouverture : moins de quelques pouces et les lentilles peuvent être fabriquées à moindre coût et avec une grande précision. Plus gros et les coûts augmentent de façon exponentielle, de sorte que même les systèmes de 6" de diamètre fonctionnent généralement mieux en réfléchissant.

Aux fréquences RF, un objectif de 6 pouces est de l'ordre d'une longueur d'onde et n'est donc pas utile pour la mise au point. Ce n'est que lorsque vous vous approchez du bord du spectre des micro-ondes que la longueur d'onde devient suffisamment courte pour que les lentilles commencent à devenir pratiques.

Bien sûr, si vous ne vous souciez pas du coût et que cela ne vous dérange pas qu'il soit extrêmement lourd, vous pouvez construire un objectif à utiliser avec une antenne WiFi. Cela n'a tout simplement pas beaucoup de sens pratique.


Pourquoi le dessalement n'est-il pas la réponse à tous les problèmes d'eau en Californie ?

La nouvelle usine de dessalement massive de Carlsbad est la plus grande du pays, capable de fournir de l'eau à environ 7 pour cent de la population du comté de San Diego. (Adam Keigwin/Eau de Poséidon)

Le dessalement vient de faire un énorme bond en avant en Californie. La plus grande usine d'Amérique du Nord, capable de purifier des dizaines de millions de gallons chaque jour, pompe maintenant de l'eau près de San Diego.

L'installation de 1 milliard de dollars de Carlsbad est un "cas" pour des bailleurs de fonds comme le directeur exécutif de Cal Desal, Ron Davis, qui a plaisanté l'année dernière, "Seul tout l'avenir du desal repose sur ce projet. Pas de pression.&rdquo

Maintenant, l'achèvement de l'usine est une plume pour le constructeur, Poseidon Water, qui espère emboîter le pas avec un projet de dessalement similaire à Huntington Beach.

Mais d'abord, les ingénieurs de Poséidon doivent résoudre la question de savoir comment l'usine de Huntington Beach tirerait de l'eau. Les régulateurs des États préfèrent une prise d'eau sous le fond marin, pour s'assurer qu'elle n'aspire pas les poissons et leurs minuscules œufs, mais une étude de faisabilité de cet été a indiqué que la construction de ce type de prise coûterait trop cher.

Plus au nord, une usine plus petite devrait fournir de l'eau à plusieurs villes autour de la péninsule de Monterey. Mais il n'a pas été mis en ligne pendant quatre ans, bien après une date limite pour la compagnie des eaux locale, California American, d'arrêter d'aspirer l'eau de la rivière Carmel. Cal Am et des responsables locaux ont récemment demandé à l'Office des eaux de l'État de retarder l'ordre de coupure actuellement fixé pour la fin de 2016 et jusqu'à ce que l'usine puisse être terminée vers 2020.

Pendant ce temps, un puits d'essai pour la prise d'eau souterraine de l'usine, sur une plage près de la ville de Marina, tire quelques milliers de gallons d'eau salée par minute. Le maire de Carmel, Jason Burnett, a déclaré qu'il espère que, dans l'attente des approbations appropriées, le forage de plus de puits inclinés pourrait commencer en 2017.

Il est loin de tomber assez d'eau sur la Californie depuis des années, et vous ne pouvez rien faire pour faire pleuvoir.

Alors, où peut-on trouver de l'eau ailleurs ? Une idée qui fait son chemin est le dessalement : convertir l'eau de mer en eau potable. Alors que le dessalement a longtemps été limité par des coûts élevés et des préoccupations environnementales, même certains critiques disent maintenant qu'il mérite une place dans le portefeuille de l'eau de l'État.

Au sud de Los Angeles, dans la ville de Carlsbad, ce qui sera la plus grande installation de dessalement du pays est presque prêt. Pour environ un milliard de dollars, l'usine produira 7 % de l'eau du comté de San Diego. À Santa Barbara, une usine construite au milieu de la sécheresse du début des années 1990, et mise au ralenti par le retour de la pluie, pourrait bientôt revenir en service et fournir 30 % de l'eau de la communauté.

Plus au nord, une autre usine de dessalement devrait desservir plusieurs villes du comté de Monterey. Jason Burnett, le maire de Carmel, agit parfois comme une sorte de porte-parole du projet prévu - mais il n'est guère un évangéliste.

&ldquoI&rsquoll dire au début, je ne suis pas un fan de desal en général,&rdquo dit Burnett.

Écoute l'histoire:

Pourquoi le dessalement n'est-il pas la réponse à tous les problèmes d'eau en Californie ?

Outre les préoccupations concernant les dépenses, Burnett a un intérêt personnel dans les défis environnementaux du dessalement. Il est le fils de deux biologistes marins et la fortune de son grand-père David Packard dans la Silicon Valley a fait partie intégrante de la fondation du Monterey Bay Aquarium. Burnett lui-même a travaillé sur les règles climatiques pour l'Agence américaine de protection de l'environnement avant de devenir maire de Carmel.

Le maire de Carmel, Jason Burnett, fait un geste vers la rivière Carmel, près de son embouchure dans le Pacifique. Burnett dit qu'il n'est pas un fan du dessalement, mais la péninsule de Monterey est à court d'alternatives. (Daniel Potter/KQED)

&ldquoI&rsquove consacré ma vie professionnelle à travailler sur le changement climatique ", dit Burnett. "Ma famille est très dévouée à la santé de nos océans. Alors ici, je préconise un projet qui a une empreinte carbone importante et, s'il n'est pas fait correctement, peut nuire aux océans.&rdquo

Burnett m'a rencontré sur une plage où la rivière Carmel se jette dans l'océan Pacifique. À proximité, des dames en chapeaux de paille transportaient des chevalets et des peintures sur le sable pour capturer le paysage pittoresque. Portant des lunettes de soleil de marque et une chemise bleue impeccable, Burnett m'a dit que le dessalement était le dernier recours de la communauté.

"Nous avons exploré un large éventail d'options", dit-il. "Tout était sur la table : exploiter les icebergs et les faire tomber, remplir d'énormes ballons d'eau du nord et les faire tomber."

Il est venu à dessaler parce que le fournisseur d'eau à but lucratif de la région, California American Water Company, a été informé qu'il devait trouver une nouvelle source. Pendant des décennies, Cal Am s'était appuyé sur la rivière Carmel, mais vint ensuite un ordre de cesser et de s'abstenir destiné à protéger la truite arc-en-ciel menacée par la rivière. Il y a eu des années de disputes et de conceptions concurrentes. Une date limite a été fixée pour la fin de l'année prochaine &ndash- une date limite que l'usine de dessalement proposée par Cal Am&rsquos n'atteindra pas. Tout de même, un plan avance.

&ldquoC'est, à sa base,&rdquo dit Burnett, &ldquoun projet environnemental.&rdquo

Prises d'eau et exutoires

Il y a trois considérations environnementales principales lors de la construction d'une usine de dessalement : comment l'eau de mer est amenée, comment l'eau potable est séparée et qu'arrive-t-il au sel par la suite.

L'apport le plus simple est essentiellement une paille dans l'océan - une conception qui risque de piéger et de tuer la vie marine. Une solution consiste à fixer une grille à l'extrémité d'un tel tuyau, mais même dans ce cas, de minuscules larves et œufs de poisson peuvent toujours être aspirés. Au lieu de cela, les régulateurs ont tendance à préférer ce qu'on appelle une "prise souterraine".

Sur le site d'une entreprise de ciment en bord de mer sur la baie de Monterey, California American travaille actuellement sur une preuve de concept pour cette approche. Ils utilisent le forage directionnel, similaire à la technologie utilisée par les compagnies pétrolières pour extraire les combustibles fossiles. L'idée est de parcourir une pente à des centaines de mètres, en passant sous les dunes jusqu'à un endroit sous les vagues. Au-dessous de 200 pieds de sable et bien isolé de toute vie marine vulnérable, Cal Am espère aspirer quelques milliers de gallons d'eau par minute.

California American utilise un forage directionnel pour étendre un tuyau à quelque 735 pieds sous la plage, dans l'espoir d'aspirer quelques milliers de gallons d'eau de mer par minute sous le fond de l'océan. (Luke Gianni/California American Water Co.)

Il faudra une énorme quantité d'énergie pour pomper autant d'eau, aussi loin.

&ldquoNotre facture d'énergie augmente, pas de doute», m'a dit un ingénieur sur le projet.

C'est la deuxième préoccupation du dessalement : une fois que l'eau de mer atteint la plante, elle doit être poussée à travers des membranes suffisamment fines pour que le sel puisse les traverser. Cela nécessite une pression immense &ndash sur l'ordre d'un nettoyeur haute pression.

Un responsable d'une plus petite installation de dessalement m'a dit qu'il fallait 25 000 $ d'électricité par mois pour produire suffisamment d'eau pour 1 200 foyers. Dans le cas de Cal Am&rsquos, ils espèrent conclure un accord pour alimenter la centrale en utilisant le méthane d'une décharge à proximité.

Un autre élément de conception encore provisoire aborde le troisième défi du processus de dessalement : tout ce sel doit aller quelque part.

Seulement environ la moitié de l'eau salée acheminée dans une usine de dessalement est rendue potable. Tout le sel qui en est séparé finit par se concentrer dans l'autre moitié, dans une sorte de saumure beaucoup plus dense que l'eau de mer. En conséquence, il ne se mélange pas facilement.

S'il est simplement rejeté négligemment dans l'océan, il coule et peut tuer toute vie marine ayant le malheur de vivre sur le fond marin en dessous.

Le mélange du sous-produit saumâtre dans l'océan peut impliquer des pulvérisateurs ou, dans le cas de Cal Am&rsquos, un émissaire existant que l'Agence régionale de contrôle de la pollution de l'eau de Monterey à proximité utilise pour éliminer les eaux usées. C'est un tuyau qui s'étend sur des milliers de pieds jusqu'à la mer, avec de petits trous espacés de dix pieds, donc pas trop de saumure ne se déverserait en un seul endroit.

L'installation de dessalement devrait commencer à fournir de l'eau aux clients pendant plusieurs années, et en attendant, elle doit naviguer dans un fourré réglementaire d'approbations nécessaires.

Facultatif ou inévitable ?

Ces dernières années, des projets de dessalement ont été envisagés dans des endroits comme le comté de Marin et Santa Cruz, pour finir par être mis de côté au milieu du scepticisme. Entre les maux de tête environnementaux et le coût des solutions de contournement d'ingénierie, les critiques ont fait valoir que la technologie est souvent plus problématique qu'elle n'en vaut la peine.

Dans la mesure où la conservation est une option, c'est beaucoup plus simple et moins cher à faire. Le maire Burnett dit que les villes le long de la péninsule de Monterey ont à peu près essoré cette éponge pour tout ce qu'elle vaut : les gens se débrouillent avec 60 gallons par jour – moins de la moitié de ce que de nombreux Californiens utilisent.

Susan Jordan du California Coastal Protection Network est une critique de longue date du desal. Elle dit, en effet, que les communautés devraient d'abord épuiser leurs autres options.

« Si vous envisagez de faire quelque chose comme le desal », dit Jordan, « vous voulez vous assurer que vous faites tout ce que vous pouvez en termes de conservation, de recyclage de l'eau, de réutilisation de l'eau, et vous ne voulez pas de développement non durable qui ne fait que perpétuer votre problème, ou le problème de l'état.

Cette question de ce qui constitue le développement durable sous-tend le débat autour du desal. Le contre-argument que j'ai entendu de Scott Maloni, vice-président de Poseidon Water, est : et s'il n'y avait pas d'alternative ?

&ldquoLa plus grande préoccupation est le changement climatique, et ce qui se passera dans dix ans et dans vingt ans", déclare Maloni, dont la société construit la grande usine à l'extérieur de San Diego et espère en ajouter une autre comme celle-ci à Huntington Beach. "Pouvez-vous vraiment compter sur le fleuve Colorado ou le nord de la Californie pour continuer à approvisionner en eau la grande majorité de la population de l'État ? »

J'ai demandé à plusieurs personnes quel pourcentage du dessalement global du portefeuille d'eau en Californie pourrait un jour représenter, et seul Maloni était prêt à deviner. Il dit que de telles usines sont plus efficaces lorsqu'elles sont construites en grand, réalisant ainsi des économies d'échelle. Entre cela et le processus d'autorisation rigoureux, dit-il, vous pourriez probablement compter le nombre de sites viables sur deux mains.

"Et donc je pense que vous pourriez regarder quelque part entre 10 et 20 pour cent de la demande municipale et industrielle de l'État", dit Maloni.

Il convient de noter que semblerait laisser de côté l'agriculture Maloni envisage desal au service des populations urbaines côtières de l'État.

Maloni et plusieurs autres personnes avec qui j'ai parlé ont également souligné que, bien que les défis techniques liés à la conception et à la construction d'une usine de dessalement écologique soient sérieux, le processus d'autorisation est long et pourrait bien durer plus longtemps que la sécheresse elle-même.


Réponses des plantes aux champs électromagnétiques haute fréquence

Les champs électromagnétiques non ionisants à haute fréquence (HF-EMF) de plus en plus présents dans l'environnement constituent un véritable stimulus environnemental capable d'évoquer des réponses spécifiques chez les plantes qui partagent de nombreuses similitudes avec celles observées après un traitement stressant. Les plantes constituent un modèle exceptionnel pour étudier de telles interactions car leur architecture (rapport surface/volume élevé) optimise leur interaction avec l'environnement. Dans la présente revue, après avoir identifié les principaux dispositifs d'exposition (cellules électromagnétiques transversales et gigahertz, guide d'onde et chambre réverbérante agitée en mode) et les lois de physique générale qui régissent les interactions des CEM avec les plantes, nous illustrons certaines des réponses observées après exposition à HF- CEM à l'échelle cellulaire, moléculaire et de la plante entière. En effet, de nombreuses activités métaboliques (métabolisme des espèces réactives de l'oxygène, ??- et ??-amylase, cycle de Krebs, voie des pentoses phosphates, teneur en chlorophylle, émission de terpènes, etc.) exposition HF-EMF de faible puissance (c'est-à-dire non thermique). Ces changements se produisent non seulement dans les tissus directement exposés, mais aussi de manière systémique dans les tissus distants. Alors que l'impact à long terme de ces changements métaboliques reste largement inconnu, nous proposons de considérer les rayonnements HF-EMF non ionisants comme un véritable facteur environnemental non préjudiciable qui évoque facilement des changements dans le métabolisme des plantes.

1. Introduction

Les champs électromagnétiques à haute fréquence (HF-EMF, c'est-à-dire fréquences de 300 MHz à 3 GHz, longueurs d'onde de 1 m à 10 cm) sont principalement des rayonnements électromagnétiques non ionisants produits par l'homme qui ne se produisent pas naturellement dans l'environnement, à l'exception du VHF de faible amplitude. (très haute fréquence) rayonnement cosmique. Les HF-EMF sont de plus en plus présents dans l'environnement [1] en raison du développement actif de la technologie sans fil, y compris les téléphones portables, le Wi-Fi et divers types d'appareils connectés. Étant donné que le matériau vivant n'est pas un diélectrique parfait, il interfère facilement avec HF-EMF d'une manière qui dépend de plusieurs paramètres, y compris (mais sans s'y limiter) sa forme générale, la conductivité et la densité du tissu, et la fréquence et l'amplitude de l'EMF. L'interaction entre la matière vivante et le rayonnement électromagnétique peut (ou non) induire une élévation de la température tissulaire, définissant ainsi les réponses métaboliques thermiques (versus non thermiques) associées. Dans le cas d'une réponse thermique, la dissipation thermique résultante est normalisée avec l'indice de taux d'absorption spécifique (DAS). Cela a conduit à des efforts de recherche considérables pour étudier les effets biologiques possibles dus à l'exposition aux HF-EMF. Alors que la grande majorité de ces études se sont focalisées sur les animaux et les humains pour des raisons de santé, avec des résultats contradictoires ou non concluants [2], de nombreuses expérimentations ont également été réalisées sur des plantes. Les plantes sont des modèles exceptionnels par rapport aux animaux pour mener de telles investigations : elles sont immobiles et gardent donc une orientation constante dans les champs électromagnétiques et leur schéma de développement spécifique (rapport surface/volume élevé) les rend parfaitement adaptées pour intercepter efficacement les champs électromagnétiques [3]. Il est également assez facile chez les plantes d'obtenir des lignées végétales génétiquement stables grâce à la sélection d'espèces favorisant la reproduction asexuée [4] ou l'autopollinisation [5]. De plus, les mutants métaboliques sont facilement disponibles pour plusieurs espèces et constituent des outils précieux pour comprendre la façon dont le signal EMF est transduit [6]. En effet, plusieurs rapports ont souligné que les plantes perçoivent en fait les HF-EMF d'amplitudes même faibles et les traduisent en réponses moléculaires et/ou en altérations de leur schéma de développement [3-9]. La façon dont HF-EMF interagit avec les plantes reste essentiellement sans réponse. Cependant, comme les CEM provoquent une multitude de réponses chez les plantes, elles peuvent être considérées comme un véritable stimulus environnemental. En effet, l'exposition aux CEM altère l'activité de plusieurs enzymes, dont celles du métabolisme des espèces réactives de l'oxygène (ROS) [7], un marqueur bien connu des réponses des plantes à divers types de facteurs environnementaux. L'exposition aux CEM évoque également l'expression de gènes spécifiques précédemment impliqués dans les réponses des plantes aux blessures [5, 8] et modifie le développement des plantes [9]. De plus, ces réponses sont systémiques dans la mesure où l'exposition d'une petite région seulement d'une plante entraîne des réponses moléculaires presque immédiates dans toute la plante [6]. Ces réponses étaient abolies en présence de chélateurs du calcium [6] ou d'inhibiteurs de la phosphorylation oxydative [10] ce qui implique l'implication de pools d'ATP. Dans la présente revue, nous décrivons les dispositifs d'exposition, les méthodes de détermination du DAS et les réponses biologiques (aux niveaux cellulaire/moléculaire et de la plante entière) observées après l'exposition de la plante aux CEM. Nous avons concentré cet examen sur les champs électromagnétiques HF-EMF rayonnés (c. champs électromagnétiques de fréquence (ELF), ou injection de courant HF, car leurs propriétés physiques inhérentes sont radicalement différentes de celles des hautes fréquences. Par conséquent, les HF-EMF que nous considérons doivent être considérés à travers le prisme de l'électromagnétisme classique : phénomènes électrodynamiques macroscopiques décrits en termes de champs vectoriels et scalaires.

2. Systèmes d'exposition et dosimétrie

Les HF-EMF sont une combinaison d'un champ électrique et d'un champ magnétique régi par les équations de Maxwell. A haute fréquence, ces grandeurs vectorielles sont couplées et obéissent à des équations d'onde que ce soit pour des ondes propagées ou pour des ondes stationnaires. Dans le vide, les premiers voyagent à la vitesse de la lumière (≈3

10 8 m s −1 ) et ont la structure d'une onde plane (figure 1(a)). Dans d'autres milieux, la vitesse diminue et la distribution spatiale des champs électrique et magnétique est généralement arbitraire (n'étant donc pas une onde plane). Ces derniers, qui ne se propagent pas mais vibrent de haut en bas sur place, apparaissent dans certaines conditions particulières (par exemple, milieu délimité comme une cavité métallique) et jouent un rôle important dans de nombreuses applications physiques (résonateur, guide d'ondes, etc.).

) est la distance entre deux crêtes. DOP : sens de propagation. (b) Une cellule TEM (cellule électromagnétique transversale). (c) Une cellule GTEM (cellule électromagnétique transverse gigahertz). (d) MSRC (chambre réverbérante agitée en mode). Notez les parois métalliques double face, l'antenne émettrice, l'agitateur rotatif et la chambre de culture spécialisée qui se trouve dans le « volume de travail » où les caractéristiques du champ électromagnétique ont été largement caractérisées.

Dans les deux cas, les HF-EMF sont caractérisés par une amplitude de l'électrique ( ) ou magnétique (

) composants (mesurés en volts ou ampères par mètre), une fréquence

(nombre de cycles par seconde de la quantité d'onde, mesuré en hertz), et une longueur d'onde (distance entre les crêtes des vagues, mesurée en mètres). Ces propriétés sont liées par l'équation suivante :

où est la vitesse de la vague dans le milieu considéré et est la période de la vague (temps entre les crêtes successives des vagues, mesuré en secondes). La longueur d'onde est alors la distance parcourue par l'onde pendant une période.

La densité de puissance électromagnétique associée à une onde électromagnétique (mesurée en watts par mètre carré) est obtenue par un produit vectoriel entre les vecteurs de champ électrique et magnétique (à savoir, le vecteur de Poynting) pour chaque point de l'espace. La puissance totale HF-EMF traversant une surface donnée est dérivée du théorème de Poynting [11]. Pour une onde plane incidente dans le vide, la puissance électromagnétique moyenne dans le temps

(mesurée en watts) éclairant une surface de 1 m 2 orthogonale à la direction de propagation est donnée par l'équation suivante :

où est l'impédance caractéristique de l'espace vide libre (377 Ω).

La puissance électromagnétique absorbée (

), convertie en chaleur par effet Joule dans un volume (

) et moyennée sur une période de temps, est donnée par (3) pour un matériau électriquement et magnétiquement linéaire qui obéit à la loi d'Ohm (conductivité

2.1. Diversité des dispositifs d'exposition

En raison de la grande variété d'ondes électromagnétiques, les médecins ont développé de nombreuses installations d'exposition électromagnétique, principalement à des fins de test de compatibilité électromagnétique (CEM). Certains de ces appareils sont utilisés pour l'exposition des plantes aux HF-EMF.

Le montage d'exposition HF-EMF est généralement constitué des deux éléments de base suivants : (i) une source HF (générateur de radiofréquence, oscillateur Gunn) associée à un élément rayonnant (antenne, strip-line) et (ii) une structure qui permet la propagation des ondes EM et l'exposition de l'échantillon. La configuration d'exposition la plus simple repose sur l'utilisation de téléphones portables standard comme source de rayonnement HF-EMF [12, 13] dans un site d'essai en zone ouverte. Si cet appareil a l'avantage d'être simple et économique, il pose de nombreuses limitations qui peuvent compromettre la qualité de l'exposition. En effet, ces dispositifs de communication fonctionnent avec différents protocoles qui peuvent modifier voire interrompre la puissance émise. Aussi, les échantillons biologiques sont placés à proximité immédiate de l'antenne, qui est une région où le champ électromagnétique n'est pas complètement établi (conditions de champ proche) et est donc difficile à mesurer cette situation peut constituer un problème pour les études bioélectromagnétiques. Ces appareils ne sont aujourd'hui utilisés que dans une faible proportion d'études. De plus, l'utilisation de sites d'essai en zone ouverte expose les échantillons biologiques à l'environnement électromagnétique ambiant non contrôlé. L'utilisation de salles blindées est une bonne solution pour pallier ce problème. En effet, les chambres anéchoïques fournissent des enceintes blindées, qui sont conçues pour absorber complètement les ondes électromagnétiques réfléchies. Cependant, ces installations sont souvent de grandes structures nécessitant des équipements spécifiques et des absorbeurs coûteux pour générer une onde plane incidente (éclairage en champ lointain) et sont par conséquent peu utilisées pour l'exposition des plantes [14, 15].

En revanche, de nombreuses études sont basées sur des appareils dédiés de volume relativement faible (Figure 1(b)), à savoir la cellule électromagnétique transverse (MET) [16]. Les cellules MET sont généralement assez petites (environ 50 cm de long × 20 cm de large) et ne permettent donc que l'utilisation de graines ou de semis comme modèles de plantes. De nombreuses cellules TEM sont basées sur la « cellule Crawford » classique [17]. Ils sont constitués d'une section de ligne de transmission coaxiale rectangulaire effilée à chaque extrémité pour s'adapter aux connecteurs coaxiaux standards. Une onde plane uniforme de polarisation et de direction fixes est générée dans l'espace échantillon pour les expériences entre le conducteur interne (septum) et la paroi métallique supérieure. Étant donné que ce dispositif économique est enfermé, des champs électromagnétiques de haute amplitude peuvent être développés avec relativement peu de puissance injectée. Dans certaines conditions, deux parois parallèles de la cellule TEM peuvent être supprimées (constituant ainsi la cellule dite TEM ouverte) sans compromettre considérablement les performances. Cette configuration est adéquate pour permettre l'éclairage des plantes. Une attention particulière doit toujours être accordée à la position relative des échantillons dans le système car la disposition des différents organes au sein de la CEM pourrait gravement affecter l'efficacité du couplage des échantillons de plantes avec le champ électromagnétique. La principale limitation de la cellule TEM est que la fréquence utile supérieure est liée par ses dimensions physiques limitant la taille pratique des échantillons à haute fréquence.

La cellule électromagnétique transverse gigahertz (GTEM) est devenue une installation d'essai d'émission de CEM plus récente (Figure 1(c)) [18]. C'est un hybride entre une chambre anéchoïque et une cellule TEM et pourrait donc être considérée comme une version haute fréquence de la cellule TEM. La cellule GTEM ne comprend qu'une section effilée, avec un port et une terminaison à large bande. Cette terminaison se compose d'une carte de résistance de 50 pour les basses fréquences et d'absorbeurs pyramidaux pour les hautes fréquences. Ce dispositif d'exposition supprime la limite de fréquence supérieure inhérente à la cellule TEM tout en conservant certains de ses avantages (principalement le fait qu'aucune configuration d'antenne n'est requise et le fait qu'une intensité de champ élevée pourrait être obtenue avec une faible puissance injectée).

Les guides d'ondes sont un autre type d'enceintes blindées qui sont rarement utilisées pour l'exposition des plantes [19, 20]. Ces dispositifs d'exposition classiques et simples d'utilisation génèrent des ondes progressives le long de la coordonnée de transmission et des ondes stationnaires le long des coordonnées transversales. Contrairement à la cellule TEM, les guides d'ondes ne génèrent pas d'ondes planes uniformes mais permettent plutôt la propagation de champs électromagnétiques plus complexes, à savoir les modes de propagation. Chaque mode est caractérisé par une fréquence de coupure en dessous de laquelle le mode ne peut pas se propager. Lorsque les extrémités du guide d'onde sont court-circuitées, une cavité dite résonante est constituée, à partir de laquelle une grande installation récente, conçue à l'origine pour les études CEM, à savoir, la chambre réverbérante agitée de mode (MSRC, Figure 1(d)), est basé. Bien que cet équipement soit coûteux et techniquement difficile à mettre en place, il constitue l'état de l'art en termes de caractéristiques de champ électromagnétique, permettant l'établissement d'un champ isotrope et homogène dans un volume suffisamment important pour contenir une chambre de culture végétale dédiée (soit transparente ou blindé vers EMF [6]). Cette dernière caractéristique permet des expériences sur de grandes plantes qui sont conservées dans un environnement contrôlé adéquat [6]. Notre groupe a été le pionnier de l'utilisation de cette installation, basée sur des combinaisons judicieuses de modèles d'ondes stationnaires dans une enceinte blindée complexe, dans des études bioélectromagnétiques végétales [8] et a largement décrit la fonctionnalité MSRC [21]. Enfin, chaque configuration d'exposition peut différer en termes de concept, de polarisation, de fréquence ou de puissance incidente, mais ces configurations doivent toujours être conçues de manière optimale et basées sur des concepts physiques bien compris afin d'évaluer des conditions d'exposition HF-EMF bien contrôlées (homogénéité , répétabilité, reproductibilité, etc.).

2.2. Différents types de signaux d'exposition

À partir de chacun des dispositifs d'exposition précédents, deux types de champs électromagnétiques très différents peuvent être utilisés pour exposer les plantes. Le mode le plus couramment rencontré est le mode onde continue (CW), dans lequel les échantillons biologiques sont exposés en continu pendant une durée déterminée à une CEM de fréquence et d'amplitude données (rarement plus de quelques dizaines de V m -1 ). Le deuxième mode est le mode champ électromagnétique pulsé (CEMP), dans lequel les échantillons biologiques sont soumis à plusieurs séries d'impulsions discontinues de CEM de durée ultracourte (dans la plage de ??s à ns) et généralement de très forte amplitude (jusqu'à plusieurs centaines de kV m -1 ). Ce dernier type d'exposition [22, 23] est rarement utilisé en raison de la rareté et de la grande complexité des équipements nécessaires pour générer la CEM et de la difficulté de concevoir des antennes dédiées capables de délivrer de telles surtensions ultracourtes [24].

Le HF-EMF pourrait également être modulé (c'est-à-dire modifié dans le temps à une fréquence donnée, généralement beaucoup plus basse). Seules quelques études ont explicitement abordé l'effet de modulation sur les réponses biologiques. Răcuciu et al. [25] ont exposé des caryopses de maïs à de faibles niveaux (7 dBm), champ RF de 900 MHz, pendant 24 h en mode onde continue (CW), modulée en amplitude (AM) ou modulée en fréquence (FM). Ils ont constaté que la longueur des plantes de 12 jours était réduite d'environ 25 % dans les champs électromagnétiques modulés (type AM ou FM) par rapport au témoin (échantillons non exposés), tandis que l'exposition aux CW avait un effet opposé (stimulation de la croissance), suggérant que la modulation des champs électromagnétiques modifie les réponses biologiques.

2.3. Dosimétrie

Afin de comparer les effets biologiques observés dans différentes conditions d'exposition, le Conseil national de radioprotection et de mesure a officiellement introduit en 1981 une métrique d'exposition aux CEM, le taux d'absorption spécifique (DAS). La définition formelle de cette dosimétrie de base (la quantité de dose absorbée) est « la dérivée temporelle de l'énergie incrémentale absorbée (

) par (dissipée dans) une masse incrémentale contenue dans un volume ( ) d'une densité donnée

. " A partir de cette définition et (3), le DAS (mesuré en W kg −1 ) est donné par l'équation suivante :

Le DAS est la puissance absorbée par les tissus vivants lors de l'exposition aux CW-EMF (cette quantité ne s'applique pas au mode PEMF en raison de la très courte durée des impulsions qui ne provoquent pas d'augmentation de température dans les échantillons). Le DAS peut être calculé à partir des caractéristiques diélectriques des tissus végétaux aux fréquences de travail, en utilisant (4). Bien qu'elle puisse être facilement déterminée, la valeur de dépend de la fréquence et est difficile à évaluer dans la gamme des GHz. Il est généralement évalué à partir de la littérature [40], car le montage expérimental pour mesurer ce paramètre à une fréquence donnée (guide d'onde, guide d'onde ouvert et technique de ligne coaxiale, par exemple, D-Line) est rarement utilisé en raison de son ensemble complexe. -en haut. À partir de l'équation de transfert de chaleur biologique, le DAS peut également être déterminé en utilisant l'augmentation de température évoquée dans les tissus végétaux après exposition aux champs électromagnétiques, en utilisant l'équation suivante :

où est la capacité calorifique (JK −1 kg −1 , qui est disponible pour certains tissus dans la littérature) et (mesurée en Kelvin) est l'augmentation de la température de l'échantillon correspondant au temps écoulé (mesuré en seconde) depuis le début de HF- Exposition aux CEM. Que ce soit pour les animaux ou les plantes, la mesure du DAS est sujette à incertitude [46]. Étant donné que la chaleur spécifique est indépendante de la fréquence et que la distribution de la température est généralement plus uniforme que le champ électrique interne, (5) fournit, pour les augmentations de température détectables, un meilleur moyen pour l'estimation du DAS.

Dans les tissus animaux et humains, le DAS est déterminé à l'aide de fantômes dédiés [47] remplis d'un liquide spécial qui imite les propriétés diélectriques des fluides biologiques. Bien que cette approche soit adéquate chez les animaux, chez lesquels le schéma de développement produit des volumes, elle ne pourrait pas être adaptée à la plupart des organes végétaux (par exemple, les feuilles) qui ont un rapport surface/volume élevé [3] mais pourrait être utilisée dans les fruits et les tubercules. structure.En revanche, la température de surface peut être facilement évaluée avec des instruments dédiés (par exemple, sonde de température à fibre optique Luxtron®) et utilisée pour alimenter (5) [45]. Le DAS peut également être déterminé en utilisant la méthode de puissance différentielle basée sur la mesure de l'absorption de puissance (revue dans [48]) qui a lieu en l'absence ou en présence d'échantillons biologiques [39]. Le DAS est ensuite calculé en divisant la puissance absorbée par la masse de la matière vivante.

3. Réponses biologiques

Les réponses biologiques doivent être considérées comme des rapporteurs et des preuves de la capacité de la plante à percevoir et à interagir avec les CEM. Ces réponses peuvent avoir lieu au niveau subcellulaire, impliquant des événements moléculaires ou une modification des activités enzymatiques, ou au niveau de la plante entière, prenant la forme d'une modification de croissance. Les tableaux 1 à 3 résument certains travaux rapportant les effets des HF-CEM observés à l'échelle de la plante entière, des processus biochimiques ou de la régulation génique, respectivement.

3.1. Niveau cellulaire et moléculaire

De nombreux rapports [4, 7, 33] indiquent une augmentation de la production de malondialdéhyde (MDA, un marqueur bien connu de l'altération membranaire) ainsi que l'activation du métabolisme des ROS après exposition des plantes à HF-EMF (tableau 1). L'altération membranaire et l'activation du métabolisme des ROS sont susceptibles d'établir des cascades de transduction qui permettent des réponses spécifiques. En effet, le rôle critique du calcium, un second messager crucial chez les plantes, a longtemps été souligné [6, 10] : les réponses (par exemple, des changements dans l'expression des gènes calm-n6, lecdpk-1 et pin2) à l'exposition aux CEM sont fortement réduite lorsque les plantes sont cultivées avec un excès de calcium ou en présence d'agents neutralisant le calcium (Figure 2) tels que des chélateurs (EGTA et BAPTA) ou un bloqueur de canaux (LaCl3). L'importance du calcium dans l'établissement de la réponse de la plante est également mise en évidence par le fait que l'expression génique précoce associée à l'exposition aux CEM implique au moins 2 produits liés au calcium (calmoduline et protéine kinase dépendante du calcium) [5, 10]. Cette réponse est également dépendante de l'énergie : une baisse importante (30%, Figure 3) de la teneur en ATP et de la charge énergétique en adénylate (AEC) se produit après exposition aux HF-EMF [10]. Il n'est pas clair pour l'instant si la baisse de l'AEC est la conséquence de membranes altérées permettant une sortie passive de l'ATP ou si une consommation plus élevée d'ATP s'est produite en raison d'une activité métabolique accrue. En effet, il est bien connu qu'une baisse d'AEC stimule les voies enzymatiques cataboliques par le biais de modulations allostériques. Néanmoins, l'inhibition de la biosynthèse de l'ATP avec l'agent de découplage cyanure de carbonyle m-chlorophényl hydrazone (CCCP) a aboli les réponses des plantes à l'exposition aux CEM [10]. L'oxyde nitrique (NO) est une autre molécule de signalisation étroitement liée à l'impact des facteurs environnementaux sur les plantes [49]. NO augmente rapidement après divers types de stimuli, y compris le stress de la sécheresse ou les blessures. Chen et al. [50] ont récemment démontré l'augmentation de l'activité de l'oxyde nitrique synthase et l'accumulation de NO après avoir exposé des caryopses de blé pendant 10 s à des champs électromagnétiques de haute puissance de 2,45 GHz. De même, Qiu et al. [51] ont montré chez le blé que la tolérance au cadmium évoquée par le prétraitement aux micro-ondes était abolie par l'ajout de 2-(4-carboxyphényl)-4,4,5,5-tétraméthylimidazoline-1-oxyl-3-oxyde (carboxy-PTIO ), un piégeur de NO, suggérant que la production de NO induite par les micro-ondes était impliquée dans ce mécanisme. Pris ensemble, ces résultats plaident en faveur de l'induction EMF de la NO synthase. Cependant, ces études ont utilisé des champs électromagnétiques de haute puissance (four à micro-ondes modifié) comme outil de stimulation et le fait qu'une augmentation de la température de l'échantillon soit la cause de l'augmentation du NO n'est pas exclu. À notre connaissance, l'implication du NO n'a pas encore été démontrée après une exposition aux CEM de faible puissance (c'est-à-dire non thermiques). Par ailleurs, des acteurs bien connus des réponses des plantes aux stimuli environnementaux sont également impliqués : les mutants de la tomate sitiens et JL-5 pour la biosynthèse des acides abscissiques (ABA) ou jasmoniques (JA), respectivement, présentent des réponses normales (accumulation de transcrits liés au stress) lorsque des plantes entières sont exposées aux CEM [6]. En revanche, les réponses distantes très rapides à l'exposition locale qui se produisent dans les plantes sauvages (figure 4 (a)) sont altérées dans sitiens Mutant ABA (Figure 4(b)) et JL-5 mutants, mettant en évidence l'existence d'un signal transmis (dont la genèse et/ou la transmission dépend de l'ABA et de la JA) dans la plante entière après exposition locale [6]. La nature de ce signal est encore inconnue, mais des travaux très récents ont démontré que le potentiel membranaire est affecté après exposition aux CEM [14]. On pourrait donc émettre l'hypothèse que des signaux électriques (potentiel d'action et/ou potentiel de variation) pourraient être le signal transmis, ce qui implique fortement que la HF-EMF est un véritable facteur environnemental.

test. Reproduit de [10], avec permission.

3.1.1. Altérations des activités enzymatiques

Le tableau 1 résume certaines des activités enzymatiques qui sont modifiées après l'exposition des plantes à HF-EMF. Comme indiqué précédemment, le métabolisme des ROS est très souvent activé après l'exposition des plantes aux CEM. Les activités enzymatiques telles que la peroxydase, la catalase, la superoxyde dismutase et l'ascorbate peroxydase sont multipliées par deux à quatre [4, 7, 18, 27, 33]. La question reste ouverte de déterminer si cela pourrait être la conséquence d'une action directe des CEM sur les tissus vivants. En effet, la très faible énergie associée aux champs électromagnétiques à ces fréquences en fait des rayonnements non ionisants. Les effets secondaires d'un métabolisme élevé des ROS sont également notés : H2O2 production [4, 7], la MDA augmente [4, 7, 33] et les dommages aux protéines [30]. Une augmentation de la polyphénol oxydase [27] et de la phénylalanine ammonia-lyase [26] peut indiquer des réponses au stress liées à une lignification accrue, une réponse courante des plantes au stress environnemental.

La teneur en protéines est réduite dans Vigna et Phaseolus [27, 32] ainsi que dans Triticum [13]. On ne sait pas encore si la diminution de la teneur en protéines résulte d'une augmentation de la dégradation des protéines et/ou d'une diminution de la synthèse des protéines, mais cela peut constituer un domaine d'investigation stimulant, car les preuves montrent que la sélection de l'ARNm à partir de la traduction se produit après l'exposition de la plante à HF-EMF [10]. Activités enzymatiques hydrolytiques (??- et ??-amylases et invertases) responsables de la production de sucres solubles augmentent dans les graines en germination après exposition aux HF-EMF [12, 28, 32], tandis que l'activité phosphorylase de l'amidon, phosphorolytique et potentiellement réversible, est diminuée. En revanche, l'exposition aux HF-EMF provoque une baisse de sucre soluble qui peut être liée à l'inhibition du cycle de Krebs et de la voie des pentoses phosphates dans Plectranthus (Lamiaceae) feuilles après exposition à 900 MHz EMF [29], suggérant que les graines et les feuilles adultes réagissent différemment à l'exposition HF-EMF. L'accumulation de proline, rapportée par plusieurs auteurs [7, 33], et une augmentation de l'émission et de la teneur en terpénoïdes dans les plantes aromatiques [34] sont également des réponses classiques des plantes aux stress environnementaux.

3.1.2. Modification de l'expression des gènes

Alors que de nombreux rapports se sont concentrés sur les altérations des activités enzymatiques après exposition aux CEM, seules quelques études se concentrent sur les modifications de l'expression des gènes (tableau 2). Tafforeau et al. [44] ont démontré à l'aide du générateur Gunn (105 GHz) plusieurs variations reproductibles dans les profils d'électrophorèse sur gel 2D, montrant que l'expression des gènes est susceptible d'être altérée par le traitement d'exposition. Jangid et al. [52] ont fourni des preuves indirectes (profils RAPD) suggérant que l'irradiation par micro-ondes de haute puissance (2 450 MHz, 800 W cm −2 ) modifie l'expression des gènes dans Vigna aconitifolia, alors que ces résultats n'excluent pas un éventuel effet thermique du traitement par micro-ondes. Arabidopsis thaliana les cellules cultivées en suspension exposées à HF-EMF (1,9 GHz, 8 mW cm -2 ) ont montré une expression différentielle de plusieurs gènes (

valeurs < 0,05) par rapport à la condition de contrôle (non exposé) dans l'analyse des puces à ADN [36]. La plupart d'entre eux sont régulés à la baisse (alors que At4g39675, At5g10040 et AtCg00120 ont affiché une légère augmentation, voir le tableau 2). Cependant, la valeur RT-PCR diminue l'importance de ces variations et ces auteurs ont par conséquent conclu à l'absence d'effet HF-EMF sur l'expression des gènes végétaux. En revanche, une exposition aux CEM de courte durée, de haute fréquence et de faible amplitude (10 min, 900 MHz, 5 V m −1 ) réalisée sur des tomates entières de 3 semaines dans le MSRC [5, 6, 8, 10] a démontré des expressions altérées de au moins 5 gènes liés au stress (tableau 2), suggérant que les plantes entières sont plus sensibles à HF-EMF que les cellules en culture. Ces expériences ont été reproduites indépendamment par Rammal et al. [35], en utilisant une période d'exposition plus longue et une configuration d'exposition beaucoup moins sophistiquée (téléphone portable). Les réponses au stress des plantes présentent assez souvent un schéma biphasique [53] : une augmentation très rapide de l'accumulation de transcrits qui dure 15 à 30 min, suivie d'un bref retour au niveau basal, puis d'une deuxième augmentation (après 60 min). Ce schéma a été observé après l'exposition de la tomate aux CEM, nous avons donc interrogé la signification de la population précoce et tardive de transcrits en termes de signification physiologique en mesurant leur association aux polysomes (qui reflète leur traduction putative en protéines). Nous avons constaté que la population d'ARNm précoce (0-15 min) n'était que faiblement associée aux polysomes, mais qu'elle était mal traduite, tandis que la population d'ARNm tardive (60 min) est fortement associée aux polysomes [10]. Ce résultat suggère fortement que seule la population d'ARNm tardive peut avoir une importance physiologique puisqu'elle est la seule à être efficacement traduite en protéines.

3.2. Niveau plante entière

Les modifications biochimiques et moléculaires observées après exposition des plantes aux CEM et décrites dans les paragraphes précédents pourraient induire des altérations morphogénétiques du développement des plantes. En effet, un nombre croissant d'études rapportent des modifications de la croissance des plantes après exposition aux HF-EMF (Tableau 3). Ces traitements sont efficaces à différents stades de développement des plantes (graines, plantules ou plantes entières) et peuvent affecter différents organes ou processus de développement, notamment la germination des graines et la croissance des tiges et des racines, ce qui indique que des échantillons biologiques de petite taille (quelques mm) sont capable de percevoir HF-EMF. L'exposition des graines aux champs électromagnétiques entraîne généralement un taux de germination réduit [27, 37, 39], tandis que dans d'autres cas, la germination n'est pas affectée [42] ou même stimulée [16]. Les plantules issues de graines exposées aux CEM présentaient une croissance réduite des racines et/ou de la tige [13, 28, 32, 37-39, 41] mais rarement un effet stimulant [16]. Ce point diffère fortement de l'exposition aux champs magnétiques statiques ou aux champs électromagnétiques de très basse fréquence, dans lesquels les effets stimulants sur la croissance sont largement prédominants [54]. CEM ultracourte pulsée haute puissance (PEMF, 4 ??s, 9,3 GHz, 320 kV m −1 ) tend également à stimuler la germination des graines de radis, de carotte et de tomate et à augmenter la hauteur des plantes et la surface photosynthétique du radis et de la tomate [20] et des racines des plantules de tabac [22]. Ces différents effets de PEMF par rapport à HF-EMF sur les plantes peuvent être liés à leur différence fondamentale en termes de propriétés physiques. L'exposition au HF-EMF des semis ou des plantes (plutôt que des graines) a également généralement entraîné une inhibition de la croissance [9, 18, 27, 28, 39]. Singh et al. [7] ont montré que la rhizogenèse (nombre et longueur des racines) est sévèrement affectée chez le haricot mungo après exposition aux radiations des téléphones portables, probablement par l'activation de plusieurs enzymes liées au stress (peroxydases et polyphénol oxydases). Akbal et al. [38] ont montré que la croissance des racines était réduite de près de 60 % dans Lens culinaris graines exposées à l'état dormant à un rayonnement électromagnétique de 1800 MHz. Parallèlement, ces auteurs ont signalé une augmentation des enzymes liées aux ROS, de la peroxydation lipidique et de l'accumulation de proline, toutes ces réponses étant caractéristiques des réponses des plantes aux conditions de stress. Afzal et Mansoor [13] ont étudié l'effet d'une exposition de 72 h au téléphone portable (900 MHz) sur les graines de plantes monocotylédones (blé) et dicotylédones (haricot mungo): la germination n'a pas été affectée, tandis que les semis des deux espèces présentaient une inhibition de la croissance, réduction de la teneur en protéines et forte augmentation des activités enzymatiques du métabolisme des ROS. Il convient cependant de noter que la croissance des semis de haricot mungo et de liserons aquatiques exposés à une fréquence plus basse (425 MHz, 2 h, 1 mW) est stimulée en raison d'un allongement plus élevé de la racine primaire [11], tandis que les lentilles d'eau (Lemna mineur, Araceae) la croissance a été significativement ralentie non seulement par une exposition à une fréquence similaire (400 MHz, 4 h, 23 V m −1 ) mais aussi après une exposition à 900 et 1900 MHz pour différentes amplitudes de champ (23, 41 et 390 V m −1 ) au moins dans les premiers jours suivant l'exposition [18]. Surducan et al. [15] ont également trouvé une stimulation de la croissance des plantules de haricot et de maïs après exposition aux champs électromagnétiques (2,452 GHz, 0,005 mW cm -2 ). Senavirathna et al. [55] ont étudié l'impact en temps réel des rayonnements électromagnétiques (2 GHz, 1,42 W m −2 ) sur la croissance instantanée de la plante aquatique, la plume de perroquet (Myriophyllum aquaticum, Haloragaceae), en utilisant les fluctuations du taux d'allongement à l'échelle nanométrique. Ces auteurs ont démontré que les plantes exposées aux CEM présentaient des taux de fluctuation réduits qui duraient plusieurs heures après l'exposition, ce qui suggère fortement que le métabolisme des plantes a connu une situation stressante. Il convient de noter que l'exposition n'a provoqué aucun échauffement de l'usine (tel que mesuré à l'aide de l'imagerie thermique sensible). D'autres types de changements morphologiques se sont également produits après l'exposition des plantes aux HF-EMF : induction de méristèmes épidermiques chez le lin [44], abscission des boutons floraux [43], augmentation du nombre de nodules de fixation d'azote chez les légumineuses [42], ou retard de croissance axe secondaire dans Rosa [45].

Ces réductions de croissance peuvent être liées à un potentiel photosynthétique plus faible puisque Răcuciu et al. [40] ont montré que l'exposition de plantules de maïs de 12 jours à des champs électromagnétiques de 0,47 W kg −1 1 GHz induit une baisse de la teneur en pigment photosynthétique : la diminution était particulièrement importante en chlorophylle a, qui était réduite de 80 % après 7 h d'exposition. . Ursache et al. [56] ont montré que l'exposition des plantules de maïs aux micro-ondes (1 mW cm -2 , 10,75 GHz) entraînait également une baisse de la teneur en chlorophylle a et b. De même, Hamada [57] a trouvé une diminution de la teneur en chlorophylle chez des semis de 14 jours après avoir exposé les caryopses pendant 75 min à 10,5 GHz. Kumar et al. a montré une diminution de 13 % de la chlorophylle totale après 4 h d'exposition des plantules de maïs à 1800 MHz (332 mW m -2 ). Ces modifications peuvent être liées à une activité photosynthétique anormale, qui repose sur de nombreux paramètres, notamment la teneur en chlorophylle et en caroténoïdes. Senavirathna et al. [58] ont montré que l'exposition des lentilles d'eau à 2-8 GHz, 45-50 V m -1 EMF induit des changements dans l'extinction non photosynthétique, indiquant une condition potentiellement stressante. Trois espèces aromatiques appartenant à la famille des Apiacées (Petroselinum crispum, Apium graveolens, et Anethum graveolens) répondent fortement à l'exposition au rayonnement du système mondial pour les communications mobiles (GSM, 0,9 GHz, 100 mW cm −2 ) ou au réseau local sans fil (WLAN, 2,45 GHz, 70 mW cm −2 ) en diminuant le taux d'assimilation net (plus de 50 % ) et la conductance stomatique (20-30 %) [34].

4. Conclusion et perspectives d'avenir

Un nombre croissant de rapports mettent en évidence les réponses biologiques des plantes après exposition aux HF-EMF au niveau moléculaire et au niveau de la plante entière. Les conditions d'exposition sont cependant loin d'être standardisées et illustrent la diversité des conditions d'exposition employées. Cependant, les travaux futurs devraient éviter l'exposition dans des conditions de champ proche (c'est-à-dire à proximité immédiate de l'antenne d'émission) où le champ est instable et difficile à caractériser. De même, l'utilisation d'appareils de communication (c. L'utilisation de dispositifs spécialisés (cellules TEM, cellule GTEM, guides d'ondes, MSRC, etc.) dans lesquels un contrôle précis des conditions d'exposition peut être obtenu est hautement préférable.

Shckorbatov [59] a récemment passé en revue les mécanismes d'interactions possibles des CEM avec les organismes vivants. Alors que les cibles classiques (interaction avec les membranes, les radicaux libres et les systèmes de régulation intracellulaire) ont toutes été observées chez les plantes, une interprétation convaincante du mécanisme précis de l'interaction HF-EMF avec le matériel vivant est encore nécessaire. Une explication alternative (c. Cependant, la réalité de ce phénomène in vivo (étudiée pour l'instant uniquement par des simulations numériques) et sa contribution formelle à la régulation du développement des plantes n'ont pas encore été expérimentalement établies. Amat et al. [61] ont proposé que les effets de la lumière sur les plantes surviennent non seulement à travers les chromophores, mais aussi à travers des champs électriques alternatifs qui sont induits dans le milieu et capables d'interagir avec les structures polaires par des transitions dipolaires. Les cibles associées possibles (rapport ATP/ADP, synthèse d'ATP et régulation du Ca 2+) sont également celles affectées par l'exposition aux HF-EMF [10]. On pourrait donc supposer que HF-EMF peut utiliser des mécanismes similaires. Les voies ciblées, en particulier le métabolisme du Ca 2+, sont bien connues pour moduler de nombreuses réponses des plantes au stress environnemental. Bien qu'une compréhension plus approfondie des réponses des plantes aux HF-EMF soit encore nécessaire, ces traitements peuvent initier un ensemble de réponses moléculaires qui peuvent affecter la résistance des plantes aux stress environnementaux, comme cela a déjà été démontré dans le blé pour le CaCl.2 [62] ou UV [63], et constituent une stratégie précieuse pour augmenter la résistance des plantes aux conditions de stress environnemental.

Conflit d'interêts

Les auteurs déclarent qu'il n'y a pas de conflit d'intérêts concernant la publication de cet article.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier le LRC BIOEM (« Laboratoire de Recherche Conventionné » - LRC n° 002-2011-CEA DAM/Institut Pascal) pour son soutien financier.

Les références

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Droits d'auteur

Copyright © 2016 Alain Vian et al. Il s'agit d'un article en libre accès distribué sous la licence Creative Commons Attribution, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n'importe quel support, à condition que l'œuvre originale soit correctement citée.


Les ondes radio peuvent-elles vous blesser ?

Il est impossible de ne pas négliger les avantages de la technologie sans fil qui repose fortement sur les ondes radio. La technologie a grandement amélioré la qualité de vie et la façon dont nous pouvons rester en contact avec nos proches. En discutant des menaces posées par les ondes radio et en essayant de répondre « Les ondes radio peuvent-elles vous faire du mal ? » il faut comprendre qu'il existe deux grandes catégories d'ondes électromagnétiques :

Ionisant

Les ondes électromagnétiques ionisantes comme les rayons X et les rayons gamma peuvent causer de graves dommages. Cependant, ce n'est généralement qu'en cas d'exposition excessive que notre ADN et nos cellules sont endommagés. Les ondes radio ionisantes peuvent causer des maladies, des brûlures ou le cancer.

Non ionisant

Les ondes électromagnétiques non ionisantes ne transportent pas assez d'énergie dans leurs photons pour ioniser ou briser les atomes et les cellules.

Les ondes radio émises par les téléphones portables ont un rayonnement énergétique plus faible qui ne peut pas endommager nos cellules. L'infrarouge, la lumière visible et les micro-ondes produisent également un rayonnement énergétique plus faible et sont totalement sûrs.

Pour une représentation plus pratique et visuelle des ondes électromagnétiques considérées comme ionisantes et non ionisantes, veuillez vous référer au tableau ci-dessous.


5 réponses 5

Comme je l'ai indiqué dans ma réponse à la question liée, les conditions préalables évolutives pour la communication radio se trouvent dans une espèce capable de précipiter une variété de métaux sous diverses formes et dans un environnement riche en métaux.

Initialement, une espèce précurseur évoluerait pour utiliser le métal pour améliorer ses taux de transmission neuronale, car la transmission électrique est beaucoup plus rapide que le système de dépolarisation de la porte de sodium des nerfs humains, en soi une stratégie très avantageuse en termes d'évolution.

Il est probable que les créatures utilisant le métal comme booster de taux de conduction nerveuse auraient découvert que des nerfs non protégés provoqueraient des radiations détectables non seulement dans le corps d'une créature, mais aussi chez d'autres créatures. Comme une conduction nerveuse plus rapide est un avantage trop important pour être abandonné, le blindage aurait évolué, très probablement en faisant passer les nerfs à travers les centres des os métalliques, ou peut-être en enrobant les neurones individuels de métal.

Cependant, les possibilités de transmission et de détection des rayonnements EM signifient que tous les nerfs métalliques n'auraient pas évolué pour être complètement protégés, certains pourraient être partiellement protégés et être utilisés pour détecter les rayonnements EM.

Ainsi, nous avons développé des créatures qui émettent de l'énergie RF en tant que sous-produit de leur activité neuronale. À partir de là, une fois que le blindage a évolué pour réduire la diaphonie entre les fibres nerveuses, la détection des fuites RF nécessite des organes récepteurs plus sensibles. Parallèlement à cela, tout neurone délibérément non blindé émettrait de l'énergie RF détectable à une plus grande distance.

Comme il y a presque toujours un avantage à pouvoir communiquer sur de plus longues distances, l'évolution d'un empilement de cellules dépolarisantes (comme cela se produit chez les anguilles électriques) permet des tensions d'émetteur plus élevées, et donc une puissance et une portée plus élevées.

Nous arrivons alors au point de la bande passante. L'émission de rayonnement EM commencera très probablement à des fréquences radio plus basses, mais il est tout à fait possible que des mécanismes évoluent pour augmenter la fréquence du rayonnement émis. Étant donné qu'un système de ce type pourrait avoir pratiquement chaque neurone entraînant un émetteur EM d'une fréquence différente, une bande passante élevée peut être obtenue par des changements rapides d'amplitude et de fréquence du signal qui sont permis en utilisant un rayonnement EM à haute fréquence, et également par multiplexage - en utilisant plusieurs fréquences simultanément. Cela pourrait finalement permettre une bande passante évoluée plusieurs fois supérieure à notre propre communication Wi-Fi, qui pourrait également être quelque peu directionnelle. Un autre argument en faveur des fréquences radio et des micro-ondes plus élevées est que des antennes plus petites sont nécessaires.

Puisque toute cette bande passante est relativement facilement obtenue en termes évolutifs - simplement en dupliquant les organes concernés - il n'y a aucune raison pour que les êtres n'évoluent pas pour utiliser cette bande passante. Étant donné que les plus hautes intelligences des espèces sur terre se trouvent chez les créatures ayant une vie sociale active (et cette capacité permet une grande vie sociale), l'évolution de l'intelligence est à peu près acquise.

Considérant qu'une espèce sensible utilisant des outils et pouvant communiquer via RF à des bandes passantes probablement élevées, il est peu probable que les humains puissent facilement développer un interprète pour cette langue étrangère, d'autant plus qu'elle serait très probablement multiplexée, et à la fois la fréquence- et modulé en amplitude, ainsi que rapide et idiosyncratique plutôt que de suivre une grammaire simple comme dans la communication RF fabriquée par l'homme. Il est beaucoup plus probable que ces créatures - s'il leur venait à l'esprit que l'audio est utilisé pour communiquer des idées, une proposition peu probable étant donné leur capacité inhérente à partager le traitement - apprendraient à comprendre et à communiquer avec les humains en utilisant le langage humain, étant donné son probablement une bande passante et une complexité plus faibles.

Bien sûr, puisque nous parlons d'évolution, une caractéristique évolutive telle que la neurologie améliorée par les métaux devrait se produire à un stade très précoce de l'histoire évolutive de l'espèce. Cela signifie que - grâce à la divergence évolutive - il y aurait très probablement un grand nombre d'espèces sur ce monde qui émettraient plus ou moins d'énergie RF.

Nous pouvons anticiper que dans les groupes de créatures à neurologie non blindée, le "bruit" de leurs neurones serait un phare pour les sens RF des prédateurs, en particulier ceux qui ont eux-mêmes blindé les neurones, et ont donc un bruit de fond plus faible sur lequel ils peuvent « entendre » leur proie. À partir de là, nous pouvons anticiper que ceux-ci peuvent être des proies faciles pour de tels prédateurs, et seraient donc enclins à adopter une stratégie r.

D'autres espèces auraient évolué pour communiquer via RF dans une mesure plus ou moins grande, nous pouvons anticiper une grande variété de ces créatures occupant plusieurs niches, bien que la portée de communication des RF soit telle qu'on peut s'attendre à ce que beaucoup soient au moins un peu plus intelligent qu'une espèce terrestre équivalente principalement en raison des plus grandes opportunités d'interaction sociale.

Quant à l'environnement, il y a pratiquement une nécessité pour que plus de métaux soient accessibles. Cela n'exclut pas une atmosphère d'oxygène, mais il peut y avoir des niveaux de poussière atmosphérique contenant des métaux lourds qui auraient des effets toxiques sur les humains non protégés par des filtres respiratoires ou qui mangent les formes de vie locales. Cela ferait des filtres de masque facial fortement conseillé plutôt que indispensable, et nous pourrions avoir un humain vivant pendant un certain temps sans un avant qu'il ne commence à ressentir des symptômes d'empoisonnement aux métaux lourds.

Une raison potentielle pour laquelle les humains s'intéressent à un tel monde est qu'avec la précipitation biologique des métaux, l'extraction de métaux serait un exercice presque trivial consistant à ramasser les carcasses de créatures mortes, qu'elles soient récemment mortes ou fossilisées. Certains alliages très intéressants sont susceptibles d'avoir évolué, tout comme la mousse-métal qui est à la fois légère et résistante en raison de ses vides internes.


Voir la vidéo: Plante dépolluante dans une chambre? Plante dépolluante pour chasser les ondes? Vrai ou faux? (Janvier 2022).