Sciences dessus dessous

Mercredi 22 février 2017 | Mise en ligne à 14h59 | Commenter Commentaires (47)

Exoplanètes : vivement James-Webb…

Image : NASA/JPL

Image : NASA/JPL

Ça commence à ressembler à un pattern, il me semble. Une grande agence spatiale publie la découverte d’une ou plusieurs exoplanètes de taille comparable à celle de la Terre ; les médias s’emballent en parlant d’une «nouvelle Terre», d’une «planète habitable» ou d’autres variations sur ce thème ; puis, quand on y regarde de plus près, on se rend compte qu’on ne sait pas vraiment si c’est habitable, que la présence d’eau liquide est théoriquement possible mais qu’on ignore totalement s’il y en a et que, finalement, l’endroit est pas mal différent de la Terre, contrairement à ce que laissent entrevoir les «rendus d’artiste» publiés par les agences spatiales.

C’est l’impression que me fait l’annonce de cet après-midi, au sujet de sept planètes de taille terrestre qui orbitent autour d’une même étoile, Trappist-1. Je ne veux rien enlever au mérite de cette découverte ni à sa portée scientifique : le fait que pas moins de six de ces planètes peuvent théoriquement avoir de l’eau liquide à leur surface et qu’elles soient relativement proches de la Terre (39 années-lumière) en fait de très bonnes cibles pour le futur télescope James-Webb, qui doit être lancé l’an prochain et qui permettra de sonder l’atmosphère des exoplanètes. Pour la recherche de vie, le système Trappist-1 figurera sans doute parmi les premiers endroits qui seront scrutés — ce qui est, en soi, très excitant !

Mais justement, l’annonce d’aujourd’hui illustre parfaitement en quoi le James-Webb sera utile et en quoi on s’énerve (sans doute) pour pas grand-chose. Trappist-1 est une étoile de type «naine ultra-froide». Elle est 12 fois plus petite que le Soleil, à peine plus grosse que Jupiter en fait, et très, très, très peu brillante : 0,05 % de la puissance solaire, et 0,0004 % de sa lumière visible. Juste pour ça, parler d’une «nouvelle Terre» me semble exagéré.

L’étoile étant très petite, ses sept planètes orbitent très proche, ayant des périodes de révolution (temps qu’il faut pour faire le tour de l’étoile) allant de 1,5 à 20 jours. Cela explique pourquoi elles peuvent garder de l’eau liquide à leur surface malgré la faiblesse de leur «ampoule cosmique», mais cela signifie aussi que leurs périodes de rotation et de révolution sont toutes «verrouillées» : elles montrent toujours la même face à leur étoile. Pour trois d’entre elles, de l’eau liquide peut en principe subsister sur la face exposée, et pour trois autres (les trois plus proches de l’étoile), sur la face cachée ou pas loin.

Mais voilà, pour l’évaluer, on ne dispose pas de grand-chose de plus que de la puissance de l’étoile et de la proximité des planètes. Or l’atmosphère peut faire une énorme différence de ce point de vue : sans atmosphère pour retenir momentanément la chaleur du Soleil, la température moyenne de la Terre serait de –18°C au lieu de +15 °C et il n’existerait pas d’eau liquide, ou si peu, sur le «plancher des vaches». En outre, le fait que les planètes de Trappist-1 montrent toujours la même face à leur étoile n’est pas de bon augure : le froid sur la face cachée entraîne fort probablement la condensation des gaz (s’il y en a), ce qui a pour effet d’aspirer vers le «côté obscur» l’atmosphère de la face chaude. Peut-être que cela peut servir de base à une circulation atmosphérique qui réduirait les écarts de températures, mais cela engendrerait vraisemblablement des tempêtes cataclysmiques et quel qu’en soit le résultat, l’endroit est probablement inhospitalier.

En ce moment, on n’a très peu de moyens pour savoir quel genre d’atmosphère possède une exoplanète. En fait, la première observation «exoatmospérique» remonte à l’année dernière et portait justement sur le système Trappist-1, dont trois planètes étaient déjà connues. Et tout ce qu’on peut en dire, c’est que Trappist-1b et Trappist-1c n’ont pas une atmosphère d’hydrogène typique des géantes gazeuses…

Bref, vivement James-Webb (le chercheur de l’UdeM René Doyon aura d’ailleurs justement un instrument sur ce télescope), pour qu’on commence enfin à quitter, au moins un peu, l’univers des «théoriquement possible» et des fausses «nouvelles Terres».

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Usain Bolt, lors de son sprint historique de 2009. (Photo : AFP/archives La Presse)

Usain Bolt, lors de son sprint historique de 2009. (Photo : AFP/archives La Presse)

Les physiciens ont de ces passe-temps, vraiment, à faire dresser les cheveux sur la tête de certains mais qui, moi, me rendent carrément jaloux. Tenez, il y a quelques années, trois physiciens de l’Université autonome nationale de Mexico se sont amusés à analyser dans le détails le sprint historique d’Usain Bolt en finale des championnats du monde de 2009 — le fameux record de 9,58 secondes. Je dis qu’ils se sont «amusés» à le faire, ou du moins je le présume, parce qu’une seule des trois auteurs travaille directement sur ce genre de question dans son travail, les deux autres œuvrant en cosmologie et en physique de la matière condensée. Mais quoi qu’il en soit, leurs résultats sont encore plus étonnants que l’exploit sportif lui-même…

En tenant compte d’une série de facteurs (vent, température pour connaître la densité de l’air, vitesse à chaque instant, poids de M. Bolt, gravité et diverses résistances au mouvement, etc.), ils ont conclu que le vent de dos, même faible (0,9 m/s), avait amélioré sa performance d’environ un dixième de seconde. Et ils ont estimé ceci : «Ces calculs signifient que, sur toute l’énergie déployée par Bolt, seulement 7,79 % ont été convertis en mouvement, alors que 92,21 % ont été absorbés par les forces de résistance (…) ce qui est une quantité phénoménale d’énergie perdue.»

Je me suis servi de cet article pour ma chronique parue hier, où je répondais à la question de savoir pourquoi les sprinteurs/euses ne semblent pas se soucier beaucoup d’aérodynamisme (certains ont des coiffures pas particulièrement profilées) alors que d’autres athlètes, en cyclisme, patin et ski alpin notamment, enfilent des combinaisons et des casques spécialement pour cette raison. La réponse est que la résistance de l’air ne représente pas une grosse partie de la résistance totale au mouvement pour les coureurs — seulement 11 % à vitesse maximale pour Usain Bolt — alors que c’est autour de 90 % de la dépense énergétique pour les cyclistes (le vélo réduit beaucoup les autres forces) et 80 % de la friction qui ralentit les skieurs.

Mais il reste que cela pose une question existentielle : tout ça pour ça ? Tous ces efforts, toutes ces années d’entraînement, tout ce talent pour, en bout de ligne, n’en convertir que 7,8 % en mouvement ? Sans rien enlever au mérite (immense) de Bolt, je n’arrive pas à m’enlever de la tête qu’il y a quelque chose de spectaculairement absurde là-dedans. Et je suis bien tenté d’y voir la preuve mathématique que j’ai raison de détester le jogging — je cours beaucoup, mais toujours après une balle que je tente de faire entrer dans un filet.

Pour être tout à fait honnête, il faut préciser ici que les forces de résistance au mouvement diminuent avec la vitesse : avec le carré de la vitesse pour le frottement de l’air et de façon proportionnelle à la vitesse pour toutes les autres, dans le modèle utilisé par notre trio de physiciens. Mais comme la force déployée par le coureur diminue aussi avec la vitesse que l’on cherche à atteint, cela signifie que le «gaspillage» n’est pas tellement moindre pour les marathoniens — il l’est, c’est évident, mais pas au point de s’approcher des niveaux d’efficacité du patin ou du vélo, loin s’en faut.

Vraiment, je n’ai jamais compris les joggeurs et les lois de la physique ne me facilitent pas la tâche…

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Vendredi 17 février 2017 | Mise en ligne à 14h46 | Commenter Commentaires (18)

La galère des continents

Les principales plaques tectotiques. (Carte : USGS)

Les principales plaques tectotiques. (Carte : USGS)

Ainsi donc, le 8e continent aurait été découvert. À moins que ce ne soit le 6e, c’est possible aussi, ce qui implique logiquement que cela pourrait également être le 7e. Mais c’est peut-être même seulement le 5e, remarquez bien, ça dépend comment on compte. Et à la limite, ça pourrait aussi être le 9e, 10e ou 11e continent hein, c’est pas clair-clair. Alors commençons par nous entendre sur ceci : il existe un consensus scientifique très bien établi sur le fait que le nouveau continent n’est pas le 4e ou moins ni le 12e ou plus. Alex Jones ne sera pas d’accord, mais n’allons pas là, OK ?

Blague à part, le «nouveau» continent serait la «Zélandia» et comprendrait, comme son nom l’indique, la Nouvelle-Zélande et quelques îles autour. À l’œil, la proposition a peu de chance de rallier beaucoup de géologues, mais elle émane tout de même de gens sérieux et a  été publiée dans GSA Today, la revue de la Geological Society of America. Alors voyons voir…

Jusqu’à maintenant (et cela risque de perdurer pour un avenir prévisible), la Nouvelle-Zélande a toujours été considérée comme faisant partie de l’Océanie. Mais les auteurs de l’étude, menés par Nick Mortimer, un géologue néo-zélandais, font valoir qu’il faut réviser cette position. Un continent, disent-ils, est une masse de terre émergée et qui se prolonge sur une certaine distance sous la mer par un «plateau océanique», le tout étant généralement entouré de «croûte océanique» — soit une partie de la croûte terrestre plus mince (10 km) que la croûte continentale (25-50 km). Et l’on trace généralement la frontière des continents le long des principales plaques tectoniques de la planète.

Or la Nouvelle-Zélande repose sur sa propre plaque, laquelle est séparée de la plaque australienne par environ une faille d’environ 25 km de large constituée de croûte océanique, et les deux plaques semblent se déplacer indépendamment l’une de l’autre. Cela distingue cette île du Groenland, par exemple, puisque celui-ci est rattaché directement à la plaque continentale nord-américaine par son extrémité nord (voir ce texte-ci, c’est vraiment intéressant).

En elle-même, cette caractéristique n’est pas suffisante pour faire de la Zélandia un continent à part entière, puisqu’elle est également partagée par d’autres îles, que l’on nomme souvent micro-continents, comme Madagascar ou l’île Maurice, qui de ce point de vue sont géologiquement séparés des autres continents. Mais M. Mortimer et ses collègues amènent ici une autre condition pour accéder au «titre» de continent : la taille. En comptant les parties submergées, Zélandia s’étend sur 4,9 millions de km2, ce qui représente «environ 12 fois la superficie de l’île Maurice et 6 fois celle de Madagascar», écrivent les auteurs, qui proposent un seuil 1 million km2 pour pouvoir parler d’un continent.

Vous me direz bien si cela vous convainc. En ce qui me concerne, l’argument de la taille me semble un peu tiré par les cheveux : la notion de continent implique non seulement de vastes ensembles géologiques, mais aussi que les terres émergées sont vastes. Or la Zélandia est à 94 % sous l’eau, ce qui laisse pratiquement juste la Nouvelle-Zélande. Et de toute manière, le problème principal est qu’il n’existe aucune définition précise et communément admise de ce qu’est un continent, si bien qu’on peut toujours se tricoter une définition «sur mesure». Tenez, allez simplement voir ce que Wikipedia dit des «Amériques» pour vous faire une idée du genre de galère que sont ces histoires de continents : en français, c’est un seul continent qui va du Groenland jusqu’à la pointe sud de l’Argentine ; en anglais, on parle de deux continents distincts.

Vous voulez partir du principe que les frontières tectoniques majeures délimitent les continents ? Alors il existe 15 continents différents sur Terre. Il faut que ces plaques portent des terres émergées ? OK, alors ça en laisse «seulement» 12 — et cela implique que la péninsule arabique est un continent à part entière et que la Sibérie fait partie de l’Amérique du Nord. On règle le problème est ajoutant que les continents doivent être isolés les uns des autres ? Ça peut marcher, mais alors cela signifie que les Amériques ne sont un continent à part entière (et un seul) que depuis la fin de la dernière glaciation et je vous signale que l’Afrique est rattachée à l’Eurasie par la terre ferme.

Bref, peu importe les critères qu’on applique, on est condamné à les transgresser pour raccommoder la géographie apparente et «humainement pertinente» avec la tectonique. Ce n’est pas pour rien qu’il n’y a pas de définition universellement/scientifiquement admise pour le terme continent

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