Un voyage autour de la Terre

Le 17 novembre dernier, Thomas Pesquet s’est envolé pour la Station Spatiale Internationale (ISS). Avec ses deux collègues : Peggy Whitson et Oleg Novitski respectivement américaine et russe, Thomas Pesquet a rejoint l’ISS pour un séjour de six mois. Baptisée Proxima 50, cette expédition a pour but de réaliser des expériences scientifiques et des opérations de maintenance de l’ISS.

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Le rouge de l’été indien !

En ce début d’automne, vous êtes-vous demandé pourquoi les feuilles deviennent rouges ?

Lorsqu’au printemps les arbres retrouvent leurs feuilles, la chlorophylle influe sur leur couleur : elles sont vertes parce que le vert est la seule couleur qui n’est pas absorbée par la chlorophylle.

En automne, lorsqu’il fait trop froid, la chlorophylle disparaît et le carotène influe alors sur la couleur de la feuille qui devient jaune orangé.

Spectre de la chlorophylle :

©https://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorophylle#/media/File:Chlorophyll_ab_spectra-fr.svg
©https://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorophylle#/

 

Dans le nord du continent américain, les arbres produisent des molécules d’anthocyane qui remplacent le carotène. Ces anthocyanes sont responsables de la couleur des feuilles qui deviennent rouges.

Spectre du carotène :

©https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beta-carot%C3%A8ne.jpg
©https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beta-carot%C3%A8ne.jpg

Pendant les journées ensoleillées, la combinaison du sucre et du soleil favorise  la production des anthocyanes et les feuilles rougissent alors.

Mathieu Montaut

La main bionique

Une nouvelle main bionique faite de fibres de carbone et d’aluminium a été conçue en Angleterre avec l’espoir de transformer la vie de milliers d’amputés. C’est la première fois qu’une main bionique est innovée spécialement pour les femmes. Son apparence au plus proche du squelette féminin et un réel travail réalisé sur la taille fait de cette nouvelle technologie la main robotique la plus réaliste jamais créée.

Cette prothèse simplement posée sur le moignon n’a besoin d’aucune chirurgie, ce qui est un avantage révolutionnaire.

Cette main fonctionne comme les deux modèles plus anciens : « la BeBionic medium » et la « Bebionic Large ». Quand le patient va vouloir bouger sa main, tout ce qu’il aura à faire sera de contracter les muscles de son avant bras. Le biceps et le triceps vont alors, par une légère pression, stimuler des électrodes placés sur la prothèse, en contact direct avec la peau. Ces derniers enverront un signal aux différents moteurs de la main.

La prothèse fonctionne avec quatorze modes de préhensions différents. La liberté de mouvement et leur fluidité qu’un individu peut avoir avec une main biologique se limitent sur une main bionique à des actions comme « fermer », « ouvrir », « pointer du doigt »…

Cependant ces mouvements sont étudiés pour imiter au mieux ceux d’une main biologique. C’est le principe même de la bionique.

La perception sensorielle est extrêmement complexe et très difficile à reproduire. Ainsi, elle est totalement inexistante sur cette prothèse. Des études sont cependant menées sur ce sujet. Une prothèse expérimentale permettant la sensation du toucher a fait l’objet d’un essai clinique en Italie (plus d’informations ici ).

Cette technologie futuriste permet d’accomplir des gestes du quotidien bien plus aisément comme faire ses lacets, distribuer des cartes, faire du vélo et même casser des œufs (démonstration ici) ! Elle rend la vie des patients « tellement plus facile » comme le dit Nicky Ashwell, la première utilisatrice de la nouvelle BeBionic Small. Et heureusement si l’on considère le prix exorbitant de cette petite merveille qui peut atteindre 36 000 euros !

Caroline Formosa

Une solution contre certains virus ?

Comme on le sait, les virus s’habituent progressivement aux antibiotiques. Cela peut être dû à plusieurs facteurs. Parfois, on ne prend pas les médicaments prescrits suffisamment longtemps, ou alors ils ne sont pas assez efficaces, parfois aussi ils mutent spontanément…

En tout cas, les souches ayant survécu au traitement sont les plus résistantes. Or lorsqu’elles se multiplient, elles transmettent leurs caractéristiques. Donc nous provoquons nous-mêmes une résistance toujours accrue des bactéries pathogènes.

Il existe des organismes appelés bactériophages, ou simplement phages, qui vivent en infectant des bactéries. Ils peuvent également muter. Bien que les bactéries aient certaines stratégies pour se défendre, les phages les connaissent et peuvent les éviter, et donc tout de même les attaquer.

bactériophages

Anatomie d’un bactériophage

Des scientifiques ont donc eu l’idée d’utiliser les phages pour attaquer les bactéries au lieu des antibiotiques de moins en moins efficaces. Cependant la recherche dans ce domaine est encore peu avancée, mais il s’agit d’une piste pour combattre des maladies comme le VIH ou le choléra, qui mutent constamment et contre lesquelles nos médicaments ne peuvent pas grand-chose.

Pour plus de détails, n’hésitez pas aller lire cet article d’Ars technica (en anglais).

Annika Fleury

Vers une augmentation artificielle du QI de nos enfants ?

Et s’il était bientôt possible de truquer l’intelligence de nos enfants dès la naissance ?

Cette question, semblant tout droit sortie d’un film de science-fiction, fait pourtant débat au sein du monde scientifique depuis plusieurs mois. En effet, des chercheurs ont réussi à augmenter les capacités intellectuelles de souris par le séquençage de leur ADN. En avril dernier, des scientifiques chinois ont également réalisé la première manipulation génétique sur des embryons.

Toutefois, l’avancée de ces expérimentations dépend grandement de la position de l’opinion publique sur ce sujet. Or, deux clans s’affrontent : ceux qui souhaitent corriger uniquement des anomalies génétiques responsables de maladies et les partisans d’une augmentation des capacités cérébrales de la population. Si l’opinion est majoritairement contre dans les pays occidentaux (seuls 13% des Français sont favorables à l’augmentation cérébrale), ce n’est pas le cas partout.

En Chine et en Inde, respectivement 38% et 39% de la population sont prêts à autoriser des modifications génétiques sur leurs enfants, ces chiffres atteignant même 50% dans les jeunes milieux chinois dits « branchés ». Un constat qui s’explique simplement, selon l’inventeur de la Google Car : « les machines pourraient nous dépasser rapidement », il est donc essentiel de nous donner une chance face à l’intelligence artificielle. Un chercheur d’Oxford estime, quant à lui, que le premier pays qui pratiquera l’augmentation cérébrale des enfants disposera d’un avantage géopolitique considérable.

Simple fiction ou future réalité, cela reste à voir…

Valentine Daléas

Eclipse !

Le 20 mars, une éclipse partielle de Soleil sera visible depuis l’ensemble de la France métropolitaine. Dans les Hautes-Pyrénées, le Soleil sera caché à 69% par la Lune. Cette éclipse sera totale sur une trajectoire allant du sud du Groenland au Pôle Nord.

Les éclipses totales sont un phénomène rare et observable seulement depuis des zones très limitées de la surface de la Terre. La prochaine éclipse totale visible depuis la France aura lieu le 3 septembre 2081. Avant cette échéance, quelques éclipses partielles de Soleil seront visibles depuis la métropole. La prochaine éclipse comparable aura lieu en 2026.

Le 20 mars, l’éclipse débutera à 9h12. Le degré d’obscuration du Soleil (pourcentage de la surface du disque solaire occulté par la Lune) sera maximal vers 10h17. Ce phénomène se terminera à 11h28.

Risques liés à l’observation de l’éclipse :

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Lors de l’observation d’une éclipse, les rayons ultraviolets  peuvent provoquer une conjonctivite, une inflammation de la cornée et une lésion de la rétine. L’exposition de la rétine à une lumière visible intense peut entraîner une perte de fonctions visuelles temporaire ou permanente.  Les rayons infrarouges à forte dose peuvent brûler la rétine.

Claudette Aurensan et les élèves de Méthodes et Pratiques Scientifiques

La cryptographie

Quelques précisions utiles avant de commencer !

La cryptographie est l’art de savoir rendre une information indéchiffrable pour ceux à qui elle n’est pas destinée.

La méthode générale consiste à appliquer une suite de transformations au message à crypter : nous pouvons appeler cette suite d’instructions un algorithme.

Le crypteur crypte et le destinataire décode. Si une personne autre que le destinataire arrive à lire le message, on dit qu’il l’a décrypté.

Il existe un grand nombre d’algorithmes différents pour crypter les messages. Cet article aborde deux méthodes de base, qui ne nécessitent pas d’ordinateur mais seulement du papier et un crayon.

Les débuts : le chiffre de César

Un des plus vieux, si ce n’est le plus vieux, moyen de crypter un message repose sur l’alphabet de César. Comme son nom l’indique, il était utilisé par César lui-même pour crypter les messages de grande importance.

Le principe consiste à affecter à chaque lettre de l’alphabet une autre lettre toujours avec le même décalage.

Ce tableau est un exemple : il attribue à chaque lettre celle qui est placée quatre rangs après elle dans l’alphabet.

caesar-3©upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/Caesar3.svg
caesar-3©upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/Caesar3.svg

C’est le décalage qu’utilisait César, mais on peut le faire avec un autre nombre de décalage bien sûr (César ne vous en voudra pas !).

Par exemple, si l’on veut cryper le mot « oiseau », un décalage de quatre lettres donne « rlvhdx ».

Facile n’est-ce pas ?

Malheureusement, cette méthode a été abandonnée depuis longtemps car trop simple et trop facile à déchiffrer.

Toutes les lettres ne sont pas utilisées avec la même fréquence. On sait qu’il y a de fortes chances que la lettre la plus utilisée soit un « e ».

Ainsi on peut arriver à trouver le décalage utilisé. Votre message sera décrypté en deux temps trois mouvements et vous aurez de sérieux problèmes.

Le graphique suivant montre la fréquence d’utilisation de chaque lettre dans la langue française :

©upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Histogramme_fréquence_texte_francais.png

On améliore le processus : le chiffre de Vigenère

Attention, ça se corse. Ce nouveau moyen de crypter un message, qui a été inventé pour remplacer l’alphabet de César, aura quand même été utilisé pendant plusieurs siècles (bonjour le progrès !). Blaise Vigenère, diplomate, le décrit dans son ouvrage Le traité des chiffres (publié en 1585), le britannique Charles Babbage le décodera en… 1854 !

Cette méthode introduit l’utilisation d’une clé. La clé est un mot, ou une suite de caractères qui est fixée par l’envoyeur et le destinataire (ils doivent être les seuls à la connaître, évidemment).

Elle sert à crypter et à décoder le message.

Avec le chifffre de Vigenère, il vous faudra aussi un tableau, assez imposant mais facile à utiliser.

 Matt Crypto©ja.wikipedia.org/wiki/ヴィジュネル暗号
Matt Crypto©ja.wikipedia.org/wiki/ヴィジュネル暗号

Les deux entrées du tableau (première ligne et première colonne) sont deux alphabets complets. Sur chaque ligne est écrit l’alphabet à partir de la lettre qui se trouve dans la première colonne.

Allons-y, cryptons !

Voici un exemple : le message à crypter est « ils arrivent » et la clé est « rat ».

• étape 1 : on écrit la clé sous le message à crypter de façon à aligner chaque lettre de la clé avec une lettre du message. On répète la clé autant de fois que nécessaire.

Message à crypter

i

l

s

a

r

r

i

v

e

n

t

clé

r

a

t

r

a

t

r

a

t

r

a

• étape 2 : on repère dans le tableau les deux lettres de la clef et du message et on lit la lettre située à l’intersection de la colonne et de la ligne correspondantes.

©Favre- Matt Crypto
©Favre- Matt Crypto

Message à crypter

i

l

s

a

r

r

i

v

e

n

t

clé

r

a

t

r

a

t

r

a

t

r

a

Message crypté

z

l

l

r

r

k

z

v

x

e

t

Pour le décoder, il faut écrire la clé sous chaque lettre comme précédement, mais la lecture du tableau est différente : on part de la lettre de la clé dans la première ligne, on descend jusqu’à la ligne où se situe la lettre du message crypté, puis on lit la lettre correspondante dans la première colonne, et ainsi de suite.

©Favre- Matt Crypto
©Favre- Matt Crypto

Et aujourd’hui ? La cryptographie moderne

Depuis le chiffre de Vigenère, la cryptographie a énormément évolué grâce aux ordinateurs. Ils utilisent des outils mathématiques beaucoup plus complexes, dans le but de créer des algorithmes paraissant les plus aléatoires possibles.

Aujourd’hui on utilise la cryptographie dans de nombreux domaines. Voici quelques utilisations du cryptage que vous avez sûrement déjà rencontrées :

– cartes bancaires (cryptogramme de sécurité élaboré à partir d’un algorithme tenu secret).

– réseaux wifi (WPA, par exemple, pour empêcher le voisin de se connecter gratuitement à votre réseau)

– e-commerce (exemple : SSL).

Autrement dit, la cryptographie nous est indispensable pour empêcher les abus et les vols, surtout sur internet !

Prolongement : Alan Turing

Le film Imitation Game (sorti fin janvier 2015) raconte l’histoire vraie d’Alan Turing, célèbre mathématicien qui doit percer le secret de la machine à crypter allemande « Enigma » durant la seconde Guerre Mondiale.

Thérèse Favre

Le boson BEH ou boson de Higgs

Courant 2012, nous avions été submergés d’actualités concernant l’incroyable découverte du boson de Higgs (même TF1 en avait parlé, c’est dire !). Entre chercheurs se félicitant chaudement et journalistes leur demandant « Mais en fait, ça sert à quoi un boson de Higgs ? », nous autres, spectateurs lambda, étions un peu restés sur notre faim. Alors debout les campeurs, et haut les cœurs, aujourd’hui nous allons tenter d’expliquer en quoi consiste le boson de Higgs !

Un peu d’histoire

L’idée du boson de Higgs n’est pas toute jeune puisqu’il fut théorisé en 1964 indépendamment par Robert Brout, François Englert et Peter Higgs, ainsi que par Carl Richard Hagen, Gerald Guralnik et Thomas Kibble. L’Histoire n’a choisi de retenir que les trois premiers et c’est pourquoi le boson est passé à la postérité sous le nom de boson BEH, ou plus communément boson de Higgs.

Il faudra attendre le 4 juillet 2012 avant d’en entendre à nouveau parler avec l’annonce du CERN de la découverte d’un nouveau boson au sein du LHC (le Large Hadron Collider, un accélérateur de particules de 27 km de circonférence, situé sous la frontière franco-suisse, près de Genève). Le 15 mars 2013, le CERN confirme que, selon toute vraisemblance, il s’agit bien du boson de Higgs.

higgs-au-cern©flickr.com:photos:marc_buehler:3030137793:in:set-72157609089580379:

Peter Higgs devant un détecteur de particule du LHC eu CERN

Qu’est-ce donc que le boson BEH ?

Il convient tout d’abord d’introduire le modèle standard. Les physiciens des particules ont établi ce modèle en vue de décrire les interactions entre particules élémentaires (une particule élémentaire est une particule impossible — jusqu’à preuve du contraire — à subdiviser en particules plus petites) qui constituent la matière.

Ce modèle se compose de deux familles. Tout d’abord les fermions, constituants de la matière, qui se partagent entre les quarks et les leptons. Les quarks entrent dans la composition de particules composites comme les hadrons (les protons et les neutrons sont des exemples de hadrons), tandis que les leptons, insensibles à certaines forces, restent à l’état élémentaire et n’interviennent que dans certaines réactions nucléaires (le neutrino intervient par exemple dans la désintégration nucléaire β+).

tableau-particules©media4.obspm.fr:public:AMC:pages_univ-debut:impression

Les bosons sont la deuxième famille des particules élémentaires. A chacune des trois forces fondamentales (électromagnétisme, interaction forte et interaction faible), correspondent un ou plusieurs boson de jauges constituant les « vecteurs » ou « support » de ces forces. Ces particules de champ peuvent être réelles ou virtuelles. Dans ce dernier cas, elles ont une durée d’existence extrêmement brève et sont observées indirectement par leur action, qui consiste essentiellement à transmettre les forces fondamentales. C’est d’ailleurs pourquoi ces particules virtuelles sont aussi appelées « particules messagères » ou « médiateurs ».

Le boson de Higgs n’est pas un médiateur de force, mais son existence est nécessaire au modèle standard. En effet, il est supposé conférer leur masse à toutes les autres particules du modèle.

Le boson, « comment ça marche » ?

Pour expliquer comment il confère leur masse aux particules, il convient de travailler non plus avec le boson mais avec le champ de Higgs (le boson de Higgs étant en effet le quantum du champ de Higgs, de la même manière que le photon est le quantum du champ électromagnétique).

Le champ de Higgs baigne l’intégralité de l’Univers, et les particules élémentaires que nous avons précédemment exposées interagissent nécessairement avec ce dernier. Cependant, elles ne vont pas toutes interagir de la même façon. Nous allons utiliser, pour bien clarifier le propos, la métaphore du champ de neige. Représentons-nous le champ de Higgs comme une couche de neige s’étendant à l’infini dans toutes les directions (et le boson de Higgs serait alors un flocon de ce champ de neige). Les particules élémentaires se déplacent donc à travers cette couche de neige, mais pas toutes avec la même aisance. Le photon, monté par exemple sur des skis, va donc glisser sur la neige sans s’y enfoncer : il n’interagit que très peu, voire pas du tout, avec le champ de Higgs, et par conséquent sa masse est nulle. Viennent ensuite les fermions, les plus « légers » sont les neutrinos dont on croyait jusqu’à récemment qu’ils avaient une masse nulle. Puis arrive l’électron, avec une masse de 0,511 MeV/c² : imaginons-le sur des raquettes : il va s’enfoncer modérément dans la neige, mais suffisamment pour acquérir une masse bien définie. Tout en haut de l’échelle vient le quark top, qui est de loin la particule élémentaire la plus lourde avec ses 175 GeV/c² : on peut se le figurer à pied dans la neige, s’enfonçant jusqu’à la taille, et avançant avec difficulté.

La masse d’un fermion ou d’un boson n’est donc qu’une manifestation de cette interaction des particules avec le champ de Higgs dans lequel elles « baignent ». Cette tendance à s’enfoncer plus ou moins dans la neige, la force de l’affinité des particules avec le champ de Higgs est appelé le couplage : un fort couplage entraîne une masse importante, et inversement d’un faible couplage résulte une faible masse.

Rémi Perrier

La mission Rosetta

Le projet de la mission Rosetta commence il y a plus de dix ans : une sonde est envoyée dans l’espace le 2 mars 2004. Depuis, elle a parcouru plus de 6 milliards de kilomètres et ce n’est que cette année qu’elle est entrée en orbite de la comète Churysimov-Gerasimenko. Elle a permis ainsi une première historique en envoyant le robot Philae se poser sur une comète.

rosetta - ©Roland Keller - https://www.flickr.com/photos/rolandkeller/14846502082
Rosetta – ©Roland Keller – https://www.flickr.com/photos/rolandkeller/14846502082

Pourquoi avoir lancé le projet Rosetta ?

Tout d’abord, qu’est-ce qu’une comète ? C’est un petit corps (une dizaine de kilomètres de diamètre) constitué d’un noyau de glace et de poussière et qui est en orbite autour d’une étoile.  La comète Churyumov Gerasimenko est en orbite autour du Soleil et s’en rapproche petit à petit.

La mission Rosetta est une véritable avancée technologique car c’est la première fois qu’une sonde se met en orbite autour d’une comète. En plus cette mission a permis l’atterrissage (ou « cométissage ») d’un robot sur la surface de la comète. Même s’il y a eu d’autres approches de comètes, comme pour celle de Halley en 1966.

Le véritable but des scientifiques était de faire une analyse de la composition d’une comète. A l’origine, la Terre n’était pas une planète pouvant accueillir la vie.  Des millions d’années après sa formation, elle a été bombardée par des comètes et autres astres qui ont apporté l’eau qu’elle possède aujourd’hui. Une étude de la comète pourrait donc nous révéler des secrets sur l’apparition de la vie sur Terre par une étude chimique de celle-ci avec le laboratoire du « cométisseur » Philae.

De plus, une étude physique de la comète a été réalisée.

 

Le déroulement de la mission :

Après avoir quitté l’orbite terrestre, la sonde est passée par Mars puis par les astéroïdes Šteins en 2008 et Lutetia en 2010. Elle s’est ensuite mise en sommeil en 2011, jusqu’en 2014 où elle s’est mise en orbite autour de la comète. Au mois de novembre 2014, l’ESA (Agence Spatiale Européenne) a envoyé le robot Philae sur la comète Churysimov-Gerasimenko. La fin de la mission est prévue pour cet été.

 

Trajectoire-Rosetta

 

Principales étapes :
1. 2 mars 2004 : lancement de Rosetta
2. 4 mars 2005 : 1re assistance gravitationnelle de la Terre
3. 25 février 2007 : assistance gravitationnelle de Mars
4. 13 novembre 2007 : deuxième assistance gravitationnelle de la Terre
5. 1er septembre 2008 : survol de l’astéroïde Šteins
6. 13 novembre 2009 : 3e et dernière assistance gravitationnelle de la Terre
7. 10 juillet 2010 : rendez-vous avec l’astéroïde (21) Lutetia
8. 8 juin 2011 : mise en sommeil de la sonde
9. 20 janvier 2014 : réactivation de la sonde
10. 6 août 2014 : mise en orbite autour de la comète Churysimov-Gerasimenko
11. 12 novembre 2014 : atterrissage de Philae à la surface de la comète
12. 31 décembre 2015 : fin programmée de la mission.

 

Rosetta mit Philae - ©DLR German Aerospace - http://www.flickr.com/photos/dlr_de/11963777196/
Rosetta mit Philae – ©DLR German Aerospace – http://www.flickr.com/photos/dlr_de/11963777196/

L’atterrissage (ou « cométissage ») du robot Philae a été très médiatisé : on peut le comparer au premier pas de Neil Armstrong sur la Lune. Philae devait se poser très lentement sur la comète mais un problème technique lié à ses harpons (ils devaient l’accrocher à la comète mais ils ne se sont pas déclenchés) a entraîné un rebond de 1 km de haut en raison de la faible gravité sur la comète. Philae s’est ainsi retrouvé en un endroit imprévu et peu éclairé, précipitant sa mise en veille.

Cependant tous les prélèvements ont été effectués et la mission est une vraie réussite d’après l’ensemble des chercheurs européens, notamment ceux du CNES de Toulouse.

Jérémy Dejeanne

La loi de Kleiber

http://www.sciencesplus.ca/galerie/images/Decouvrir/Physique_Quantique/Decouvrir_PhysiqueQuantique2Com.jpg

Une équipe américano-argentine vient de décrire un nouveau titanosaure, dont 45 % du squelette avaient été trouvés entre 2005 et 2009 en Patagonie. Un fémur (1,90 m de long) et un humérus (1,60 m de long) ont permis d’estimer la masse de ce dinosaure : il aurait pesé 59,3 tonnes pour 26 mètres de long. C’est un nouveau record !

© Museum d'Histoire Naturelle d'Aix en Provence - http://www.museum-aix-en-provence.org/fiche_titanosaure.htm
© Museum d’Histoire Naturelle d’Aix en Provence – http://www.museum-aix-en-provence.org/fiche_titanosaure.htm

Cette brève d’actualité a retenu mon attention car il s’agit d’un record. Mais existe-t-il des facteurs « physiques » limitant la taille des animaux ? Une approche peut être faite avec des lois d’échelle.

Imaginons que l’on augmente les dimensions d’un être vivant : le problème est d’estimer comment varient les influences de ses caractéristiques physiques (taille, volume, masse…).

Par exemple, en prenant un modèle d’être vivant sphérique de rayon r, on constate que sa surface S varie proportionnellement à r2 et son volume V à r: comment varie le métabolisme d’un tel être si le rayon est multiplié par 2, sachant qu’il produit de l’énergie dans le volume V de son corps (qui est alors multiplié par 8) mais que les échanges avec le milieu extérieur ont lieu à travers sa surface S (qui elle est alors multipliée par 4) ?

(pour une sphère : S = 4 π r2 et V = 4/3 π r3

Mais un être vivant a une morphologie beaucoup plus complexe qu’une sphère … alors comment faire ?

© William Warby - https://www.flickr.com/photos/wwarby/2404607215/
© William Warby – https://www.flickr.com/photos/wwarby/2404607215/

Concentrons-nous sur un cas précis : un mammifère terrestre ne peut exister que si ses muscles sont capables de mettre son corps en mouvement. Quelle est alors la relation entre la puissance musculaire P que doit développer l’animal et sa masse M ?

En faisant des études statistiques pour différentes espèces, un physiologiste suisse, Max Kleiber (1893 – 1976), a constaté que P était proportionnelle à M3/4.

Max Kleiber - http://animalscience.ucdavis.edu/memorial/MaxKleiber.gif
Max Kleiber – http://animalscience.ucdavis.edu/memorial/MaxKleiber.gif

Pourquoi ? Là intervient le rôle du physicien ! Assimilons un muscle à un cylindre de longueur l et de diamètre d :

– des études d’élasticité, observant les déformations subies par un corps soumis à une force sans qu’il se rompe, montrent que le diamètre d doit être proportionnel à l2/3.

– la puissance développée par un muscle dépend de sa section : elle est proportionnelle à d2.

– la masse M est proportionnelle au volume V, donc à ld2 soit à d2/3 d2 = d8/3 soit d proportionnel à M3/8.

On constate alors que la puissance est proportionnelle à M3/4 :

P = k S = k’ d2 = k » (M3/8)2 = k » M3/4.

La puissance par unité de masse p = P/M est alors proportionnelle à M-1/4 : elle diminue avec M (p = 4,1M-0,25 pour les organismes évolués, de température proche de 39 °C).

Contrairement aux grands animaux, les petits peuvent ainsi sauter plusieurs fois leur taille.

Avec le même type de raisonnement, en tenant compte de la fréquence cardiaque et du nombre maximal de battements qu’un cœur peut effectuer, nous pouvons relier l’espérance de vie à la masse.

Ainsi un mammifère « lourd » a une plus grande espérance de vie : celle de notre titanosaure se serait située entre 110 et 160 ans !

L’homme est au-dessus du modèle grâce à la médecine et à l’hygiène de vie : en appliquant la loi à un homme de 70 kg, on trouve une espérance de vie entre 25 et 30 ans, proche de celle de l’homme préhistorique. La courbe ajustée fait ainsi abstraction du cas particulier de l’homme.

Attention quand même : ce type d’étude compare les valeurs moyennes de différentes espèces, mais ne s’occupe pas des disparités parmi les représentants d’une même espèce. Ne pensez pas que devenir obèse allongerait votre espérance de vie !

Sébastien Martinez

Sources

Site : du magazine « Pour la science » : http://www.pourlascience.fr

Livre : Physique pour les sciences de la vie, tome 1 , Bouyssy, Davier et Gatty, coll. Dia Université, Belin.