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.

Sciences

La cousine de la douleur

CHRONIQUE / «Je me demande depuis des années qu’est-ce qui cause les démangeaisons ? Que se passe-t-il dans notre corps lorsque la peau nous démange ? Et surtout, pourquoi le fait de se gratter annule-t-il cette sensation ? J’ai beau me gratter la tête, je ne trouve pas la réponse», demande Louis Garant, de Québec.

La démangeaison est longtemps restée dans une sorte d’angle mort de la médecine, parce qu’on la considérait comme moins grave que la douleur. C’est la pure vérité, remarquez bien, mais on sait maintenant que la démangeaison chronique peut avoir des conséquences physique et psychologiques considérables pour les patients qui en souffrent. Il y a donc eu des efforts accrus de recherche sur le prurit, le terme médical pour la démangeaison, mais cet intérêt est étonnamment récent : en 2011, pour un article sur le sujet, j’avais interviewé un dermatologue qui m’avait dit, un peu dépité, que les mécanismes de la démangeaison n’étaient pas encore bien compris. On a fait du chemin depuis, mais il en reste à faire aussi.

Grosso modo, il semble que la démangeaison soit une sorte de «cousine» de la douleur. Dans les deux cas, il s’agit d’un signal désagréable. Les réflexes qui suivent ne sont pas les mêmes — le retrait pour la douleur, se gratter pour le prurit —, mais la fonction est grosso modo la même, soit protéger l’organisme contre des dommages. Car la démangeaison sert à ça : à avertir qu’un «envahisseur» se trouve sur la peau, qu’il s’agisse d’un insecte ou d’une infection cutanée.

Et non seulement les fonctions sont-elles relativement semblables, mais les canaux par lesquels les informations sont transmises au cerveau se recoupent en bonne partie. Quand on met la main sur un rond de poêle, par exemple, le signal nerveux est transmis par des neurones enveloppés d’une substance nommée myéline, qui accélère la transmission. Mais après l’accident, la main brûlée va continuer à faire mal, même si plus rien ne la brûle : c’est là le signal d’une autre sorte de nerfs qui, eux, n’ont pas de myéline et qui relaient leur information plus lentement et plus longtemps. Leur fonction est de rappeler à l’organisme que le membre est blessé et qu’il faut y faire attention. On appelle ces nerfs fibre C, et c’est par justement eux que les signaux de démangeaison sont relayés. Ou du moins, certains d’entre eux.

Car les neurones ne sont pas tous pareils. Certains ont des récepteurs qui les rendent sensibles aux douleurs d’origine mécanique. D’autres en sont dépourvus, mais ont des récepteurs qui, lorsqu’ils sont activés, envoient une sensation de brûlure. D’autres encore peuvent déclencher une sensation de froid intense. Et ainsi de suite. Et un même neurone peut porter plus d’un type de récepteur.

Dans le cas de la démangeaison, les récepteurs les plus «classiques», disons, réagissent à une substance nommée histamine. Quand un allergène ou un insecte se pose sur nous, certaines cellules immunitaires qui vivent dans la peau — les mastocytes — vont le détecter et se mettre à produire de l’histamine. Celle-ci agit alors comme une sorte de signal d’alarme et va provoquer de l’inflammation, en plus bien sûr d’activer les récepteurs histaminiques des neurones voisins, ce qui va déclencher la démangeaison. C’est d’ailleurs pour cette raison que le fait de gratter chasse la sensation : cela sert à ça, de la même manière que manger fait disparaître la faim.

Cependant, s’il n’y avait que cela, on pourrait donner des antihistaminiques, qui sont des médicaments contre les allergies, à tous les patients souffrant de démangeaisons chroniques et le tour serait joué. Or on est loin du compte : les antihistaminiques soulagent certaines personnes, mais n’ont aucun effet sur d’autres, ce qui indique qu’il n’y a pas que les récepteurs à histamine qui peuvent provoquer le prurit. On en a découvert plusieurs autres au cours des dernières années.

En général, les neurones spécialisés dans la douleur d’origine mécanique en sont dépourvus, mais ce n’est pas une règle absolue, me disait le dermatologue en 2011 — un certain Akihiko Ikoma, Japonais d’origine qui travaillait alors sur un post-doctorat à l’Université de Californie à San Francisco. Ce sont surtout les autres qui envoient les signaux de démangeaison, mais cela explique tout de même pourquoi la frontière entre «ça fait mal» et «ça pique» a quelque chose d’un peu flou.

On sait par exemple qu’un stimulus douloureux va supprimer la démangeaison. Inversement, les patients à qui l’on donne de la morphine sont moins sensibles à la douleur, mais ont souvent des démangeaisons comme effet secondaire. Des études ont aussi démontré que, chez les souris de laboratoire, les lignées qui sont les plus sensibles à la douleur sont moins susceptibles à la démangeaison — elles se grattent moins que les autres.

Et pour tout dire, un même stimulus peut engendrer l’une ou l’autre de ces deux sensations selon l’endroit où il survient. Dans la recherche sur la douleur, on utilise souvent une molécule nommée capsaïcine : c’est la substance qui donne un goût piquant aux piments forts, et elle «s’accroche» aux récepteurs des neurones chargés de signaler une brûlure. Ainsi, quand on injecte un peu de capsaïcine juste sous la peau, c’est une sensation de douleur qui s’ensuit. Mais quand on en applique juste un peu sur la peau, c’est plutôt de la démangeaison qu’on ressent.

C’est tout ça que la recherche n’a pas encore fini de démêler : jusqu’à quel point les circuits de la douleur et de la démangeaison sont-ils séparés, dans les canaux communs, comment les signaux sont-ils différenciés, etc. Une histoire à suivre, donc…

Sources :
- Tong Liu et Ru-Rong Ji, «New insights into the mechanisms of itch: are pain and itch controlled by distinct mechanisms?», Pflugers Archives, 2013, goo.gl/SddGNo
- Carl Potenzieri et Bradley J. Undem, «Basic mechanisms of itch», Clinical and Experimental Allergy, 2012, goo.gl/sZj9VF

Science

La voiture solaire n'est pas pour demain

CHRONIQUE / «Je me demandais pourquoi on ne voit pas de panneaux solaires sur le toit et sur le capot des voitures électriques ? Il me semble qu’ils pourraient aider, sauf la nuit bien sûr», se questionne Conrad Marcoux.

Faisons le calcul. En haute atmosphère, la Terre reçoît près de 1370 watts d’énergie solaire par mètre carré ; grosso modo, c’est un peu comme si on découpait un contre-plaqué de 1 m sur 1 m et qu’on y fixait 13 ou 14 ampoules de 100 W, allumées en permanence. En passant à travers l’atmosphère, une partie de ce rayonnement est absorbé par les gaz, ou réfléchi par les nuages, ou d’autres choses encore qui empêche l’énergie du Soleil d’atteindre le sol dans sa totalité. Sur le plancher des vaches, il n’en reste plus que 800 à 1000 W/m2, selon les sources, mais soyons optimistes et retenons le chiffre de 1000 W/m2.

Supposons maintenant que l’on installe deux panneaux de 1 m2 chacun, l’un sur le toit et l’autre sur le capot, et imaginons (même si c’est loin de la réalité, comme on le verra bientôt) qu’ils convertissent toute l’énergie solaire en électricité. Combien de temps faudrait-il pour faire une recharge complète de la batterie sans brancher le véhicule ?

Cela dépendrait de la qualité de la batterie. Pour une Tesla S, par exemple, les meilleures batteries disponibles ont une capacité totale de 100 kiloWatt-heure — kWh, où 1 watt-heure correspond à l’énergie dépensée quand on maintient une puissance de 1 watt pendant 1 heure. Puisque nos deux panneaux ont une puissance combinée de 2000 W, ou 2 kW, ils mettraient donc 100 kWh ÷ 2 kW = 50 heures à faire la recharge complète. C’est long, très long, et il faut souligner ici que l’on parle de 50 heures d’ensoleillement — la nuit, ça ne compte pas.

Pour des modèles plus «humbles», moins chers et venant avec une capacité de batterie moindre, ce serait évidemment plus court, ou plutôt, «moins long». La Nissan Leaf, par exemple, peut emmagasiner 40 kWh d’énergie ; nos deux panneaux prendraient donc 20 heures à la recharger au complet à partir de zéro s’ils pouvaient transformer toute l’énergie solaire en électricité.

Mais voilà, aucun panneau solaire ne change 100 % du rayonnement en courant électrique, et ce n’est même pas proche. D’après le site CleanTechnica.com, leurs taux d’efficacité actuels tournent plutôt autour de 17 %, et cela peut être moins si les panneaux doivent être faits dans des matériaux particuliers afin d’épouser les contours d’un toit ou d’un capot de voiture, mais laissons cet aspect de côté.

En présumant qu’ils convertissent 17 % du rayonnement solaire en énergie emmagasinée dans la batterie — ce qui est optimiste puisqu’il y a aussi des pertes quand le courant électrique est transformé pour être stocké sous une forme chimique dans la pile, mais laissons ça de côté aussi —, nos deux panneaux mettraient donc 20h ÷ 0,17 = 118 heures à recharger la Leaf au complet. D’un point de vue pratico-pratique, cela signifie qu’au cours d’une journée de travail de 8 heures, les panneaux n’auraient même pas le temps de recharger 7 % de la batterie. Et encore, les journées nuageuses, ce serait nettement moins — et on ne parle même pas des stationnements couverts.

Bref, les cellules photovoltaïques actuelles ne peuvent pas faire plus qu’une différence marginale dans l’autonomie d’un véhicule électrique. C’est pour cette raison que les constructeurs automobiles jugent qu’il ne vaut pas la peine d’augmenter le prix de leurs produits pour les équiper de panneaux solaires.

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«Pourquoi les planètes et les étoiles de l’Univers sont-elles toujours rondes ?», demande Yolaine Gauthier, de Québec.

C’est à cause de leur gravité, qui attire en permanence toute leur matière vers leur centre. Imaginons une planète qui serait, disons, cubique. À cause de sa forme, toute sa surface ne se situerait pas à une distance à peu près égale de son centre : les pointes du cube seraient nettement plus éloignées que le reste, un peu comme des montagnes immenses (démesurées, en fait). Tôt ou tard, ces pointes finiraient par s’éroder, sous l’effet des éléments ou lors de chocs avec d’autres corps célestes, puis la gravité ramènerait ces matériaux plus bas.

Or si les saillies ont tendance à s’effacer, cela signifie que la règle générale est que la matière d’une planète ou d’une étoile se dispose de façon à ce que la surface soit partout à une distance à peu près égale du centre. Ce qui, mine de rien, est pas mal la définition d’une sphère.

Et il y a plus. Quand une planète comme la Terre naît, elle forme d’abord un grand disque de poussières qui tourne sur lui-même, s’agrégeant petit à petit. C’est un processus qui implique des frictions énormes, ce qui chauffe la planète naissante jusqu’à faire fondre la roche. Il serait bien difficile, pour un liquide, de garder une forme autre que sphérique.

C’est encore plus vrai dans le cas des planètes gazeuses comme Jupiter. Et les étoiles sont principalement faites d’hydrogène, qui est un gaz.

Notons enfin qu’il existe des objets de forme irrégulière dans l’espace : les astéroïdes. À cause de leur petite taille et de leur faible masse, leur gravité n’est pas suffisante pour qu’ils deviennent sphériques.

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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.

Science

Montre-moi comment tu écris, je ne te dirai pas qui tu es

CHRONIQUE / «Il n’y a pas deux personnes qui ont la même écriture manuscrite. C’est du moins ce que j’ai entendu dire toute ma vie et ce que chacun peut constater de visu. On en conclut souvent que la façon d’écrire reflète l’essence même de la personne qui produit cette écriture. Sans se rendre jusqu’à la pseudo-science qu’est la graphologie, jusqu’à quel point l’écriture peut-elle vraiment renseigner sur la personnalité du scripteur? A-t-on déjà, par exemple, comparé l’écriture manuscrite de jumeaux identiques pour déterminer le degré d'influence du bagage génétique sur l’apparence de leur écriture respective?» demande Michel Renaud, de Charlesbourg.

Il y a une foule de choses qui influencent l'écriture. Les caractéristiques de la main, par exemple: une grosse paluche ne tiendra pas son crayon de la même manière qu’une délicate menotte, idem de la longueur des doigts, du fait d'être droitier ou gaucher, etc. L’instruction et le milieu où l’on grandit ont aussi une influence — c'est anecdotique, mais les Français m’ont toujours semblé avoir une écriture plus uniformisée que nous. Ces facteurs jouent pour tout le monde, mais leur «mélange» est unique chez chaque individu.

Un des cas les plus célèbres et qui illustrent le mieux l’unicité de l’écriture manuscrite est l’enlèvement de Peter Weinberger, à New York, en 1956. Il s’agissait alors d’un bébé d'un mois qui avait été enlevé dans sa propre maison, lit-on sur le site du FBI. Son ravisseur n’avait laissé qu’une note manuscrite derrière lui, demandant une rançon de 2000 $ — il en laissera une seconde par la suite, à un endroit où il avait demandé que l’on dépose l’argent, mais où il ne s’est jamais présenté. Au cours des semaines qui suivirent, les autorités new-yorkaises passèrent en revue pas moins de 2 millions d’échantillons d’écriture dans des archives comme celles du Bureau des véhicules, des écoles et des municipalités environnantes. Jusqu’à ce que, le 22 août, un agent tombe sur un dossier de probation dont la main d’écriture ressemblait en tous points à celle du kidnappeur. Il s’est avéré que c’était bel et bien lui: Angelo LaMarca, un ancien détenu maintenant camionneur et père de famille qui, croulant sous les dettes, ne voyait plus d’autre façon de s’en sortir que le rançonnage.

Cependant, toute distincte soit la griffe de chacun, il reste qu’il peut y avoir des ressemblances assez fortes entre les écritures de personnes différentes. Alors est-ce que ces parentés d'écriture indiquent quelque chose sur nos personnalités?

La question a été étudiée plusieurs fois et les résultats, franchement, sont dans l’ensemble très minces. Par exemple, en 2009, deux chercheurs italiens en psychologie ont fait passer un test mesurant 15 traits de personnalité à une centaine de leurs étudiants, puis leur ont fait produire des échantillons d’écriture manuscrite (une dictée). Ces textes ont été soumis à deux graphologistes professionnels et expérimentés, ainsi qu'à deux personnes sans connaissance particulière de la graphologie; les quatre ont dû évaluer les 15 traits de personnalité à partir de la main d’écriture des étudiants.

Résultats: les graphologistes ne sont pas parvenus à «deviner» les résultats du test de personnalité. En fait, ils n’ont pas réussi significativement mieux que les non-graphologistes. Ensuite, les chercheurs italiens ont refait la même expérience, mais avec un échantillon et des évaluateurs différents, en demandant aux étudiants d’écrire à la main un texte autobiographique au lieu d’une dictée. Mais cela n'a pas aidé les graphologistes...

Et notons que l’article, publié dans la revue savante Psychological Reports, contient une longue, loooongue recension d’autres expériences du même genre, où la graphologie échoue systématiquement à prédire les traits de personnalité. Alors la réponse à la première question de M. Renaud est que non, notre manière d’écrire, même si elle est particulière à chacun, ne dit pas grand-chose sur notre personnalité.

Maintenant, en ce qui concerne la question de savoir si l’on a déjà étudié la main d’écriture de jumeaux identiques, eh bien oui, cela a déjà été fait. Pour les services de police du monde entier, c’est une question d’intérêt puisque, comme on l’a vu plus haut, l’écriture manuscrite peut servir d’indice pour résoudre des crimes.

Ainsi, dans une étude parue en 2008 dans le Journal of Forensic Sciences, des chercheurs de l’Université de Buffalo ont demandé à 206 paires de jumeaux de leur fournir deux textes (pour chaque individu) d’une demi-page écrits à la main. Le tout a ensuite été analysé par un logiciel de reconnaissance de l’écriture.

Fait intéressant, quand on demandait au logiciel de démêler les textes de jumeaux de paires différentes (donc pas apparentés du tout), il se trompait 3,7% du temps. Mais quand il devait attribuer les textes à la bonne personne au sein d’une même paire de jumeaux, alors le taux d’erreur grimpait à 12,9%. En outre, l’erreur était plus élevée chez les jumeaux identiques (20,4%) que chez les jumeaux fraternels (11,3%), ce qui suggère que oui, la génétique joue un rôle dans l’écriture. Ce ne serait pas un rôle énorme, remarquez, puisque le logiciel parvenait quand même à distinguer l’écriture de jumeaux identiques la plupart du temps, soit presque 4 fois sur 5, mais ce semble quand même avoir une influence.

Sources:

- Carla Dazzi et Luigi Pedrabissi, «Graphology and Personality : An Empirical Study on Validity of Handwriting Analysis», Psychological Reports, 2009

- Diana Harrison et al., «Handwriting Examination : Meeting the Challenges of Science and the Law», Forensic Science Communications, 2009

- Sargur Srihari et al., «On the Discriminability of the Handwriting of Twins», Journal of Forensic Sciences, 2008

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Science

Histoires de couleurs et d'oeufs

«J’ai une amie qui m’apporte régulièrement des œufs frais : des blancs, des bruns et même des rosés, à l’occasion. J’ai remarqué que, lorsque je les fais bouillir, certains œufs bruns (mais pas tous) perdent leur couleur, comme si elle n’était pas fixée. Alors qu’est-ce qui donne leur couleur aux coquilles? Je me demande aussi pourquoi certains œufs sont plus gros, même très gros, certains ont de gros jaunes et peu de blanc ou l’inverse», demande Marie-Lise Laramée.

La coquille des œufs est faite en trois couches. Sa face interne est tapissée d’une membrane faite en bonne partie de protéine. Vient ensuite la partie minérale et dure de la coquille, qui est composée presque entièrement de carbonate de calcium (CaCO3). Et enfin, les œufs fraîchement pondus sont recouverts d’une cuticule, qui finit par sécher.

C’est quand l’œuf atteint l’équivalent de l’utérus de la poule que la coquille commence à se former. Il faut une vingtaine d’heures pour que l’embryon ou le «futur œuf» se développe — blanc, jaune et coquille comprise.

Maintenant, il existe plusieurs pigments qui peuvent colorer les œufs, mais le plus fréquent dans les œufs de poule du commerce est la protoporphyrine-IX. Il s’agit d’une substance très commune dans la nature, que l’on trouve chez de nombreuses espèces et qui est impliquée notamment dans le transport de l’oxygène par le sang. Chez certaines lignées de poule, la protoporphyrine se dépose sur la coquille et lui donne une couleur brune, alors que cette étape ne se produit pas chez d’autres lignées, dont les œufs gardent la couleur du carbonate de calcium, soit le blanc.

«Ce n’est pas avant les 3 ou 4 dernières heures de la formation de la coquille que les pigments accumulés sont transférés à cette sécrétion visqueuse et riche en protéine que l’on nomme cuticule. Le degré de brun de l’œuf dépend de la quantité de pigment directement associé à la cuticule. Celui-ci se dépose sur la coquille à peu près au même moment où la partie minérale finit de s’accumuler, environ 90 minutes avant la ponte. Le pigment n’est donc pas distribué uniformément sur toute l’épaisseur de la coquille [mais est concentré en surface]», lit-on dans un texte sur le sujet de deux chercheurs en médecine vétérinaire de l’Université de Floride, Gary D. Butcher et Richard D. Miles.

Voilà donc ce qui fait que certains œufs sont bruns et d’autres blancs. Mais ce qui peut les décolorer est une autre paire de manches. Comme la protoporphyrine n’est pas soluble dans l’eau, le simple fait de faire bouillir les œufs ne peut pas expliquer pourquoi certains des œufs de Mme Laramée se décolorent. Alors il peut y avoir deux possibilités, d’après ce que j’ai pu trouver. Il se peut, d’abord, que des habitudes de cuisson soient en cause : il existe des gens qui ajoutent un peu de vinaigre dans leur eau pour cuire leurs œufs (même quand ce n’est pas pour les faire pocher). Comme le vinaigre est un acide et que le carbonate de calcium est basique (et pleine de minuscules pores), cela peut dissoudre l’extérieur de la coquille — soit en plein l’endroit où les pigments sont concentrés. C’est une possibilité évoquée par le chimiste anglais Andy Brunning sur son (très beau) site de vulgarisation compoundchem.com.

Question de lavage

L’autre possibilité est que la cuticule est encore présente sur la coquille. Cela n’arrive jamais avec les œufs commerciaux parce que, en Amérique du Nord, ils doivent être lavés avant d’être mis en marché. Mais il se peut fort bien que l’amie de Mme Laramée ne lave pas ses œufs avant d’en donner — ce qui n’a rien de grave d’ailleurs, les Européens ne le font pas. Il se peut donc que la cuisson fasse perdre cette couche extérieure et décolore l’œuf.

Par ailleurs, il peut arriver qu’une couche supplémentaire de calcium se dépose sur l’œuf après que la cuticule se soit déposée, ce qui lui donne une couleur rosée. «Ces défauts surviennent habituellement quand l’œuf demeure trop longtemps dans la glande qui sécrète la coquille. Les jeunes poules qui viennent tout juste d’entrer en production sont souvent susceptibles de produire de tels défauts, mais le stress et n’importe quel dérangement qui survient au moment où l’œuf doit être pondu peut amener la poule à retenir son œuf plus longtemps», écrivait récemment Lokesh Gupta, un employé technique du producteur d’œufs Avitech, dans la revue en ligne The Poultry Site.

Et l’on touche ici à la réponse à la dernière question de Mme Laramée : pourquoi y a-t-il des œufs avec des tailles différentes, des jaunes différents, etc. Il y a bien sûr une question de lignée, certaines «races» de poules pondant des œufs plus gros que d’autres. Mais il y a une foule d’autres facteurs qui peuvent entrer en ligne de compte. Par exemple, une température trop élevée va diminuer la taille des œufs. L’âge de la poule joue aussi un rôle : plus la poule est vieille, moins elle pond, mais plus ses œufs sont gros et plus le jaune sera abondant par rapport au reste — même si la règle générale veut que les œufs plus gros aient proportionnellement moins de jaune. L’alimentation va également influencer le résultat, de même que la position de l’œuf dans la «séquence» (les poules pondent en séquences de quelques jours consécutifs avant de prendre de petites pauses), et plusieurs autres facteurs.

Sources

  • Andry Brunning, «The Chemistry of Eggs and Egg Shells», Compound Interest, 2016, goo.gl/ZHd3AF
  • Lokesh Gupta, «Maintaining Egg Shell Quality», The Poultry Site, 2008, goo.gl/qepd9T
  • E. Tumova et R.M. Gous, «Interaction of hen production type, age, and temperature on laying pattern and egg quality», Poultry Science, 2012, goo.gl/zNFkvC
  • Gary D. Butcher et Richard D. Miles, «Factors Causing Poor Pigmentation of Brown-Shelled Eggs», UF/IFAS Extension, 2017, goo.gl/NUhxJx

Science

Des racines et des gènes

«J’ai lu récemment une étude parue qui était très intéressante, au sujet de la génétique des populations en Amérique du Nord. Alors, j’aimerais savoir : qu’est-ce que les tests d’ADN effectués sur de larges populations nous apprennent à propos des migrations anciennes?» demande Nicolas Gagnon, de Rivière-du-Loup.

M. Gagnon faisait référence à un article paru dans la revue savante Nature Communications. Ses auteurs, presque tous à l’emploi de l’entreprise AncestryDNA, qui vend des tests génétiques au grand public, y expliquent les «structures» génétiques de la population américaine à partir de 770 000 séquençages que la compagnie a réalisés dans le passé. Ce qu’on apprend dans ce papier, grosso modo, c’est que, d’une région à l’autre des États-Unis, on peut encore voir des traces génétiques des migrations (récentes) qui les ont peuplées. 

Mais cet article-là ne nous apprend pas grand-chose à propos de ces mouvements de population-là, qui étaient déjà bien connus. Personne ne s’étonnera, par exemple, du fait qu’ils ont trouvé une concentration des gènes associés aux francophones d’Amérique en Nouvelle-Angleterre, où tant de Canadiens français se sont expatriés au XIXe siècle. Pas surprenant non plus qu’ils aient vu des signes d’isolement dans le génome de certaines régions des Appalaches, dont les populations étaient bel et bien isolées par la géographie jusqu’au XXe siècle. Mais il reste intéressant de savoir que les gènes de populations régionales portent encore les marques de l’histoire.

Cependant, cela ne veut pas dire que les derniers développements techniques en séquençage génétique n’ont rien amené, ou si peu, à nos connaissances sur l’histoire et sur les grandes migrations humaines. Bien au contraire.

Quand les archéologues trouvent des changements dans la culture matérielle d’un site, ils sont toujours confrontés à la question de savoir si la population a été remplacée ou si les «locaux» ont simplement changé leur façon de vivre. 

«On a quand même des manières de le savoir, en archéo, dit la paléoanthropologue de l’Université de Montréal Michelle Drapeau. Si c’est la population locale qui change, on va garder une couleur locale sur le site, alors que si la population est remplacée, ces particularités-là disparaîtront complètement.» Par exemple, si les chasseurs-cueilleurs d’une région adoptent l’agriculture, on peut imaginer que leurs rites funéraires resteront les mêmes et que les archéologues trouveront des sites où des fermiers sont inhumés comme des chasseurs-cueilleurs.

Mais cela a ses limites. Les preuves que l’on trouve sur les sites archéologiques ne sont pas toujours claires ou faciles à interpréter — et pour ce genre de chose, la preuve la plus directe reste l’ADN. À mesure que les techniques de séquençage ont progressé et que leur coût a (énormément) baissé, surtout depuis 10 ou 15 ans, elles ont permis deux choses : séquencer un grand nombre de gens; et séquencer de l’ADN ancien, trouvé sur des dépouilles vieilles de milliers d’années.

Nouvelle fenêtre ouverte sur le passé

Et cela a, littéralement, ouvert une nouvelle fenêtre sur le passé de l’humanité. Par exemple, illustre Mme Drapeau, on connaissait des sites archéologiques d’humains modernes (par opposition à des formes plus archaïques d’Homo sapiens) au Proche-Orient qui dataient de 100 à 120 000 ans. Mais dans l’Europe pourtant voisine, «on savait que l’humain moderne n’était arrivé qu’il y a environ 40 000 ou 45 000 ans, alors on se demandait pourquoi il y avait eu une si longue période entre les deux».

La génétique a montré qu’en fait, les «non-Africains» actuels descendent d’une vague de migrants qui sont sortis d’Afrique il y a environ 50 000 ans, dit Mme Drapeau, ce qui a réglé le problème. Il peut y avoir eu d’autres sorties d’Afrique auparavant, mais celle qui a «réussi», pour ainsi dire, date d’il y a 50 000 ans.

Et le séquençage massif d’un grand nombre de gens d’aujourd’hui a lui aussi permis de belles avancées, montrant que les populations actuelles sont des mélanges issus de plusieurs vagues migratoires. «Prenons l’Europe, dit Damian Labuda, un spécialiste de la génétique des populations de l’Université de Montréal. On a cette vague ancienne qui était sortie d’Afrique et qui arrive en Europe autour de 45 000 ans. C’est Cro-Magnon. Ensuite, pour faire simple, il y a l’époque glaciaire et les populations vont se réfugier au sud, puis remonter vers le nord quand les glaciers ont reculé, entre 18 000 et 11 000 ans. Mais ce n’étaient déjà plus tout à fait les mêmes gens. Ensuite, il y a l’apport de gens qui avaient une connaissance de l’élevage et de l’agriculture. Puis, il y a environ 5000 ans, il y a cette vague qui arrive des steppes d’Ukraine et de Russie, qui avait un génome plus asiatique.»

De même, lit-on dans un article paru en 2015 dans Investigative Genetics, la génétique a permis d’établir que les autochtones des Amériques sont arrivés grosso modo en trois vagues distinctes. Sans ordre particulier : ceux qui parlent les langues na-déné (présents surtout dans l’Ouest), les Inuits, et tous les autres. Fait intéressant, la génétique de groupes autochtones de Sibérie indique qu’une partie de ceux qui ont traversé le détroit de Béring sont retournés en Asie par la suite.

Bref, on en a appris beaucoup, ces dernières années, sur d’anciens mouvements de population, parce que les gènes gardent les traces de ces mélanges pendant très longtemps.

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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

Science

Le Soleil et ses «chiens»

CHRONIQUE / «Nous avons l’habitude d’assister au lever du soleil au-dessus du fleuve, mais quelle ne fut pas notre surprise de voir non pas un, mais trois soleils se lever récemment! Il y avait beaucoup de brume au-dessus du fleuve ce matin-là, j’imagine que ce n’est pas étranger à ce phénomène, mais c’est la première fois que nous assistons à un tel spectacle. Pouvez-vous l’expliquer?» demande Isabelle Langlois, de Beauport.

Il s’agit d’un phénomène nommé parhélie, mais que l’on appelle aussi parfois «faux soleils» ou même «chiens de soleil» (une traduction de l’anglais sun dogs). Et ce n’est pas tant la brume ou même l’humidité en elle-même qui le crée, mais plutôt la présence de cristaux de glace dans l’air, leur forme et leur orientation.

Quand on se représente un flocon de neige ou un cristal de glace flottant dans le vent, on imagine spontanément un de ces beaux flocons «classiques», en forme d’étoile à six branches. Ce genre de cristaux se forme généralement quand il fait moyennement froid (entre -10 et -20°C) et que l’air est assez humide. Or leurs formes compliquées ne se prêtent pas très bien aux phénomènes optiques comme les parhélies.

Pour que des faux soleils apparaissent, il faut plutôt une autre sorte de flocons à laquelle on pense moins spontanément : des plaquettes, que l’on peut se figurer comme des «assiettes» en forme d’hexagone. Quand la lumière traverse ces plaquettes par la tranche (ou par le côté, si l’on préfère), alors elle dévie par environ 22° ou un peu plus — mais jamais moins, ce qui explique pourquoi les chiens de soleil photographiés par Mme Langlois s’étirent un peu, mais seulement vers l’extérieur. Les deux points lumineux que l’on voit sur l’image sont les endroits où cette déviation redirige la lumière vers l’observateur.

Maintenant, si ce n’était que de ça, on devrait en principe voir des parhélies tout le tour de «galarneau», et pas seulement en deux points sur les côtés — on peut imaginer un angle de 22° qui passerait par un point apparent au-dessus de Soleil, par exemple. Ce qui fait que les «chiens» paraissent de part et d’autre du Soleil, c’est que les plaquettes de glace ont tendance, dans certaines circonstances, à s’orienter toutes plus ou moins à l’horizontale.

Cela peut sembler étonnant, mais, comme le montre le graphique ci-contre, c’est essentiellement leur «mode par défaut». Voyons pourquoi...

Quand un flocon tombe, il déplace de l’air sur son passage. Et pour s’écouler sur les côtés du flocon, l’air doit accélérer. Il va alors se passer avec ces gaz essentiellement la même chose que lorsqu’une file de voitures de course roulant lentement et pare-chocs contre pare-chocs obtient le feu vert : la première peut accélérer avant la seconde, qui elle accélère un peu avant la troisième, et ainsi de suite. Avec pour résultat que la file qui, il y a un moment à peine, était bien serrée, devient rapidement parsemée.

La même règle vaut pour les gaz qui contournent un flocon, ce qui implique qu’il y a des zones aux franges du flocon où l’air se raréfie (la pression est plus basse). Quand un côté est plus bas que le reste, cette zone de basse pression est située juste au-dessus, ce qui aspire le côté abaissé vers le haut; quand un côté est plus élevé que le reste, la basse pression se situe juste en dessous et le ramène vers le bas. C’est ce qui permet (à l’occasion) aux petites plaquettes de glace de se maintenir à peu près horizontalement et de faire des chiens de soleil.

Bien sûr, il faut pour cela que plusieurs autres conditions soient réunies. Un temps venteux, par exemple, peut les empêcher de s’orienter comme il faut. Il peut ne pas y avoir assez de plaquettes dans l’atmosphère, un jour donné, pour créer un parhélie. Et il faut que toutes les conditions soient réunies quand le Soleil est encore bas dans le ciel — s’il est trop haut, les faux soleils ne seront visibles qu’en altitude. Mais c’est un phénomène qui peut quand même s’observer à l’occasion sous nos latitudes.

Sources:

  • Carl R. Nave, «The 22° Halo», Hyperphysics, 2017, goo.gl/RSzQx6
  • Les Cowley, «Sundog formation», Atmospheric Optics, s.d., goo.gl/VHhdnE
  • Robert Fosbury, How crystals fall, ESO, s.d., goo.gl/3x5WAC

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Science

Neurones en boîte

CHRONIQUE / «Serait-il possible de faire le point sur le développement de ce qu’on appelle le “diagnostic médical assisté par ordinateur”? J’ai vu récemment que les réputées cliniques Mayo travaillaient là-dessus depuis quelques années, et je sais qu’on fait déjà de l’analyse des radiographies par ordinateur au Québec. Mais en a-t-on fait le bilan? Jusqu’à quel point est-ce fiable, et quelles sont les limites des ordinateurs à cet égard?» demande Donald Bouffard, de Québec.

Dans l’idée que l’on s’en fait généralement, les ordinateurs ne font qu’appliquer des algorithmes, soit des formules logiques relativement (et parfois très, très relativement) simples. Par exemple, si A est détecté, alors l’ordi doit faire X. Si B est détecté, alors il faut faire Y. Si A et B arrivent ensemble, alors il faut faire Z. Et ainsi de suite.

Or il est aussi possible de montrer à un ordinateur à «apprendre». On peut procéder de diverses manières, mais l’une d’elles est particulièrement bien adaptée à l’analyse d’imagerie médicale, indique le physicien de l’Université Laval Philippe Després, un spécialiste des applications informatiques à certaines branches de la médecine, notamment l’imagerie. Ce sont les réseaux de neurones. Essentiellement, on programme un ordinateur pour qu’il mimique le fonctionnement du cerveau humain. Celui-ci apprend en faisant des connexions entre ses neurones, ou en modulant la force de ces connexions. En informatique, on peut programme l’ordinateur pour qu’il fasse de même. Ensuite, on «entraîne» la machine à une tâche en particulier.

«En soi, ça n’a vraiment rien de nouveau : les réseaux de neurones existent depuis les années 50, indique M. Després. Mais si on parle de radiologie et d’imagerie médicale, on peut remonter à 2012, avec la grosse percée de Yoshua Bengio [chercheur en informatique à l’Université de Montréal, qui a d’ailleurs nommé le Scientifique de l’année Radio-Canada récemment, ndlr]. À partir d’une banque de 1,4 million d’images, ils ont réussi à entraîner un réseau de neurones pour identifier des photos de chat, d’autruches, etc.»

Cela peut semble spectaculairement banal, mais distinguer un chat d’un chien — ou plus généralement, interpréter les images à peu près comme un cerveau humain — n’est pas une mince tâche pour un ordinateur. Mais les réseaux de neurones y parviennent, pour peu qu’on ait des machines assez puissantes (ce qui est récent) et qu’on les entraîne. On commence par exemple par présenter un chat à l’ordinateur en lui disant de quoi il s’agit, explique M. Després; on fait la même chose avec d’autres espèces animales; puis on lui présente des images sans lui donner la réponse. À force de pratique, d’échecs et de corrections, l’ordinateur finit par faire les bonnes connexions entre les bons «neurones» et par accorder la bonne importance à chacune de ces connexions afin d’arriver au meilleur taux de bonne réponse.

Mine de rien, ce genre de «cerveau artificiel» peut devenir extrêmement performant à la tâche bien précise pour laquelle on l’a entraîné. Par exemple, dans un article paru dans Nature l’an dernier, un réseau de neurones entraîné à reconnaître des cancers de la peau et à les distinguer d’autres problèmes cutanés a montré «un niveau de compétence comparable à celui des dermatologistes», concluaient les auteurs.

Dans le cas de l’imagerie médicale, cela promet de grandement alléger la tâche de certains médecins en les libérant de tâches répétitives, indique Marc-André Fortin, chercheur de l’Université Laval qui développe des matériaux pour l’imagerie médicale et qui, à ce titre, suit de près les progrès de l’intelligence artificielle dans ce domaine.

Ainsi, illustre-t-il, «il y a des outils technologiques qui ont été mis au point pour circonscrire les organes sur les images. C’est très fastidieux à faire manuellement et ça peut demander beaucoup de temps à un radiologue ou un radio-oncologue.» De la même manière, il faut parfois localiser précisément et en 3D un organe ou une lésion, ce qui ne va pas de soi puisque chaque patient est différent. Les radiologues, dit M. Fortin, vont souvent prendre un os comme point de repère, puis déduire la position exacte de l’organe, mais cela demande l’analyse de plusieurs images différentes — et l’intelligence artificielle pourrait très bien, éventuellement, s’acquitter de ce genre de tâche.

Compte tenu des grands progrès dans les techniques d’imagerie médicale des dernières années et de l’explosion du nombre d’images que les radiologistes doivent maintenant analyser, les avantages d’avoir un assistant informatique sont évidents. Avec, en prime, le fait qu’un ordinateur ne fera jamais d’erreur d’inattention ou de fatigue.

Pas infaillible

Mais cela ne veut pas dire qu’un réseau de neurones ne peut pas se tromper, avertit M. Després. Ainsi, l’intelligence artificielle a beaucoup de mal avec la notion de contexte : si l’on entraîne un réseau de neurones à reconnaître des voitures, par exemple, il deviendra rapidement très bon à le faire, mais si on lui présente ensuite une auto dont la moitié est cachée par un arbre, il est bien possible qu’il ne la voit pas.

Or «le contexte, c’est extrêmement important en médecine, enchaîne M. Després. On ne traite pas une lésion séparée du reste: c’est un patient qu’on traite, avec un âge, un sexe, un historique de santé, etc. Il faut tenir compte de tout ça.»

Alors ce n’est pas demain la veille qu’on se passera de médecins, disent MM. Després et Fortin. D’autant plus qu’il y a un frein, à l’heure actuelle, qui ralentit le développement de ces outils informatiques. Il faut en effet BEAUCOUP d’images pour entraîner un réseau de neurones. «Si ce sont des photos de chats et de chiens, ce n’est pas un problème que ce genre d’images se trouve en grand nombre et que n’importe qui peut montrer à l’ordinateur ce qui est un chat et ce qui est un chien. Mais les gens capables de dire : voici tel ou tel type de sarcome, c’est beaucoup plus rare», dit M. Després. 

Enfin, il faut mentionner que les réseaux de neurones sont souvent décrits comme des sortes de «boîtes noires»: on sait ce qui y entre, on sait ce qui en sort, on connaît les mécanismes généraux qui permettent à ces réseaux d’apprendre et de s’améliorer, mais on laisse l’ordinateur connecter les neurones et optimiser les connexions tout seul, si bien que quand la machine se trompe, il est très difficile de savoir exactement ce qui s’est mal passé.

Et de toute manière, même si on se livre aux analyses complexes qu’il faut pour mettre le doigt sur le bobo, on risque fort de ne pas pouvoir y faire grand-chose, dit M. Després : ce sont les connexions et le poids que l’ordinateur accorde à chacune d’elle qui font qu’il parvient habituellement à la bonne réponse, si bien que si l’on modifie ces connexions pour éviter l’erreur qu’il vient de commettre, on risque fort de lui faire faire d’autres erreurs à l’avenir.

Bref, comme le cerveau humain n’est pas parfait, on ne doit pas s’attendre à atteindre la perfection en l’imitant. C’est pourquoi «le dernier mot reviendra toujours au radiologiste», dit M. Després.

Jean-François Cliche

Vérification faite: le Centre Vidéotron, quand on se compare

L’affirmation

«C’est mieux que Winnipeg et comparable à Pittsburgh», s’est réjoui le patron du Centre Vidéotron, Martin Tremblay, dans les médias de Québecor plus tôt cette semaine. Ceux-ci faisaient référence aux «48 événements culturels et sportifs» qui ont été présentés là en 2017, à l’exclusion des matchs des Remparts (et du Tournoi pee-wee, nous a-t-on spécifié après vérifications auprès du Centre).

Les faits

Il y a essentiellement deux manières de mesurer l’utilisation ou le succès d’un amphithéâtre : le nombre d’événements qui y sont tenus chaque année et le nombre annuel de billets vendus. Or il semble qu’il faille jouer sur les deux tableaux à la fois pour tenir des propos comme ceux de M. Tremblay.

D’après le dernier «rapport annuel à la communauté» de True North Sports and Entertainment, qui possède et gère le Bell MTS Place de Winnipeg, il s’est tenu 61 événements dans cet aréna lors de la saison 2016-2017 (goo.gl/qGw3YR, page 24), et c’est sans compter 86 parties de hockey professionnel des Jets (LNH, 48 matchs) et du Moose du Manitoba (LAH, 38 matchs). Cela semble donc contredire l’idée qu’il y a eu plus d’événements au Centre Vidéotron qu’à Winnipeg.

Chez Québecor, cependant, on précise que M. Tremblay faisait référence aux ventes de billets — ce qui, même si les articles publiés n’en faisaient aucune mention, demeure tout à fait possible. Et de ce point de vue, oui, l’achalandage est plus important à Québec qu’à Winnipeg : l’an dernier, d’après une compilation de Pollstar, il s’est vendu 245 000 billets uniquement pour les événements culturels (surtout des concerts, mais Pollstar inclut aussi d’autres spectacles, de cirque notamment) tenus au Centre Vidéotron, contre un peu plus de 155 000 pour le Bell MTS Place. L’écart était comparable en 2016, à 223 000 contre 154 000.

Toutefois, si c’est cet indicateur que l’on choisit, alors il devient faux de dire que l’achalandage est «comparable» à Québec et à Pittsburgh : au cours des deux dernières années, Pollstar a compté 354 000 et 391 000 billets vendus au PPG Paints Arena, soit entre 50% et 65 % de plus qu’ici, grosso modo.

Dans le cas de Pittsburgh, nous explique David Messier, responsable des relations de presse du Centre Vidéotron, M. Tremblay ne faisait pas référence aux ventes de billets, mais plutôt au nombre d’événements inscrits au calendrier du PPG Paints Arena, qui était de 47 pour l’année dernière.

Vérification faite sur le site Web de cet amphithéâtre, la seule manière d’en arriver au nombre de 47 est d’exclure le tournoi de basketball collégial de la conférence Atlantic 10, qui a eu lieu en mars dernier. C’est un choix discutable puisque l’événement change d’endroit chaque année, mais, d’un autre côté, cela ne représente que cinq soirs dans l’année. 

Alors cela ne change pas grand-chose en fin de compte : l’endroit accueille une cinquantaine d’événements culturels et sportifs par année, sans compter les activités des équipes locales. De ce strict point de vue, oui, c’est effectivement «comparable» à ce qui se passe au centre Vidéotron.

Mais il faut ajouter deux nuances importantes à cette comparaison. La première, c’est que cela exclut beaucoup d’événements sportifs d’équipes locales : une bonne cinquantaine de parties de hockey des Penguins (en comptant la présaison et les séries éliminatoires) et une dizaine de parties de hockey et de basketball collégial. 

D’ailleurs l’été dernier, rapportait le Post-Gazette, un quotidien de l’endroit, l’équipe de l’Université Robert Morris prévoyait disputer tous ses matchs locaux au PPG Paints cette année (le temps que des travaux sur le campus soient exécutés), mais craignait de ne pas pouvoir le faire, à cause du calendrier trop serré de l’aréna à certains moments de l’année (goo.gl/MJnbrj).

La seconde nuance, c’est que la comparaison avec le seul PPG Paints manque de contexte. La ville de Pittsburgh compte un autre amphithéâtre important, le Petersen Events Center, sur le campus de l’Université de Pittsburgh. Celui-ci a une capacité de 12 500 places et accueille régulièrement des spectacles qui, dans d’autres villes, se tiennent dans des arénas majeurs. Par exemple, lors de sa tournée Revolution Radio Tour (2016-2017), le groupe punk américain Green Day s’est arrêté au Centre Videotron le 23 mars dernier; à peine deux jours plus tard, il se produisait au Petersen Events Center. Cette semaine, ce même amphithéâtre accueille Chris Young, un chanteur country populaire aux États-Unis et dont la présente tournée l’amènera notamment au Tacoma Dome (région de Seattle, 23 000 places) et au Pinnacle Bank Arena (Nebraska, 15 500 places).

La présence du centre Petersen vient donc manifestement tordre la comparaison : s’il y avait une salle de 12 000 places à Québec, le nombre de spectacles tenus au Centre Vidéotron serait moindre — d’autant plus qu’il accueille un certain nombre de spectacles dans une configuration «coupée».

Verdict

Douteux. Les chiffres sont exacts, mais il faut vraiment faire un collage d’indicateurs pour affirmer que la fréquentation du Centre Vidéotron est «mieux qu’à Winnipeg et comparable à Pittsburgh». Il y a plus d’événements au Bell MTS Place, même si on y vend moins de billets qu’à Québec. 

Et s’il est vrai que le PPG Paints Arena accueille à peu près autant de spectacles que le Centre Vidéotron, la comparaison est faussée par la présence d’un autre amphithéâtre important à Pittsburgh — sans compter que les ventes de billets sont très nettement à l’avantage de la métropole pennsylvanienne.