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