Science

Les bateaux qui ne pèsent «rien»

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «J’ai toujours cru qu’un ascenseur à bateaux soulevait le même poids, qu’il y ait ou non un bateau dans le bassin, si on en croit le principe d’Archimède. Mais mon entourage, lui, reste dubitatif. Alors qui a raison : eux ou moi?» demande Pierre Gendron, de Québec.

Archimède de Syracuse (287-212 av. J-C) n’était, comme on disait dans les quartiers chics de la Rome antique, pas exactement un deux de pique. Souvent décrit comme le plus grand mathématicien de l’Antiquité — on s’excuse, M. Pythagore —, on lui attribue généralement l’invention de la «vis d’Archimède» (une pompe à eau), des travaux importants sur les leviers et les poulies ainsi que nombres d’avancées mathématiques, notamment l’application de concepts qui préfiguraient le calcul infinitésimal (qui ne sera pas formellement «inventé» avant le XVIIe siècle).

Et on lui doit aussi le célèbre «principe d’Archimède», qui peut se comprendre à peu près comme suit. Si l’on place un bateau dans un bassin, sa partie inférieure sera immergée — c’est son «tirant d’eau». Cela implique forcément que lorsque le bateau arrive dans le bassin, il déplace de l’eau. Mais combien d’eau, exactement?

La réponse à la question de M. Gendron est précisément là. Et elle n’est pas très compliquée : il n’y a qu’à se demander quelle force «pousse» sur le bateau et déplace ainsi un certain volume d’eau. C’est la gravité, bien entendu, qui est la seule force à l’œuvre ici. Ce qui signifie tout simplement qu’en entrant dans l’eau, un corps déplace une quantité d’eau égale à son propre poids. Grosso modo, c’est ce que nous dit le principe d’Archimède.

Les «ascenseurs» à bateau sont essentiellement des bassins que l’on remplit d’eau pour soulever les embarcations, et que l’on vide pour les descendre. Imaginons ainsi une écluse qui aurait besoin, à vide (sans bateau), d’être remplie de 50 tonnes d’eau pour atteindre le niveau désiré. Si on y faisait entrer un bateau qui pèserait, disons, 1 tonne, alors il n’y aurait besoin que de 49 tonnes d’eau pour atteindre ce niveau, puisque l’embarcation prendrait la place de la tonne restante. Mais au total, le poids contenu dans le bassin serait le même, soit 49 + 1 = 50 tonnes.

Bref, n’en déplaise à ses amis et/ou sa famille, c’est M. Gendron qui a raison.

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«Nous recevons beaucoup d’informations sur le réchauffement des températures en raison des gaz à effet de serre. Mais je me demandais : la perte de chaleur des moteurs à combustion a-t-elle une incidence sur la température globale? Si ma mémoire est bonne, cette perte représente environ 70 % de l’énergie consommée, alors au nombre de moteurs qu’il y a sur Terre, est-ce que ça peut faire une différence?» demande Alexandre Descôteaux, de Saguenay.

Il est vrai qu’une faible partie de l’énergie consommée par un moteur de voiture est transformée en mouvement — entre 20 et 30 %, selon le cas. Mais ce n’est pas une donnée pertinente, ici, car toute cette énergie finit éventuellement en chaleur, à cause du frottement avec l’air, avec la route, entre les pièces de l’auto, etc. Alors partons plutôt du principe que tout le pétrole extrait du sol est éventuellement transformé en chaleur, et faisons un petit calcul.

La demande mondiale de pétrole est de 99 millions de barils par jour, d’après les plus récentes données de l’Agence internationale de l’énergie. Sur un an, cela représente environ 2,2 x 1020 joules (220 milliards de milliards de joules) de chaleur — la joule étant la petite quantité d’énergie qu’une ampoule de 100 W brûle en 1 centième de seconde.

Cela peut sembler énorme, à première vue, mais il faut savoir que la Terre reçoit en moyenne 240 joules par mètre carré et par seconde en énergie solaire. Sur un an, cela fait une somme de 3,9 x 1024 joules. Ou si l’on préfère : la chaleur que l’on obtient en faisant brûler tout le pétrole consommé en une année équivaut à 0,006 % de l’énergie que la planète reçoit du Soleil.

Et encore, comme la Terre ne fait pas que recevoir de l’énergie, mais qu’elle en perd continuellement aussi sous forme de rayonnement infrarouge, cette chaleur ne fait que passer, pour ainsi dire, elle ne s’accumule pas dans l’atmosphère.

Non, c’est bien l’effet de serre qui est responsable des changements climatiques que nous traversons. En fait, le climatologue de l’Université du Michigan Mark G. Flanner a déjà fait l’exercice d’intégrer toutes les sources de chaleur anthropiques — donc non seulement le pétrole, mais aussi le gaz, le charbon, etc. — aux modèles climatiques actuels, histoire de voir si cela «pesait» bien lourd. Et ses conclusions, publiées en 2009 dans les Geophysical Research Letters, sont très claires : même en tenant compte de l’ensemble de la chaleur créée par l’être humain, cela ne représente qu’environ 1 % du réchauffement actuel.

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Vous vous posez des questions sur le monde qui vous entoure? Qu’elles concernent la physique, la biologie ou toute autre discipline, notre journaliste se fera un plaisir d’y répondre. À nos yeux, il n’existe aucune «question idiote», aucune question «trop petite» pour être intéressante ! Alors écrivez-nous à : jfcliche@lesoleil.com

La maladie de Lyme peut-elle être «chronique»

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Je me questionne au sujet de la maladie de Lyme après avoir lu des articles qui parlaient de gens atteints depuis des mois, voire des années, et qui continuaient d’être malades même si les tests de dépistage utilisés au Canada ne détectaient rien. Je croyais que la «maladie de Lyme chronique» était une théorie qui avait été réfutée. Alors qu’en est-il ?», demande Nadine Blanchette, de Longueuil.

La maladie de Lyme s’attrape lorsque quelqu’un se fait piquer par une «tique à pattes noires», aussi connue sous le nom de «tique du chevreuil», parce que le cervidé est son hôte de prédilection. Elle n’est toutefois pas «difficile» : ses larves attendant patiemment dans la végétation qu’un animal (primates compris) passe afin de s’y accrocher. Lorsque la tique est elle-même infectée par une bactérie nommée Borrelia burgdorferi, elle la transmet à son hôte et c’est à ce moment que la maladie de Lyme se développe.

Les premiers symptômes apparaissent entre 3 et 30 jours après la piqûre — rougeurs autour du site pouvant s’accompagner de fièvre, fatigue, maux de tête et/ou de raideurs. Si rien n’est fait, ces symptômes peuvent empirer, voire dégénérer en méningite, en paralysie d’un côté du visage et en palpitations cardiaques, entre autres. Bref, c’est pas jo-jo…

La bonne nouvelle, cependant, c’est que les infections bactériennes se traitent généralement très bien avec des antibiotiques, et que maladie de Lyme n’y fait pas exception. Selon le patient et les symptômes, les médicaments peuvent changer, mais les résultats sont généralement «excellents», lit-on dans un article paru en 2014 dans la revue médicale Pediatrics in Review.

Maintenant, il y a quand même des gens qui rapportent des symptômes persistant longtemps après qu’ils eurent terminé leur traitement avec succès —les tests de détection de B. burgdorferi s’avèrent négatifs. À cause de cela, certaines personnes concluent que les méthodes de dépistage sont inefficaces, du moins celles qui sont employées au Canada, mais il serait très étonnant que cela soit le cas, dit Karine Thivierge, cheffe du laboratoire de parasitologie de l’Institut national de la santé publique.

«On utilise les mêmes tests qu’aux États-Unis, assure-t-elle. (…) Alors quand on entend dans les médias que les tests américains sont meilleurs, il faut comprendre qu’on ne parle pas de tests offerts dans des cliniques universitaires. Là-bas, c’est privatisé, alors il y a des cliniques parallèles qui ne suivent pas les recommandation, ou qui ne suivent pas les guides pour interpréter les résultats.» Ces tests-là ne sont donc pas «meilleurs», ils sont au contraire moins bien appuyés par la science.

Et ceux dont on se sert ici sont très, très sensibles, ajoute Mme Thivierge. «Ce sont des tests sérologiques, donc ce qu’on détecte, ce sont les anticorps qui sont produits pour combattre la bactérie. Alors c’est sûr qu’au jour 1 de l’infection, ces tests-là ne sont pas très utiles, mais aux stades plus tardifs de la maladie, ils sont vraiment très efficaces», dit-elle. En fait, ils sont tellement sensibles que leur principal défaut est de produire des faux positifs, soit des résultats qui indiquent que la bactérie est présente alors qu’elle ne l’est pas. Pour cette raison, un deuxième test est requis afin de confirmer les résultats du premier, explique Mme Thivierge.

Plusieurs études ont quand même été faites sur des gens qui rapportaient des symptômes à long terme. Essentiellement, il s’agissait d’essais cliniques en bonne et due forme (randomisés, avec un groupe placebo, etc.) qui ont testé des antibiotiques sur des gens chez qui les symptômes persistaient bien après le traitement. Or même en choisissant soigneusement des antibiotiques dont la capacité de tuer B. burgdorferi était solidement démontrée, même en en choisissant qui pénètrent bien le système nerveux où la bactérie peut se réfugier, et même en essayant des traitements assez lourds — un de ces essais a testé 30 jours d’antibiotiques par intraveineuse, suivis de 60 jours d’antibiotiques oraux ! —, ces études n’ont trouvé pratiquement aucune amélioration des symptômes.

Cela, il faut le noter, ne signifie nullement que ces symptômes ne sont pas réels. Un certain nombre de cas ont été documentés par des médecins dont les patients, après un traitement qui a complètement éradiqué la bactérie, continuent de ressentir des symptômes dits «non spécifiques», qui n’impliquent pas une partie du corps en particulier et qui peuvent avoir bien des causes — de la fatigue et des douleurs musculaires ou articulaires, par exemple. Le phénomène porte même un nom dans la littérature scientifique : syndrome post-traitement de la maladie de Lyme.

On en ignore toujours la ou les causes, d’après le site de la santé publique américaine (CDC), mais il est clairement préférable de ne pas parler d’une forme «chronique» du problème. La maladie de Lyme est causée par B. burgdorferi, comme on l’a vu plus haut. Cette partie-là de l’histoire est prouvée mur à mur, absolument indubitable. L’idée d’une maladie de Lyme chronique implique que la bactérie est toujours présente dans l’organisme — et c’est précisément ce qui rend cette théorie très controversée, pour dire le moins. Car si des tests que l’on sait ultra-sensibles ne parviennent pas à la détecter, et si de lourds traitements avec des antibiotiques que l’on sait très efficaces ne donnent pas de résultats, alors il faut conclure que la bactérie n’est juste plus là, et que l’on n’a pas affaire à une forme de la maladie de Lyme.

Peut-être qu’un jour, on découvrira un endroit du corps où la bactérie se réfugie, à l’abri des médicaments. Peut-être… Mais d’ici là, il est préférable de parler de «syndrome post-traitement» plutôt que d’infection chronique.

Autres sources :

  • Eugene Shapiro, «Borrelia burgdorferi», Pediatrics in Review, 2014, goo.gl/4hYMUh
  • National Institute of Allergy and Infectious Diseases. Chronic Lyme Disease, 2015, goo.gl/ioqwcF
  • Center for Disease Control, «Post-Treatment Lyme Disease Syndrome», Lyme Disease, 2017, goo.gl/75ULTZ

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Chronique

Crache dans ce petit pot, je te dirai qui sont tes ancêtres

CHRONIQUE / «Depuis quelque temps une question me chicotte: est-ce que les tests d’ADN que l’on propose en publicité à la télé peuvent véritablement nous donner une idée sur nos origines allemande, italienne, amérindienne, etc. ? Ou n’est-ce qu’un autre attrape-nigauds?», demande Louise Desmarais, de Thetford-Mines.

Il existe des dizaines de tests différents sur le marché (souvent des tests de salive) et il est difficile d’avancer une réponse qui s’appliquerait également bien à tous et chacun d’eux. Mais de manière générale : non, ce n’est pas du toc, répond le chercheur de l’UQAC en génétique des populations Simon Girard. En fait, dit-il, la partie sur les origines des ancêtres est généralement plus solide que les prétentions médicales mises de l’avant par certains de ces tests. Voyons d’abord comment ça marche.

D’un point de vue chimique, notre ADN (acronyme d’«acide désoxyribonucléique») est une sorte de (très) longue chaîne composée de quatre «sortes» de molécules différentes — un peu comme si les maillons de la chaîne venaient en quatre couleurs différentes. Pour nos cellules, c’est une manière de conserver de l’information : nos gènes, essentiellement, sont des «recettes de protéines» que nos cellules «lisent» trois maillons à la fois. Et les combinaisons de «couleurs» de ces trios sont un code qui dit à la cellule quels «ingrédients» assembler et dans quel ordre pour fabriquer une protéine donnée.

Maintenant, quand nos cellules sexuelles recopient notre matériel génétique, il peut arriver que de petites erreurs aléatoires se glissent dans le résultat final : un maillon de couleur X est remplacé par un maillon de couleur Y, pour ainsi dire. Cela peut avoir des effets sur la santé (voire la viabilité) du porteur mais pas toujours, d’une part parce qu’une protéine peut avoir plusieurs variantes fonctionnelles, et d’autre part parce que la partie «recettes de protéines» ne représente que 2 % du génome (le reste n’est pas inutile, loin de là, mais ses fonctions demeurent en bonne partie obscures pour l’instant). Dans la mesure où cette mutation n’est pas trop délétère, elle pourra ensuite se répandre dans une population, de génération en génération.

Les généticiens appellent SNP (pour single-nucleotide polymorphism, prononcé «snip») ces petites variations sur un seul maillon et c’est de ces SNP dont les tests génétiques se servent pour retracer l’origine de nos ancêtres. Au lieu de séquencer tout le génome, ce qui serait trop coûteux pour ce genre de test, on assemble un grand nombre de SNP — jusqu’à quelques centaines de milliers dans le cas de compagnies comme 23andMe, ce qui à la fois beaucoup et peu quand on songe au fait que le génome humain compte autour de 3 milliards de «maillons».

En principe, n’importe quel SNP peut survenir dans n’importe quelle population mais, en pratique, ils ne sont pas uniformément répartis partout dans le monde. Ces tests d’ADN partent donc du principe qu’une personne qui a surtout des SNP plus répandus en Europe, par exemple, et peu de ceux qui sont fréquents en Asie, a bien plus de chances d’être européenne qu’asiatique.

«Avec cette information-là, avertit M. Girard, on n’est pas capable de prendre votre génome et de dire : Telle partie de vos gènes vient de France. Mais ce qu’on peut faire, c’est de comparer ça aux mêmes SNP de 100 Français, 100 Britanniques, 100 Africains, 100 Latinos, et ainsi de suite. Et quand on fait ça, là on peut dire qu’il y a, disons, 80 % de votre génome que vous partagez avec des Français, 15 % avec des Britanniques et ainsi de suite. Alors c’est assez fiable, mais il reste qu’on n’est pas dans des résultats qui ont une certitude absolue, au sens où rien ne nous dit que la partie qu’on associe au Français ne vient pas d’ailleurs, mais qu’on ne l’a pas encore documenté.»

D’une compagnie à l’autre, les résultats peuvent varier un peu parce qu’elles n’utilisent pas les mêmes point de comparaison, pas tout à fait les mêmes «populations de référence», si l’on préfère. Certaines compagnies peuvent aussi avoir, jusqu’à un certain point, des sortes d’«angles morts», c’est-à-dire des régions du monde au sujet desquelles elles n’ont pas beaucoup d’information. Cela peut être problématique pour des gens qui ont des racines africaines : comme l’Afrique est le berceau de l’humanité, les SNP s’y accumulent depuis beaucoup plus longtemps qu’ailleurs. À un point tel d’ailleurs que, dans certains cas, une population africaine donnée peut être plus éloignée génétiquement d’une autre population du même continent que d’une population européenne ou asiatique !

Par ailleurs, dit M. Girard, la valeur médicale de ces tests n’est pas particulièrement bien établie. Sans dire qu’elle est nulle, il faut rappeler que le gouvernement américain a interdit en 2013 à la compagnie 23andMe de vendre ses «kits» médicaux. L’entreprise pouvait seulement offrir des tests généalogiques parce que la valeur médicale de ses informations n’était pas bien établie, et parce que les autorités américaines craignaient que les gens interprètent eux-mêmes leurs informations.

L’interdiction a été levée en 2017, mais il demeure que ces informations peuvent être un brin délicates à interpréter. «Moi même, témoigne M. Girard, j’ai failli me laisser prendre quand j’ai fait un test comme ça, récemment, même si je suis un spécialiste. Le test m’est revenu avec un gros voyant rouge [à côté d’un risque pour un cancer particulier], et c’était écrit «14 %». D’emblée, j’ai pensé que j’avais un risque de 14 % de développer ce cancer-là, mais c’était en fait un risque relatif : s’il y a 1 chance sur 1000 de l’avoir, alors ça veut juste dire que je suis à 1,14 / 1000.»

Bref, ces tests fournissent des informations bien intéressantes, mais qu’il faut parfois prendre avec des pincettes.

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Chronique

Des jumeaux pas du même âge?

CHRONIQUE / «Vous avez sûrement entendu parler du scénario dans lequel un jumeau demeure sur la Terre tandis que son frère quitte à bord d’un vaisseau filant à, disons, 10% de la vitesse de la lumière. Ce dernier revient sur Terre 20 ans plus tard. Il a bien entendu vieilli de 20 ans, mais son frère resté sur Terre est beaucoup plus âgé que lui — ou même mort si la vitesse du vaisseau et/ou la durée du voyage sont plus grandes. J’ai cherché une explication sur le web pour, mais je n’en trouve pas. Pouvez-vous m’expliquer de quoi il s’agit», demande Stephen Pilotte, de Montréal.

En biologie, il est évidemment impossible, par définition, que deux jumeaux soient d’âges différents. Mais d’un certain point de vue, on peut dire qu’en physique, ça se peut — du moins, théoriquement.

Imaginons que M. Pilotte se tienne debout sur le quai d’une gare. Un train passe devant lui à 100 km/h avec, à son bord, un enfant qui s’amuse à lancer une balle en l’air et à la rattraper. Aux yeux de l’enfant, la balle ne fait que monter et descendre, à peu près à la verticale. Mais M. Pilotte qui observe la scène, lui, ne voit pas la même chose. Il est immobile alors que le train file (et la balle aussi) si bien qu’à ses yeux, la balle a la même trajectoire que si quelqu’un l’avait lancée vers l’avant, et non vers le haut.

Maintenant, figurons-nous un scénario semblable, mais à une tout autre échelle. Au lieu d’un train, M. Pilotte regarde un vaisseau qui voyage, disons, à la moitié de la vitesse de la lumière, soit 150 000 kilomètres par seconde. Et au lieu d’une balle qui monte et descend, l’enfant s’amuse à actionner un laser vers le haut, vers un miroir qui le réfléchit tout de suite vers le bas.

Au yeux de l’enfant, encore une fois, la lumière ne fait rien d’autre que monter et descendre à la verticale (en supposant bien sûr qu’il ait de très, très, très bons yeux capables de voir la lumière voyager). À cause de l’extrême vitesse du bolide, M. Pilotte voit de nouveau une trajectoire différente, soit une sorte de pointe de triangle, comme le montre le graphique ci-contre.

Et c’est ici que les choses se corsent. Le parcours en pointe de triangle implique qu’aux yeux d’un observateur immobile, le faisceau laser parcourt une plus grande distance que pour l’enfant à bord du vaisseau, le tout dans le même laps de temps. Ce qui signifierait forcément que du point de vue de M. Pilotte, sa vitesse totale est plus grande… si seulement c’était possible. Or ça ne l’est pas : le laser voyage déjà à la vitesse de la lumière aux yeux de l’enfant et il est physiquement impossible de voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Cela a été amplement démontré.

Sciences

Les tunnels d'Elon Musk: pas demain la veille

BLOGUE / Elon Musk a présenté un (autre) projet aux ambitions technologiques frôlant la folie, récemment, avec comme objectif de régler les problèmes de congestion de Los Angeles. Juste ça... Venant de n'importe qui d'autre, le projet ne serait rien de plus qu'un joli rêve éveillé, mais comme on avait dit ça à propos des fusées-réutilisables-qui-atterrissent-en-tandem-après-un-vol-spatial, on se contentera de dire : on verra. Mais dans l'intervalle, le magazine «Wired» vient de pondre une petite liste de questions fort éclairante pour quiconque veut se faire une idée des défis qui attendent M. Musk.

Essentiellement, M. Musk propose de creuser un réseau touffu de tunnels sous Los Angeles et d'y faire circuler des voitures pouvant accomoder 16 personnes — en plus de filer à 150 km/h — au coût absurdement modique de 1 $ le trajet. Mais il y a un petit hic : pour y parvenir, l'entreprise lancée par M. Musk, la bien nommée Boring Company, devra améliorer suffisamment les technologies actuelles de creusage pour, tenez-vous bien, couper par 10 les coûts de 1 km de tunnel et multiplier par 15 la vitesse de construction.

Sans dire que j'y crois (ni que j'ai envie de parier contre Musk), voici quelques-uns des points soulevés par Wired :

  • La Boring Company veut garder le diamètre de ses tunnels relativement petit. Cela peut aider beaucoup, selon les experts cités par Wired.
  • Musk veut automatiser la construction, un peu comme une chaîne de montage. Et sur ce point, les experts ne s'entendent pas sur les avantages à en tirer...
  • Une autre façon par laquelle la BC veut réduire les coûts est de transformer les rebuts de creusage et en faire des briques, que l'on pourrait ensuite vendre. Mais il s'agirait alors de briques dont la qualité ne serait pas aussi bien contrôlée que celles que l'on fabrique de nos jours, et donc pas particulièrement intéressante pour l'industrie de la construction, prévient Gary Brierley, un ingénieur civil qui a passé toute sa carrière dans la construction de tunnels.
  • Dernier point que je soulèverai ici, mais non le moindre : c'est une chose de bâtir des tunnels et d'y faire circuler des navettes à grande vitesse. C'en est une autre de le faire de manière suffisamment efficace pour transporter, potentiellement, des millions de personnes par jour. Faire monter et descendre les navettes dans les tunnels prendra du temps, et à seulement 16 personnes par voyage, les experts cités par Wired ont un peu de mal à saisir comment ce genre de système peut être intéressant à très grande échelle. De ce que je comprends, ou bien le système transformerait les embouteillages en longues files d'attente pour prendre la capsule (et on ne serait pas bien avancé), ou bien il faudrait construire un très, très grand nombre de points d'accès distribués partout sur le territoire afin d'éviter qu'un trop grand nombre de gens s'agglutinent en un même point, mais alors cela impliquerait un très grand nombre d'arrêts. À chaque fois, la navette devrait remonter jusqu'à la surface, puis redescendre dans les tunnels, ce qui ralentirait énormément le système, peut-être au point de lui faire perdre tout intérêt.

Bref, tant mieux si Musk remporte ce pari-là. Mais il semble qu'on est encore bien loin du compte...

Science

Auto vs avion: qui pollue le plus?

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «On veut augmenter le nombre de vols d’avion et diminuer la circulation automobile. Serait-ce que l’avion est moins polluant que l’automobile? J’en doute, mais le fait est qu’on parle beaucoup plus souvent de la pollution des automobiles que de celle des avions. Pourquoi?» demande Sylvie Jacques.

J’ignore si quelqu’un veut vraiment augmenter le trafic aérien, mais le fait est qu’il augmente rapidement. Alors voyons voir.

Imaginons que votre humble serviteur veuille se rendre à New York faire du tourisme. Normalement, il s’y rendrait en voiture pour économiser, mais supposons qu’il ait gagné à la loterie et qu’il n’ait plus, désormais, qu’à se soucier de son empreinte carbone. Lequel, de l’avion ou de la voiture, émettrait le moins de CO2?

Il existe plusieurs sites web qui estiment les émissions de CO2 pour un vol d’avion. Entre Québec et New York, les résultats varient d’un site à l’autre mais restent généralement dans la fourchette des 130 à 200 kg de CO2 pour un passager seul en classe économique.

Pour la voiture, le calcul est facile à faire. Le véhicule de votre chroniqueur favori consomme environ 8 à 9 l/100 km sur l’autoroute. (Oui, c’est beaucoup, c’est vrai, mais votre humble a connu une période où lui et sa conjointe se reproduisaient de manière, euh, un brin compulsive, alors il leur faut maintenant une grosse auto pour transporter toute la marmaille.) L’itinéraire le plus court entre la Vieille Capitale et la Grosse Pomme est de 836 km d’après Google Map, ce qui implique de brûler 75 litres d’essence. Et comme chaque litre d’essence émet 2,3 kg de CO2, d’après le site de Ressources naturelles Canada, on parle d’environ 170 kg de CO2.

C’est donc à peu près équivalent aux émissions du voyage en avion, mais il existe des véhicules beaucoup moins gourmands qu’une grosse Caravan. En outre, il faut noter que les émissions ne s’équivalent que si l’on présume que votre humble serviteur est parvenu à convaincre sa conjointe de rester à Québec avec les enfants pendant qu’il fait du tourisme seul à New York — ce qui, disons-le, est une perspective assez farfelue, merci. S’il s’agit de faire le voyage en famille, alors il faut compter 6 passagers, ce qui augmente d’autant la part du carburant de l’avion qu’il faut compter. Le voyage par les airs émettrait alors l’ordre de 900 kg de CO2 alors que prendre la route ne rejetterait toujours que 170 kg.

À l’échelle des choix individuels, donc, on peut dire que la voiture est généralement moins polluante que l’avion pour un trajet donné. Le hic, cependant, c’est que si l’on ne s’en tient qu’à cela, on a un portrait très incomplet de la situation. Nous prenons en effet la voiture beaucoup, beaucoup plus souvent que l’avion, et il y a beaucoup, beaucoup plus d’autos et de camions que d’avions en circulation. Alors en bout de ligne, à l’échelle sociétale, le transport routier reste plus polluant que l’aviation, et par une forte marge. En 2016, au Canada, les voitures et les camions légers (les VUS, essentiellement) ont rejeté dans l’atmosphère l’équivalent de 86,1 millions de tonnes de CO2. Le dernier bilan fédéral des gaz à effet de serre regroupe le transport de passagers en avion avec l’autobus et le train sans possibilité de les distinguer, mais de toute manière, même combinés, ces moyens de transport ne représentent pas 10 % des émissions du secteur automobile (7,5 Mt CO2).

Cela ne veut pas dire que l’aviation ne contribue pas au réchauffement climatique : dans l’ensemble, ce secteur a émis 630 millions de tonnes de CO2 à l’échelle mondiale en 2006. Par comparaison, notons que les émissions totales du Canada tournent autour de 700 millions Mt CO2. C’est donc dire que l’aviation est un gros émetteur — autant, et même plus que bien des pays entiers. Cela fait clairement partie du problème, d’autant plus que le nombre de gens qui prennent l’avion un peu partout dans le monde est en constante et rapide augmentation.

Mais quand on compare la pollution de ce secteur à celle de nos voitures et VUS, il est évident que le transport aérien n’est pas le problème principal, loin s’en faut.

***

«Il y a quelques temps, j’écoutais à l’émission de Catherine Perrin un reportage sur la découverte d’une constellation située à 3 milliards et demi d’années-lumière. Sachant la vitesse de la lumière, comment peut-on s’imaginer la distance représentée. Est-ce possible de voir aussi loin?» demande André Boies, de La Malbaie.

L’année-lumière est la distance que parcourt la lumière en une année. Comme la lumière voyage à 299 792,5 kilomètres par seconde et qu’il y a 31,5 millions de secondes dans une année, l’année-lumière mesure donc près de 9500 milliards de km.

Et si un objet est situé à 3,5 milliards d’années-lumière de nous, cela nous autour de 3300 milliards de milliards de km.

Maintenant, est-il «possible» de voir quelque chose à cette distance? À l’œil nu, c’est absolument hors de question : l’objet le plus distant que nous voyons dans le ciel est la galaxie d’Andromède, située à 2,5 millions d’années-lumière d’ici, donc de l’ordre de 1000 fois plus proche que ce dont il était question à l’émission de Mme Perrin — et encore, il faut vraiment la lumière combinée de ses milliards d’étoiles pour qu’Andromène soit observable à l’œil nu.

Mais avec les télescopes modernes, oui, il est tout à fait possible de «voir» à 3,5 milliards d’années. Pas plus tard que la semaine dernière, la revue Nature rapportait l’analyse de la lumière d’une galaxie située à 13,28 milliards d’années-lumière. Il a fallu non seulement un puissant radio-télescope, mais qu’en plus la lumière de cette galaxie soit magnifiée par un effet d’optique spécial (la gravité d’un amas de galaxies situé entre nous et l’objet lointain a déformé l’espace-temps de telle sorte que cela a un effet grossissant), mais on y est parvenu quand même.

Science

Jusqu'où peut voir l'œil humain?

CHRONIQUE / «J’ai une question qui me chicote depuis bien longtemps : lorsque debout, sur un terrain plat, nous regardons vers l’horizon, jusqu’à quelle distance pouvons-nous voir ? Est-ce que nos yeux sont équipés pour voir loin ? Et quels sont les facteurs qui limitent cette distance?» demande Martin Briand, de Lévis.

En principe, l’œil humain est «équipé» pour voir formidablement loin, mais cela varie selon la taille de ce qu’on regarde, le contraste par rapport aux environs et les circonstances du moment. Dans le noir, nous sommes capables de déceler une source de lumière à des millions d’années-lumière (littéralement!), pourvu qu’elle soit assez puissante. La preuve : l’objet le plus lointain que nous pouvons voir dans le ciel sans télescope est la galaxie d’Andromède, située à 2,5 millions d’années-lumière d’ici. Mais on parle ici de la lumière combinée de plusieurs milliards d’étoiles — pas le genre de source lumineuse qu’on rencontre souvent sur le plancher des vaches, disons…

Alors à quelle distance maximale pouvons-nous voir une chandelle, par exemple? Deux physiciens de l’Université Texas A&M ont récemment fait quelques petits calculs à ce sujet, en réaction à une publicité qu’ils avaient vue et qui affirmait que l’œil humain peut voir une chandelle à plus de 15 km.

Notons tout de suite qu’il faut être sur un promontoire afin de voir quoi que ce soit à pareille distance, parce que l’horizon est plus proche que cela. Comme je l’écrivais récemment, on peut en principe voir jusqu’à près de 5 kilomètres devant soit sur un terrain plat et dégagé. Au-delà de cette distance, les objets passent «sous l’horizon», pour ainsi dire : la courbure de la Terre nous empêche de les voir.

Mais supposons quand même que l’on grimpe assez haut pour voir à 15 km. L’intensité lumineuse diminue avec le carré de la distance — donc si la distance double, l’œil reçoît 22 = 4 fois moins de lumière, si la distance triple, l’intensité est divisée par 32 = 9, et ainsi de suite — et selon les calculs de ces deux physiciens, la lumière d’une chandelle ne peut tout simplement pas être vue à 15 km, loin s’en faut. C’est plutôt jusqu’à environ 2,5 km que l’on peut apercevoir une petite flamme en pleine nuit, ce qui est quand même déjà pas mal quand on y pense.

Cependant, ces calculs supposent des conditions atmosphériques idéales, ce qui n’est évidemment pas toujours le cas. Il y a toutes sortes de particules dans l’air qui peuvent bloquer une source lumineuse, ou «éparpiller» sa lumière dans toutes les directions — un phénomène nommé réfraction et qui peut affaiblir un signal lumineux. Les gouttelettes d’eau, par exemple, le font. Quand il y en a beaucoup, cela donne du brouillard. Quand il y en a relativement peu, leur effet ne se remarque que sur de grandes distances parce que, étant moins densément regroupées, il leur faut plus de profondeur pour devenir visibles à l’œil nu. Mais c’est à cause de l’humidité (et de fines particules dans l’air) que les montagnes apparaissent plus pâles quand elles sont loin. Remarquez, d’ailleurs, sur la photo ci-contre comment la dernière «rangée» de montagnes se confond presque complètement avec le ciel : c’est comme s’il y avait un «brouillard» très peu épais qui ne voilait que partiellement les objets — et encore, seulement les plus lointains.

Notons à cet égard que les différentes longueurs d’onde (les couleurs) ne sont pas toutes également susceptibles d’être réfractées, ce qui peut donner une teinte bleutée aux objets éloignés.

Dans des endroits très pollués, ce sont surtout les poussières et autres particules fines qui bloquent le plus de lumière. Une étude parue en 2013 a comparé la visibilité dans deux endroits de Taiwan, soit une grande ville (Taichung, 2,8 millions d’habitants) et un secteur rural. En moyenne, la visibilité tournait autour de 9,5 km à Taichung et entre 12 et 12,5 km en campagne. Dans tous les cas, cependant, la quantité de particules fines (2,5 microns et moins) dans l’air expliquait à peu près la moitié de la variabilité d’une journée à l’autre, l’humidité ne comptant que pour 10 à 20 %. Mais il faut dire que le secteur rural étudié était proche de Taichung et en aval des vents dominants.

Enfin, notons que l’œil humain est relativement bon pour voir de loin, mais qu’il est loin d’être le mieux «équipé», pour reprendre l’expression de M. Briand. Ce n’est pas pour rien qu’il existe une expression anglaise «avoir un œil d’aigle» (l’équivalent français, curieusement, est «œil de lynx» même si la vue du lynx n’a rien de spécial). J’ignore à quelle distance un aigle peut voir une chandelle, mais c’est certainement beaucoup plus que 2,5 km.

D’abord, les yeux d’un aigle sont presque aussi gros que ceux des humains même si ces oiseaux ne pèsent qu’environ 7 kilos. Ensuite, ce sont des cellules particulières dans nos yeux, nommées cônes (qui perçoivent les couleurs) et bâtonnets (vision en noir et blanc, mais plus sensibles), qui permettent de capter la lumière, et les aigles ont environ 1 million de cônes par millimètre carré, contre seulement 200 000/mm2 pour l’œil humain. En outre, on croit que la morphologie du centre de l’œil de l’aigle, plus profond que le nôtre, a un effet agrandissant que nous n’avons pas.

Chronique

L'eau claire peut-elle faire de l'ombre?

CHRONIQUE / «Quand j’ai vidé la piscine, l’automne dernier, en utilisant uniquement le drain de fond, il s’est créé un tourbillon. Or une chose m’a frappé : ce tourbillon-là a laissé une ombre au fond de la piscine. Pourtant, l’eau était très claire. Alors comment cela se fait-il? Est-ce que le mouvement de l’eau peut affecter la trajectoire de la lumière?» demande Luc Saint-Hilaire, de Lévis.

Ce qui s’est passé dans la piscine est un phénomène appelé réfraction. Quand la lumière passe d’un milieu à un autre dont la densité est différente, sa trajectoire se trouve à être déviée. Et c’est bien évidemment ce qui arrive quand la lumière quitte l’air, très peu dense (autour de 1,2 kg/m3), pour entrer dans l’eau, qui l’est environ 800 fois plus (997 kg/m3).

Lorsque la surface de l’eau est bien plane, cette déviation ne fait aucune ombre au fond de la piscine. Cela implique évidemment que les objets dans l’eau ne sont pas exactement là où ils apparaissent vu «de l’air» — ils sont un peu décalés parce que leur lumière est réfractée —, mais cela ne fait pas d’ombre. Cependant, explique le chercheur en optique Simon Thibault, de l’Université Laval, le tourbillon déforme la surface de l’eau et change localement l’angle de la réfraction. «La lumière [qui tombe sur le tourbillon] est déviée à des angles assez grands et dans des directions différentes. Ainsi cette lumière est envoyée à d’autres endroits [que le cercle d’ombre]. Comme la déformation de surface est plutôt petite (par rapport à la taille de la piscine), la quantité de lumière déviée est négligeable par rapport à toute la lumière qui éclaire de fond de la piscine. C’est pour cette raison que nous ne pouvons pas la percevoir à l’œil nu [le reste de la piscine n’apparaît pas plus clair]», m’a écrit M. Thibault lors d’un échange de courriels.

Soulignons un petit détail supplémentaire dans la photo que M. Saint-Hilaire m’a envoyée. Tout autour de la zone d’ombre, on aperçoit très nettement un cercle plus lumineux que le reste. Il s’explique par le fait que le tourbillon dévie la lumière vers l’extérieur du «rond» sombre — évidemment, puisque autrement il n’y aurait pas d’ombre. Mais juste sur le pourtour du tourbillon, aux endroits où la surface de l’eau commence à peine à descendre, l’angle de la réfraction est encore très faible et cela a pour effet de concentrer la lumière — d’où le cercle clair. Passé cette mince bande autour du tourbillon, la lumière est déviée à des angles beaucoup plus prononcés et se trouve alors à être essentiellement «dispersée» un peu partout dans la piscine.

«Le phénomène se produit aussi lorsqu’il y a des vagues sur la surface de l’eau, signale M. Thibault. On voit alors au fond de la piscine des franges sombres et claires car la lumière est alors concentrée sur des zones spécifiques. L’étude de ses franges permettrait de mesurer l’amplitude et la fréquence des vagues [ndlr : leur «hauteur» et la distance qui sépare une crête de vague de la suivante]. C’est une technique utilisée en optique pour caractériser des surfaces réfractives.»

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«On apprenait récemment que la galaxie d’Andromède pourrait avoir été créée à partir de la collision-fusion de deux amas stellaires. Mais comment une telle collision est-elle possible? Je croyais que le Big Bang s’apparentait à une explosion, que tout ce qui est expulsé se disperse uniformément dans toutes les directions, et que l’attraction diminue entre les particules projetées par leur éloignement progressif. Dans ces conditions, j’ai de la misère à comprendre comment des collisions pareilles peuvent se produire» demande Christian Marcon.

Dans les explosions qui surviennent sur Terre, il y a deux forces qui dominent complètement la trajectoire des pierres et des débris : la déflagration elle-même, qui poussent la matière à s’éloigner du centre dans toutes les directions — ce qui rend impossible des collisions entre les éclats —; et la gravité, qui finit rapidement par incliner les trajectoires et par tout ramener au sol. Et comme le Big Bang est souvent décrit comme une explosion, il est normal de se la représenter en partant des explosions que l’on connaît.

Mais comme le montre le cas d’Andromède, cela peut être trompeur, avertit le cosmologiste de l’Université Laval Hugo Martel. Il y a des galaxies qui entrent en collision, on en connaît ou soupçonne plusieurs exemples. Comment est-ce possible ?

«Le modèle du Big Bang, c’est un univers en expansion, et c’est globalement vrai, c’est globalement ce qu’on observe. Mais il y a des déviations par rapport au modèle. Les galaxies s’attirent entre elles à cause de la gravité, tout simplement», dit-il.

Sur Terre, les débris d’une explosion ne s’attirent pratiquement pas entre eux. En principe, bien sûr, on pourrait calculer qu’ils exercent une attraction gravitationnelle les uns sur les autres, mais celle-ci est totalement insignifiante comparé aux autres forces en présence (la déflagration et la gravité terrestre). Dans le cas des galaxies, c’est autre chose : leur masse est astronomique et leur gravité, à l’avenant. Les distances sont énormes, bien sûr, mais la gravité agit quand même.

Alors même si le mouvement général de l’univers depuis le Big Bang est celui d’une explosion où les objets s’éloignent les uns des autres, «à cause de la force d’attraction entre les galaxies, celles-ci ralentissent et, parfois, vont faire demi-tour», dit M. Martel.

Chronique

«Bronzer comme un fermier»

CHRONIQUE / «Je me demande depuis longtemps pourquoi les gens ont la peau noire en Afrique? Et pourquoi la peau de la majorité en Amérique et en Europe est plutôt blanche? Il y a toujours eu des personnes ayant la peau de couleur différente. Même dans l’Histoire sainte, à l’école, on nous enseignait qu’il y avait un roi mage noir. Alors ça vient d’où?» demande Danielle Robert.

C’est un pigment nommé mélanine qui fait la couleur de la peau — et celle des cheveux aussi, d’ailleurs. Il en existe deux sortes: l’eumélanine, dont la couleur varie de brun à noir, et la phéomélanine, dont la couleur va du jaune au rouge. La peau de tout le monde contient des deux sortes, mais pas en quantités égales et les pigments ne sont pas répartis de la même manière pour tous. Ainsi, les «noirs» ont plus d’eumélanine que les «blancs», et les pigments sont chez eux répartis plus uniformément.

Maintenant, ces pigments-là ne sont pas les mêmes pour tous parce qu’ils ont une fonction: protéger la peau contre les rayons ultraviolets du soleil. C’est une chose bien pratique que d’avoir la mélanine abondante et bien distribuée, tous ceux qui ont une «peau de blond» vous le diront. Mais d’un autre côté, la peau doit être au moins un peu exposée aux rayons UV parce qu’elle a besoin de ce rayonnement pour fabriquer de la vitamine D, et plus elle contient de mélanine, plus elle doit recevoir d’UV afin de sécréter cette vitamine.

Or à mesure que l’on monte plus au nord, l’ensoleillement devient de plus en plus rare et la lumière arrive avec un angle plus prononcé qu’à l’équateur. En outre, le climat force à porter des vêtements plus longs, ce qui fait que la peau reçoit encore moins d’UV. L’explication «classique» des différentes couleurs de l’humanité veut donc que les peaux pâles soient une adaptation «locale»: en perdant de la mélanine, la peau des populations les plus nordiques a pu continuer à fabriquer de la vitamine D.

Et c’est certainement un facteur qui a joué, il faut le dire. Au début du XXe siècle, le géographe italien Renato Biasutti a cartographié les teints de peaux des populations locales, et a conclu que les plus foncées étaient presque toutes concentrées à moins de 20° de latitude de l’équateur. On voit d’ailleurs sur la carte ci-dessous une sorte de gradient dans la couleur de la peau: moins foncée en Afrique du Nord, encore un peu moins dans le sud de l’Europe, et à son plus pâle dans le Nord. L’«hypothèse ultraviolette», comme on pourrait l’appeler, s’appuie sur des faits importants.

Chronique

Sous les tropiques du Saguenay

CHRONIQUE / «J’ai remarqué qu’il fait souvent quelques degrés plus chaud au Saguenay-Lac-St-Jean qu’à Québec (sauf en hiver). Pourtant, c’est une région qui est située plus au nord. Alors existe-t-il des conditions particulières qui réchauffent le climat là-bas ?», demande Louise Angers, de Québec.

Il peut arriver, en effet, qu’il fasse plus chaud au «Saglac», comme on dit, mais la règle générale demeure qu’il y fait plus froid, comme le montre le graphique ci-dessous.