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Dossier – Les constantes fondamentales de l’Univers

Mathieu
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Dossier – Les constantes fondamentales de l’Univers

Dossier de l’épisode #18.

Une constante physique est une quantité physique dont la valeur numérique est fixe, c’est-à-dire qu’elle possède un valeur dont on a remarqué qu’elles semblait constante et indépendante de tous paramètres utilisés.

  • Contrairement à une constante mathématique, une constante physique implique directement une grandeur physiquement mesurable.
  • Il existe 2 types de constantes physiques:
    • sans dimension(sans unité) qui ne dépendent pas du système de poids et mesures utilisé, elles ont donc la même valeur dans tous les systèmes d’unité possibles.
    • avec dimensions(avec unités) qui auraient évidemment des valeurs différentes dans des systèmes différents.
      • la masse de l’électron 9,109×10-31 kg.
  • Il en existe plusieurs dizaines.
  • Les constantes de la physiques se subdivisent aussi en différentes catégories:
    • Les constantes universelles (vitesse de la lumière, constante de gravitation et constante de Planck).
    • Les constantes électro-magnétiques (permittivité dilélectrique du vide-constante électrique, constante de Coulomb, charge élémentaire de l’électron…).
    • Les constantes atomiques et nucléaires (constante de structure fine, masse du proton, masse de l’électron, masse des quarks, masse des bosons…).
    • Les constantes physico-chimiques (unité de masse atomique, nombre d’Avogadro, la constante de Boltzmann, la constante de Faraday, la température du point triple de l’eau…).
    • Les constantes astronomiqes (masse du soleil, rayon du soleil, masse de la Terre, rayon de la Terre…).
    • Les unités de planck (masse de Planck, longueur de Planck, temps de Planck, température de Planck…). Elles sont définies de façon à ce que les constantes universelles que sont la vitesse de la lumière, la constante de gravitation et la constante de Planck valent 1.

Les constantes fondamentales

En physique la notion de constante fondamentale peut prendre deux significations:

  • une grandeur fixe sans dimension (sans unité) intervenant dans les équations de la physique.
  • une grandeur fixe dont la valeur ne peut pas être prédite par la théorie.

Dans la première catégorie:

  • Il s’agit de constantes physiques sans dimension qui ne dépendent pas du système de poids et mesures utilisé.
  • A la différence des constantes mathématiques qui ne possèdent pas non plus de dimension, les valeurs de ces constantes fondamentales physiques particulières sans dimension ne peuvent pas être calculées par les mathématiques, elles sont déterminés pas la mesure physique.
  • Dans le modèle standard de la physique, on considère qu’il existe 26 (initialement 19) constantes physiques fondamentales sans dimension, comme par exemple:
  • De nouvelles constantes devraient probablement être nécessaires pour décrire les propriétés de la matière noire et l’énergie noire.

Dans la seconde catégorie:

  • il s’agit de constantes physiques possédant une dimension mais considérées comme constantes universelles.
  • leurs valeurs ne sont connues que par la mesure expérimentale.
  • elles on été mises en avant par le National Institute of Standards and Technology (NIST).
  • elles sont souvent utilisées comme facteur de conversion afin d’homogénéiser une équation, c’est-à-dire à n’utiliser que des grandeurs sans unité.
  • on admet souvent qu’il en existe trois :
    • la vitesse de la lumière: c = 299 792 458 m/s
    • la constante de gravitation: G =6,67428.10-11 m3.kg-1.s-2
    • la constante de Planck : h=6,626 068 96.10-34J.s
      • utilisée pour décrire la taille des quantas, correspond à la plus petite mesure indivisible – l’énergie rayonnante est discontinue. Les quanta sont alors les « grains » composants cette énergie.
      • Elle joue un rôle central dans la mécanique quantique et a été nommée d’après le physicien Max Planck.
      • Elle relie notamment l’énergie d’un photon à sa fréquence \nu\,: E=h \nu\,
  • Mais on ajoute aussi parfois d’autres constantes universelles comme la permittivité diélectrique du vide (aussi appelée constante électrique) ε0.

On voit donc qu’en physique les constantes fondamentales représentent un sous-ensemble de l’ensemble des constantes physiques décrites auparavant.

Comment ces constantes agissent sur l’Univers?

La valeurs numériques d’un certain nombre de constantes physiques à dimension peut être normalisée à 1, si les unités de temps, longueur, masse, charge, et température sont choisi adéquatement. Le système d’unité résultant est ce qu’on appelle le système d’unités naturelles.

  • On voit par exemple que les valeurs numériques de la vitesse de la lumière, de la constante de gravitation, des constante de Planck, Coulomb, et Boltzmann sont toutes 1 lorsqu’elles sont exprimées dans le système d’unités de Planck.
  • On obtient ce résultat en combinant c, G et h de différentes manières afin de produire des quantités que nous appelons la “longueur de Planck”, le “temps de Planck” et la “masse de Planck”, dont les dimensions sont une longueur, un temps et une masse “pures”.
  • Dans ces unités, c, G et h ont pour valeur numérique 1.

De plus un certain nombre de constantes physiques sont sans dimension et ne peuvent pas non plus être éliminées des systèmes d’unités:

  • Leurs valeurs sont déterminée expérimentalement.
  • La plus connue est la constante de structure fine α, il n’y a aucune théorie qui explique pourquoi elle possède la valeur qu’elle a.

La liste des constantes fondamentales sans dimension augmente lorsque les expériences mesurent de nouvelles relations entres différents phénomènes physiques, et décroit lorsque la physique théorique démontre comment certaines d’entre elles peuvent être calculées à partir d’autres plus fondamentales.

On voit aussi que la chimie se réduit de plus en plus à la physique au fur et à mesure que les propriétés des atomes et molécules peuvent être calculés par le modèle standard de la physique. Et c’est l’objectif de la physique théorique de trouver les principes fondamentaux pour que le plus grand nombre de constantes fondamentales sans dimensions puissent être calculées plutôt que estimées empirquement.

Martin Rees dans son livre Just Six Numbers décrit 6 constantes sans dimension dont il juge les valeurs comme fondamentales pour décrir la structure de l’Univers. L’idée de la grande Théorie du Tout unificatrice devrait idéalement pouvoir réduire le nombre de constantes fondamentales à zéro. L’objectif des physiciens est justement de trouver une théorie qui n’aurait pas besoin de poser la valeur de constantes fondamentales.

La question qu’on se pose est donc de savoir combien de ces constantes résultent purement de considérations mathématiques, et combien représentent autant de degrés de liberté pour de possibles théories physiques valides?

On sait que l’Univers serait très différent si ces constantes prenaient des valeurs différentes de celles qu’on observe. Par exemple, un petit pourcentage dans la valeur de la constante de structure fine serait suffisant pour éliminer les étoiles comme le soleil.

La constante de structure fine α sans dimension est une combinaison de la charge de l’électron e, la vitesse de la lumière c, et la constante de Planck h. Au premier abords, on serait tenter de penser qu’un monde où la vitesse de la lumière serait plus lente serait différent. Mais c’est une erreur! Si les valeurs de e, c et h avaient changé, mais la valeur de la constante de structure fine α reste inchangée, ce nouveau monde serait en terme d’observation pas distinguable de notre monde actuel. La seule chose qui compte dans la définition de mondes différents est la valeurs des constantes sans dimension.

Implications sur les 4 forces fondamentales

Si la force de gravitation était plus puissante, elle serait capable d’accumuler plus de gaz lors la formation stellaire et seules des étoiles massives se formeraient.

  • Or, ces dernières ont une durée de vie beaucoup plus courte que notre Soleil.
  • La vie n’aurait donc pas à sa disposition les milliards d’années qui lui ont été nécessaires pour se développer sur Terre.

Au contraire, si la force de gravitation était plus faible, seules des étoiles peu massives se formeraient.

  • Il n’y aurait pas d’explosion de supernova et aucun élément plus lourd que l’hydrogène ou l’hélium n’apparaîtrait.
  • Or, une vie uniquement fondée sur ces deux éléments est très difficile à imaginer.

Si l’interaction électromagnétique était plus forte, les liens entre noyaux et électrons à l’intérieur des atomes seraient plus solides et plus difficiles à défaire.

  • Or, c’est en partageant certains de leurs électrons que les atomes créent des liaisons chimiques et s’organisent en molécules.
  • Si cela devenait trop difficile, toute chimie serait impossible, ce qui empêcherait la vie de se développer.

Si l’interaction électromagnétique était plus faible, les liens entre électrons et noyaux seraient moins solides.

  • Ceci rendrait les atomes très fragiles et empêcherait probablement la chimie de la vie.

Si l’interaction nucléaire forte était plus puissante, protons et neutrons seraient beaucoup plus disposés à s’associer.

  • Ils formeraient systématiquement des éléments lourds.
  • Il n’y aurait par exemple pas d’hydrogène, donc pas d’eau, ce qui défavoriserait sérieusement la chimie de la vie.

Si cette interaction nucléaire était moins intense, protons et neutrons seraient moins enclins à s’assembler.

  • Il n’y aurait pas d’élément plus lourd que l’hydrogène, donc pas de vie.

Dans le cas de l’interaction nucléaire faible, le problème se poserait principalement après le Big Bang, à l’époque où une partie des neutrons se désintègrent en protons, juste avant la nucléosynthèse primordiale.

Si l’interaction faible était plus puissante, plus de neutrons seraient transformés en protons, et il y aurait par conséquent moins d’hélium dans l’Univers.

  • Ceci empêcherait plus tard la formation de certains éléments lourds nécessaires à la vie.

Au contraire, si l’interaction était plus faible, les neutrons ne se désintégreraient pas et la nucléosynthèse primordiale conduirait à un Univers rempli d’hélium.

  • L’hydrogène, ingrédient indispensable à la vie, serait absent.

Multivers et principe anthropique

Ca amène donc la question des univers multiples (multivers), chacun d’entre eux avec des valeurs différentes pour ces constantes, la question est de savoir pourquoi les constantes de notre Univers sont-elles si bien réglées qu’elles ont pu amener l’émergence de la vie intelligente…? Il semblerait que notre Univers a exactement les propriétés requises pour que l’homme – ou plus généralement la vie – puisse apparaître….

La vie serait-elle le but de l’Univers ?  D’un point de vue métaphysique, on pourrait énoncer que l”Univers possède les propriétés nécessaires à l’apparition de la vie car telle est sa raison d’être, une hypothèse qui porte le nom de principe anthropique:

  • C’est notre existence qui à posteriori fait que notre Univers et ses lois doivent être de la manière qu’ils sont.
  • La propre existence de l’humanité conditionnerait la nature des lois de la physique pour que la vie puisse apparaître.

En conclusion, si l’Univers est composé d’une «scène», le continuum spatio-temporel, et d’ « acteurs », l’énergie et la matière (actuum), il existe aussi une « mise en scène », c’est à dire des règles du jeu, ou Lois de l’Univers régies par les constantes fondamentales.

Sources:

http://feynman.phy.ulaval.ca/marleau/marleau_constantes.pdf

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/

http://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_fondamentale

http://fr.wikipedia.org/wiki/Constantes_physiques

http://en.wikipedia.org/wiki/Physical_constant

http://en.wikipedia.org/wiki/Fundamental_physical_constant

http://www.astrosurf.com/luxorion/constante-physique.htm

http://www.astronomes.com/c7_bigbang/p753_constfondam.html

http://www.kterre.org/dossiers/univers_lois.php

Interview : Paolo Ricci, la physique des plasmas

Alan Vonlanthen
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Interview : Paolo Ricci, la physique des plasmas

RETRANSCRIPTION DE L’INTERVIEW DE PAOLO RICCI DANS L’EPISODE 14, ENREGISTREE ET DIFFUSEE SUR PODCASTSCIENCE.FM LE 5 DECEMBRE 2010

(Avec un peu de retard… Toutes nos excuses… Et un tout grand merci à Leo pour le gros de la retranscription et bien sûr à Paolo Ricci pour la relecture attentive)

Podcast Science (PS) : Paolo, tu es physicien, au Centre de Recherches en Physique des Plasmas de l’EPFL. Pour donner une petite idée de ce qu’est le plasma, voici la définition de Wikipedia :

le terme plasma est aussi appelé 4e état de la matière, et il a été utilisé en physique pour la première fois par un physicien américain se nommant Irving Langmuir, en 1928. On appelle cela « plasma » par analogie avec le plasma sanguin auquel ce phénomène s’apparente visuellement. Voilà pour la définition de ce quatrième état de la matière. Tout le monde connaît les trois états de la matière habituels : solide, liquide et gazeux. Mais visiblement le plasma serait un quatrième état qui viendrait à de très hautes températures, le gaz se transformant en plasma.

Paolo Ricci (PR) : Oui, exactement, donc si on réchauffe un gaz à des températures très élevées, de l’ordre de 10’000° Celsius, on donne une énergie suffisante pour arracher les électrons aux atomes. Donc au final, on a une sorte de soupe dans laquelle il y a des électrons et des ions (qui sont des particules avec une charge électrique) et ces particules sont sujettes à des forces électriques et magnétiques qui ne sont pas importantes dans la matière ordinaire, donc on aura un état de la matière qui suit les lois physiques qui sont très différentes de la matière ordinaire.

PS : D’accord, et quand on arrache un électron à un atome, l’atome se transforme en ce que l’on appelle un ion. C’est juste, non?

PR : Oui, tout à fait, les atomes sont neutres, électriquement, parce qu’il y a un noyau qui est chargé positivement (parce qu’il y a des protons dans ce noyau). Autour de ce noyau, il y a les électrons qui sont chargés négativement. Donc au final, l’atome est neutre. Mais si l’on arrache un électron, on obtient un ion qui est chargé positivement. Les électrons ont une charge négative. Les ions une charge positive.

PS : Donc tout ça se mélange dans une sorte de soupe un peu visqueuse

PR : Exactement

PS : On y reviendra sûrement plus tard, mais le plasma remplit visiblement une grande partie de la matière de l’univers. Il y a beaucoup d’étoiles à l’intérieur desquelles on trouve du plasma.

PR : Oui, simplement on a l’impression sur Terre, que le plasma est un état de la matière peu commun, ce qui est faux. C’est l’état le plus commun de la matière visible dans l’univers : les étoiles sont des plasmas ! Dans une étoile, il y a une énergie suffisante pour arracher les électrons. La matière entre les étoiles est aussi plasma, et la matière en-dehors de l’atmosphère l’est également. On dit que les 99% de la matière dans l’univers sont à l’état de plasma.

PS : Donc nous, on est vraiment l’exception on est dans le 1% qui n’est pas plasma. Est-ce que le soleil est du plasma?

PR : Oui

PS : J’avais vu un graphique qui montrait que l’on peut avoir le plasma à différentes échelles. Autant en températures qu’en ce qu’on appelle densité, c’est à dire le nombre de particules chargées par mètres cubes. C’est juste?

PR : Oui, exactement, le plasma dans une étoile est évidemment très différent du plasma que l’on trouve dans les vents solaires, par exemple. La densité est différente, la température est différente…

PS : Donc il y a différents types de plasmas finalement ?

PR : Oui, c’est exact. On a des plasmas sur Terre qui sont très différents des plasmas que l’on trouve dans le soleil. Les éclairs sont un exemple naturel de plasma tout comme les aurores boréales.

PS : Mais ça se passe comment? Car on ne retrouve pas les 10’000 degrés dont tu nous parlais tout à l’heure, pour pouvoir transformer un gaz en plasma, ou bien si?

PR : Oui, on les retrouve car les électrons ont des températures aussi élevées. C’est assez compliqué… Dans notre perception, la température est toujours liée au flux de la chaleur. Mais avec des densités de plasma très basses comme par dans un éclair par exemple, la température et le flux sont deux choses très différentes. On peut toucher une chose qui a une température très élevée mais le flux de la chaleur est très bas et donc on ne sent pas le chaud.

PS : Mais alors, dans un éclair, qu’est-ce que le plasma, est-ce ce rayon lumineux?

PR : Oui, c’est tout ce que l’on voit de lumineux. Lorsque l’on arrache un électron ou quand il y a de nouveau une re-combinaison d’ions et d’électrons, de la lumière est émise et donc c’est ce que l’on voit au final.

PS : Donc la production de lumière fait partie du processus de transformation du gaz en plasma?

PR : Exactement.

PS : Et donc une flamme est également un plasma?

PR : Oui c’est un plasma. Un plasma un peu particulier parce qu’il y a beaucoup de neutres, c’est à dire qu’il n y a pas que des ions et des électrons : il y a aussi beaucoup d’atomes. On peut, en effet, parler de plasma dans ce contexte.

PS : Donc c’est un plasma qui n’est pas aussi abouti que celui du soleil car le processus de transformation n’est pas tout à fait terminé?

PR : Exactement.

PS : Donc on voit qu’il y a plusieurs sortes des plasmas à l’état naturel comme les étoiles, les éclairs, les flammes, les aurores boréales. D’ailleurs comment fonctionne le phénomène pour les aurores boréales? Tu arriverais à nous l’expliquer?

PR : Oui, oui, j’espère. Donc, comme je le disais tout à l’heure, il y a autour de l’atmosphère de la matière à l’état de plasma. Cette matière vient du soleil, et grâce aux vents solaires, arrive vers la Terre. La Terre possède un champ magnétique qui empêche le plasma d’entrer dans l’atmosphère. Du coup, le plasma de vent solaire reste autour de la Terre mais n’entre pas.

PS : Donc ce qu’on voit dans les aurores boréales, c’est le plasma qui est juste à l’extérieur de l’atmosphère et qui n’a pas réussi à entrer sur Terre?

PR : Non, ce que l’on voit durant l’aurore boréale, est la conséquence d’un phénomène particulier qui s’appelle reconnexion magnétique et pendant ce processus, il y a la possibilité que du plasma venant de vents solaires, puisse arriver jusqu’à l’atmosphère. Donc pendant une aurore boréale, le plasma a la possibilité d’arriver jusqu’à nous et on peut le voir pendant qu’il entre dans l’atmosphère. C’est un phénomène que l’on peut qualifier d’exceptionnel.

PS : Normalement ça ne rentre pas dans l’atmosphère mais les rares fois où ça entre, ça donne lieu à des aurores boréales.

PR : Exactement.

PS : Voila pour les plasmas naturels. Il existe également des formes de plasmas industriels. J’aurais pensé aux téléviseurs plasma, car c’est le seul terme que le grand public connaisse mais visiblement en terme de recherche, ça ne veut pas dire grand chose. Donc quelles sont les applications les plus importantes du plasma industriel?

PR : Je pense que l’application la plus importante autant au niveau de la recherche qu’au niveau de l’utilité qu’elle aura pour l’humanité, est l’étude de la fusion nucléaire, où le plasma aura réellement un rôle à jouer. Le projet scientifique le plus grand au monde qui s’appelle ITER est extrêmement lié à la physique des plasmas.

PS : On le sait, tu travailles sur l’étude de la fusion nucléaire. On entend beaucoup parler non seulement de la fusion nucléaire mais aussi de la fission nucléaire, ce que l’on voit dans les centrales nucléaires habituelle, qui génère de l’électricité. Mais ces deux processus sont complètement différents.

PR : Oui, les noms sont proches, ce qui crée une confusion énorme. Mais les deux sont des processus nucléaires

PS : C’est à dire que ça se passe au niveau du noyau de l’atome?

PR : Exactement, on peut obtenir de l’énergie avec ces deux processus, mais de deux façons bien différentes. Dans la fission, on a un noyau très lourd (comme un noyau d’uranium) qui va se diviser en deux parties plus petites, qui seront radioactives au final. Donc on va partir d’un noyau d’uranium pour arriver finalement à deux noyaux de fer, par exemple. Ce processus libère beaucoup l’énergie ; il est utilisé dans les centrales à fission nucléaire pour produire de l’électricité en grandes quantités. La fusion nucléaire est une chose très différente, c’est la réaction que l’on trouve dans le soleil. Pendant une réaction de fusion nucléaire, on a deux noyaux. Ce sont des noyaux légers et assez petits (typiquement d’hydrogène ou d’hélium) qui vont fusionner ensemble et qui vont former un noyau plus lourd et pendant ce processus, on aura également une production d’énergie mais les produits de cette réaction ne seront pas radioactifs.

PS : Donc ça a un gros avantage sur la fission nucléaire, il n y a pas de résidus radioactifs.

PR : Exactement.

PS : Donc pour récapituler, on a d’un coté la fission nucléaire, c’est ce qui est utilisé dans les centrales nucléaires encore aujourd’hui : ça consiste à prendre un gros noyau et à le diviser en plusieurs petits, mais qui sont instables, donc radioactifs. Ce qui fait qu’on produit des déchets radioactifs mais dans le processus, on produit énormément d’énergie. Et de l’autre coté on a la fusion nucléaire, le processus qui existe dans le soleil par exemple, et il s’agit de deux petits noyaux qui sont fusionnés en un seul, donc pas de déchets radioactifs et une production d’énergie également.

PR : La production d’énergie obtenue par une réaction de fusion est encore plus grande que celle obtenue par une réaction de fission !

PS : D’accord mais alors pourquoi est-ce qu’on fait de la fission et non de la fusion nucléaire?

PR : Parce que c’est beaucoup plus difficile à faire… Aujourd’hui, on ne retrouve de la fusion que dans les bombes nucléaires, les bombes h. On sait faire de la fusion, mais on ne peut pas encore la faire de façon contrôlée pour obtenir de l’électricité à l’échelle industrielle.

PS : Tu a dit qu’il y a deux noyaux qui fusionnent pour donner un nouveau noyau. Ce nouveau noyau, de quel élément chimique fait-il typiquement partie?

PR : Typiquement, on parle d’hélium, Donc la réaction de fusion typique, est la réaction entre deux noyaux d’hydrogène pour obtenir un noyau d’hélium.

PS : Donc ça libère d’une part de l’énergie et ça donne de l’autre de l’hélium.

PR : Oui, exactement.

PS : Et finalement, où intervient le plasma dans la fusion nucléaire? Comment le lie-t-on avec ce processus?

PR : Si deux noyaux d’hydrogène sont chargés positivement, il y a une force entre eux qui est répulsive. Ils font tout pour s’éloigner l’un de l’autre. Il faut que ces deux noyaux deviennent proches au point qu’ils puissent fusionner. Il faut donc passer ces barrières de potentiel électrique qui est contraire à la fusion. C’est pour cela qu’on va chauffer ces noyaux à des températures énormes, aux alentours de cent millions de degrés Celsius, c’est de l’ordre de la température de la matière dans le soleil. C’est ainsi que ces deux noyaux peuvent se rapprocher et finalement fusionner.

PS : Et donc c’est l’état de plasma va permettre aux deux noyaux de pouvoir fusionner?

PR : C’est exact. Il faut les chauffer à des températures qui leur permettent de fusionner et à ces températures, la matière est à l’état de plasma.

PS : On commence à comprendre pourquoi la fusion, c’est compliqué. Quels récipients peut-on utiliser pour faire monter un élément à cent millions de degrés?

PR : C’est le problème… Il y a des matières que l’on peut chauffer à des températures très grandes mais ça reste très compliqué de pouvoir chauffer des éléments à cent millions de degrés, il faut les confiner dans quelque chose qui reste stable à ces températures. Il y a des idées, la plus intéressante, je pense, est d’utiliser des champs magnétiques.

PS : Donc, ce n’est pas une matière palpable qui doit résister à 100 millions de degrés, c’est un champ magnétique qui va confiner le plasma, soit l’isoler du reste du monde.

PR : Oui, parce que comme je l’avais dit, quand on a un plasma, on a des charges électriques, c’est à dire des ions et des électrons. Les charges électriques, sont sujettes aux champs magnétiques. Et un champ magnétique est capable de confiner les particules. Donc on pense pouvoir confiner le plasma à des températures très élevées.

PS : Tu travailles actuellement sur un projet qui s’appelle « ITER ». Est-ce que tu peux nous en dire un petit peu plus?

PR : « ITER », c’est la grande chose dans la fusion. L’idée, c’est de montrer qu’il est possible de faire recours à la fusion pour produire de l’énergie électrique.

PS : Donc, au niveau industriel, pour que ça arrive dans nos maisons et pour qu’on puisse l’utiliser normalement.

PR : Exactement, donc « ITER » ne produira pas de l’énergie mais il sera la preuve que c’est faisable. Après «ITER», aura lieu une autre expérience qui s’appellera « DEMO ». Et ce sera un réacteur démonstratif.

PS : Où se trouve-t-il exactement?

PR : Il se trouve à Cadarache, près d’Aix-en-Provence, dans le sud de la France.

PS : Et qu’est-ce que vous construisez exactement sur ce site? OK, vous allez montrer la faisabilité de la fusion nucléaire au niveau industriel, mais ça va consister en quoi concrètement : vous allez avoir des appareils ? Comme tu nous l’as dit avant, vous allez essayer d’isoler le plasma avec des champs magnétiques? Comment ça se passe?

PR : On va construire des aimants capables de générer un champ magnétique avec lequel on va pouvoir confiner le plasma à des températures et des densités suffisantes. Il y aura les infrastructures pour réchauffer le plasma, les infrastructures pour le confiner. Il y aura aussi les infrastructures pour gérer le plasma, c’est à dire le contrôler, enlever le produit de la fusion et y injecter le combustible. L’idée avec « ITER » est d’obtenir une quantité d’énergie qui est dix fois plus grande que la quantité d’énergie injectée pour réchauffer le plasma.

PS : Et on peut imaginer qu’il en faut pas mal pour obtenir une température de cent millions de degrés, donc on attend probablement beaucoup d’énergie à l’autre bout du processus.

PR : Absolument. Au final on aura une production d’environ 500 mégawatts, qui est une quantité raisonnable pour une centrale électrique.

PS : Et là, où en est le projet?

PR : La construction d’ITER a commencé en 2007 et l’idée c’est d’avoir le premier plasma en 2019. C’est un très grand projet, extrêmement compliqué. Ensuite, une fois le plasma obtenu, en 2019, on va le perfectionner. On pense utiliser ITER pendant quelque 10 à 15 ans et après cela, ou peut-être pendant, on commencera à construire « DEMO » donc le réacteur démonstratif.

PS : Est-ce que « DEMO » sera sur le même site?

PR : L’idée, c’est de mettre « DEMO » au Japon mais on parle aussi d’avoir plusieurs « DEMO » donc ce n’est pas encore décidé. Mais lorsque il a été décidé de construire « ITER » sur le territoire français, nous avons eu beaucoup de « contractations » (négociations) et pendant cette période, nous avions déjà imaginé mettre « DEMO » au Japon. Tout le monde voulait avoir « ITER » sur son territoire car cela voulait dire beaucoup d’argent qui arrive et beaucoup de connaissances si on est sur place.

PS : Et tu dis que c’est prévu pour 2019 d’obtenir les premiers plasmas ; ça veut dire que c’est vers 2019-2020 que l’on va réellement pouvoir se rendre compte de la faisabilité de la fusion nucléaire.

PR : Ce n’est sans doute pas le premier plasma qui nous donnera la réponse, mais on peut parler de 10 ans pour avoir une idée, vraiment, de la faisabilité.

PS : Donc pour pouvoir utiliser la fusion nucléaire afin de produire de l’énergie électrique au niveau industriel, il faudra attendre encore plusieurs dizaines d’années.

PR : Oui, je pense qu’il faudra une trentaine d’années pour envisager cela. Peut-être que cela semble très long mais il faut se rappeler que toutes les grandes évolutions énergétiques ont pris beaucoup de temps pour être mises au point.

PS : Mais, finalement, est-ce que la fusion nucléaire est une énergie complètement propre ou est-ce qu’il y a quand même un déchet ou quelque chose qui pose problème?

PR : C’est une énergie définitivement propre. Il y a une production de déchets nucléaires mais les déchets ont une vie très courte donc cela ne pose aucun problème.

PS : Et tu as dit que la fusion s’effectue au départ à partir de deux noyaux d’hydrogène. Donc finalement, l’hydrogène, on l’a à profusion.

PR : Oui, pour être plus précis, si l’on cherche à avoir une réaction de fusion plus facile, il faut utiliser le deutérium, un type d’hydrogène qui se trouve dans l’eau et qui n’est pas du tout compliqué à trouver. Il faut aussi partir du lithium qui est une matière également très commune. De plus, on n’a aura besoin que de quantités très petites de ces éléments pour produire de l’énergie. Un autre avantage d’une centrale à fusion nucléaire, c’est qu’on n’a pas besoin d’une extension très grande du territoire, pas comme l’énergie solaire, par exemple, pour laquelle on a besoin d’un territoire relativement grand. Aussi, l’énergie produite par la fusion nucléaire est une énergie stable, pas comme l’énergie éolienne quand le vent tombe ou l’énergie solaire quand il fait nuit. On peut avoir de l’énergie produite par la fusion nucléaire à la demande. C’est très difficile d’en obtenir mais c’est une énergie très propre et pour laquelle on pourra trouver un combustible très facilement.

PS : Une question reste mystérieuse : comment est-ce qu’on fait pour obtenir une température de cent millions de degrés? Comment est-ce possible?

PR : Il y a plusieurs façons. On peut utiliser des ondes électromagnétiques. (On peut penser à ce qui se passe à l’intérieur d’un four à micro-ondes)

PS : On agite les atomes avec des ondes électromagnétiques, plus les atomes bougent, plus ils vont vite et plus la température s’élève, c’est ça ?

PR : Oui. La deuxième façon c’est de mettre du courant dans un conducteur pour le faire chauffer. Et l’idée, c’est d’avoir un courant qui passe dans le plasma pour le réchauffer

PS : Mais le conducteur sera fait de quelle matière pour pouvoir tenir des températures pareilles?

PR : C’est le plasma lui-même le conducteur. Le problème pour réchauffer le plasma c’est que c’est un très bon conducteur et plus le conducteur est bon moins ça chauffe.

PS : Il est également possible d’injecter des particules accélérées, n’est-ce pas ? Ça veut qu’on pourrait avoir recours à un accélérateur de particules comme ce qu’on a au CERN?

PR : Non c’est un peu différent, c’est la troisième façon de réchauffer le plasma. On peut accélérer, réchauffer des particules avec un système externe et ensuite les injecter. Mais le problème, c’est qu’il est possible d’accélérer des particules qui ont des charges électriques, avec un champ électrique mais quand une de ces particule entre dans le plasma, « ITER », par exemple, elle va être tout de suite confinée dans le champ magnétique donc elle ne va pas pouvoir pénétrer à l’intérieur du plasma pour atteindre cette température très élevée. L’idée est d’avoir des particules neutres, des atomes qui aient une température suffisamment élevée pour pouvoir pénétrer dans le plasma et arriver jusqu’au centre de la machine où on trouve la température la plus élevée. Ce n’est pas simple d’accélérer des particules…

PS : Mais concrètement dans ce projet d’ « ITER » vous allez utiliser des aimants, des ondes électromagnétiques pour chauffer.

PR : On va utiliser là les trois façons de faire que je vous ai présentées dans le cade d’« ITER ».

PS : Et l’appareil, qui s’appelle « Tokamak », qui se construit dans la cadre du projet d’ « ITER », c’est justement l’appareil qui va servir à chauffer le plasma?

PR : C’est l’appareil qui va servir à le confiner. À mes yeux, c’est l’appareil le plus prometteur pour confiner le plasma. Il y a beaucoup de « Tokamak » dans le monde, le plus grand est en Angleterre, près de Oxford et il s’appelle « JET » (Joint European Torus). Mais on a aussi un « Tokamak », ici, à Lausanne, au centre de physique de plasma.

PS : Mais est-ce que celui de France aura quelque chose de plus? Sera-t-il plus puissant?

PR : Il sera très grand, beaucoup plus grands que tous les « Tokamaks » qui existent actuellement. L’idée est de pouvoir diminuer les pertes d’énergie. Plus le « Tokamak » est grand, plus le volume de plasma l’est également, et plus le rapport entre la surface et le volume devient petit. La surface d’une sphère est proportionnelle au rayon élevé au carré et le volume est proportionnel au rayon élevé au cube. Plus les rayons sont grands, plus le rapport avec la surface est petit, ce qui diminue les pertes.

PS : Donc le but est d’avoir le plus gros « Tokamak » possible, d’où le projet international. Est-ce qu’il y a beaucoup de monde qui y participe?

PR : Oui, la moitié de l’humanité. Il y a une participation de l’Europe, des États-Unis, du Japon, de l’Inde, de la Chine, de la Corée, de la Russie… Cela fait beaucoup de pays.

PS : Et par qui est-ce financé?

PR : C’est financé par tous les Etats qui participent au projet. Cependant, « ITER » se trouve sur le territoire européen donc l’Europe va payer la partie la plus grande.

PS : Est-ce que l’EPFL joue un rôle particulier dans ce projet?

PR : L’EPFL participe à la construction et à l’exploitation d’ « ITER ». L’EPFL fait partie d’un consortium, qui est d’une association, qui fait partie de l’Euratom. La participation de l’EPFL se fait dans le cadre de l’Union Européenne. Et donc à l’EPFL, on produit des parties d’« ITER » comme par exemple, des pièces permettant de réchauffer le plasma à l’aide d’ondes électromagnétiques. On y fait également des études théoriques et expérimentales, pour savoir comment fonctionnera l’intérieur d’« ITER ».

PS : Combien êtes-vous, dans le cadre de l’EPFL, à travailler sur ce projet?

PR : L’effectif du labo est d’environ 150 personnes, ce qui est assez grand. L’effectif à travers le monde et, lui, de plusieurs milliers.

PS : Et comment se passe la collaboration à travers le monde? Vous vous comprenez facilement? Utilisez-vous, par exemple, les mêmes unités de mesures, les pièces sont-elles toutes compatibles ?

PR : C’est très important de pouvoir bien collaborer, car c’est une machine très compliquée à élaborer. Mais chaque pays à pour mission de mettre diverses partie au point et de les faire parvenir à Cadarache pour que l’engin puisse fonctionner parfaitement une fois les pièces assemblées.

PS : Il y aura un sacré suspense, le jour ou il faudra assembler définitivement la machine.

PR : C’est important que chaque pays ait la possibilité de construire une partie d’ « ITER », car l’idée est de partager les connaissances entre tous les acteurs du projet.

PS : Les enjeux pour le futur sont juste énormes, c’est l’énergie du futur. Si la sauce prend, chacun voudra être parfaitement autonome dans sa propre construction de centrales à fusions.

PR : Oui bien sûr, la fusion va révolutionner la géopolitique.

PS : Vous passez probablement beaucoup de temps à communiquer à propos du projet, plutôt que de travailler véritablement dessus. C’est juste?

PR : Non, on arrive parfaitement à faire les deux choses en même temps, même dans ce contexte-là.

PS : Et étant donné que chaque équipe à son rôle à jouer, peut-on dire que chaque groupe est autonome ?

PR : Oui, moi par exemple, je fais de la théorie, donc je ne participe pas directement à la construction d’« ITER ». Je fais tourner des simulations de la dynamique du plasma. C’est un travail indépendant qui aura plusieurs implications, on ne pense pas seulement à bâtir la machine, il y a également tout un travail autour.

PS : On parle d’ « ITER » comme une expérience qui risque d’être des plus importantes pour l’humanité. Elle va probablement résoudre ce gros problème énergétique que l’on vit actuellement.

PR : Exactement, le problème du réchauffement climatique, par exemple, va probablement être résolu par la fusion, étant donné qu’il n y a aucune production de gaz à effets de serre. Il est urgent que l’on puisse faire recours à une énergie propre, qui puisse être produite en grande quantité.

PS : Mais pourtant on entend peu parler de la fusion nucléaire dans les médias, par exemple. Quand il y a des débats énergétiques, il y a les partis écologistes qui proposent des solutions, les partisans de la fission qui en proposent d’autres, mais on ne parle jamais de fusion.

PR : C’est simplement pour la bonne et simple raison que le projet est encore à l’état de recherche. Mais je pense que tout le monde sera d’accord avec le fait qu’il faut explorer cette énergie qui est très importante.

PS : Est-ce que le plasma est appliqué dans d’autres domaines comme par exemple le domaine du transport?

PR : Oui, bien sûr, ce sont peut-être des choses moins importantes mais comme le plasma est très chargé électriquement, il est possible de faire augmenter des vitesses et de les rendre très élevées. Le plasma fait bien plus augmenter les vitesses que la combustion. Grâce à cette méthode d’accélération, on peut fournir la propulsion nécessaire pour le lancement d’une fusée ou d’un satellite par exemple.

PS : Et pour revenir aux téléviseurs plasmas, on a vu que la matière devait chauffer à des températures monumentales pour qu’elle soit à l’état de plasma. Comment intervient le plasma dans ces téléviseurs? Ou plutôt comment un téléviseur peut chauffer à des températures pareilles?

PR : On en revient à la différence entre le flux et la température. Par ailleurs, le tube à néons, c’est du plasma. Pour obtenir un écran au plasma, c’est comme si on assimilait plusieurs petits tubes à néon.

PS : Un flux de chaleur ne transmet pas forcément une température élevée comme on peut en avoir l’impression. C’est juste?

PR : Oui exactement. Le flux est lié à la densité et aux nombres de particules chargées électriquement

PS : En tout cas le plasma est un sujet vraiment fascinant, c’est un univers où l’on a énormément à explorer.

PR : Oui, étudier le plasma est très fascinant, car il y a des applications qui sont très importantes, on a parlé d’ « ITER », mais c’est aussi très important pour comprendre l’Univers, la dynamique des étoiles, etc. Il faut comprendre la dynamique du plasma

PS : car il y a quand même 99% de la matière dans l’univers qui est constituée de plasma, donc son fonctionnement nous permettra de comprendre celui de tous les astres et de tous les corps constitués de plasma. Un auditeur, Pedro, nous a demandé si tu pouvais nous expliquer ce qu’est le « MHD », la magnétohydrodynamique. Tu pourrais nous en dire plus?

PR : C’est le modèle le plus simple pour décrire un plasma. Dans ce modèle-ci on utilise des équations pour décrire la dynamique des fluides, car c’est comme ça qu’un plasma est décrit, tout comme les liquides et les gaz. Puis on ajoute une composante électromagnétique dans le modèle. C’est le modèle qu’on utilise dans la vie de tous les jours. Les phénomènes les plus importants peuvent être décrits grâce au modèle MHD

PS : Paolo, c’était fascinant de pouvoir entrer dans cet univers des plasmas, merci infiniment, on a découvert plein de choses !

PR : Je vous en prie

La page de l’émission du 5 décembre 2010: Podcast Science N° 14 – la physique des plasmas

L’émission en MP3:

1. https://www.podcastscience.fm/podpress_trac/web/145/0/14-La-physique-des-plasmas.mp3     

Podcast Science 17 – Triassic Park

Podcast Science
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Podcast Science 17 – Triassic Park

Changements de dernière minute, un Anh Tuan de (temporairement) perdu, un Mathieu de retrouvé pour ce dernier épisode de l’année. Episode intercontinental toute saison, puisque Mathieu l’a enregistré depuis l’été argentin tandis que le professeur Von se trouvait comme toujours en Suisse. En hiver.

Cette semaine, nous faisons un petit catch-up des dernières news que nous n’avons pas pu traiter ces derniers temps et Mathieu nous parle du Parc d’Ischigualasto (ou Vallée de la Lune).

Les news

Le dossier

La quote de Mathieu

Ce que les cogniticiens peuvent penser, les gens de la nano peuvent le construire, ceux de la bio peuvent le développer, et ceux des technologies de l’information peuvent le maitriser. (William Wallace) http://www.dses.rpi.edu/people/faculty.cfm?facultyID=wallaw

La petite réflexion  – qui n’a rien à voir – du Professeur Von

Oops, failli oublier… L’expérience du “Hole in the Wall” conduite par Sugata Mitra qui montre comment des enfants qui ne savent ni lire ni écrire s’organisent spontanément pour apprendre au moyen d’un ordinateur, sans être guidés: http://www.hole-in-the-wall.com/

Prochain enregistrement le jeudi 6 janvier 2011 avec – on l’espère – l’équipe au grand complet

D’ici là, nous vous souhaitons de très belles fêtes et une excellente année !

Dossier: la Vallée de la Lune – Ischigualasto

Mathieu
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Dossier: la Vallée de la Lune – Ischigualasto

Dossier de Mathieu (épisode #17)

  • Le parc d’Ischigualasto ou Vallée de la Lune est situé au nord-ouest du pays, dans le département de la Vallée Fértile, au pied de la cordillére des Andes.
  • Ischigualasto est un lieu unique qui a suscité l’intérêt des géologues et paléontologues depuis une centaine d’années.
    • Les paléontologues y ont cherché des réponses à l’éternel mystère de l’orgine des dinosaures et mammifères modernes.
  • Un lieu magique et à la fois hostile:
    • Par national d'Ischigualasto (Wikipedia)Le parc offre un paysage très étrange, avec très peu de végétation, avec une gamme très variée de couleurs et des formes rocheuses très suprenantes.
  • Le site a été inclus dans le patrimoine naturel de l’Humanité de l’UNESCO le 29 novembre 2000.
  • Sa superficie est de 63 000 hectares ou 630 km2.
  • Ischigualasto est un nom d’origine Quechua (langues des Incas dans les Andes)
    • qui signifie « Endroit où se pose la lune » (wikipedia)
    • ou “Terre sans vie” (guide du routard)
  • Sur un plan paléontologique:
    • On y a exhumé des squelettes fossilisés de certains dinosaures.
    • C’est le seul endroit où l’on peut voir totalement et de manière parfaitement différenciée, toute la période triasique, et ce de manière complète et ordonnée.
    • On a calculé que les formations géologiques de ce site ont une ancienneté de 180 à 230 millions d’années.
    • Un des gisements géologiques et paléontologiques du Trias les plus important du monde.
      • Paléozoïque(ère primaire)
        • Cambrien – début 542 Millions d’années.
          • C’est l’époque où une flore terrestre se forme.
          • Premiers mollusques.
        • Ordovicien  – 488
        • Silurien – 444
        • Devonien – 416
        • Carbonifère – 359
        • Permien – 300
      • Mésozoïque(ére secondaire)
        • Trias – 251
          • marque la nouvelle ère après l’extinction permienne, la plus grande extinction massive ayant affecté la biosphère survenue il y a environ 250 millions d’années.
        • Jurassique – 200
          • grande époque des dinosaures.
        • Crétacé – 145
          • marque la disparition des dinosaures.
      • Cénozoïque– (ère géologique actuelle)
        • Paléogène – 65
          • Ère tertiaire (ou Ère des Mammifères)
        • Néogène – 23
          • Ère tertiaire (ou Ère des Mammifères)
          • Ère quaternaire (ou Ère de l’Homme) – 1,5
            • caractérisée par le retour des cycles glaciaires
  • Géographie:
    • Le vallée constitue un paysage étrange:
      • minéral et sec
      • roches aux formes capricieuses
      • des sols de couleurs très variées
  • Climat:
    • Le climat est aride à semi-désertique.
    • Très chaude durant la journée (> 40 degrés) et très froid la nuit.
    • Beaucoup de vent.
    • Très peu d’eau.
  • Faune et Flore:
    • Période Triasique– Entre 180 et 230 millions d’années:
      • Des dinosaures vivaient dans une végétation luxuriante.
    • Brutale apparition de la cordillère des Andes:
      • => boulversement climatique qui a tout pétrifier.
      • => a transformé cet endroit en un lieu surréaliste.
      • => permet de vivre une expérience de silence absolu
        • comme si on se retrouvait juste après la disparition des dinausuares au début d’une nouvelle ère.
      • On y trouve des formations géologiques de type lunaires:
        • Terrain de pétanque.
        • Enorme champignon rocheux.
      • Les restes des dinosaures exhumés sont parmi les plus vieux du monde et en très bon état.
        • on peut les voir au musée d’histoire naturelle de San Juan. (principale ville de la province située à 330 km).
    • Actuellement:
      • Peu de végétation: Cactus
      • Des félins comme le puma (ils se font discrets)
      • Des rapaces comme l’aige andin et le condor.
      • Le Nandou d’Amérique du Sud cousin de l’Autruche.

Gallerie de photos:  http://bit.ly/hugwwH

Vallée de la Lune
Vallée de la Lune

Sources:

Podcast Science 16 – Le cerveau dans tous ses états

Podcast Science
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Podcast Science 16 – Le cerveau dans tous ses états

2e semaine sans notre ami Mathieu mais plein plein de choses à dire malgré tout! Numéro très cérébral cette semaine…

D’abord un scoop!

Comme vous le savez peut-être déjà, le professeur Von a eu la chance d’être interviewé la semaine dernière par Lucile Zahnd, étudiante en Master de Communication Scientifique à l’Université de Strasbourg, pour un article à paraître  dans Le Grand Public de Mai 2011, ce qui a déjà donné lieu à l’illustration de Lucile que vous avez peut-être déjà vue la semaine dernière… Les bonnes nouvelles, c’est que

  1. Lucile nous accorde une interview dans le premier numéro de janvier, pour nous parler de sa formation et
  2. Elle a accepté d’illustrer certains sujets de Podcast Science, et cela dès aujourd’hui avec une première double-planche sur la plasticité neuronale (voir dossier d’Alan)! Lucile fait donc officiellement partie de la bande, WELCOME!!

Ensuite quelques petits retours avant d’entrer le vif du sujet:

  • sur SODIS d’abord, la méthode de stérilisation de l’eau contaminée par les seuls rayons du soleil, évoquée de manière peut-être un poil trop enthousiaste la semaine dernière. En effet, il s’avère après contrôle que la méthode marche, effectivement, mais pas parfaitement bien dans tous les contextes. J’ai (prof Von) bien sûr tout de suite ajouté les liens sur les différentes études à la fin du dossier lorsque j’ai pris conscience de la légèreté de mon sens critique en récupérant simplement des informations provenant d’une Ecole Polytechnique Fédérale, l’EAWAG sans les vérifier… Toutes mes excuses, à partir de maintenant, je double-checke tout avant d’en parler, promis.
  • sur MARS500, ensuite, l’expérience russe rapidement évoquée la semaine dernière, qui consiste à isoler 6 astronautes pendant 520 jours pour simuler un vol vers Mars, aller-retour. Plus d’infos sur le site officiel de l’étude, avec photos, journal de bord et tout! http://mars500.imbp.ru/en/index_e.html
  • Anh Tuan nous parle ensuite de l’énigme de Google et de son équation au tableau dans sa campagne de lancement de Chrome OS, résolue par l’équipe française de Jamendo grâce au logiciel Wolfram Alpha
    L'équation de Google
    La fameuse équation de Google

    Les liens de l’histoire:
    – la pub de Google: http://chrome.blogspot.com/2010/12/x-g-chrom-3.html
    – le logiciel Wolfram Alpha: http://www.wolframalpha.com

Les dossiers de la semaine enfin:

Un dernier petit plug

  • Pour Google Flu Trends (http://www.google.org/flutrends/ ) qui permet de prédire les épidémies de grippe avec 2 semaines d’avance sur les chiffres officiels (entendu dans le fabuleux podcast de Xavier Delaporte, sur France Culture: Place de la Toile, bon pour la plasticité neuronale!!)

Et les quotes

Sans Mathieu, on fait toujours ce qu’on peut…

“Any sufficiently advanced technology is indistinguishable from magic”
Traduction libre: “Toute technologie suffisamment avancée ne peut pas être différenciée de la magie”
(Arthur C. Clarke)

et…

“Science is not only compatible with spirituality; it is a profound source of spirituality.”
Traduction libre: “La science n’est pas seulement compatible avec la spiritualité; c’est une source profonde de spiritualité!”
Carl Sagan, qui évidemment était astro-physicien (pourquoi les mots ne viennent jamais au moment où j’en ai besoin? 🙁 )

Voilà pour cette semaine!

On se retrouve peut-être la semaine prochaine, peut-être pas… Vu la période, on ne sait pas encore trop… On vous tient au courant!

Tout le meilleur!

A bientôt

Dossier – l’apprentissage de lecture ou la plasticité neuronale

Alan Vonlanthen
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Dossier – l’apprentissage de lecture ou la plasticité neuronale

Dossier d’Alan, présenté dans l’épisode #16.

Contrairement à ce que le nom pourrait laisser entendre, la plasticité neuronale ne consiste pas à avoir un cerveau en plastic, comme celui d’une poupée barbie. Commençons comme toujours par une petite incursion au pays de Wikipedia:

“La Plasticité neuronale, la Neuroplasticité ou encore la Plasticité cérébrale sont des termes qui décrivent les mécanismes par lesquels le cerveau, et plus particulièrement celui de l’Homme, est capable de se modifier par l’expérience.”

En d’autres termes, c’est comme un CD regravable ou une cassette: quand on y encode de l’information, on change effectivement sa structure! Reprenons…

“Le cerveau est ainsi qualifié de “plastique” ou de “malléable”. Ce phénomène intervient durant le développement embryonnaire, l’enfance, la vie adulte et les conditions pathologiques (lésions et maladies). Il est responsable de la diversité de l’organisation fine du cerveau parmi les individus (l’organisation générale étant, elle, régie par le bagage génétique de l’espèce) et des mécanismes de l’apprentissage et de la mémorisation chez l’enfant et l’adulte. La plasticité neuronale est donc (…) l’une des découvertes récentes les plus importantes en Neurosciences et montre que le cerveau est un système dynamique, en perpétuelle reconfiguration”

Si on prend un exemple concret, celui de la lecture par exemple. Voilà une magnifique invention de l’humanité. Il n’existe aucun équivalent dans la nature pour cette forme subtile de communication qui consiste à décoder des symboles visuels qui représentent par écrit le langage oral. La lecture est indissociable de l’écriture et les premières traces d’écritures attestées, l’écriture cunéiforme de l’Empire Sumérien, remontent à quelque 5’300 ans. À peine le temps de cligner de l’oeil à l’échelle de l’évolution… L’apprentissage systématique de la lecture, quant à lui, ne remonte qu’à quelques centaines d’années… Pourtant, tous les êtres humains (ou presque) ont cette capacité à lire. Est-ce que ça veut dire que notre cerveau était câblé pour lire a priori? On vient de voir que la lecture est récente et que l’évolution n’a pas eu le temps de faire son oeuvre à ce niveau-là, donc c’est hautement improbable!

Comment expliquer alors que nous ayons toutes et tous cette capacité d’apprendre à lire?

Une étude récente publiée le mois passé dans la prestigieuse revue Science explique le phénomène: comme nous n’avons pas de système inné dans le cerveau pour assurer la lecture, on bricole! On réaffecte les fonctions de certaines zones cérébrales pour assurer la lecture.

Détection par l'IRMf de l'activation des régions du cerveau impliquées dans la perception visuelle (Wikipedia
Détection par l’IRMf de l’activation des régions du cerveau impliquées dans la perception visuelle (Wikipedia)

Pour en arriver à cette conclusion, les chercheurs de l’INSERM et du Collège de France ont mesuré par IRM fonctionnelle l’activité cérébrale d’adultes volontaires diversement alphabétisés. (L’IRM fonctionnelle, c’est l’imagerie par résonance magnétique qui permet de visualiser l’activité du cerveau). Ils ont formulé une théorie du recyclage neuronal.

Un article déniché par Anh Tuan sur le site québecois Cyberpresse.ca donne la plupart des détails:

63 adultes ont participé à l’étude : 10 analphabètes, 22 personnes alphabétisées à l’âge adulte, 31 personnes scolarisées depuis l’enfance. La recherche a été menée au Portugal et au Brésil, pays dans lesquels il y a quelques dizaines d’années il était «relativement fréquent» que des enfants n’aillent pas à l’école.Les adultes étaient soumis à différents stimuli tels que phrases parlées et écrites, mots, visages…

Les chercheurs ont pu ainsi comparer l’activité cérébrale d’adultes analphabètes avec celle de personnes alphabétisées, dans l’enfance ou à l’âge adulte, et mesurer l’impact de l’apprentissage de la lecture sur le cerveau. Ils ont constaté que l’impact de l’alphabétisation était «bien plus étendu que les études précédentes ne le laissaient penser» et concernait aussi bien les aires visuelles du cerveau que celles utilisées pour le langage parlé.

En résumé, deux aires du cerveau sont concernées par la lecture, et c’est logique: l’aire du langage d’une part (c’est logique: une fois qu’on a décodé les signes, il faut les interpréter et c’est la fonction du langage) et les aires visuelles du cerveau d’autre part. Ce qui est spécialement intéressant, c’est que parmi les aires visuelles, il y a celles de la reconnaissance visuelle des objets et des visages, qui cèdent de la place aux fonctions de lecture. Il y a donc bel et bien redistribution des compétences cérébrales!

Un autre article, du New Scientist donne un peu plus de détails

Lorsque les chercheurs ont montré à des participants des images de visages, la zone cérébrale associée à la reconnaissance de visage s’est révélée moins active chez les lecteurs que chez les analphabètes. Les chercheurs pensent que les deux compétences (lecture et reconnaissance faciale) sont en concurrence pour accéder aux mêmes ressources, en tout cas dans cette zone du cerveau (…). Il n’est pas encore avéré que la capacité de reconnaître les visages serait meilleure chez les personnes qui ne savent pas lire.

Cela confirme une étude qui avait été faite l’année dernière par Manuel Carreiras du Centre Basque sur la Cognition, le Cerveau et le Langage, à San Sebastián en Espagne et qui avait également conclu que les cerveaux d’adultes sachant lire étaient  structurellement différents de ceux qui ne savent pas lire.

*

Si nous n’avions pas décidé de fusionner deux des sujets pour lesquels nos poditrices et poditeurs ont voté, à savoir “l’apprentissage de la lecture modifie le cerveau” et “la plasticité neuronale”, j’aurais fini mon sujet, mais là, j’ai encore un peu de boulot: parlons plasticité neuronale de manière un peu plus générale :

On l’a dit en intro, la plasticité, c’est cette capacité du cerveau à changer, s’adapter tout au long de notre vie. Cela se produit:

1– au début de la vie: lorsque le cerveau encore immature commence à s’organiser

2– en cas d’accident cérébral: pour compenser les fonctions perdues ou maximiser les fonctions restantes

3– Tout au long de la vie, à chaque fois qu’on apprend quelque chose et qu’on le mémorise.

Abordons d’abord la plasticité dans le contexte des lésions cérébrales:

J’ai trouvé un chouette article sur sharpbrains.com (le blog d’une boîte qui essaie de se positionner sur le marché de la santé mentale, mais bon, ils ont de bons articles. En tout cas, j’ai trouvé que je n’aurais pas pu faire mieux que ce qui va suivre et j’ai donc traduit et ajouté quelques petites définitions ici et là  😉 )

Une conséquence étonnante de la neuroplasticité est que l’activité cérébrale liée à une certaine fonction peut changer d’emplacement, dans le cadre d’une expérience normale, d’un traumatisme cérébral ou d’une récupération post traumatique.

L’article cite un livre, “Les étonnants pouvoirs de transformation du cerveau“, dans lequel l’auteur, Norman Doidge, décrit de nombreux exemples de “functional shifts” (glissements/déplacement fonctionnels)

Dans l’un des exemples, un un chirurgien cinquantenaire est victime d’un accident vasculaire cérébral (c’est à dire une attaque cérébrale).  Son bras gauche est paralysé. Durant sa période de rééducation, on lui a immobilisé le bon bras (main comprise) et on l’a envoyé nettoyer des tables. Tâche a priori impossible bien sûr. Puis, petit à petit, le mauvais bras “se rappelle” comment bouger. Il réapprend à écrire, à jouer au tennis: les fonctions du cerveau gérées par des zones détruites par l’accident se sont transférées vers des régions saines!

Le cerveau compense les dégâts en réorganisant et en formant de nouvelles connexions entre les neurones intacts. Et pour pouvoir se reconnecter, les neurones (c’est à dire les cellules cérébrales) doivent être stimulés par une activité.

(Note du traducteur, aka professeur Von… A prendre avec des baguettes! Le phénomène est présenté ici comme si ça marchait à tous les coups: il suffirait d’immobiliser le bras droit pour que le gauche re.fonctionne. Ce n’est bien sûr pas le cas, on ne sait pas encore pourquoi chez certaines personnes le phénomène se produit et chez d’autres pas. Mais ce qui est certain, c’est que dans les cas où ça marche, la stimulation est un élément indispensable.)

L’article parle également de plasticité dans le contexte plus ordinaire de l’apprentissage et de la mémorisation

Longtemps, on a pensé qu’en vieillissant, les connexions dans le cerveau se fixaient. Mais des recherche ont montré que le cerveau continue de se modifier à travers l’apprentissage (…)

Synapse (image Wikipedia), cliquer pour un agrandissement
Synapse (image Wikipedia), cliquer pour un agrandissement

Les changements associés à l’apprentissage se passent surtout au niveau des connexions entre neurones. De nouvelles connexions peuvent se former et la structure interne des synapses existantes peut changer. (Pour rappel, les synapses, ce sont les zones de connexions fonctionnelles entre deux neurones). Saviez vous que lorsque vous devenez expert d’un domaine spécifique, les zones du cerveau qui gèrent les compétences spécifiques nécessaires grandissent? Littéralement?

L’article rappelle le fameux exemple des chauffeurs de taxi londonniens qui ont un hippocampe plus grand que le reste du mode (l’hippocampe, c’est une zone hyper importante du cerveau chez l’humain et la plupart des mammifères, impliquée dans la mémoire. On l’appelle comme ça parce qu’elle ressemble effectivement à un hippocampe, un cheval de mer…)

Les chauffeurs de taxi londoniens, nous dit l’article, ont la partie postérieure de l’hippocampe plus grande que les chauffeurs de bus (étude de Maguire, Woollett & Spiers, 2006). Comment est-ce possible? C’est simplement parce que cette région de l’hippocampe est spécialisée dans l’acquisition et la gestion d’information spatiale complexe permettant une navigation efficace. Les chauffeurs de taxi doivent connaître tout Londres alors que les chauffeurs de bus suivent un nombre limité d’itinéraires.

On observe également cette plasticité de les cerveaux de personnes bilingues (Etude publiée dans Science d’Andrea Mechelli et al., 2004). En fait, il semble que l’apprentissage d’une deuxième langue ne soit possible qu’à travers des changements fonctionnels dans le cerveau: le cortex inférieur pariétal gauche est plus grand que les personnes bilingues que dans les cerveaux de personnes qui ne parlent qu’une seule langue.

Les changements sont également observables dans les cerveaux des musiciens par rapport à ceux des non-musiciens. Gaser et Schlaug (20o3) ont comparé des musiciens professionnels (qui jouent de leur instrument au moins une heure par jour) à des musiciens amateurs et à des non-musiciens. Et ils ont trouvé trouvé un plus grand volume de cortex (c’est à dire la substance grise périphérique des hémisphères cérébraux, la matière grise, quoi…) chez les musiciens professionnels et amateurs et plus faibles chez les non-musiciens, et cela dans plusieurs régions du cerveau impliquées dans la musique (les régions motrices, les régions pariétales antérieures  supérieurs et les aires temporales).

Enfin, indique l’article (pour tous ceux qui n’auraient toujours pas compris que la plasticité s’observe dans toutes sortes de contextes),  Bogdan Draganski et ses collègues ont montré en 2006 que l’apprentissage intensif d’informations abstraites peut également déclencher des changements plastics dans le cerveau. Ils ont mis en images les cerveaux d’étudiants en médecine 3 mois avant leurs examens et juste après et les ont comparés aux cerveaux d’étudiants qui n’étudiaient pas à ce moment-là pour des examens. Les images ont montré des changements liés à l’apprentissage dans le cortex pariétal et dans l’hippocampe postérieur. Et ces régions du cerveau sont connues pour être impliquées à la fois dans la récupération de souvenirs et dans l’apprentissage

Voilà… Pour ma part,  j’ai appris plein de choses en préparant ce dossier. Mon cortex a tellement gonflé que j’ai dû prendre un paracétamol 😉

Le cerveau ne cessera jamais de me fasciner, le cerveau en particulier… Un tout grand merci à ma Jolie, Antonela et Anh Tuan, dont les cerveaux constitueraient probablement des sujets d’études fascinants, merci donc d’avoir proposé ces sujets… Ça reste dans la famille 😉

Retrouvez les géniales illustrations de Lucile! (cliquez sur les images pour agrandir)

La plasticité neuronale, par Lucile (1) La plasticité neuronale, par Lucile (2)

Quelques liens pour aller plus loin:

L’étude sur la lecture:

L’article de la revue Science (en anglais) http://www.sciencemag.org/content/330/6009/1359

L’article d’Anh Tuan sur Cyberpresse.ca http://www.cyberpresse.ca/vivre/sante/201011/11/01-4341720-la-lecture-impose-au-cerveau-de-modifier-sa-facon-de-fonctionner.php

L’article du New Scientist: http://www.newscientist.com/article/dn19720-bad-memory-for-faces-blame-your-reading-skills.html?DCMP=OTC-rss&nsref=online-news

L’article dans Nature de Manuel Carreiras (PDF): http://www.nature.com/nature/journal/v461/n7266/pdf/nature08461.pdf

La plasticité neuronale:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Plasticit%C3%A9_neuronale

L’article de Sharp Brains: http://www.sharpbrains.com/blog/2008/02/26/brain-plasticity-how-learning-changes-your-brain/

La publication de Maguire, Woollett et Spiers, de 2006  sur les chauffeurs de taxis (2006)

Le papier d’A. Mechelli, JT Crinion, U Noppeney, J O’Doherty dans Science sur la plasticité du cerveau des personnes bilingues (2004)

Celui de Gaser et Schlaug sur le cerveau des musiciens en 2003

Celui de Bogdan Draganski et ses collègues sur le cerveau des étudiants en médecine en période d’examen en 2006

Dossier : Les interfaces Cerveau-Ordinateur

Anh Tuan
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Dossier : Les interfaces Cerveau-Ordinateur

Dossier d’Ahn Tuan, présenté dans l’épisode #16.

Aujourd’hui, l’informatique est partout, elle a envahi nos banques, nos écoles, nos maisons. Même nos poches n’ont pas résisté aux smartphones. Et ceux-ci sont maintenant bien plus puissant que nos anciens ordinateurs du début de 21eme siècle.

Parlons d’ailleurs d’évolution et plus précisément, de l’évolution des interfaces informatiques. Au tout début, il y avait le clavier, uniquement le clavier. Puis est apparue la souris. A l’époque, c’était déjà une petite révolution en soi. Ensuite, tout s’emballe, les manettes de jeux vidéos font leur apparition, deviennent de plus en plus sophistiqués. Enfin les écrans tactiles débarquent.

Pourquoi ce petit historique ? C’est pour vous montrer l’importance de l‘interface. C’est ce qui nous permet d’agir, d’utiliser nos machines.

Mais quelle est la prochaine étape ? Contrôler à l’aide de nos gestes ? Déjà fait avec la nintendo Wii ou plus récemment, le Kinect de Microsoft. Alors quoi ?

On peut maintenant rêver de contrôler l’ordinateur familial par la pensée non ? Imaginez-vous, assis confortablement dans votre fauteuil, en train d’écrire un mail par la seule force de votre cerveau. Ca serait génial hein ? Ah j’ai dit « rêver » ? Et bien, le rêve devient peu à peu réalité.

Tout commence en 1999 à Berkeley en Californie. Là bas, des chercheurs, menés par Yang Dan réussissent à visualiser sur un écran ce que voyait un chat. Le secret : des électrodes directement implantés dans le thalamus de l’animal, centre de tri des informations sensoriels. Ces électrodes captaient et amplifiaient les stimuli électriques qui passaient dans la zone. Un logiciel informatique filtrait après coup le signal et le rendu final était époustouflant.

Vous pouvez vous faire une petite idée en regardant l’image ci-dessous. La ligne du haut représente les images diffusées au chat et en dessous, on a le rendu du logiciel.

Là c’était la première étape. Elle a eu le mérite de confirmer la viabilité du concept de BCI, acronyme de Brain Computer Interface ou interface cerveau-ordinateur.

Début des années 2000, un chercheur brésilien, Miguel Nicolelis, va faire encore plus fort. Encore grâce à des électrodes mais cette fois-ci greffées dans le cerveau d’un singe, il va lui apprendre à se servir d’un bras robotique pour attraper divers objets.

Cette expérience sera reprise et améliorée maintes et maintes fois. Vous pouvez d’ailleurs en voir un exemple en vidéo dans le dossier, tiré de l’université de Pittsburgh aux Etats-Unis.

Mais dans le domaine des implants cérébraux, la palme revient au Dr Philip Kennedy de l’Université d’Atlanta. Toujours au début des années 2000, il aura été le premier à greffer une interface dans un cerveau humain ! Le tout premier homme bionique s’appelait Johnny Ray et souffrait alors d’une paralysie totale du corps, plus communément appelée syndrome d’enfermement. De quoi rendre fou !

Grâce à l’équipe du Dr Kennedy, ce BCI permettait à Mr Ray de s’échapper de sa prison corporelle. Son implant, relié à un ordinateur, le rendait capable de déplacer un curseur à l’écran rien qu’en y pensant. « On a juste placé la souris dans sa tête » disait malicieusement Roy Bakay, le neurochirurgien qui a effectué l’opération délicate.

Attention, cette prouesse n’a été possible qu’après un dur entrainement. Même après ça, sa vitesse de frappe au clavier virtuel était de trois lettres par minutes. Ce qui était très lent et l’épuisait très vite.

Malheureusement, Mr Ray est mort en 2002 d’une rupture d’anévrisme. L’implant n’en était pas du tout la cause, il était d’ailleurs très stable et il n’y avait aucun signe de rejet.

Ce que nous apprend le cas de John Ray, c’est que c’est possible. Ca peut sembler encore une technologie balbutiante mais elle pourra à coup sûr améliorer beaucoup de vies. Par exemple, relié à des stimulateurs musculaires, on pourrait envisager de rendre à des paralysés l’usage de leurs membres.

Ce n’est d’ailleurs qu’une des innombrables applications possibles. Certains rêvent déjà de l’étape suivante : des puces qui pourraient non seulement nous donner le don de contrôler nos machines mais pourquoi pas aussi celui de communiquer par la pensée ? Tout ça par puces interposées.

Je crois que dans ce domaine, la réalité n’a jamais été aussi proche de la science-fiction !

Edité : Pour ceux qui veulent voir une BCI implantée dans un être humain, voici une amélioration des électrodes de Dr Kennedy qui permettent vraiment de contrôler un ordinateur par la pensée !

Podcast Science 15 – Sans transitions

Podcast Science
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Podcast Science 15 – Sans transitions

Episode spécial cette semaine, sans Mathieu qui n’a pas pu se connecter depuis l’Argentine où il se trouve.

Résultats du sondage

  • Les constantes fondamentales de l’univers (53%, 21 Votes). Sera traité par Mathieu début 2011
  • L’apprentissage de la lecture modifie le cerveau (28%, 11 Votes). (Le sujet sera fusionné avec la plasticité neuronale et traité la semaine prochaine)
  • La stérilisation de l’eau contaminée par les seuls rayons du soleil (25%, 10 Votes). Traité par le professeur Von dans le présent numéro
  • La plasticitité neuronale (18%, 7 Votes) (voir ci-dessus)
  • Comment, en fait, est-ce qu’on arrive à bouger une souris avec les ondes cérébrales ? Quelles ondes utilise-t-on ? (13%, 5 Votes) (Là aussi, les deux sujets sont fusionnés et traités la semaine prochaine)
  • Une machine qui arriverait à prédire un numéro qu’on choisirait au hasard moyennant une série d’entrainements. (13%, 5 Votes)

Les sujets ayant obtenu moins de vote sont laissés de côté pour le moment.

Un immense merci pour votre participation à tous, vous ne pouvez pas savoir à quel point ça fait plaisir 🙂

Résultat du concours

C’est notre fidèle auditeur Alain Minarey qui gagne le dernier Cyrulnik, dédicacé de la main du maître. Bravo Alain! Et n’oublie pas de nous donner tes coordonnées par twitter ou par e-mail (podcastscience chez gmail point com). Là aussi, un tout tout grand merci à chacune et chacun pour vos commentaires, encouragements, tweets, retweets, messages sur facebook et autres signaux de fumée!

Retour sur les superstitions

Avec une petite mise à jour du dossier sur les superstitions

Dossier de la semaine numéro 1

L’hibernation (ou hivernation selon le poids de la bête), avec Anh Tuan

Dossier de la semaine numéro 2

La méthode SODIS pour rendre l’eau potable grâce aux seuls rayons du soleil (c’est là qu’il faut cliquer si vous souhaitez faire un petit don: infos donation tout à la fin du dossier)

Le petit plug de la semaine

Pour legrandpublic (le journal en ligne de la médiation scientifique) et un petit coup de pub en passant à l’une de ses contributrices, Anaïs, qui publie l’excellent blog http://scienceetcupcake.wordpress.com/

En l’absence de Mathieu, nous avons fait ce que nous avons pu pour la quote de la semaine: deux petites pour le prix d’une grosse 😉

Anh Tuan: “Le savant n’est pas l’homme qui fournit de vraies réponses ; c’est celui qui pose les vraies questions” (Claude Lévi-Strauss)

Alan: “”If we knew what it was we were doing, it would not be called research, would it?” (Albert Einstein)
Traduction libre: “si on savait ce qu’on était de train de faire, on n’appellerait pas cela de la recherche, si?”

Prochain enregistrement le jeudi 16 décembre. D’ici là, une excellente semaine!

Dossier – Le Processus d’Hibernation

Anh Tuan
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Dossier – Le Processus d’Hibernation

 

Dossier de Anh Tuan dans l’épisode #15. 

Alors aujourd’hui, je vous propose un sujet en total accord avec cette magnifique période de l’année qu’est l’hiver ! Si pour nous, êtres humains, hiver rime avec cadeaux de Noël et fondue savoyarde, c’est très différent chez nos amis les animaux.

Si certaines espèces ont pris l’option Voyage et ont migré depuis belle lurette vers des climats plus cléments, d’autres ont décidé de rester et ont développé une technique qui n’a pas fini de nous fasciner : l’hibernation.

Premier fait étonnant, il y a différents degrés d’hibernation. On distingue tout d’abord la torpeur où l’animal, principalement un oiseau ou une chauve-souris, baisse légèrement sa température pour éviter de gaspiller son énergie dans le but de se réchauffer.

Il y a ensuite la somnolence hivernale ou hivernation que connaissent très bien les ours par exemple. Et oui, les ours n’hibernent pas, ils hivernent. Dans cet état endormi, la chute de température corporelle est de l’ordre de 5 à 10°C. Ce sommeil sera alors entrecoupé de phases de réveil pendant lesquelles l’ours femelle peut même mettre bas !

Enfin, le stade ultime, l’hibernation elle-même. Les animaux qui la pratique sont en général plus petits comme l’hérisson, l’écureuil d’Amérique ou la marmotte.

Lorsque ceux-ci hibernent donc, leur température peut chuter pour atteindre 1°C et leur coeur ralentir de 300 à 3 battements par minute. C’est donc un état de quasi mort avec une baisse du métabolisme de près de 98%

Vous l’aurez compris, l’intérêt, que ce soit pour l’hivernation ou l’hibernation, est d’économiser le plus d’énergie possible dans cette période difficile qu’est l’hiver.

Et là, la nature est bien faite : si l’animal fait moins de 7 kg, l’hibernation est la solution la plus rentable. Au delà de ce poids, c’est l’hivernation qui remporte la palme de l’efficacité.

Mais maintenant, pourquoi l’Homme s’intéresse-t-il à ce processus qui lui est totalement étranger ?

Tout simplement parce que l’hibernation peut nous livrer des secrets d’une grande aide, notamment en médecine.

En effet, en étudiant l’ours pendant sa trêve hivernale, on a découvert qu’il sécrétait une molécule que l’on a baptisé DADLE et qui a la propriété de ralentir l’activité cellulaire.

On peut alors imaginer une application directe : l’injecter à des organes en attente de transplantation pour augmenter leur durée de vie en dehors du donneur.

Les militaires s’intéressent aussi beaucoup à cette fameuse molécule de l’hibernation qui permettrait de placer les grands blessés des champs de bataille dans un état de léthargie dans l’attente de leur transfert vers un centre médical approprié.

Enfin la Nasa voit encore plus grand. Cette DADLE pourrait être la clé pour des voyages spatiaux de plusieurs années. Fini les problèmes de place dans les vaisseaux : une couchette, de la nourriture en Intra-Veineuse et le tour serait joué. Fini aussi l’ennui, la depression et les conflits dans cet espace confiné qu’est le vaisseau spatial.

Bien sûr, il y a encore des limites technologiques et scientifiques à cette hibernation humaine. Elles sont très bien détaillées dans une planche dessinée par Marion Montaigne que vous pouvez retrouver en cliquant sur l’extrait ci-dessous.

Malgré ces obstacles, l’hibernation humaine pourrait nous permettre d’atteindre des destinations que l’on pensait hors de notre portée.

Dossier – La désinfection solaire de l’eau

Alan Vonlanthen
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Dossier – La désinfection solaire de l’eau

Dossier d’Alan dans l’épisode #15.

Parmi les nombreux problèmes auxquels doivent faire face les habitants des pays en voie de développement, s’en trouvent deux qui ont trouvé une solution toute simple:

  • De manière un peu marginale, d’abord, le recyclage des bouteilles en PET (ça n’a l’air de rien dit comme ça, mais ce problème est un véritable désastre dans les régions qui n’ont pas les moyens de gérer leurs déchets. Contrairement aux déchets organiques, les bouteilles en plastique sont increvables (voir les estimations de C-More, le centre pour l’océanographie microbienne à Hawaï, même en pleine mer, il faut 100 ans à la nature pour venir à bout d’une bouteille en plastique) et les montagnes de PET ne font que s’accumuler.
  • Et le deuxième problème concerné, surtout, le problème de l’eau potable. Plus de 900 000 personnes sur la planète n’ont accès qu’à une eau de qualité sanitaire insuffisante, qui peut désormais être désinfectée à moindre coût;

C’est l’idée géniale et toute simple du professeur Aftim Acra de l’université américaine de Beirut dans les années 1980 qui est à l’origine de cette révolution: “Et si on utilisait les rayons ultra-violets du soleil pour purifier l’eau?”

Comment ça marche?

Plus simple, c’est pas possible, il n’y a qu’à suivre le mode d’emploi:

  1. Laver les bouteilles en PET, transparentes, avant emploi;
  2. Les remplir au 3/4 d’eau (contaminée), les refermer, secouer pendant 20 secondes et finir de les remplir complètement (en fonction de la turbidité de l’eau, c’est-à-dire, si elle est pleine de terre, de sable, de sédiments divers, alors il faut la filtrer au préalable);
  3. Exposer les bouteilles pleines au soleil. (Idéalement, les déposer sur une surface réfléchissante, ça accélère le processus) et attendre entre  6 heures (s’il fait grand beau ou partiellement nuageux) et 2 jours (si très nuageux) et…
  4. Boire sans risque!
Méthode SODIS - étape 1 Méthode SODIS - étape 2 Méthode SODIS - étape 3 Méthode SODIS - étape 4

Il n’y a que s’il pleut continuellement que la méthode ne fonctionne pas. Autrement, même s’il ne fait pas très beau, il suffit juste d’attendre un peu plus longtemps et le processus fait son oeuvre. Génial non?

C’est la désinfection solaire de l’eau, SOlar water DISinfection en anglais ou plus simplement la méthode SODIS.

Que se passe-t-il exactement dans la bouteille?

Les bactéries (comme les E-Coli et les salmonelles), qui sont très sensibles aux rayons UV-A, sont rapidement détruites par la lumière solaire.

Les virus (comme le rotavirus, à l’origine de la plupart des diarrhées chez les jeunes enfants dans le monde et le poliovirus à l’origine de la poliomyélite) légèrement plus résistants meurent également en l’espace des six heures recommandées.

Par contre, les parasites sont moins sensibles à la lumière solaire. Alors que les kystes de Giardia (des parasites qui colonisent l’intestin) sont inactivés en l’espace de six heures, les kystes des cryptosporidies (un autre parasite de l’intestin) requièrent une exposition solaire de dix heures. Quant aux amibes, ce sont les infrarouges du soleil qui ont leur peau en faisant chauffer l’eau à plus de 50°.

Ceci dit, la raison précise de la mort des germes infectieux n’a pas encore été entièrement éclaircie. Pour les bactéries, par exemple, les chercheurs supposent que les UV A endommagent leur chaîne respiratoire à un point tel qu’elles ne sont plus en mesure d’assurer leur auto-régénération, mais ce n’est pas encore certain. Tout ce qu’on sait, c’est que ça fonctionne, et c’est déjà pas mal!

Quelles sont les conditions pour que cela fonctionne?

Il n’en faut pas beaucoup en vérité.

  • Le système fonctionne même si le ciel est très nuageux (cela prend juste 2 jours au lieu de 6 heures). Par contre, s’il pleut, c’est fichu;
  • Les bouteilles doivent être déposées à l’horizontale pendant le processus;
  • Les bouteilles doivent être transparentes et incolores (le vert et le brun absorbent la lumière UVA);
  • Les bouteilles doivent être relativement neuves (une bouteille usée et griffée utilisée pendant plus d’une année ne laisse plus aussi bien passer les UV et est fortement déconseillée);
  • On parle bien de désinfection de l’eau contaminée par des germes infectieux. Si l’eau est contaminée par des substances toxiques, des engrais, du pétrole, bien sûr, la technique ne fonctionnera pas..
  • Les bouteilles doivent être en PET (Polyéthylène Téréphthalate) et non en PVC (Polychlorure de vinyle), substance, dont on sait aujourd’hui qu’elle est mauvaise pour la santé. Pour le PET, on l’évoquait dans notre dossier sur l’épigénétique (PodcastScience n°3) en septembre dernier, le transfert de phtalates dans l’eau dépend de la durée contact entre le liquide et le plastique. Exposition de 6 heures dans une bouteille neuve:  aucun danger.

Il ne faut pas grand chose pour que ça marche, donc… Evidemment, ce n’est pas aussi confortable que de simplement tourner un robinet, mais bon, tout est relatif, c’est mieux que de choper un de ces vilains parasites tropicaux…

Et le goût?

Eh bien, contrairement à la cuisson de l’eau qui permet à l’oxygène de s’échapper et altère du coup la saveur de l’eau (tout le monde s’accorde à dire que l’eau bouillie, c’est pas bon!), ce processus-ci ne change pas le goût de l’eau. Ce qui peut être un avantage comme un inconvénient, en fonction de son goût naturel…

Qui gère le projet, où en sont les recherches?

La recherche a été reprise par le groupe de chercheurs de Martin Wegelin de l’EAWAG, l’Institut Fédéral pour l’aménagement, l’épuration et la protection des eaux (l’un des 6 établissements des Ecoles Polytechniques Fédérales en Suisse) et le Royal College of Surgeons en Irlande.

La méthode est au point, ce qui compte maintenant, c’est de l’implanter là où il y en a besoin. D’après le site web du projet, www.sodis.ch, déjà plus de 3 millions de personnes traitent leur eau potable avec la méthode SODIS. Malgré cela il y a encore presque 1 milliard de personnes sans accès à l’eau potable. En d’autres termes, il y a encore du boulot! Cela ne nécessite aucune infrastructure, pas de gros travaux. Juste un peu de formation…

Avec 50 francs suisses (38€), on forme 5 familles à la technique

Avec 200 francs suisses (152€), on forme toute une salle de classe

Avec 910 francs suisses (692€), on intègre carrément la méthode SODIS dans les programmes gouvernementaux et des ONGs assurant ainsi que tout le monde dans une région donnée ait toujours accès à de l’eau potable. Les efforts se concentrent évidemment en Afrique subsaharienne, dans les régions reculées de Colombie, d’Inde… Mais les moyens sont limités et les formations ne peuvent pas être dispensées partout en même temps.

Ma proposition, à l’approche de Noël, c’est de remplacer au moins un cadeau idiot et inutile probablement fabriqué par des gosses esclaves en Chine par un petit don au projet SODIS. Pas souvent qu’on milite chez Podcast Science: on choisit nos causes et celle-ci en est une excellente!

Concrètement, pour aider le projet SODIS:

Pour en savoir plus:

[Update 10.12.2010]:

A notre connaissance, la plupart des études respectant le protocole scientifique de peer-reviewing ont validé l’efficacité de la méthode:

  • http://ashevillecommunity.org/hawker/water/aqua97.pdf
  • http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V73-4F9FPW1-1&_user=10&_coverDate=03%2F01%2F2005&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId=1573941703&_rerunOrigin=scholar.google&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=67be9a8f04a03d8d7de1d40b91d3b5a6&searchtype=a

Ceci étant dit, nous avons également trouvé une étude récente qui, en Colombie, n’a pas constaté de diminution sensible du taux de diarrhée chez les jeunes enfants participant au programme:

  • http://www.plosmedicine.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pmed.1000125

Il est donc avéré que la méthode fonctionne mais pas partout. Tous les germes ne répondent sans doute pas de la même manière à la procédure. Si quelqu’un a d’autres informations, nous sommes preneurs !

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Je sers la science et c'est ma joie !

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