Choses à Savoir SCIENCES

Une étude récente de l'Institut de recherche sur l'impact climatique de Potsdam (PIK) a mis en lumière un mécanisme inédit : l'atmosphère possède une forme de « mémoire » qui joue un rôle crucial dans la régulation des pluies de mousson. Cette découverte remet en question les modèles climatiques traditionnels et pourrait avoir des implications majeures pour la gestion du climat mondial et la sécurité alimentaire de nombreuses régions du globe.Une mémoire atmosphérique fondée sur la vapeur d'eauTraditionnellement, les pluies de mousson étaient perçues comme une réponse directe aux variations du rayonnement solaire. Cependant, l'étude du PIK révèle que l'atmosphère peut stocker de la vapeur d'eau sur des périodes prolongées, créant ainsi un effet de mémoire physique. Ce mécanisme permet aux systèmes de mousson de basculer entre deux états stables : un état humide et pluvieux, et un état sec. Ainsi, même lorsque le rayonnement solaire diminue en automne, la vapeur d'eau accumulée maintient les précipitations, illustrant une forme de mémoire saisonnière. Bistabilité et dépendance au cheminLe phénomène observé est qualifié de « bistabilité » : pour un même niveau de rayonnement solaire, l'atmosphère peut être soit sèche, soit pluvieuse, en fonction de son état précédent. En d'autres termes, si l'atmosphère est déjà humide, la pluie persiste ; mais si elle est sèche, il est difficile d'initier des précipitations. Ce comportement dépendant du chemin souligne l'importance de l'histoire saisonnière de l'atmosphère dans la régulation des moussons. Méthodologie de l'étudeLes chercheurs ont combiné des données d'observation provenant de régions affectées par la mousson, telles que l'Inde et la Chine, avec des simulations atmosphériques avancées. En isolant l'atmosphère des composants plus lents du système terrestre, comme les océans, ils ont démontré que l'accumulation de vapeur d'eau dans l'atmosphère peut à elle seule déclencher ou maintenir les précipitations de mousson.Implications pour le climat et la sociétéCette découverte a des implications significatives. Les moussons sont essentielles pour l'agriculture et l'approvisionnement en eau de milliards de personnes. Comprendre le rôle de la mémoire atmosphérique pourrait améliorer les prévisions climatiques et aider à anticiper les variations des précipitations, cruciales pour la sécurité alimentaire et la gestion des ressources en eau.En conclusion, la reconnaissance de la mémoire atmosphérique comme un facteur clé dans la régulation des moussons ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche climatique et la planification stratégique dans les régions dépendantes de ces précipitations saisonnières.

Le paradoxe du bootstrap est l’un des paradoxes les plus fascinants liés au voyage dans le temps. Il pose une question simple en apparence : que se passe-t-il lorsqu’un objet, une information ou une invention existe… sans avoir jamais réellement été créé ?Prenons un exemple.Imaginez qu’un voyageur du temps retourne cinquante ans dans le passé avec, dans sa poche, les plans détaillés d’une machine révolutionnaire. Il rencontre un jeune ingénieur et lui remet ces plans. L’ingénieur construit la machine, devient célèbre, puis publie les plans dans un livre.Cinquante ans plus tard, notre voyageur achète ce livre, récupère les plans… puis retourne dans le passé pour les donner au jeune ingénieur.La question devient alors vertigineuse : qui a inventé la machine ?L’ingénieur ne l’a pas vraiment inventée, puisqu’il a reçu les plans du futur. Mais le voyageur non plus, puisqu’il les a simplement trouvés dans un livre écrit par cet ingénieur.L’information semble donc exister dans une boucle temporelle sans avoir de véritable origine.C’est cela, le paradoxe du bootstrap.Son nom vient de l’expression anglaise « pull oneself up by one’s bootstraps », qui signifie littéralement « se soulever soi-même en tirant sur les lanières de ses bottes ». L’idée est celle de quelque chose qui semble être sa propre cause.Le paradoxe ne concerne d’ailleurs pas seulement les objets. Il peut aussi s’appliquer à une œuvre artistique. Imaginez que vous voyagez dans le passé et que vous donnez à Beethoven la partition complète d’une symphonie qu’il est censé composer. Beethoven la recopie et la publie. Des siècles plus tard, vous achetez cette partition, puis vous repartez dans le passé pour la lui donner.Qui a composé la symphonie ?Personne, apparemment.Ce paradoxe apparaît surtout dans les scénarios où le passé et le futur peuvent s’influencer mutuellement. En physique, certaines solutions des équations de la relativité générale permettent théoriquement l’existence de ce qu’on appelle des courbes temporelles fermées : des trajectoires qui reviendraient vers leur propre passé.Cela ne signifie pas pour autant que les voyages dans le temps soient réellement possibles.Le paradoxe du bootstrap sert surtout à montrer à quel point notre intuition de la causalité — une cause qui précède toujours son effet — devient étrange dès qu’on imagine pouvoir voyager dans le passé.Dans une boucle temporelle, la cause et l’effet peuvent finir par se confondre.

Oui, et c’est l’un des objets les plus extraordinaires de l’Univers : l’étoile à neutrons.Imaginez une sphère d’une vingtaine de kilomètres de diamètre, soit à peu près la taille d’une grande ville. Maintenant, imaginez que cette minuscule boule possède une masse supérieure à celle du Soleil. C’est exactement ce qu’est une étoile à neutrons. Une étoile à neutrons typique possède environ 1,4 fois la masse du Soleil, alors que notre Soleil mesure, lui, près de 1,4 million de kilomètres de diamètre.Comment une telle chose est-elle possible ?Tout commence avec une étoile beaucoup plus massive que le Soleil. Lorsqu’elle arrive à la fin de sa vie, son combustible nucléaire s’épuise. Son cœur ne produit alors plus suffisamment d’énergie pour résister à la gravité. Il s’effondre brutalement tandis que les couches externes sont projetées dans l’espace lors d’une gigantesque explosion : une supernova.Au cœur de cet effondrement, la matière est comprimée à des niveaux inimaginables. Les électrons sont forcés de se combiner avec les protons, produisant principalement des neutrons. Il ne reste alors qu’un cœur stellaire extraordinairement compact : l’étoile à neutrons.Sa densité est difficile à concevoir. La NASA estime qu’un simple cube de matière d’étoile à neutrons de la taille d’un morceau de sucre pourrait peser environ un milliard de tonnes sur Terre, soit approximativement la masse d’une montagne.La matière y est tellement comprimée que les atomes tels que nous les connaissons ne peuvent plus conserver leur structure habituelle. Une étoile à neutrons ressemble, très grossièrement, à un gigantesque noyau atomique à l’échelle d’une ville.Et les phénomènes extrêmes ne s’arrêtent pas là. La gravité à sa surface peut être des milliers de milliards de fois plus intense que sur Terre. Certaines étoiles à neutrons tournent également extrêmement rapidement sur elles-mêmes et émettent des faisceaux de rayonnement très réguliers. Lorsqu’ils balaient périodiquement la Terre, nous appelons ces objets des pulsars.Mais il existe une limite. Si le cœur résiduel est trop massif, même la matière neutronique ne peut plus résister à la gravité. L’effondrement continue alors et peut donner naissance à un trou noir.Ainsi, une étoile peut effectivement tenir dans l’espace occupé par une ville tout en pesant davantage que notre Soleil.Les étoiles à neutrons sont en quelque sorte les poids lourds miniatures du cosmos : minuscules par leur taille, mais presque inimaginables par leur masse.

Lorsque les astronautes américains ont marché sur la Lune, ils n’ont pas seulement rapporté des roches. Ils y ont aussi laissé plusieurs instruments scientifiques. Parmi eux, des sortes de miroirs qui servent encore aujourd’hui.Mais leur fonction est particulière : ce ne sont pas de simples miroirs. Il s’agit de « rétro-réflecteurs », constitués de nombreux petits prismes capables de renvoyer un rayon lumineux exactement dans la direction d’où il vient.Les missions Apollo 11, Apollo 14 et Apollo 15 ont déposé ce type de dispositif sur la surface lunaire. Le principe est simple : depuis la Terre, des observatoires envoient de très puissantes impulsions laser vers la Lune. Une infime partie de cette lumière atteint les réflecteurs, puis revient vers notre planète.En chronométrant avec une extrême précision le temps mis par la lumière pour effectuer cet aller-retour, les scientifiques peuvent calculer la distance entre la Terre et la Lune.Comme la lumière voyage à environ 300 000 kilomètres par seconde, l’aller-retour dure environ 2,5 secondes. Aujourd’hui, cette méthode, appelée « télémétrie laser lunaire », permet de mesurer la distance Terre-Lune avec une précision remarquable, de l’ordre de quelques millimètres dans les meilleures conditions.Ces mesures ont permis une découverte importante : la Lune s’éloigne progressivement de la Terre, d’environ 3,8 centimètres par an.Ce phénomène est lié aux marées. L’attraction de la Lune déforme légèrement les océans terrestres. Comme la Terre tourne plus vite que la Lune ne tourne autour d’elle, une partie de l’énergie de rotation terrestre est progressivement transférée à l’orbite lunaire. Résultat : la rotation de notre planète ralentit très légèrement, tandis que la Lune s’éloigne.Ces réflecteurs servent aussi à tester certaines théories fondamentales de la physique, notamment la relativité générale d’Einstein. En étudiant précisément le mouvement de la Lune, les chercheurs peuvent vérifier si la gravitation se comporte exactement comme le prédit la théorie.Autre fait étonnant : les scientifiques utilisent toujours ces équipements plus d’un demi-siècle après leur installation. Aucun astronaute n’est évidemment allé les entretenir.Et les Américains ne sont pas les seuls à avoir installé de tels dispositifs. Les missions soviétiques Lunokhod ont elles aussi déposé des réflecteurs sur la Lune.Ainsi, ces petits panneaux abandonnés sur le sol lunaire constituent l’une des expériences les plus durables du programme Apollo : depuis les années 1960 et 1970, ils permettent encore de mesurer, depuis la Terre, les mouvements de notre satellite naturel avec une précision extraordinaire.

Depuis la pandémie de Covid-19, le gel hydroalcoolique est devenu pour beaucoup un réflexe presque automatique. Pourtant, face à certains microbes, il est beaucoup moins efficace qu’on pourrait le croire. C’est notamment le cas d’un virus responsable de nombreuses gastro-entérites : le norovirus.Le norovirus provoque généralement des vomissements, des diarrhées et des douleurs abdominales. Très contagieux, il circule particulièrement pendant les mois froids et peut provoquer des épidémies spectaculaires dans les écoles, les maisons de retraite, les hôpitaux ou encore les bateaux de croisière.Les recherches menées sur ce virus, notamment au laboratoire du virologue Johan Neyts à la KU Leuven, en Belgique, mettent en évidence son extraordinaire capacité de transmission. On estime qu’une quantité infime, de l’ordre de quelques dizaines de particules virales — parfois seulement 18 — peut suffire à provoquer une infection.Mais pourquoi résiste-t-il si bien au gel hydroalcoolique ?Une partie de l’explication vient de sa structure. Contrairement au coronavirus ou au virus de la grippe, le norovirus est un virus dit non enveloppé. Il ne possède pas la membrane graisseuse externe que l’alcool détruit très efficacement chez de nombreux autres virus. Il est entouré d’une coque protéique particulièrement robuste.Résultat : les solutions hydroalcooliques peuvent diminuer la quantité de norovirus présente sur les mains, mais elles ne constituent pas la méthode la plus fiable pour s’en débarrasser.Le geste le plus efficace reste beaucoup plus classique : se laver soigneusement les mains à l’eau et au savon pendant au moins une vingtaine de secondes, en frottant toutes les surfaces des mains. Ici, l’action est notamment mécanique : le savon et le rinçage permettent de décrocher les particules virales de la peau puis de les évacuer dans l’eau.Cette précaution est particulièrement importante après être allé aux toilettes, après avoir changé une couche et avant de préparer ou de consommer des aliments.Même problème avec les surfaces. Après des vomissements ou des diarrhées, un simple spray à base d’alcool peut être insuffisant. Des produits spécifiquement efficaces contre le norovirus, notamment ceux à base d’hypochlorite de sodium, c’est-à-dire d’eau de Javel utilisée selon les recommandations de dilution, sont privilégiés.Le norovirus nous rappelle donc une chose essentielle : désinfecter ses mains et les laver ne sont pas exactement la même chose. Face à ce virus particulièrement tenace, le bon vieux savon conserve un sérieux avantage.

Combien d’êtres humains la Terre peut-elle réellement nourrir ? 8 milliards ? 10 milliards ? 15 milliards ? En réalité, il n’existe pas de chiffre unique, car tout dépend de ce que nous mangeons et surtout de la manière dont nous produisons notre nourriture.L’une des études les plus précises sur le sujet a été publiée en 2020 dans Nature Sustainability par une équipe internationale dirigée par Dieter Gerten, du Potsdam Institute for Climate Impact Research. Les chercheurs ont étudié simultanément quatre grandes limites écologiques : l’utilisation des terres, l’eau douce, l’azote et la préservation des écosystèmes.Leur résultat est spectaculaire. Avec notre système agricole actuel, si l’on respectait strictement ces limites environnementales, la planète ne pourrait fournir une alimentation équilibrée, estimée à environ 2 355 calories par personne et par jour, qu’à 3,4 milliards d’humains. Cela signifie qu’une grande partie de notre production actuelle dépend déjà d’une utilisation des ressources jugée non durable.Mais les mêmes chercheurs arrivent à un résultat très différent lorsque l’agriculture est réorganisée : meilleure utilisation de l’eau et des engrais, cultures installées aux endroits les plus adaptés, réduction du gaspillage et modification de notre alimentation. Dans ce scénario, la Terre pourrait nourrir environ 10,2 milliards de personnes tout en restant dans les quatre limites écologiques étudiées.Pourquoi une telle différence ? Notamment parce qu’une partie considérable des cultures ne nourrit pas directement les humains. Une étude publiée en 2013 dans Environmental Research Letters calculait que 36 % des calories issues des cultures mondiales étaient destinées à l’alimentation animale. Or seule une petite partie revient ensuite dans notre alimentation sous forme de viande, de lait ou d’œufs. Les auteurs estimaient qu’en consacrant toutes les cultures directement consommables à l’alimentation humaine, on pourrait théoriquement augmenter de 70 % les calories disponibles et nourrir jusqu’à 4 milliards de personnes supplémentaires.Une autre étude majeure publiée dans Nature en 2018 aboutissait à une conclusion similaire : nourrir une population mondiale proche de 10 milliards sans dépasser plusieurs limites environnementales exige de combiner trois leviers : une agriculture plus efficace, beaucoup moins de gaspillage et une alimentation contenant globalement davantage de végétaux et moins de produits animaux. Aucune de ces mesures ne suffit seule.Ainsi, demander combien d’humains la Terre peut nourrir revient presque à poser une autre question : comment voulons-nous manger ?Avec un système optimisé et relativement durable, la recherche scientifique suggère qu’environ 10 milliards d’êtres humains constituent un objectif techniquement envisageable. Mais nourrir beaucoup plus nécessiterait soit des progrès agricoles considérables, soit une pression croissante sur les ressources de la planète.

Le 6 avril 1984, la navette spatiale Challenger décolle pour la mission STS-41C. À son bord se trouvent cinq astronautes, plusieurs expériences scientifiques… et environ 3 300 abeilles. Leur présence n’a rien d’une fantaisie : les chercheurs veulent répondre à une question étonnante. Les abeilles sont-elles capables de construire leurs célèbres alvéoles en l’absence de pesanteur ?L’expérience est née dans le cadre d’un programme éducatif de la NASA. Elle avait été proposée par un étudiant américain, Dan Poskevich, et portait officiellement sur la comparaison des rayons construits par des abeilles sur Terre et dans l’espace.Pourquoi cette question intéressait-elle les scientifiques ?Sur Terre, les abeilles construisent des rayons composés de cellules hexagonales extrêmement régulières. Mais la gravité fournit en permanence une direction : le haut et le bas. On pouvait donc se demander si les abeilles utilisaient cette information pour s’orienter et donner à leur construction sa forme caractéristique.Les insectes furent enfermés dans un module spécialement conçu, installé dans la partie habitable de Challenger. Une reine se trouvait avec les ouvrières, tandis qu’une colonie comparable restait sur Terre afin de servir de groupe témoin.Les premiers instants furent quelque peu chaotiques. En apesanteur, les abeilles ne pouvaient évidemment plus voler de la même manière : sans poids, leur façon de contrôler leurs déplacements était profondément perturbée.Mais elles s’adaptèrent remarquablement vite.Au cours de la mission, qui dura près de sept jours, les abeilles commencèrent à construire un rayon. Et à la surprise des chercheurs, celui-ci ressemblait largement à un rayon normal. Selon le rapport de l’expérience, elles produisirent environ 30 pouces carrés de rayon, soit près de 200 cm², et la reine pondit 35 œufs.Les astronautes constatèrent également que les abeilles avaient progressivement appris à se déplacer dans l’environnement en apesanteur. Elles pouvaient marcher, flotter et même se déplacer en vol dans le module.Cette expérience révélait donc quelque chose de fascinant : la capacité des abeilles à construire des structures régulières ne dépend pas entièrement de la gravité. Une grande partie de leur comportement repose sur des mécanismes biologiques innés et sur d’autres repères sensoriels.L’expérience avait aussi un intérêt plus général. Si l’humanité devait un jour vivre durablement dans l’espace, il faudrait comprendre comment les animaux, les plantes et les écosystèmes réagissent à la microgravité.En 1984, 3 300 petites passagères de Challenger contribuaient déjà à répondre à cette immense question.

Aujourd’hui, écrire le nombre 10, calculer avec zéro ou parler d’infini nous paraît parfaitement naturel. Pourtant, pendant des siècles, ces notions ont posé d’immenses difficultés aux mathématiciens. Et sur ce terrain, les savants indiens ont pris une avance remarquable sur l’Europe.Commençons par le zéro. Plusieurs civilisations anciennes avaient déjà utilisé un symbole pour signaler une absence. Les Babyloniens, par exemple, disposaient d’un signe servant à marquer une position vide dans leurs nombres. Mais en Inde, cette idée va beaucoup plus loin.Le célèbre manuscrit de Bakhshali, découvert dans l’actuel Pakistan, contient de nombreux petits points utilisés comme des zéros de position. Certaines feuilles ont été datées de plusieurs siècles avant notre ère chrétienne tardive, même si la datation exacte du manuscrit reste discutée.La véritable révolution intervient surtout au VIIe siècle avec le mathématicien indien Brahmagupta.En 628, dans son traité Brahmasphutasiddhanta, il traite explicitement le zéro comme un nombre à part entière. Il établit des règles de calcul : lorsqu’on ajoute zéro à un nombre, celui-ci ne change pas ; lorsqu’on multiplie un nombre par zéro, on obtient zéro.Cela peut sembler évident aujourd’hui. Mais à l’époque, conceptualiser le « rien » comme un nombre avec lequel on pouvait effectuer des opérations constituait un immense saut intellectuel.Brahmagupta travaille également avec les nombres négatifs, qu’il décrit notamment à l’aide des notions de dettes et de fortunes. Là encore, les mathématiques européennes mettront longtemps à accepter pleinement les nombres inférieurs à zéro.Et l’infini ?C’est ici que les mathématiciens indiens rencontrent une difficulté qui continue d’occuper les mathématiques modernes : que se passe-t-il lorsqu’on divise par zéro ?Brahmagupta propose certaines règles, mais se trompe encore sur plusieurs points. Quelques siècles plus tard, au XIIe siècle, Bhaskara II développe l’idée qu’une quantité divisée par zéro conduit vers une grandeur infinie. Ce n’est pas notre définition moderne de l’infini, mais le raisonnement montre jusqu’où les savants indiens avaient poussé leur réflexion.Ces connaissances vont ensuite circuler vers le monde arabo-musulman, puis vers l’Europe. Le système de numération dit aujourd’hui « arabe » est d’ailleurs essentiellement un système indo-arabe, transmis à l’Occident notamment à partir du Moyen Âge.Le paradoxe est donc saisissant : plusieurs siècles avant que le zéro ne s’impose réellement en Europe, les mathématiciens indiens avaient déjà compris qu’il ne représentait pas seulement « rien ».Ils en avaient fait un outil mathématique — et, sans lui, ni algèbre moderne, ni informatique, ni monde numérique tel que nous le connaissons aujourd’hui.

Quand une assiette est très sale, nous avons souvent tendance à utiliser de l’eau chaude. Alors, lorsqu’il s’agit de nos mains, l’idée paraît logique : plus l’eau est chaude, plus elle devrait tuer de bactéries.Pourtant, ce n’est pratiquement pas le cas.Se laver les mains avec de l’eau très chaude n’élimine pas davantage de microbes qu’avec de l’eau froide ou tiède.La raison est simple : aux températures que notre peau peut supporter, l’eau n’est pas suffisamment chaude pour tuer efficacement les bactéries.Certes, la chaleur peut détruire des micro-organismes. C’est d’ailleurs le principe de la cuisson ou de la stérilisation. Mais il faut généralement atteindre des températures bien supérieures à celles utilisées pour se laver les mains.Une eau capable de tuer rapidement un grand nombre de bactéries risquerait donc surtout… de nous brûler.Alors comment le lavage des mains fonctionne-t-il ?Son efficacité repose beaucoup moins sur la température que sur trois éléments : le savon, le frottement et le rinçage.Les molécules du savon ont une propriété particulière. Une partie est attirée par l’eau, tandis qu’une autre est attirée par les graisses.Or notre peau est recouverte d’une fine couche de sébum dans laquelle peuvent se retrouver des microbes et des particules de saleté.Lorsque nous nous savonnons les mains, le savon aide à détacher ces graisses et les micro-organismes qui y adhèrent. Le frottement des mains les décolle mécaniquement de la peau, puis l’eau courante les entraîne dans le lavabo.Autrement dit, le but n’est pas principalement de « tuer » les bactéries, mais de les retirer.Une étude menée par l’université Rutgers l’a bien montré. Des volontaires se sont lavé les mains avec une eau allant d’environ 15 à 38 degrés. Résultat : la température n’a pas eu d’effet significatif sur la quantité de bactéries éliminées.Ce qui compte davantage, c’est de bien savonner toute la surface des mains, notamment entre les doigts et autour des ongles, et de frotter suffisamment longtemps. Les autorités sanitaires recommandent généralement environ 20 secondes.Utiliser une eau brûlante peut même être contre-productif : des lavages répétés à température élevée peuvent irriter et dessécher la peau.Vous pouvez donc choisir la température qui vous semble confortable.Pour avoir les mains propres, ce n’est pas la chaleur qui fait la différence.C’est surtout la façon dont vous les lavez.