Culture scientifique: Testez vos connaissances ! 9782759821471

Citation preview

Culture scientifique : testez vos connaissances !

Culture scientifique : testez vos connaissances !

BRIAN CLEGG TRADUCTION : XAVIER TROCHU

17, avenue du Hoggar – P.A. de Courtabœuf BP 112, 91944 Les Ulis Cedex A

Traduction du livre « How Many Moons does the Earth have? » de Brian Clegg, published by Icon books, © 2015 Brian Clegg. Mise en pages : Patrick Leleux PAO Couverture : Conception graphique de Romain Blanchard, Paris

Imprimé en France ISBN (papier) : 978-2-7598-2106-8 ISBN (ebook) : 978-2-7598-2147-1

Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinés à une utilisation collective », et d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute repré­ sentation intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite » (alinéa 1er de l’article 40). Cette représentation ou ­reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon ­sanctionnée par les articles 425 et suivants du code pénal. © EDP Sciences, 2017

SOMMAIRE

INTRODUCTION............................................................................. 10 CALCULEZ VOS POINTS !................................................................ 13

QUIZ 1 Quiz 1, Manche 1 : La Terre et les Lunes........................................ 17 Q1.  Compter les Lunes................................................................... 19 Q2.  Le blues de la station spatiale.................................................. 21 Q3.  Une question de chute............................................................. 23 Q4.  Le trou noir de la Terre............................................................ 25 Q5.  L’homme qui tomba à travers la Terre........................................ 27 Q6.  Monnaie lunaire...................................................................... 29 Q7.  La mesure du monde............................................................... 31 Q8.  Des œufs dans l’espace............................................................ 33 Quiz 1, Manche 2 : Divers............................................................. 35 Q1.  La science des spaghettis......................................................... 37 Q2.  Gagner la médaille d’or de physique........................................... 39 Q3.  La question Carrington............................................................. 41 Q4.  Une température absolue......................................................... 43 5

SOMMAIRE

Q5.  La menace des friandises au cinéma.......................................... 45 Q6.  Une -ologie distinguée............................................................ 47 Q7.  Un éléphant extraordinaire....................................................... 49 Q8.  L’heure du père Noël................................................................ 51 Quiz 1, Manche 3 : Mathématiques................................................ 53 Q1.  Choisissez une réponse, n’importe laquelle.................................. 55 Q2.  Cauchemar de joueur de foot.................................................... 57 Q3.  Une question moyenne............................................................ 59 Q4.  Un pourcentage aléatoire......................................................... 61 Q5.  Le symbole de célébrité de Robert Recorde................................. 63 Q6.  Diagonale irrationnelle............................................................ 65 Q7.  La science des sept lieues........................................................ 67 Q8.  Il suffit de suivre la côte.......................................................... 69 Quiz 1, Manche 4 : Biologie.......................................................... 71 Q1.  Sœur Anne, ne vois-tu rien venir ?............................................ 73 Q2.  En cellule............................................................................... 75 Q3.  Couleur rouge sang.................................................................. 77 Q4.  Oiseau d’altitude..................................................................... 79 Q5.  Tirée par les cheveux............................................................... 81 Q6.  Poux ancestraux...................................................................... 83 Q7.  Une question bleue................................................................. 85 Q8.  Araignée légendaire................................................................. 87 Quiz 1, Manche 5 : Technologie..................................................... 89 Q1.  La première voix de son maître................................................. 91 Q2.  Ordinateur consciencieux......................................................... 93 Q3.  Un moment éclairant............................................................... 95 Q4.  Le blues de Big Blue................................................................ 97 Q5.  Entreprise atomique................................................................ 99 Q6.  Débordant d’idée..................................................................... 101 Q7.  La folie des brevets................................................................. 103 Q8.  Mécanismes de Matrix.............................................................. 105 6

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

SOMMAIRE

Quiz 1, Manche 6 : Chimie............................................................ 107 Q1.  Jeux d’esprit moléculaire.......................................................... 109 Q2.  Ce n’est qu’un gaz................................................................... 111 Q3.  Liaisons dangereusement chaudes............................................. 113 Q4.  Faire passer la pilule............................................................... 115 Q5.  Que d’eau ! Que d’eau !............................................................ 117 Q6.  Avalez la pilule....................................................................... 119 Q7.  Il y a le sel, le soleil et la mer.................................................. 121 Q8.  Combien de E dans bleuet ?...................................................... 123 Quiz 1, Première manche spéciale : Scientifiques célèbres.................... 125 Quiz 1, Deuxième manche spéciale : Science cryptique........................ 129

QUIZ 2 Quiz 2, Manche 1 : Physique......................................................... 133 Q1.  Les pommes d’Isaac................................................................. 135 Q2.  Voyageur temporel.................................................................. 137 Q3.  Quelque part sur l’arc-en-ciel.................................................... 139 Q4.  Le professeur électronique........................................................ 141 Q5.  Un boulot pour Scotty............................................................. 143 Q6.  Un ballet de balles.................................................................. 145 Q7.  Le pouvoir de l’absurde............................................................ 147 Q8.  L’astuce de Gamow.................................................................. 149 Quiz 2, Manche 2 : Biologie.......................................................... 151 Q1.  Question de goût.................................................................... 153 Q2.  Nos cousines les souris............................................................ 155 Q3.  Le lion qui changeait de couleur............................................... 157 Q4.  Qui prend tout son sens........................................................... 159 Q5.  Le demi-dinosaure................................................................... 161 Q6.  L’autre question de goût.......................................................... 163 7

SOMMAIRE

Q7.  À propos de Dolly.................................................................... 165 Q8.  L’ombre sur les souris.............................................................. 167 Quiz 2, Manche 3 : Divers............................................................. 169 Q1.  Un train et deux pigeons......................................................... 171 Q2.  Lumière fantastique................................................................. 173 Q3.  Énigme alphanumérique........................................................... 175 Q4.  Le thé de vache...................................................................... 177 Q5.  La merveille de Wardenclyffe.................................................... 179 Q6.  Imprononçable....................................................................... 181 Q7.  Hydratation hasardeuse............................................................ 183 Q8.  Un sauna naturel.................................................................... 185 Quiz 2, Manche 4 : Histoire........................................................... 187 Q1.  Naissance de Bacon................................................................. 189 Q2.  L’Alma mater d’Albert............................................................... 191 Q3.  Sur un nuage neuf................................................................... 193 Q4.  Passage de relais.................................................................... 195 Q5.  Soucoupes secrètes................................................................. 197 Q6.  Paradis bleu........................................................................... 199 Q7.  Fusil à rayon antique............................................................... 201 Q8.  Trouvez le point commun......................................................... 203 Quiz 2, Manche 5 : Espace............................................................. 205 Q1.  Lumière voyageuse.................................................................. 207 Q2.  Un ballet d’étoiles................................................................... 209 Q3.  Connaissance universelle.......................................................... 211 Q4.  Rendez-vous du Soleil et de la Lune.......................................... 213 Q5.  Le poids du système solaire...................................................... 215 Q6.  Voyageurs à Très Grande Vitesse................................................ 217 Q7.  Valeurs vénusiennes................................................................ 219 Q8.  Une singularité singulière........................................................ 221 8

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

SOMMAIRE

Quiz 2, Manche 6 : Technologie..................................................... 223 Q1.  Arme à recharger.................................................................... 225 Q2.  Phrases magiques.................................................................... 227 Q3.  Faire le bot............................................................................ 229 Q4.  Alerte optique à Malibu............................................................ 231 Q5.  Composition numérique............................................................ 233 Q6.  Focus sur les lentilles.............................................................. 235 Q7.  Rêves numériques................................................................... 237 Q8.  Cuisine au klystron.................................................................. 239 Quiz 2, Première manche spéciale : Table périodique........................... 241 Quiz 2, Deuxième manche spéciale : NASA......................................... 245

9

INTRODUCTION

Cultre scientifique : testez vos connaissances ! a la forme traditionnelle d’un quiz. Ce livre contient deux quiz, chacun avec six manches de huit questions, plus deux manches spéciales qui permettent de gagner jusqu’à dix points et contiennent des questions à thème. Parfois, la meilleure manière de profiter d’un quiz est de se tester soi-même, et donc ce livre est conçu pour être lu seul. Chaque réponse est accompagnée d’informations éclairantes, il y a donc plus à y trouver que simplement la réponse correcte. Bien sûr, si vous utilisez ce livre dans une soirée quiz, vous n’avez pas à inclure ces éléments. Si vous souhaitez utiliser ce livre dans un quiz, vous aurez besoin de copier les questions des deux manches spéciales et d’en imprimer suffisamment d’exemplaires pour que chaque équipe puisse avoir sa propre copie. Vous pouvez utiliser ces manches spéciales comme manches de « table », qui sont laissées à la liberté de chaque équipe pour y répondre entre les autres manches. Un ajout apprécié des jeux de quiz est de permettre à chaque équipe d’avoir un joker à utiliser dans une manche de leur choix (avant de voir les questions), qui double les points gagnés dans cette manche.

Introduction

Les petites anecdotes après chaque question sont là principalement pour votre plaisir, mais selon votre audience, elles peuvent ajouter à l’amusement général et peuvent donc être lues pendant le déroulement du quiz. Quelle que soit votre façon d’utiliser ce livre, amusez-vous !

12

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

CALCULEZ VOS POINTS !

CALCULEZ VOS POINTS ! QUIZ 1 Manche 1

Points

Bonus

Manche 2

Q1

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 1 Manche 3

Points

Bonus

Sous-total 2 Bonus

Manche 4

Q1

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 3

Points

Points

Bonus

Sous-total 4 13

CALCULEZ Calculez VOS vos POINTS points !!

Manche 5

Points

Bonus

Manche 6

Q1

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 5 Manche 7

Points

Bonus

Manche 8 Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 7

Points

Bonus

Sous-total 8 Points

2e manche spéciale

TOTAL QUIZ 1 = 14

Bonus

Sous-total 6

Q1

1re manche spéciale

Points

QUELLE POUR UN MONDE FINI ? CULTURECROISSANCE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Points

QUIZ 2 Manche 1

Points

Bonus

Manche 2

Q1

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 1 Manche 3

Points

Bonus

Sous-total 2 Bonus

Manche 4

Q1

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 3

Points

Points

Bonus

Sous-total 4 15

CALCULEZ Calculez VOS vos POINTS points !!

Manche 5

Points

Bonus

Manche 6

Q1

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 5 Manche 7

Points

Bonus

Manche 8 Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Q4

Q4

Q5

Q5

Q6

Q6

Q7

Q7

Q8

Q8

Sous-total 7

Points

Bonus

Sous-total 8 Points

2e manche spéciale

TOTAL QUIZ 2 = 16

Bonus

Sous-total 6

Q1

1re manche spéciale

Points

CULTURE SCIENTIFIQUE SCIENTIFIQUE :: TESTEZ VOS CONNAISSANCES CONNAISSANCES !

Points

Quiz 1 Manche 1 : La Terre et les Lunes

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Compter les Lunes

Combien la Terre a-t-elle de Lunes ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Jupiter a au moins 67 Lunes.

La Lune la plus grande du système solaire est Ganymède, une Lune de Jupiter, dont le rayon est environ de 2 600 kilomètres, plus d’un tiers de celui de la Terre.

Nous avons déjà des preuves de l’existence de Lunes dans d’autres systèmes solaires.

19

Quiz 1

La Terre a une Lune. Cela peut sembler être la réponse évidente à une question ridiculement simple, mais les spectateurs de l’émission britannique Q.I. ont pu croire que cela n’était pas le cas. Pendant que la série était diffusée, la réponse qu’elle a apportée à cette question a variée de aucune à 18 000. Mais en réalité, la réponse évidente, 1, est la meilleure. La raison donnée pour justifier un nombre très important est que beaucoup de petits blocs de roches sont capturés par le champ gravitationnel de la Terre pendant quelques jours et sont alors des satellites naturels, ce qui en ferait des Lunes. La réponse zéro suggère que la Lune est en fait une planète, pas une Lune, parce qu’elle est particulièrement grande par rapport à la Terre, mais cette décision est arbitraire et n’est pas acceptée par la communauté des astronomes (comme son nom l’indique, « la Lune » est simplement une Lune). Il n’y a pas plus de définition définitive de « Lune » qu’il n’y en a pour « planète », mais il y a des sous-entendus clairs à l’utilisation du mot « Lune ». Ils impliquent que l’objet en question devrait être : • ancien, je veux dire par là qu’il doit être resté en orbite pendant au moins un millénaire ; • gros, disons au moins 5 kilomètres de large. Cela permet de donner la qualité de Lune même aux compagnons douteux de Mars, Phobos et Déimos, qui font environ 20 et 10 kilomètres de large. Il est clair que nous pensons sans le dire explicitement à ces règles quand on parle de Lune. Si la règle d’ancienneté n’existait pas, alors chaque météore qui passerait dans notre atmosphère, ne serait-ce que pour quelques secondes, serait une Lune et si la règle de taille n’existait pas, il faudrait compter chaque particule de débris dans les rayons de Saturne comme une Lune, chacun d’entre eux étant, de fait, un satellite naturel.

20

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : La Terre et les Lunes

QUESTION 2 Le blues de la station spatiale

Nous avons tous vu les astronautes flotter en apesanteur dans la Station spatiale internationale (ISS). Quel est le pourcentage de gravité à l’altitude de l’ISS par rapport à celle de la Terre ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le premier élément de la Station spatiale internationale a été lancé en 1998.

L’orbite de l’ISS varie entre 330 et 435 kilomètres au-dessus de la Terre. Disons 350 kilomètres pour cet exercice.

L’une des sections favorite de l’ISS pour les photographes astronautes est la coupole, un module d’observation qui aété décrit comme sortant tout droit du Faucon Millénium de La Guerre des étoiles.

21

Quiz 1

Dans l’ISS, la gravité est d’environ 90 % la gravité normale terrestre. Accordez-vous un point pour n’importe quelle valeur entre 88 et 92 %. Newton nous donne une valeur pour l’attraction gravitationnelle (F) entre deux objets comme valant : F = Gm1m2 ⁄ r2. Nous pouvons utiliser cette équation pour déterminer la différence entre le sol et l’ISS. Heureusement, presque tout s’annule. G (la constante gravitationnelle) est la même, m1 (la masse de la Terre) est la même et m2 (la masse d’une personne) est également la même. Donc le rapport entre les forces de gravitation ForceISS/ForceTerre est simplement de r2Terre/r2ISS, où rTerre est la distance du centre de la Terre à sa surface et rISS la distance du centre de la Terre à l’ISS. Nous avons dit que l’ISS est à 350 kilomètres d’altitude. De plus, le rayon de la Terre est environ de 6 370 kilomètres. Il en résulte que rISS est égal à rTerre + 350, soit 6 720 kilomètres. Ils ne sont pas très différents. Donc le rapport des forces est de (6370 × 6370) / (6720 × 6720), ce qui équivaut à environ 0,9. Pour être plus précis, la force de gravité à 350 kilomètres est 89,95 % celle à la surface de la Terre. Mais alors comment se fait-il que les astronautes flottent, comme en apesanteur ? Parce que l’ISS est en chute libre sous l’effet de la force de gravité, ce qui veut dire que l’attraction gravitationnelle est annulée. On pourrait penser que c’est un événement digne des gros titres des journaux, que la Station spatiale internationale est en chute libre vers la Terre, mais il y a un autre élément à cette histoire. En effet, l’ISS est également en déplacement latéral. Et donc elle passe continuellement à côté de la Terre. C’est exactement ce qu’est une orbite. L’objet tombe vers la Terre par l’attraction gravitationnelle. Mais en même temps, il se déplace de côté à la vitesse exacte qui lui permet de manquer la Terre et de se maintenir à la même altitude. Il en découle que chaque orbite à une vélocité spécifique qu’un satellite doit maintenir pour rester stable.

22

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : La Terre et les Lunes

QUESTION 3 Une question de chute

Qui a lâché un marteau et une plume sur la Lune afin de démontrer que, sans air, les deux tombent à la même vitesse ? (Pour un bonus, quelle mission était-ce ?) Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Il est très peu probable que Galilée ait lâché des boules de poids différents de la tour de Pise pour montrer qu’elles tombaient à la même vitesse. L’histoire vient de son assistant, juste avant la mort de Galilée. Cependant, celui-ci faisait lui-même son auto-promotion et aurait certainement mentionné cette histoire comme vraie.

Ce que Galilée a fait, cependant, c’est de comparer la chute de masse de pendules et de boules de poids différents sur un pan incliné. Ce qui est beaucoup plus simple que d’avoir un timing parfait avec la tour penchée.

Les Grecs anciens pensaient que les objets plus lourds tombent plus rapidement car ils ont plus de matières en eux, et la matière a une tendance naturelle à vouloir aller au centre de l’univers. Et donc, avec plus de matière, les objets plus lourds sont plus pressés dans leur tentative d’atteindre leur endroit préféré. 23

Quiz 1

David R. Scott a lâché un marteau et une plume sur la Lune. Je vous accorde l’initiale du milieu, et vous gagnez un point de bonus si vous savez que la mission était Apollo 15. Scott a magnifiquement démontré que la seule raison pour laquelle une plume tombe plus lentement sur Terre est à cause de la résistance de l’atmosphère. (Vous pouvez le voir en action ici : http://youtu.be/KDp1tiUsZw8). Les Grecs anciens étaient parfaitement capables de tester leur hypothèse (pas le marteau et la plume, mais lâcher des boules de poids différents), mais cela ne correspondait pas à leur approche de la science, qui se concentrait sur la logique des arguments plutôt que sur les observations et expérimentations. Bien que Galilée ait fait énormément d’expériences, qui ont globalement confirmé que des poids différents tombaient à la même vitesse, il découvrit également un argument logique qui aurait pu fonctionner pour les Grecs s’ils y avaient pensé, et qui aurait permis un développement beaucoup plus précoce d’une compréhension de la gravité. Galilée avait envisagé que l’on ait deux boules de poids différents et que la plus lourde tombe effectivement plus rapidement que la plus légère. On s’attendrait alors à ce qu’une troisième boule, du poids correspondant à la somme des deux précédentes, tombe encore plus rapidement. Imaginons maintenant que, plutôt que de faire une seule boule, on accroche deux boules de poids similaires aux premières ensemble par un bout de ficelle. La plus lourde des boules devrait donc tomber un peu plus lentement qu’elle aurait dû, car elle est freinée par la plus légère. De même, la plus légère devrait tomber un peu plus rapidement qu’elle n’aurait dû, poussée par la plus lourde. En conclusion, les poids connectés ainsi iraient à une vitesse intermédiaire par rapport aux poids seuls. Mais cela voudrait alors dire que le même poids, selon qu’il est ou non séparé, aurait deux vitesses de chute complètement différentes, ce qui montre que l’hypothèse de départ n’a pas de sens.

24

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : La Terre et les Lunes

QUESTION 4 Le trou noir de la Terre

Si la Terre était un trou noir, quel serait alors le diamètre de son horizon d’événements ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… On raconte souvent que c’est le physicien américain John Wheeler qui fut le premier à utiliser le terme de « trou noir » en 1967, mais il était déjà utilisé lors de la réunion de l’Association américaine pour l’avancement des sciences en janvier 1964, après quoi il fut imprimé pour la première fois dans un article de Ann Ewing dans la revue Science News Letter. Personne ne sait qui en est à l’origine.

Un trou noir est un objet qui a été tellement comprimé que son attraction gravitationnelle surpasse toute force contraire et en conséquence de quoi disparaît en un point.

Même si un trou noir n’est qu’un point sans dimension, il apparaît au reste du monde sous la forme d’une sphère appelée horizon d’événements. Cela correspond à la distance du centre à partir duquel l’espace-temps est tellement distordu que rien, pas même la lumière, peut s’en échapper. 25

Quiz 1

L’horizon d’événements du trou noir terrestre ferait 20 millimètres de diamètre. Accordez-vous un point pour toute réponse entre 15 millimètres et 25 millimètres et un demi-point pour une réponse entre 5 millimètres et 50 millimètres. Le seul mécanisme naturel de formation des trous noirs connu est lorsqu’une étoile mourante s’effondre sur elle-même, mais en principe n’importe quel bloc de matière pourrait être transformé en trou noir s’il était suffisamment comprimé, y compris la Terre. Malgré la description hollywoodienne, un trou noir n’est pas une sorte d’aspirateur gigantesque qui attire tout ce qui se trouve autour de lui. Son attraction gravitationnelle est la même que celle de l’objet qui l’a formé. Dans le cas de notre trou noir hypothétique, il aurait l’attraction gravitationnelle de la Terre. Mais Newton a précisément fait comprendre qu’un objet gravitationnel comme la Terre agit comme si toute sa masse était concentrée en son centre. La grosse différence entre le trou noir terrestre et la Terre est que vous pouvez vous approcher nettement plus de son centre dans le cas du trou noir. Depuis l’époque de Newton, nous savons que la force gravitationnelle suit une loi inversement carrée, elle augmente autant que le carré de la distance entre les centres de gravité diminue. Donc, lorsque la distance est divisée de moitié, la force est quadruple. Le rayon de la Terre est d’environ 6 370 kilomètres, donc en se déplaçant de notre position à la surface de la Terre jusqu’à la distance de l’horizon d’événements de notre trou noir, nous avons réduit la distance d’un facteur de 637 000 000, ce qui équivaut à une force multipliée par un facteur de 405 769 000 000 000 000. Cela fait un sacré paquet d’attraction gravitationnelle.

26

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : La Terre et les Lunes

QUESTION 5 L’homme qui tomba à travers la Terre

Si vous tombiez dans un trou sans air ni friction qui traverse complètement la Terre, combien de temps vous faudrait-il pour atteindre l’autre côté ? (à la minute près) Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le diamètre de la Terre est approximativement de 12 470 kilomètres.

Votre vitesse maximum lors de la chute au centre de la Terre serait environ 7 900 mètres par seconde.

Lorsque vous serez arrivé de l’autre côté de la Terre, il faudra vous écarter rapidement du trou, pour éviter de tomber de nouveau dans l’autre sens.

27

Quiz 1

Il faudrait 42 minutes pour tomber au travers de la Terre. Comptez un point pour toute réponse entre 41 et 43 minutes. (Un demi-point pour une réponse entre 37 et 47 minutes.) Ce calcul, qui permet de déterminer la durée pendant laquelle la personne accélère vers le centre de la Terre et ensuite freine lorsqu’il s’en écarte à nouveau, part du principe, bien entendu, qu’il n’y a pas de friction ni de résistance de l’air pendant le trajet. Il serait donc nécessaire de construire un tunnel sans air au travers de la Terre pour rendre cet impressionnant voyage possible. Construire un tunnel qui passe par le centre de la Terre serait un défi majeur d’ingénierie. Non seulement il serait nécessaire de construire un tunnel 100 fois plus long que le plus grand existant actuellement, mais il faudrait tenir compte de la très haute température, de la radioactivité, et protéger les passagers afin qu’ils survivent au voyage. Il faudrait également arriver à supprimer toute échappée de matériaux en fusion et une tendance générale du tunnel à provoquer des tremblements de terre et des éruptions volcaniques qui ne vous rendrait pas très populaire auprès des habitants aux abords du tunnel. En tombant de ce tunnel, vous gagneriez de la vitesse au fur et à mesure de votre trajet, influencé par une attraction gravitationnelle décroissante. Puis, au centre, après un bref instant de gravité zéro, vous commenceriez à ralentir, arrivant à l’arrêt juste au moment d’atteindre le côté opposé. Il est intéressant de remarquer que la durée de trajet, 42 minutes, ne dépend pas du fait que vous passiez par le centre de la Terre. Si le tunnel est de travers, et donc plus court, l’accélération se réduira également, et le voyage prendra toujours 42 minutes. Du moment que vous rendez le tunnel sans air ni friction, ce procédé devrait fonctionner.

28

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : La Terre et les Lunes

QUESTION 6 Monnaie lunaire

Quelle pièce de monnaie, tenue à bout de bras, nous apparaîtrait avoir la même taille que la Lune ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… C’est une pure coïncidence que la Lune semble avoir la même taille que le Soleil vu de la Terre. Le Soleil est approximativement 400 fois plus loin, mais également 400 fois plus gros.

La pièce la plus petite dans notre système monétaire qu’est l’euro est la pièce d’un centime qui fait 16,25 millimètres de diamètre. La plus grosse pièce est celle de deux euros avec 25,75 millimètres de diamètre.

29

Quiz 1

Il n’existe pas de pièce de monnaie assez petite pour avoir la même taille apparente à bout de bras que la Lune. Il n’y a aucune pièce assez petite, et il n’y en a jamais eu. Cela peut paraître surprenant, mais la taille apparente de la Lune est à peu près identique à un trou de perforateur (environ 5 millimètres) tenu à bout de bras. Vous pouvez tester cela vous-même en tenant un morceau de carton perforé à bout de bras un soir de pleine lune. Elle devrait apparaître presque entière dans le trou. Pourquoi donc la Lune nous paraît-elle plus grande ? Il semblerait que ce soit un effet psychologique. Du fait que la Lune est beaucoup plus lumineuse que le ciel nocturne, notre cerveau part du principe qu’elle est plus grande qu’elle n’apparaît en réalité. L’image que nous nous faisons du monde n’est pas comme une photographie, qui capte l’emplacement relatif des objets qui la composent de façon géométrique. Notre cerveau possède pour lui différents modules qui traitent les informations comme les formes, les ombres, les lignes, etc. de manières différentes. L’image que nous voyons est en fait une reconstruction plutôt qu’une photographie. Ceci implique que les choses ne sont pas toujours vraiment telles que nous les voyons. C’est pourquoi de bonnes illusions d’optique sont aussi convaincantes. Dans le cas de la Lune, elle peut sembler encore plus grosse lorsqu’elle est basse dans le ciel, apparaissant relativement énorme lorsqu’elle est proche de bâtiments ou d’arbres. De nouveau, notre cerveau évalue mal la situation. Comme cet effet est subjectif, nous ne pouvons pas savoir si la Lune apparaît à d’autres personnes telle qu’elle nous paraît. L’absence de cet effet est la raison pour laquelle les photographies de la Lune prises avec un appareil ordinaire nous semblent aussi décevantes. Il faut un bon téléobjectif pour obtenir le genre de grosse Lune auquel notre cerveau croit.

30

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : La Terre et les Lunes

QUESTION 7 La mesure du monde

Quelle est la distance du pôle Nord au parallèle qui traverse Paris, au kilomètre près ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le philosophe grec Ératosthène est la première personne connue pour avoir fait une mesure scientifique de la circonférence de la Terre, en mesurant la position du Soleil à midi à deux endroits suffisamment éloignés et en y ajoutant un soupçon de géométrie.

Le Système international moderne de système métrique a été établi en 1960. L’unité de mesure standard de la distance est le mètre.

Le congrès des États-Unis d’Amérique a ratifié l’utilisation du système métrique en 1866, et les unités d’usage courant là-bas, comme le pied ou la livre, sont définies à partir de mesures dans le système métrique. Cependant, malgré des tentatives pour l’introduire, ce système n’a jamais été accepté par la population.

31

Quiz 1

Il y a exactement 10 000 kilomètres du pôle Nord à Paris. Vous marquez un point pour la valeur exacte, un demi-point si vous avez la bonne réponse à plus ou moins 100 kilomètres. Cette valeur étonnamment exacte reflète la définition du mètre en 1795 comme étant 1/100 000e de la distance du pôle Nord au parallèle qui traverse Paris. Cette distance a été utilisée pour préparer une barre de platine de 1 mètre en 1799. Ce modèle, et des variantes, ont été utilisés jusqu’en 1960, lorsque le standard a été modifié pour être basé sur la longueur d’onde de la lumière. En 1983, elle devint officiellement 1/299 792 458e de la distance parcourue par la lumière en 1 seconde. Le système métrique est désormais généralisé à l’ensemble du monde, même s’il est moins accepté dans les pays de langue anglaise, ce qui est peut-être lié à une aversion à tout ce qui peut avoir une origine française. Le système métrique est basé sur celui adopté par la France après la Révolution, dans les années 1790. Il a été étendu des seules mesures de distance et de poids d’origine 40 ans plus tard environ, et il est désormais un système de mesure complet, couvrant toutes les unités, de la luminosité (candela) au nombre de particules dans une quantité standard de matière. Le nom « mètre » date de bien avant la conversion au système métrique, au xviie siècle, lorsqu’il a été suggéré qu’il devrait exister une mesure universelle de distance, soit en italien, un metro cattolico. La partie « kilo », dérivée du terme grec pour un millier, a été ajoutée de façon standard en 1960, mais était utilisée depuis les débuts de la conversion au système métrique.

32

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : La Terre et les Lunes

QUESTION 8 Des œufs dans l’espace

Quelle entreprise internationale a sponsorisé une expérience effectuée dans la Station spatiale internationale pour déterminer si des œufs de caille pouvaient se développer en microgravité ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Un œuf de caille a une taille correspondant à environ un tiers de celle d’un œuf de poule, ce qui le rend idéal pour l’espace réduit d’une station spatiale.

L’idée d’une expérience utilisant des œufs dans la Station spatiale internationale a été inventée à l’origine par un élève de 4e, John Vellinger.

Pour permettre cette expérience, la NASA a dû déployer l’EDA et l’HEA sur l’ISS. Qui a dit que les ATL (acronymes à trois lettres) étaient obsolètes ?

33

Quiz 1

KFC a sponsorisé l’expérience des œufs de caille dans l’ISS. La microgravité subie dans la Station spatiale internationale est idéale pour expérimenter les impacts de la gravité (et son absence) sur la croissance des êtres vivants. Des expériences ont été faites, par exemple, pour voir comment les plantes peuvent contrôler la poussée de leurs racines sans gravité pour la diriger (réponse : mal). L’effet a été pire sur les oiseaux. Dans l’expérience sponsorisée par Kentucky Fried Chicken, un groupe de 36 œufs de caille japonaise ont été incubés dans l’ISS afin de déterminer comment l’absence de gravité influencerait leur développement. Comme c’était une expérience de la NASA, l’équipement utilisé a été dénommé avec des acronymes impressionnants : l’EDA ou Établissement de développement aviaire et l’HEA (Habitat d’éclosion aviaire). Des appareils spéciaux ont été conçus pour éviter que les œufs soient abîmés lors du décollage et afin d’éviter qu’ils ne soient brouillés avant d’avoir pu être testés. On a découvert qu’un élément essentiel du développement des œufs est que la gravité maintient le jaune près de la coquille. Dans l’espace, le jaune flotte au milieu du blanc et ne parvient pas à se développer correctement. Aucun des œufs n’a éclos avec succès, même s’il y eu quelques développements. Des œufs de caille ont été utilisés plutôt que des œufs de poule, qui auraient été plus logiques pour KFC, parce que leur masse est plus faible, et qu’ils prennent moins de place, ce qui les rend moins coûteux à envoyer dans l’espace. L’élève qui pensa le premier à cette expérience, John Vellinger, fonda plus tard l’entreprise Space Hardware Optimization Technology. La NASA associa Vellinger à Mark Deuser, un ingénieur de KFC, pour développer l’expérience d’origine.

34

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 1 Manche 2 : Divers

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 La science des spaghettis

Qu’est-ce que la spaghettification ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Spaghetti est le pluriel de spaghetto, l’italien pour « fine corde ».

En France, c’est grâce à Catherine de Médicis que l’on a découvert les pâtes suite à son mariage avec Henri II. La plupart des pâtes sont des nouilles sous une forme particulière, faites à partir de farine de blé dur sans levain.

37

Quiz 1

La spaghettification est le terme scientifique du sort qui attend quelqu’un qui tombe dans un trou noir. Vous gagnez également un point si vous arrivez à décrire ce qui arrive à quelqu’un pendant la spaghettification, comme décrit ci-dessous. Un trou noir est une construction théorique qui a émergé rapidement des travaux d’Einstein sur la théorie de la gravitation : la relativité générale. C’est beaucoup plus tard que des preuves acceptables, bien que indirectes, montrant l’existence de trous noirs dans l’univers ont été trouvées. (Ou quelque chose d’approchant un trou noir, car certains physiciens contestent qu’ils puissent vraiment se former entièrement.) Un trou noir est une étoile qui s’est entièrement effondrée sur ellemême. Normalement, les réactions à l’intérieur d’une étoile la maintiennent à sa taille normale, ce qui l’empêche de s’effondrer, mais certaines étoiles, à un état avancé de leur développement, n’arrivent plus à résister aux forces d’attraction de la gravité et elle s’effondre, atteignant finalement l’état de simple point, ou singularité. Ce que l’on appelle communément trou noir est en fait l’horizon d’événements, la distance au-delà de laquelle rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. Si vous étiez en train de tomber dans un trou noir les pieds devant, vous verriez que l’attraction gravitationnelle sur vos pieds est nettement plus forte que celle sur votre tête, car vos pieds seraient plus près du centre de gravité du trou noir. Ce qui ne serait d’abord qu’une irritation deviendrait une force horriblement douloureuse et irrésistible, qui allongerait votre corps de plus en plus jusqu’à ce que vous deveniez une longue forme rose, ressemblant à un spaghetti. On appelle ce processus la spaghettification. (Qui a dit que les cosmologistes et les astrophysiciens n’avaient pas le sens de l’humour ?)

38

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 :Divers

QUESTION 2 Gagner la médaille d’or de physique

Pour quelle raison Gustaf Dalén a-t-il gagné le prix Nobel de physique en 1912 ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le premier prix Nobel de physique a été attribué en 1901 à Wilhelm Röntgen pour ses travaux sur les rayons X.

Une seule personne (à l’heure où sont écrites ces lignes) a reçu à deux reprises le prix Nobel de physique : John Bardeen. Il l’a remporté en 1956 pour ses travaux de recherche qui ont mené à l’invention du transistor et une nouvelle fois en 1972 pour sa contribution à la théorie BCS de supraconductivité.

Également à l’heure où sont écrites ces lignes, le lauréat le plus jeune du prix Nobel de physique est Lawrence Bragg, qui avait 25 ans lorsqu’il le remporta en 1915 avec son père, pour leurs travaux sur l’analyse des structures cristallines par rayons X.

39

Quiz 1

Dalén a reçu le prix Nobel de physique pour son travail sur l’éclairage au gaz des phares. La question de l’attribution du prix Nobel de physique pour des avancées technologiques plutôt que de la physique pure fait débat, et il n’existe sans doute pas de cas qui mérite davantage notre étonnement que celui de l’ingénieur suédois Nils Gustaf Dalén. Selon le site web du prix Nobel : « Pendant des centaines d’années, les phares ont permis de rendre la navigation plus sûre. Au xixe siècle, l’acétylène était devenu la source de lumière standard. Gustaf Dalén a développé une méthode pour faire flasher la lumière selon des fréquences rapides afin de réduire la consommation de gaz. En 1907, il inventa une valve de régulation basée sur la différence d’expansion entre deux barres de métal noire et blanche. Sa «valve solaire» a rendu possible l’extinction des phares pendant la journée. » Que ce soit une raison pour remporter le prix Nobel semble extrêmement étrange, en particulier en 1912, lorsqu’il a reçu le prix. En effet, à l’époque déjà, le gaz était en train d’être rapidement remplacé par l’électricité. (Le premier phare construit spécifiquement pour une lumière électrique est le phare de Souter, dans le Tyne and Wear, en Angleterre. Il fonctionne depuis 1871.) C’est un peu comme si quelqu’un gagnait de nos jours un prix Nobel pour l’invention de la disquette informatique. Bien qu’il soit impossible de deviner les raisons du comité du prix Nobel, il reste utile de rappeler que ce prix est accordé par l’Académie royale des sciences de Suède, et il est possible qu’elle ait pensé qu’il était grand temps qu’un Suédois remporte le prix, quelle que soit sa contribution à la physique.

40

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 :Divers

QUESTION 3 La question Carrington

Quel événement a été nommé événement Carrington ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Richard Carrington était un astronome amateur britannique à l’esprit indépendant qui a produit une étude des étoiles circumpolaires mais a surtout passé la majeure partie de son temps à observer le Soleil, en particulier les taches solaires, découvrant ainsi la façon dont la rotation du Soleil n’est pas uniforme.

Galilée publia sa Lettre sur les taches solaires en 1613, suggérant que les taches sombres, qui apparaissent lorsqu’on observe le Soleil, sont des phénomènes à la surface de celui-ci, plutôt que de petites planètes qui cacheraient la lumière du Soleil, hypothèse souvent suggérée à l’époque.

Dans le même document, Galilée suggéra que le Soleil tourne en un mois environ. Le nombre exact est un peu plus de 25 jours, les mesures de Galilée étaient donc plutôt bonnes.

41

Quiz 1

L’événement Carrington fut une impulsion électromagnétique massive causée par une éruption solaire. L’événement Carrington a été nommé d’après l’astronome britannique Richard Carrington, qui s’était spécialisé dans l’observation du Soleil. En 1859, Carrington enregistra une éruption solaire massive. Elle produisit plusieurs éjections de masse coronale, où des nuages de particules chargées ont été propulsés dans l’espace, et ont finalement atteint la Terre. Même si la dépendance à l’électricité n’avait rien de comparable à celle que nous connaissons, et que l’électronique n’existait pas encore, l’impact a été très significatif. De forts courants électriques ont été induits dans les fils des premiers systèmes de télégraphes. Il y eut des étincelles, quelques bureaux prirent feu et des systèmes entiers tombèrent en panne. Ces impulsions électromagnétiques (IEM) continuent de se produire de façon irrégulière. Un événement majeur s’est produit en 2012, par exemple. Il se trouve que la Terre n’était pas dans la ligne de tir, mais si cela avait été le cas, il est probable que tous nos satellites auraient été irrémédiablement détruits, la plupart de nos communications terrestres auraient cessé de fonctionner et beaucoup de nos appareils électroniques auraient été endommagés. Une étude par l’Académie des sciences des États-Unis estime l’impact financier d’une frappe par une impulsion électromagnétique solaire à plus de 2 000 milliards de dollars, avec des dégâts demandant des années de réparations. Heureusement, les impacts directs sont rares, nous n’en avons pas vécu depuis l’événement Carrington, mais il ne fait aucun doute qu’un nouvel événement finira bien par se produire.

42

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 :Divers

QUESTION 4 Une température absolue

Pourquoi une température de 2,725 K est-elle notable ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Quand une température apparaît avec un K, par exemple 54,6 K, le « K » correspond à kelvin. L’unité est nommée d’après le physicien du xixe siècle William Thomson, qui prit le titre de baron Kelvin.

L’unité est appelée kelvin (avec un k minuscule) et n’a pas de « degré » attaché, contrairement au Celsius ou Fahrenheit, même si la différence de température d’un kelvin est la même que celle d’un degré Celsius.

L’échelle Kelvin démarre au zéro absolu, soit −273,15 °C, et est très souvent utilisée dans les mesures scientifiques.

43

Quiz 1

2,725 K est la « température » du fond cosmique de micro-ondes. Clairement, c’est très froid (pas de point pour cela, je suis désolé), juste quelques degrés au-dessus du zéro absolu. La température 2,725 K correspond à −270,425 °C. Le fond cosmique de micro-ondes est un faible rayonnement de micro-ondes qui emplit le ciel dans toutes les directions et qu’on pense être un résidu des photons qui se sont échappés lorsque l’univers est devenu transparent, un peu moins de 400 000 ans après le Big Bang. À cette époque, ces photons avaient beaucoup d’énergie, mais avec l’expansion de l’univers, ils ont perdu beaucoup de cette énergie, jusqu’à atteindre la zone des micro-ondes. Ce phénomène avait été prédit une vingtaine d’années avant qu’il ne soit (accidentellement) détecté, avec une estimation d’origine d’à peu près 5 K, pas une si mauvaise supposition. Il peut sembler étrange de faire référence à cette radiation par sa température, plutôt que par une mesure de sa fréquence ou de sa longueur d’onde que l’on donne le plus souvent à la lumière. Mais cela reflète le fait que cette radiation est une composition de plusieurs fréquences. La lumière n’a pas vraiment de température, les 2,725 K font référence à la température d’un bout de matériaux (techniquement un corps noir) qui émet une radiation avec la même quantité d’énergie, ce qui correspond à une bande de fréquence entre environ 3 × 108 et 3 × 1011  Hz.

44

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 :Divers

QUESTION 5 La menace des friandises au cinéma

Comment James Vicary trompa le monde entier en utilisant des images de Coca-Cola et de pop-corn dans une salle de cinéma en 1957 ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… James Vicary dirigeait une entreprise de recherche marketing et avait une association intéressante avec Coca-Cola.

Coca-Cola a longtemps été l’une des marques les plus puissantes au monde. Elle a été produite comme une version sans alcool du mélange de vin et de cocaïne de son inventeur, le colonel John Pemberton. (Un cocktail qu’il avait conçu pour venir à bout de sa propre addiction à la morphine.)

À l’origine un médicament breveté, Coca-Cola a été commercialisé en 1886. La cocaïne n’est plus intégrée au mélange depuis 1903, même s’il restait des traces de cocaïne des branches de coca utilisées dans le processus. La boisson est désormais fabriquée avec des extraits de coca sans cocaïne.

45

Quiz 1

Vicary a prétendu avoir influencé les achats de son audience par de la publicité subliminale. James Vicary a prétendu avoir exposé plus de 450 000 personnes à des images subliminales, affichées dans un temps tellement court que ces personnes n’étaient pas conscientes de les avoir vues. Ces images montraient la marque Coca-Cola ainsi que du pop-corn, et Vicary a prétendu que ce visionnage avait eu pour conséquence une augmentation de 18,1 % des ventes de Coca-Cola et une augmentation de 57,5 % des ventes de pop-corn. La publicité subliminale a été rendue illégale au Royaume-Uni et dans beaucoup d’autres pays à la suite de cela. En France, elle l’est depuis 1992. De nos jours, on considère que l’expérience de Vicary n’a été qu’une action publicitaire pour son propre intérêt, afin de donner une plus grande visibilité à son entreprise d’étude de marchés. Ni lui ni personne d’autre n’ont été capables de reproduire ces résultats, sans que cela n’empêche l’horreur inspirée par cette expérience et l’inquiétude de beaucoup de personnes vis-à-vis des effets subliminaux. Il existe quelques preuves que les messages subliminaux fonctionnent, mais sans avoir les effets suggérés par Vicary. Il semble qu’ils soient particulièrement aptes à l’amorçage, un processus par lequel le cerveau peut être rendu plus sensible à un sujet particulier. Ainsi, par exemple, si quelqu’un a déjà soif, afficher alors des images ou des mots liés à la boisson de façon subliminale va augmenter la probabilité que la personne ira acheter une boisson, et elle peut également influencer le désir d’une marque particulière. Vicary s’est trompé également dans ce cas. Il affirmait que son expérience montrait qu’il était possible de provoquer la soif ou la faim, mais pas que l’on pouvait faire changer de marque.

46

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 :Divers

QUESTION 6 Une -ologie distinguée

Qu’est-ce que l’éthologie ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les publicités pour British Telecom avec Maureen Lipman sont restées dans la mémoire collective britannique depuis leur diffusion dans les années 1980. Dans l’une d’elles, elle se remet de ses émotions après avoir entendu que son petit-fils n’a réussi que deux examens, l’un de poterie et l’autre de sociologie en disant : « Il a eu une -ologie et il dit avoir échoué… ».

L’utilisation du mot « -ologie » date d’au moins 1811. Dans Les Temps difficiles (1854), Charles Dickens a écrit : « S’il reste une -ologie… qui n’avait pas été portée jusqu’à l’usure dans cette maison… J’espère ne plus jamais entendre son nom. »

Historiquement, l’une des premières « -ologie » après la théologie est la démonologie, qui date de la fin du xvie siècle.

47

Quiz 1

L’éthologie est l’étude du comportement animal. Le nom vient de la combinaison du grec pour « caractère » et de la terminaison en -ologie. Vous obtenez également un point si vous avez dit que c’est l’étude du caractère par les gestes, la science du caractère, ou un traité sur les manières et les mœurs, mais l’usage le plus courant est zoologique. L’éthologie est de nos jours profondément associée à l’évolution, depuis l’ouvrage écrit en 1872 par Charles Darwin L’Expression des émotions chez l’homme et les animaux. Si le livre se concentre sur les expressions humaines, il fonde cette étude sur le comportement animal. C’est seulement depuis les années 1950 que l’éthologie est devenue une discipline à part entière. Le comportementaliste animal Konrad Lorenz a suggéré que les animaux ont des comportements instinctifs, provoqués par des déclencheurs externes, par exemple les danses nuptiales ou les stimuli sensoriels associés à la mère de l’animal. En devenant plus importante, cette science donna plus de considération au côté social du comportement animal, en ne regardant plus seulement le comportement de chaque individu mais également les comportements des groupes, allant jusqu’aux relations complexes des super-organismes comme les fourmis ou les abeilles où la totalité du groupe agit comme une seule entité. Les aspects sociaux du comportement animal sont particulièrement intéressants du point de vue de l’évolution, car ils peuvent paraître à première vue contre-productif pour un individu et ses gènes. Cependant, les comportements de groupes permettent souvent une meilleure survie du groupe dans sa majorité, et une quantité importante de travail a été effectuée pour étudier ce phénomène et le moment où un animal décide de se sacrifier pour le bien commun. L’éthologie a différentes sous-branches qui étudient, par exemple, le comportement spécifique des membres de la famille des corbeaux, ainsi que celui des chiens, ces deux races ont en effet montré qu’elles étaient capables d’exploits tout à fait remarquables. 48

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 :Divers

QUESTION 7 Un éléphant extraordinaire

Quel est le lien entre l’éléphant Tusko du zoo de Oklahoma City et Timothy Leary ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les éléphants indiens adultes peuvent peser jusqu’à 5 tonnes.

Le zoo d’Oklahoma City a ouvert ses portes en 1904.

Tusko était un éléphant indien. Malgré de nombreuses similitudes, il s’agit d’un genre différent de l’éléphant d’Afrique. Les éléphants indiens sont des Elephas maximus indicus, alors que les éléphants d’Afrique sont des Loxodonta africana.

49

Quiz 1

L’éléphant Tusko et Timothy Leary ont tous les deux pris du LSD. L’ancien professeur de Harvard Timothy Leary, vedette intellectuelle de la contre-culture hippie, et l’éléphant Tusko ont été les sujets d’expérimentations utilisant le diéthylamide de l’acide lysergique, drogue plus connue sous le sigle LSD. Il faut noter la différence notable entre eux deux : seul Leary a eu le choix d’être un sujet. Après avoir expérimenté l’hallucinogène naturel psilocybine, Leary devint un fervent défenseur des bénéfices potentiels du LSD dans le traitement des troubles psychiatriques. Héros de la jeunesse des années 1960, Leary popularisa la citation de Marshall McLuhan : « Turn on, tune in and drop out ». Leary sera arrêté à de nombreuses reprises, et son influence sur la jeunesse américaine sera telle que le président Richard Nixon l’appellera l’homme le plus dangereux des États-Unis. Leary a réalisé des expériences multiples avec le LSD, sur lui-même comme sur d’autres. Tusko, de son côté, n’eut qu’une seule expérience avec la drogue. Dans un état d’esprit qu’il est difficile de justifier de nos jours, des chercheurs ont décidé de tester une dose de LSD sur un éléphant. La justification de l’époque était de voir si cela provoquerait la condition connue comme le musth, un état d’agressivité incontrôlable revenant périodiquement chez les éléphants mâles. Malheureusement, les chercheurs travaillant au zoo d’Oklahoma City n’avaient pas la moindre idée du dosage de cette drogue très puissante pour un éléphant. Le 3 août 1962, ils ont donné à Tusko une dose qui était entre 1 000 et 3 000 fois celle d’un homme, mais un éléphant indien a moins de 100 fois la masse corporelle d’un homme. Tusko s’effondra presque immédiatement et mourut en moins de deux heures.

50

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 :Divers

QUESTION 8 L’heure du père Noël

Quand il est 22 heures le soir de Noël à Paris, quelle heure est-il au pôle Nord ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… L’idée de coordonner les heures entre différents endroits est apparue en même temps que l’apparition des lignes de chemins de fer. Avant cela, la plupart des villes utilisaient leur propre heure. Même s’ils sont souvent confondus, Santa Claus et le père Noël sont visuellement différents. Traditionnellement, Santa Claus porte une courte tunique rouge, avec un liseré blanc et un chapeau, cette apparence a été largement influencée par les publicités de Coca-Cola. Le père Noël porte une cape avec capuche, qui peut être verte mais le plus souvent d’un rouge plus neutre que celui de Santa Claus. Il y a deux pôles Nord. Le pôle Nord géographique, celui auquel cette question fait référence, est le point à l’extrémité nord de la Terre, là où l’axe de rotation de la Terre rencontre sa surface. Le pôle Nord magnétique est l’endroit vers lequel pointent tous les aimants pouvant tourner librement. Au pôle Nord magnétique, un aimant pointera vers le bas. Pour ajouter à cette confusion, le pôle Nord magnétique est en fait ce qu’on appelle un « pôle Sud » lorsqu’on le réfère aux aimants. La raison en est qu’on a nommé la polarité des aimants en fonction du pôle de la Terre qui les attire, et que les pôles opposés s’attirent. Les deux pôles Nord sont espacés d’environ 800 kilomètres, et le pôle Nord magnétique se déplace actuellement vers la Russie à une vitesse de 60 kilomètres par an. 51

Quiz 1

Lorsqu’il est 22 heures à Paris, il est 21 heures au pôle Nord. L’heure à la surface de la Terre est arbitraire. Nous pourrions avoir exactement la même heure partout sur Terre, mais cela voudrait dire que 21 heures pourrait correspondre au petit matin, au milieu de l’après-midi ou au milieu de la nuit, en fonction de votre position sur Terre. Au lieu de cela, la Terre a été séparée aux alentours du xixe siècle en fuseaux ayant des heures différentes. Par exemple, le territoire continental des États-Unis est composé de quatre fuseaux horaires. Chaque fuseau autour de la Terre est, en principe, un peu comme un quartier d’orange. Chaque quartier correspondant à 15 degrés de la longitude du globe, les 360 degrés correspondent bien à 24 heures. En pratique, cependant, les fuseaux sont souvent déplacés pour suivre le tracé de différentes frontières, ou pour éviter qu’une petite île soit séparée en deux fuseaux. (La Chine, qui devrait enjamber environ cinq fuseaux, a choisi de n’utiliser qu’un seul fuseau horaire.) La plupart des fuseaux horaires ont un décalage clair et simple de 1 heure avec les fuseaux qui les entourent, mais certains d’entre eux restent déterminés à nous compliquer la vie, et quelques zones ont des décalages de 30 ou 45 minutes. Ces problèmes sont cependant sans rapport avec celui du pôle Nord. Là-bas, tous les fuseaux se rejoignent. De fait, le pôle Nord se trouve dans tous les fuseaux horaires. Faites un simple pas depuis le pôle Nord et la direction que vous choisirez vous placera à n’importe quelle heure possible de la journée. Ce n’est visiblement pas très pratique et donc, de manière arbitraire, le fuseau horaire au pôle Nord a été choisi pour être UTC1, le même fuseau horaire que Londres pendant l’hiver. Paris ayant une heure de différence avec Londres, le père Noël peut donc avancer sa montre d’une heure.

1. Temps universel coordonné, abrégé en UTC. Notez que l’anglais Coordinated Universal Time est également abrégé en UTC. 52

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 1 Manche 3 : Mathématiques

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Choisissez une réponse, n’importe laquelle

Dans un questionnaire à choix multiples avec quatre options, quelle réponse a le plus de chance d’être la bonne ? a) La première ; b) La deuxième ; c) La troisième ; d) La quatrième. Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… On ne sait pas quand le premier questionnaire à choix multiples a été donné, mais il en existe depuis au moins 1915.

Les choix multiples sont devenus populaires avec le marquage automatique. Les premiers lecteurs utilisaient la conductivité électrique de la mine de crayon.

Les deux tiers au moins des étudiants répondant à des questionnaires à choix multiples pensent qu’ils devraient s’en tenir à la première réponse qui leur vient à l’esprit. Même la majorité des professeurs donnent ce conseil à leurs élèves. Cependant, plus de 60 études sur les résultats de tests ont montré que lorsque les étudiants modifient leur réponse après une période de réflexion, ils ont une plus grande probabilité de changer une réponse incorrecte en réponse correcte que le contraire. 55

Quiz 1

b) La deuxième réponse est celle qui a le plus de chance d’être correcte.

Un bon auteur de questionnaire utilise un générateur de nombres aléatoires pour choisir la position des réponses correctes, mais souvent les auteurs de test utilisent une distribution de résultats qui a simplement « l’air » aléatoire, et il se trouve que les humains sont très mauvais pour reconnaître une série aléatoire. Pour des questions ayant quatre choix de réponse, la deuxième a tendance à être le plus souvent la bonne et, donc, pour notre question également. Ce n’est pas un biais énorme, mais si vous n’avez aucune autre idée, vous feriez aussi bien de choisir la réponse qui a la plus grande probabilité d’être la bonne. Lorsqu’il y a cinq choix, c’est le cinquième qui est un peu plus probable que les autres. Lorsqu’il n’y a que trois choix, aucun biais clair n’a été observé. Si le choix est entre « vrai » et « faux », il y a généralement plus de réponses « vrai ». De même, lorsque le choix « Tout ce qui précède » est offert, il est plus souvent correct que la simple chance ne devrait le permettre. Nous avons également tendance à penser que les répétitions sont plus rares dans les valeurs aléatoires qu’elles ne le sont en réalité. Donc un auteur de questions utilisera moins souvent la même position pour la bonne réponse de deux questions successives qu’il ne devrait. Si vous êtes confiant dans une réponse, mais n’avez aucune idée pour la suivante, un moyen utile de supprimer un choix de réponse consiste à éliminer celle qui est à la même position que pour la question précédente. Une autre tactique consiste à éliminer les réponses qui sortent du lot. Prenez par exemple les choix suivants : a) Norman Smith b) Norman Spencer c) Stanley Spencer d) Arthur Eddington Vous pouvez probablement éliminer d) même sans rien savoir de la question. Et finalement, les réponses longues sont souvent correctes car l’auteur de la question essaiera de rendre la réponse correcte clairement correcte, ce qui peut demander un peu plus d’information. 56

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Mathématiques

QUESTION 2 Cauchemar de joueur de foot

Quelle est la meilleure tactique d’un footballeur professionnel pour réussir son penalty ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Selon une analyse de 2012, l’Angleterre avait la plus mauvaise statistique de n’importe quelle équipe internationale en termes de séquences de tirs au but réussis, avec 14 %.

À l’inverse, l’Allemagne avait un résultat de 83 % de séquences de tirs au but réussis. Il faut cependant garder à l’esprit que ces statistiques sont basées sur un nombre peu élevé de séquences, typiquement entre six et sept.

Le maigre résultat de l’Angleterre ne veut pas dire qu’ils n’ont pas marqué. En fait, ils ont réussi 66 % de leurs tirs au but. Ils ont simplement moins marqué que leurs adversaires.

57

Quiz 1

Lorsqu’il tire un penalty, un professionnel devrait toujours tirer droit vers le gardien de but. Je suis la dernière personne à qui demander un conseil sur le football, mais il existe cependant assez de preuves que cette affirmation est vraie. Le goal n’a pas le temps d’attendre de déterminer le chemin du ballon avant de décider de quel côté plonger. Cette décision doit être prise selon les mouvements du tireur avant le tir lui-même. Si le plongeon se fait plus tard, la balle sera dans le filet bien avant que le gardien soit à sa portée. Mais cela veut dire que ce dernier est à la merci d’une tactique inattendue du tireur. L’hypothèse est donc que très peu de joueurs professionnels prennent le risque de tirer pile vers le goal et donc le gardien plongera toujours d’un côté ou de l’autre. Ceci veut dire qu’un joueur courageux qui tire directement au milieu du filet, en direction du gardien, a une chance supérieure de marquer. Ce n’est cependant pas une tactique que l’on peut répéter à l’infini, mais comme stratagème occasionnel elle est souvent gagnante. Alors pourquoi ne la voit-on pas employée plus souvent ? Il semble probable que la plupart des joueurs préfèrent manquer un tir que de risquer de tirer directement dans les bras du gardien qui n’a pas plongé, et paraître ridicule par la même occasion. Ne pouvant affronter l’embarras d’une telle situation, ils ne prennent pas ce risque, même si c’est le meilleur moyen de marquer. Vous avez probablement pris part à des parties amateurs où les joueurs tirent souvent directement vers le goal. C’est la raison pour laquelle cette question spécifie bien un « footballeur professionnel ». Un gardien de but amateur a plus de chance d’attendre, afin de voir où va la balle. Cela veut dire qu’ils vont laisser beaucoup plus de tirs vers les côtés du filet, mais arrêteront ceux qui leur arrivent droit dessus.

58

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Mathématiques

QUESTION 3 Une question moyenne

Comment la majeure partie d’un groupe de personnes peut se trouver sous la moyenne de ce groupe ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Si vos souvenirs de statistiques sont poussiéreux, une moyenne est trouvée en ajoutant la valeur associée à chaque individu du groupe et en divisant le résultat par le nombre d’individus.

Le mot « moyen » utilisé dans un contexte autre que technique a des connotations étranges. Il arrive à sous-entendre tout à la fois « typique » et « médiocre ».

Michael Gove, qui était secrétaire à l’éducation au Royaume-Uni en 2012, a provoqué un tollé lorsqu’il a annoncé qu’il souhaitait que chaque école soit notée « bonne », c’est-à-dire que la performance des élèves devait être supérieure à la moyenne nationale. Ce qu’il voulait dire en fait, c’est qu’il souhaitait que les écoles soient notées « bonnes » dans un futur proche, en comparaison avec la moyenne nationale actuelle, mais cette déclaration reste dans les mémoires comme montrant une ignorance des mathématiques du secrétaire. 59

Quiz 1

Si un individu est largement au-dessus de la moyenne, la majorité des autres seront de l’autre côté de celle-ci. (Ou bien si un petit nombre d’individus le sont.) Imaginons une pièce contenant l’ensemble des salariés d’un supermarché. Imaginons que l’on compare leur actif moyen, c’est-à-dire la valeur totale de leurs biens. Les agents de caisse en auront probablement bien moins que les managers, mais il est probable que la valeur de chaque personne oscille entre −50 000 € et +500 000 €. Maintenant, imaginons que Bill Gates entre dans cette pièce. Au moment où j’écris ces lignes, son actif est environ de 80 milliards d’euros. C’est tellement plus que les autres que tout à coup lui seul est au-dessus de la moyenne de leurs actifs. Avec ce genre de distribution, lorsqu’un nombre relativement faible d’individus sont très différents du reste de la population, une moyenne statistique est rarement une mesure utile. Au lieu de cela, les statisticiens utilisent souvent la valeur médiane, qui est simplement la valeur au milieu si l’on imagine toutes les valeurs posées sur une ligne. Ainsi, par exemple, le prix moyen d’une maison en France n’est pas très utile, car la majeure partie des prix sont sous la moyenne. Les statisticiens utilisent la valeur médiane, mais la presse en parle souvent comme d’une valeur « moyenne » car elle s’imagine que le terme « médian » est trop technique. C’est également ce qui se passe, par exemple, avec les revenus, où c’est le médian qui est utilisé par les statisticiens du gouvernement. Parfois, c’est encore plus déroutant. J’étais méfiant il y a quelques années lorsqu’un présentateur du journal annonça que le prix moyen des maisons au Royaume-Uni était de 163 910 £. Le directeur économiste de la Nationwide Building Society m’a alors contacté pour expliquer que, même s’il appelait ce chiffre une moyenne, ce n’en était pas une. En fait ils ont stratifié les données selon la région, le type de maison et ainsi de suite et ont produit une valeur assez brouillonne et pleine de pondération qui pourrait peut-être être assimilée à une valeur « caractéristique », mais certainement pas une moyenne. 60

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Mathématiques

QUESTION 4 Un pourcentage aléatoire

Question à choix multiples : Si vous choisissez une réponse à cette question aléatoirement, quelle est votre probabilité de tomber sur la réponse correcte ? a) 25 % ; b) 50 % ; c) 60 % ; d) 25 %. Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le signe % du pourcentage est probablement une forme visuellement compressée de cto, une contraction du latin per cento.

Dans cette question, « aléatoirement » peut être compris comme le fait que chaque réponse a une probabilité égale aux autres d’être choisie.

La plupart des gens sont très mauvais dès qu’il s’agit de faire un choix aléatoire. Ils ont une valeur qu’il préfère, qu’ils utilisent trop fréquemment.

61

Quiz 1

Soit « Aucun d’entre eux » ou « Cette question n’a pas de sens ». La réponse « Aucun d’entre eux » est raisonnable car si vous pensiez répondre a) ou d), alors votre choix à une probabilité de 50 % d’être correct, et il est donc faux. De la même façon, si vous pensiez à la réponse b) ou c), votre choix a 25 % de chance d’être correct, et il est donc faux également. Une autre façon d’envisager le problème est que la question posée est ambiguë. Par exemple, qu’est-ce qu’une « réponse correcte » dans le contexte de cette question ? Et donc la question n’a pas de sens. D’autres versions de ce problème sont posées sans la partie « à choix multiples ». Dans ce cas, zéro pour cent est également une réponse valide, mais ici elle n’est pas correcte parce que la question est bien à choix multiples.

62

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Mathématiques

QUESTION 5 Le symbole de célébrité de Robert Recorde

Lorsque Robert Recorde a écrit en 1557, « Je vais poser une paire de parallèles… car aucun couple de choses ne peut être plus égal », qu’est-il en train d’utiliser pour la première fois ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Recorde était un mathématicien gallois et était également docteur en médecine.

Étant un mathématicien populaire, Recorde a écrit des livres pour un public large sur des sujets comme l’arithmétique, l’algèbre, la géométrie et l’astronomie.

Malheureusement, bien qu’il ait été contrôleur de la monnaie de Dublin, Recorde s’est fait un ennemi puissant en la personne du comte de Pembroke, qui le poursuivit en justice pour diffamation. Recorde fut jeté en prison, où il mourut en 1558.

63

Quiz 1

Recorde était en train d’utiliser le signe égal (=). Il est difficile d’imaginer les mathématiques sans les symboles qui nous sont familiers, mais ceux-ci n’ont pas toujours été utilisés et certains ont même une origine connue. Recorde a également introduit + et − au Royaume-Uni, mais ces symboles étaient déjà utilisés en Allemagne depuis le milieu du xve siècle. Pour comprendre comment la vie était plus compliquée sans les symboles, ce que nous pouvons désormais simplement noter comme A + B = C + D, le seul moyen de l’écrire dans la Grèce antique était : LEAETLEBPRISENSEMBLEESTEGALAUCETAUDPRISENSEMBLE. Bien sûr, le fait que les Grecs anciens n’avaient pas de symboles pour l’espace entre les mots n’aide pas non plus. Parfois, comme Recorde, la personne qui introduit le symbole explique pourquoi il le fait, mais d’autres restent un mystère. Prenez par exemple la lemniscate, qui est le nom pour le symbole du « chiffre huit sur le côté » ∞ que nous utilisons pour l’infini (ou, pour être exact, un infini potentiel). Il a été introduit par le mathématicien John Wallis au milieu du xviie siècle dans un livre sur les sections coniques. Imaginant un plan comme s’il était constitué d’un nombre infini de rectangles (ou, pour être parfaitement exact, des parallélogrammes) horizontaux extrêmement étroits, Wallis introduit l’air de rien le symbole : « Soit l’altitude de chacun de ces [parallélogrammes] être une partie infiniment petite, 1/∞, de l’altitude totale et soit le symbole ∞ dénotant l’Infini. » Cependant, personne n’a la moindre idée de la raison pour laquelle il a introduit ce nouveau (et donc forcément irritant pour les imprimeurs de l’époque) symbole, plutôt que d’utiliser une lettre.

64

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Mathématiques

QUESTION 6 Diagonale irrationnelle

Pourquoi la longueur de la diagonale d’un carré de côté 1 est une valeur dite « irrationnelle » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La longueur de la diagonale d’un rectangle peut être calculée à partir de la longueur des côtés en utilisant le théorème de Pythagore.

Une chose que l’on sait avec certitude sur le théorème de Pythagore est qu’il était connu (au moins de façon pragmatique) bien avant que Pythagore ne soit né.

Pythagore et ses disciples croyaient que l’univers était construit  sur une structure de nombres.

65

Quiz 1

Parce que la longueur de la diagonale n’est pas le ratio de deux nombres entiers. Il est remarquable que les Pythagoriciens aient été capables de prouver que c’était le cas. (Et comme ils croyaient que l’univers entier était construit à partir de nombres entiers, cela les énervait passablement.) En voici la preuve. Vous n’avez pas besoin de la lire si lire une preuve mathématique vous donne mal à la tête, mais elle est étonnamment simple : Supposons qu’il existe des ratios de nombres entiers qui permettent de produire √2 (ce que Pythagore nous indique être la longueur de la diagonale). Nous appelons les plus petits de ces nombres A et B de telle manière que A/B = √2 . C’est la même chose que A2/B2 = 2, ou encore, en multipliant les deux côtés par B2, c’est A2 = 2 × B2. Maintenant, nous pouvons dire que 2 × B2 est pair (car tout ce qui est multiplié par 2 est pair). Donc A2 est pair, ce qui veut dire que A est pair (car tout nombre impair multiplié par lui-même donne un nombre impair). Ceci veut dire que A peut être divisé par 2. Et donc A2 peut être divisé par 4. Du fait de leur égalité, B2 peut être également divisé par 2. C’est-à-dire que B2 est pair, ce qui veut dire que B est pair (car tout nombre impair multiplié par lui-même donne un nombre impair). Mais si A et B sont pairs tous les deux, alors ils ne sont pas les entiers les plus petits dont le ratio est √2, ce qui veut dire qu’il n’est pas possible d’avoir un ratio de nombres entiers qui donne la réponse correcte.

66

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Mathématiques

QUESTION 7 La science des sept lieues

Si vous faites un pas par seconde en chaussant des bottes de sept lieues, quelle est votre vitesse en kilomètres par heure ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Des « bottes de sept lieues » apparaissent dans un grand nombre de contes folkloriques européens, des frères Grimm au Faust de Goethe et à Jack le tueur de géants.

Le nom semble originaire des histoires de Charles Perrault, même si le concept est probablement plus ancien.

La façon dont les porteurs de telles bottes se déplacent n’est pas vraiment claire, mais pour les besoins de notre question, imaginez qu’ils marchent normalement, si ce n’est que chacun de leur pas mesure sept lieues, plutôt que de voler sur sept lieues avec des pas normaux, ce qui ne serait pas plus rapide que des bottes traditionnelles.

67

Quiz 1

Votre vitesse serait de 113 400 kilomètres par heure. Une lieue correspond à la distance parcourue en marchant pendant une heure, environ 4,5 kilomètres. Donc en parcourant 31,5 kilomètres par seconde, vous voyagez à 113 400 kilomètres à l’heure. (Comptez un point pour toute réponse entre 100 000 et 130 000 kilomètres par heure.) Cela serait un peu venteux, c’est le moins que l’on puisse dire, car vous vous déplaceriez alors à plus de 100 fois la vitesse du son, ce qui produirait un bang supersonique impressionnant. Mais très peu de contes semblent avoir pensé aux conséquences pratiques d’une telle vitesse de parcours. En particulier si l’on considère l’inquiétude que les gens de l’époque avaient concernant la capacité des voyageurs d’un train à respirer lorsque le bolide filait à sa vitesse maximum, qui n’était alors que de 50 kilomètres par heure. La magie étant ce qu’elle est, on peut soupçonner que les bottes ne déplacent pas vraiment leur porteur à cette vitesse, mais d’une certaine manière transportent de leur point de départ à leur point d’arrivée sans passer par l’espace intermédiaire, à la manière d’un trou de ver dans l’espace. En fait, certaines histoires modernes impliquant des bottes de sept lieues (par exemple la Trilogie de Bartiméus par Jonathan Stroud) expliquent leur fonctionnement par des déchirures de l’espace-temps. De façon similaire, Terry Pratchett alerte, dans sa série du Disque-Monde, du fait que certaines préparations magiques sont nécessaires avant d’utiliser de telles bottes, car avoir vos deux pieds séparés par 31 kilomètres peut s’avérer être très douloureux si aucune précaution n’est prise.

68

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Mathématiques

QUESTION 8 Il suffit de suivre la côte

Quelle est la longueur de la côte de Corse ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Pour l’intérêt de cette question, nous ne considérons que la côte de l’île de Corse.

Il est impossible d’être éloigné de plus de 36 kilomètres de la côte en Corse.

La Corse a été séparée en deux départements à deux reprises, en 1793 et ensuite en 1976. La Corse a été un territoire britannique entre 1794 et 1796.

69

Quiz 1

Il est impossible de dire quelle est cette longueur. Vous gagnez un point également pour « Il n’y a pas de valeur fixe » ou d’autres formulations du même genre. La valeur arbitraire que l’on retient le plus souvent est de 1 000 ou 1 050 kilomètres. En réalité, cette mesure n’a effectivement pas de réponse facile, et nous pouvons remercier ces merveilles que sont les fractales pour cela. Les fractales sont des formes géométriques chaotiques qui sont décrites comme se ressemblant à elles-mêmes, c’est-à-dire que si vous en prenez un petit bout, il sera semblable à l’ensemble de la structure. Pensez, par exemple, à quelque chose de naturellement tortueux comme des fougères ou la cime de montagnes. Si l’on vous confie la tâche de mesurer la côte corse, vous pouvez prendre une roue de mesure et parcourir le chemin côtier, ou bien poser un fil suffisamment long sur ce chemin avant de le ramasser et de le mesurer. Ceci vous donnera un résultat dans le genre de ce que nous avons vu au-dessus, selon que vous arriviez à suivre précisément le chemin de la côte. Pour le moment, tout va bien. Mais que se passerait-il si vous décidiez de ne plus suivre le chemin, mais au contraire de suivre exactement toutes les anfractuosités de la côte, ce que le chemin ne prend pas la peine de faire ? Alors, inévitablement, votre mesure indiquerait une plus grande longueur. Et si vous mettez encore plus d’attention, en pliant votre fil pour suivre d’encore plus près les plis et replis, elle sera encore plus grande. Si vous aviez un fil suffisamment fin, vous pourriez continuer ainsi jusqu’aux atomes qui constituent les rochers, et vous arriveriez à une longueur largement plus grande que celle de départ. Laquelle de ces mesures est la vraie longueur ? Toute et aucune à la fois.

70

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 1 Manche 4 : Biologie

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Sœur Anne, ne vois-tu rien venir ?

Jusqu’à quelle distance pouvez-vous voir à l’œil nu ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… L’œil humain est extrêmement sensible. Il est capable de détecter quelques photons dans de bonnes conditions.

Par beau temps, il est possible de voir de l’autre côté de la partie la plus étroite de la Manche, c’est-à-dire à 33 kilomètres.

Les détecteurs de lumières dans l’œil ne sont pas correctement « branchés ». Ils le sont à l’envers. Un excellent exemple montrant que l’évolution n’arrive pas toujours au meilleur « dessein ». (Même si certaines recherches suggèrent qu’il y a des bénéfices à cet arrangement.)

73

Quiz 1

La distance maximum que vous pouvez voir est d’approximativement 2,5 millions d’années-lumière. Même localement nous pouvons voir des choses qui se trouvent remarquablement loin. Si l’on part du principe que vous avez une bonne vue (comme pour le reste de ces explications) et que vous le faites par une nuit très sombre, vous pouvez distinguer la lumière d’une chandelle à environ 16 kilomètres de distance. Malheureusement, la plupart d’entre nous vivons dans des endroits où l’éclairage public et le scintillement du ciel nous empêchent de profiter des nuits suffisamment sombres pour réussir cet exploit. Cependant, notre capacité sur Terre est sans commune mesure avec ce que l’on peut faire en regardant l’espace. Même en ville, nous pouvons distinguer de nombreuses étoiles. La constellation la plus simple à reconnaître est celle d’Orion, avec sa ceinture de trois étoiles. L’étoile au milieu de cet alignement, Epsilon Orionis appelée également Alnilam, se trouve approximativement à 1 340 années-lumière. C’est la distance que la lumière parcourt en 1 340 années, ce qui, si l’on tient compte de la vitesse de la lumière à environ 300 000 kilomètres par seconde, est une distance plutôt importante. C’est même à peu près à 12 686 155 200 000 000 kilomètres. C’est déjà impressionnant, mais ce n’est rien pour nos yeux. Par une nuit assez sombre, et suffisamment éloigné d’une ville, quiconque ayant une bonne vue peut arriver à distinguer le petit morceau de ciel coloré qui correspond à la galaxie d’Andromède (Consultez un site d’astronomie, ou le livre cité ci-dessous pour la trouver). C’est notre galaxie voisine, qui se trouve à environ 2,5 millions d’années-lumière. C’est 1 865 fois la distance qui nous sépare de Alnilam. Lorsque les photons que nos yeux détectent ont quitté la galaxie d’Andromède, la race humaine n’existait pas encore. Lorsque je pose la question « Jusqu’où pouvez-vous voir ? », il est facile de limiter sa vision à la Terre, mais le mécanisme de la vue n’est pas différent que l’on regarde à l’autre bout d’une pièce ou à l’autre bout de la galaxie. 74

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Biologie

QUESTION 2 En cellule

Pourquoi les cellules biologiques sont-elles appelées des « cellules » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les cellules sont les éléments vivants les plus petits qui peuvent se reproduire sans interaction extérieure.

Le mur des cellules, la membrane, est un matériel organique complexe qui permet à certaines substances de le traverser mais qui résiste au passage d’autres. Certains types de cellules ont des parois externes à la membrane plus solide pour améliorer la protection. C’est très souvent le cas pour les bactéries, les plantes et les champignons.

On distingue deux grandes familles de cellules : les procaryotes (bactéries et archées), qui n’ont pas de noyau, ont peu de structures internes et forment des organismes unicellulaires, et les eucaryotes, qui possèdent un noyau, sont souvent plus complexes et se trouvent souvent dans des organismes multicellulaires.

75

Quiz 1

Car elles ressemblent aux cellules où les moines avaient l’habitude de vivre. En 1665, Robert Hooke a publié son livre Micrographia, une étude de choses très petites réalisée grâce à l’invention relativement récente du microscope. En plus de fournir d’étonnantes larges planches de dessin d’une puce ainsi que des yeux composites d’une mouche, Hooke examina de fines sections de liège. Sa description parlait d’une « infinité de petites boîtes » qui formait la structure du liège. Pour Hooke, ces formes rectangulaires régulières ressemblaient aux rangées de cellules du dortoir des monastères, et c’est donc ainsi qu’il les a nommées. Nous savons désormais que les cellules biologiques existent sous des formes et des tailles très variées, et sont bien plus complexes qu’une simple boîte, mais elles ont gardé ce nom. Un processus similaire s’est produit en physique. Lorsque les cellules ont été mieux comprises, les biologistes ont remarqué que certaines d’entre elles ont une masse centrale qui contient l’ADN, qu’ils ont appelée le noyau. Lorsqu’Ernest Rutherford a cherché un nom pour la partie (relativement) massive au centre de l’atome qu’il avait découverte dans ses expérimentations, il a emprunté le terme de « noyau » à la biologie. Et donc des mots comme « énergie nucléaire » ont un lien indirect avec les chambres de moine de Hooke.

76

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Biologie

QUESTION 3 Couleur rouge sang

Qu’est-ce qu’il y a dans l’hémoglobine qui donne sa couleur rouge au sang ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… L’hémoglobine est plutôt un surnom, un raccourci du nom original de cette protéine « d’hématoglobuline ». Ce nom combine le mot grec pour « sang » et l’idée d’un globule (une boulette), c’est-à-dire une goutte de sang.

En exceptant l’eau, 95 % d’une cellule de sang est composée d’hémoglobine.

L’hémoglobine fœtale a une structure différente de celle des adultes, avec une meilleure capacité à capter l’oxygène, ce qui est nécessaire du fait de la faible abondance d’oxygène dans l’utérus.

77

Quiz 1

La couleur rouge vient des porphyrines, un ensemble de structures organiques annulaires dans l’hémoglobine. L’explication populaire qui dit que le sang est rouge à cause du fer dans l’hémoglobine est fausse. Une molécule d’hémoglobine contient quatre hèmes, au cœur desquels se trouve un simple atome de fer. Il est vrai cependant que l’oxyde de fer a une couleur rougeorangé (c’est particulièrement évident sous la forme de rouille). Il peut donc sembler raisonnable d’en conclure que le fer dans l’hémoglobine est responsable de sa couleur rouge. Mais les composés de fer n’ont pas la bonne teinte de rouge, qui vient en fait de la matrice d’anneaux organiques qui entourent chaque hème dans l’hémoglobine. D’un autre côté, il ne devrait pas être surprenant que la coloration ne soit pas due aux atomes de fer, car ceux-ci ne représentent qu’une partie infime de la structure de la molécule. La porphyrine tient son nom du mot grec pour une teinte rouge-violet. La couleur produite par la molécule dépend de la forme des structures de porphyrine, et celle-ci change lorsque de l’oxygène se lie à l’atome de fer. Il en découle que le sang oxygéné a une teinte d’un rouge plus vif. Un autre changement de forme se produit lors de l’empoisonnement au monoxyde de carbone, ce qui peut arriver lorsque ce dernier se lie aux structures de hème à la place de l’oxygène, ce qui provoque des rougeurs sur la victime.

78

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Biologie

QUESTION 4 Oiseau d’altitude

À mille pieds près, quelle est la plus haute altitude à laquelle un oiseau a été observé voler ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Comme les pieds restent l’unité standard de mesure de hauteur de vol, nous ne ferons pas de conversion dans le système métrique.

Les avions de ligne volent à une altitude qui varie entre 30 000 et 42 000 pieds.

Les petits avions volent quant à eux plutôt à une altitude de 12 000 pieds.

79

Quiz 1

La plus haute altitude à laquelle un oiseau a été observé voler est de 38 000 pieds. C’était tout à fait inhabituel. La plupart des oiseaux de jardin ne dépassent pas les 2 000 pieds, et les oiseaux aquatiques les plus vigoureux ne dépassent que rarement les 4 000 pieds, mais il existe des cas particuliers. Parmi les canards, des colverts ont été observés aux alentours de 20 000 pieds. Des cygnes chanteurs ont atteint les 27 000 pieds et des oies à tête barrée, les oiseaux migrateurs qui volent le plus haut, peuvent attendre les 30 000 pieds, une altitude à laquelle elles peuvent utiliser les jet-streams afin d’atteindre des vitesses très rapides par rapport au sol. Le record du monde, cependant, appartient à un type de vautour, le vautour de Rüppell, qui a une envergure de 3 mètres et qui a été découvert à 38 000 pieds. Malheureusement, cette découverte s’est produite d’une façon peu agréable pour l’oiseau, car il a été aspiré dans un moteur d’avion. Il n’était donc plus là pour profiter de son entrée dans le Livre Guinness des records. D’autres espèces vivantes font partie du cercle des animaux volant à ces altitudes. On peut trouver des coccinelles jusqu’au sommet de l’Everest, et elles peuvent théoriquement atteindre les 30 000 pieds, même s’il est très improbable d’en croiser éloignées des montagnes. Les grands vainqueurs, cependant, restent les bactéries, que l’on trouve en grande quantité dans l’atmosphère. Au-dessus de certaines villes existent jusqu’à 1 800 espèces de bactéries différentes. Étant petites et légères, elles flottent dans l’atmosphère et s’envolent très facilement. On les trouve plus haut que n’importe quel autre organisme vivant (à part l’homme). La découverte de la plus haute bactérie s’est faite à 65 000 pieds. À titre de comparaison, le Concorde, l’avion de ligne ayant volé le plus haut, avait une altitude de croisière de 56 000 pieds et ne dépassait pas les 60 000 pieds.

80

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Biologie

QUESTION 5 Tirée par les cheveux

À mille près, combien de cheveux y a-t-il sur une tête humaine typique ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le diamètre d’un cheveu humain varie entre 0,02 et 0,2 millimètres.

Les cheveux sont morts. Malgré tout ce que les vendeurs de shampooing peuvent vous raconter, il est impossible de les nourrir.

Les cheveux humains poussent au rythme de 10 à 15 millimètres par mois.

81

Quiz 1

Il y a environ 10 000 cheveux sur une tête humaine. Marquez un point pour toute réponse entre 9 000 et 11 000. Nous n’avons évidemment pas tous le même nombre de cheveux (et pour les personnes chauves, il s’agit plutôt de follicules pileux que de cheveux). Si vous êtes naturellement blond, il est probable que vous ayez plus de cheveux que la moyenne, et les roux auront tendance à en avoir un peu moins. (Cela reste vrai si, comme moi, vous avez des cheveux roux qui sont maintenant plutôt gris ou blancs.) Les cheveux sur notre tête sont normalement plus visibles que les poils sur notre corps, mais sinon nous avons un nombre total de poils similaire aux chimpanzés. La seule différence entre nos deux espèces est que les poils sur notre corps sont très fins et courts, ce qui les rend difficiles à voir. C’est à cause de cette finesse que nous pouvons voir lorsque nous avons la chair de poule, ce qui arrive lorsque notre corps essaie de gonfler notre « fourrure », que ce soit pour la rendre plus isolante ou pour la faire paraître plus importante en cas de danger. Contrairement aux autres mammifères, ce n’est pas efficace dans notre cas car les poils ne sont pas perceptibles, on ne voit que l’effet sur la peau. La raison exacte pour laquelle nos cheveux sont si différents de nos autres poils n’est pas connue avec certitude. En plus d’être beaucoup moins visibles, les poils sont différents dans le fait qu’ils cessent de pousser après avoir atteint une longueur à peu près fixe, alors que les cheveux poussent sans fin. Une hypothèse expliquerait ce fait par le port des habits (mais pas les chapeaux), un moyen de protéger le crâne des impacts ou du soleil, ou tout simplement l’effet secondaire d’une mutation qui aurait également eu un autre bénéfice par ailleurs.

82

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Biologie

QUESTION 6 Poux ancestraux

Qui est apparu en premier, le pou de corps ou le pou de tête ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les deux types de poux sont des espèces différentes, mais l’une d’elles vient de l’autre.

Lorsque Robert Hooke publia son livre sur l’utilisation des microscopes en 1665, comprenant de larges illustrations, la plus grande fascination mais également horreur venait de l’image du pou.

Les poux de tête adultes atteignent la longueur de 2 à 3 millimètres.

83

Quiz 1

Le pou de tête est apparu le premier. En France, au moins, les poux de tête sont probablement les parasites humains les plus courants. Il y a fréquemment des épisodes d’infestation par les poux, en particulier à l’école où il est plus facile d’avoir les contacts tête à tête qui sont nécessaires à la transmission de ces petits insectes suceurs de sang. Le pou de corps est apparu il y a entre 100 000 et 50 000 ans. Le pou de tête est très sensible à son environnement et reste près de la base des cheveux pour sa sécurité. Mais, pour une raison quelconque, à une période dans l’intervalle cité, une variété s’est développée qui était prête à se risquer dans les étendues arides et sauvages du corps humain. Nous pouvons estimer que c’est la période correcte pour leur apparition en se basant sur les différences dans l’ADN des deux espèces. Cette période nous donne une explication possible quant à la raison pour laquelle les poux ont décidé de risquer l’aventure au-delà des cheveux et de la tête. Cela correspond en effet à une période pendant laquelle les hommes ont commencé à se déplacer en dehors de l’Afrique, ce qui en soit aurait pu être un déclencheur pour commencer à porter des vêtements. Il semblerait que les vêtements n’ont pas seulement permis aux premiers humains de rester au chaud, mais qu’ils ont offert également aux puces de tête les plus audacieuses un environnement chaud, à partir duquel elles ont pu évoluer vers leurs cousins, les puces de corps.

84

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Biologie

QUESTION 7 Une question bleue

Quel est le liquide rouge qui suinte d’une pièce de bœuf ou d’un steak bleu ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les meilleurs morceaux de bœuf, le rond de gîte et la poire, proviennent de l’arrière-train de la vache.

Une pièce de plus en plus populaire est le steak de paleron2. Pris dans l’épaule de l’animal, il est coupé dans le sens des fibres musculaires, contrairement aux autres steaks, et peut donc être un peu moins tendre, et du coup meilleur marché.

La viande rouge devient marron une fois cuite car les atomes de fer dans les composants de la viande perdent un électron pour atteindre un état ferrique. Les viandes traitées avec du nitrite comme le jambon tendent à garder leur couleur rose lorsqu’elles sont cuites parce que l’oxyde nitrique se lie avec l’atome de fer, ce qui l’empêche d’atteindre l’état ferrique.

2. Flat iron aux États-Unis et butler’s steak au Royaume-Uni. 85

Quiz 1

Le liquide rouge est de la myoglobine (dans de l’eau). Ceux qui apprécient leur bœuf (ou leur steak) bien cuit, uniformément brun, ont tendance à gémir lorsqu’un autre convive demande une cuisson bleu, prétextant qu’ils n’aiment pas la façon dont la viande exsude du sang. Mais ce liquide rouge, le même qui donne à la viande crue sa couleur et qui goutte des pièces de viande, n’est pas du sang. Si vous y prêtez attention, ce que vous observez est assez différent du sang qui émerge par exemple d’une coupure au doigt. Le sang est opaque et d’un rouge très vif. Le liquide qui sort de la viande est transparent, et d’un rouge plus neutre. Ce n’est même pas du sang dilué, mais une substance entièrement différente, la myoglobine, en suspension dans de l’eau. Comme l’hémoglobine dans le sang, la myoglobine a pour fonction de s’accrocher à de l’oxygène, mais elle est beaucoup moins efficace. Chaque molécule d’hémoglobine des mammifères peut porter quatre molécules d’oxygène, mais la myoglobine ne peut retenir qu’une seule molécule d’oxygène. Le raison d’être de ce composé est également différente. L’hémoglobine est chargée de transporter l’oxygène dans le corps vers les endroits qui en ont besoin. La myoglobine agit comme stockage temporaire pour cet oxygène, typiquement dans un muscle, avant qu’il ne soit utilisé. Parce qu’ils ont besoin de retenir nettement plus d’oxygène que les autres mammifères, les animaux plongeurs comme les baleines et les phoques possèdent des concentrations exceptionnellement hautes de myoglobine dans leurs muscles, ce qui leur permet de continuer à fonctionner pendant plus de temps entre deux respirations.

86

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Biologie

QUESTION 8 Araignée légendaire

Pourquoi il ne peut pas exister d’araignée géante (comme dans Le Seigneur des anneaux ou Harry Potter) ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les araignées les plus grandes que nous connaissons sont les araignées Goliath, qui peuvent atteindre une envergure de 28 centimètres, et les Heteropoda maxima, qui peuvent atteindre les 30 centimètres.

Les araignées ne sont bien sûr pas des insectes, mais des arachnides à huit pattes, cousines des scorpions.

La majorité des araignées, mais pas toutes, produisent de la soie, qui a une très haute résistance à la traction pour son poids, arrivant entre l’acier et le kevlar.

87

Quiz 1

Parce qu’elles s’effondreraient sous leur propre poids, et qu’elles mourraient d’asphyxie. Vous gagnez un point pour chacune de ces réponses, et un demipoint bonus si vous avez les deux. Peu de personnes apprécient les araignées, et elles nous semblent horribles lorsqu’elles ne sont qu’à quelques centimètres de nous. Imaginez-en une assez grande pour faire de l’homme sa proie. Cela nécessiterait, disons, de multiplier sa taille par cent. Ses pattes seraient alors 100 fois plus longues, son corps 100 fois plus gros également, etc. Si l’on faisait cela, les pattes verraient une augmentation de la surface de leur section d’un facteur de 100 × 100 = 10 000 fois, ce qui les rendrait beaucoup plus fortes. Malheureusement, le poids de l’araignée dépend de son volume, qui lui augmenterait d’un facteur de 100 × 100 × 100, c’est-à-dire qu’elle serait un million de fois plus lourde. Le résultat est que ses pattes se briseraient sous le poids de la bête. Le même effet empêche une augmentation importante de la taille des hommes. (Si vous observez un très gros animal, comme l’éléphant, ces pattes sont proportionnellement beaucoup plus épaisses que les nôtres.) Cependant, les araignées comme les insectes ont un problème supplémentaire. Elles respirent à l’aide de petits orifices dans la carapace dure qui leur sert de squelette. Ainsi, leurs corps auraient besoin d’un million de fois plus d’oxygène, alors qu’elles n’en recevraient que 10 000 fois plus. Si vous arriviez à magiquement multiplier la taille d’une araignée, elle mourrait rapidement d’asphyxie. Les Australiens vous diront avec raison qu’il est prudent de faire très attention aux araignées dans certaines parties du globe, mais vous n’avez pas à vous inquiéter d’une invasion d’araignées mutantes gigantesques.

88

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 1 Manche 5 : Technologie

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 La première voix de son maître

Qui a inventé le gramophone ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le premier enregistrement sur cylindre a été réalisé sur une feuille de papier aluminium.

La feuille de papier aluminium a ensuite été remplacée par des cylindres de cartons recouverts de cire.

Les premiers enregistrements sur disque ont également été faits sur de la cire, mais elle était utilisée comme protection contre un agent corrosif lorsque l’enregistrement était inscrit sur un disque de zinc. Une fois bien établis comme format d’enregistrement, les 78 tours étaient fabriqués à partir de gomme-laque et de poussière de roche.

91

Quiz 1

Emile Berliner a inventé le gramophone. C’est une erreur commune de quiz de donner comme réponse Thomas Edison. Edison a inventé le phonographe à cylindre en 1877, non pas le premier enregistreur de son, mais le premier lecteur-enregistreur de son dans un même appareil. Mais le lecteur de disque gramophone est le résultat du travail de l’inventeur américain d’origine allemande Emile Berliner. Berliner a breveté son invention en 1887 et dans les 10 ans qui ont suivi l’appareil n’était pas seulement bien établi aux États-Unis, mais il s’était également propagé au Royaume-Uni sous la forme de « The Gramophone Company », qui finira par devenir une partie d’EMI. Le nom était encore utilisé sur des enregistrements jusque dans les années 1970. Même s’il n’y avait pas d’avantage sonore particulier à l’utilisation de disque par rapport au cylindre, ils avaient deux énormes avantages pratiques. Le premier était le stockage : comme les parchemins, les cylindres étaient difficiles à stocker en nombre. L’autre avantage était dans la production, car un disque pouvait être imprimé par une simple pression d’un moule, alors qu’un cylindre devait être découpé, par un processus qui était à la fois plus long et plus cher. Les enregistrements pour le gramophone étaient à l’origine en métal, mais dès le début du xxe siècle, ils étaient habituellement fabriqués avec de la gomme-laque, nettement plus cassante, accompagnée d’un mastic, le plus souvent de la poussière de roche. Avec le temps, ces matériaux ont été remplacés par le vinyle, plus flexible et robuste, lorsque le coût de sa production a baissé. Cela a également amené à la transition du 78 tours par minute vers le 33 tours (en réalité 33 ⅓), d’une durée plus longue et le 45 tours plus court, pour les singles. La vitesse plus lente de 33 ⅓ tours par minute a probablement été développée pour s’accorder avec la durée moyenne des films, à une période où les disques accompagnaient les projections sonores, alors que la vitesse de 45 tours par minute a été choisie comme vitesse optimale pour une bonne qualité sonore.

92

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Technologie

QUESTION 2 Ordinateur consciencieux

Quelle est la signification des initiales HAL de l’ordinateur HAL 9000 dans le film 2001 : L’Odyssée de l’espace ? Réponse de l’autre côté

Pendant que vous réfléchissez… Le film 2001 : L’Odyssée de l’espace (1968) a très bien vieilli et ses effets visuels restent encore tout à fait appréciables, alors qu’il n’y a pas une seule image de synthèse. Par exemple, les scènes dans le vaisseau Discovery One, où les astronautes marchent autour d’une pièce en rotation comme une grande roue de souris, ont été tournées sur un immense set rotatif construit dans les studios Borehamwood à Londres.

Lorsque 2001 est sorti, l’année 2001 semblait très loin dans le futur. Comme c’est souvent le cas, la réalité est allée plus vite dans certains aspects (Pan-Am n’existait déjà plus, par exemple, une marque largement montrée dans le film), et est restée en retard sur d’autres : nous n’avons pas de bases lunaires, et pas d’ordinateur conscient comme HAL.

Le script de 2001 a été écrit de telle manière que l’ordinateur de bord HAL montre plus d’émotions que les voyageurs humains. 93

Quiz 1

Les lettres HAL correspondent à l’acronyme de « Heuristically programmed ALgorithmic computer ». Arthur C. Clarke et Stanley Kubrick ont fermement nié la rumeur selon laquelle HAL aurait été inventé en déplaçant les lettres d’IBM d’une position dans l’alphabet. Si vous avez dit que le nom vient d’IBM, vous ne marquez pas de point, mais je ne vous mettrais pas de point de pénalité, car il semblerait en effet que Clarke et Kubrick aient peut-être protesté avec un peu trop de virulence. Interviewé sur le sujet, Clarke a déclaré : « J’étais embarrassé par toute cette affaire, et j’avais le sentiment que IBM, qui avait beaucoup aidé Stanley Kubrick pendant le tournage de 2001, serait ennuyé. » Il admit ensuite que cela semblait une coïncidence très troublante car il n’y a qu’une chance sur 17 576 de tomber sur ces initiales accidentellement. Le fait qu’IBM utilisait également des nombres pour identifier ces modèles n’a pas beaucoup aidé. En pratique, cependant, Clarke a été un peu plus dur avec luimême qu’il n’aurait dû. En partant du principe que l’ordinateur devait avoir un nom basé sur un acronyme, ce qui est probable pour un tel appareil, il n’y a qu’un faible nombre d’acronymes à trois lettres (à cause d’IBM), comme JIM, MAC, SAL, SAM ou TOM. Ce fait rend la coïncidence moins surprenante. Définir un acronyme simple à utiliser et ensuite choisir ce que chaque initiale signifie était une pratique courante dans le monde de l’informatique des années 1960 et 1970.

94

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Technologie

QUESTION 3 Un moment éclairant

Qui a inventé l’ampoule à incandescence traditionnelle ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Humphry Davy a utilisé le générateur inventé par celui qui fut son protégé, Michael Faraday, afin de chauffer un fil de platine jusqu’à ce qu’il brille, mais le fil ne fut jamais capable d’y survivre assez longtemps pour servir d’éclairage.

Les lampes à arc électrique ont été mises en vente dès les années 1860, plus de 15 ans avant les ampoules à incandescence, mais elles étaient trop dangereuses pour une utilisation domestique.

Le prix Nobel de physique 2014 a été décerné à Isamu Akasaki, Hiroshi Amano et Shuji Nakamura pour l’invention de diodes émettant de la lumière bleue de manière efficace, ce qui a permis aux LED à basse énergie de remplacer les anciennes ampoules.

95

Quiz 1

Sir Joseph Wilson Swan a inventé l’ampoule à incandescence. Je vous accorde un demi-point pour Thomas Edison, mais l’inventeur britannique a fait la démonstration d’une lampe à incandescence utilisant un filament de carbone tout comme Edison. Il l’a fait la même année 1879 qu’Edison, mais huit mois auparavant. Swan était plus un scientifique que ne l’était Edison, qui avait une vision du processus d’invention tournée vers le business et vers le profit. Swan n’a pas déposé de brevet avec la même portée que son rival américain. Le « magicien de Menlo Park », comme on appelait Edison, a donc rapidement porté plainte pour violation de brevet. Dans ce genre de situations, en général, cela aurait signifié pour Swan la fin des revendications concernant son invention, mais la cour a reconnu que Swan avait été le premier et a révoqué la demande d’Edison. Pire encore, pour ce qui concerne Edison, il a été dans l’obligation de reconnaître la précédence de Swan en mettant en place une société commune, la « Edison and Swan United Electric Light Company », pour exploiter cette invention. Il est courant de nos jours de dénigrer Edison et de prétendre que les seules inventions pour lesquelles on se souvient de lui venaient du travail de Tesla ou d’autres ingénieurs dans son immense usine à invention. C’est cependant injuste : Edison était extrêmement inventif et a conçu une grande variété d’objets, comme les ampoules à incandescence. Il n’a simplement pas été le premier dans ce cas.

96

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Technologie

QUESTION 4 Le blues de Big Blue

Aux alentours de 1943 et selon Thomas J. Watson d’IBM, de combien d’ordinateurs le monde aurait-il besoin ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… IBM a été fondée à partir de la « Computing Tabulating Recording Company », qui fabriquait des machines capables de tabuler des cartes perforées. Surnommée « Big Blue », IBM est devenu, et de loin, la plus grande entreprise d’informatique au monde pendant des années.

Bien qu’on puisse facilement affirmer qu’IBM n’a jamais vraiment compris l’informatique personnelle, l’introduction de l’IBM PC a sans aucun doute propulsé l’informatique personnelle du statut de hobby à un élément quotidiennement utilisé dans les foyers comme dans les entreprises, et elle a fait de Microsoft ce qu’elle est maintenant.

Thomas J. Watson, Senior était à la tête d’IBM et de l’entreprise qui l’a précédée de 1914 à 1956. Sa devise, « THINK » (« RÉFLECHISSEZ »), a été utilisée dans tous les échelons de l’entreprise pour encourager le personnel à apporter de nouvelles idées dans leurs façons de travailler. 97

Quiz 1

Watson a prédit que le monde aurait besoin de cinq ordinateurs. La construction maladroite de la question traduit les doutes qui existent concernant le fait que Watson aurait vraiment fait cette remarque. Il semble qu’il n’en ait été fait mention que depuis les années 1980 (il faut avouer cependant que, jusqu’à cette époque, la remarque n’avait pas le côté absurde qu’elle a maintenant), et il est tout à fait possible que Watson ne l’ait jamais faite. Cependant, il est vrai que dans les années 1940, le sentiment général était que les ordinateurs allaient rester des machines pour spécialistes et n’auraient jamais d’attrait pour le grand public. Avec une technologie allant sans cesse de plus en plus vite, il semblait peu probable que les ordinateurs deviennent des objets d’usage courant. Donc même si Watson ne l’a jamais vraiment déclaré, ce mythe reflète bien le sentiment de l’époque. De nos jours, beaucoup d’entre nous ont plus d’ordinateurs que cela dans notre maison, en comptant les ordinateurs de bureau, les ordinateurs portables, les téléphones portables et les tablettes. Une fois que vous ajoutez les capacités de traitement ajoutées dans de nombreux objets comme les voitures ou les machines à laver, ce nombre explose. Il est impossible de donner une estimation réaliste du nombre d’ordinateurs dans le monde. Par exemple, comment doit-on compter les ordinateurs qui ont été mis de côté après l’achat d’un modèle plus récent ? Il a été estimé que le nombre d’ordinateurs de bureau a dépassé le milliard en 2002 et qu’on en compte désormais entre 1,5 et 2 milliards. Le nombre de smartphones va probablement dépasser ce total d’ici la sortie de la première édition de ce livre, et les tablettes approchent déjà du demi-milliard. Mais toutes ces machines sont-elles utilisées ? Qu’en est-il des processeurs intégrés que j’ai déjà mentionnés ? Tout ce que l’on peut dire avec certitude, c’est que c’est largement plus que cinq.

98

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Technologie

QUESTION 5 Entreprise atomique

Avec combien d’atomes une équipe d’IBM a-t-elle réussi à écrire les lettres « IBM » en 1989 ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… « IBM » correspondait à l’origine à International Business Machines, mais désormais la société est appelée simplement IBM.

Au début du xxe siècle, la plupart des scientifiques pensaient que les atomes n’existaient pas vraiment, mais étaient un concept intéressant. Ce n’est qu’en 1912 que le physicien français Jean Perrin fournit des preuves expérimentales de leur existence.

En 1980, Hans Dehmelt de l’université de Washington a réussi à produire un simple ion (un atome possédant une charge électrique) visible avec une lumière laser, comme un petit point de lumière à l’endroit où l’ion était en suspension, emprisonné dans un piège magnétique.

99

Quiz 1

Ils ont utilisé 35 atomes pour épeler « IBM ». Vous marquez un point pour 35, un demi-point pour une réponse entre 30 et 40. Le microscope électronique fonctionnait à l’origine en scannant une pièce de matériau avec un faisceau d’électrons d’une manière similaire à ce qu’un microscope traditionnel le fait avec la lumière, mais un développement ultérieur connu comme le microscope à effet tunnel a rendu possible non seulement de distinguer des petits objets comme des atomes, mais également de les manipuler. Dans le laboratoire de recherche d’IBM à Zurich, une équipe menée par Don Eigler a réussi à arranger 35 atomes du gaz inerte xénon (qui a l’avantage d’avoir un atome relativement grand avec un numéro atomique à 54) sur une feuille de nickel cristallin extrêmement froide (elle est souvent décrite comme du cuivre, mais l’article original indique bien du nickel). Les lettres faisaient 5 atomes de haut, donc, par exemple, le I consistait en une rangée verticale de 5 atomes avec des barres horizontales de 3 atomes en haut et en bas. Le microscope à effet tunnel utilise une petite sonde de tungstène, qui crée une toute petite différence de potentiel entre la surface et la pointe de la sonde. Lorsque la sonde parcourt la surface à analyser, elle se déplace de bas en haut, en gardant la même différence de potentiel, ce qui veut dire qu’elle « sent » la surface sans jamais la toucher. Il a été découvert par hasard que, à la bonne distance, la sonde pouvait attirer un atome, ce qui a rendu possible de le déplacer sur une surface, et dans ce cas précis d’épeler les initiales de l’entreprise.

100

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Technologie

QUESTION 6 Débordant d’idée

Qui a inventé les boissons gazeuses non naturelles ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le gaz des boissons gazeuses est du dioxyde de carbone, ce qui explique leur autre nom de boissons carbonatées.

L’usine d’Evian, étalée sur 52 hectares à côté de la commune d’Amphion-Les-Bains en Savoie, est la plus grande usine d’embouteillage d’eau minérale du Monde avec l’équivalent de six millions de bouteilles d’eau produites par jour ! Certaines sources d’eau sont naturellement carbonatées même si, pour des raisons pratiques, il est permis de retirer le gaz carbonique et de le rajouter pendant le processus d’embouteillage.

101

Quiz 1

Joseph Priestley a inventé les boissons gazeuses. Priestley est plus connu comme la personne qui a découvert l’oxygène, mais il a également inventé la production de boissons carbonatées quelques années auparavant. C’était en 1767, 11 ans à peine après que le dioxyde de carbone a été identifié pour la première fois. Priestley poursuivait alors ses expériences à la brasserie Jacques à Leeds (jusqu’à ce qu’il en soit renvoyé pour avoir fait tomber de l’éther dans une cuve de brassage). Plus précisément, Priestley était intéressé par le gaz qui était produit dans les cuves. Après en avoir capturé un peu, il découvrit que s’il était passé au travers de l’eau sous forme de bulles, il avait la propriété de transformer l’eau ordinaire de puits en eau similaire à celle des Alpes, avec des bulles naturelles et un léger goût acidulé. Priestley ne semble pas avoir forcément accordé plus de réflexion à sa découverte que cela jusqu’à ce qu’il participe à un dîner dans la maison du duc de Northumberland. Le duc pensait que la science pouvait être une bonne source d’attraction pour ses invités, ce qui explique la présence de Priestley. Même s’il allait bientôt devenir le bibliothécaire de lord Shelburne à la maison Bowood dans le Wiltshire, il n’avait pas l’habitude de fréquenter ce genre de cercles. Northumberland servit à ces hôtes de l’eau distillée, qui leur parut sans goût ni saveur. Priestley affirma à l’assemblée qu’il pouvait la rendre bien meilleure et revint le jour suivant avec son soda fait maison. On ne peut pas douter que Priestley ait été le premier à produire une boisson gazeuse, mais c’est l’horloger suisse Johan Schweppe qui a été le premier à vendre sa production, démarrant ainsi l’industrie colossale que l’on connaît de nos jours.

102

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Technologie

QUESTION 7 La folie des brevets

En 1930, Albert Einstein et un de ses collègues ont obtenu le brevet américain 1781541. De quoi était-il question dans ce brevet ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le co-inventeur était Leo Szilard, un ancien étudiant d’Einstein et un physicien tout à fait notable par ailleurs.

Le Bureau des brevets américains n’accepte pas de demande de brevet pour des machines à mouvement perpétuel si elle n’est pas accompagnée d’un modèle en état de fonctionnement.

L’un des pionniers de la photographie animée, Eadweard Muybridge, possédait un brevet pour une machine à laver.

103

Quiz 1

Leur brevet concernait un réfrigérateur. Les réfrigérateurs semblent fonctionner à l’opposé de la seconde loi de la thermodynamique, qui explique que la chaleur se déplace toujours de l’élément le plus chaud vers l’élément le plus froid dans un système fermé. La partie qui permet au réfrigérateur d’exister est bien sûr dans un système fermé. Un réfrigérateur arrive à opérer en consommant de l’énergie afin de pomper la chaleur vers l’extérieur, d’où elle émerge des radiateurs, la plupart du temps à l’arrière de l’appareil. Lorsque Einstein et Szilard ont inventé leur réfrigérateur, les appareils de l’époque fonctionnaient en utilisant un gaz nocif comme réfrigérant, qui était gardé sous haute pression. En bref, un accident n’attendait qu’à se produire. Dans les années 1920, une famille allemande avait été tuée lorsque le scellé de leur réfrigérateur s’était brisé et que le gaz s’en était échappé. Ceci a mené Einstein et Szilard à concevoir un réfrigérateur qui n’avait aucune partie mobile et dont le réfrigérant était gardé sous pression constante. La solution qu’ils ont adoptée utilise un composé de deux éléments, l’un d’entre eux pouvant facilement être extrait afin de réduire la pression et donc la température. On imagine souvent Einstein comme un rêveur sans sens pratique, mais il avait une expérience considérable des inventions obtenues alors qu’il travaillait au Bureau fédéral de la propriété intellectuelle suisse. Cette conception n’est pas seulement très utilisée, mais elle a l’avantage de fonctionner avec n’importe quelle source de chaleur, pas simplement de l’électricité, ce qui est important pour certaines applications dans les parties du monde encore en développement.

104

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Technologie

QUESTION 8 Mécanismes de Matrix

En quelle année le monde de réalité virtuelle « Matrice », dans lequel des personnes peuvent faire l’expérience d’un monde simulé par ordinateur très proche du monde réel, et où ces personnes meurent pour de vrai si elles y sont tuées, est-il apparu pour la première fois sur les écrans ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Lorsque Néo est en train de suivre les instructions reçues sur son téléphone portable démodé dans le premier Matrix, nous pouvons y voir le premier exemple de quelqu’un à qui l’on dit de prendre la porte à gauche, qui fait alors une erreur et s’entend dire « Non, l’autre gauche ! » (Si quelqu’un connaît un exemple plus ancien de cette phrase, vous pouvez me laisser un mail à [email protected]). L’idée de base de la trilogie Matrix, que les hommes sont gardés comme source d’énergie, n’a aucun sens d’un point de vue scientifique, c’est un moyen terriblement inefficace de transformer de la nourriture en énergie, mais les films restent très divertissants malgré cela.

Le terme « cyberespace », donné à un monde produit par ordinateur, date de 1982 lorsque William Gibson l’utilisa pour une histoire dans le magazine Omni, 2 ans avant son roman révolutionnaire Neuromancien. 105

Quiz 1

La « Matrice » est apparue pour la première fois en 1976. J’ai bien peur que vous ne gagniez rien si vous avez répondu 1999, à part sans doute le sentiment d’avoir été manipulé. Même si le film Matrix, premier de la trilogie, est sorti cette année-là, il existe une version plus ancienne de Matrice. Elle est apparue dans un épisode de la célèbre série anglais Doctor Who, appelée « The Deadly Assassin ». Dans cette histoire, le docteur, interprété alors par Tom Baker, visite Gallifrey, sa planète d’origine. C’est là qu’il fait l’expérience de la Matrice, un immense réseau neuronal qui permet à ses participants d’entrer dans une réalité virtuelle. Le docteur entre dans cette matrice à la recherche de son ennemi juré, le maître, après avoir été alerté que s’il meurt dans cette réalité virtuelle, il mourra également dans le monde réel. Je pense qu’il est peu probable que les Wachowski (anciennement Larry et Andy, désormais Lana et Lilly), qui ont écrit et réalisé Matrix, aient été influencés par cet épisode de Doctor Who, même s’ils avaient 10 et 12 ans lorsqu’il a été diffusé, et que Doctor Who avait déjà un public fervent aux États-Unis. Le concept sous-jacent était largement utilisé en science-fiction, et bien que la « Matrice » ne soit pas le seul nom que l’on puisse donner à un tel environnement, il arrive probablement dans les dix premiers les plus souvent utilisés.

106

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 1 Manche 6 : Chimie

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Jeux d’esprit moléculaire

Quelle est la plus grosse molécule qui fasse partie du corps humain ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Une molécule n’est qu’un groupe de deux atomes ou plus, qui sont unis par des liaisons chimiques et qui n’a pas de charge électrique.

Le corps humain contient environ 7 × 1027 atomes, ou 1027 correspond à 1 suivi de 27 zéros.

Comme tout être vivant, le corps humain contient une large portion de molécules organiques, qui peuvent avoir des structures complexes et contiennent du carbone.

109

Quiz 1

Notre molécule la plus grande est le chromosome 1. Un demi-point si vous avez cité l’ADN, qui compose le chromosome 1. Chaque cellule de notre corps possède une paire de l’ensemble des 23 chromosomes. (Quelques cellules spécialisées, comme les globules rouges, n’en ont pas.) Chaque chromosome est une seule molécule d’ADN, ce qui n’est pas forcément évident lorsqu’on en voit des photographies, car la molécule est compressée en spirale autour d’une sorte de tige, ce qui la rend beaucoup plus courte et plus épaisse qu’elle ne l’est en réalité. L’ADN qui compose le chromosome 1 forme la molécule la plus grande du corps humain. Elle contient environ 10 milliards d’atomes. Ce n’est pas du tout le plus grand chromosome au monde – le blé, par exemple, a un chromosome quatre fois plus grand – mais c’est le plus grand que nous ayons. L’ADN lui-même est décrit comme une double hélice, ce qui se réfère à la structure externe de la molécule. Elle est composée de longues sections (polymères) de sucres, qui forment la colonne vertébrale de la molécule. Liant ces brins, à intervalles réguliers, se trouvent les éléments importants : les paires de base. Ce sont des paires jointes de relativement petites molécules organiques : la cytosine (C), la guanine (G), l’adénine (A) et la thymine (T). Les paires sont toujours jointes de la même façon : C à G et A à T. Ceci implique que lorsqu’une cellule se reproduit par division, l’ADN peut se séparer en deux parties, chacune possédant l’information suffisante pour recréer l’autre moitié. L’ADN est, de fait, une famille de molécules qui agissent comme des banques de données. Chaque paire de base est l’équivalent d’un bit dans un ordinateur (mais qui contient plus d’information) et les séquences de ces bits biologiques, que l’on appelle gènes, agissent comme le code de contrôle d’usines biologiques qui produisent les molécules essentielles que l’on appelle les protéines.

110

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Chimie

QUESTION 2 Ce n’est qu’un gaz

Quel est l’âge de l’hydrogène dans votre corps ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… L’hydrogène est l’élément le plus léger, chaque atome n’est composé que d’un proton et d’un électron.

De façon typique, 55 à 65 % du poids de votre corps est composé d’eau, chaque molécule d’eau étant composé de deux atomes d’hydrogène. Cela fait un sacré paquet d’hydrogène (sans compter tout l’hydrogène présent dans les molécules organiques).

Il y a plus d’hydrogène dans l’univers que n’importe quel autre élément.

111

Quiz 1

L’hydrogène dans votre corps est âgé d’à peu près 13,7 milliards d’année (probablement). L’un de mes exercices favoris lorsque je parle avec des écoliers de primaire est de leur demander leur âge. On commence l’exercice avec les échelles biologiques, assez courtes, mais ensuite on réfléchit à l’âge des atomes qui forment leur corps. Clairement, au début, ils viennent de la nourriture et de la boisson, mais avant ça, d’où viennent-ils ? L’idée que les atomes de leur corps ont été auparavant dans des lapins et des renards, dans des rois et des reines, dans des arbres et même dans des dinosaures provoque toujours beaucoup d’excitation. Mais ensuite l’échelle de temps est largement agrandie. Je leur explique que les atomes existaient déjà lorsque le système solaire s’est formé il y a 4,5 milliards d’années. Les atomes les plus lourds ont été produits par des étoiles et dispersés dans toute la galaxie par des explosions qui se sont produites il y a plus de 5 milliards d’années. Mais celui qui est le plus intéressant est l’hydrogène. La raison en est que, à part quelques protons (des noyaux d’hydrogène) produits par des réactions nucléaires, l’ensemble de l’hydrogène de notre corps a été formé un peu après le Big Bang, il y a environ 13,7 milliards d’années. Et ces atomes sont toujours là, depuis tout ce temps. J’ai mis un « probablement » dans la réponse (il n’est pas nécessaire pour obtenir le point) pour mettre en avant que même si le Big Bang est la meilleure théorie que nous avons pour l’origine de l’univers, c’est loin d’être la seule, et tester les théories en matière de cosmologie est inévitablement plus difficile que dans d’autres aspects de la science. Depuis son invention, la théorie du Big Bang a été raccommodée à de nombreuses reprises pour correspondre aux nouvelles découvertes. Elle continue à tenir la route, mais la cosmologie se doit d’être forcément assez spéculative du fait de la nature indirecte des observations et de notre incapacité à pratiquer ou répliquer des expériences.

112

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Chimie

QUESTION 3 Liaisons dangereusement chaudes

Quelle serait la température d’ébullition de l’eau si la liaison hydrogène n’existait pas ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez.... La liaison hydrogène est une attraction entre les atomes d’hydrogène de charges relativement positives dans une molécule d’eau et les atomes d’oxygène de charges relativement négatives d’une autre molécule.

La liaison hydrogène est responsable de la façon dont les liaisons atomiques sont tordues lorsque l’eau se solidifie, ce qui éloigne les molécules les unes des autres, bien plus que sous la forme liquide, plus dense. C’est la raison pour laquelle l’eau solide (la glace) est moins dense que l’eau liquide, et donc qu’elle flotte.

On dit parfois que l’eau est la seule substance qui est moins dense sous forme solide que liquide, mais ce n’est pas vrai. C’est également le cas, par exemple, de l’acide acétique et du silicone.

113

Quiz 1

L’eau arriverait à ébullition à −100 °C. Cette valeur est extrapolée, et est souvent donnée soit « inférieure à 70 °C » (ce qui est vrai, si ce n’est un peu prudent) soit −100 °C, qui part du principe d’une extrapolation linéaire par rapport à d’autres composés similaires qui ne bénéficient pas de la liaison hydrogène, comme le sulfure d’hydrogène ou le séléniure d’hydrogène. Comptez un point pour toute valeur entre −70 °C et −110 °C. Les implications sont troublantes. S’il n’y avait pas de liaison hydrogène, il n’y aurait pas d’eau liquide sur Terre. Et toutes nos expériences suggèrent que, si la vie peut exister sans oxygène par exemple ou à des températures extrêmes qui tueraient un être humain, toutes les formes de vie que nous connaissons ont besoin d’eau liquide pour survivre. Sans eau liquide, la Terre (et toutes les autres planètes habitables) ne serait pas capable de permettre l’existence de la vie. En fait, sans liaison hydrogène, l’eau ne serait pas aussi efficace comme support de la vie de toute manière, même si elle pouvait encore exister à des températures confortables. C’est la conséquence de la liaison hydrogène qui fait de l’eau un excellent solvant, si efficace pour transporter les matériaux dans les cellules. Donc, ces liaisons sont doublement importantes pour l’existence de la vie.

114

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Chimie

QUESTION 4 Faire passer la pilule

Combien de grammes de sucre y a-t-il dans un verre de 200 ml de lait écrémé ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Il y a 4 à 5 grammes de sucre dans une cuillère à café.

Un soda en boîte contient habituellement environ 35 grammes de sucre.

Les recommandations de l’Organisation mondiale de la santé suggèrent une limite de consommation de 25 grammes de sucre par jour, avec un maximum à 50 grammes (quel que soit le sexe).

115

Quiz 1

Il y a 10 grammes de sucre dans un verre de lait écrémé. Accordez-vous un point si vous avez la bonne réponse à 1 gramme près. Le sucre est, sans doute, l’un des éléments les moins sains de notre alimentation et l’un de ceux dont la plupart d’entre nous devraient le plus réduire la consommation. D’un côté, arrêter les boissons gazeuses et les sucreries est cependant le moyen facile de réduire la quantité de sucre que nous ingérons. C’est beaucoup plus difficile dès qu’on envisage le sucre caché dans notre alimentation. Parfois, c’est la faute des fabricants, qui ont tendance à ajouter du sucre dans les céréales, les soupes, les haricots cuits, et même le pain pour les rendre plus attractifs à nos papilles. D’autres fois, c’est la nature elle-même qui cache les sucres. Nous savons que le lait écrémé est un bon lait. Comme tous les laits, il est riche en calcium, qui est excellent pour nos dents et nos os, ce que tout le monde sait. De plus, il est relativement pauvre en graisse, et donc simplement passer du lait entier au lait écrémé est un moyen simple de réduire l’apport en graisse dans nos régimes alimentaires. Mais parce qu’il est marqué comme produit sain, nous ne considérons pas forcément les autres éléments qu’il contient. Mais si vous regardez l’apport diététique, vous verrez que 100 millilitres de lait contiennent bien 5 grammes de sucre. C’est un produit étonnamment riche en sucres naturels. Les smoothies, ces boissons à base de fruits mixés, sont observés de manière beaucoup plus désapprobatrice par les experts de la santé, eux aussi contiennent une dose très importante de sucre, souvent supérieure à un volume équivalent de soda. (De plus, liquéfier le fruit retire le gain diététique des fibres, et le fait que ses structures internes soient détruites facilite l’absorption du sucre.) Tous les fruits contiennent du sucre (c’est la raison pour laquelle nos cinq fruits et légumes devraient contenir plus de légumes que de fruits), mais les bananes, mangues et raisins sont parmi les pires, ils contiennent environ trois fois plus de sucre que les groseilles ou les framboises.

116

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Chimie

QUESTION 5 Que d’eau ! Que d’eau !

Combien d’eau y a-t-il par être humain sur Terre ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Selon la journaliste environnementale Suzanne Goldenberg, « le Moyen-Orient, l’Afrique du Nord et l’Asie du Sud devraient subir des pénuries d’eau dans les années à venir par la faute de décennies de mauvaise gestion et de sur-utilisation » (Guardian, 9 février 2014).

On estime que les pénuries d’eau devraient être la cause de « menace de terrorisme et de guerre ».

La vie et l’eau sont si intimement liées que la présence d’H2O est souvent utilisée comme premier indicateur qu’une planète ou une Lune est capable de supporter la vie.

117

Quiz 1

Il y a 210 000 000 000 litres d’eau par personne. Accordez-vous un point pour toute valeur entre 200 et 220 milliards de litres. Ça fait beaucoup d’eau. Si l’on empile ce volume en bouteilles d’eau, votre pile personnelle ferait à peu près 10 millions de kilomètres de haut. En considérant une consommation de 5 litres par jour, cela veut dire que votre stock personnel peut vous suffire pendant 115 millions d’années. Et cela part du principe que vous consommiez effectivement cette eau, car en pratique, la majeure partie de l’eau que nous consommons ressort très rapidement. Malgré cela, les personnes qui parlent de la raréfaction de l’eau dans certaines parties du globe sont très sérieuses. L’un des problèmes les plus évidents est que nous ne consommons pas 5 litres d’eau par jour, mais beaucoup plus que cela, du moins indirectement. Produire la viande d’un simple hamburger, par exemple, requiert environ 3 000 litres d’eau. Mais encore une fois, cette eau ne disparaît pas du système. Le véritable problème est en deux parties : l’eau n’est soit pas au bon endroit, soit elle n’est pas pure. L’un des impacts du changement climatique est que certaines parties de la Terre deviennent plus humides et d’autres plus arides. Les parties arides souffrent de plus en plus de cette situation. Cependant, chaque nation qui possède une côte sait bien qu’il y a beaucoup d’eau disponible, mais c’est de l’eau salée que nous ne pouvons pas boire. Chacun de ces problèmes peut être résolu. L’eau peut être déplacée d’un endroit à un autre, et l’eau de mer peut être désalinisée. Mais ce sont des technologies coûteuses, pour être précis, coûteuses en énergie. Une fois l’infrastructure mise en place, le problème devient une pénurie de source d’énergie économique, et non une pénurie d’eau. C’est la raison pour laquelle on peut affirmer que nous devrions nous concentrer sur une meilleure production d’énergie.

118

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Chimie

QUESTION 6 Avalez la pilule

Pourquoi le mot « aspirine » n’est pas une marque déposée en France ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le nom aspirine était (et reste dans 80 pays) une marque déposée de l’entreprise allemande Bayer.

Le nom « aspirine » est une contraction de l’allemand Acetylspirsäure, le nom donné alors à l’acide acétylsalicylique, l’ingrédient actif de l’aspirine.

L’acide acétylsalicylique a été développé par Bayer en 1899, comme une amélioration de l’acide salicylique trouvé dans l’écorce de saule, qui agit comme un antidouleur, mais provoque des douleurs aiguës et des saignements de l’estomac.

119

Quiz 1

Parce que la France a obtenu l’utilisation libre du nom aspirine avec le traité de Versailles. À l’origine, seul Bayer pouvait fabriquer de l’aspirine, car il avait une marque déposée sur le nom, de la même manière qu’il possédait une marque pour son anti-toux à l’héroïne. Cependant, l’aspirine a montré des capacités surprenantes comme antidouleur et pour réduire la fièvre, particulièrement pendant la pandémie de grippe espagnole à la fin de la Première Guerre mondiale. Lorsque le traité de Versailles a été signé, le 28 juin 1919, il contenait toute une liste de façons dont l’Allemagne devait payer en réparation de ses actions durant la guerre. Beaucoup des points de cette liste étaient assez évidents : la modification des frontières entre l’Allemagne et la France, par exemple, qui a finalement rendu l’Alsace à la France. Il y avait également des restrictions sur la fabrication des armes, une compensation financière et des contraintes sur l’industrie. Également, la France et d’autres pays ont gagné le droit d’utiliser l’acide acétylsalicylique comme « aspirine », sans payer de droit à Bayer. Cela semble un élément mineur dans un traité aussi important que celui-ci, mais c’est la démonstration de l’importance de l’aspirine comme médicament déjà à cette époque.

120

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Chimie

QUESTION 7 Il y a le sel, le soleil et la mer

Combien de grammes de sel (chlorure de sodium) y a-t-il dans 1 litre normal d’eau de mer ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le sel, ou chlorure de sodium, est probablement l’un des composés chimiques les plus célèbres : NaCl, et l’une des rares substances non organiques que nous gardons dans nos armoires de cuisine.

Nous avons besoin d’une petite quantité de sel dans notre régime alimentaire, mais nous en obtenons largement assez de notre nourriture. Les premiers hommes obtenaient probablement la majorité de leur besoin en sel du sang des animaux.

Malgré la légende qui semble remonter à Pline, il est peu probable que les soldats romains aient été payés en sel. Leur salaire (salarium, du latin sal, pour sel) était probablement de l’argent avec lequel ils achetaient leur sel, et plus généralement leur nourriture et leurs autres dépenses.

121

Quiz 1

Il n’y a pas de sel dans l’eau de mer. L’eau de mer ne contient pas de sel. Bon, cela semble ridicule. On l’appelle même eau salée. Toute personne qui en a avalé une gorgée par accident sait qu’elle a un goût fortement salé. Visitez les bonnes parties du globe (comme l’île de Ré) et vous pouvez voir les monticules de sel blanc extraits de l’eau de mer. Alors, qu’est-ce que c’est que cette réponse ? Dans l’eau de mer, il y a toutes sortes de substances en suspension, en particulier à la fois des ions chlorures (des atomes de chlore avec un électron supplémentaire) et des ions sodium (des atomes de sodium avec un électron manquant). Ces deux ensembles d’ions viennent de deux sources différentes. Le chlore vient de courants marins profonds, qui pompent de l’eau riche en chlore. Le sodium, de son côté, est le produit de roches basées sur des composés du sodium comme le silicate de sodium qui se sont dissoutes dans les rivières ou érodées par l’effet des marées. Chacune de ces substances est présente dans l’eau de mer. C’est seulement quand l’eau est enlevée que le sodium positif et le chlorure négatif se joignent par attraction électromagnétique et forment des cristaux de chlorure de sodium. Le goût salé vient des ions sodium. Une fois le sel cristallisé, c’est définitivement du sel, quelle que soit son origine. Donc, malgré les protestations de quelques célébrités culinaires (en particulier ceux qui ont des produits à vendre), il n’y a pas de différence entre le chlorure de sodium venant de l’eau de mer et celui venant d’une source rocheuse (ni, par ailleurs, avec le sel obtenu par réaction chimique entre le sodium et le chlorure, même si je ne vous recommande pas de le faire, la réaction est en effet assez violente). Le sel de mer peut avoir des impuretés, qui lui donnent un goût différent, mais la seule chose que cela fait, c’est de le rendre moins salé que le sel de roche, qui est plus pur.

122

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Chimie

QUESTION 8 Combien de E dans bleuet ?

Combien d’éléments numéro E y aurait-il dans le bleuet, si la décomposition des ingrédients s’appliquait également aux fruits ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les bleuets sont les baies d’une sorte de bruyère du genre Vaccinium. Ce sont les cousins américains de nos myrtilles.

Les bleuets sont couramment appelés des « superfruits » car ils contiennent des antioxydants, auxquels on attribue des vertus pour la santé. Cependant, il a été montré que la consommation d’antioxydants n’a pas d’effet positif et peut en fait être mauvais pour votre santé en grande quantité. (Si vous souhaitez manger des fruits meilleurs pour la santé, les canneberges et les framboises sont d’excellents choix, car ils n’ont que la moitié du sucre des bleuets.)

Le système des substances numéro E a été développé en Europe en 1962. Il donne désormais des codes aux colorants, conservateurs, antioxydants, émulsifiants et autres additifs. La présence de nombreuses substances numéro E est souvent synonyme d’une qualité nutritionnelle médiocre de l’aliment. 123

Quiz 1

Il y aurait au moins 21 substances numéro E dans une baie de bleuet. Comptez un point pour toute réponse entre 20 et 30. Les puristes peuvent argumenter que la réponse devrait être 0, car les numéros E sont des additifs et que les éléments chimiques sont déjà dans le fruit, mais c’est du chipotage et je ne donnerai pas de point pour ça. Si nous avions une liste des ingrédients pour un fruit comme la baie de bleuet, elle serait en effet vraiment effrayante. Elle contient 84 % d’eau, ce qui ressemblerait fort à une arnaque venant d’un fabricant, et 10 % de sucre, c’est donc essentiellement de l’eau sucrée. Elle contient également des produits chimiques dangereux comme l’acide oxalique, un poison, et des substances aux noms inquiétants comme des styrènes, du benzaldéhyde… et des cendres. Pas vraiment des choses que vous avez envie de donner à manger à vos enfants. Elle contient à la fois des poisons et des cancérigènes. Ce que nous oublions facilement quand nous comparons les aliments naturels à ceux fabriqués, c’est que quasiment tout ce que nous mangeons contient des toxines et autres produits chimiques indésirables. Les plantes, par exemple, ont tendance à contenir des pesticides naturels qui sont tout aussi nocifs que les artificiels, mais avec les poisons c’est toujours la dose qui compte, et ici, elle est très faible. C’est également vrai que, dans la panique autour des numéros E, nous avons tendance à oublier qu’ils couvrent de nombreuses substances, y compris, par exemple, des vitamines, et des produits chimiques naturels. Ajouter la liste des ingrédients à toute nourriture permettrait sans doute de mettre en perspective celle que l’on trouve dans les produits fabriqués.

124

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 1 Première manche spéciale : Scientifiques célèbres

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

Quiz 1

Identifiez le scientifique par sa photographie ou la citation de son prix Nobel :

2.

1.

3.

126

4.

5.

Première manche spéciale : Scientifiques célèbres

Citations du prix Nobel : 6. Pour la découverte du principe de l’exclusion. 7. pour sa détermination par des techniques aux rayons X des structures de substances biochimiques importantes. 8. Pour ses services à la physique théorique, et particulièrement pour sa découverte de l’effet photoélectrique. 9. Pour ses recherches sur la nature de la liaison chimique et ses applications pour l’élucidation de la structure de substances complexes. 10. Pour leurs découvertes concernant la structure moléculaire des acides nucléiques et leur importance pour le transfert d’information dans les matériaux vivants (trois noms).

127

Quiz 1

Scientifiques célèbres : Réponses 1. Niels Bohr 2. Albert Einstein 3. Charles Darwin 4. Marie Curie 5. Ernest Rutherford 6. Wolfgang Pauli 7. Dorothy Hodgkin 8. Albert Einstein (de nouveau) 9. Linus Pauling 10. Francis Crick, James Watson, Maurice Wilkins

128

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 1 Deuxième manche spéciale : Science cryptique

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

Décodez le message cryptique en utilisant des abréviations scientifiques et des symboles : 1. √ 2. Symbole de la vitesse de la lumière 3. Symbole de l’uranium 4. E/h en physique quantique 5. Symbole de l’hélium 6. Racine cubique de 512 7. Symbole du Thorium + symbole de l’énergie 8. π Bonus de deux points pour trouver toutes les bonnes réponses et produire un message cohérent (en anglais).

131

Quiz 1

Message cryptique : Réponses 1. i 2. see (c) 3. you (U) 4. knew (d’après la formule de l’énergie d’un photon E = hν, h où est la constante de Planck et ν est la fréquence. ν est la lettre grecque nu, prononcée « knew ») 5. He 6. ate (8) 7. The 8. pie (pi) Bonus de deux points pour avoir trouvé la phrase complète.

132

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 2 Manche 1 : Physique

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Les pommes d’Isaac

Newton a été inspiré par l’étude de la gravité lorsqu’une pomme lui est tombée sur la tête. Vrai ou faux ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Vous pouvez visiter l’ancienne maison de Newton à Woolsthorpe, dans le comté de Lincolnshire, grâce à la générosité du National Trust britannique. Vous pouvez même y voir le fameux pommier.

L’arbre a survécu à un terrible orage qui, en 1870, a bien failli le déraciner. Mais, plus récemment, il a été nécessaire de le protéger par une barrière de saule afin d’éviter que les touristes n’arrivent à le tuer.

On prétend que le pommier est âgé d’à peu près 400 ans, et était donc relativement jeune lors de la naissance de Newton, le jour de Noël 1642. (Désormais, au tout début de 1643, suite à la réforme du calendrier.)

135

Quiz 2

Faux, une pomme n’est jamais tombée sur la tête de Newton. C’est un mythe qu’une pomme est tombée sur la tête de d’Isaac Newton. Mais c’est un mythe inspiré d’une histoire qui nous vient directement de l’intéressé. Newton a donné cette fable à un antiquaire, William Stukeley, en 1726. Stukeley a écrit : « Après dîner, le temps étant assez chaud, nous allâmes dans le jardin, et bûmes du thé sous l’ombrage d’un pommier ; lui et moi. Parmi d’autres discussions, il me dit qu’il avait été inspiré par la notion de gravité alors qu’il était dans la même situation. Pourquoi cette pomme tombait toujours perpendiculairement par rapport au sol, il se mit à penser ; à l’instant où l’un des fruits tombait, et qu’il le contemplait pensivement. » Et que contemplait-il ? Heureusement, nous en avons le détail ci-après : « Pourquoi n’irait-elle pas de côté, ou vers le haut ? Pourquoi constamment vers le centre de la Terre ? Assurément, la raison est que c’est la Terre qui l’attire. Il doit y avoir une force d’attraction dans cela. Le total de la force d’attraction de la matière de la Terre doit être au centre de celle-ci, et non dans un côté. Il en résulte que la pomme tombe perpendiculairement, vers le centre. Si la matière attire la matière, ce doit être en proportion de sa quantité. Il en résulte que la pomme attire la Terre à elle aussi bien que la Terre attire la pomme. » Vous pouvez lire le manuscrit original de Stukeley ici : https:// royalsociety.org/collections/turning-pages

136

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : Physique

QUESTION 2 Voyageur temporel

Quelle est la meilleure machine à voyager dans le temps qui ait été réellement fabriquée ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Il n’y a rien dans les lois de la physique qui empêche le voyage dans le temps.

Selon la relativité restreinte, lorsque quelque chose se déplace, le temps va plus lentement pour lui, vu d’une position extérieure qui n’est pas en mouvement de la même façon.

Un voyageur qui traverse l’Atlantique une fois par semaine pendant 40 ans aura également bougé d’à peu près 1 millième de seconde dans le futur.

137

Quiz 2

Notre meilleure machine à voyager dans le temps est Voyager 1. Comme nous l’avons vu, selon la relativité restreinte, si quelque chose est en mouvement par rapport à la Terre, alors son horloge va moins vite que la nôtre, ce qui implique que (si jamais il revenait) il s’est déplacé dans le futur. Ce dont nous avons besoin, donc, pour fabriquer une bonne machine à voyager dans le temps, c’est de quelque chose qui voyage le plus vite possible, idéalement sur une période de temps la plus longue possible. La sonde Voyager 1 a été lancée en 1977 pour étudier Jupiter et Saturne, et était programmée pour quitter ensuite le système solaire. Au moment où j’écris ces lignes, elle est en train de le faire (impossible de le dire avec certitude, nous n’avons effectivement pas défini de frontière précise). Puisque Voyager 1 se déplace à la vitesse approximative de 17 000 mètres par seconde (61 200 kilomètres par heure) et qu’elle est en route depuis des décennies, c’est devenu une véritable machine à voyager dans le temps. Pour le moment, elle s’est déplacée d’environ 1,1 seconde dans le futur. Nous avons l’habitude des machines à voyager dans le temps comme le Tardis du Docteur Who qui disparaît d’un point dans le temps et apparaît dans un autre. Mais Voyager n’a jamais disparu « dans le futur ». Dans son cas, si nous avions un télescope extrêmement puissant, nous pourrions voir que l’horloge de Voyager 1 montre un temps 1,1 seconde en retard par rapport à la Terre. S’il y avait des passagers dans Voyager, ils auraient vécu pendant 1,1 seconde de moins que s’ils étaient restés sur Terre. Ce n’est pas qu’un effet de style cependant, ils seraient effectivement plus jeunes. Si vous avez du mal à le visualiser, essayez d’imaginer qu’un vaisseau spatial s’est déplacé assez vite pour que son horloge soit 100 ans en retard par rapport à la Terre. Lorsque les passagers de ce vaisseau rentreront sur Terre, 100 ans supplémentaires se seront déroulés sur Terre, c’est-à-dire qu’ils auront voyagé 100 ans dans le futur. 138

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : Physique

QUESTION 3 Quelque part sur l’arc-en-ciel

Quelle couleur manquerait à l’arc-en-ciel de Newton s’il en avait décrit les couleurs 100 ans plus tôt ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Newton a identifié sept couleurs essentielles dans l’arc-en-ciel, mais il avait conscience qu’il y avait beaucoup d’autres couleurs intermédiaires.

Toutes les couleurs ne se retrouvent pas dans l’arc-en-ciel. Le magenta, par exemple, formé de la combinaison de bleu et de rouge, n’existe pas dans le spectre de la lumière et donc techniquement ne correspond pas à une couleur de l’arc-en-ciel.

Les arcs-en-ciel sont visibles quand la lumière du soleil traverse une collection de gouttes de pluie. La lumière est réfractée lorsqu’elle entre dans la goutte, elle est ensuite réfléchie par le fond de la goutte avant d’être réfractée à nouveau lors du trajet retour vers notre œil.

139

Quiz 2

L’orange aurait été absent de l’arc-en-ciel de Newton. Isaac Newton a été le premier à réaliser que la lumière blanche est composée des couleurs du spectre de l’arc-en-ciel et il a été le premier à expliquer pourquoi un objet apparaît d’une couleur particulière lorsqu’il est éclairé par une lumière blanche : parce qu’il absorbe certaines des couleurs et réfléchit (nous dirions maintenant réémet) les autres couleurs, qui forment la couleur que nous voyons. Lorsqu’il a fallu décrire le spectre de la lumière du soleil passée au travers d’un prisme, Newton est arrivé aux sept couleurs traditionnelles de l’arc-en-ciel : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. En regardant un vrai arc-en-ciel ou un spectre, il est clair que cette division est arbitraire. Il est difficile de voir plus que cinq ou six blocs de couleur, mais dans le détail le dégradé des couleurs est beaucoup plus important. C’était également clair pour Newton, mais il a volontairement souhaité arriver à sept couleurs, probablement pour correspondre aux sept notes musicales. Parce que la lumière et le son sont tous les deux détectés par nos sens, et que l’une comme l’autre ont une sorte de « spectre », il semblait probable aux scientifiques de l’époque (si ce n’est à nous) qu’ils devaient être similaires. Cependant, Newton a été bien chanceux, car 100 ans auparavant, la couleur orange n’existait pas. C’était le nom d’un fruit, mais n’était pas encore associé à une couleur à part entière. Les choses que l’on considère orange, comme les citrouilles, étaient décrites comme rouge, avec des variantes comme l’écarlate pour les rouges plus « rouges ». En fin de compte, la distinction des couleurs reste dépendante de la langue. En russe, par exemple, le bleu foncé et le bleu clair sont deux couleurs distinctes avec des noms différents.

140

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : Physique

QUESTION 4 Le professeur électronique

De combien d’électrons aurait été composé un atome d’hydrogène selon le modèle de plum pudding3 de J. J. Thomson ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Sir Joseph John Thomson, physicien britannique, souvent surnommé J. J., a découvert l’électron, qu’il a détecté pour la première fois dans des tubes cathodiques et réalisa que c’était un composant de l’atome.

Thomson est né à Manchester et il a étudié au Owens College, qui est devenu plus tard l’université de Manchester. Il est devenu professeur de physique à Cambridge où il a finalement hérité de la chaire Cavendish de physique expérimentale. Il a également obtenu le prix Nobel en 1906.

Thomson a toujours insisté pour appeler les électrons « corpuscules », même si le nom « électron » avait été évoqué plusieurs années auparavant. 3. Gâteau aux prunes. 141

Quiz 2

Thomson a prédit 1 837 électrons dans l’atome d’hydrogène. Accordez-vous un point pour toute réponse entre 1 800 et 1 870. Le raisonnement était simple, si l’on excepte son défaut fatal. La version originale de ce modèle envisageait l’atome comme une collection de charges électriques négatives (les prunes, ou plums en anglais) dispersée dans une matrice positive (le pudding). Cette matrice n’avait pas de masse, ce qui impliquait que la totalité de la masse de l’atome venait de ses électrons. Nous savons désormais que la masse d’un proton est environ 1 836 fois plus importante que la masse d’un électron. Cela voulait donc dire que Thomson avait besoin de 1 836 électrons pour compenser la masse du simple proton qui fait le noyau d’hydrogène, plus un pour l’électron qui en fait vraiment partie. Le modèle de Thomson n’a pas tenu très longtemps. Rapidement, l’équipe d’Ernest Rutherford, à Manchester, a découvert le noyau atomique, et a réalisé alors que la majorité de la masse se trouvait dans ce cœur compact, plutôt que dans des centaines d’électrons imaginaires.

142

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : Physique

QUESTION 5 Un boulot pour Scotty

Si vous pouviez traiter un milliard d’atomes à la seconde, combien de temps, en année, vous serait nécessaire pour téléporter un être humain ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La téléportation quantique, un processus basé sur l’intrication quantique, rend possible de transférer les propriétés d’une particule à une autre, qui peut être éloignée. Ceci a pour effet de transformer la particule éloignée en la particule originale.

Malheureusement, la téléportation quantique ne peut pas arriver à traiter toute une personne à la fois. Elle doit donc être utilisée sur de petites quantités d’atomes à la fois, d’où la question.

La téléportation ne serait pas un moyen très plaisant de voyager. Pour atteindre ce transfert, les particules originelles doivent de fait perdre leur identité. Vous obtenez une copie parfaite, mais votre « moi » original aura été désintégré.

143

Quiz 2

Il faudrait 200 milliards d’années pour téléporter un être humain. Accordez-vous un point pour toute réponse entre 150 et 300 milliards d’années. Le problème, c’est que même en permettant le transfert d’un nombre raisonnable d’atomes par seconde, la téléportation prend beaucoup trop de temps. C’est parce qu’il y a énormément d’atomes dans un corps humain, en moyenne 7 × 1027, mais bien évidemment ce nombre varie énormément selon la taille du corps en question. C’est 7 milliards de milliards de milliards, ça fait beaucoup d’atomes à traiter. Ceci ne veut pas dire que la téléportation quantique est inutile, par contre. Au contraire, elle est essentielle pour les ordinateurs quantiques. Ces derniers sont des ordinateurs qui utilisent des particules quantiques comme des photons ou des électrons pour stocker des bits d’information. Le problème avec ces particules quantiques, c’est que dès que vous faites une mesure de celle-ci, vous changez la valeur, il n’est donc pas possible d’examiner une particule quantique pour déterminer son état. Mais en utilisant la téléportation quantique, l’état de cette particule peut être transféré d’un endroit à l’autre et il est possible de le faire interagir avec d’autres particules pour réaliser un calcul. Il n’est pas complètement impossible que la téléportation quantique soit utilisable pour déplacer de petits objets d’un endroit à un autre. Mais, pour la majeure partie de nos besoins, là ou une précision atomique n’est pas nécessaire, quelque chose comme une imprimante 3D est une méthode beaucoup plus pratique de transférer un objet physique d’un point A à un point B sans le déplacer, en ne transmettant que les données qui le décrivent.

144

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : Physique

QUESTION 6 Un ballet de balles

Si vous tirez une balle horizontalement et que vous en laissez tomber une autre de votre main de la même hauteur et au même moment, laquelle touchera le sol en premier ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Voyageant à environ 965 kilomètres par heure, la balle de calibre 32 du revolver Smith & Wesson modèle 2 couvre la distance de 268 mètres par seconde.

L’accélération de la pesanteur au niveau de la mer est d’environ 9,81 mètres par seconde.

La courbure de la Terre n’a pas un impact suffisant pour que vous vous en préoccupiez pour cette question.

145

Quiz 2

Aucune des deux balles ne touchera le sol la première. Les deux balles atteindront le sol au même moment. Cela semble contre-intuitif, mais chacune des balles subit exactement la même force qui les attire vers la Terre, la gravité, et donc elles vont accélérer vers le sol exactement de la même manière. Il y a deux raisons pour laquelle cela n’a pas l’air évident. La première est que nous savons qu’il faudra à une balle que l’on lâche à peu près 1 seconde pour toucher le sol, mais nous avons l’impression qu’une balle tirée peut aller beaucoup plus loin que cette durée ne le permet. Le problème, c’est que nous avons le tort de regarder trop de dessins animés. Dans un dessin animé, un personnage qui dépasse le bord du canyon ne tombera pas tant qu’il ne regarde pas en bas. Nous avons un sentiment similaire avec la balle, nous avons l’impression que partie sur sa lancée, elle devrait rester en l’air sans tomber bien plus longtemps que dans la réalité. Bien sûr, certains objets peuvent rester en l’air s’ils sont en mouvement, s’ils ont des ailes par exemple. Le passage du vent autour de l’aile produit une poussée qui maintient l’objet en l’air. Mais les balles ne sont pas connues pour avoir des ailes. Le meilleur moyen de prédire ce qui va se produire sur un objet mobile consiste à faire l’état des forces qui agissent sur lui. Lorsque, par exemple, vous lancez une balle en l’air, et si l’on ignore la résistance de l’air, la seule force qui agit sur la balle est la pesanteur, qui la pousse vers le bas. C’est vrai dès l’instant où la balle quitte votre main, au moment où elle s’arrête à l’apogée de son ascension, et encore lorsqu’elle commence à retomber vers la Terre. Il n’y a qu’une seule force qui agit toujours dans la même direction.

146

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : Physique

QUESTION 7 Le pouvoir de l’absurde

Quel physicien a déclaré : « L’énergie produite par la fission des atomes est vraiment très quelconque. Quiconque s’attend à produire une source d’énergie de la transformation de ces atomes raconte des absurdités. » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Cette citation célèbre sur les limitations de l’énergie nucléaire a été imprimée dans un journal américain au début des années 1930.

La première transmutation nucléaire, la transformation d’un atome de nitrogène en atome d’oxygène par la fission, avait été réalisée en 1917.

Cette expérience a été améliorée en 1932, lorsque du lithium-7 a subi une fission lors d’un bombardement de protons accélérés. C’est alors que le terme de « division de l’atome » a été popularisé.

147

Quiz 2

C’est Ernest Rutherford qui a déclaré que l’énergie provenant de la fission était pure fiction. L’ironie de cette déclaration, bien sûr, c’est que non seulement Ernest Rutherford était un grand physicien, mais qu’en plus lui et son équipe étaient responsables de la découverte du noyau atomique dans ses laboratoires de Manchester, au cours d’expériences entre 1908 et 1913. On cite souvent Rutherford comme le « père de la physique nucléaire ». La citation de Rutherford est apparue dans le New York Herald Tribune du 12 septembre 1933, à un moment particulièrement troublant car c’est la même année que Leo Szilard a proposé l’idée de réactions nucléaires en chaîne. Sans la réaction en chaîne, Rutherford avait en effet raison, mais l’idée de Szilard allait réussir à transformer la fission nucléaire en production d’énergie. Moins de 10 ans après la déclaration de Rutherford, le premier réacteur nucléaire, situé dans un vieux stade de la ville de Chicago, a atteint la criticité. L’histoire montre encore et toujours que même les grands scientifiques ne sont pas meilleurs que nous dès lors qu’il s’agit de prédire l’avenir. Et cela parce que les développements les plus importants arrivent souvent d’une direction que personne n’attendait. Mais Rutherford, qui avait quand même beaucoup plus de compréhension de ces réactions que la plupart, a été particulièrement malchanceux dans son timing.

148

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 1 : Physique

QUESTION 8 L’astuce de Gamow

George Gamow a menti en prétendant qu’un autre scientifique était co-auteur d’un article avec lui et Ralph Alpher. De qui s’agissait-il ? Et pour quelle raison a-t-il menti ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le physicien d’origine russe George Gamow était un cosmologiste et physicien théorique respecté qui a travaillé sur de nombreux sujets, comme la nucléosynthèse stellaire, c’est-à-dire les processus de formation des atomes dans les étoiles, et sur le Big Bang.

Gamow était également respecté en tant que vulgarisateur scientifique. Il a écrit un certain nombre de livres à l’attention du grand public, dont la charmante série des « Mr. Tompkins », qui s’intéressait à ce que le monde serait si, par exemple, la lumière se déplaçait beaucoup plus lentement.

Ralph Alpher était un cosmologiste beaucoup plus jeune.

149

Quiz 2

Hans Bethe. De façon à ce que les auteurs de l’article soient Alpher, Bethe and Gamow. Les deux réponses sont nécessaires pour obtenir le point. Connu pour son sens de l’humour, dès que Gamow s’est rendu compte qu’il allait écrire un article en collaboration avec Ralph Alpher, il a souhaité insérer Bethe, pour obtenir une série de noms qui s’approche de alpha, beta, gamma, les trois premières lettres de l’alphabet grec. Hans Bethe, qui était alors une figure historique de la physique, n’a pas participé à l’écriture de l’article. Alpher n’a pas été content du tout, car il avait beaucoup moins d’expérience que les deux autres auteurs et il pensait que l’on oublierait trop facilement son nom comme co-auteur, mais il a fini par se laisser persuader. L’article est connu familièrement comme le Alpha-Bethe-Gamow ou l’article αβγ. Cet article est très important, il décrit la méthode par lequel le Big Bang pourrait avoir produit les éléments les plus légers, bien qu’il soit incorrect en avançant l’hypothèse que tous les éléments les plus anciens ont été produits de cette manière. Alpher a continué d’exprimer le peu de goût qu’il avait pour cette entourloupe tout au long de sa carrière. Sachant que cette blague est très célèbre, il semble peu probable qu’on ait continué à penser qu’il n’avait été qu’un associé junior aux deux autres, mais cela a peut-être quand même fait un peu d’ombre au reste de ses travaux.

150

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 2 Manche 2 : Biologie

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Question de goût

Quelle partie de la langue contient les papilles gustatives qui détectent le goût salé ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Nos papilles gustatives peuvent capter (au moins) cinq types de goûts : salé, sucré, acide, amer et savoureux.

La langue humaine possède entre 3 000 et 8 000 papilles gustatives.

Les papilles gustatives sont remplacées tous les 15 jours environ.

153

Quiz 2

Toutes les parties de la langue peuvent détecter le goût salé. Si votre réponse suggère qu’une région particulière de la langue, comme les côtés ou le bout sont les seuls capables de détecter le goût salé, alors vous perpétuez un mythe et vous prenez un point de pénalité. L’idée que les papilles gustatives sont regroupées en zones particulières sur la langue date du début du xxe siècle lorsqu’une carte représentant des zones qui étaient plus ou moins sensibles a été mal interprétée. Il est difficile d’expliquer pourquoi ce mythe s’est autant répandu, mais je me souviens avoir réalisé une expérience lorsque j’étais encore en école primaire qui tentait de démontrer ce fait, que différentes régions de la bouche étaient censées produire différentes sensations de goût lorsqu’elles étaient stimulées. Si, comme je l’ai fait alors, vous tentez cette expérience et confirmez la théorie, vous êtes en train au contraire de faire la démonstration d’une erreur commune en recherche scientifique lorsque le chercheur s’attend à un résultat particulier et que ses résultats sont biaisés pour obtenir le résultat souhaité. Quelle qu’en soit la raison, cette idée est devenue populaire, mais la carte des régions des goûts de la langue est complètement fausse.

154

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 : Biologie

QUESTION 2 Nos cousines les souris

Les ancêtres les plus récents que nous partageons avec les souris vivaient il y a combien de temps ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Tous les organismes terrestres ont très probablement un ancêtre en commun, il suffit de remonter suffisamment loin.

Les souris et les hommes partagent à peu près 70 % de la même séquence de gènes.

Les souris sont souvent utilisées pour l’expérimentation en laboratoire, en partie car elles ne sont pas chères et ont une durée de vie très courte, mais aussi car ce sont des mammifères qui ont une partie importante de leurs gènes en commun avec l’homme (ce que l’on appelle homologie).

155

Quiz 2

L’ancêtre que nous avons en commun avec les souris vivait il y a environ 75 millions d’années. Vous avez droit à un point pour toute réponse entre 70 et 80 millions d’années. Il y a un paradoxe dans l’évolution : chaque individu est de la même espèce que ses parents, mais si vous remontez l’ascendance suffisamment loin vous trouvez une espèce totalement différente. C’est un peu comme séparer le spectre des couleurs en millions de fragments. Chaque fragment sera, pour autant que l’on puisse en juger, de la même couleur que ceux qui lui sont adjacents, mais vous verrez quand même le spectre entier si vous reculez votre point de vue et observez tous les fragments dans leur ensemble. Cela devrait être évident, mais lorsque nous cherchons notre ancêtre commun avec une autre espèce, nous ne devrions pas plus comparer cet ancêtre à nous-mêmes qu’à l’autre espèce. Donc, par exemple, si vous cherchez l’ancêtre que nous avons en commun avec le chimpanzé, qui était courant il y a 7 à 20 millions d’années, ce n’est ni un homme, ni un chimpanzé. Les deux espèces ont évolué depuis, même si le changement en termes d’ADN est étonnamment faible. Nous différons des chimpanzés de seulement 0,3 % du point de vue du code ADN. De façon similaire, si nous regardons notre ancêtre commun avec la souris, qui vivait à une période où les dinosaures pullulaient sur Terre, s’il ressemblait plus à une souris qu’à un homme, ce n’était pourtant pas plus une souris que nous le sommes. Même si, en principe, il aurait pu exister différents organismes vivants ayant émergé séparément, chacun produisant une famille d’espèces différente, les aspects communs de l’ADN et de l’ARN présents dans tous les êtres vivants nous amènent à penser que nous venons tous d’un même ancêtre commun.

156

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 : Biologie

QUESTION 3 Le lion qui changeait de couleur

Pourquoi les caméléons changent-ils de couleur ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les caméléons sont des lézards avec une longue langue qu’ils peuvent propulser à très grande vitesse pour capturer leurs proies, et des yeux mobiles individuellement, souvent structurés un peu comme des tourelles.

Les caméléons ne vivent pas qu’en forêt, mais aussi dans des environnements arides, la chaleur étant leur critère principal de choix.

Pour une raison indéterminée, le mot caméléon veut dire « lion qui rampe sur le sol ».

157

Quiz 2

Les caméléons changent de couleur pour gérer leur température et pour envoyer des signaux. Marquez un point si vous avez donné soit la gestion de la température, soit l’envoi de signaux. Marquez un demi-point de bonus si vous avez trouvé les deux. Retranchez un demi-point si vous avez dit pour se cacher. Il est ironique que le caméléon, qui est souvent cité comme l’exemple parfait de la dissimulation en prenant la couleur de son environnement, ne le fait, en fait, pas du tout. Quelques espèces de caméléons peuvent, en effet, changer de couleur. Ils ont des cellules spéciales dans la peau appelées des chromatophores, qui agissent un peu comme les pixels d’un écran LCD. Mais ils n’utilisent pas la variation de couleur pour se cacher. Pour un véritable effet caméléon, il faut plutôt chercher une des quelques espèces de poissons plats qui peuvent effectivement réaliser cette prouesse. L’avantage qu’ils ont par rapport aux caméléons, c’est qu’en plus d’avoir des chromatophores sur la partie supérieure de leur corps, ils possèdent également des capteurs sensibles à la lumière sur leur côté inférieur, qui est capable de transmettre une approximation de l’aspect du fond marin aux couleurs de la surface externe du poisson. Les exemples les plus simples de machine à camouflage fabriqués par l’homme fonctionnent sur le même principe, en ayant une batterie de caméras derrière l’objet à camoufler, et en projetant ensuite l’image devant l’objet. Mais c’est beaucoup plus difficile d’obtenir un effet convaincant dans cette situation. Lorsqu’un poisson plat repose sur le fond marin, il n’y a quasiment pas de changement de perspective entre le haut du poisson et le sable. Mais parce qu’il y a souvent un espace beaucoup plus important dans le cas des machines, on peut souvent observer une erreur de parallaxe, où les objets projetés se déplacent de façon étrange par rapport à leur fond.

158

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 : Biologie

QUESTION 4 Qui prend tout son sens

Combien de sens les êtres humains ont-ils ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Il y a beaucoup de sens que nous n’avons pas alors que des animaux en sont doués. Par exemple, certains oiseaux semblent être capables de détecter le champ magnétique terrestre, et certaines créatures aquatiques, comme les requins, peuvent détecter le champ électrique produit par le système nerveux de leur proie.

D’autres organismes utilisent les sens qui nous sont familiers de manière différente. Certains, par exemple, peuvent voir l’infrarouge ou l’ultraviolet. Les chauves-souris peuvent utiliser leur extraordinaire sens de l’ouïe pour arriver à naviguer dans le noir complet.

Les données de nos sens sont souvent modifiées par notre cerveau pour produire une image irréelle mais utile. Ainsi, par exemple, ce que nous voyons est en réalité une reconstruction des informations captées par nos nerfs optiques, pas une image comme celle d’une caméra. D’autres animaux pourraient avoir différents sens intégrés dans leur système de vision. Les chiens, par exemple, pourraient avoir leur sens de l’odorat associé de façon beaucoup plus marquée à leur vue que nous. 159

Quiz 2

Nous avons beaucoup plus que cinq sens. Il n’y a pas de nombres précis qui soient généralement reconnus, mais accordez-vous un point pour toute réponse au-dessus de cinq, car il y en a certainement plus. Pensez par exemple au sens qui vous indique où se trouve le haut. Pensez à la proprioception, le sens qui vous informe de la position des éléments de votre corps, qui vous permet de toucher votre nez avec votre doigt les yeux fermés. D’autre part, nous avons un sens de l’infrarouge, pas aussi bon que d’autres organismes pour lesquels il est partie intégrante de leur vue, mais notre peau a des détecteurs rudimentaires d’infrarouge qui peuvent nous permettre, par exemple, de savoir si un fer à repasser est chaud même s’il est encore à quelques centimètres de la main. Également, comme un smartphone, nous avons un détecteur d’accélération, dans ce cas dans notre oreille interne, qui a une grande importance dans notre sens de l’équilibre. Ça fait donc au moins neuf sens. Un sens supplémentaire que beaucoup ajouteraient à cette liste est le sens de la douleur. La sensation brûlante lorsqu’on mord dans un piment fort, ou la douleur que l’on ressent quand une aiguille nous pique le bras, ces sensations semblent liées respectivement au goût et au toucher, et elles sont certainement transmises par les mêmes récepteurs. Mais on peut affirmer qu’il y a une différence certaine entre la sensation d’alerte provoquée par la douleur et les autres sensations provoquées par ces capteurs sensoriels. Vous pouvez également, par exemple, ressentir des douleurs internes, et peu d’entre nous associent les sens du toucher ou du goût avec nos organes internes.

160

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 : Biologie

QUESTION 5 Le demi-dinosaure

Quelle est la demi-vie de l’ADN, et quelles sont les implications vis-à-vis de Jurassic Park ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La demi-vie est une mesure du taux de dégradation d’une substance. Si elle est le plus souvent associée à la radioactivité, elle est également utilisée pour les matériaux organiques.

L’ADN, ou acide désoxyribonucléique, fournit les « plans de construction » pour les cellules biologiques.

Jurassic Park est avant tout un roman écrit en 1990 par Michael Crichton, avant d’avoir été adapté au cinéma par Steven Spielberg en 1993 avec un succès phénoménal. L’histoire tourne autour de l’hypothèse qu’il est possible de recréer des dinosaures à partir d’ADN fossile.

161

Quiz 2

La demi-vie de l’ADN est de 521 ans, Jurassic Park ne peut pas exister. Gagnez un point pour toute réponse entre 500 et 550 ans, et un demi-point supplémentaire si vous avez expliqué que cela empêche l’hypothèse de départ du film Jurassic Park. L’idée avancée dans Jurassic Park était sans le moindre doute très futée. Des insectes suceurs de sang ont été effectivement retrouvés prisonniers dans de l’ambre, c’est-à-dire de la résine d’arbre fossilisée. Certains ont plusieurs millions d’années. Si l’un de ces insectes avait absorbé du sang de dinosaure, alors peut-être que l’ADN du dinosaure aurait pu en être extrait et, en utilisant des techniques de clonage, ces dinosaures auraient pu être ramenés à la vie. Cependant, lorsque les chercheurs ont essayé d’extraire de l’ADN des cellules de sang préservées de cette manière, ils ont échoué. Il se trouve que l’ADN a une demi-vie, et il a été montré que celle-ci correspond à environ 521 ans. Il en résulte que, dans un échantillon correctement préservé, seule la moitié de l’ADN serait encore présente après une période de 521 ans. Ceci implique qu’il y a une limite à la survie de chaque élément d’ADN. Cela suggère même que la totalité de l’ADN serait illisible après 1,5 million d’années et aura complètement disparu aux environs de 6,8 millions d’années, ce qui reste très loin des 65 millions d’années qui nous séparent des derniers dinosaures. Il y a, cependant, encore un peu d’espoir pour les mammouths. Des spécimens ont été retrouvés parfaitement préservés dans la glace, et ils ont des cousins beaucoup plus proches qui peuvent servir d’hôte, si l’on compare aux dinosaures. Et comme les mammouths vivaient encore il y a 5 000 ans, la possibilité de retrouver de l’ADN utilisable existe bel et bien. Au moment où j’écris ce livre, deux projets de clonage de mammouth sont en cours de réalisation, même si aucun n’a encore produit de résultat.

162

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 : Biologie

QUESTION 6 L’autre question de goût

Quel est le nom formel du goût savoureux, qui fait partie des cinq saveurs de base ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les goûts sont le résultat de détecteurs à la surface de la langue qui réagissent avec différents éléments chimiques d’une substance. Le goût salé, par exemple, est une réaction à la présence d’ions de sodium ou de potassium.

Les cinq goûts de base ne sont pas plus uniques que les sept couleurs de l’arc-en-ciel, nous faisons l’expérience d’une réponse continue aux différents stimuli chimiques sur la langue, même si les cinq éléments apportent leur contribution à celle-ci.

Certaines cultures culinaires suggèrent qu’il existe un sixième goût, le goût piquant, qui est une réponse aux aliments comme le piment, mais c’est en fait un type de réponse différent des autres goûts.

163

Quiz 2

Le goût savoureux est appelé umami. Cela semble étrange que l’on utilise ce mot japonais (dont la traduction est quelque chose comme un goût savoureux et plaisant) associé à une liste de noms qui sont tous des termes français familiers. Le choix d’umami vient du fait qu’il a été proposé en premier par un chimiste japonais et également parce qu’il est provoqué par les glutamates (et d’autres composés organiques) qui sont souvent ajoutés comme exhausteurs de goût dans la cuisine asiatique. Même si nous sommes plus familiers du glutamate monosodique (GMS), les glutamates sont courants dans une variété d’aliments. C’est d’ailleurs une des raisons pour laquelle le prétendu « syndrome du restaurant chinois » (douleurs dans la poitrine, maux de tête, sueurs, etc. après avoir mangé un repas chinois et associé à la consommation de GMS) a peu de chance d’être autre chose qu’un nocebo, c’est-à-dire un placebo négatif. Les glutamates sont présents en grande quantité dans les tomates, les levains et le parmesan. Ils sont également produits par notre organisme, ce qui en fait des coupables très improbables. On trouve d’autres stimulants de l’umami dans les poissons, les charcuteries et quelques légumes.

164

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 : Biologie

QUESTION 7 À propos de Dolly

Pourquoi la brebis Dolly est-elle appelée « Dolly » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La brebis Dolly, née en 1996, est le premier mammifère à avoir été cloné.

Sur les 276 œufs dans l’essai de Dolly, le sien est le seul qui a survécu.

Depuis Dolly, d’autres mammifères ont été clonés, dont des chats, des chiens, des cochons, des loups et même des chameaux.

165

Quiz 2

Dolly a été appelée d’après Dolly Parton, car elle a été clonée à partir de cellule mammaire. Accordez-vous un demi-point pour Dolly Parton et un demi-point pour la cellule mammaire. L’agnelle mère de Dolly était morte depuis longtemps, l’animal ayant été cloné à partir de cellules maintenues en vie en laboratoire dans une culture. Dolly est semble-t-il devenue une brebis parfaitement normale. Elle est morte assez jeune, mais malgré des rumeurs, ce ne serait la conséquence que d’une maladie courante du mouton, et n’aurait rien à voir avec son statut de clone. Cependant, le succès de Dolly, et toute la série de mammifères qui l’ont suivis, ne veut pas dire que l’on va voir des clones humains arriver d’ici peu. (Il existe plusieurs personnes qui affirment l’avoir déjà réalisé, mais aucun n’a pu être vérifié.) Le plus souvent, le clonage échoue après que l’embryon a commencé à se former, ou lorsque l’animal est né, ce qui est inacceptable pour envisager le clonage humain. Le procédé semble également beaucoup plus compliqué avec les singes qu’avec les moutons, les chats ou les chiens. Il est très facile d’endommager les gènes dans le processus de clonage, que l’on peut comparer à réparer une montre avec un marteau et un burin. Jusqu’à ce que ce procédé soit rendu beaucoup plus fiable, il n’est pas éthique de tenter de procéder au clonage humain.

166

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 2 : Biologie

QUESTION 8 L’ombre sur les souris

Comment un faucon est-il capable de détecter des souris dans l’herbe alors qu’il vole haut dans le ciel ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le petit faucon que l’on observe le plus souvent lorsqu’il vole au bord des routes de France, à la recherche de souris et de campagnards, est le faucon crécerelle.

Il existe au moins 20 espèces de souris des champs, chacune distincte de la souris domestique.

Les souris de compagnie et de laboratoire sont souvent simplement des souris domestiques, Mus musculus. Il y a une grande variété de souris de laboratoire, chacune portant un nom de code (par exemple BALB/c) et des caractéristiques génétiques spécifiques. Le code est défini par une organisation connue comme le Comité international de nomenclature standardisée pour les souches consanguines de souris.

167

Quiz 2

Le faucon suit des pistes d’urine. Une autre réponse acceptable est « En voyant l’ultraviolet ». Les êtres humains ont quatre types de détecteurs de lumière dans les yeux, les bâtonnets, qui distinguent le noir et blanc, et trois types de cônes, chacun d’entre eux plus sensible à chacune des couleurs primaires : rouge, bleu et vert. Ceci nous permet de voir le spectre de lumière de rouge à violet, mais en réalité, le spectre complet de la lumière va bien en deçà, en incluant les ondes radio et les micro-ondes, et bien au-delà, jusqu’aux rayons X et gamma. On trouve l’infrarouge juste avant le début du spectre visible et l’ultraviolet juste après. Mais quand on parle de lumière visible, on veut en fait dire lumière visible par l’homme. Dans le cas du faucon, qui rôde au-dessus des champs, il possède un quatrième type de cônes, qui est sensible à l’ultraviolet. Donc, imaginez la scène. Le faucon est en vol quasi stationnaire haut dans le ciel, et en dessous, une souris est en train de courir, complètement cachée par les herbes touffues du champ. Il est très improbable que le faucon la remarque. Mais le truc, c’est que les souris, les campagnards et les musaraignes, les proies les plus courantes du rapace, émettent tous une faible quantité d’urine de façon quasi continue qui laisse une trace derrière elles. Et cette urine brille sous la lumière ultraviolette émise par le soleil. La conclusion évidente est que le faucon reçoit un signal brillant lui indiquant clairement où sa proie se trouve.

168

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 2 Manche 3 : Divers

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Un train et deux pigeons

En 1964, Emmett Leith et Juris Upatnieks ont produit quelque chose avec un modèle de train et deux pigeons empaillés. Qu’est-ce que c’était ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le train dont il est question était une locomotive à vapeur américaine.

Il était parfois accompagné d’un modèle de signal de train d’une échelle supérieure, et d’un modèle de plus petite taille d’une personne sur une bicyclette.

La locomotive était appelée The General.

171

Quiz 2

Ils les ont utilisés comme sujet du premier hologramme. Leith et Upatnieks travaillaient à l’université du Michigan lorsqu’ils ont produit la première image holographique d’un assortiment hétéroclite d’objets. Le concept avait été imaginé par le scientifique hongro-britannique Dennis Gabor en 1948 alors qu’il essayait de trouver un meilleur moyen de capturer l’information d’un microscope électronique, mais la technologie rendant le procédé possible n’existait pas à l’époque. Ce qui était nécessaire, c’était une source de lumière cohérente, c’est-à-dire monochrome et avec tous les photons en phase. Celle-ci a été développée en 1960 sous la forme du laser, et 4 ans donc avant la production du premier hologramme. Là où une photographie conventionnelle capture simplement l’intensité à différents points de l’image, un hologramme comme celui de Leith et Upatnieks utilise l’interférence entre une paire de lasers, le premier pour illuminer le sujet et l’autre qui frappe le matériau d’enregistrement directement. Le résultat est un motif de l’interférence, qui contient une information concernant à la fois l’intensité, la phase et la direction de la lumière. Lorsque cette plaque est ensuite illuminée avec un laser, l’effet produit est celui d’une image qui change selon la direction selon laquelle on l’observe, tout comme une vue réelle. Un autre aspect intéressant des hologrammes est que chacun de ces éléments contient de l’information sur l’ensemble de la vue. Même si vous en retirez un morceau, vous pouvez toujours retrouver la vue entière, mais avec une clarté moins bonne. Lorsque le premier hologramme a été produit, on pensait que les hologrammes deviendraient rapidement d’utilisation courante, mais encore aujourd’hui, les contraintes techniques pour leur production et pour les voir impliquent qu’ils restent de simples attractions ou sont restreints à des usages très spécialisés.

172

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Divers

QUESTION 2 Lumière fantastique

Quelle est la vitesse de la lumière en mètres par seconde ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les premiers philosophes étaient nombreux à penser que la lumière voyageait instantanément.

Galilée a tenté de mesurer la vitesse de la lumière en mesurant une lanterne qu’on lui montrait à intervalle précis à plusieurs kilomètres de distance. L’expérience a été un échec.

La première tentative réussie de mesure de la vitesse de la lumière a utilisé des observations des Lunes de Jupiter.

173

Quiz 2

La vitesse de la lumière est de 299 792 458 mètres par seconde. La valeur de la vitesse de la lumière est souvent donnée comme 300 millions de mètres par seconde, ou 300 000 kilomètres par seconde, ce qui vous vaudra un demi-point. Le nombre donné en réponse est nécessaire pour obtenir le point complet cependant. D’habitude, il est assez risqué de donner un nombre aussi précis dans un livre imprimé comme celui-ci, car avec le temps la mesure gagne en précision et pourrait donc changer. Mais cependant, je ne cours aucun risque dans ce cas. La vitesse de la lumière a été mesurée pour la première fois à Paris en 1676 par l’astronome danois Ole Rømer, qui a réalisé différentes mesures de la position des Lunes de Jupiter pendant de nombreux mois. Ces Lunes passent un long moment à accélérer graduellement, et ensuite, pendant une période de durée similaire, ralentissent. Rømer a réalisé que ce décalage dans les mesures reflète les distances différentes que la lumière venant des Lunes doit parcourir lorsque celles-ci sont plus ou moins proches de la Terre. Il en a conclu que la vitesse de la lumière devait être de 220 000 000 mètres par seconde, ce qui était pas mal du tout si l’on considère la technologie à sa disposition. Au cours du temps, cette vitesse a été mesurée avec de plus en plus de précision. Les mesures sont passées de l’espace au laboratoire, d’abord en utilisant des roues crantées et des miroirs tournants, ensuite via l’électronique, jusqu’en 1983. À cette date, il devint impossible de mesurer la vitesse de la lumière avec plus de précision. Cela peut sembler étrange. En 1983, on avait bien une définition très précise de la seconde, mais la définition du mètre n’était plus suffisante. Il a été décidé de définir le mètre comme 1/299 792 458e de la distance parcourue par la lumière en 1 seconde. Il en résulte que la vitesse de la lumière dans le vide est forcément de 299 792 458 mètres par seconde. La distance que représente 1 mètre va sans doute varier insensiblement au fur et à mesure que notre mesure de la seconde devient plus précise, mais la vitesse de la lumière ne changera plus.

174

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Divers

QUESTION 3 Énigme alphanumérique

En quoi la séquence de caractères 6EQUJ5 est significative ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les lettres sont souvent utilisées pour augmenter l’ensemble des chiffres. Par exemple, dans l’arithmétique hexadécimale utilisée par certains ordinateurs, on utilise l’ensemble 0123456789ABCDEF pour représenter les chiffres.

Dans une représentation hexadécimale, le nombre 42 devient 2A, et 2017 devient 7E1.

La séquence 6EQUJ5, dont la question fait mention, a été imprimée avec beaucoup d’autres caractères sur un long ruban de papier.

175

Quiz 2

La séquence 6EQUJ5 est le signal « Wow » détecté par SETI. Marquez un point pour « signal Wow » et un bonus d’un demipoint (que vous gagnez sans le « signal Wow ») pour avoir mentionné une possible preuve radiotélescopique d’une vie extraterrestre. En 1977, Jerry Ehman, un bénévole, était en train d’utiliser le radiotélescope « Big Ear » de l’université de l’État de l’Ohio pour écouter les signaux radios provenant de l’espace dans le cadre du projet SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence). La sortie des radiotélescopes de l’époque consistait le plus souvent en de longues impressions sur des bandes de papier, avec des chaînes de caractères, chacune indiquant l’intensité du signal reçu. Le code commençait avec un blanc, indiquant l’absence de signal, utilisait ensuite les chiffres puis les lettres jusqu’à U qui indique une force du signal de 30. C’était, il faut le dire, un travail très ennuyeux. Mais le 15 août 1977, Ehman a détecté une séquence de chiffres qui identifiait une impulsion très intense 6EQUJ5. Cette impulsion a continué pendant environ 72 secondes, ce qui correspond à une période à laquelle on peut s’attendre d’une source distante via un télescope fixé au sol et qui scanne le ciel en suivant la rotation de la Terre. Ehman a entouré cette chaîne de caractères d’un trait et a écrit à côté « Wow », ce qui a lui donné son nom. Malgré d’intenses efforts, aucune nouvelle activité n’a été détectée de cette région de l’espace, dans la constellation du Sagittaire. Comme pour toute anomalie d’un radiotélescope, la première explication reste un signal venant de la Terre, mais la possibilité que ce fût un signal venant des étoiles, naturel ou artificiel, n’a jamais pu être réfutée.

176

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Divers

QUESTION 4 Le thé de vache

Qu’est-ce que le « vril » (comme dans Bovril) ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le Bovril est un produit alimentaire conservé dans un bocal. Il ressemble beaucoup à la pâte à tartiner Marmite et Vegemite, mais au lieu d’être à base de levure, il est produit à base de viande.

Le Bovril est apparu dans les années 1870 et est toujours commercialisé au Royaume-Uni. Il était alors appelé « Johnston’s Fluid Beef ». Bovril est certainement un bien meilleur nom.

Si le Bovril est souvent utilisé comme pâte à tartiner comme le Marmite, ou pour ajouter du goût aux sauces, il est également utilisé dilué dans de l’eau chaude pour faire une boisson, le beef tea. Elle était populaire dans les distributeurs automatiques des piscines de ma jeunesse, probablement car c’était la seule boisson chaude que ces machines étaient capables de produire ayant un peu de goût.

177

Quiz 2

« Vril » est une source d’énergie mystérieuse dans un roman d’Edward Bulwer-Lytton. Je vous donne un point pour « source d’énergie mystérieuse » et un demi-point de bonus si vous avez trouvé également le nom de l’auteur. L’écrivain victorien Edward Bulwer-Lytton est probablement plus connu de nos jours comme l’auteur de ce que l’on considère comme la pire des premières phrases de l’ensemble de la littérature : « It was a dark and stormy night », adoptée ensuite par Snoopy dans les bandes dessinées Peanuts ; cette phrase immortelle a engendré le concours Bulwer-Lytton de la plus mauvaise première phrase de l’année. À son époque, cependant, Bulwer-Lytton était un romancier populaire et dans son roman de science-fiction épique La Race à venir, le protagoniste utilise une forme de « magnétisme atmosphérique » qu’il peut diriger grâce à un bâton de pouvoir afin de devenir une arme mortelle. Cette source d’énergie mystérieuse est appelée « vril ». Il n’y avait, bien sûr, pas la moindre notion scientifique derrière le vril, mais le concept est devenu populaire, et est réapparu dans des pseudo-religions diverses et quelques produits ont intégré le mot dans leur marque pour donner l’impression qu’elle contient de l’énergie et améliore la santé. (D’une manière similaire, le radium a été utilisé au début du xxe siècle pour rendre un produit aussi simple que du dentifrice plus attractif, mais avec des conséquences nettement plus mortelles.) Autant que je sache, le seul produit qui reste dans le commerce avec le nom « vril » est le Bovril, qui est la combinaison de vril avec la contraction de bos, le nom latin du bœuf.

178

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Divers

QUESTION 5 La merveille de Wardenclyffe

Qu’est-ce qu’était Wardenclyffe ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Wardenclyffe était située à Shoreham, dans l’État de New York.

Wardenclyffe a été brièvement célèbre à l’échelle mondiale pour des raisons associées à la science dans les premières années du  xxe siècle.

Le nom « Wardenclyffe » vient du promoteur immobilier James S. Warden, qui possédait une large étendue de terrain dans la région, dont il espérait faire un lieu de villégiature.

179

Quiz 2

Wardenclyffe était le site des expériences de Nikola Tesla en transmission d’énergie sans fil. Vous pouvez avoir un demi-point pour Tesla et un demi-point pour la transmission d’énergie sans fil. Il y a bien peu de figure historique dans le domaine scientifique aussi controversée que le célèbre inventeur et ingénieur américain d’origine serbe Nikola Tesla. Ses fans pensent qu’il était un génie qui surpasse Edison comme inventeur et Einstein comme scientifique. En réalité, c’était un ingénieur brillant, qui a mis au point plusieurs des technologies clés pour le système électrique à courant alternatif, ainsi que les premiers appareils radiocommandés et de nouveaux modèles de générateurs. Mais il était au mieux un scientifique médiocre qui, s’il était brillant dès qu’il s’agissait d’utiliser l’électricité, ne comprenait pas la théorie électromagnétique moderne et n’a jamais accepté la relativité. Tesla croyait qu’il était possible de transmettre de l’énergie nucléaire comme une onde stationnaire au travers de la Terre, avec un retour du circuit par l’air. La construction à Wardenclyffe (dont on peut voir la magnificence dans le film Le Prestige) a été réalisée avec une tour de 57 mètres de haut connectée à des générateurs d’électricité à haute tension dans le but d’être à la fois capable de communiquer sans fil avec n’importe quel endroit dans le monde, et également de transmettre de la puissance électrique. Il y a eu en effet un effet localisé d’induction qui impliquait que tout objet métallique à proximité de l’installation pouvait avoir un courant électrique qui le traversait (y compris les robinets des voisins). Mais les ondes à longue portée qu’avait imaginées Tesla n’ont jamais pu être produites, et malgré l’apport constant de grandes sommes d’argent du financier J. P. Morgan, le projet a été abandonné en 1903. La tour a été détruite, mais le bâtiment est resté.

180

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Divers

QUESTION 6 Imprononçable

Pourquoi Uuq est devenu Fl ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le dictionnaire Larousse n’a pas de mot entre utricule et UV.

« Fl » peut être une contraction du mot latin floruit, qui signifie « qui devient florissant » pour indiquer la période d’activité d’une personne dans l’histoire.

Contrairement au double e « ee », très courant en Français, au double o « oo » courant en anglais et même au double a « aa », qui est parfois utilisé comme dans le mot « aa », qui signifie une surface rugueuse formée par une coulée de lave, le double u « uu » est très rare.

181

Quiz 2

Car le flerovium (Fl) est l’élément qui s’appelait précédemment l’ununquadium (Uuq). Et oui, il n’y a pas que Prince qui était « connu précédemment comme... ». L’élément 114 dans la table périodique a d’abord été synthétisé à Dubna en Russie. Lorsque de nouveaux éléments sont détectés, on a tendance à leur donner des noms qui reflètent leur position, l’ununquadium est donc le « un-un-quatre-ium » en latin raccourci. Et c’est donc comme Uuq qu’il a été connu pendant un certain temps, et c’est ainsi qu’on peut encore le trouver sur certaines tables périodiques imprimées à l’époque. Le nom final, flerovium, décerné par l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA en anglais) en 2012, vient du laboratoire Flerov de Dubna, lui-même nommé d’après le physicien nucléaire Gueorgui Fliorov. En 1998, l’équipe de Dubna a tiré des ions de calcium 48 à haute énergie sur une cible de plutonium 244. Cela a duré pendant un total de 40 jours, pendant lesquels 5 000 000 000 000 000 000 ions ont été projetés par l’accélérateur pour frapper le plutonium. Un seul atome de l’isotope 289 de flerovium a été découvert, et il lui a fallu 30,4 secondes pour se désintégrer. Cette durée assez longue s’explique par le fait que le flerovium se trouve dans un îlot de stabilité, une position dans la table périodique où le noyau atomique a une configuration proche de la sphère, ce qui suggère que sa demi-vie devrait être plus longue que ses voisins. Là où, par exemple, le darmstadtium, qui arrive avant cet îlot de stabilité dans la table, a une demi-vie que l’on mesure en microsecondes, le flerovium 289, comme on l’a vu, reste stable pendant plusieurs secondes.

182

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Divers

QUESTION 7 Hydratation hasardeuse

Pourquoi recommande-t-on de boire huit verres d’eau par jour ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Un verre n’est pas vraiment une mesure très définie, mais se comprend souvent comme un volume entre le large verre de vin, soit 250 ml et le verre de boisson typique, 330 ml.

L’eau ne devrait pas être consommée trop vite. Boire plusieurs litres d’eau à la fois, comme certains sportifs peuvent le faire, peut mener à un gonflement des cellules, à des dégâts cérébraux, et même à la mort.

Lorsque vous faites du sport, malgré les mises en garde des publicitaires, il n’est pas nécessaire de prévenir la soif. Il a été montré que la soif est un excellent moyen de déterminer quand vous devez boire, il vaut mieux donc attendre d’avoir soif pour boire.

183

Quiz 2

Personne ne sait pourquoi on recommande huit verres d’eau. Vous gagnez également le point si vous avez une réponse du type « nous n’en avons pas besoin ». Il s’agit de l’un des mythes les plus célèbres de la science diététique : l’idée qu’il faut boire huit verres d’eau par jour s’est profondément inscrite dans notre culture, mais elle n’a aucune fondation de vérité. Même si personne ne sait où ce mythe qui nous force à boire entre 2 et 2,5 litres d’eau par jour nous vient, il peut avoir été enfanté par une recommandation du US National Research Council de 1945, qui indiquait qu’un adulte devrait consommer 1 millilitre d’eau par calorie de nourriture consommée, ce qui correspond à ces 2 à 2,5 litres. La raison pour laquelle cette recommandation est un mythe est double. Tout d’abord le volume porte à confusion, car nous allons ingérer environ la moitié de celui-ci directement dans les aliments que nous consommons (cette eau compte tout autant que celle dans un verre), ce qui implique que nous ne devons en fait boire que 1 litre par jour environ. Ensuite, l’idée que le liquide que nous devons boire est forcément de l’eau est fausse, car il ne fait aucune différence pour notre hydratation que l’eau soit pure ou, par exemple, dans une boisson sucrée. Même le thé et le café sont parfaitement adaptés tant que vous n’en buvez pas suffisamment pour faire une overdose à la caféine. Même si ces boissons et le cola sont des diurétiques légers, il semble que cela n’influence pas sur la capacité à hydrater. C’est la même chose pour les boissons énergétiques, elles aussi hydratent aussi bien que l’eau, mais pas plus. Donc, plutôt que « huit verres d’eau par jour », on devrait dire « quatre verres de liquide à base d’eau », une différence significative.

184

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 3 : Divers

QUESTION 8 Un sauna naturel

S’il n’y avait pas de gaz à effet de serre dans notre atmosphère, quelle serait la température moyenne à la surface de la Terre ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Nous avons l’habitude de traiter le dioxyde de carbone comme le vilain monstre du monde environnemental, mais le CO2 dans l’atmosphère est essentiel pour les plantes et pour l’aspect positif de l’effet de serre. C’est juste lorsqu’il y en a trop qu’il devient un problème.

D’autres gaz contribuent beaucoup plus par molécule à l’effet de serre que le dioxyde de carbone. Le méthane, par exemple, a 23 fois plus d’impact, mais il y en a nettement moins dans l’atmosphère.

Vénus démontre ce qui arrive lorsque l’effet de serre vire au cauchemar. Avec une atmosphère composée à 97 % de dioxyde de carbone, elle a une température de surface extrêmement élevée.

185

Quiz 2

La température de surface moyenne de la Terre serait de −18 °C. Accordez-vous un point pour toute réponse entre −15 °C et −21 °C. L’effet de serre sur la Terre, avec l’effet combiné des différents gaz présents, augmente la température moyenne d’environ 33 degrés. Sans effet de serre, la vie telle que nous la connaissons, à part les bactéries, n’existerait pas sur Terre. Et donc, c’est une bonne chose que cet effet existe. C’est juste quand il va trop loin que cela devient un problème. Bizarrement, l’effet de serre n’a rien à voir avec les serres, qui ne fonctionnent pas sur le même principe. L’effet de serre survient grâce à des gaz dans l’atmosphère qui fonctionnent un peu comme des miroirs à sens unique. Les rayons du Soleil les traversent aisément lorsqu’ils arrivent de l’espace. Ils sont ensuite réémis par la Terre, pour la plupart sous la forme de lumière infrarouge, beaucoup moins énergétique. Une partie de ces rayons est absorbée par les molécules des gaz à effet de serre et est ensuite réémise, ce qui disperse l’énergie dont une partie retourne vers la Terre et donc provoque un réchauffement plus fort que s’ils n’avaient pas été présents. Les gaz à effet de serre ne font pas que nous donner un climat habitable. Le dioxyde de carbone, particulièrement, est essentiel à la croissance des plantes, car il est absorbé de l’atmosphère et le carbone en est extrait pour intégrer la structure des plantes. Non seulement les animaux bénéficient du rebut de cette opération, c’est-à-dire l’oxygène, dont ils ont besoin pour respirer, mais également la chaîne alimentaire dans son ensemble est dépendante de la végétation à son début. Si vous avez des animaux herbivores, vous avez besoin de ces plantes. Si vous êtes carnivore, vous avez besoin des animaux herbivores qui mangent ces plantes. Nous n’avons sans doute pas besoin de plus de CO2, mais nous ne pouvons pas non plus nous en passer.

186

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 2 Manche 4 : Histoire

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

Manche 4 : Histoire

QUESTION 1 Naissance de Bacon

Dans quel centenaire Roger Bacon, connu pour son insistance à l’utilisation d’expériences dans la science, est-il né ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le mot « bacon » vient de l’anglais pour la charcuterie de porc, qui l’a pris lui-même du vieux français « bacon » et on en retrouve des usages qui datent de 1330.

Plus récemment, on compte d’autres Bacon célèbres comme l’artiste britannique Francis Bacon et l’acteur américain Kevin Bacon.

Pour des raisons pas vraiment claires, Kevin Bacon est utilisé comme exemple de l’hypothèse des « six degrés de séparation », l’idée que n’importe qui n’ayant jamais travaillé à Hollywood peut être lié à Kevin Bacon en un maximum de six relations.

189

Quiz 2

Roger Bacon est né au xiiie siècle. Roger Bacon est souvent confondu avec le philosophe du xvie siècle Francis Bacon, qui a été le premier à établir le principe de l’induction comme un élément clé de la méthode scientifique. En plus d’un nom de famille en commun, Roger Bacon a bien avant son homonyme mis en avant l’importance des expériences dans la science, même si son idée de ce qu’est une expérience était beaucoup plus libre que ce à quoi on pense aujourd’hui. Roger Bacon est né en 1214 ou en 1220 et devient un des premiers membres de l’ordre des Franciscains. Sa vie a été composée de beaucoup de hauts et d’autant de bas, il était convaincu qu’il était essentiel de collecter et publier les idées scientifiques, mais a dû faire face à beaucoup de conflits étant membre d’un ordre qui traversait une période anti-intellectuelle, pendant laquelle on interdisait à ses intellectuels d’écrire des livres. Bacon a reçu l’aide d’un cardinal français, Gui Foucois, qui devint ensuite le pape Clément IV. Il semble que cela a été l’ouverture que Bacon attendait et il a proposé au pape de produire une encyclopédie des sciences. Bacon s’est tellement investi dans l’écriture qu’elle a fini par dépasser les 500 000 mots. Il fit deux tentatives de préambule à cet ouvrage qui sont devenues des livres eux-mêmes avant de transmettre le tout au pape. Malheureusement, celui-ci est mort pendant que l’ouvrage était en voyage vers l’Italie et Bacon a perdu toute protection. Ses livres restent un témoignage fascinant de l’état des connaissances scientifiques de l’époque, et contiennent une part non négligeable des propres découvertes de Bacon, particulièrement sur la lumière, et se terminent avec une section conséquente sur l’importance de l’expérimentation et des mathématiques pour la science. L’histoire de Bacon a plus tard été embellie avec moult légendes avant d’être confondue avec son successeur (sans lien de parenté que nous connaissions).

190

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Histoire

QUESTION 2 L’Alma mater d’Albert

Au sein de quelle université travaillait Albert Einstein lorsqu’il a écrit ses articles établissant la réalité de l’atome, posant les fondations de la théorie quantique, et décrivant la relativité restreinte ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Albert Einstein est né à Ulm en 1879, mais il a ensuite renoncé à sa nationalité allemande.

Le chef du département de physique de la Eidgenössische Technische Hochschule ou ETH (Institut fédéral de technologie) de Zurich a dit un jour à Einstein : « Vous êtes un garçon très malin, mais vous avez un grand défaut. Vous n’acceptez jamais que l’on vous dise quoi que ce soit. »

Lorsque Einstein a écrit son article de 1905 sur le mouvement brownien, beaucoup de scientifiques croyaient que les atomes n’existaient pas, et qu’ils n’étaient qu’un concept métaphorique pratique.

191

Quiz 2

Einstein ne travaillait pas dans une université lorsqu’il a écrit ces articles très célèbres. En 1905, lorsque Einstein a publié ces trois articles remarquables, incluant l’article sur l’effet photoélectrique qui a été l’un des points de départ de la théorie quantique (et qui lui fit remporter le prix Nobel) ainsi que l’article qui formule la relativité restreinte, il n’était qu’un amateur sans poste dans une université. Il travaillait comme clerc au Bureau fédéral de la propriété intellectuelle à Berne. On prétend que son travail a eu un impact direct sur le développement de la relativité restreinte. À l’époque, l’idée de coordonner des horloges à différents endroits était très recherchée. Jusqu’à l’invention du chemin de fer, l’heure n’était réglée que très approximativement entre différentes villes. Par exemple, alors qu’il était midi à Berne, il pouvait n’être que 11 heures 30 à Bâle. Mais lorsqu’une ligne de chemin de fer a relié ces deux villes, il n’était plus acceptable que l’heure varie autant, et donc « l’heure du train » a rendu nécessaire de synchroniser les horloges à différents endroits. L’idée que deux événements sont simultanés est au cœur de la pensée qui a amené à la relativité restreinte, et de manière intéressante Einstein utilise le concept du train en mouvement comme moyen d’illustrer comment le comportement de la lumière fait de la simultanéité un concept relativiste. Il semble donc assez facile d’imaginer que Einstein a été inspiré dans ses réflexions par certains des brevets sur le sujet. Einstein a fini par obtenir un poste académique à l’université de Zurich en 1909, l’année où il publia son tout premier article lors d’une conférence académique. Cet article contient l’équation la plus célèbre au monde E = mc2. À cette époque il avait 30 ans, un âge auquel la plupart des scientifiques ont déjà produit leur meilleur travail, mais ce n’était que le début pour Einstein.

192

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Histoire

QUESTION 3 Sur un nuage neuf

De quel type est le « nuage 9 », et pourquoi est-il utilisé dans une expression anglaise célèbre ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… L’expression en question, « I’m on cloud nine », veut dire que la personne est très heureuse et satisfaite, un état proche de notre septième ciel.

Il existe au moins 52 types de nuages reconnus.

La première classification des nuages, qui date de 1802, avait trois familles de nuages : cirrus, cumulus et stratus.

193

Quiz 2

Le nuage 9 est un cumulonimbus, il est utilisé dans l’expression car c’est le type de nuage le plus haut. Vous obtenez un demi-point pour chaque partie de la réponse. Certaines formes de cumulonimbus, les grosses en forme d’enclumes, sont responsables de beaucoup d’orages. Ce sont des nuages très profonds ; si leur partie basse est très proche du sol, ils peuvent atteindre les 18 kilomètres de haut. Dans le système de numérotation des nuages développé à la fin du xixe siècle, qui allait de un à neuf, les cumulonimbus ont reçu le numéro neuf, car ils étaient capables d’atteindre de telles altitudes, largement au-dessus des autres nuages. À cause de cela, même si un cumulonimbus peut être assez désagréable comme source d’orage, « être sur un nuage 9 » a fini par signifier être au-dessus de tout, sans doute également à cause de l’association du paradis avec les hauteurs du ciel. Si vous êtes « on cloud nine », vous êtes en effet heureux et satisfait. Tout allait bien jusqu’à ce que l’Organisation météorologique mondiale (OMM ou WMO en anglais) décide que n’avoir que neuf types de nuages n’était pas suffisant, et a renuméroté les nuages, en donnant le numéro 10 au nuage le plus haut. C’était parfaitement compréhensible d’un point de vue scientifique, mais cela a complètement gâché l’expression. Dans un geste inhabituel, l’OMM a réalisé qu’elle était un peu trop rabat-joie et a rapidement décidé de renuméroter les nuages à nouveau, cette fois de zéro à neuf, ce qui fournit toujours dix types, mais permet encore au nuage le plus haut, celui au-dessus duquel il fait bon être, de rester le nuage neuf.

194

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Histoire

QUESTION 4 Passage de relais

Newton est né la même année que Galilée est mort. Vrai ou faux ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Galilée est mort en janvier 1642.

Le père de Newton est mort avant la naissance du jeune Isaac à Woolsthorpe dans le comté de Lincolnshire.

Newton a été, sans aucun doute, le plus grand successeur de Galilée comme physicien. L’idée que le premier soit né la même année que celle de la mort du second est assez plaisante, suggérant une sorte de passage de relais.

195

Quiz 2

Oui. C’est vrai ou faux (ou les deux) que l’un est né l’année de la mort de l’autre. Je vais être très strict ici est je ne vais accepter ni « vrai » ni « faux ». Pour obtenir le point il vous faut répondre soit « oui » ou « les deux ». Il est souvent dit, comme si cela avait une sorte de signification cosmique particulière, que Newton est né la même année que la mort de Galilée. Et c’était vrai à l’époque en Angleterre, mais pas dans l’Italie de Galilée. Galilée est mort au début de l’année 1642, alors que Newton est né le jour de Noël 1642. Cependant, si l’on applique le calendrier grégorien (comme cela aurait été fait à l’époque en Italie), Newton est né l’année suivante de celle de la mort de Galilée. Ce qui est dans tous les cas incorrect est de célébrer la naissance de Newton le 25 décembre de nos jours. La réforme calendaire qui a conduit au glissement de la date de naissance d’une année aurait dû être appliquée depuis longtemps déjà. En 1276, par exemple, Roger Bacon avait pointé du doigt le problème du vieux calendrier julien, qui contenait des années bissextiles sans interruption, et qui ainsi se décalait graduellement avec la nature. Comme la date de Pâques était basée sur un phénomène naturel (l’équinoxe de printemps), cela voulait dire que Pâques allait se décaler de sa « date correcte ». Le calendrier grégorien a finalement été introduit (dans une forme très proche des recommandations de Bacon) dans plusieurs pays d’Europe continentale en 1582, mais ne sera pas accepté au RoyaumeUni avant 1752 (et il n’entra en vigueur en Russie qu’en 1918). Ceci implique que l’on ne peut pas simplement répondre vrai ou faux à la question, car la réponse dépend du pays où l’on se trouve.

196

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Histoire

QUESTION 5 Soucoupes secrètes

Pourquoi les soucoupes volantes sont-elles appelées « soucoupes volantes » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le nom le plus courant désormais pour les soucoupes volantes est OVNI, pour « Objet Volant Non Identifié », même si c’est un terme étrangement insatisfaisant. Techniquement, un oiseau, par exemple, est un ovni tant qu’on ne l’identifie pas comme un oiseau. Et de la même manière, un vaisseau extra-terrestre identifié comme tel ne serait plus techniquement un ovni.

La soucoupe volante la plus connue au monde, le Frisbee, date des années 1930, où on a demandé à Fred et Lucile Morrison (pas encore mariés) s’ils souhaitaient vendre le moule à gâteaux qu’ils se lançaient l’un à autre sur la plage.

Le Frisbee a d’abord été appelé le flyin-saucer (soucoupe volante), et une version plus récente, qui ressemble plus à la version que nous connaissons de nos jours, a été appelée Pluto platter (plateau de Pluton). Des étudiants lui ont donné le surnom « Frisbee », d’après la Frisbie Pie Company, une entreprise de confection de tartes, et le nom est resté. 197

Quiz 2

On les appelle soucoupes volantes à cause de la façon dont un des premiers témoignages décrit leur mouvement. Je vais être généreux et vous accorder un demi-point si vous avez répondu « ils ne le sont plus », car le terme « soucoupe volante » a largement été éclipsé par le plus général « ovni ». Il existe des divergences d’opinions concernant l’origine du nom. La version la plus acceptée est qu’un pilote américain a vu quelques ovnis en 1947. Ces vaisseaux semblaient avoir une forme de croissant, mais le pilote, Kenneth Arnold, indiqua qu’ils se déplaçaient de façon erratique dans le ciel, « comme une soucoupe qui fait des ricochets à la surface de l’eau ». Ces mots ont été récupérés par l’auteur des titres de journaux qui en a fait le terme facile à comprendre de « soucoupe volante ». De manière intéressante, après cette large couverture médiatique, la majeure partie des témoignages d’observation ont décrit des véhicules de la forme d’une soucoupe, qui devint la forme la plus communément reprise, avant que d’autres sources médiatiques ne commencent à parler de formes différentes. Ayant dit cela, et même si le croquis que Arnold a réalisé n’avait pas du tout la forme d’une soucoupe, il a été cité expliquant que les ovnis ressemblaient à des soucoupes ou des disques. Si l’on prend en compte la rigueur journalistique de l’époque, cependant, il est envisageable que ses propos sur les déplacements de l’engin aient été déformés pour aboutir à la forme de l’engin. Le mouvement erratique, qui semble défier les lois de la physique, est souvent donné comme preuve que les ovnis possèdent une technologie extraterrestre, car un avion ne se déplace pas de telle manière. Mais des observateurs plus sceptiques suggèrent que ce mouvement démontre au contraire que ce qui est observé est probablement un effet d’optique, facilement comparable à quelque chose qui danse dans tous les sens de manière très perturbante.

198

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Histoire

QUESTION 6 Paradis bleu

Pourquoi le ciel est-il bleu ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La température à la surface du Soleil est d’environ 5 500 °C, ce qui veut dire qu’il émet une lumière blanche.

L’air tout autour de nous sur Terre consiste en 78 % de nitrogène, 21 % d’oxygène et juste en dessous de 1 % d’argon. Il ne reste donc que moins de 0,04 % pour les autres gaz.

La majorité de ces 0,04 % est du dioxyde de carbone.

199

Quiz 2

Le ciel est bleu car l’air diffuse plus la lumière bleue que la rouge et la jaune. Lorsque la lumière blanche provenant du Soleil, qui correspond à un mélange de l’ensemble des couleurs du spectre, frappe les molécules dans l’air, certains des photons sont absorbés et réémis dans une direction différente. Ce processus est appelé diffusion. Mais certaines couleurs sont beaucoup plus absorbées que d’autres, en particulier les bleus. Il en résulte que la lumière diffuse donne à l’air une coloration apparente bleutée. Avec une portion significative de la partie bleue de la lumière retirée ainsi, la lumière qui nous atteint directement du Soleil nous apparaît jaunâtre, plutôt que blanche, qui serait pourtant plus proche de la réalité. Lorsque la journée prend fin et que le Soleil s’enfonce vers l’horizon, sa lumière traverse encore plus d’atmosphère, ce qui accentue l’effet de diffusion et la lumière résultante nous apparaît plus faible et tendant vers les rouges. La couleur bleue venant de la diffusion a été observée par expérimentation pour la première fois à la fin du xixe siècle, lorsqu’une source lumineuse a traversé un liquide transparent mais avec des petites particules en suspension. Du coup, il a été supposé que la présence de particules était la cause de la diffusion et que les poussières ou les gouttelettes d’eau étaient responsables pour notre atmosphère. Cependant, si c’était vrai, vous vous attendez à ce que l’effet soit renforcé et que l’air apparaisse nettement plus bleu lorsque les particules sont plus nombreuses, comme en cas de forte pollution. Or, ce n’est pas le cas. C’est seulement vers 1911 qu’une explication correcte a été apportée mathématiquement, et ce modèle prédit effectivement la couleur bleue du ciel que nous apprécions tous.

200

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Histoire

QUESTION 7 Fusil à rayon antique

Qui aurait inventé une arme à rayon aux alentours de 212 avant Jésus-Christ ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La première utilisation du mot « rayon » en anglais pour parler d’un faisceau de lumière date du xive siècle, dans le poème Pearl, où l’on peut lire : « A crystal clyffe ful relusaunt / Mony ryal ray con fro hit here » que l’on peut traduire approximativement en « Une falaise de cristal qui brillait de mille feux / De nombreux nobles rayons se distinguaient ».

L’un des premiers exemples d’armes à rayon dans la fiction apparaît dans le livre écrit en 1905 par Washington Irving Conquest of the Earth by the Moon, où les extraterrestres étaient munis d’armes utilisant « des rayons du Soleil concentrés ».

Un exemple plus spécifique d’un rayon de la mort apparaît dans l’œuvre toujours fascinante de H. G. Wells La Guerre des mondes, écrite en 1898. Les « machines de guerre qui marchent » des Martiens émettent des « rayons de chaleur » qui sont des faisceaux puissants de lumière infrarouge, concentrée par un miroir parabolique. 201

Quiz 2

On prétend qu’Archimède aurait inventé une arme à rayon. Archimède a vécu à Syracuse en Sicile, qui a été conquise par les Romains aux alentours de 212 avant Jésus-Christ. Il a conçu plusieurs engins de défense imaginatifs, parmi lesquels une collection de miroirs courbes en métal qui devaient réfléchir les rayons du Soleil avec l’intention de mettre le feu aux navires ennemis. Pour autant que l’on sache, ces miroirs n‘ont jamais été construits (probablement car personne ne pensait que cette arme pouvait fonctionner). Même de nos jours, il n’est pas vraiment facile de décider si le principe était réalisable de manière pratique. L’émission de télévision Mythbusters a tenté à plusieurs reprises de recréer cette arme à miroirs, et chaque tentative a échoué. Cependant, de nombreux scientifiques ont porté le doute sur les expériences de l’émission, et d’autres tentatives ont réussi à faire démarrer des feux. Il semble qu’avec des conditions idéales, et des miroirs très stables, les matériaux inflammables présents sur le pont des navires (et non les planches mouillées de la coque) pourraient être enflammés par cette arme. D’un certain côté cependant, cette dispute est sans justification, car il n’existe aucune preuve que de tels miroirs aient jamais été fabriqués. Mais s’ils l’avaient été, dans le pire des cas, les rayons intenses auraient été terrifiants, et probablement aveuglants, pour les marins. Et c’est une preuve de l’inventivité d’Archimède qui a pensé au concept du pistolet à rayon bien avant qu’il ne devienne un symbole de la science-fiction.

202

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 4 : Histoire

QUESTION 8 Trouvez le point commun

Qu’ont en commun Lucien de Samosate, Francis Godwin, Johannes Kepler, Cyrano de Bergerac et Jules Verne ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Lucien de Samosate était un satiriste gréco-romain qui est connu pour son Histoire véritable, l’un des premiers romans, qui semble être une parodie de l’Odyssée.

Francis Godwin était un évêque anglican du début du alors que Kepler est un astronome et mathématicien de la même époque qui a établi les lois du mouvement planétaire (dérivés de ses observations).

xviie siècle,

Cyrano de Bergerac est un véritable personnage historique, un dramaturge français du début du xviie siècle. Il est plus connu comme le personnage du roman éponyme (et essentiellement fictionnel) écrit par Edmond Rostand, un contemporain d’un autre romancier très célèbre, Jules Verne, qui est un des auteurs clés dans le développement de la science-fiction.

203

Quiz 2

Ils ont tous écrit des histoires de voyage sur la Lune. Bien avant la véritable science-fiction, les voyages vers la Lune étaient utilisés à des fins allégoriques ou bien dans des contes féeriques. Pour Lucien, c’était avant tout un moyen de se moquer de l’Odyssée, mais l’histoire de Godwin était plus intéressante, car elle a été écrite à une époque où la nature même de la Lune était disputée. Était-elle la sphère parfaite que la science d’Aristote lui demandait d’être, ou était-elle, comme Galilée le suggérait, un corps céleste comme la Terre avec des montagnes et des mers ? Godwin n’a pas essayé de reposer son histoire sur le moindre concept scientifique pour faire alunir son narrateur (c’était peut-être un moyen d’éviter de contredire Aristote, le livre ayant été prétendument écrit par un Espagnol, Dominique Gonzales). Il est tiré par un vol d’oies spéciales appelées gansas qui migrent vers la Lune chaque année, et qui l’emmène dans un endroit qui ressemble fort à la Terre. Kepler non plus, d’ailleurs, n’utilise pas de méthode scientifique. Son héros traverse un chemin intangible de ténèbres, pratiqué par des démons. Cyrano tente une espèce d’approche scientifique, d’abord en utilisant le pouvoir d’attraction du Soleil sur la rosée, puis, avec une prescience apparente, en utilisant une fusée. Mais la véritable science a dû attendre l’arrivée de Jules Verne. Au moins, une certaine forme de véritable science. Verne avait ouvertement critiqué H. G. Wells, son cadet, pour avoir utilisé une substance imaginaire, la cavorite, pour amener ses voyageurs sur la Lune dans son livre Les Premiers Hommes dans la Lune. Mais en réalité, une fois que l’on accepte la substance imaginaire, l’approche de Wells a l’avantage de fonctionner, car le vaisseau propulsé par canon que Verne a utilisé dans De la Terre à la Lune aurait transformé ses astronautes en grosses flaques sous la puissance de la poussée nécessaire pour transporter un vaisseau jusqu’à la vitesse d’échappement dans la longueur d’un fût de canon.

204

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 2 Manche 5 : Espace

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Lumière voyageuse

Si vous voyagez vers une source lumineuse à très grande vitesse (disons à la moitié de la vitesse de la lumière), comment la vitesse et la couleur de cette lumière seront modifiées ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La lumière est une interaction auto-entretenue entre l’électricité et le magnétisme.

Les scientifiques qui pensaient que la lumière était une onde ont inventé un matériau invisible appelé éther, qui remplissait tout l’espace, pour expliquer pourquoi elle passait au travers du vide.

En voyageant à la moitié de la vitesse de la lumière, vous pouvez atteindre New York depuis Paris en moins de 4 centièmes de seconde.

207

Quiz 2

La vitesse de la lumière n’aura pas changé, mais sa couleur aura viré vers le bleu. Si, au lieu de la lumière, c’est un camion qui voyage vers vous à 100 km/h, et que vous vous dirigez vers lui à la moitié de cette vitesse, alors le camion fonce vers vous à 150 km/h. C’est la version de Galilée de la relativité, où les vitesses s’additionnent tout simplement. Mais Einstein a compris que la lumière se comporte complètement différemment des autres objets mobiles. Sa théorie de la relativité restreinte part de l’idée que, quelles que soient votre vitesse et votre direction par rapport à sa source, la lumière ira toujours à la même vitesse. C’est dû au fait que l’interaction entre l’électricité et le magnétisme qui provoque la lumière ne fonctionne qu’à une certaine vitesse. Si la lumière change de vitesse lorsque vous vous déplacez par rapport à elle, elle ne peut plus exister et disparaît. Mais quelque chose se produit quand même lorsque vous vous déplacez par rapport à la source de lumière. Comme pour l’effet Doppler, plus connu, qui déforme les sons de telle façon que le hurlement d’une sirène semble changer de ton lorsque l’ambulance vous passe devant, si vous vous approchez d’une lumière, sa fréquence augmente. Elle commence alors à virer vers le bleu. Si, par exemple, vous commencez avec une lumière rouge ayant une longueur d’onde d’environ 680 nm (fréquence de 440 THz), le résultat de se déplacer vers cette lumière à la moitié de la vitesse de la lumière serait que sa longueur d’onde passerait à 390 nm (fréquence d’environ 760 THz), ce qui l’amènerait à la fin de l’étendue des violets, à la limite de disparaître à nos yeux dans les ultraviolets.

208

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Espace

QUESTION 2 Un ballet d’étoiles

Le fait que le ciel de nuit soit pour l’essentiel tout noir et non totalement éclairé d’étoiles dans toutes les directions prouve-t-il que l’univers n’est pas infini ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… L’univers visible s’étend sur environ 45 milliards d’années-lumière dans toutes les directions, mais dans sa totalité pourrait être beaucoup plus grand.

L’étoile la plus lumineuse vue de la Terre est Sirius dans la constellation du Grand Chien.

Le désert d’Atacama, au Chili, est généralement considéré comme l’endroit sur Terre avec le ciel de nuit le plus sombre sur Terre, ce qui explique que de nombreux télescopes y sont installés.

209

Quiz 2

Non, une nuit noire ne prouve pas que l’univers soit fini. Nous ne savons pas si l’univers est fini ou infini (et, s’il est fini, quelle est sa taille). Et nous ne pouvons rien déduire de la noirceur du ciel nocturne. S’il y a un nombre infini d’étoiles dans le ciel, alors, quelle que soit la direction où vous regardez le ciel, vous devriez y voir une étoile, et donc on pourrait s’attendre à ce que le ciel nocturne soit illuminé de la lumière des étoiles. Cette idée est connue comme le paradoxe d’Olber, d’après l’astronome du xviiie siècle Heinrich Wilhelm Olber, mais il existe plusieurs arguments qui expliquent pourquoi ce n’est pas le cas. Olber préférait l’idée que c’était de la poussière interstellaire qui était la cause de la noirceur de la nuit, en empêchant la plupart des étoiles les plus éloignées d’atteindre nos yeux. D’autres ont suggéré que les étoiles sont absentes à cause du virage au rouge. Nous savons que l’univers est en expansion, et plus les objets sont éloignés, plus vite ils s’éloignent de nous. Lorsqu’un objet s’éloigne, la longueur d’onde de la lumière qu’il émet vire vers le rouge. Avec un virage au rouge suffisamment important, la lumière visible peut passer aux infrarouges et devenir invisible à nos yeux. C’est effectivement le cas, mais ce n’est pas la raison principale pour laquelle le ciel est noir, même avec un univers infini. La réponse a été suggérée pour la première fois par Edgar Allan Poe dans son essai Eureka qu’il a écrit en se basant sur une conférence sur la cosmologie qu’il a donnée à New York en 1848. Poe a expliqué que si l’univers a un âge fini, la lumière des étoiles les plus distantes n’a tout simplement pas eu le temps de nous atteindre. Il est tout à fait possible qu’il existe des étoiles, des groupes d’étoiles et des galaxies hors de notre vue pour le moment.

210

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Espace

QUESTION 3 Connaissance universelle

Quel est le pourcentage de l’univers (en termes de masse/énergie) qui est composé de choses que nous comprenons ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… La masse et l’énergie peuvent être interverties, c’est très pratique, comme l’a très bien décrit Einstein avec la magnifique équation (et sans aucun doute la plus célèbre au monde) E = mc2.

On pense que l’univers est âgé d’à peu près 13,7 milliards d’années.

L’univers visible, la partie que l’on peut voir, s’étend sur environ 45 milliards d’années-lumière dans toutes les directions. C’est parce que l’univers s’est étendu depuis que la lumière est partie dans notre direction.

211

Quiz 2

Environ 4,9 % de l’univers est composé de choses que l’on comprend. Si vous avez dit « Aucun, car tout est basé sur les particules quantiques, et comme Feynman l’a déclaré, personne ne les comprend », vous avez droit à une tape amicale dans le dos, mais pas de point. Vous pouvez avoir le point pour 4 ou 5 %, car les deux sont fréquemment cités. Cette valeur est une référence à deux composants très surprenants de l’univers. On pense qu’environ 26 à 27 % de celui-ci est composé de matière noire. C’est un différent type de matière hypothétique qui est influencé par la gravité, mais pas par l’électromagnétisme. Il a été inventé pour expliquer la façon dont les larges corps célestes comme les galaxies et les groupes de galaxies se comportent. Lorsque quelque chose tourne sur lui-même, les éléments qui le composent tendent à vouloir continuer leur mouvement en ligne droite. C’est une force centripète (la gravité dans le cas des galaxies) qui leur permet de rester ensemble. Mais faites-la tourner suffisamment vite et elle va se décomposer. Les grands corps célestes tournent de cette façon, l’idée est donc qu’il existe une quantité supplémentaire de masse, invisible, qui les maintient ensemble. Il existe cependant une autre théorie, celle de la dynamique newtonienne modifiée, qui suggère que les corps de cette taille ne se comportent pas comme des objets de tailles plus petites. Si c’est le cas, alors nous n’avons pas besoin de matière noire. Le reste des 68 % est appelé énergie sombre. C’est la force répulsive qui cause l’accélération de l’expansion de l’univers. Même si elle est très faible localement, sur la totalité de l’univers elle requiert une quantité énorme d’énergie, et comme la masse et l’énergie sont équivalentes, elle peut être envisagée comme une large partie de l’univers. Donc, si toutes ces hypothèses sont correctes, la partie que nous connaissons de l’univers, celle que nous pouvons observer et mesurer, ne correspond qu’à 4 ou 5 % du total.

212

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Espace

QUESTION 4 Rendez-vous du Soleil et de la Lune

De combien le Soleil est-il plus brillant que la pleine Lune ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le Soleil fait environ 1,4 million de kilomètres de diamètre, que l’on peut comparer avec les 3 470 kilomètres de la Lune.

La lumière de la pleine Lune est suffisamment brillante pour lire et projeter des ombres, mais pas assez brillante pour activer une vision complète des couleurs.

Si la « face obscure de la Lune4 » est souvent citée, elle ne l’est pas en réalité. Le côté caché, qui nous est toujours masqué, reçoit beaucoup de lumière du Soleil.

4. Dark side of the moon, merci les Pink Floyd. 213

Quiz 2

La lumière du Soleil est typiquement entre 300 000 et 500 000 fois plus brillante. Accordez-vous un point pour toute réponse entre 300 000 et 500 000 et un demi-point pour une réponse entre 200 000 et 600 000. Nous n’arrivons pas à ressentir l’énorme écart d’illumination entre la lumière du Soleil et celle de la Lune à cause d’un effort combiné de nos yeux et de notre cerveau. Lorsqu’il n’est éclairé que par la Lune, l’iris des yeux se relâche pour permettre à la pupille, grosso modo un trou qui laisse passer la lumière, de s’agrandir. Il en résulte que plus de lumière entre dans nos yeux. Mais un effet beaucoup plus important provient de la façon dont notre cerveau analyse les images que nous voyons. Parce que la vue que nous avons est une construction de notre cerveau, les objets peuvent apparaître beaucoup plus brillants ou ternes qu’ils ne le sont vraiment. Un peu à la manière de ces systèmes hi-fi qui maintiennent un niveau sonore identique quel que soit ce qu’on écoute, notre cerveau ajuste la perception de ce qui est sombre ou lumineux en fonction de la quantité de lumière que nous recevons. Il existe quand même une nette différence visuelle entre l’éclairage du Soleil et celui de la Lune, mais ce n’est rien par rapport au véritable ratio d’un demi-million qui existe entre les deux. Nous voyons la Lune briller avec une coloration qui va de jaune à blanc-bleu, selon sa position dans le ciel. (Lorsqu’elle est plus basse, la lumière doit traverser plus d’air, où la lumière bleue est plus diffusée que la rouge, elle nous paraît donc plus jaune en bas de l’horizon.) Mais la surface de la Lune, illuminée par le Soleil, est d’un gris sale. Ce n’est que par le contraste avec la noirceur du ciel nocturne qu’elle nous semble aussi brillante.

214

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Espace

QUESTION 5 Le poids du système solaire

Au pour cent près, quel pourcentage de la masse du système solaire le Soleil représente-t-il ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Jupiter a une masse d’approximativement 1,9 × 1027 kg, soit environ 318 fois celle de la Terre.

La Lune est le 14e objet le plus massif du système solaire. Parmi toutes les Lunes du système, seules Ganymède, Titan, Callisto et Io sont plus massives.

La Terre est facilement la plus massive des planètes à cœur rocheux. Elle est environ 23 % plus lourde que Vénus.

215

Quiz 2

Le Soleil représente 99 % de la masse du système solaire. Si Jupiter est beaucoup plus massif que la Terre, le Soleil est dans une classe complètement à part, car il est 1 047 fois plus massif que Jupiter et donc environ 300 000 fois plus massif que la Terre. En comparaison avec les autres étoiles, le Soleil n’est pourtant pas si impressionnant. Par exemple, on estime que Rigel, l’étoile blanche supergéante que l’on peut facilement observer comme celle en bas à droite des sept étoiles principales qui forment la constellation d’Orion, doit être au moins vingt fois plus massive que le Soleil. L’étoile R136a1, qui se trouve dans le Grand Nuage de Magellan et qui est l’étoile la plus massive que nous connaissons, correspond à environ 265 fois la masse du Soleil. Au plus bas de l’échelle des étoiles se trouvent les naines brunes, qui ne sont même pas vraiment des étoiles, car elles n’ont pas assez de matières pour générer la température et la pression nécessaire à la fusion de l’hydrogène, et elles ne peuvent donc pas brûler comme des étoiles conventionnelles. Les naines brunes ont des masses qui oscillent entre 15 et 80 fois celle de Jupiter, même si la frontière qui sépare une planète géante, comme une super-Jupiter, d’une naine brune n’est pas clairement définie. Le Soleil est techniquement une « séquence principale » ou étoile naine, et se trouve au milieu du diagramme de Hertzsprung-Russell qui montre les différentes familles d’étoiles. Pour ajouter à la confusion, les étoiles naines blanches, pour lesquelles le mot « naine » est beaucoup plus approprié, ne sont pas de vraies étoiles naines, mais ce qu’il reste d’étoiles de huit à dix fois la taille du Soleil et qui ont perdu leur couche externe et ont laissé derrière elles quelque chose qui fait à peu près la taille de la Terre mais avec une masse similaire à celle du Soleil.

216

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Espace

QUESTION 6 Voyageurs à Très Grande Vitesse

Combien de temps serait-il nécessaire pour parcourir une année-lumière en utilisant la vitesse du plus rapide véhicule existant capable de transporter des personnes ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Voyager 1 est l’objet fabriqué le plus rapide avec une vitesse d’environ 17 kilomètres par seconde par rapport à la Terre, mais aucun véhicule avec passager n’a atteint cette vitesse.

Le Concorde, le véhicule le plus rapide avec lequel des passagers ordinaires se sont jamais déplacés, volait à Mach 2,03 ce qui correspond à environ 2 150 kilomètres par heure à sa vitesse de croisière.

L’étoile la plus proche de nous après le Soleil se trouve à 4 années-lumière de distance.

217

Quiz 2

À la vitesse d’Apollo 10, il faudrait 27 000 ans pour parcourir 1 année-lumière. Il y a deux parties à cette question : accordez-vous un demi-point si vous saviez que le véhicule le plus rapide dans lequel des personnes ont voyagé est Apollo 10, et un autre point entier si vous avez donné la bonne durée à 500 ans près. La vitesse d’Apollo 10 correspond effectivement à la plus grande vitesse à laquelle des êtres humains ont voyagé (par rapport à la Terre), en atteignant la vitesse impressionnante de 39 897 kilomètres par heure. Mais la lumière rend cette vitesse tout à fait pathétique avec ses 299 792 458 kilomètres par seconde. Ceci rend forcément la distance que parcourt la lumière en une année particulièrement gigantesque. Et à la vitesse d’Apollo 10, il faudrait 27 000 ans pour parcourir cette distance. Imaginez à quel point la civilisation humaine a changé dans une période comme celle-ci Lorsque vous réalisez que l’étoile la plus proche se trouve à 4 années-lumière, et que l’étoile la plus proche qui pourrait posséder une planète habitable se trouve à 12 années-lumière, l’échelle fantastique des distances interstellaires devient apparente. Si nous voulons atteindre ces étoiles, il nous aller beaucoup plus vite que ce que nous avons accompli pour le moment.

218

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Espace

QUESTION 7 Valeurs vénusiennes

Quelle est la température moyenne à la surface de Vénus ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Vénus est la planète la plus proche de la Terre en termes de taille, et même si elle est plus proche du Soleil, on pensait à un moment qu’elle devait avoir un climat tropical.

La surface de Vénus n’a jamais pu être observée avant que nous n’y envoyions des sondes, car elle est constamment cachée par une couverture nuageuse totale.

La température de surface moyenne de la Terre est de 14 °C.

219

Quiz 2

La température moyenne à la surface de Vénus est de 460 °C. Marquez un point pour toute réponse entre 440 °C et 480 °C. Cela a été un choc lorsque la première sonde à avoir atteint avec succès la planète, Mariner 2 en 1962, a renvoyé les premières données qui ont percé à jour la réalité de cette planète infernale. Non seulement la température de surface sur Vénus est à une moyenne de 460 °C, elle peut atteindre par endroit les 600 °C. C’est largement plus chaud que Mercure, qui est pourtant la planète la plus proche du Soleil. Le plomb pourrait couler sous forme liquide à la surface de Vénus. La planète a bien une atmosphère, c’est l’une des raisons pour laquelle on pensait qu’elle pouvait être un environnement où la vie est possible, mais cette atmosphère n’a rien à voir avec la nôtre. Vénus est enveloppée par une épaisse couche de dioxyde de carbone, qui lui donne une énorme pression atmosphérique de surface, plus de 90 fois celle de la Terre. Le super effet de serre que toute cette couche de dioxyde de carbone produit est la cause des températures extraordinairement élevées. Ce n’est pas tout ce CO2 que nous pouvons observer, cependant, car ce gaz est transparent. Juste pour bien enfoncer le clou sur le fait que l’atmosphère de Vénus est vraiment désagréable, les nuages blancs qui nous masquent la surface de Vénus et la rendent si lumineuse est de l’acide sulfurique. En plus, les journées sont étranges là-bas, du fait de la rotation spéciale de Vénus, qui est dans la direction opposée à la Terre et à la plupart des autres planètes. Vénus n’a besoin que de 243 jours (terrestres) pour faire une rotation complète, ce qui est plus long que les 225 jours dont elle a besoin pour faire le tour du Soleil. À cause de la façon dont la planète tourne sur elle-même, combiné avec son mouvement autour du Soleil, la durée entre deux levers du jour n’est que de 117 jours à peine.

220

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 5 : Espace

QUESTION 8 Une singularité singulière

Nommez un endroit dans l’univers d’où le Big Bang a débuté Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le Big Bang a reçu son nom de l’astrophysicien Fred Hoyle dans une émission de la radio BBC et a été donné à titre de (légère) dérision.

Cependant, on peut facilement dire qu’il est difficile de donner un nom moins à propos, car le Big Bang n’a été ni grand, et n’a pas fait de bang.

La théorie pré-Big Bang de l’atome primitif, posée par Georges Lemaître, un astrophysicien belge, était également appelée celle de « l’œuf cosmique ».

221

Quiz 2

N’importe où est un emplacement possible pour le début du Big Bang. Tendez votre doigt vers le bout de votre nez, c’est là qu’a débuté le Big Bang. Je peux l’affirmer avec certitude même sans savoir où vous vous trouvez, car vous pouvez le faire n’importe où dans l’univers et ce serait également vrai. Selon la théorie du Big Bang, qui reste la théorie la plus acceptée de l’origine de l’univers au moment où ce livre est imprimé, l’univers dans son entier a commencé comme un point infiniment petit, une singularité. Un temps extrêmement court plus tard, l’univers naissant commence à s’étendre dans le Big Bang. (Donc, pour être précis, l’univers n’a pas commencé avec le Big Bang dans la théorie du Big Bang.) Si cela avait été une véritable explosion, quelque part dans l’espace, alors on pourrait, plus tard, regarder les effets de celle-ci et montrer que le Big Bang s’est produit à un endroit particulier, de la même manière que nous pouvons dire qu’une charge de dynamite a explosé à un endroit particulier d’une carrière, même si, par la même occasion, elle a détruit un immense bloc de roche. Mais le Big Bang n’avait absolument rien de normal. Il ne s’agit pas de masse/énergie du Big Bang qui s’est répandu dans un espace existant, mais plutôt que l’espace lui-même s’est agrandi à partir de presque rien. Et ce que ça veut dire, c’est que n’importe quel point de l’univers, quel qu’il soit, est également là où s’est produit le Big Bang car tous les points de l’univers étaient au même endroit au moment du Big Bang. Il est intéressant de remarquer que, parce que l’espace se dilatait, il a pu le faire beaucoup plus vite que la vitesse de la lumière, qui n’est qu’une limite dans l’espace. Sans cette dilatation rapide (que l’on appelle inflation), la théorie du Big Bang ne correspondrait pas à notre observation de l’univers.

222

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 2 Manche 6 : Technologie

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

QUESTION 1 Arme à recharger

À quoi correspond le nom « Taser » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le Taser est une arme dont le but est de mettre hors d’état de nuire à l’aide d’un choc électrique, qui est produite par la société américaine « Taser International Inc. »

La plupart des Tasers projettent des petites pointes attachées à des fils qui envoient une décharge venant de l’appareil vers le corps de la victime, ce qui perturbe le contrôle musculaire et rend le sujet temporairement immobile. L’un des modèles, celui qui a été utilisé dans le cas controversé de Raoul Moat au Royaume-Uni, encapsule le système Taser au complet dans une cartouche de fusil à pompe et fonctionne donc sans fil.

Le Taser a été développé à l’origine par Jack Cover, wun ex-employé de la NASA, dans les 10 ans qui ont précédé son lancement en 1974.

225

Quiz 2

« Taser » vient de « Thomas A. Swift’s Electric Rifle ». L’origine évidente du nom est un dérivé de laser ou phaser, deux noms associés à des armes qui utilisent des faisceaux. Le phaseur est une invention de Star Trek, mais le laser (qui vient de « Light Amplification through Stimulated Emission of Radiation ») existe bel et bien, même s’il est incapable de provoquer le genre de d’attaque non létale que l’on associe au phaser. Les lasers ont été inventés seulement 6 à 7 ans avant que Jack Cover ne commence à travailler à son arme. Et il semble probable que le nom de laser soit une inspiration. Mais Cover a toujours insisté pour déclarer que le nom provenait de son livre d’enfance favori, Tom Swift and His Electric Rifle. Dans le livre, le fusil extraordinaire de Tom envoie une décharge électrique à distance (sous la forme d’un rayon, il n’y a pas de fils, et qui peut traverser un mur) pour faire tout un tas de choses comme assommer une personne ou encore tuer un éléphant. Il semble donc que ce soit une inspiration tout à fait appropriée. Cover s’est pourtant un peu trompé dans son explication : Tom Swift n’a pas de second prénom dans le livre, et donc le « A » n’existe que pour donner la forme recherchée « aser » pour la fin du nom. Les Tasers restent des armes controversées. Elles permettent certainement de sauver des vies lorsqu’elles sont utilisées à la place d’une arme à feu qui provoquerait la mort d’une personne (le site web de « Taser International » possède un compteur des « vies sauvées »), mais les Tasers tendent à être utilisés beaucoup plus fréquemment que les armes à feu ne le seraient, particulièrement dans les pays qui sont moins enclins à utiliser leurs armes que les États-Unis, ce qui correspond à la majeure partie des pays qui utilisent cette arme. Même si son but est de ne pas tuer, il est clair que l’utilisation des Tasers a également provoqué un certain nombre de morts.

226

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Technologie

QUESTION 2 Phrases magiques

Qu’y a-t-il de significatifs dans les phrases qui suivent : « YOU ARE STANDING AT THE END OF A ROAD BEFORE A SMALL BRICK BUILDING. AROUND YOU IS A FOREST. A SMALL STREAM FLOWS OUT OF THE BUILDING AND DOWN A GULLY », que l’on pourrait traduire par « VOUS VOUS TROUVEZ À LA FIN D’UNE ROUTE PRÈS D’UN PETIT BÂTIMENT DE BRIQUE. AUTOUR DE VOUS S’ÉTEND UNE FORÊT. UN PETIT RUISSEAU S’ÉCHAPPE DU BÂTIMENT ET DESCEND UN CANIVEAU » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les lettres majuscules dans la question ont un sens.

La couleur la plus appropriée pour ce texte est certainement le vert sur fond noir, mais il peut également fonctionner imprimé en noir sur du papier blanc.

Ces mots ont été lus pour la première fois en 1976. 227

Quiz 2

Ce sont les premières phrases d’introduction de Adventure (Colossal Cave), le premier jeu d’aventure sur ordinateur. Inspiré par le jeu Donjon et Dragons, qui est sorti en 1974, l’ingénieur informatique Will Crowther, spéléologue dans son temps libre, a réalisé le premier jeu d’aventure sur ordinateur entièrement textuel, qui se déroule dans une grotte colossale. Le jeu sera rapidement amélioré par un étudiant, Don Woods, et rendu disponible sur une large sélection d’ordinateurs de l’époque. Il est difficile de retrouver l’excitation que des joueurs (comme moi) ont ressentie, penchés sur leur clavier dans un sombre laboratoire d’informatique. Si vous tapiez GO IN (Entrée), le jeu vous répond : YOU ARE INSIDE A BUILDING. A WELL HOUSE FOR A LARGE SPRING. THERE ARE SOME KEYS ON THE GROUND HERE. THERE IS A SHINY BRASS LAMP NEARBY. THERE IS FOOD HERE. THERE IS A BOTTLE OF WATER HERE. (Vous êtes dans un bâtiment. Il sert à protéger une large source.) (Il y a des clés sur le sol ici.) (Il y a une lampe de cuivre brillante tout près.) (Il y a de la nourriture ici.) (Il y a une bouteille d’eau ici.) … Et l’aventure ne faisait que commencer.

228

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Technologie

QUESTION 3 Faire le bot

Pourquoi les robots étaient des androïdes, et les androïdes des robots ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les robots sont désormais largement utilisés dans l’industrie, mais ils sont très différents de l’image de science-fiction d’un appareil à l’intelligence humaine.

Même s’il existe certains robots humanoïdes très impressionnants comme le modèle Asimo de Honda, pour le moment ils restent très limités, et nécessitent énormément de programmation très spécifique pour accomplir des actions comme danser ou descendre des marches.

Le mot « androïde » vient de racines grecques, et veut dire ressemblant à l’homme.

229

Quiz 2

Parce que la première chose qu’on a appelé « robot » était ce qu’on appelle désormais des « androïdes », et vice versa. Le mot « robot » vient de la pièce de théâtre R. U. R. (Rosumovi Univerzální Roboti ou Robots universels de Rossum) de Karel Čapek, qui a été jouée dès 1920. La distinction moderne entre robots et androïdes est la suivante : les robots sont des appareils mécaniques, la plupart du temps humanoïdes dans la fiction même si les robots existants sont plus souvent des appareils à une seule fonction, comme les bras robotiques d’une fabrique de voiture ou un aspirateur robotisé. Par contre, un androïde est une forme de vie humanoïde artificielle qui reste de nature biologique. Mais à l’origine ces définitions étaient inversées. Les robots de Čapek (ils viennent du tchèque robota, pour « travailleur forcé ») étaient des constructions biologiques, ressemblant à l’homme, créées dans le but d’accomplir des tâches. À l’inverse, la première utilisation du mot « androïde » nous vient dans la Cyclopedia d’Ephraïm Chambers, en 1728, et fait référence à une construction purement mécanique. Même à une époque plus récente, il existe encore des confusions. Le personnage de Data dans la série Star Trek: The Next Generation est appelé un androïde, et semble pourtant de nature électronique et mécanique lorsqu’il est ouvert. De façon générale, cependant, la convention s’applique que les robots sont mécaniques et les androïdes biologiques.

230

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Technologie

QUESTION 4 Alerte optique à Malibu

À quoi peut faire allusion un expert en optique lorsqu’il parle du « principe de Baywatch » ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Baywatch, en France Alerte à Malibu, est une série télévisée américaine, dont l’action se déroule sur les plages de Los Angeles et qui met en vedette David Hasselhoff et Pamela Anderson, ainsi qu’une troupe de sauveteurs habillés de rouge.

La série a été diffusée pour la première fois en 1989.

Alerte à Malibu est célèbre pour ses scènes de course au ralenti des sauveteurs sur la plage, portant leur flotteur de secours, alors qu’ils partent à la rescousse d’un nageur en difficulté.

231

Quiz 2

Le « principe de Baywatch » se réfère au principe de moindre action. Vous marquez un point également pour le principe de Fermat ou de temps minimal. Le véritable « principe de Baywatch » (même si on ne l’appelle pas vraiment comme cela) est une compétence qui vient naturellement aux sauveteurs. Si vous voyez quelqu’un qui est en danger en mer, le chemin le plus rapide pour l’atteindre n’est souvent pas de nager tout droit vers lui. Ce n’est le meilleur chemin que s’il se trouve directement en face du sauveteur. Dans le cas contraire, le plus rapide consiste à courir le long de la plage dans la direction du nageur pour réduire la distance parcourue à la nage. La raison derrière ce fait est que même le meilleur sauveteur n’est pas capable de nager aussi vite qu’il peut courir. La raison pour laquelle ce principe s’applique également en optique peut être observée quand, par exemple, un faisceau de lumière dans l’air passe au travers d’un bloc de verre avec un angle. Alors qu’il pénètre le verre, le faisceau se courbe vers l’intérieur, dans une direction totalement perpendiculaire au verre. Ceci veut dire que le faisceau parcourt plus de distance dans l’air et moins dans le verre que s’il n’avait suivi une ligne droite du début à la fin. La vitesse de la lumière est largement plus faible dans le verre qu’elle ne l’est dans l’air. Donc la lumière réduit ainsi son temps de parcours total. En fait, si vous arrivez à déterminer les distances et que vous les combinez avec la différence de vitesse, vous verrez que la lumière a pris le chemin qui minimise le temps de parcours. C’est le principe de Fermat5, ou principe de moindre action, mais « principe de Baywatch » est beaucoup plus amusant.

5. Pierre de Fermat est un mathématicien français du xviie siècle qui a posé le principe que la lumière suivait le chemin le plus court en 1657. Pierre Louis Moreau de Maupertuis, un siècle plus tard, a posé le principe de moindre action. 232

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Technologie

QUESTION 5 Composition numérique

Où a été générée pour la première fois de la musique par un ordinateur (et, pour un bonus, en quelle année) ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… L’un des exemples les plus célèbres de musique générée par ordinateur (même si c’est pour de faux) est l’ordinateur mourant HAL dans 2001 : L’Odyssée de l’espace, qui chante « Daisy, Daisy ».

La musique électronique a été révolutionnée par le synthétiseur Moog, conçu par Robert Moog, qui date des années 1960, mais c’était encore des appareils électroniques analogiques, pas des ordinateurs traitants de signaux numériques.

Le premier synthétiseur numérique vendu dans le commerce date de 1979.

233

Quiz 2

La première musique générée par ordinateur l’a été en 1950 à l’université de Manchester. Vous remportez un point pour l’université de Manchester et un autre pour l’année 1950 (l’année exacte seule compte). Pendant longtemps, il était admis que la plus ancienne musique produite par un ordinateur avait été réalisée en 1957 au Bell Labs. On a également évoqué l’appareil CSIRAC qui date de 1951, mais la première fois a bien été à Manchester en 1950. Alan Turing avait réalisé le potentiel de l’ordinateur pour produire de la musique un peu auparavant, et a écrit un manuel décrivant comme produire des notes de musique en utilisant les clics que pouvait produire le haut-parleur, que l’on appelait hooter ou sifflet, intégré dans les ordinateurs Ferranti ACE pour indiquer les erreurs. Si ces clics étaient produits suffisamment rapidement, un millier de fois par seconde, le résultat serait une note musicale qui correspondrait à la fréquence des clics. Turing lui-même ne semble pas être allé plus loin que d’écrire ces instructions sur la manière de faire, mais Christopher Strachey, qui travaillait sur le ACE à Manchester, a relevé le challenge et a produit la première prestation musicale avec « God Save the King ». Elle a ensuite été diffusée sur la chaîne radio de la BBC, une émission pendant laquelle le ACE a également joué « In the Mood » de Glenn Miller et « Baa, Baa, Black Sheep ». Bizarrement, le journaliste de la BBC était un présentateur de l’émission pour la jeunesse Children’s Hour, plutôt qu’un journaliste scientifique ou un reporter.

234

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Technologie

QUESTION 6 Focus sur les lentilles

Pourquoi une lentille optique est appelée une lentille ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Les lentilles les plus anciennes découvertes datent d’environ 700 ans avant Jésus-Christ.

Même si on attribue souvent à Roger Bacon l’invention des lunettes, il est plus probable qu’elles aient été inventées à la fin du xiiie siècle en Italie.

Le télescope ainsi que le microscope ont été tous les deux inventés au début du xviie siècle, mais il est difficile de savoir qui les a utilisés en premier.

235

Quiz 2

Parce qu’une lentille a la forme d’une lentille. Cette question est beaucoup plus simple pour nous Français, les Anglais utilisant le terme lens pour les lentilles optiques et le terme lentil pour les légumineuses. Le mot lens est tout simplement le nom latin des lentilles, et une lentille optique doublement convexe rappelle parfaitement la graine de la plante à gousse. La plus ancienne citation en anglais date de 1693, mais cela reflète le fait que la plupart des écrits scientifiques de l’époque étaient en latin. Cet usage date de bien plus tôt, au moins du fameux ouvrage de Roger Bacon Opus Majus, dans lequel il suggère (en latin) qu’une forme possible de l’univers est « lenticulaire », et explique ensuite qu’une « forme lenticulaire est une forme qui ressemble à celle du légume appelé lentille ». Nous ne le savons pas avec certitude, mais il semble probable que Bacon ait réalisé des expériences avec les premières ébauches de télescopes et microscopes, car il a écrit des commentaires expliquant que les lentilles peuvent être « contraintes à montrer les objets éloignés comme s’ils étaient à portée de main et vice versa… Car nous pouvons former des objets transparents, et les arranger de telles manières par rapport à notre vision et les objets que nous regardons, que les rayons sont réfractés et déformés dans la direction que l’on souhaite et sous l’angle que nous souhaitons afin de voir l’objet comme s’il était proche ou lointain… Nous pouvons lire les plus petites lettres à une distance incroyable, nous pouvons voir des objets aussi petits soientils, et nous pouvons agrandir les étoiles autant que nous le souhaitons. » Il est quand même amusant de se dire, la prochaine fois que vous avons un plat de lentilles dans des lasagnes végétariennes ou lorsqu’on mange un dhal venant d’un restaurant indien local, que nous sommes en train de manger une collection de petites lentilles sous la forme de Lens culinaris.

236

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Technologie

QUESTION 7 Rêves numériques

Où a été produite la première animation générée par ordinateur ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… C’est le même ordinateur qui a produit la première animation et le modèle en fil de fer tridimensionnel utilisé dans le film Alien, qui a obtenu l’Oscar des meilleurs effets spéciaux en 1979.

La société de production d’animation numérique la plus célèbre, Pixar, qui fait maintenant partie de Disney, a commencé comme le « Graphics Group » de Lucasfilm Computer Division.

L’une des premières animations de l’équipe de Pixar (alors qu’elle faisait encore partie de Lucasfilm) est la « renaissance » d’une planète dans l’effet Genesis utilisé sur le film Star Trek II.

237

Quiz 2

Les premières animations générées par ordinateur ont été produites au laboratoire de Rutherford Appleton dans le comté d’Oxfordshire. En 1964, le laboratoire de Rutherford Appleton dans le comté d’Oxfordshire a ouvert le premier laboratoire informatique dédié afin d’héberger l’un des tout premiers super-ordinateurs au monde, l’Atlas 1 de Ferranti. Il a coûté aux alentours de 3 millions de livres (ce qui équivaut à environ 93 millions d’euros) et remplissait un bâtiment entier de deux étages construit spécialement pour lui. Le processeur Atlas utilisait plus de 6 500 circuits intégrés, soit l’équivalent d’un court de tennis ou 90 000 fois plus qu’une puce d’ordinateur moderne. L’un de ses larges disques magnétiques ne pouvait sauvegarder que deux photographies. Le laboratoire d’informatique Atlas a établi une opération de traitement informatique nationale au service de la recherche scientifique. L’ordinateur Atlas 1 a été remplacé 8 ans plus tard par un ICT 1906A, mais le centre a continué à être appelé Atlas. La première animation numérique au monde, produite par ce centre, consistait en un modèle animé des contraintes subies par un pont en cours de construction pour l’autoroute M6. Cette animation est le premier film entièrement généré par ordinateur et a permis au Royaume-Uni de gagner un prix à la Compétition internationale des films techniques de 1976 à Moscou.

238

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Manche 6 : Technologie

QUESTION 8 Cuisine au klystron

Comment le klystron arrive à rapprocher le trafic aérien et les cuisines ? Réponse au verso Ú

Pendant que vous réfléchissez… Le contrôle du trafic aérien utilise l’anglais comme forme standardisée de communication autour du monde, et donc un contrôleur japonais parlera à un pilote japonais en anglais. La raison est de s’assurer que les instructions soient comprises par tous les appareils dans la zone, quel que soit leur pays d’origine.

Le mot klystron est dérivé du grec κλύζειν, qui veut dire laver ou injecter.

La première utilisation du mot klystron date de 1939, dans le Journal of Applied Physics.

239

Quiz 2

Un klystron génère des micro-ondes, utilisées pour le contrôle du trafic aérien et en cuisine. Un klystron ressemble à un appareil sorti tout droit de sciencefiction, mais c’est en réalité le nom d’un type particulier de valve (tube à vide) qui était utilisée à la fois comme amplificateur d’ondes radio et comme oscillateur pour générer des micro-ondes. Un élément familier dans les laboratoires pendant les années 1960 et 1970 pour les expériences sur les micro-ondes s’appelait un « klystron de 3 centimètres ». Le klystron était utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale comme générateur de micro-ondes pour les premiers radars. À l’origine appelé « détecteur de direction et de distance » par ses développeurs britanniques, « radar » est une contraction de l’équivalent américain « radio detection and ranging  ». La légende veut que le radar a été inspiré de l’affirmation de Nikola Tesla qu’il avait inventé un rayon de la mort électromagnétique. Lorsque le radar a été développé et alors qu’il était encore top-secret, il est probable que l’histoire qui racontait que les pilotes de la Royal Air Force mangeaient des carottes pour mieux voir la nuit était de la propagande pour expliquer la facilité avec laquelle ils trouvaient leur cible. Un radar produit un faisceau de micro-ondes (c’est-à-dire une lumière de très basse fréquence, sous l’infrarouge), et détecte toutes les micro-ondes qui sont réfléchies par des cibles potentielles. Les fours à micro-ondes, appelés à l’origine radar ranges, ont été développés à partir de la technologie des radars. Un ingénieur américain, Percy Spencer, a découvert par accident qu’un radar sur lequel il travaillait avait fait fondre une barre de chocolat dans sa poche. La technologie utilisée pour les fours à micro-ondes est un « magnétron à cavité », un type d’oscillateur à cavités différent du klystron. Le magnétron est devenu plus populaire pour les radars alliés pendant la Seconde Guerre mondiale car il améliore la puissance assez faible du klystron utilisé auparavant et pouvait fonctionner avec des longueurs d’ondes plus courtes. Même si vous ne trouvez plus de klystron dans les fours à micro-ondes modernes, ce sont les micro-ondes qu’ils produisent qui font le lien entre le contrôle du trafic aérien et la cuisine. 240

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Quiz 2 Première manche spéciale : Table périodique

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

Remplissez les informations manquantes (nom, symbole ou numéro atomique) pour ces dix éléments. 94

44

Pu 1.

?

?

2.

Ru 6.

19

Potassium

7.

Li

4.

?

5.

8. ?

Lithium

79

Or

?

U

9. 99

Einsteinium

Carbone

?

Ge ?

?

C

32

3.

?

Uranium 50

Sn 10.

?

243

Quiz 2

Table périodique : Réponses 94

44

Pu

1.

Plutonium

K

2.

Ru

6.

19

Potassium

79

Au 8.

3

Li

4.

Carbone

7.

Ge

Germanium

Lithium

9.

244

92

Uranium 50

Es

Einsteinium

Or

U

99

5.

6

C

32

3.

Ruthenium

Sn 10.

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Étain

Quiz 2 Deuxième manche spéciale : NASA

HOW MANY MOONS DOES THE EARTH HAVE?

109

Quiz 2

1.

2.

3.

4.

5. 246

CULTURE SCIENTIFIQUE : TESTEZ VOS CONNAISSANCES !

Deuxième manche spéciale : NASA

Testez vos connaissances sur la NASA : 1) De quoi s’agit-il ? 2) Quel est le nom de ce reste d’une supernova, aperçu pour la première fois en 1054 ? 3) Quel était le nom de ce type de capsule ? 4) Quel est ce satellite ? 5) Quel est le nom commun de cette galaxie, Messier 101 ? 6) Donnez le nom de la troisième ou la quatrième personne à avoir marché sur la Lune ? 7) Quel est le nom du concept de vaisseau spatial pensé par la NASA dans les années 1960 qui devait surfer sur les ondes de choc produites par des explosions nucléaires ? 8) Quel physicien américain a découvert le problème des joints toriques qui est la cause du désastre de la navette Challenger ? 9) Quel pionnier astronaute américain a dit en plaisantant : « Ils voulaient envoyer un chien, mais ils ont décidé que ce serait trop cruel. » ? 10) Quel est le nom du premier satellite américain lancé avec succès ?

247

Quiz 2

NASA : Réponses 1) La Station spatiale internationale (ISS) 2) La nébuleuse du Crabe 3) Gemini 4) Le télescope spatial Hubble 5) La galaxie du Moulinet 6) Charles Conrad et Alan Bean (un seul est nécessaire) 7) Orion (sans relation avec la version du xxie siècle du design d’Orion par la NASA) 8) Richard Feynman 9) Alan Shepard (après son vol suborbital sur Freedom 7) 10) Explorer 1