Science

Une sonde de la NASA prête pour un réveillon historique

TAMPA — Objectif : Ultima Thule, à 6,4 milliards de kilomètres de la Terre. Une sonde de la NASA se rapproche à grande vitesse de cet objet céleste, le plus éloigné jamais étudié, qu'elle doit photographier la nuit du réveillon lors d'un survol à haut risque.

L'agence spatiale américaine marquera l'entrée dans la nouvelle année par un programme en direct sur son site Internet, à l'heure où la sonde New Horizons doit passer en trombe au dessus de cette relique glacée des débuts du système solaire.

Un film d'animation simulera le survol, prévu à 00h33 à Washington mardi. Il sera accompagné d'un morceau composé pour l'occasion par le guitariste de Queen, Brian May, qui est aussi titulaire d'un doctorat en astrophysique.

Impossible, en revanche, d'avoir des images en direct de la sonde. À cette distance, il faut plus de six heures pour qu'un signal envoyé de la Terre atteigne New Horizons, et autant pour qu'il revienne.

Mais si tout se passe bien, les premières images d'Ultima Thule devraient arriver sur Terre en début de soirée.

À l'approche de cette échéance, l'excitation montait dans l'équipe chargée de cette mission. «ON Y EST! Le survol arrive! @NewHorizons2015 est en pleine forme et en chemin! La plus lointaine expédition de l'Histoire!» a tweeté samedi le scientifique Alan Stern.

Attention à la vitesse

Ultima Thule se trouve dans la ceinture de Kuiper, un vaste disque cosmique reliquat de l'époque de la formation des planètes que les astronomes appellent parfois le «grenier» du système solaire.

Les scientifiques ne savent pas si ce corps céleste, découvert en 2014 par le télescope spatial Hubble, est rond, allongé, ni même s'il s'agit d'un unique objet ou d'un agrégat de matière. Ils ne sont plus sûrs de sa taille, l'estimant environ 100 fois plus petit que la planète naine Pluton.

Pour en avoir le coeur net, ils ont décidé d'envoyer New Horizons l'étudier, après que la sonde eut accompli en 2015 — neuf ans après son lancement — sa principale mission : envoyer des images extrêmement détaillées de Pluton.

Cette fois, «on va essayer d'avoir des images d'Ultima avec une résolution trois fois supérieure à celle utilisée pour Pluton», explique M. Stern. «Si on y arrive, ce sera spectaculaire.»

Mais la mission est dangereuse. New Horizons parcourt l'univers à 51 500 kilomètres par heure. À cette allure, si elle heurtait un débris aussi petit qu'un grain de riz, elle pourrait être détruite instantanément.

La sonde est censée s'approcher à 3500 km de la surface d'Ultima et le survoler à une vitesse de 14 km par seconde.

Île lointaine

Ultima Thule a été nommé ainsi d'après une île lointaine de la littérature médiévale. «Cela signifie "au delà de Thule" — au delà des limites connues de notre monde, pour symboliser l'exploration au delà de la ceinture de Kuiper», a expliqué l'agence spatiale dans un communiqué.

Découverte seulement dans les années 1990, cette ceinture se trouve à quelque 4,8 milliards de kilomètres du Soleil, au-delà de l'orbite de Neptune, la planète qui en est la plus éloignée.

«C'est la frontière de l'astronomie», souligne le scientifique Hal Weaver, de l'université Johns Hopkins.

«Nous avons finalement atteint les limites du système solaire», s'enthousiasme-t-il. «Ces choses sont là depuis le début et on pense qu'elles n'ont pas changé. On va vérifier.»

Malgré la paralysie partielle des administrations fédérales, à cause d'un bras de fer entre le président Donald Trump et l'opposition démocrate sur le financement d'un mur à la frontière avec le Mexique, la NASA — qui dépend des budgets fédéraux — a promis que son site serait alimenté.

Son administrateur Jim Bridenstine a également promis des nouvelles d'une autre sonde, OSIRIS-REx, qui doit se mettre en orbite autour de l'astéroïde Bennu la nuit de la Saint-Sylvestre.

Science

La lutte aux drones dans les aéroports est bien peu avancée

PARIS - Les technologies de lutte antidrones dans les aéroports sont encore balbutiantes, constatent les experts, alors que le temps presse face à la multiplication des incidents, à l’image de ce qui s'est passé à l’aéroport de Gatwick, près de Londres.

«Il n’existe pas de solution commerciale toute prête qui pourrait régler automatiquement tous les problèmes» liés aux survols des aéroports par des drones, a déclaré le ministre britannique des Transport Chris Grayling à la BBC, en ajoutant que ces technologies venaient «tout juste d’apparaître».

L’aéroport londonien de Gatwick a été contraint à l’arrêt la semaine dernière par de mystérieux drones disparaissant puis réapparaissant.

Ces dernières années, les incidents se sont multipliés : en 2016, l’Agence Européenne de la Sécurité Aérienne (AESA) en a recensé 1400 en Europe, contre 606 entre 2011 et 2015

En 2016, l’aéroport international de Dubaï a été obligé de fermer à trois reprises à cause de drones récréatifs qui risquaient d’entrer en collision avec de gros avions commerciaux. Un avion d’Air France a aussi croisé de très près un drone à 1600 m d’altitude à l’approche de l’aéroport de Roissy-Charles-de-Gaulle.

Dans le cas où un drone heurterait, ou serait aspiré par un réacteur d’avion, le principal risque viendrait de la batterie au lithium (un matériau très inflammable) de l’engin.

«Il n’est pas admissible que des drones puissent provoquer la fermeture une partie vitale de nos infrastructures nationales», a commenté vendredi Stewart Wingate, le directeur de l’aéroport de Gatwick, pressant l’ensemble des acteurs du secteur à répondre «rapidement» à ce «défi» pour l’aviation.

Une «équation impossible»

Les eurodéputés ont adopté des règles de sécurité communes à l’Union européenne pour l’utilisation de drones. L’UE est actuellement régie par des réglementations différentes selon les pays, mais elles doivent recevoir l’aval formel des ministres européens avant d’entrer en vigueur.

En France, la Direction générale de l’aviation civile (DGAC) a mis au point une carte interactive des zones de restrictions et d’interdictions, dont les aéroports, pour l’usage des drones.

Des expérimentations de systèmes antidrones sont en cours dans quelques grands aéroports dans le monde, selon Lucas Le Bell, le fondateur de Cerbair, une start-up spécialisée dans la lutte contre les drones.

À l’aéroport parisien de Roissy-CDG, un système de protection à longue distance contre les drones malveillants est ainsi en cours d’évaluation.

Mais dans un environnement aéroportuaire bruyant, hyper-sensible en termes de sûreté et saturé au niveau des communications, la lutte antidrones est un véritable défi technologique.

Les technologies de détection existent - par des moyens radar, optique, acoustique ou encore de radiofréquences - mais une fois l’engin repéré, se présente le problème des moyens de neutralisation (par brouillage des fréquences par exemple). Ces moyens sont interdits dans les pays développés - sauf dérogation - en raison de leur dangerosité et de leur complexité.

«En réalité, c’est un peu une équation impossible», explique M. Le Bell. «La neutralisation par lasers, canons anti-aériens, aigles, toutes ces mesures-là, en réalité, c’est de la science fiction. Il est impossible de les déployer sur un aéroport, un site sensible ou dans un environnement urbain avec toute la complexité que ça représente», ajoute-t-il.

Pour le repérage, selon M. Le Bell c’est l’utilisation de l’analyse radio-fréquence qui domine le marché. «Elle consiste à écouter les communications ambiantes et à se concentrer sur les plages de fréquences utilisées par les drones», précise-t-il.

«C’est la seule qui permette, non seulement de détecter et localiser un drone, mais aussi le pilote», au moment même où il va allumer sa radio-commande», ajoute-t-il.

Mais le problème est le temps de réaction pour intercepter un engin qui vole à 60 km/h, en ligne droite et en s’affranchissant de tous les systèmes de sécurité.

Un programme d’aigles intercepteurs de drones a également été mis en oeuvre sur la base aérienne 118 de Mont-de-Marsan, inspiré d’une expérience aux Pays-Bas.

Mais l’ambition du programme pourrait être réduite, à la suite d’un incident au printemps avec un des rapaces, qui a blessé une fillette, attiré par le gilet qu’elle avait serré autour de sa taille et qu’il avait pris pour un drone.

Science

L'énigme du diamant

LA SCIENCE DANS SES MOTS / Le 26 juillet 1771, devant une nombreuse assemblée de savants et de joailliers, le célèbre chimiste académicien Pierre-Joseph Macquer place dans un fourneau à porcelaine de la manufacture de Sèvres un diamant que lui a donné l’écuyer du roi, Charles-Théodore Godefroy de Villetaneuse, et il chauffe. Le diamant vire au rouge éclatant puis disparaît entièrement : «il n’en restoit plus le moindre vestige», précise le registre de l’Académie des sciences. Bref le diamant est combustible.

Ce n’est pas à proprement parler une découverte : depuis près d’un siècle dans les académies de Londres et de Florence, comme à Paris au Jardin du Roy, on avait porté du diamant à haute température, mentionné des vapeurs et noté qu’il ternit, se dépolit, perd du poids puis se dissipe. Néanmoins, que « la plus dure de toutes les productions de la nature 2 » puisse ainsi se volatiliser, cela reste difficile à croire. Son nom, dérivé du grec adaman : indomptable, dit sa résistance à l’usure du temps comme à toute tentative pour le briser. C’est pourquoi le diamant est un symbole de pureté et de durabilité, une promesse d’alliance capable de résister à tous les assauts du temps comme aux vicissitudes de la fortune. Ne dit-on pas que «les diamants sont éternels» ?

Alors pourquoi les savants s’obstinent-ils à détruire cette pierre rare et précieuse ? L’étrange comportement du diamant pique la curiosité du tout-Paris : des bourgeois et des nobles qui possèdent un cabinet de curiosités offrent diamants et pierres précieuses pour les soumettre au feu et viennent grossir la foule des spectateurs — géologues, chimistes, joailliers et bijoutiers — aux expériences menées à l’Académie royale des sciences. La nature du diamant devient une question vive dans les communautés savantes de toute l’Europe durant les deux dernières décennies du siècle des Lumières.

Elle mobilise des talents, quelques diamants sacrifiés à la science, et un gros instrument : le miroir ardent fabriqué en Allemagne en 1702 par Walther von Tschirnhaus pour le duc d’Orléans, puis donné au comte d’Onsembray, qui l’a légué à l’Académie royale des sciences de Paris en 1752. Il s’agit d’une énorme lentille biconvexe de 33 pouces de diamètre pesant 160 livres, doublée d’une seconde lentille pour raccourcir et concentrer le foyer et dotée d’un mécanisme permettant de suivre le mouvement du soleil (figure 4). Un tel instrument permet des expériences spectaculaires. L’enjeu est d’exposer le diamant au feu intense du soleil concentré sur le foyer de la lentille, donc de le soumettre à l’épreuve d’un feu «pur», c’est-à-dire sans charbon. Macquer, Lavoisier et Louis-Claude Cadet de Gassicourt montent une série d’expériences pour démêler s’il s’agit vraiment d’une volatilisation ou d’un autre phénomène.

Les joailliers habiles dans l’art de tailler et cliver les diamants ont l’habitude de les soumettre à un feu violent pour éliminer les défauts, sans pour autant les volatiliser. L’un d’eux, Maillard, n’hésite pas à disposer ses huit diamants, soigneusement emballés avec de la poudre de charbon dans une pipe bien lutée, à l'intérieur du four de Macquer. Après plusieurs heures de chauffage, «les huit diamants avoient encore leurs facettes, leur poli, en un mot, ils étaient tels qu’avant l’opération». À la séance publique de Pâques 1772 à l’Académie, Lavoisier suggère que «cette singulière substance n’est pas véritablement volatile comme on le pensait» mais, qu’au contact de l’air, il se produit quelque chose comme une combustion. L’intervention de l’air suggère, en effet, qu’il pourrait s’agir d’une combustion, ce phénomène que Lavoisier a justement entrepris d’étudier à l’aide d’une balance, en faisant le compte des entrées et des sorties.

En 1773, Macquer, Lavoisier, Cadet et Brisson lancent une nouvelle campagne d’expériences pour détecter, puis analyser l’air qui pourrait se dégager de cette combustion. Ils utilisent un appareil comme celui de Hales et convoquent une foule de collaborateurs car il faut beaucoup de mains pour placer les substances, manipuler la lentille, observer, noter, et dicter sous une lumière éblouissante et par une chaleur intense les changements de couleur, d’odeur, recueillir les fumées puis les analyser. C’est ce qu’on appelle aujourd’hui de la Big Science. La mobilisation de toutes ces ressources suffit-elle à percer la nature du diamant ?

En 1776 Lavoisier publie un mémoire sur le diamant, d’où il résulte que : le diamant est un corps combustible ; qu’il brûle à l’air libre avec une flamme lumineuse ; que le volume de l’air diminue ; et que les vapeurs produites par le diamant se rapprochent de l’air fixe que dégage la combustion du charbon. De plus, lorsque la chaleur n’est pas trop vive et que l’air ne se renouvelle pas, « le diamant se réduit en une matière noire et charbonneuse ». Lavoisier estime que la matière charbonneuse qui recouvre le diamant provient d’impuretés ou de corps environnants.

Perplexes, les académiciens accusent l’instrument. Ils déclarent qu’il leur faut une lentille plus puissante pour percer l’énigme et placent leurs espérances dans une grande loupe à alcool de quatre pieds de diamètre alors en construction pour Jean Charles de Trudaine. Ainsi la question engage-t-elle la communauté savante dans une course à la performance des instruments qui attire certes les curieux, mais exclut les amateurs de la recherche expérimentale. Contrairement à ce qu’affirment la plupart des manuels de chimie, ni Lavoisier, ni Macquer ne parviennent à saisir la nature du diamant. Ils démontrent seulement sa combustibilité, qu’ils comparent à celle du charbon. Ces résultats décevants amènent l’Académie à se désintéresser de la question du diamant.

Mais Louis-Bernard Guyton de Morveau, chimiste et avocat au parlement de Dijon, reprend la question du diamant dans une longue et laborieuse série d’expériences menées de 1781 à 1807 grâce à quelques diamants récupérés sur un navire anglais pendant la guerre. Une partie de ces expériences est menée à l’École polytechnique créée sous la Révolution, où Guyton est professeur de minéralogie. C’est Guyton, et non Lavoisier, qui établit clairement que «le diamant est du pur carbone, la pure base acidifiable de l’acidecarbonique». Dès 1786, dans l’article «air» du Dictionnaire de chymie de l’Encyclopédie méthodique, Guyton déclare que si la combustion du diamant produit du gaz acide carbonique, et si ce produit a le même poids que l’air et le diamant qui ont disparu, alors «il n’y aurait pas moyen de se refuser à la conséquence que le diamant et le carbone sont deux êtres identiques». C’est l’une des toutes premières occurrences du mot carbone, en 1786.

Science

La naissance d’une (grosse) bordée

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Lorsque j'entends les prédictions météo, je me demande toujours comment on détermine les quantités de neige qui vont tomber sur une région donnée. Est-ce qu’on mesure l'épaisseur des nuages, ou leur couleur, ou est-ce que tous les nuages contiennent autant de neige ?», demande Louise Julien, de Beauport.

Ce n’est ni la couleur, ni l’épaisseur des nuages qui fait la hauteur d’une bordée de neige. En fait, il y a plusieurs «ingrédients», pour ainsi dire, qui entrent dans la «recette» des précipitations. D’abord, bien sûr, comme la neige est faite d’eau, il faut un air qui contient un minimum d’humidité. Ensuite, il faut que cette masse d’air humide soit contrainte d’une manière ou d’une autre de prendre de l’altitude, où il fait plus froid. Plus il fait froid, moins l’air est capable de contenir de vapeur d’eau, et c’est cette chute de température qui va forcer la vapeur d’eau à se condenser en flocons. Ce peut être un obstacle géographique qui pousse l’air vers le haut — ce n’est pas pour rien que l’endroit le plus neigeux au Québec est la forêt Montmorency, à côté du parc de la Jacques-Cartier, qui reçoit en moyenne 639 cm de neige par année. Mais c’est aussi souvent la rencontre de deux masses d’air différentes, une chaude et une froide, qui en amène une à passer par-dessus l’autre.

Ce qui crée, selon la saison, de la pluie ou de la neige, c’est ça. Mais ce n’est là que le principe général. Pour comprendre ce qui fait la différence entre une fine couche de neige et une lourde bordée qui prendra 2 heures à pelleter, il faut entrer dans les détails.

D’abord, indique Alexandre Parent, météorologue à Environnement Canada, l’origine des nuages est déjà un indice. Une dépression venant «de l’Alberta donnera en général entre 5 et 10 cm de neige folle car ces dépressions ne comportent pas beaucoup d’humidité. Par contre, une dépression en provenance du sud des États-Unis ou encore un développement le long de la côte-est américaine aura un potentiel beaucoup plus élevé de neige car ces systèmes contiennent beaucoup plus d’humidité (Golfe du Mexique et Gulf Stream de l’Atlantique comme sources)».

Ensuite, la vitesse à laquelle la masse d’air humide prend de l’altitude va jouer sur l’intensité des précipitations : plus elle s’élève rapidement, plus la neige (ou la pluie, parce que cela vaut pour toutes les précipitations) tombera dru. Il en est ainsi parce que quand l’air monte moins rapidement, il change de température plus lentement, la condensation se fait plus lentement elle aussi et la poche d’air se décharge donc de son humidité plus graduellement — une partie de la neige tombera alors plus loin.

Une différence de température plus grande entre deux masses d’air qui se rencontrent va favoriser une ascension rapide, dit M. Parent. Il peut y avoir aussi une instabilité atmosphérique (à cause de certaines conditions de température et de pression en altitude) qui favorise une élévation rapide. Notons ici que ces mouvements verticaux d’air sont beaucoup plus rapides en été (typiquement autour de 15 km/h) qu’en hiver (autour de 3 km/h) ; c’est en grande partie pour cela, d’ailleurs, que les orages électriques sont si rares en hiver, mais je digresse...

Enfin, ajoute M. Parent, il existe «une difficulté additionnelle avec les prévisions d’accumulation de neige : la densité de la neige. La grande majorité des modèles météo appliquent un rapport de 1 pour 10 entre l’équivalent en eau et la neige [10 mm de pluie = 10 cm de neige, ndlr]. Par contre, les mesures terrain montrent que ce ratio peut varier entre 1 pour 4 et 1 pour 30 !»

Ainsi, les flocons de type dendritique, soit les flocons «classiques» à six branches qui se forment dans un air sursaturé d’humidité à des températures de 0 à -3°C environ (ou alors entre -10 et -20 °C), ne forment pas des bordées compactes, en tout cas beaucoup moins que les flocons en forme d’aiguilles ou de plaquettes qui prennent forme dans un air plus sec et/ou plus froid. Et cela peut bien sûr jouer sur le nombre de centimètres de neige qui au sol.

Autres sources :

- National Weather Service, What causes bands of heavy snowfall ?, s.d., https://bit.ly/2DRjJyU

- Kenneth G. Libbrecht, «A snowflake primer», Snow Crystals, s.d., https://bit.ly/2I9jJYG


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Précision

Dans ma chronique du 18 novembre dernier, j’ai rapporté les résultats d’un vaste essai clinique paru cet automne dans le New England Journal of Medicine, qui concluait que les suppléments de vitamine D et d’huile de poisson n’avaient pas d’effet protecteur contre le cancer et les maladies cardiaques. C’était bien là la conclusion de cette étude (et celle de plusieurs autres travaux sur les suppléments alimentaires), mais quelques médecins m’ont écrit depuis pour me signaler que cet essai clinique portait sur la population en général. Or il existe des études qui montrent que pour certaines clientèles à risque, de forte doses d’oméga-3 ont bel et bien un effet préventif contre les accidents cardiaques, et j’aurais dû inclure cette nuance dans mon texte — toutes mes excuses. Dans tous les cas, avant de commencer ou d’arrêter de prendre des suppléments alimentaires, mieux vaut consulter son médecin, surtout si l’on se sait à risque.