Du coton pour irriguer le désert

Le désert se caractérise essentiellement par l’absence de pluie. Pour autant, l’air n’y est pas toujours très sec. Le problème réside dans la captation de l’humidité, de l’eau contenue dans l’air, même lorsqu’elle devient visible sous forme de brouillard ou de rosée. Comment attraper ces fines gouttelettes du matin avant que la brûlure du soleil ne les fasse disparaître de la surface du sol ?

Un chercheur français s’est passionné depuis plus de 10 ans pour la récupération de la rosée.  Daniel Beysens, physicien de l’ESPCI, a créé l’association Opur qui milite pour l’installation de condenseurs de rosée dans les endroits privés de puits. Mais voici qu’une autre solution est proposée par des chercheurs de l’université de Eindhoven associés à une équipe de l’université polytechnique de Hong Kong PolyU). Ensemble, ils ont mis au point un nouveau matériau à base de… coton.

Oui du simple coton. Comme nous l’appelons souvent y prêter attention, du coton hydrophile… C’est à dire qui aime l’eau. Et qui l’absorbe. Installé dans un milieu désertique, il peut donc se gorger de l’eau capturée dans l’atmosphère, dans la brume, la rosée. Très bien. Mais deux problèmes se posent alors : quelle quantité d’eau une certaine masse de coton peut-elle absorber ? Et comment récupérer cette eau prisonnière des fibres de la ouate ?

Ce sont les réponses à ces deux questions que les chercheurs s’apprêtent à publier dans la revue Advanced Material de février 2013. En fait, avec leurs collègues de Hong Kong, ils ont créé un nouveau matériau aux propriétés remarquables. Pour cela, ils ont imprégné les fibres de coton avec un polymère, le PNIPPAAm, qui n’est autre que du Poly(N-isopropylacrylamide). Il s’agit d’un hydrogel (un gel qui aime l’eau) dont la caractéristique est de changer de phase à la température très précise de 34°C. Cette modification physique engendre un comportement radicalement inversé. Hydrophile en dessous de 34°C, le NIPPAAm devient hydrophobe au dessus.

Lorsque le polymère imprègne les fibres de coton, les photos ci-dessus montrent la modification spectaculaire de la structure du matériau résultant. A gauche, toutes alvéoles ouvertes il peut absorber de l’eau. A droite, plus de place pour le liquide. L’association avec le polymère transforme complètement le comportement du coton mais aussi sa capacité d’absorption. Cette dernière passe de 18% de son poids en eau, à l’état pur, à 340% lorsqu’il est imprégné. Autrement dit, 1 kg de coton non traité peut contenir 180 grammes d’eau (0,18 l). Il en contient, après traitement, 3,4 kg, soit 3,4 litres…

Nous voici donc en présence d’une véritable pompe à vapeur d’eau. D’autant que le processus est réversible. Lorsque la température redescend en dessous de 34°C, le coton-polymère redevient hydrophile. Le processus, presque magique tant il est adapté aux usages possibles, ouvre de vastes perspectives. En particulier pour l’agriculture. Imaginez des rigoles d’irrigation dont les bords seraient tapissés de ce coton-polymère.

Arrosage automatique

La nuit, dans le désert encore plus qu’ailleurs, la température chute brutalement. Elle descend largement en dessous de 34°C et met le matériau en position hydrophile. Au matin, moment le plus humide, les bordures blanches se gorgent de l’eau captée dans l’atmosphère. Lorsque le soleil monte et que la température dépasse 34°C, l’eau capturée est relâchée dans la rigole… Mais rien ne l’empêche, alors de s’évaporer, remarquerez-vous ! Exact… Au lieu d’une irrigation par des rigoles d’eau courante, mieux vaudrait sans doute placer le matériau au plus près des plantes cultivées.

La beauté du système réside également dans son fonctionnement automatique. Pas de travail mécanique à effectuer pour le faire fonctionner. Pas de source d’énergie à installer, comme avec les pompes d’irrigation…. Le procédé n’utilise que ce qui est présent dans la nature : le soleil et l’humidité de l’air. Difficile de faire plus écologique. Sauf si la production du polymère se révélait très polluante ou coûteuse. Ce que les chercheurs ne précisent pas, à ce stade.

Vêtements de sport

La température de transition de phase de 34°C, qu’il est peut-être possible d’ajuster, peut aussi donner des idées aux fabricants de vêtements de sport. Déjà, le coton tout seul peut servir au refroidissement du corps. Il suffit de le mouiller pour profiter du froid (chaleur latente de vaporisation) engendré par l’évaporation de l’eau. Avec ce nouveau matériau, l’eau resterait prisonnière du tissu jusqu’à… ce que la température du corps le chauffe à 34°C. C’est alors seulement qu’il relâcherait sa cargaison d’eau réfrigérante. Au moment où l’athlète serait en plein effort…

Michel Alberganti

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Et sur Mars coulait une rivière

Fantastiques images prises par la sonde européenne Mars Express de l’ESA.  Cliquez sur les photos pour les agrandir. On découvre ainsi ces traces, sur les côtés du lit de la rivière, qui ressemblent à celles qu’auraient pu laisser des skis de fond sur la neige. Ont-ils été creusés par de l’eau ou de la glace ? A quoi ressemblait Mars lorsque de tels fleuves coulaient à sa surface ? Difficile à imaginer aujourd’hui face à son aridité rougeâtre.

7 km de large, 300 mètres de profondeur, 1500 km de long

De telles rivières remonteraient à la période de l’Hespérien, la deuxième de la géologie martienne, qui a dû s’achever il y a entre 3,5 et 1,8 milliard d’années. Dans cette région du Reull Vallis, le lit fait 7 km de large pour 300 mètres de profondeur. La taille d’un fleuve géant, donc, traversant la Promethei Terra, région de l’hémisphère sud de la planète rouge. Sur 1.500 km de long, il est rejoint par de nombreux affluents, dont l’un apparaît clairement sur les photos.

Évaporée, sublimée…

Les scientifiques notent le le caractère abrupt des berges du cours d’eau. Imaginons cette profondeur de 300 mètres… Presque la hauteur de la Tour Eiffel… Pour creuser un tel sillon, des quantités d’eau ou de glace gigantesques ont été nécessaires. Et puis, cette eau et cette glace ont disparu. Évaporée ou sublimée.  Les géologues remarquent des similarités avec l’activité glaciaire sur Terre. A l’époque où l’eau existait sur Mars, il semble qu’elle se comportait de la même façon que chez nous aujourd’hui.

Les reliquats, liquides ou solides, de cette abondance d’eau se sont réfugiés sous la surface de Mars. Et Mars Express a repéré un lac de glace d’eau dans un cratère à proximité du pôle nord. Cette période humide a-t-elle été assez longue pour que la vie apparaisse ? C’est toute la question. Curiosity, loin de là, la cherche. Le rover de la Nasa s’apprête à forer son premier trou… Nous devrions donc bientôt savoir ce qui se cache dans les sédiments laissés par les rivières de Mars.

Michel Alberganti

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Gigantesque !!! Trop pour Einstein…

Le mot gigantesque vient de subir une très forte réévaluation. Désormais, il faudra comparer tout ce qui peut mériter ce qualificatif dans notre Univers à la nouvelle structure découverte par Roger Clowes de l’université du Lancashire à Preston (Angleterre) et ses collègues et révélée par une publication dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society. Il s’agit d’un grand groupe de quasars (LQG, pour Large Quazar Group en anglais) dont la taille atteint… 4 milliards d’années-lumière. Soit environ le vingtième du diamètre de l’univers observable dont l’horizon est estimé à 40 milliards d’années lumière. La largeur de cette structure n’est guère moins extraordinaire :  1,63 milliard d’années-lumière. Gigantesque – faible mot – donc.

73 quasars

Baptisée Huge-LQG, la structure est composée de 73 quasars. Ces objets, dont le nom signifie quasi-étoiles et qui sont connus depuis 1982, sont des trous noirs très actifs qui aspirent la matière environnante (disque d’accrétion) et la rende très lumineuse. Ils sont ainsi plus brillants que des étoiles malgré leur nature très différente. Leur taille peut atteindre de 10 à 10 000 fois celle du rayon d’un trou noir. La Huge-LQG pourrait être née lorsque l’Univers n’avait que 5 milliards d’années sur les 13,7 qu’on lui attribue aujourd’hui.

Pour tenter de se faire une idée de la taille de ce groupe de quasars, il faut la comparer à des systèmes célestes plus proches de nous. Notre galaxie, par exemple, la Voie Lactée. Eh bien, son diamètre ne dépasse pas les… 80 000 années lumière. Une broutille. Bon, prenons alors la distance qui sépare la Voie Lactée et notre plus proche voisine, la galaxie d’Andromède dont le diamètre atteint les 140 000 années-lumière. Elle ne se trouve qu’à une distance de… 2,55 millions d’années-lumière du Soleil. Soit une distance 1600 fois inférieure à la longueur de Huge-LQG…

Plus de trois fois trop grande…

La taille de la nouvelle structure est donc tout bonnement incommensurable. Tellement, d’ailleurs, qu’elle pose un problème théorique. En effet, elle se trouve en opposition avec un principe édicté par Albert Einstein lui-même et qui stipule que l’Univers, à grande échelle, apparaît identique quelle que soit la direction et le lieu d’où on l’observe. Pour que cela se vérifie, il faut que les grandes structures, comme ce groupe de quasars, ne dépasse pas la taille de 1,2 milliard d’années-lumière. La Huge-LQG se révèle donc plus de trois fois trop grande pour coller avec la cosmologie d’Einstein. Problème… D’autant que les autres structures observées jusqu’à présent étaient loin d’une telle violation. La taille des amas de galaxies connus, par exemple, est d’environ 10 millions d’années-lumières. La Huge-LQG les dépasse de près de deux ordres de grandeur… Incroyable.

Univers en 3D

Ainsi va la science. Une seule observation peut mettre à bas une théorie jusque-là intouchable. Mais prudence… La leçon des neutrinos est encore bien présente dans les mémoires. Einstein en était sorti grandi et le CERN passablement flétri. Il faut donc attendre la réaction des astrophysiciens à cette nouvelle découverte. Les chercheurs qui en sont les auteurs n’ont pas pointé leur télescope vers le ciel pour la trouver. Ils sont simplement étudié les données collectées par la Sloan Digital Sky Survey (SDSS) grâce à huit années d’observation qui ont permis de réaliser la première carte en trois dimensions de l’Univers. On y trouve pas moins de 930 000 galaxies et 120 000 quasars. Les données continuent à être fournies aux astrophysiciens et leur dépouillement devrait s’achever en 2014. Le temps de découvrir bien d’autres monstres de l’espace…


Quasars: tueurs ou créateurs de galaxies ? par AstrophysiqueTV

Michel Alberganti

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Réveillon d’enfer sur le Soleil [Vidéo]

S’agit-il d’une sorte de feu d’artifice de fin d’année pour le Soleil ? Plus surement, c’est un hasard qui a provoqué une formidable éruption solaire, qualifiée pourtant de “relativement mineure” par la Nasa, le 21 décembre 2012. Néanmoins, le jet de plasma éjecté par notre étoile a atteint l’altitude de quelque 257 500 km, soit un peu plus de 20 fois le diamètre de la Terre (12 756 km).

Par chance pour nous, l’énorme attraction gravitationnelle exercée par le Soleil a fait retomber l’essentiel de ce plasma sur sa surface. L’éruption a duré 4 heures et a été filmée par le Solar Dynamics Observatory de la Nasa au rythme d’une image toutes les 36 secondes dans l’ultraviolet extrême. C’est donc une vidéo très accélérée et spectaculaire que nous fournit l’observatoire :

Les éruptions solaires n’engendrent pas que de magnifiques spectacles. Elles constituent également un sévère danger pour les installations électriques sur Terre. Le phénomène a été enregistré dès les débuts du développement de technologies comme le télégraphe. Ainsi, en 1859, la tempête solaire dite de Carrington, du nom de l’astronome qui l’a observée, a fortement endommagé des stations télégraphiques, certaines prenant même feu. Il s’agissait en fait d’une double tempête solaire dont la seconde est arrivée très vite sur Terre (en 17 heures au lieu de 60 pour parcourir 150 millions de km) et a fortement compressé le champ magnétique terrestre, le faisant passer d’un diamètre de 60 000 km à seulement quelques milliers.

Blackout au Québec en 1989

Outre le bombardement par les particules du fait d’une protection magnétique affaiblie, les variations de champ magnétique induisent des courants très intenses dans les installations électriques. C’est ce qui s’est produit en 1989, en particulier au Quebec où 6 millions de foyers ont été privés d’électricité pendant 9 heures.  Dans cette intéressante vidéo (en anglais…), l’expert explique que les courants induits par la tempête solaire dans un transformateur de la centrale nucléaire de Salem, dans le New-Jersey, a fait monter la température dans les conducteurs en cuivre à plus de 1000 °C. Ce qui fortement déformé la structure de l’installation pesant pourtant quelque 200 tonnes. La montée en température qui commencé à faire fondre le cuivre s’est produite en quelques secondes. C’est dire la violence de l’impact d’un tel orage magnétique.

Ces événements démontrent notre vulnérabilité face aux sautes d’humeur de notre étoile. Une très violente tempête solaire, similaire à celle de 1859 pourrait avoir, aujourd’hui, des conséquences catastrophiques sur l’alimentation en électricité. Des coupures durant des jours, des semaines ou des mois sont envisagées par les experts.
D’où les programmes de recherche lancés aux Etats-Unis (Solar Shield) et en Europe (EURISGIC). Il s’agit d’aider les entreprises productrices de courant électrique à concevoir des réseaux pouvant mieux résister aux courants induits par les orages magnétiques. Pour cela, des simulations du comportement de la magnétosphère terrestre sont réalisées. Objectifs : éviter les blackouts et protéger les transformateurs. Plus que le risque d’une collision avec un gros astéroïde, celui d’une éruption solaire majeure fait partie des catastrophes possibles à tout moment pour notre civilisation entièrement dépendante de la fée électricité.

Michel Alberganti

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2013 : si les maths, chaque jour, nous étaient contées…

Le problème des maths, finalement, c’est peut-être plus une question de forme que de fond. Imaginez que, tous les jours, en écoutant la radio le matin, en lisant votre journal ou en regardant la télévision le soir, un mathématicien vous raconte une histoire. Pas avec des formules hiéroglyphiques, des mots barbares ou des phrases absconses. Non, juste des histoires qui nous parleraient de la Terre, de la nature, des formes, des couleurs. De notre univers, quoi… Mais alors, quel lien avec les mathématiques ? Eh bien justement, des liens sans fin. Car les maths ne vivent pas uniquement sur les tableaux noirs des profs ou les carnets griffonnés des chercheurs. Les maths existent partout autour de nous. Seulement voilà, souvent, nous l’ignorons.

Prenons la circonférence de la Terre, par exemple. Nous avons tous appris qu’elle mesure 40 000 km. Rares sont ceux, sans doute, qui ont trouvé cette valeur étrangement… ronde. Pas moi, en tous cas… Or, si cette circonférence mesure exactement 40 000 km (à quelques mètres près), cela ne tombe pas du ciel. Dieu, non plus, n’y est pour rien. En fait, ce sont trois mathématiciens qui en ont décidé ainsi : Borda, Condorcet et Lagrange.

Nous sommes alors juste après la Révolution française et les idées foisonnent. Les mathématiciens y contribuent en définissant une unité de mesure. Pour cela, ils décident de prendre une référence incontestable : la Terre. Plus précisément le quart de son périmètre, c’est à dire la distance séparant le pôle nord et l”équateur. Une bien grande distance. Qu’à cela ne tienne : ils la divisent par 10 millions et obtiennent : un mètre. Il s’agit là de la première définition de cette unité de longueur. Si la référence a changé depuis, l’unité persiste.

Voilà une histoire qui donne une autre sonorité au mot “mètre” et un autre rôle aux mathématiciens que celui de gribouiller des formules incompréhensibles. On pourrait imaginer un cours alliant la géographie, l’histoire, la physique et les mathématiques autour d’un tel sujet. Mais, bon, ne rêvons pas… En fait, cette histoire n’est pas issue d’un manuel scolaire, ni même de Wikipédia, mais d’un nouveau site créé à l’occasion de l’année des mathématiques de la planète Terre, décrétée par l’Unesco pour 2013.

Outre de multiples manifestations organisées dans le monde entier, le site français de l’opération publiera, du 1er janvier au 31 décembre 2013, du lundi au vendredi de chaque semaine, une brève, c’est à dire un court article, écrit dans un langage compréhensible par tout le monde. L’histoire du mètre, la première de la série publiée le 1er janvier 2013, est due à la contribution d’Etienne Ghys, directeur de recherche au CNRS et membre de l’Académie des sciences. Elle a été suivie, le lendemain, par une brève de Lionel Roques, de l’Inria, sur la recolonisation par les végétaux après une ère de glaciation. Également passionnante.

Ainsi, l’année 2013 commence bien pour la science. Cette initiative promet de nous tenir en haleine jusqu’à l’arrivée de la comète Ison, bouquet final de l’année. Elle donnera aussi du grain à moudre à tous les professeurs de mathématiques soucieux d’attirer l’attention des leurs élèves en leur montrant que l’abstraction pure n’est pas le seul destin des mathématiques ni leur seul usage dans notre vie de tous les jours.

Michel Alberganti

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2013 sera illuminée par le passage de la comète Ison

La nouvelle année commence sous de bons auspices. Au moins dans les astres… Ceux-là même qui servaient, jadis, à prédire l’avenir. Certains ont cru que l’année 2012 serait la dernière en raison du choc avec une planète imaginaire, Nibiru. Fin 2013, l’astronomie nous conviera à un spectacle à la fois bien réel, probablement splendide et assurément sans risque d’apocalypse. De plus, la représentation sera particulièrement démocratique puisque la population de l’hémisphère nord, soit près de 90% de l’humanité, y aura accès gratuitement, sans même recourir à un télescope. Ce feu d’artifice de fin d’année nous sera offert par une comète, Ison.

C/2012 S1, pour être précis, a été découverte très récemment. Ce sont deux astronomes, le biélorusse Vitali Nevski et le russe Artyom Novichonok, qui a sont à l’origine de sa détection, le 21 septembre 2012 à l’aide d’un télescope de 40 cm de diamètre de l’International Scientific Optical Network – d’où le surnom d’Ison – près de Kislovodsk (Russie). A l’époque, Ison n’est qu’un point dans le ciel plus de 10 000 fois moins lumineux que l’étoile la plus pâle visible à l’œil nu. Il faut dire qu’elle se trouvait encore à environ 1 milliard de km de la Terre. Et à 939 millions de km du Soleil, son objectif.

Nuage d’Oort et ceinture de Kuiper

Les comètes comme Ison ne devraient pas traverser, ainsi, notre ciel par surprise. Elles sont essentiellement rassemblées dans l’hypothétique nuage d’Oort, situé à la frontière du système solaire, à environ une année lumière du Soleil. Nous sommes, là, bien au delà de la ceinture de Kuiper avec ses dizaines de milliers d’astéroïdes et… ses comètes, car elle en contient elle aussi. Le nuage d’Oort et la ceinture de Kuiper rassemblent les restes du système solaire. Si les planètes sont nées de la matière provenant de la formation du Soleil, astéroïdes et comètes constituent les restes des restes… Normalement, tout cela tourne autour du Soleil malgré son influence gravitationnelle faible à cette distance.

Comme la fameuse comète de Halley qui nous rend visite tous les 76 ans, Ison proviendrait du nuage d’Oort. Car, contrairement à l’impression de stabilité que donne le système solaire, la mécanique céleste n’est pas à l’abri d’une perturbation. On ne sait pas très bien ce qui se passe au niveau du nuage d’Oort, par exemple. Il est situé si loin du Soleil qu’il peut subir l’influence d’autres étoiles. L’action gravitationnelle est si forte et complexe qu’elle peut alors éjecter une comète du nuage où elle est restée sagement parquée pendant quelques milliards d’années. La voilà alors projetée dans l’espace et attirée par ses origines, c’est à dire le Soleil. Commence alors un long périple pour parcourir, à l’envers, l’immense distance qui la sépare de son berceau. Pour Ison, 2013 pourrait marquer la fin de ce voyage ou bien une simple étape.

Rencontre de la glace et du feu le 28 novembre 2013

Les comètes sont essentiellement composées de glace. Or, la glace et le feu ne font guère bon ménage. Pourtant, c’est bien cette rencontre que va provoquer le passage d’Ison près du Soleil. Très près. D’après les calculs des astronomes, le 28 novembre 2013, l’orbite de la comète atteindra son point le plus proche du Soleil (périhélie) à une distance de 1,8 million de km du centre de notre étoile. Mais le diamètre du Soleil n’est plus négligeable à cette échelle. Son rayon étant de  695 000 km, Ison se retrouvera à seulement 1,1 million de km de la surface brulante de l’étoile. Que se passera-t-il alors ? Mystère. La taille d’Ison est très inférieure à celle de la comète de Halley (16 × 8 × 7 km). Sa largeur atteindrait seulement 3 km. Ce n’est déjà pas mal si l’on compare à la largeur de l’île de Manhattan (3,7 km). Mais par rapport au Soleil, il ne s’agit que d’une poussière. Sa survie dépendra sans doute de sa structure.

A 63 millions de km de la Terre

Beaucoup plus grosse, la comète Shoemaker-Levy 9 n’a pas supporté les forces de gravitation lorsqu’elle a croisé Jupiter. Après s’être fractionnée en morceaux dont certains dépassaient les 2 km de diamètre, elle a fini par s’écraser sur la planète gazeuse. Ison va-t-elle exploser ou fondre ? S’écrasera-t-elle sur le Soleil ? Nous le saurons quelques jours après le 28 novembre 2013. Après avoir fait le tour du Soleil, elle reviendra vers nous pour passer, le 26 décembre 2013 à 63 millions de km de la Terre. Il est possible de visualiser l’orbite d’Ison sur cette application Java fournie par la Nasa et le JPL dont voici deux extraits correspondants aux deux dates principales :


Visible en plein jour

Sur Terre, le spectacle devrait commencer dès l’été 2013. Au mois d’août, Ison sera visible avec de petits télescopes et des jumelles. En octobre, elle sera observable à l’œil nu et ceci jusqu’à la mi-janvier 2014 (si elle franchit l’épreuve du Soleil). Pendant cette période, certains astronomes pensent qu’elle pourrait devenir plus brillante que… la pleine Lune. Mais la prédiction semble délicate dans ce domaine. Ce qui est sûr, c’est qu’Ison irradiera de plus en plus au fur et à mesure de son approche du Soleil.

Sous l’effet de la chaleur son panache devrait grandir considérablement. Une sublimation qui devrait lui permettre d’être visible en plein jour. Il deviendra ensuite difficile de la distinguer lorsqu’elle s’approchera trop du Soleil dont elle devrait faire le tour en un clin d’œil sous l’effet de la gravitation. Sera-t-elle plus brillante que la comète Ikeya-Seki, visible en 1965, et qui avait atteint, sur l’échelle logarithmique inversée de magnitude apparente, la valeur de -10 ? Presque celle de la pleine Lune (-12,6) mais loin de celle du Soleil (-26,7). Au moment de sa découverte, en septembre 2012, la brillance d’Ison ne dépassait pas 18,8.

Aujourd’hui, elle n’est visible que par les astronomes équipés de gros télescopes. Il faudra donc attendre de longs mois avant qu’elle surgisse au dessus de l’horizon de l’hémisphère nord. Et que nous puissions enfin la découvrir, ébahi par cet objet céleste si élégant surgi des tréfonds du système solaire et qui repartira aussi vite qu’il est venu. Pour beaucoup, ce sera peut-être la seule occasion de profiter d’une tel spectacle. La comète de Halley ne reviendra nous visiter qu’en 2061…

Michel Alberganti

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La gravité se déplacerait bien à la vitesse de la lumière

La gravitation reste la force la plus mystérieuse de notre univers. Pourtant, les plus grands physiciens en percent progressivement les énigmes depuis des siècles. Après Newton et sa pomme, c’est Einstein qui en a fait le centre de son œuvre avec sa théorie de la relativité générale qui n’est autre qu’une théorie de la gravitation. Malgré tout, il reste assez inconcevable qu’une plume et un marteau tombent à la même vitesse dans le vide. Les expériences de Galilée du haut de la tour de Pise, même si elles datent de la fin du 16ème siècle, n’y peuvent rien. La gravité reste à la fois le plus banal et le plus étrange des phénomènes dont nous faisons l’expérience quotidienne.

Rien de plus simple que sa définition: l’agent qui confère son poids aux objets ayant une masse. Sur Terre, la gravité colle nos pieds sur le sol et fait tomber la cruche à l’eau. A l’échelle humaine, il s’agit d’un équivalent du boson de Higgs à celle des particules élémentaires. J’entends d’ici les physiciens hurler devant un tel rapprochement. Pourtant, c’est justement ce qu’ils cherchent depuis près d’un siècle. Comment unifier la physique de l’infiniment petit (quantique) et celle de l’infiniment grand (relativité générale). Quelle loi sera valable dans ces deux univers qui semblent, aujourd’hui, aussi inconciliables que lorsque, avant de mourir il y a exactement 350 ans, Pascal écrivait dans ses Pensées au sujet de l’homme :

“Infiniment éloigné de comprendre les extrêmes, la fin des choses et leur principe sont pour lui invinciblement cachés dans un secret impénétrable, également incapable de voir le néant d’où il est tiré, et l’infini où il est englouti”.

Premières preuves expérimentales

C’est dire si le moindre progrès en matière de gravité est d’importance. Et, justement, les Chinois prennent le relais en affirmant que, d’après leurs calculs, ils ont découvert “les premières preuves expérimentales montrant que la gravité se déplace à la vitesse de la lumière”. Pour arriver à cette conclusion, Tang Keyun, chercheur à l’Institut de géologie et de géophysique dépendant de l’Académie chinoise des sciences (ACS) et son équipe ont étudié, entre autres, le phénomène des marées terrestres.

Dans un article publié dans la version en ligne de la revue Chinese Science Bulletin de décembre 2012, les chercheurs expliquent qu’il sont partis de la loi de la gravitation de Newton dans laquelle la gravité agit de façon instantanée. Pourtant, la théorie de la relativité restreinte d’Einstein indique que la vitesse de la lumière ne peut être dépassée. “La vitesse de la gravité doit donc être finie”, en déduisent les chercheurs. D’autant que la relativité générale du même Albert Einstein laisse entendre que des ondes gravitationnelles devraient se déplacer à la vitesse de la lumière. Difficile à vérifier dans un laboratoire. La gravité ne peut être arrêtée ou isolée. Elle est partout…

Éclipses de soleil et marées

Les chercheurs chinois ont commencé leurs travaux en… 1997. Ils ont mené 6 observations sur les éclipses totales ou partielles du soleil et sur les marées terrestres. Résultat : les vitesses de gravitation enregistrées varient de 0,93 à 1,05 fois la vitesse de la lumière avec une approximation de 5%. Soit une mesure clairement centrée sur la vitesse de la lumière. Une chance. Pas de vitesse supérieure à la vitesse de la lumière comme on a pu le croire, un temps, avec les neutrinos du CERN. Néanmoins, si la mesure expérimentale de la vitesse de la gravité est certainement un  exploit, elle ne nous renseigne guère sur sa nature profonde. “Qu’est ce que la gravité ?” reste une question fondamentale. La réponse vaut un prix Nobel assuré.

En attendant, en 2013, nous pourrons faire l’expérience de l’absence, ou presque, de ce phénomène grâce au film Gravity d’Alfonso Cuaron, avec Sandra Bullock et George Clooney en perdition dans leur scaphandre dérivant vers l’immensité de l’espace…

Michel Alberganti

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Les changements climatiques ont stimulé l’évolution du genre Homo

Et si les changements climatiques du passé avaient joué un rôle important dans l’évolution de nos ancêtres au cours des deux derniers millions d”années ? Telle est la thèse soutenue par trois chercheurs, Katerine Freeman, professeur de géoscience et Clayton Magill, docteur en géosciences, à l’université de Pennsylvanie et Gail Ashley, professeur de sciences de la Terre à l’université Rutgers. Dans un article publié le 24 décembre 2012 dans la revue PNAS, ils suggèrent qu’une succession de rapides changements environnementaux auraient dirigé l’évolution humaine à cette époque.

Dans les sédiments d’un ancien lac

Les chercheurs ont étudié la matière organique préservée par les sédiments d’un ancien lac dans les gorges d’Olduvai, sur le versant ouest de la vallée du Rift, au nord de la Tanzanie. Ce lieu qui fait l’objet de recherches depuis 1931, est parfois considéré comme le berceau de l’humanité, en raison des nombreux témoignages de la présence de groupes humains préhistoriques dans cette région.

5 ou 6 changements d’environnement en 200 000 ans

“Le paysage dans lesquels les premiers hommes vivaient ont basculé rapidement de la forêt fermée à la prairie ouverte de 5 à 6 fois au cours d’une période de 200 000 ans”, indique Clayton Magill.  “Ces changements se sont produits de façon très brusque avec des transitions ne durant que quelques centaines ou quelques milliers d’années”, précise-t-il. Pour Katherine Freeman, la principale hypothèse suggère que les changements provoqués chez l’homme par l’évolution pendant ces périodes sont liés à cette modification constante de leur environnement et a un important changement climatique. “Alors que certains pensent que l’Afrique a subi un ”grand assèchement” progressif et lent pendant 3 millions d”années, les données que nous avons recueillies montrent une absence de progression vers la sécheresse et, au contraire, un environnement extrêmement variable”, déclare-t-elle. Des périodes humides longues auraient alterné avec des périodes plus sèches.

La vie est plus difficile dans les périodes de changement que dans celles de stabilité. Clayton Magill note que de nombreux anthropologues considèrent que ces modifications de l’environnement pourraient avoir déclenché des développements cognitifs. Le bon sens conduit à la même conclusion. Soumis à des situations nouvelles, toutes les espèces vivantes doivent relever le défi : s’adapter ou disparaître. L’homme étant toujours là, il n’est pas incongru de penser… qu’il s’est adapté.

Plusieurs passages de la forêt à la prairie

“Les premiers humains ont dû passer d’une situation où ils ne disposaient que d’arbres à une autre où ils n’avaient plus que de l’herbe en seulement 10 à 100 générations et ils ont donc été conduit à modifier leur régime en conséquence”, indique Clayton Magill. Changement de nourriture disponible, changement de type de nourriture à manger, changement de façon d’obtenir la nourriture, autant de puissants déclencheurs de l’évolution. Seuls les plus malins, comme d’habitude, ont survécu. Sans doute grâce à un cerveau plus gros et, donc, à des capacités cognitives supérieures, ainsi que des modes de locomotion nouveaux et des organisations sociales différentes. “Nos données sont cohérentes avec ces hypothèses. Nous montrons que les variations rapides de l’environnement coïncident avec une période importante de l’évolution humaine lorsque le genre Homo est apparu pour la première fois avec les premières preuves de l’usage d’outils”, explique le chercheur.

Pour parvenir à ces conclusions, l’équipe de scientifiques a analysé la matière organique, les microbes et les autres organismes piégés dans les sédiments depuis 2 millions d’années dans les gorges d’Olduvai. En particulier, ils se sont intéressés à certains biomarqueurs, des molécules fossiles provenant du revêtement en cire des feuilles qui survit particulièrement bien dans les sédiments. Ensuite, la chromatographie gazeuse et la spectrométrie de masse leur ont permis de mesurer l’abondance relative des types de cires liés à différents isotopes du carbone. Ils ont ainsi pu détecter les transitions entre les environnement riches en arbres et ceux où seule l’herbe subsistait.

Sur une période de deux millions d’années, de nombreux facteurs interviennent. Comme l’évolution de l’orbite de la Terre qui influence les régimes de mousson en Afrique ou les durées d’ensoleillement qui agissent sur la circulation atmosphérique et l’apport en eau. Autant que paramètres dont les chercheurs ont dû tenir compte dans leurs modèles mathématiques.

Cela nous rappelle quelque chose…

Un tel travail nous ramène forcément à la situation que nous sommes en train de vivre aujourd’hui même. Nous aussi sommes confrontés à un changement climatique rapide. De nombreuses espèces vivantes en font et en feront les frais, faute de capacités d’adaptation suffisantes. Et l’homme ? Le réchauffement climatique actuel est le premier dont l’humanité a conscience pendant qu’il se produit. Pour la première fois, l’homme a même la sensation de pouvoir agir sur ce phénomène auquel son activité sur Terre contribue. Mais cela changera-t-il quelque chose ? Pourrons-nous prolonger la période climatique stable qui a prévalu sur la planète pendant la révolution industrielle ? Ou bien faut-il nous préparer à évoluer pour nous adapter ?

Michel Alberganti

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Chasing Ice : la plus extraordinaire formation d’iceberg jamais filmée

Après l’Antarctique, dont la partie ouest se réchauffe à grande vitesse, voici l’Arctique et le Groenland qui a, lui aussi, fait parlé de lui en 2012, surtout en juillet avec des records de surface de fonte de sa calotte glaciaire. Le 14 décembre 2012, le documentaire Chasing Ice du réalisateur Jeff  Orlowski est sorti sur les écrans… en Angleterre. Auparavant, il avait été diffusé aux États-Unis et avait été sélectionné au festival Pariscience d’octobre 2012 à Paris. Ayant eu l’honneur de faire partie du jury cette année, je l’avais défendu, sans succès. Il vient de remporter le prix du meilleur documentaire aux Satellite Awards de l’International Presse Academy.

Des photos prises pendant des mois sur plusieurs années

Chasing Ice n’a pas que des qualités. Il est trop long, 80 minutes, et trop axé sur un personnage, James Balog, photographe américain qui s’est pris de passion pour le réchauffement climatique et, en particulier, son impact sur le Groenland. Pour démontrer la réalité de ce phénomène, le photographe a consacré plusieurs années à photographier, à l’aide d’appareils installés pendant des mois en différents points du Groenland, l’évolution des glaciers. Il a ainsi pu enregistrer avec précision leur perte de volume au fil du temps comme le montrent ces images prises à trois années d’intervalle :

Le documentaire relate, avec moult détails, les préparatifs des expéditions, la réalisation et l’installation des boitiers de protection contenant les appareils photo ainsi qu’un système spécialement conçu pour ces missions de time-lapse, c’est à dire de prise de vue automatique à intervalle de temps donné. Les difficultés de réalisation n’ont pas manqué dans un environnement aussi hostile. Soumis au froid… polaire, aux vents extrêmes et à de longs mois d’abandon avec les problèmes de durée de vie des batteries, les appareils ont souvent été arrachés par les tempêtes et détruits. A force d’obstination, James Balog a fini par obtenir les images qui montrent la fonte rapide des glaciers.

Comme si l’île de Manhattan s’effondrait

Mais il voulait aussi filmer la fragmentation des icebergs, appelés “vêlage” ou calving en anglais, c’est à dire, littéralement, la mise bas. Mais là, pas question d’abandonner une caméra en fonctionnement pendant des mois. L’équipe du film s’est donc postée, pendant de longues semaines, dans l’attente d’un événement… Au bord du découragement, ils ont finalement été largement récompensés par la plus extraordinaire fragmentation jamais filmée. Pas moins de 7,4 km3 de glace se sont lentement effondrés devant les objectifs pendant 75 minutes. A peu près la taille de l’île de Manhattan s’est ainsi détachée du glacier d’Ilulissat. Un spectacle grandiose et apocalyptique que, espérons le, vous pourrez, un jour, voir sur les grands écrans de cinéma ou de la télévision française. Faute d’une programmation annoncée, en voici l’extrait le plus spectaculaire diffusé sur le site du journal The Guardian à l’occasion de la sortie du film en Angleterre. A recommander aux climatosceptiques qui, souvent dans les commentaires de ce blog, sont persuadés que la température de la Terre n’augmente plus depuis 20 ans…

Michel Alberganti

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L’ouest de l’Antarctique se réchauffe beaucoup plus vite que prévu

Le doute semble levé. L’Antarctique, lui aussi, se réchauffe plus rapidement que prévu. Tout du moins, un point chaud apparaît dans sa partie ouest avec des températures très supérieures à celles des autres régions du continent. Dans l’article publié le 23 décembre dans la revue Nature Geoscience, David Bromwich de l’université de l’Ohio et son équipe déclarent, à la suite d’une analyse des données relevées par la station de Byrd :

“Les enregistrements révèlent une croissance linéaire de la température annuelle entre 1958 et 2010 atteignant 2,4°C (+/- 1,2°C), ce qui établit que le centre de la région ouest de l’Antarctique est l’une des zones du globe dont le réchauffement est le plus rapide.”

Par rapport aux autres régions du continent, la partie ouest autour de la station de Byrd affiche une augmentation de température trois supérieure (+0,9°C contre +0,3°C sur la carte ci-dessus). Et si l’on compare les 2,4°C révélés par cette étude au réchauffement constaté sur le globe depuis le début de la révolution industrielle (+0,51°C), on constate que ce point chaud de l’Antarctique s’est réchauffé 5 fois plus au cours des 25 dernières années que le reste du globe pendant quelque 150 à 200 ans. C’est dire le niveau inquiétant atteint par cette zone.

Est-ce, pour autant, dangereux ? Après tout, il ne s’agit que d’une partie limitée de l’Antarctique. Eh bien, oui, cela pose problème en raison des quantités très importantes de glace stockées au pôle Sud. En 2009, la Nasa notait que cette partie ouest est particulièrement vulnérable au réchauffement parce que la calotte de glace repose que un sol se trouvant en dessous du niveau de la mer. “Si la calotte de glace de l’ouest de l’Antarctique fondait totalement, elle provoquerait une montée des eaux sur le globe comprise entre 5 et 6 mètres”, notait alors la Nasa. L’ordre de grandeur de ces chiffres est très différent de celui que nous avons enregistré jusqu’à présent. Les dernières estimations tablent sur une augmentation du niveaux des mers de 11 mm en 20 ans.

Il apparaît donc que la fonte des glaces des l’ouest Antarctique pourrait, à l’avenir, jouer un rôle majeur sur ce phénomène qui compte parmi les plus préoccupants en matière de conséquences du réchauffement climatique. Les nouveaux relevés devraient ôter un argument aux climatosceptiques qui citaient souvent la situation en Antarctique comme, contrairement à l’Arctique, une preuve d’une stagnation de la température du globe au cours des 20 dernières années. Désormais, il apparaît comme certain que les glaces des deux pôles fondent rapidement et qu’elles joueront, avec le phénomène de dilatation de l’eau des océans, un rôle prépondérant dans l’augmentation future du niveau des mers.

Michel Alberganti

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