Le futur avion supersonique

Dans un exercice posé au Bac  S  Métropole 2012, l'élève est surpris d'apprendre que le claquement d'un fouet est un bang supersonique, l'extrémité du fouet atteignant une vitesse supérieure à la vitesse du son. Cherchons à comprendre comment est produit ce bang par un avion supersonique.

Le bang d'un avion supersonique

Les réacteurs d'un avion émettent des ondes de pression. Une onde de pression est une onde sonore, une perturbation brutale de la pression de l'air qui se propage dans toutes les directions à la vitesse du son (340 m/s environ, soit 1224 km/h).Trois cas peuvent se présenter, illustrés par les trois images ci-dessous (images du blog "Sens Physique"):

1. L'avion se déplace à une vitesse inférieure à la vitesse du son

Les ondes de pression entourent l'avion.

2. L'avion se déplace à la vitesse du son

                                                      

L'avion rattrape les ondes de pression qui s'accumulent à l'avant de l'avion pour former un mur: le mur du son.











3. La vitesse de l'avion dépasse la vitesse du son

L'avion franchit le mur du son, les ondes de pression se trouvent derrière l'avion et engendrent un cône de pression, le cône de Mach, on entend un bang retentissant.

Le futur avion supersonique

Au début des années 1970, les Américains avaient interdit les vols supersoniques sur leur territoire en raison du bruit insupportable émis lors du franchissement du mur du son. Cette décision visait essentiellement à brider le développement du Concorde.

Le majestueux Concorde

En 2003 ce fut l'arrêt du Concorde, aujourd'hui un regain d'intérêt pour les avions supersoniques se manifeste. Pour des raisons d'ordre militaire (la rapidité d'atteinte des objectifs), d'ordre économique (le transport de passagers et de fret en réduisant considérablement la durée de la traversée des Etats- Unis), de nombreux projets sont en cours. La NASA en particulier cherche à construire des avions supersoniques en diminuant le niveau sonore du bang afin de le rendre acceptable aux populations. La NASA affirme que son futur jet X-Plane "volera à Mach 1,4 (1,4 fois la vitesse du son) à 16 800 m d'altitude en émettant le son d'une portière de voiture qui claque". Ce jet sera commercialisé en 2035.
En attendant, la NASA fait des simulations avec un prototype le F/A-18. La carlingue de ce dernier est optimisée afin de réduire les ondes de choc, le pilote d'essai multiplie des passages à différentes altitudes, des vols en piqué, pour déterminer le niveau sonore du bang le plus faible possible.

Une pollution gigantesque de l'air !

Bien des découvertes ou avancées technologiques présentent des dangers (la bombe atomique, l'intelligence artificielle, les manipulations génétiques,....). Il en sera de même, hélas, pour le futur avion supersonique. Le Conseil International pour le transport propre émet de grandes inquiétudes: les avions supersoniques provoqueraient une augmentation exponentielle des émissions de CO2. Ils pourraient brûler cinq à sept fois plus de carburant par passager que les avions subsoniques classiques.

C'est la rançon du progrès!

Les particules élémentaires

En 1964  Brout, Englert et Higgs émirent une hypothèse: l'existence d'une particule élémentaire appelée boson BEH (initiales de Brout, Englert, Higgs) ou encore boson de Higgs. En 2012 la découverte fut annoncée au CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire). Dans un anneau de 27 km  de circonférence s'entrechoquèrent deux faisceaux de protons qui donnèrent naissance au fameux boson, le graal des astronomes, astrophysiciens et autres scientifiques.  

Le modèle standard de la physique des particules

De quoi sont constitués les atomes et les molécules de la matière. Nous ne sommes plus dans la chimie traditionnelle. Il existe des particules élémentaires beaucoup plus petites que les atomes, elles constituent ce qu'on appelle le modèle standard de la physique des particules.

Je ne décrirai pas entièrement tout ce modèle intéressant, passionnant, mais assez compliqué pour un lecteur lambda. J'ai retenu de ce modèle les fermions sortes de "briques" de la matière et les bosons qui sont des "ciments" de ces "briques", des interactions.

Par exemple, les fermions les plus connus sont les électrons qui gravitent autour du noyau d'un atome, le "ciment" qui assure la cohésion des électrons avec le noyau est le photon.

Autre exemple: les quarks qui sont des fermions  se trouvant à l'intérieur des protons et des neutrons du noyau. Les "ciments" qui assurent la cohésion de ces quarks sont les gluons.

Le boson de Higgs

Il manquait dans ce modèle le boson de Higgs. C'est chose faite.
Ci-contre une simulation de la collision de deux protons à 14 TeV (14 téraélectronvolts) produisant un boson de Higgs qui se désintègre aussitôt en plusieurs particules en bleu.




Ce boson donne de la masse à la plupart des  particules du modèle standard.

A la recherche d'un nouveau boson

On cherche depuis longtemps à intégrer dans le modèle standard le graviton, boson de la gravitation. La recherche scientifique ne s'arrête pas!

La théorie des cordes

Brian Green dans son livre L'Univers élégant nous présente une théorie surprenante, que l'on a bien du mal à comprendre,  la théorie des cordes, dans laquelle les espaces sont de dimensions 11 ou 16 ou 26 ou plus encore, au lieu de la dimension 4 de l'espace-temps d'Einstein.
Les cordes de l'Univers sont de minuscules élastiques, des brins d'énergie en vibration, des centaines de milliards de milliards de fois plus petits que l'atome. Ces cordes se trouveraient à l'intérieur de toutes les particules élémentaires.
Tout comme les vibrations des cordes d'un violon donnent les notes de musique, les vibrations de ces minuscules cordes donneraient les propriétés (masse, charge,...) aux particules élémentaires.
Les lacunes du modèle standard de l'Univers seraient ainsi comblées par de nouvelles particules élémentaires révélées par ces vibrations..
Mais alors toutes ces minuscules cordes vibreraient harmonieusement ! Notre Univers serait une véritable symphonie cosmique !

Les géodésiques

Après la quadrature du cercle (voir mon article précédent), je vais encore faire un peu de mathématiques mais en évitant tout calcul. Je donnerai diverses interprétations des géodésiques.

Géodésiques d'une sphère

On sait que la ligne droite est le plus court chemin d'un point à un autre sur une surface plane. Mais si la surface n'est pas plane quel est ce plus court chemin? Sur une sphère, par exemple, le plus court chemin n'est pas la ligne droite puisqu'on ne peut pas tracer de ligne droite sur une surface sphérique.

Ce plus court chemin s'appelle une géodésique. On démontre qu'une géodésique d'une sphère est un grand cercle de la sphère, son centre est le centre de la sphère.

Si on assimile la Terre à une sphère, les marins ou les aviateurs connaissaient bien ces géodésiques permettant de gagner du temps et du carburant.

Par exemple pour aller de Paris à Los Angeles si un avion emprunte une géodésique, il monte très haut vers le Nord sur un grand cercle de la Terre, frôlant même le cercle arctique.

Géodésiques d'un cylindre de révolution

Nous appellerons cylindre de révolution la surface engendrée par la révolution  autour d'un axe fixe (OO') d'un segment de droite  parallèle à (OO'). Ce segment de droite est une génératrice du cylindre. Si l'on découpe le cylindre suivant une génératrice et si on le met à plat sur un plan, on obtient un rectangle.

Le cylindre est une surface développable. D'une façon générale une surface développable est une surface que l'on peut mettre à plat sur un plan. On définit alors les géodésiques de la surface comme étant les courbes qui se développent suivant des lignes droites.  

Ainsi lorsqu'on développe un cylindre de révolution, les génératrices , les cercles, les hélices circulaires (voir fig.) se développent suivant des lignes droites. Ce sont les géodésiques du cylindre.

Géodésiques d'un cône de révolution

Un cône de révolution est aussi une surface développable. Ses géodésiques sont des génératrices ou de belles courbes que vous voyez sur la figure ci-contre.

Géodésiques de l'espace-temps

Rappelons que dans la théorie de la relativité générale d'Einstein publiée en 1915, l'Univers est un espace à 4 dimensions appelé espace-temps. La gravitation n'est plus une force d'attraction newtonienne mais une déformation de l'espace-temps par la présence d'un corps massif.On peut considérer l'espace-temps  comme un tissu élastique dans lequel est plongé un corps massif qui déforme le tissu, lui donne une certaine courbure.

Selon Einstein les masses, les rayons lumineux, arrivant dans ce champ de gravitation suivent  des géodésiques de l'espace-temps. 

Ces géodésiques sont encore les plus courts chemins dans l'espace-temps qui n'est plus un espace de notre géométrie euclidienne mais un autre espace, l'espace de Riemann.

 Une géodésique humaine !

                 
            "L'humour est le plus court chemin d'un homme à un autre"
                                                                                                  (Wolinsky)

Georges Wolinsky était journaliste et dessinateur à Charlie Hebdo. Il fut assassiné  par Daech le 7 janvier
2015. Ne l'oublions pas!

La quadrature du cercle

Devant une situation impossible certains s'écrient: "C'est la quadrature du cercle!" Mais qu'est-ce donc que cette quadrature du cercle?

Cercle et disque

Rappelons la différence entre cercle et disque. 

Un cercle est l’ensemble des points d’un plan situés à égale distance d’un même point appelé centre. Cette distance est le rayon du cercle.

La surface plane limitée par le cercle est un disque. C'est l’ensemble des points  situés à une distance du centre inférieure ou égale au rayon.

• le périmètre d'un cercle  (ou circonférence) de rayon R est 2π R

• l'aire du disque limité par ce cercle est π R²

Problème

Construire à l’aide de la règle et du compas un carré dont l’aire est égale à l'aire du disque π R².                    

Si le côté du carré a pour longueur c l'aire du carré est  c² , nous avons donc:                        c² = π R²  d'où  c  = ( √π ) R  

C'est la présence de π (nombre transcendant dans le langage des mathématiques) qui rend impossible la construction avec la règle et le compas de la longueur ( √π ) R donc la construction du carré. 
Ce problème est appelé: quadrature du cercle. Pendant des siècles les mathématiciens ont cherché à résoudre un tel problème en utilisant règle et compas mais en vain. 

         LA QUADRATURE  DU CERCLE  EST IMPOSSIBLE  A  RESOUDRE



Aujourd'hui
De nos jours, "la quadrature du cercle" est une expression que l'on emploie pour désigner un projet irréalisable, un problème social, économique, sentimental même,....., insurmontable.

Mais, parfois, au lieu de nous écrier désespérément: "C'est la quadrature du cercle!" nous pourrions nous exclamer: "Impossible n'est pas français!" . 
Cette citation ô combien admirable, volontaire, positive est attribuée à Napoléon 1er. Il la lançait souvent à ses soldats.

Le projet ITER

Après bien des années d'interminables tractations, le 28 juin 2005 s'est produit un évènement historique: l'Union Européenne, les Etats Unis, la Russie, le Japon, la Chine et la Corée du Sud ont signé à Moscou un accord afin d'installer le fameux projet ITER en France, à Cadarache (Bouches-du-Rhône). Quelle belle victoire économique, scientifique et politique pour la France! Mais où en est-on aujourd'hui de ce projet? 

ITER

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) sera un réacteur nucléaire qui produira de l'énergie de la même façon que les étoiles et notre Soleil, par la fusion à très haute  température de noyaux de deutérium et de tritium (isotopes de l'hydrogène, ayant même numéro atomique 1, mêmes propriétés chimiques mais des propriétés nucléaires différentes).

Le projet

Le projet ITER est l'un des projets les plus ambitieux au monde dans le domaine de l'énergie. Il a pour mission de démontrer la faisabilité de la réaction de fusion nucléaire précédente, afin d'aboutir à son exploitation industrielle.
Si elle est maitrisée cette fusion permettra de produire une énergie considérable, alors que s'épuisent les réserves de pétrole et que la population mondiale dépassera 9 milliards d'habitants en 2050. La fusion nucléaire produit une énergie propre c'est-à-dire sans émission de CO₂ gaz à effet de serre. Les déchets radioactifs ont une durée de vie beaucoup plus courte que ceux des centrales nucléaires classiques à fission nucléaire. Le deutérium est abondant dans la nature, chaque mètre cube d'eau en contient 35 g et le tritium peut être obtenu à partir d'un élément, le lithium, lui même relativement abondant.

Le tokamak 

Quel nom bizarre !  Ce sont des physiciens soviétiques qui ont inventé  dans les années 1950 le TOKAMAK (TOroïdalnaïa KAmera s MAgnitnymi Katushkami) que l'on peut traduire par: chambre toroïdale avec bobines magnétiques. C'est un  anneau dans lequel est confiné, maintenu en suspension, un plasma grâce à un champ magnétique créé par des bobines supraconductrices.

De nombreux tokamaks ont été expérimentés mais le tokamak ITER sera le plus grand  au monde (rayon de plasma 6,2 m, volume  de plasma 840 m³), le plasma sera formé de noyaux de deutérium et de tritium porté à une température de150 millions de degrés C ! soit 10  fois celle au coeur du Soleil ! C'est à cette température que ces noyaux légers fusionneront en  noyaux plus lourds d'hélium (schéma ci-dessous):




La masse totale des noyaux d'hélium obtenus étant inférieure à celle des noyaux de deutérium et de tritium en fusion, la masse manquante m a été transformée en une énergie considérable E suivant la formule d'équivalence entre masse et énergie d'Einstein, bien connue: E=m c², c étant la vitesse de la lumière.

Le chantier

La photo ci-dessous vous montre l'état actuel du chantier gigantesque, l'un des plus grands en Europe. Vous voyez, à gauche, le tokamak ITER circulaire en construction:

Prévisions

Le coût du projet ITER a subi une forte inflation, de 6 milliards d'euros prévus à 18 milliards. Certains pays, dont les Etats- Unis, ont voulu se retirer du projet. Certains physiciens de renom ont demandé son arrêt, y voyant un "gouffre financier" et un "mirage scientifique".

Mais le projet poursuit son chemin (ITER en latin signifie chemin). Bernard Bigot directeur général d'ITER Organization a annoncé un calendrier réaliste:le plasma du tokamak ITER sera achevé en 2025 et sa fusion se produira 10 ans plus tard en 2035 pour fournir une puissance énergétique de 500 MW (500 mégawatts ou 500 millions de watts) pendant des périodes de 400 à 600 secondes.L'énergie produite par ITER ne sera pas récupérée, ITER ne produira pas d'électricité mais  montrera la faisabilité de cette filière énergétique conformément au projet ITER.

Cette faisabilité étant démontrée, il est prévu de créer sur un site non encore déterminé un prototype de centrale nommé DEMO (de l'anglais DEMOnstration Power Plant) qui produira de l'électricité à l'horizon 2040. DEMO devrait produire 2000 MW en continu.

L'exploitation industrielle par des réacteurs à fusion nucléaire se fera dans la seconde moitié de ce siècle.

Aujourd'hui

Actuellement le chantier procure beaucoup d'emplois et de nombreuses retombées économiques pour énormément d'entreprises. On peut visiter le chantier par petits groupes conduits en bus, ces visites sont très instructives !

Les miracles de la génétique

Depuis la découverte de la molécule d'ADN, cette molécule géante à double hélice, par James Watson et Francis Crick en 1953, que de chemin parcouru par la génétique!

Le clonage 

Le clonage est l'obtention d'un être vivant génétiquement identique à l'original qui a fourni son génome (son patrimoine génétique). L'être vivant obtenu est un clone de l'original. Parmi les clonages citons le plus connu:
Dolly était la copie génétique d'une autre brebis de 6 ans son aînée. Cela se passe en 1996. On prélève une cellule dans le pis d'une brebis, on lui enlève son noyau que l'on fait fusionner avec un ovule préalablement énucléé d'une autre brebis.Après fécondation, l'oeuf obtenu se divise un certain nombre de fois (c'est la division cellulaire) pour donner un embryon que l'on transplante dans une troisième brebis qui va donner naissance à Dolly, clone de la première brebis.

Après Dolly, de nombreux clonages ont été pratiqués. Par exemple, en 2004 Little Nicky a été un magnifique chaton, exacte réplique de Nicky, félin trop tôt disparu d'une dame qui a versé 50 000 dollars pour avoir ce clone!

En Argentine, Crestview Genetics produit en moyenne une cinquantaine de clones par an. Ce sont des clones des plus brillants chevaux de course de polo d'Argentine.

La greffe de cellules souches

On pourrait être tentés de fabriquer ainsi des clones de génies, de surhommes, de beaux individus, pour obtenir une race d'êtres "supérieurs". Pendant la seconde guerre mondiale les nazis ont bien essayé d'en faire. Mais fort heureusement, pour des raisons éthiques, le clonage humain est formellement interdit.

Néanmoins, en suivant le même processus que dans le clonage, on peut utiliser des cellules souches à des fins thérapeutiques. Les cellules souches sont les cellules mères de tous les organes et tissus du corps humain. On en trouve dans les embryons humains, le sang du cordon ombilical, la moelle osseuse. On fait fusionner un noyau d'une cellule souche avec un ovule préalablement énucléé, après fécondation on obtient un embryon donnant des cellules du coeur, du foie, du rein, de la moelle osseuse, etc, que l'on transplante sur le patient.

Ci-contre (suivre les images dans l'ordre 1-2-3-4-5-6), nous assistons à une autogreffe, le prélèvement de cellules souches se faisant sur le patient lui-même. Son avantage est qu'il n'y a aucun rejet des cellules puisqu'elles proviennent
du patient.

Certaines leucémies et certains lymphomes sont soignés et guéris par une greffe de cellules souches de la moelle osseuse.

En 2013 la DMLA (Dégénérescence Maculaire Liée à l'Age) a été soignée avec des cellules souches de la rétine, deux patientes ont recouvert la vue.

Les ciseaux moléculaires qui découpent les gènes

Non! Ce n'est pas de la science fiction! En 2012 la Française Emmanuelle Charpentier et sa consoeur américaine Jennifer Doudna ont mis au point les ciseaux moléculaires CRISPR-Cas9 capables de découper des gènes. Les deux chercheuses auront peut-être, ultérieurement, un Prix Nobel.

Ces "ciseaux" permettent d'éliminer un gène nocif, il est ensuite remplacé par un gène qui aide à lutter contre une maladie ou décuple les performances.

Les chercheurs de l'hôpital de Chengdu en Chine ont été les premiers en  octobre 2016 à utiliser les   ciseaux moléculaires pour lutter contre le cancer du poumon.

Le chercheur Jan Peter van  Pijkeren de l'Université du Wisconsin (Madison) fait avaler aux victimes d'une attaque microbienne de leur intestin un CRIPS-Cas9 contre les assaillants microbiens.
Mais il est bien difficile de franchir le "rubicon éthique" en découpant des gènes de l'homme.
Plus de 3000 laboratoires de recherche dans le monde utilisent les ciseaux moléculaires au service de la médecine et aussi de l'agriculture.

Autres applications

Vous pouvez voir ou revoir, si cela vous intéresse!, d'autres applications dans mon article "La magie de l'ADN" du 10 Février 2017 : l'empreinte génétique, la médecine génétique, la puce à ADN, l'ordinateur à ADN.

Je ne parle pas des applications nombreuses et parfois contestées (les OGM) dans l'agriculture. Ceci est une autre histoire.

Les pyramides d'Egypte

" Soldats, du haut de ces pyramides 40 siècles vous contemplent". Ces paroles ont été adressées à ses soldats par le général Bonaparte le 21 juillet 1798 au pied des pyramides de Gizeh. Nous sommes fascinés par ces pyramides si mystérieuses.

Des mastabas aux pyramides

Dans l'Ancien Empire (2700 à 2200 avant J.C.), les souverains et les dignitaires construisaient de grands édifices pour leurs sépultures. Au commencement ce fut des mastabas. Un mastaba a la forme d'un tronc de pyramide dont les bases sont rectangulaires, il avait un étage unique. Il y eut ensuite des mastabas à deux étages, puis trois, etc, pour obtenir une pyramide à degrés.

                                                                                      

La plus célèbre est la pyramide à degrés de Djoser à Saqqara (photo ci--contre).

Il y eut  ensuite une évolution progressive vers les pyramides dont les plus célèbres sont celles des pharaons Khéops, Khéphren et Mykérinos sur le plateau de Gizeh près du Caire.

La pyramide de Khéops est la plus grande.









Devant l'une de ces pyramides se trouve le Sphinx avec un corps de lion et la tête représentant Khéops.

Les mamelouks auraient détruit le nez d'un coup de canon. Certains pensent que c'est un acte de vandalisme d'un paysan égyptien.

On peut voir, exposée au pied de la pyramide de Khéops, une barque solaire dans un état de conservation remarquable.
Une procession devait transporter dans cette barque le corps du souverain sur le Nil dans l'au-delà pour une vie éternelle.
Après son voyage sur le Nil, le défunt était placé dans un sarcophage dans une chambre de sa pyramide.

La pyramide de Khéops

Attardons-nous sur cette pyramide, la plus étudiée, la plus grande des trois pyramides de Gizeh, la seule des 7 merveilles du monde antique qui subsiste. Aucune structure au monde n'est plus mystérieuse!

Description
La base de la pyramide est un carré de 230 m de côté, sa hauteur à l'origine est de 146 m et aujourd'hui 138 m. Chaque côté est orienté vers l'un des quatre points cardinaux: Nord, Est, Sud, Ouest.

L'intérieur de la pyramide est représenté par cette coupe:

De nombreux conduits et chambres ont été explorés. La chambre dite de la Reine et la chambre dite du Roi étaient vides, les pillards au cours des siècles les ayant visitées!

De nouvelles technologies pour étudier la pyramide
L'exploration de la pyramide utilise maintenant les nouvelles technologies.
"N'abimez pas ma pyramide!" ne cesse de répéter le docteur Zahi Hawass l'Egyptologue bien connu. L'essentiel est d'introduire des petits robots non invasifs, non destructifs, pour ne pas détériorer l'édifice.
Le robot Djedi, doté d'une intelligence artificielle, se déplace dans un conduit de la chambre de la Reine. Il monte une marche, bute sur une porte, introduit une micro-caméra "serpent" par un trou creusé lors d'une mission précédente. La caméra peut alors photographier, derrière la porte, des peintures, des hiéroglyphes datant de la construction de la pyramide.

Les muons sont des particules élémentaires en abondance dans l'Univers, elles peuvent traverser la pierre et la matière sans les détériorer. La mission Scanpyramids a déployé plusieurs détecteurs de muons dans la pyramide. Plus il y a de matière, moins il y a de muons et inversement moins il y a de matière, plus il y a de muons. A l'aide de capteurs on a pu mesurer la concentration de muons et on a découvert une forte concentration de muons dans un grand vide, donc l'existence d'une cavité d'au moins 30 m de long.

Construction de la pyramide
C'est un grand mystère! Aucune trace, aucun écrit de l'époque ne subsistent. Comment plusieurs millions de blocs de pierre pesant chacun plusieurs tonnes ont pu être élevés pour construire cette pyramide? Voici les trois théories les plus connues:

La théorie machiniste. Selon Pierre Crozat, on utilisait des machines (des leviers) pour faire grandir une petite pyramide initiale par accrétion de pyramides successives pour obtenir la pyramide qui accueillera le Pharaon à sa mort.

La pyramide a été bâtie en pierres réagglomérées. Selon Joseph Davidovits, plutôt que de tailler et traîner des énormes bloc massifs sur des rampes, on fabriquait sur place de la pierre réagglomérée c'est-à-dire une pierre calcaire naturelle traitée comme du béton.

La théorie de Jan-Pierre Houdin est la plus crédible. Il a fallu 23 ans, jusqu'à la mort du Roi, pour élever la pyramide. Une rampe extérieure a d'abord été construite afin de monter les blocs de pierre jusqu'au niveau de la base de la chambre du Roi, soit jusqu'à 43 m de hauteur. Au delà, la rampe extérieure devrait être beaucoup trop longue et de pente beaucoup trop forte pour monter les blocs jusqu'au sommet. Jean-Pierre Houdin avance l'hypothèse de la construction d'une rampe intérieure en forme de spirale composée de segments rectilignes raccordés à angle droit.

Je n'ai fait qu'effleurer bien des problèmes! Les pyramides d'Egypte resteront toujours aussi mystérieuses, nombreux seront les archéologues qui continueront à les étudier pendant encore des siècles!

Si vous voulez continuer ce beau voyage en Egypte, vous pourriez peut-être lire les deux articles de mon blog:
            Promenade sur le Nil     du 29/12/2015
            Le papyrus d'Ani           du 24/02/2015

Bon voyage et bonne lecture!.....

Les galaxies

Nous voulons toujours aller plus loin, la recherche scientifique est insatiable. Après avoir envoyé des hommes sur la lune nous avons envoyé des sondes sur les planètes tournant autour du Soleil, nous avons ensuite découvert des milliers d'exoplanètes, planètes tournant autour d'une étoile de notre galaxie. Mais cela ne suffit pas! Il y  a des centaines de milliards de galaxies! Nous chercherons encore des exoplanètes dans ces galaxies dans l'espoir, toujours, de trouver une vie extraterrestre.

Qu'est-ce qu'une galaxie?

C'est un assemblage de milliards d'étoiles, de gaz, de poussières cosmiques et de matière noire, sorte de cocon qui maintient les étoiles à l'intérieur de la galaxie. De plus, un trou noir super massif dans lequel tombent des étoiles se trouverait en son centre.

Parmi les découvreurs de galaxies, nous ne citerons que le plus célèbre, Edwin Hubble (1889-1953), astronome américain qui montra dans les années 1920 qu'il existait d'autres galaxies que la nôtre et fit la découverte de la fameuse loi qui porte son nom sur l'expansion de l'Univers: les galaxies s'éloignent les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance.

Il existe, en gros, quatre types de galaxies:

Les galaxies spirales

La galaxie du Tourbillon

Dans une galaxie spirale les bras lumineux contenant plusieurs milliards d'étoiles s'enroulent autour du bulbe (renflement central) en formant des spirales.
Dans certains planétariums et musées on vend des cartes en relief de148 mm x148 mm de cette magnifique galaxie du Tourbillon (appelée en anglais Whirlpool Galaxy).                    
Cette photo a été prise par le télescope spatial Hubble. 

La Voie Lactée

Ci-contre notre galaxie (appelée Voie Lactée ou Galaxie avec un G majuscule). C'est une galaxie spirale barrée, les bras spiraux émergent de la barre blanche contenant des milliards d'étoiles.

Nous, les humains, nous sommes dans le petit point jaune qui représente le soleil avec ses planètes, sur le bras d'Orion.
Ce n'est pas une photo mais une simulation effectuée par de très gros ordinateurs utilisant nos observations.
Vue du sol, la Voie Lactée, dans un ciel dégagé sans pollution lumineuse, apparaît sous la forme d'une traînée laiteuse.

Les galaxies elliptiques

Galaxie elliptique NGC 1132 prise par le télescope spatial Hubble

Elles ont la forme d'ellipsoïdes (ballons de rugby) plus ou moins allongés

Les galaxies lenticulaires

Ce sont des intermédiaires entre les galaxies elliptiques et les galaxies spirales, le bulbe en forme de lentille est dénué de bras spiraux.

Les galaxies irrégulières

Elles ont un aspect difforme. Ci-contre la galaxie irrégulière NGC 4214. Dans les zones brillantes, se forment beaucoup d'étoiles chaudes de formation récente.

Quelques chiffres

Si vous n'aimez pas les chiffres, et je le comprends fort bien (on peut contempler les étoiles, les galaxies, l'Univers, sans aimer ces calculs), vous pouvez ne pas lire ce qui suit.

L'année-lumière

Cette union insolite des mots année et lumière désigne non pas un temps comme on pourrait le croire mais une distance.
L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1 an. Calculons cette distance.
Nous allons faire un calcul écrit en italique, à la portée de tout le monde, que vous pourrez suivre si vous ne lisez pas trop vite cet article et si vous faites un tout petit effort. Dans le cas contraire, laissez de côté ce calcul et notez seulement le résultat en caractères gras:

La vitesse de la lumière dans le vide est une constante universelle fixée exactement à 299 792 458 m/s (300 000 km/s en arrondissant) c'est-à-dire qu'en une seconde la lumière parcourt dans le vide 299 792 458 m. Donc si l'on multiplie le nombre de secondes qu'il y a dans une année par 299 792 458 m nous aurons la distance correspondant à une année-lumière.
Rappelons qu'une année contient 365,25 jours (en tenant compte de l'année bissextile), un jour contient 24 heures, une heure contient 60 minutes et  une minute contient 60 secondes. Donc dans une année il y a:
                                                365,25 x 24 x 60 x 60 secondes
Une année-lumière est donc égale à:
                                                299 792 458 x 365,25 x 24 x 60 x 60 m
soit en arrondissant:

                                                9 460 milliards de km 

Cette distance est énorme! C'est pourquoi au lieu de manipuler des milliards de km il est plus commode de calculer, en Astronomie, les distances en années-lumière. Les nombres obtenus sont  beaucoup plus simples.

La Galaxie
Notre galaxie ou Voie Lactée a un diamètre d'environ 100 000 années-lumière. Elle contient entre 100 et 200 milliards d'étoiles dont le Soleil.

La galaxie d'Andromède
C'est une galaxie spirale, la galaxie la plus proche de nous, à environ 2,5 millions d'années-lumière. Cela signifie que la lumière venant de cette galaxie et qui  nous arrive maintenant dans nos télescopes ou nos lunettes est partie de la galaxie il y a 2,5 millions d'années.
Etant relativement proches, notre galaxie et la galaxie d'Adromède, sous l'effet de la gravitation, s'attirent, se rapprochent. Cette dernière fonce dans la direction de la Voie Lactée à la vitesse de 400 000 km/h. La collision se ferait dans 4 milliards d'années environ.
La galaxie d'Andromède a un diamètre d'environ 140 000 années-lumière.Elle contient environ mille milliards d'étoiles.


Les galaxies naines
Ce sont de petites galaxies de diamètre quelques milliers d'années-lumière et contenant un nombre de l'ordre de 10 milliards d'étoiles.
Elles gravitent souvent autour de galaxies plus importantes.

Ci-contre la galaxie d'Andromède accompagnée de ses deux galaxies satellites (naines elliptiques).












Je m'arrête là, car j'ai bien peur de vous donner le vertige!

L'intelligence artificielle à la recherche d'exoplanètes

Rappelons qu'une exoplanète est une planète qui tourne autour d'une étoile, comme les planètes et la Terre tournent autour du Soleil. C'est en 1995 que deux astronomes suisses de l'observatoire de Genève, Michel Mayor et Didier Queloz , ont découvert la première exoplanète. Depuis, la chasse aux exoplanètes a été bien fructueuse, on compte aujourd'hui plus de 3000 exoplanètes découvertes! 
Et maintenant la chasse se poursuit avec l'intelligence artificielle. 

A la recherche d'une forme de vie extraterrestre

Sans cesse nous recherchons s'il existe une forme de vie en dehors de notre planète.

S E T I  (Search for Extra-Terrestrial Intelligence) regroupe des projets scientifiques dont l'objectif est de détecter la présence de civilisations extraterrestres. De nombreux signaux ont été lancés et nous attendons, nous rêvons d'une réponse!
Nous nous posons depuis bien longtemps cette question: existe-t-il ou a-t'il existé une forme de vie dans les planètes du système solaire? Des télescopes spatiaux et de nombreuses sondes ont été envoyées  sur les planètes et leurs satellites.
En dehors du plaisir de la chasse, les scientifiques (astronomes, astrophysiciens, astrobiologistes, radioastronomes, etc ) vont maintenant chasser, dans d'autres étoiles que le Soleil, des exoplanètes dont les conditions seraient les plus proches de celles de la Terre et où il y aurait peut-être la présence d'une certaine forme de vie.

On est émerveillé devant l'ingéniosité déployée par les scientifiques pour détecter des exoplanètes situées à des milliards et des milliards de km. Ils utilisent, pour cela, trois méthodes:

1. La méthode des vitesses radiales

La vitesse radiale d'une étoile est la composante de sa vitesse dans la direction étoile-observateur. La présence d'une planète tournant autour de son étoile fait subir à celle-ci des oscillations : la vitesse radiale subit des petites variations et l'étoile se rapproche ou s'éloigne périodiquement. Il en résulte que le spectre de l'étoile est décalé vers le bleu ou le rouge alternativement (voir mon article "Redshift et blueshift" du 09/01/2017).

2. La méthode des transits

Le transit est le passage, dans la ligne de visée étoile-observateur, d'une planète devant son étoile. Lorsque la planète se déplace en 1- 2 -3, l'observateur note une diminution de luminosité de l'étoile en 1-2-3 sur la courbe. C'est une mini-éclipse de l'étoile par sa planète.

3. La méthode des microlentilles gravitationnelles

Lorsqu'une étoile proche (la microlentille) croise la ligne de visée entre la Terre et une étoile plus éloignée (la source) le flux lumineux de cette dernière est alors amplifié. Si une planète orbite autour de cette microlentille elle va également produire une amplification de faible amplitude.
On a observé ces deux amplifications du flux lumineux d'une étoile lointaine (graphique ci-dessus):
- dans la nuit du 31 Juillet 2005 par l'étoile-lentille OGLE-2005-BLG-390 L, 
- dans la nuit du 10 Août 2005 par sa planète OGLE-2005-BLG-390 L b (la petite bosse qui a été agrandie plus haut à droite). 
Chaque point représente une mesure du flux lumineux de l'étoile-source, la couleur de ce point correspond au télescope où l'observation a été faite. Les télescopes répartis sur différents continents (OGLE et Danish au Chili, Robonet aux Canaries et à Hawaï, Canopus et Perth en Australie, MOA en Nouvelle-Zélande) se sont relayés pour construire, toujours la nuit, la courbe ci-dessus. 

L'intelligence artificielle au service de la Nasa

Deux exoplanètes, Képler 90 i et Képler 80 g viennent d'être découvertes par une intelligence artificielle. Celle-ci est un algorithme d'apprentissage développé par Google,  une machine learning (machine qui apprend). Les chercheurs "nourrissent" la machine de milliers de données, de milliers de courbes de lumière d'étoiles données par le télescope spatial Képler de la Nasa entre 2009 et 2013 et la machine intelligente, inspirée d'un cerveau humain, tisse un réseau de neurones artificiels pour  apprendre  à détecter de minuscules diminutions de luminosité des étoiles. C'est la méthode des transits.

L'apport de l'intelligence artificielle va accélérer la découverte de nouvelles exoplanètes.
Et un jour, trouvera -t-on peut-être une petite planète rocheuse semblable à la Terre avec des traces de vie?

Avant le Big Bang

Il y a 13,8 milliards d'années environ éclata le Big Bang à l'origine de l' Univers mais avant le Big Bang que s'est-il bien passé ? Rien ? Quelque chose ? Tout esprit curieux doit se poser la question, mais la réponse est bien difficile à trouver et nombreuses sont les hypothèses avancées sans aucune preuve, sans la moindre observation de ce qu'il y a eu avant le Big Bang.

Après le Big  Bang

Pour chercher à comprendre, à deviner ce qu'il y a eu avant le Big Bang, regardons ce qui est arrivé après, par ordre chronologique en partant du début du Big Bang.
1. Penzias et Wilson ont réussi en 1965 avec une énorme antenne métallique en forme de corne, à capter un rayonnement fossile de l'Univers chaud primordial:

Les deux Prix Nobel Penzias (à droite) et Wilson (à gauche) devant l'énorme antenne en forme de corne.

Les radiotélescopes, les télescopes terrestres ou spatiaux de plus en plus puissants permettent de scruter la voute céleste et de voir de plus en plus loin dans notre Univers. Les satellites COBE, WMAP, Planck ont observé un rayonnement fossile révélant les premières lueurs de l'Univers émises environ 370 000 ans après le Big Bang, soit très peu de temps après le Big Bang qui s'est produit, rappelons le, il y a environ 13, 8 milliards d'années. La photo ci-dessous prise par  le télescope du satellite Planck en 2009 présente des infimes variations de température qui traduisent les contrastes de densité de matière:

Au milieu, en blanc, brille la voie lactée notre Galaxie.

2. Ensuite cette matière a évolué pour donner des milliards de galaxies qui contiennent des milliards d'étoiles qui naissent, vivent et meurent. Globalement l'ensemble des galaxies est en expansion, l'Univers gonfle, gonfle comme un ballon, indéfiniment, en suivant la loi de Hubble.

3. Cette expansion s'accélère.

Avant le Big bang

A l'aide des observations précédentes, nous pouvons maintenant émettre quelques hypothèses.

Tout d'abord on peut comparer le Big Bang à l'horizon. Dans l'océan on ne voit rien au delà de l'horizon, mais on sait qu'il y a bien des choses au delà. On pourrait penser qu'il en est de même avec le Big Bang, au delà il se pourrait qu'il existe des phénomènes cosmiques que l'on ne peut pas voir.

Initialement l'Univers était minuscule, très chaud et très dense, puis il s'est gonflé , s'est refroidi et des milliards de galaxies se sont formées, en pleine expansion. Il a fallu pour cela, au préalable, avant que n'éclate le Big Bang, il a fallu non pas un coup de baguette magique (ou divine comme certains le pensent) mais une énergie énoooooorme! une quantité de chaleur gigantesque! Beaucoup de scientifiques (Hubert Reeves en particulier) pensent que ce sont des champs quantiques qui ont produit cette énergie, cette chaleur avant le Big Bang.

D'autres scientifiques pensent qu'avant le Big Bang il y eut un état de contraction extrême de l'espace lui même précédé d'une succession d'expansions et de contractions. Autrement dit il y eut une succession d'univers qui ont abouti à notre Univers (avec un U majuscule).

Certains cosmologistes vont plus loin: il existerait des milliards d'univers parallèles qui constitueraient ce qu'on appelle le "multivers" dont notre Univers ferait partie!

L'expansion de l'Univers s'accélère (observation 3 plus haut). Il y a dans l'Univers environ 4% de matière ordinaire visible, 21% de matière noire et 75% d'énergie noire. On pense que c'est l'énergie noire qui accélère l'expansion de l'Univers. Ce serait une force répulsive des galaxies plus forte que l'attraction de la gravitation. Cette énergie noire encore bien mystérieuse, d'où provient-elle? N'existerait-elle pas avant le Big Bang?

Je vous ai exposé quelques hypothèses émises dans des théories très intéressantes, mais il est impossible de les vérifier par des observations de phénomènes cosmiques antérieurs au Big Bang.

Désolé! Je ne pourrais pas vous montrer de belles photos comme les précédentes!

L'intelligence artificielle

J'ai publié un article "L'intelligence et la bêtise" le 13 /10 / 2016. Il s'agissait de l'intelligence et de la bêtise humaines. Avec les technologies galopantes, une nouvelle forme d'intelligence est apparue: l'intelligence artificielle. C'est une véritable révolution qui est en marche. Nombreuses sont les applications et bien des questions se posent.

Qu'est-ce que l'intelligence artificielle ? 

L'intelligence artificielle est une intelligence fabriquée par les machines (ordinateurs, calculateurs, robots). Elle est dans certains domaines  une imitation, une simulation de l'intelligence humaine ou d'une autre intelligence. En mieux ou en plus mal ? Sous quelles formes peut-on la trouver? Nous allons en donner des exemples, seulement quelques exemples!

L'intelligence artificielle dans les jeux vidéo  

Les jeux vidéo évoluent sans cesse et leurs logiciels font preuve d'une intelligence remarquable (tactique, stratégie, simulations diverses) en jouant avec les jeunes, ces jeunes qui pianotent souvent un peu trop sur leurs tablettes!

Mais les plus grands aussi jouent aux jeux vidéo sur leurs ordinateurs. Par exemple aux échecs. L'ordinateur Deep Blue d'IBM  contient 256 microprocesseurs, l'équivalent de 15 millions de transistors. Ses capacités de calcul lui permettent aux échecs de calculer 200 millions de positions par seconde. L'humain, vraie tortue, se traînerait à 2 positions par seconde. Les coups joués par l'ordinateur dépendent de ceux de l'homme qui joue. Il y a une véritable tactique, une réflexion de la part de la machine.

Il y eut des matchs célèbres: la machine contre  le champion du monde aux échecs Gary Kasparov.
Le premier match en 1996 fut remporté par Kasparov, le second en 1997 par Deep Blue.
Pour la première fois l'un des meilleurs joueurs humains du jeu d'échecs est battu par une machine!



AlphaGo est un super ordinateur qui a fait sensation en battant en 2016 le champion du monde du jeu de go. En 2017 il a été battu par AlphaGoZéro nouvelle version de lui-même!

L'intelligence artificielle des robots

Certains robots font preuve d'une intelligence artificielle:

               

NAO est un robot humanoïde français  développé par la société japonaise Aldébaran Robotics.Il en existe plusieurs versions vendues dans le monde entier. Grâce à de nombreux capteurs, micros et caméras dissimulés dans son corps humanoïde, il possède une reconnaissance vocale et une détection des formes et des visages. Il est utilisé dans les établissements d'enseignement, les laboratoires de recherche, il peut être un robot de compagnie, un partenaire de jeu, un garde-malade, un compagnon d'enfants autistes ou de personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer.

Le président de Soft Bank, Massayoshi son, présente en 2014 Pepper un robot capable de lire les émotions des êtres humains et d'interagir avec eux.





Le robot d'intelligence artificielle Watson n'est pas un robot humanoïde comme les précédents. C'est un super-ordinateur créé par IBM capable de comprendre le langage humain, de répondre aux questions qu'on lui pose.

En 2011 le robot Watson bat les humains au jeu télévisé américain
"Jéopardy".





La banque "Crédit mutuel-CIC" l'utilise. On l'emploie aujourd'hui en médecine.                                                      

Le chatbot, "chat" comme discussion en Anglais et "bot" comme robot, est un agent conversationnel, un logiciel programmé pour faire une reconnaissance vocale, simuler une conversation avec un client pour lui proposer une réponse personnalisée.  On le trouve sur les sites Web de la SNCF, d'Orange, de la Fnac, d'Ikéa, les réseaux sociaux, Microsoft, Google.

Par la voix, certains smartphones répondent à des questions.

Les véhicules autonomes

L'intelligence artificielle au service de l'automobile.
De nombreux constructeurs automobiles (Google Car, Tesla, BMW, Nissan) construisent des logiciels remplaçant le conducteur. Les voitures sont autonomes, elles vont vous chercher, vous déposent, se garent seules.

Cette navette expérimentée au Bois de Vincennes à Paris est autonome, dépourvue de conducteur et électrique.

Les dangers de l'intelligence artificielle

Les jeux vidéo, en particulier ceux qui possédent une intelligence artificielle, peuvent conduire les jeunes à une addiction aux jeux. Ils pianotent sur leurs tablettes des heures et des heures, vivant dans un monde irréel, négligeant parfois leurs études. Les parents et les établissements scolaires limitent ou suppriment l'emploi des tablettes dans certains cas. 

L'intelligence artificielle n'a pas de conscience, ni d'esprit. Une machine intelligente tient-elle compte du facteur humain?  Par exemple, en cas d'accident comment une voiture autonome fabriquée par une intelligence artificielle réagirait face aux risques reposant sur les vies humaines des passagers ou des piétons?

Si l'intelligence artificielle surpasse l'intelligence humaine, elle pourrait la dominer, prendre à sa place des décisions néfastes,  duper les humains, les manipuler, Imaginez un monde dominé par des robots! Ces robots pourraient être des machines de guerre!

Mais ce n'est pas l'intelligence artificielle qui est dangereuse, c'est l'homme qui l'utilise qui peut être dangereux. Comme dans le nucléaire, je pense au cri d'alarme poussé par Einstein dans sa lettre écrite à Roosevelt, stigmatisant le danger de la bombe atomique. C'est la même chose avec l'intelligence artificielle, des cris d'alarmes ont été lancés par Bill Gates et Stephen Hawking, entre autres.....