Chronique

Le corps humain, ce four

LA SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Pourquoi avons-nous chaud quand nous allons dehors, l’été, et qu’il fait 30 °C? Pourtant, notre corps a une température d’environ 37 °C, alors il me semble que ce n’est que lorsqu’il fait plus de 37 °C que nous devrions commencer à avoir chaud, non?» demande Frédérique Duquette, 12 ans.

C’est parce que le corps humain produit lui-même beaucoup de chaleur. À chaque instant, l’organisme doit brûler de l’énergie pour faire battre le cœur, inspirer et expirer de l’air, digérer, envoyer des signaux nerveux, faire fonctionner le cerveau et ainsi de suite — et c’est sans rien dire de nos activités physiques. Mine de rien, tout cela génère pas mal de chaleur.

Éditorial

Projets éoliens: promesse facile

ÉDITORIAL / Pour un retournement, c’en est tout un: après avoir dénoncé la construction de nouveaux parcs éoliens pendant des années, voilà que le chef François Legault dit vouloir développer cette filière. Ou du moins, ce serait tout un revirement s’il n’avait pas toutes les allures d’une promesse facile, à la limite de l’irresponsable.

«Avec un gouvernement caquiste, Hydro-Québec pourrait avoir besoin de l’énergie éolienne. […] On va être beaucoup plus agressifs pour augmenter les exportations d’Hydro-Québec dans les autres provinces et le Nord-Est américain. On va se retrouver rapidement en déficit d’énergie et là, ça va devenir intéressant de développer l’éolien», a-t-il déclaré en début de semaine.

Ce n’est pas un hasard s’il a montré cette «ouverture» lors d’un passage au Bas-Saint-Laurent : il s’agit d’une région, avec la Gaspésie, où beaucoup d’emplois dépendent des commandes d’éoliennes d’Hydro-Québec. D’ailleurs, sitôt sorti de là, son discours est revenu à la normale avec une étonnante rapidité : pas plus tard qu’hier, la Coalition avenir Québec (CAQ) décrivait le projet de parc éolien Apuiat, sur la Côte-Nord, comme un «sapin de 1,5 milliard $ [que le gouvernement Couillard tente de passer] aux Québécois».

Sur le fond, disons-le, la CAQ a raison de dénoncer les commandes que le gouvernement a longtemps passées à Hydro-­Québec en matière de développement éolien. Pas parce que c’est une source d’énergie particulièrement onéreuse, remarquez : d’après les dernières estimations de l’Agence américaine d’information sur l’énergie, un parc éolien que l’on commencerait à construire demain matin donnerait de l’électricité à 4,8 ¢ le kilowatt-­heure (kWh), soit le même prix que les centrales thermiques (historiquement l’option la moins chère aux États-Unis).

Cependant, comme l’expliquait la Commission sur les enjeux énergétiques il y a quelques années, pour exporter nos excédents d’électricité, il faut des lignes de transport, et celles qui existent sont déjà complètement saturées lors des périodes où la demande est grande et où les prix sont intéressants. Toute production additionnelle ne peut donc qu’être écoulée aux heures de faible demande, quand les prix glissent à 2 ou 3 ¢/kWh, voire moins. Alors même si le prix de l’éolien est compétitif par rapport aux autres formes d’énergie, il n’est pas rentable pour Hydro-Québec dans le contexte actuel.

Mais même s’il a raison sur le poids de l’éolien pour les finances publiques, il est déplorable de voir M. Legault promettre d’accroître les exportations d’Hydro-­Québec comme s’il suffisait de crier «lapin». Les nouvelles lignes de transmission qu’il faut pour exporter davantage sont des projets politiquement complexes et difficiles à faire lever de terre. En témoignent les difficultés toutes récentes du projet Northern Pass, par lequel Hydro devait livrer pour 10 milliards $ d’électricité sur 20 ans vers le Massachusetts. Après avoir obtenu l’approbation du Québec en décembre, il a été bloqué par le New Hampshire en février, puis abandonné par le Massachusetts lui-même. Le contrat signé avec cet État tient toujours en théorie, mais Hydro doit trouver une autre manière d’acheminer son énergie là-bas.

Avant que le Québec n’exporte assez d’électricité pour tomber en «déficit d’énergie», il aura coulé un sacré paquet d’eau dans les barrages. Et pour un politicien qui promet le changement depuis des années, M. Legault vient de montrer une manière remarquablement classique de faire des promesses en l’air dans le seul but de courtiser un segment d’électorat.

Chronique

Le vent n'est pas une bête de nuit

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «J’observe depuis longtemps un phénomène qui m’intrigue. À la belle saison, lors de journées de forts vents, il me semble que ça se calme souvent autour de l’heure du souper. Comme on dit : le vent est tombé. Y a-t-il une explication à tout ça ou n’est-ce qu’une vue de l’esprit? Et est-ce que c’est la même chose partout où seulement sur le bord du fleuve?» demande Ginette Leclerc, de Saint-Laurent-de-l’île-d’Orléans.

Voilà une impression que j’ai toujours eue, moi aussi. Alors je suis allé potasser dans les données météorologiques d’Environnement Canada pour en avoir le cœur net, ce qui a permis de prouver deux choses d’un seul coup : 1) un jour, il faudra bien que j’apprenne à passer à côté d’une job de moine sans m’arrêter, mais ce n’est pas parti pour arriver bientôt; et 2) non, cette histoire de vent qui tombe en soirée n’est pas une «vue de l’esprit». En tout cas, à l’aéroport Jean-Lesage, pendant le mois de juin dernier (et jusqu’au début de la semaine dernière), les vents ont soufflé en moyenne à 14,6 km/h en après-midi (de 12h à 16h). Pendant la nuit (de minuit à 4h), cette moyenne est tombée à seulement 6,3 km/h.

Évidemment, les données d’un seul mois forment un très (trop) petit échantillon qui ne veut pas dire grand-chose en climatologie, mais juin dernier n’a pas été une anomalie : la tendance au ralentissement des vents la nuit est bien réelle, confirme le météorologue Simon Legault, d’Environnement Canada. Le jour, explique-t-il, le Soleil chauffe beaucoup le sol et l’air immédiatement au-dessus. Plus chaud, celui-ci se met alors à monter, ce qui cause «un brassage de l’air de surface [juste au dessus du sol, ndlr] avec l’air situé au-dessus. Et plus la convection [l’air chaud qui monte, ndlr] est importante, plus on mélange profondément l’atmosphère», dit M. Legault — jusqu’à 1 ou 2 km les journées où la convection est la plus efficace.

Or, poursuit le météorologue, si on mélange l’air, on mélange forcément les vents aussi, «et on sait qu’en altitude, les vents sont souvent plus forts qu’au sol parce qu’il y a moins friction, alors l’air circule plus rapidement. En rabattant ces vents-là, plus forts, ça augmente la force des vents plus bas. D’ailleurs, quand il y a une rafale qui souffle, c’est souvent à cause de ces vents-là qui viennent de plus haut».

En soirée, cependant, le sol n’est plus chauffé par le Soleil et la convection s’affaiblit rapidement. Les vents plus forts qui soufflent là-haut ne sont plus rabattus vers le bas, et ils n’augmentent plus la force des «vents de surface». Il reste bien sûr encore de l’air qui se déplace juste au-dessus du plancher des vaches, explique M. Legault, mais ce vent-là est surtout produit par des différences de pression atmosphérique : l’air se déplace des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Il peut, à l’occasion, arriver que ce vent-là soit plus fort que celui de la journée — le 7 juin dernier, par exemple, il soufflait à 16 km/h à minuit et 1h alors que les vents moyens ne furent que de 13 à 15 km/h à midi et 13h —, mais la règle générale reste que le vent est plus puissant le jour que la nuit.

«Une journée type, c’est une augmentation de la force du vent au matin, puis on atteint un plateau, et ça redescend en soirée», dit M. Legault.

Comme l’a remarqué la perspicace Mme Leclerc, c’est surtout en été que le phénomène agit. En hiver, la différence jour-nuit dans la force des vents est beaucoup moins marquée. Pendant le mois de janvier dernier, par exemple, les vents d’après-midi (12h-16h) mesurées à l’aéroport Jean-Lesage furent de 14,1 km/h en moyenne, contre presque 11 km/h pendant la nuit (0h-4h). Encore une fois, il faut souligner ici qu’un échantillon d’un mois est climatologiquement insignifiant en lui-même mais, de nouveau, janvier dernier n’a pas été une aberration statistique. Alors on peut s’en servir pour illustrer le phénomène.

Deux choses différentes se passent en hiver, dit M. Legault. La première, c’est que la convection est nettement moins forte qu’en été : le Soleil chauffe le sol beaucoup moins fort et moins longtemps, et la neige renvoie une grande partie du rayonnement solaire vers l’espace. La température de l’air près du sol s’élevant moins pendant le jour, la convection est plus faible et les vents forts qui soufflent en altitude sont moins bien rabattus. Résultats : la différence jour-nuit est plus faible.

La seconde, poursuit le météorologue, c’est qu’en hiver les différences entre les zones de haute et de basse pression sont plus marquées qu’en été. Et des écarts de pression plus grands donnent des vents plus forts, alors «même si on mélange moins profondément l’atmosphère en hiver, on peut rencontrer des vents aussi forts que ceux qui seront apportés au sol par convection», dit M. Legault.

C’est ce qu’illustre le mois de janvier dernier, quand on le compare avec juin. Le jour, les vents moyens restent à peu près de la même force (entre 14 et 15 km/h) parce que la convection plus faible en hiver est compensée par les gradients de pression plus prononcés. Mais la nuit, alors qu’il n’y a jamais (ou presque) de convection, ces gradients de pression ne viennent rien «compenser», ils ne font qu’augmenter la force des vents — 11 km/h en janvier, comparé à 6 km/h en juin.

Enfin, pour répondre à la deuxième question de Mme Leclerc, mentionnons s’il est besoin que tout ceci implique que cette tendance vaut pour le bord du fleuve comme pour l’intérieur des terres.

Chronique

La gravité artificielle n'est pas pour demain

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Mon petit-fils de 12 ans me demande pourquoi la Station spatiale internationale (SSI) n’est pas construite en rond et ne tourne pas sur elle-même pour générer un peu de gravité, comme on le voit dans les films de science-fiction? Et je dois dire que je me pose moi aussi la même question…» demande Pierre Gagné, de Gatineau.

Pour utiliser les termes exacts, on ne peut pas «générer» de gravité autrement qu’avec une énorme masse comme celle d’une planète. Ce dont parle M. Gagné, c’est plutôt de ce que les physiciens appellent force centrifuge, soit cette force qui fait que tout objet en rotation tend à s’éloigner du centre. On peut facilement se figurer de quoi il s’agit en songeant à ce qui se passe quand on prend un tournant en auto : on sent très bien qu’une force déporte tout ce qui est dans la voiture vers l’extérieur de la courbe. On peut aussi s’imaginer un seau rempli d’eau que l’on ferait tourner à bout de bras autour de soi. Si la vitesse de rotation est assez grande, le seau sera incliné à l’horizontale mais l’eau ne s’écoulera nulle part : la force centrifuge la maintiendra fermement au fond du seau.

C’est cette force qui, dans les films de science-fiction, crée un succédané de gravité dans les stations spatiales. En construisant une station en forme d’anneau et en la faisant tourner sur elle-même, cela peut donner l’impression aux occupants qu’ils sont «attirés» par la paroi externe de la station, comme nous sommes attirés par le sol terrestre.

Maintenant, si le principe est simple et facile à représenter dans un film, c’est une tout autre paire de manche que de le mettre en pratique dans la «vraie vie», principalement pour des questions de taille.

La partie habitable de la SSI est une sorte de cylindre droit d’une cinquantaine de mètres de long. Si on l’avait assemblé cette partie en anneau afin de le faire tourner, nous aurions eu une station de 50 mètres de circonférence et de 8 mètres de rayon, à peu près. La question aurait alors été : à quelle vitesse doit-on faire tourner un anneau de cette dimension pour que la force centrifuge soit égale à la gravité terrestre, où tout corps accélère vers le sol à 9,8 mètres par seconde carrée (donc pour chaque seconde de chute libre, la vitesse augmente de 9,8 m/s)?

Ceux qui en ont envie peuvent prendre connaissance du calcul (tout simple) dans l’encadré ci-contre. Ceux qui n’ont «pas la tête à ça» en ce moment n’ont qu’à savoir ceci : à 8 mètres du centre, la vitesse doit être de 8,9 m/s, ce qui signifie que notre hypothétique SSI ronde devrait faire une dizaine de tours sur elle-même par minute pour imiter la gravité terrestre.

C’est-là un rythme intenable pour des astronautes. Imaginez un peu la nausée qu’ils finiraient par avoir en regardant par la fenêtre la Terre qui ferait 10 tours à la minute! Et même dans une station sans fenêtre, ce ne serait pas beaucoup mieux. En effet, la force centrifuge varie selon la vitesse de rotation et le rayon, ce qui implique que le haut du corps (plus proche du centre de rotation que le bas) ne subirait pas la même accélération que le bas du corps, indiquait il y a quelques années le professeur d’astrophysique de l’université South Wales John Wales, dans un article de Popular Mechanics. Comme la taille normale d’un humain (autour de 1,60 à 1,80 m) représente une part significative du rayon de notre station imaginaire (8 m), les astronautes en sentiraient certainement les effets.

La seule manière d’éviter ce problème serait de construire une station beaucoup plus grosse : sa circonférence serait alors plus grande, si bien qu’elle n’aurait pas besoin de faire 10 tours par minute pour créer une force centrifuge acceptable. Ainsi, si l’on voulait que notre station circulaire ne doive faire qu’un seul tour par minute pour générer une force centrifuge de 9,8 m/s2, elle devrait avoir un rayon de… 895 mètres! D’un bout à l’autre, la structure mesurerait presque 2 km et un astronaute qui ferait son jogging dedans devrait courir plus de 5,5 km dans un sens pour en faire le tour!

Alors je vous laisse imaginer ce qu’il en coûterait d’assembler un pareil monstre dans l’espace…

Sources :

  • Ryan Anderson et al., «Can artificial gravity be created in space?», Ask an Astronomer, 2015, goo.gl/sCq1cF
  • Rachel Feltman, «Why Don’t We Have Artificial Gravity?», Popular Mechanics, 2013, goo.gl/oHroXg

Chronique

Toutes les couleurs du mariage princier

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Au sujet du mariage du prince Harry et de Meghan Markle, je me demandais quelles sont les probabilités pour qu’ils donnent naissance à des enfants ayant la peau blanche ou noire, ou alors ayant les cheveux roux?» demande Colette Baribeau, de Trois-Rivières.

Le terme probabilités est on ne peut mieux choisi, ici, car il est impossible de prévoir avec une certitude absolue quels gènes exactement seront transmis par Mme Markle — pardon, la duchesse de Sussex — et son époux à chacun de leurs enfants, s’ils en ont un jour. Voyons pourquoi.

Le génome humain comporte environ 20 000 gènes, que nous portons tous en deux «copies», pour ainsi dire : l’une provient de la mère et l’autre, du père. Mais quand on fait un enfant, on ne transmet pas toutes les copies paternelles ou toutes les copies maternelles d’un bloc. Pour chaque ovule qu’une femme porte, pour chaque spermatozoïde qu’un homme produit, les gènes sont rebrassés par un mécanisme appelé enjambement chromosomal. Cela ne crée pas de nouveau matériel génétique, les gènes présents demeurent les mêmes, mais cela fait que chaque cellule reproductrice est un mélange aléatoire du père et de la mère, au point où l’on peut dire que chaque ovule, chaque spermatozoïde est unique. Alors avant d’avoir vu cet hypothétique bébé, la couleur de ses cheveux et de sa peau restera une affaire de probabilité.

Pour la calculer, cette probabilité, il faudrait connaître le génome du couple princier pour savoir quelles versions des gènes impliqués dans la pigmentation sont présentes, ce qui est totalement hors de la portée d’une chronique comme celle-ci. Mais on peut tout de même faire quelques hypothèses, explique le chercheur François Richard, spécialiste de la reproduction de l’Université Laval.

La couleur de la peau et des cheveux vient de deux pigments : la phéomélanine, qui va du jaune au rouge, et l’eumélanine, dont la couleur va du brun au noir. Et il faut savoir, dit M. Richard, que la première est ce que les biochimiste appellent un «précurseur» de la seconde : pour fabriquer de l’eumélanine, le corps prend la phéomélanine comme point de départ, puis la transforme.

Or les personnes rousses, comme le prince Harry, ont généralement une mutation sur un gène (le poétiquement nommé MC1R) les empêche de faire ce changement. «Les roux possèdent de la phéomélanine, mais ils sont incapables de la convertir en eumélanine», dit M. Richard. Cela leur donne à la fois les cheveux roux (phéomélanine rouge) et le teint pâle, car l’eumélanine est le pigment qui basane la peau.

En outre, cette mutation est dite récessive, ce qui signifie que pour être roux, les deux parents doivent passer la même version du gène MC1R. Si l’un des deux transmet la «version rousse» et l’autre, une «version brune», alors c’est cette dernière qui prévaudra. L’enfant aura alors les cheveux bruns, mais il sera porteur du «gène» de la rousseur et pourra le transmettre.

Cela signifie ceci : le prince Harry est roux, alors il a forcément deux copies «rousses» du gène MC1R, et c’est ce qu’il transmettra à d’éventuels enfants. La question est donc de savoir si la duchesse de Sussex est porteuse de la même mutation.

On sait que sa mère est Afro-Américaine et que son père est un Américain blanc qui a des racines allemandes, anglaises et irlandaises. Il n’est donc pas complètement impossible que Meghan Markle soit porteuse de la version rousse de MC1R. On peut imaginer que celle-ci aurait fait son chemin par les ancêtres irlandais de son père — ou même à la limite du côté de sa mère, si elle est elle-même métissée. «Mais les chances pour qu’elle soit porteuse sont plutôt minces», estime a priori M. Richard.

Si l’on devait mettre de l’argent là-dessus, les cheveux bruns seraient certainement le pari le plus sûr. Et dans la mesure où l’on aurait affaire à un bébé capable de produire de l’eumélanine, la couleur de sa peau serait alors une histoire un peu plus compliquée.

On connaît une douzaine de gènes et plus de 350 «loci» (des «endroits» sur le génome) qui influencent la couleur de la peau. Tous ne sont pas également importants, mais disons que cela ne rend pas les prédictions très simples — d’autant plus que les loci les plus déterminants ne sont pas tous les mêmes selon que l’on est d’ascendance européenne ou africaine. En fait, il existe même des cas connus de jumeaux non-identiques nés de couples «racialement mixtes» qui ont des teints de peau très différents.

Et à cela je peux ajouter, si cela peut servir, le cas de mes propres enfants puisque ma conjointe est métisse et a à peu près le même teint de peau que la duchesse de Sussex — sa mère vient d’Haïti, est elle-même un brin métissée et a marié un Français. Mon aîné a les cheveux bruns, la peau légèrement foncée (même s’il est essentiellement «blanc») et les yeux verts. Mon deuxième a une peau de blond, les cheveux châtains et les yeux bleus. Leur première petite sœur a le teint le plus foncé de la famille (hormis sa mère, bien sûr), de même que les cheveux et les yeux sombres. Et notre petite dernière a les cheveux très foncés et frisés, mais le teint très pâle et les yeux verts.

Ce qui, mine de rien, est une magnifique illustration — la plus magnifique en ce qui me concerne, mais il se peut que je sois lééégèrement biaisé sur ce point — de ce qu’on disait au départ : chaque ovule, chaque spermatozoïde est unique.

Autres sources :

- Fan Liu et al., «Genetics of skin color variation in Europeans: genome‐wide association studies with functional follow‐up», Human Genetics, 2015, goo.gl/9PA39J

- Nicolas G. Crawford et al., «Loci associated with skin pigmentation identified in African populations», Science, 2017, goo.gl/TxYpyq

Science

La surface des lacs est-elle vraiment «au niveau»?

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Lors d’un voyage au Nouveau-Brunswick l’an dernier, nous avons remonté le cours de la rivière Saint-Jean et roulé le long d’une portion où la rivière est endiguée par un barrage hydroélectrique. Et je me suis alors demandé : mais est-ce que nous remontons vraiment? Sur près de cinquante kilomètres, ce plan d’eau m’a semblé parfaitement au niveau, comme le serait un lac. Il y a pourtant un débit d'eau dans cette rivière, donc il doit y avoir une sorte de "pente" à la surface. Est-ce bien le cas? Et comment peut-on la déterminer?» demande Yvan Vézina, de Boischatel.

Que ce soit sur un réservoir hydroélectrique ou sur un lac, «s’il y a une charge et une décharge non-négligeables, alors il y aura une pente [à la surface du lac]», indique d’emblée Yves Secretan, spécialiste de l’hydrodynamique au Centre Eau, Terre et Environnement de l’INRS.

«Pour que l’eau s’écoule, elle doit vaincre le frottement du fond. Pour ça, ça prend de l’énergie, et cette énergie provient de la gravité et de la pente», explique-t-il. Alors il y avait forcément un dénivelé sur le réservoir hydroélectrique que M. Vézina a longé pendant ses vacances : autrement, il n’y aurait eu aucun écoulement et la rivière Saint-Jean se serait arrêtée là!

Évidemment, comme les lacs sont par définition des endroits où il n’y a pratiquement pas de courant, la pente à leur surface ne peut pas être autre chose qu’infinitésimale. On parle ici de millimètres, ou tout au plus de quelques centimètres par kilomètre de distance entre la charge et la décharge. Certains types de mesures GPS, si elles s’appuient sur une station fixe au sol pour compléter les signaux satellites, peuvent mesurer des différences aussi subtiles, explique un autre chercheur de Québec qui travaille souvent avec M. Secretan, Jean Morin, d’Environnement Canada. (Transparence totale : Jean est un ami personnel.) Les GPS seuls, cependant, n’indiquent l’altitude qu’à l’échelle du mètre, ce qui n’est pas assez précis.

Autrement, dit M. Morin, on peut mesurer la pente d’un lac simplement avec des stations de mesure du niveau de l’eau. «Si tu as une station en amont et une autre en aval, et que tu connais la distance entre les deux, ça te permet de calculer la pente», dit-il.

Fait intéressant, cette pente n’est pas forcément égale en tous points d’un lac, et elle varie d’une saison à l’autre. Essentiellement, plus le mouvement de l’eau rencontre de la résistance, plus l’inclinaison est forte parce que le courant a alors besoin d’une pente plus prononcée pour vaincre la friction. Comme le relief d’un lac n’est jamais égal partout, cela peut changer sa pente selon le secteur.

De la même manière, la pente d’un lac est généralement à son maximum en hiver parce que la friction des glaces s’ajoutent à celle du fond. Elle est à son plus bas au printemps et à la fin de l’automne, juste avant que les glaces reprennent. Et entre les deux, elle peut augmenter si la croissance des algues finit par «nuire» significativement à l’écoulement.

M. Morin a mené des travaux à ce sujet au début des années 90, au lac Saint-François, qui est une sorte d’élargissement du fleuve à la frontière Ontario-Québec dont le niveau est mesuré en plusieurs endroits. «Les variations annuelles moyennes de niveau au lac Saint-François établies sur 28 ans, entre 1963 et 1990, sont d’environ 10 cm à [Les Côteaux, en aval] alors qu’elles sont de 20 cm à Cornwall [au tout début du lac]», écrivait-il avec deux autres co-auteurs dans un rapport de 1994. Le fait que le niveau de l’eau fluctue davantage en amont qu’en aval montre clairement que la pente du lac change dans le courant d’une année.

Ainsi, entre Summerstown (juste un peu en aval de Cornwall) et Les Côteaux, soit la majeure partie du lac, la pente moyenne tourne autour de 0,8 centimètre par kilomètre en hiver (janvier à mars). Cela signifie concrètement qu’une embarcation qui part de Summerstown perd 0,8 cm d’altitude pour chaque kilomètre parcouru vers l’aval.

Mais cette pente tombe rapidement à 0,5 cm/km en avril, quand les glaces fondent, et demeure à ce niveau jusqu’en juin. Par la suite, la végétation aquatique ajoute une friction significative, et la pente remonte progressivement jusqu’à 0,7 cm/km en août et en septembre. Puis elle redescend entre 0,5 et 0,6 cm/km en novembre et décembre quand les algues meurent. Et le manège recommence quand la glace reprend.

Enfin, mentionnons que la pente et ses variations ne sont pas les mêmes dans tous les lacs, parce que les fonds de lac et la végétation ne sont pas pareils partout. Dans les parties amont et aval du lac Saint-François, par exemple, il n’y a pas assez d’algues pour faire une différence notable en été. Mais au lac Saint-Pierre, entre Sorel et Trois-Rivières, c’est l’inverse : l’effet des algues est particulièrement fort.

«La différence entre le lac Saint-Pierre et la partie "lacustre" du lac Saint-François peut être reliée à leur bathymétrie. Le lac Saint-Pierre est très peu profond (3-4 m), comparé à la partie "lacustre" du lac Saint-François (3-10 m) et ceci laisse supposer que les plantes aquatiques exercent leur influence sur une plus grande proportion de la colonne d'eau au lac Saint-Pierre ou encore, que le couvert de végétation aquatique est moins dense ou occupe relativement moins d'espace au lac Saint-François», avançaient M. Morin et ses collègues dans leur rapport de 1994.

Autre source :

- Jean Morin, Paul Boudreau et Michel Leclerc, Réhabilitation de l’écosystème du Saint-Laurent. Lac Saint-François : les bases de la modélisation hydrodynamique, INRS-ETE, 1994, goo.gl/KWF4JQ

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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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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.