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Podcast science 98 – Les mathématiques, un courant artistique comme les autres

 

Le dossier

Les mathématiques ont-elles un lien avec les arts ? Les mathématiques sont elles un art ? Un sujet léger, et à tendance billet d’humeur, signé de la plume artistique de notre cher Nico !

» Arts et mathématiques, le dossier de Nico

 

 

News

Alan : L’arrivée de Curiosity sur Mars !

  • 1. Le son de la semaine (MP3     
  • 2. La chronique de Dr Karl dans l'épisode su 2 août de 5live (MP3     

Franck : Une pétition contre les blouses d’hôpital qui laisse voir les fesses, partie de internet, et arrivée jusqu’au ministre ! Plus d’info par ici et la pétition ouverte à tous, par ici !

Plugs

Les quotes

La mathématique est une science inutile. J’entend par la qu’elle ne peut servir directement ni à l’exploitation ni à l’extermination de mes semblables (G.H Hardy)

Irony: 1st real Flying Saucer came from Earth & landed on Mars…pic.twitter.com/aMZif8aC (Michael Schemer, sur twitter)

Et on se dit à la semaine prochaine, on parlera d’énergie nucléaire avec un nouvel invité, Yves !

Race, espèce, humanité.

 

Dossier de l’épisode #97 par Franck.

On entend souvent dire que l’existence de races humaines a été invalidée par la science. Dans cet épisode, je vais essayer de mieux comprendre quels sont réellement les apports de la science à ce propos.

La taxonomie

Dans son excellent dossier, Taupo nous explique comme le vivant a été organisé en une classification à 7 rangs par Linné, qui comprend donc règne, embranchement, classe, ordre, famille, genre et espèce. Mon petit moyen mnémotechnique à moi c’est RECOF, ça veut rien dire, mais ça me permet de me rappeller des premiers rangs dans la taxonomie, le règne, etc…

Le genre et l’espèce sont plus faciles à retenir car ils constituent la base de toute dénomination d’espèce vivante. On appelle cela la nomenclature binomiale. Dans Homo sapiens, homo, c’est le genre, et sapiens, l’espèce. On va pas trop se soucier de savoir qu’homo sapiens appartient à la classe des mammifères, l’ordre des primates, et la famille des hominidés pour l’instant, mais on va se focaliser sur l’espèce.

Allez quand même, juste, les primates, l’ordre, c’est un ordre de mammifères caractérisés par 2 choses : prédominance de la vision sur l’olfaction, mains préhensibles avec les pouces opposables et les ongles plats. La famille, c’est les hominidés (parfois on considére que c’est une superfamille, mais bref), dont la caractéristique principale est le développement du cerveau qui induit des capacités de sociabilisation et d’apprentissage développées. Dans la famille des hominidés (le dernier rang taxonomique avant le genre et l’espèce), il y a toujours au moins (ça diffère selon les auteurs) le genre homo, le genre Pan (chimpanzé) et le genre Gorilla. Un peu plus éloigné, il y a également le genre Pongo, qui n’est parfois pas dans la famille des hominidés, mais dans la superfamille des hominoïdes, et qui est en fait le genre de l’orang outan.

Et voici donc l’arbre phylogénétique des hominidés dans l’ouvrage Classification phylogénétique du vivant de 2001 par Guillaume Lecointre   et Hervé Le Guyader, 2 biologistes systématiciens français.

Les hominoïdes sont communéments appelés les grands singes, alors que les Hylobatoïdes sont les singes inférieures, pour la plupart des Gibbons (appellation qui regroupe plusieurs genres).

 Bon, mais je m’égare. Revenons en à cette histoire de race. Dans la taxonomie actuelle, on a donc RECOFGE : Règne, embranchement, classe, ordre, famille, genre, espèce. Classe de l’homme : mammifères, Ordre de l’homme : primate, caractérisé par 1) prédominance de la vision sur l’olfaction (avec notamment yeux en position adaptée à la vision binoculaire, et développement du cortex occcipital) 2) mains préhensibles avec pouces opposables et ongles plats. La famille : les hominidés, caractérisés par le développement du cerveau. Mais pas de trace de race, dans cette classification ? Il y aurait donc un champ inférieur à l’espèce ? La race, et après la race, il y a quoi, la fratrie, puis l’individu, et enfin une classification intra-individuelle avec plusieurs scissions au sein du même individu selon qu’il fasse jour ou nuit ? Evidemment que non. Je délire. La plupart du temps, on s’arrète à l’espèce. Mais pourquoi, qu’est ce qu’une espèce ?

L’espèce

Dans les sciences du vivant, l’espèce est le taxon de base de la systématique. Il existe plus d’une vingtaine de définitions de l’espèce dans la littérature scientifique. La définition la plus communément admise est celle du concept biologique de l’espèce énoncé par Ernst Mayr (1942) : une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les individus peuvent effectivement ou potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde, dans des conditions naturelles. Ainsi, l’espèce est la plus grande unité de population au sein de laquelle le flux génétique est possible.
Pourtant le critère d’interfécondité ne peut pas toujours être vérifié : c’est le cas pour les fossiles, les organismes asexués ou pour des espèces rares ou difficiles à observer. D’autres définitions peuvent donc être utilisées : morphologiques, phylogénétiques, écologiques, etc…

Le concept maître de l’idée d’espèce est donc l’isolement reproductif, que l’on va détailler un peu. On distingue 2 types de mécanismes permettant d’assurer cet isolement reproductif : précopulatoire, et post-copulatoire.

Pour le précopulatoire, c’est assez simple, imaginez tout simplement que vos gamètes fonctionneraient également avec les fourmis. Comment vous y prendriez vous pour faire un enfant avec une fourmi ? … Ce que je me demande, c’est si c’est plus dur quand on est un homme ou une femme, mais bref. Les barrières précopulatoire, seront par exemple des différences de taille, de comportements reproductifs, de période de reproduction, ou des incompatibilités entre gamètes. Bref, c’est assez simple à imaginer.

Au niveau post-copulatoire, ou post-zygotique (il faut que la fécondation ait put avoir lieu), il y a d’autres mécanismes, comme une mortalités accrue des hybrides, mais l’un des plus fréquents est la stérilité des hybrides.

Comment ça se passe ? C’est super simple à comprendre ! Faisons un peu de génétique. On peut distinguer 2 types de cellules dans le corps d’un animal : les cellules diploïdes ont 2 exemplaires de chaque chromosomes, elles ont donc 2n chromosomes (2*23 chez l’homme). Les cellules haploïdes ont n chromosome (23 chez l’homme). Les cellules haploïdes sont les gamètes, et les cellules diploïdes sont toutes les autres. Bien, maintenant, prenons un exemple, admettons qu’un âne, 62 chromosomes pour les cellules diploïdes, 31 pour les cellules haploïdes, et une jument, 64 et 32 chromosomes. On va avoir un spermatozoïde de l’âne, porteur de 31 chromosomes, qui va venir mélanger ses chromosomes aux 32 de l’ovules de la jument, et on aura donc… 63 chromosomes. Le zygote est viable, et un individu, le mulet, va même se former. Cependant cet individu n’est pas fertile : en effet, il ne possèdera pas de gamètes. Pourquoi ? Parce que lors de la méiose, nécessaire à la formation de gamète, et seulement à celle-ci (c’est bijectif), il y a quelque chose qui cloche : les chromosomes doivent s’appareiller par paire (ce qui n’est pas nécessaire à la mitose, processus de division cellulaire classique). Voici une petite illustration tirée d’un excellent site, comparant la mitose et la méiose :

A gauche, lors de la mitose, on voit que tous les chromosomes de la cellule s’alignent, et l’étape suivante, là on la voit pas, c’est qu’ils se séparent au milieu (en 2 chromatides). A droite, dans la méiose, on voit que les chromosomes doivent former des paires, et ensuite chaque chromose de la paire va se répartir de chaque côté de la cellule… Revenons à notre mulet : il possède 32 chromosomes de sa maman, et 31 de son papa l’âne., soit 63 chromosomes. Et là, ça coince ! La méiose bloque, car la cellule détecte que les chromosomes ne forment pas de paires ! Donc pas de méiose, pas de gamètes. Pas de gamètes, pas d’hybride. Pas d’hybride, pas d’hybride.

Voilà pourquoi il est plus facile d’hybrider des espèces qui ont le même nombre de chromosomes : le tigre et le lion, qui ont 38 chromosomes, forment un hybride fertile a 38 chromosomes également, le ligre (lion + tigresse) ou le tigron (tigre + lionne), dont seules les femelles sont fertiles, car les mâles ne font jamais leur puberté, pour des raisons que l’on ignore encore ! Cependant, le nombre de chromosomes n’est pas le facteur clé : c’est principalement la similitude entre les chromosmes qui est importante, d’où l’existence du cochonglier qui est un hybride de porc domestique et de truie sauvage, et qui est fertile malgré la différence de nombre de chromosomes entre les deux espèces (36 et 38).

Ce concept biologique de l’espèce semble donc clairement défini par la notion d’isolement reproductif.

Néanmoins, le concept biologique de l’espèce possède certaines limites. L’isolement reproductif ne peut pas être déterminé dans le cas des fossiles et des organismes asexués (par exemple, les bactéries). De plus, il est difficile d’établir avec certitude la capacité d’un individu à s’accoupler avec d’autres types d’individus. Dans de nombreux groupes de végétaux (bouleau, chêne, saule…), il existe beaucoup d’espèces qui se croisent librement dans la nature sans que les taxonomistes ne les considèrent comme une seule et même espèce pour autant. De nombreuses autres définitions ont donc également cours pour passer outre les limites du concept biologique de l’espèce.

Autres concepts
En réalité, c’est le concept morphologique de l’espèce  qui est le le plus généralement utilisé en pratique. Il consiste à identifier une espèce d’après ses caractéristiques structurales ou morphologiques distinctives.

 

Une autre définition repose sur la notion de ressemblance (ou au contraire de degré de différence), concept encore très utilisé en paléontologie, où il n’y a pas d’autre option.
L’étude de l’ADN permet de rechercher des ressemblances non visibles directement sur le plan physique (phénotype). Mais le critère quantitatif (nombre de gènes identiques) masque le critère qualitatif, par définition non mesurable. Ainsi, la classification des Orchidées de type Ophrys fait ressortir un grand nombre d’espèces, visiblement différentes (donc du point de vue phénotype) alors que leurs génotypes se sont révélés très proches.

Le critère de ressemblance génétique est utilisé chez les bactéries (en plus des ressemblances phénotypiques).

On sépare les espèces de manière à ce que la variation génétique intraspécifique soit très inférieur à la variation interspécifique.
L’espèce biologique est aujourd’hui le plus souvent définie comme une communauté reproductive (interfécondité) de populations. Si cette définition se prête assez bien au règne animal, il est moins évident dans le règne végétal, où se produisent fréquemment des hybridations. On associe souvent le double critère de réunion par interfécondité et séparation par non-interfécondité, pour assurer la perpétuation de l’espèce.
Il existe aussi le concept d’espèce écologique, à relier à la notion de niche écologique. Une espèce est censée occuper une niche écologique propre. Cela revient à associer une espèce à des conditions de vie particulière.
Une question mérite d’être posée : est-ce que la notion d’espèce constitue une simple commodité de travail ou bien est-ce qu’elle possède une réalité indépendante de notre système de classification ? Possède-t-elle une véritable signification dans l’absolu ? L’espèce est-elle une classe logique à laquelle des lois sont universellement applicables, ou a-t-elle la même réalité qu’un individu (par le lignage) ?

Le problème se complique du fait que le critère d’interfécondité présente ou absente, n’est pas toujours applicable de façon tranchée : des populations A1 et A2, A2 et A3 … An-1 et An peuvent être interfécondes, alors que les populations A1 et An ne le sont pas. C’est le cas, par exemple, des populations de goélands réparties autour du globe (rapporté par Konrad Lorenz). On parle alors d’espèce en anneau (cf. variation clinale). La notion d’espèce se dissout alors dans une sorte de flou.

L’interfécondité ne permet donc pas de dire qu’il s’agit de mêmes espèces tandis que la non-interfécondité suffit à dire qu’il s’agit d’espèces différentes. Cette non-interfécondité doit être recherchée aussi et surtout dans les descendants : chevaux et ânes sont interféconds mais leurs hybrides (mulet, bardot) le sont rarement. Les deux populations forment donc des espèces différentes.
De même, certaines races de chiens (anciennement Canis familiaris) s’hybrident sans problème — et ont une descendance féconde — avec des loups communs (Canis lupus), tandis que leur hybridation avec d’autres races de leur propre espèce Canis familiaris reste bien problématique – dans le cas par exemple d’une femelle Chihuahua et d’un mâle Saint-Bernard !

Cela s’explique par deux faits : le chien domestique est très polymorphe et c’est une sélection artificielle à partir de loups – il y a maintenant des preuves génétiques. On le nomme donc désormais Canis lupus familiaris, c’est-à-dire une sous-espèce du Loup donc parfaitement interfécond avec lui… dans la limite de ce que permet physiquement l’utérus récepteur.

Stricto sensu, le concept d’espèce suppose implicitement une hypothèse forte qui est la transitivité des interfécondations possibles ; en d’autres termes, on suppose que si X1 est interfécond avec X2, X2 avec X3, etc., X1 sera interfécond avec Xn quelle que soit la longueur de la chaîne. Konrad Lorenz signale que cette supposition n’est pas toujours vraie, en particulier chez des oiseaux marins entre continents. Il faut d’ailleurs bien que ce genre de discontinuité existe pour qu’un phénomène de spéciation commence à apparaître lui aussi.

Évolution de la notion d’espèce

Les éleveurs en avaient vraisemblablement une notion non formalisée depuis l’origine même de l’élevage. Platon spéculera que puisque l’on voit des chevaux et des vaches, mais jamais d’hybride des deux, il doit exister quelque part une forme idéale qui contraint un animal à être l’un ou l’autre. Aristote préfèrera pour sa part éviter ces spéculations et se contenter de répertorier dans l’Organon ce qu’il observe. Albert le Grand s’y essaiera à son tour plus tard.
Concept empirique, la notion d’espèce a évolué avec le temps et son histoire a été marquée par la pensée de grands naturalistes comme Linné, Buffon et Darwin. Au xviiie siècle, les espèces étaient considérées comme le résultat de la création divine et, à ce titre, étaient considérées comme des réalités objectives et immuables. Depuis l’avènement de la théorie de l’évolution, la notion d’espèce biologique a sensiblement évolué, mais aucun consensus n’a pu être obtenu sur sa définition.
Dans un premier temps, on a considéré les espèces comme des entités fixes définies par des critères morphologiques. Cette conception typologique a trouvé son apogée avec les travaux de Linné et l’établissement de collections d’individus « typiques » de l’espèce.
Selon Cuvier, une espèce peut être définie comme la collection de tous les corps organisés nés les uns des autres ou de parents communs et de ceux qui leur ressemblent autant qu’ils ne se ressemblent entre eux.

Cette conception a évolué vers une espèce « taxinomique » pour laquelle l’analyse mathématique d’un grand nombre de critères suffirait à établir un seuil à partir duquel on pourrait dire que deux individus appartiennent à des espèces différentes. L’espèce serait alors plus un concept commode qu’une entité biologique réelle.

La spéciation est le processus évolutif par lequel de nouvelles espèces apparaissent. La spéciation est à l’origine de la diversité biologique et constitue donc le point essentiel de la théorie de l’évolution. La spéciation peut suivre deux voies : l’anagénèse et la cladogénèse. L’anagénèse est une accumulation de changements graduels au cours du temps qui transforment une espèce ancestrale en une nouvelle espèce, cette voie modifie les caractéristiques d’une espèce mais ne permet pas d’augmenter le nombre d’espèces. La cladogénèse est la scission d’un patrimoine génétique en au moins deux patrimoines distincts, ce processus est à l’origine de la diversité biologique car il permet d’augmenter le nombre d’espèces.

Les taxons inférieurs à l’espèce

La définition zoologique du terme race est la suivante : « subdivision d’une espèce qui hérite des caractéristiques la distinguant des autres populations de l’espèce. Au sens génétique une race est une population qui diffère dans l’incidence de certains gènes des autres populations, conséquence d’une isolation, le plus souvent géographique ».

Podcast science 97 – Race, espèce et humanité

 

Le dossier

Franck cette semaine aborde un sujet sensible: Existe-t-il des races chez l’humain?

Dossier à lire ou à

1. écouter     

 

 

 News

Des oeufs de vers intestinaux utilisés en traitement des maladies inflammatoires intestinales ? L’article scientifique évoqué au cours du podcast disponible par ici !

Les quotes démago de la semaine

  •  “Le sport est l’espéranto des races” – Jean Giraudoux
  •  “C’est qu’au fond il n’y a qu’une seule race: l’humanité” – Jean Jaurès

 

Et n’oubliez pas votre devoir de poditeur: Votez pour vos podcasts préférés aux podcasts awards de podradio http://awards.podradio.fr/

Podcast science 96 – Moyens mnémotechniques

 

Le dossier

Marco nous présente ses meilleurs moyens mnémotechniques, ou mnémoniques, pour retenir des informations utiles comme l’ordre des planètes ou la distinction entre stalactite  et stalagmite.
 
N’attendez plus, écoutez l’émission !

 

Les quotes de la semaine

Pour retrouver sa jeunesse, il n’y a qu’à recommencer ses folies

Oscar Wilde

L’érudition, c’est la mémoire et la mémoire, c’est l’imagination

Max Jacob

Le chat

Voici ce qui se disait dans la chatroom pendant le live:

<Taupo> on entend un clavier assez fort
<Taupo> je sais pas à qui il est
<Franck> oki merci
<Franck> Salut au passage ^^
<Taupo> y’avait la sieste selon l’épisode de la dernière fois
<Taupo> Salut Franck
<Nicotupe> ca va le son de la chatroom?
<Taupo> yep
<Taupo> Je crois que c’est ton clavier nico
<Nicotupe> j’ai éteint mon mirco la
<Taupo> bon alors je sais pas qui
<Taupo> le clavier fantome
<Nicotupe> genre tu l’entend encore la?
<Taupo> non
<Nicotupe> ca devait etre moi donc :p
<Taupo> là je l’ai réentendu
<Nicotupe> il y a 10 seconde de décalage avec le live
<Taupo> bon ben c’est toi
<Taupo> ouh putain ça fait mitraillette
<Nicotupe> 🙂
<Nicotupe> je coupe mon micro
<Nicotupe> et range ma mitraillette
<Taupo> SInon pour retenir y’a cette image
<Taupo> http://lolbot.net.nyud.net/pix/18771.jpg
<Taupo> la voix de rockeur
<Taupo> Pluton!!!
<Taupo> Ouh la faute!
* STATUS: Absent
–
<Nicotupe> est ce que quelqu’un de merveilleux pourrait nous enregistrer la au cas ou?
<Taupo> Je sais pas comment faire
<Nicotupe> tu es sous mac?
<Taupo> nope
<Nicotupe> damned
<Nicotupe> je sais pas non plus alros 🙁
<Taupo> Dans l’ordre des orbites?
<Nicotupe> pour les orbites il y a encore une autre phrase!
<Taupo> Nico t’es en train de boire
<Taupo> on peut t’entendre c’est ouf
<Taupo> tu coupes tous tes micros?
<Nicotupe> non je bois pas
<Nicotupe> mon dieu
<Nicotupe> cet épisode est l’anarchie, on fait la preuve qu’alan est indispensale 😀
<Taupo> Ah mon préféré
<Taupo> oui
<Taupo> Pour le tout début
<Taupo> il faut tousser
<Taupo> la première ligne
<Taupo> Hum Hum
<Taupo> H(ydrogène)
<Taupo> H(elium)
<Taupo> Lili Bèse bien chez Notre Oncle Fernand Nestor
<Taupo> deuxième ligne
<Taupo> Troisième ligne
<Taupo> Napoleon Mange Allegrement Six Poulets Sans Claquer Argent
<Taupo> (puis il fait) K Ca
<Nicotupe> lol
<Taupo> ho ho!
<Taupo> Ca devra devenir crypter podcast Science
<Nicotupe> ?
<Nicotupe> 🙂
* zolinger (90.39.171.110) nous a rejoint #testPS
* zolinger (90.39.171.110) Quitter
* zafeu (83.157.156.99) nous a rejoint #testPS
<Taupo> Je suis sûr qur Franck connait parfaitement les paroles des génériques de dessin animés qu’il regardait quand il était petit
<Taupo> on peut pas dire que c’est très utile
<Taupo> à moins que ce soit un lubrifiant social…
<Nicotupe> oui mias c’est de l’émotion :p
* Nicotupe (88.175.94.116) Quitter
* Nicotupe (88.175.94.116) nous a rejoint #testPS
<Taupo> ha ha!
<Taupo> Y’a la pression sociale
<Taupo> faut avoir l’air cool à la récré
* STATUS: Online
–
<Franck> tout à fait d’accord
<Franck> ce que l’apprentissage des leçons n’apporte pas
<Franck> ^^
<Taupo> A creusuer comme méthode pédagogique
<Franck> j’y ai pensé
<Taupo> Commencer les cours par un générique
<Franck> mais a t on le droit de duper les enfants ?
<Taupo> oh on le fait tout le temps
<Nicotupe> oui
* Mentine (109.222.124.240) nous a rejoint #testPS
<Nicotupe> et a t on le droit de malapprendre les enfants
<Nicotupe> genre leur faire croire que ce truc la bas (une voiture) est en fait une table?
<zafeu> on vous entend bien taper sur le clavier
<Mentine> bsr
<Franck> bsr!
<Taupo> oh on peut changer la police
<zafeu> Bonsoir
<Taupo> FUNKY TIME!
<Nicotupe> salut Mentine et Zafeu
<Nicotupe> Donc je parlerai en Comic Sans
<Taupo> ouh le vilain
<Taupo> tu fais la même erreur que l’équipe du LHC
<Taupo> qui a fait son annonce en Comic Sans
<Nicotupe> Ahah
<Nicotupe> c’est la classe
<Taupo> J’AI l’AIR FACHE LA NON?
<Nicotupe> avec une telle annonce, je crois que j’aurais fait pareil
<Nicotupe> c’est tellement rock n roll
<Mentine> ça tape sur clavie
<Mentine> j’espère que ça ne s’entendra pas à l’enregistrement
<Franck> en fait je crois que c le son de marco qui est pourri
<Taupo> non non c’est surement Nico
<Taupo> (pardon nico, rien de personnel)
<Franck> Nico il ferait bien de se muter de temps en temps
<Franck> ^^
<Mentine> le code de marco ça ressemble à du L337
<Franck> oui
<Nicotupe> … oui c’est moi et c’est incomprehensible
<Nicotupe> donc je me tais
<Taupo> t’as pas un clavier bluetooth?
<Nicotupe> non et micro coupe ca enregistre…
<Franck> bon tu le fais finir nico ?
<Franck> il va jamais s’arréter là !!
<Franck> MC !
* Mooser (80.236.217.189) nous a rejoint #testPS
<Mentine> LEET 1337
<Taupo> LEET
<Taupo> Geek Nerd Represent Mentine!
<Franck> lol
<Mentine> |\/|3|\|71|\|3
<Mentine> YES 42!
<Taupo> Excellent
<Taupo> EN voilà un épisode bien ggek
<Taupo> Oui pour conclure, il ne faut retenir que 42
<Mentine> hélas, seule la méthode GOOGLE subsiste
<Taupo> on entend rien!!!!
<Marco> Mort de rire, grave colorée la tchatroom
<Mentine> OUch! J’avais pas entendu Franck
<Mentine> il est malade?
<Taupo> ouh!
<Taupo> Faut que je sois là la semaine prochaine!
<Taupo> Ca va déchirer sa race en somme!
<Taupo> C’est quoi l’adresse?
<Mentine> yep vivement la 100ème
* STATUS: Absent
–
* Mooser (80.236.217.189) Quitter
<Nicotupe> awards.podradio.fr
<Taupo> Marco!
<zafeu> Elle sera en direct d’Arras ?
<Taupo> Les phrases salaces!
<Nicotupe> 🙂
<Nicotupe> Merci à tous d’être passés
<Nicotupe> et désolé pour la mitraillette
* STATUS: Online
–
<Franck> Merci !
<Franck> et oui mentine j’en chie !
<Mentine> je te comprend
<zafeu> merci à vous
<Franck> ^^
<Franck> merci
<Mentine> la clim m’est fatale aussi
<Franck> idem
<Mentine> pas la peine de copier le contenu auj
<Mentine> ciao à tous

Et on se dit à la semaine prochaine, pour un épisode qui va parler de systématique et du concept de race en biologie …

Podcast science 95 – La science de la sieste

Podcast Science fait la sieste

 

Le dossier

Un dossier sur la sieste, et sur le sommeil, de la part du fameux professeur Von, alias Alan, qui va répondre à plein de vos questions, on l’espère, sur ces sujets !

Le dossier de Alan : La science de la sieste

 

En bonus, de la part de Pierre Kerner, une vidéo qui résume tout ça en quelques minutes et nous apprend même qu’il existe des salons de sieste au Japon 🙂

Les News, plugs et liens

La quote de la semaine

 Pendant qu’on calcule, qu’on analyse les pour et les contre, la vie passe, et il ne se passe rien.

Ca vient de DrKOibo sur twitter, toujours plein de quotes et d’énigmes !

Le chat

Voici ce qui se disait dans la chatroom pendant le live:

<roigada> c’est quoi le sujet d’aujourd’hui déjà ?
<Alan> la sieste 🙂
* Jorj_McKie (90.46.250.86) nous a rejoint #testPS
<Jorj_McKie> Salut à tous
<roigada> salut salut !
<Jorj_McKie> Super l’illustration
<roigada> espèrons que Nico arrive pour les dessins 🙂
* STATUS: Absent
–
<Jorj_McKie> J’adore
<roigada> pensée executive :p
* Fred (78.230.100.219) nous a rejoint #testPS
* Fred (78.230.100.219) Quitter
<Jorj_McKie> Et les medoc ?
<Jorj_McKie> Un petard, c’est plus de 24H dans le sang
* STATUS: Online
–
<Franck> oui, bcp plus même !
* STATUS: Absent
–
<Jorj_McKie> 11h c’est pour les suisses ?
<roigada> et 5 pour les chinois 😀
<roigada> la girafe est le seule mammifère a ne pas bailler 🙂
<Jorj_McKie> Frack, on voit que tu n’as jamais fait les ferrias du sud ouest >:-)
<roigada> pourquoi on fait plus la sieste dans le sud que dans le nord ? a cause de la chaleur ?
* _noskill (85.4.109.61) nous a rejoint #testPS
* STATUS: Online
–
<Franck> La vidéo du chien http://www.youtube.com/watch?v=EjzBtRLrhqM
<Franck> Pourquoi les ferias ?
<Franck> Je note ta question roigada voir si il a la réponse
<roigada> merci 😉
<_noskill> jvous laisse, vais piquer un somme 😛
* STATUS: Absent
–
<_noskill> Et vous avez/allez parles du sommeil polyphasique?
<_noskill> parler*
<Jorj_McKie> Des études sur les siestes crapuleuses ? La combinaison doit augmenter le bénéfice en matière de stress.
<roigada> comme les dauphins qui dorment qu’à moitié 🙂
<Jorj_McKie> C’est ce que font les navigateurs
<_noskill> Merci 🙂
<_noskill> Binärpilot \o/
<Alan> effectivement, dispo en libre sur jamendo.fr 🙂
<Alan> le lien de minikermit: http://goo.gl/YSpuI
<Alan> http://www.cnrs.fr/fr/science-direct/video/video.html
<Jorj_McKie> Un lien pour nos amis suisses, c’est édifiant:
<Jorj_McKie> http://drgoulu.com/2012/07/17/le-rapport-suisse-sur-lhomeopathie/
<_noskill> Outch !
<_noskill> o_O j’ai plus d’oreilles (casque powa ! )
<roigada> FAUT FAIRE LA SIESTE !!!!!
* roigada (88.186.181.30) Quitter
<_noskill> c’est franco français
<Jorj_McKie> Super épisode, merci.

Et on se dit à la semaine prochaine, pour un épisode qui va parler de mémoire et de moyens mnémotechniques !

La science de la sieste

Sleeping_baby_cat (Wikipedia)J’avoue, je me suis dévoué pour faire avancer la science. Pour valider mon dossier sur la sieste, j’ai dormi. Et quand on dort, on ne peut pas écrire de dossier. Mais l’internet est mon ami, alors je vais partager ici mon zapping sur le sujet, mes trouvailles, glânées au hasard de mes pérégrinations  googliennes.

Ouverture des feux avec  Futura-Sciences, toujours très bien référencé, qui donne dans le synthétique et l’efficace:

La sieste – y lit-on –  est un moment de repos physiologique pour notre organisme. Chez les personnes qui manquent de sommeil, elle est indispensable pour rester en forme et efficace jusqu’au soir.
(…)
Une sieste de 10 à 20 minutes entre 13 et 15 heures permet d’abaisser le niveau des hormones liées au stress. Elle participe aussi à la récupération musculaire. Enfin, elle joue un rôle non négligeable dans la restructuration des neurones. De ce fait elle améliore la mémoire et la concentration.

Source mentionnée: Dr Eric Mullens, Institut du Sommeil et de la Vigilance. Alors ni une ni deux, hop, j’ouvre un nouvel onglet sur http://www.institut-sommeil-vigilance.org/. S’ouvre à moi un univers fascinant, on y trouve même un guide du bon sommeil plein de conseils pour bien dormir.

Les bonnes conditions pour un bon sommeil

J’y lis aussi quelques bêtises, notamment dans un des quizz proposés sur le site. Par exemple que si on dort à côté de son téléphone portable, on a le sommeil tout perturbé… A cause des ondes, vous comprenez… Selon une étude scientifique (qui n’est pas citée). Par contre, le logo du vendeur de literie qui sponsorise l’opération, lui, est bien visible et tout à fait cliquable. Quelle époque formidable. Cette histoire d’ondes électro-magnétiques qui perturbent le sommeil a m’intrigue, alors je regooglise un petit coup. Une fois zappés les articles militants qui font des ondes gsm la cause de tous les maux, je retiens deux articles. Le premier de TF1 News (je vous avais prévenus, hein…), je cite:

Utiliser un téléphone mobile avant d’aller au lit perturbe (…) le sommeil. La faute aux ondes électromagnétiques auxquelles sont soumis les usagers. Des chercheurs de l’Institut Karolinska (Suède) et de l’Université Wayne (Etats-Unis) sont parvenus à cette conclusion après avoir soumis la moitié d’un panel de 70 personnes des deux sexes aux rayonnements équivalents à ceux émise par un mobile.

Les “exposés” ont mis plus de temps à entrer dans la première phase de sommeil profond et leur phase de sommeil la plus profonde a duré moins longtemps. Les ondes agiraient sur des zones du cerveau qui activent et coordonnent le niveau de stress. Autre explication avancée par les chercheurs : les rayonnements pourraient perturber la production de mélatonine, une hormone qui contrôle l’horloge biologique interne (…)

On ne parle pas de dormir à côté de son téléphone portable. Sur la même page de résultats Google figure aussi un article de 20 Minutes (version suisse) titrant joyeusement “Les ondes ne perturbent pas le sommeil”, je cite:

La perturbation la plus fréquemment attribuée aux rayonnements électromagnétiques à haute fréquence est: des problèmes de sommeil.

Certaines études dans des laboratoires du sommeil ont effectivement laissé préjuger d’un tel lien: l’activité électrique du cerveau des personnes exposées avant de dormir à de forts rayonnements de téléphones mobiles se modifiait.

(…)

Dans une étude de l’Université de Bâle publiée dans le magazine spécialisé «Radiation Research», les chercheurs ont analysé les données de 1375 habitants de la région bâloise (…) :

Les recherches ont montré qu’il n’y avait pas de lien entre l’exposition aux rayonnements et la qualité du sommeil. Une personne exposée aux rayonnements électromagnétiques à haute fréquence ne risquait pas d’avoir davantage de problèmes de sommeil durant la nuit, ni de ressentir une fatigue extrême pendant la journée.

Mais je m’égare… Ce n’est peut-être pas une bonne idée de me mettre tout l’Internet du monde entre les mains au moment où je devrais préparer un dossier… Je démarre avec la sieste et vlan, je me retrouve à parler d’ondes électro-magnétiques.

Revenons à nos moutons. Avec des publications un peu plus scientifiques… Ça aidera.

Sommeil et mémoire

Le Scientific American, d’abord, avec un article qui titre “Naps for Better Recall; Even a Six-Minute Snooze Boosts Memory” (“Des siestes pour mieux se rappeler. Même un somme de six minutes augmente la mémoire”)

Olaf Lahl de l’Université de Düsseldorf en Allemagne et ses collègues ont montré que s’endormir pendant seulement 6 minutes permet de renforcer la mémoire de manière significative. C’est la période de sommeil la plus courte dont on sait qu’elle impacte le fonctionnement mental. Cela suggère que quelque chose se passe juste au moment de la perte de conscience qui solidifie les souvenirs (…)

Les sujets de l’étude avaient deux minutes pour mémoriser une liste de 30 mots qu’ils devaient restituer une heure plus tard. Dans l’intervalle, ils étaient séparé en trois groupes. Un groupe est resté éveillé. Un autre a dormi pendant 6 minutes et le 3e plus longtemps (moyenne de 35 minutes). Le sujets du 1er groupe se sont souvenus de moins de 7 mots en moyenne. Le groupe ayant fait une mini-sieste de 6 minutes s’est souvenu de plus de 8 mots en moyenne. Et ceux qui ont fait la plus longue sieste se sont souvenus de plus de 9 mots. (…) Jusque là, Lahl pensait que les avantages du sommeil pour la mémoire étaient essentiellement passifs (en gros, l’état de conscience altérée ralentirait le rythme auquel les nouvelles expériences effaceraient les  anciens souvenirs, mais les résultats de cette recherche l’ont fait changer d’avis, 6 minutes n’étant manifestement pas une durée suffisante pour oublier grand chose.

Bon c’est intéressant mais c’est pas non plus comme si les gens faisaient 30 sur 30 après avoir piqué un petit roupillon. L’article évoque quelques dissensions entre scientifiques sur le rôle exact du sommeil pour l’organisme avant d’aborder une autre question:

Sommeil et prise de décision

L'”Executive thinking” (que je ne sais pas très bien comment traduire à vrai dire: pensée managériale/pensée décisionnaire/pensée des responsabilités) est rendue particulièrement déficiente par le manque de sommeil. On est beaucoup plus aveuglé qu’on croit, on est moins capable de faire face à la nouveauté et d’évaluer les risques. Mauvaise nouvelle pour les professions médicales, les travailleurs de nuits, les chefs militaires. Et c’est peut-être ce qui explique que les casinos restent ouverts toute la nuit.

Aïe, je repars pour un petit zapping. La dame de fer ne se vantait-elle pas justement de ne dormir que 4 heures chaque nuit? Cela expliquerait peut-être une bonne partie de ses décisions. C’est reparti pour un tour de Google et cette fois, ce sont deux médias britanniques qui remontent en premier. La BBC avec un article intitulé  “What is Sleep?” (Qu’est-ce que le sommeil?) et le Daily Mail avec un article de novembre 2011 au titre fracassant: “Le gène “Thatcher”: des scientifiques découvrent une alarme secrète interne qui permet de ne dormir que quelques heures“. On va garder le gène du sommeil au chaud pour un autre dossier (il s’appelle ABCC9 si vous voulez creuser en attendant) et attardons-nous un instant sur le sujet proposé par la BBC qui pose bien les fondamentaux du sommeil:

Qu’est-ce que le sommeil?

Nous y consacrons un tiers de nos vies, indique l’article, Napoléon, Florence Nightingale et Margaret Thatcher – justement – s’en sortaient avec 4 heures seulement par nuit. Thomas Edison estimait que c’était une perte de temps.

Pourquoi dormons-nous? Cette question déroute les scientifiques depuis des siècles, et la réponse, c’est que personne n’est trop sûr. Certains croient que cela permet au corps de récupérer de ses activités de la journée, mais en réalité, la quantité d’énergie économisée pendant 8 heures de sommeil est minuscule, environ 50 kCal, l’énergie d’une tranche de toast.

Nous devons dormir car cela est indispensable pour maintenir un niveau normal de compétences cognitives comme la parole, la mémoire, la créativité, la pensée adaptative. En d’autres termes, le sommeil joue un rôle significatif dans le développement du cerveau.

Que se passerait-il si nous ne dormions pas?

On s’est tous senti mal une fois ou l’autre de n’avoir pas assez dormi. En cas de carence de sommeil continuelle, les zones du cerveau qui contrôlent le langage, la mémoire, la planification et le sens du temps sont sévèrement affectées, quasi désactivées. En fait, après 17 heures sans sommeil, déjà, on observe une baisse des performances équivalente à un taux d’alcool dans le sang de 0.5‰. Des recherches ont également montré que les individus privés de sommeil ont souvent de la peine à faire face à des situations qui changent rapidement et à porter des jugements rationnels. Dans la vraie vie, les conséquences peuvent être dramatiques, et le manque de sommeil serait un facteur important ayant contribué à une série de désastres internationaux tels que l’Exxon Valdez, Tchernobyl, Three Mile Island et l’explosion de la navette  Challenger.

(L’article de la BBC ne cite pas sa source, alors mode zapping oblige, je l’ai dénichée, si ça vous intéresse: c’est une présentation de Sivaram Arabandi de l’Université  Case Western de Cleveland dans l’Ohio faite lors du SSFW09, une conférence, à Milan en 2009. La prés’ est disponible ici (PDF, 1.4Mo)  et il y est indiqué, en plus de cette longue liste de catastrophes, qu’un accident de la route sur 5 serait dû au manque de sommeil.)

En outre, reprend l’article, les impacts majeurs de la privation de sommeil ne se limitent pas au seul fonctionnement cognitif mais concernent également la santé émotionnelle et physique. Des troubles tels que les apnées du sommeil qui provoquent une somnolence  excessive en journée on pu être associés au stress et à l’hypertension artérielle. Des recherches ont également suggéré que le manque de sommeil pourrait augmenter le risque d’obésité dans la mesure où les hormones et autres substances chimiques qui jouent un rôle dans le contrôle de l’appétit et de la prise de poids sont produites pendant le sommeil.

Que se passe-t-il quand on dort?

Le sommeil se produit en cycles récurrents de 90 à 110 minutes et se divise en deux catégories. La catégorie non-REM ou sommeil lent (elle-même divisée en 4  phases) et la catégorie REM ou sommeil paradoxal.

Le sommeil lent (non-REM)

EEG Phase 1 (image Wikipédia)Phase 1: Somnolence (“Sommeil léger” dans le texte original)

Pendant la première phase de sommeil, on est mi-évéillés, mi-endormis. Notre activité musculaire ralentit et de légers spasmes peuvent se produire. C’est une phase de sommeil léger, ce qui signifie qu’on peut être réveillé facilement.

EEG Phase 2 (image Wikipédia)Phase 2: Sommeil léger (“Véritable sommeil” dans le texte original)

Après quelque 10 minutes de somnolence, nous entrons en phase 2, qui dure environ 20 minutes. Le schéma de respiration et la fréquence cardiaque commencent à ralentir. Cette phase constitue la part la plus importante (quantitativement) du sommeil humain.

EEG Phase 4 (image Wikipédia)Phases 3 et 4: Sommeil profond

Durant la phase 3, le cerveau commence à produire des ondes delta, soit des ondes larges (haute amplitude) et lentes (fréquence basse). La respiration et la fréquence cardiaque sont à leur minimum.

La phase 4 est caractérisée par une respiration très régulière et une activité musculaire limitée. Si on est réveillé pendant le sommeil profond, on ne s’ajuste pas immédiatement et on se sent souvent groggy et désorienté pendant plusieurs minutes. C’est pendant ces phases de sommeil profond que certains enfants mouillent leur lit, subissent des terreurs nocturnes ou sont somnambules.

Le sommeil paradoxal (REM)

La première période de sommeil paradoxal (REM pour Rapid Eye Movement, mouvement rapide des yeux) débute généralement quelque 70 – 90 minutes après l’endormissement. Nous connaissons entre 3 et 5 périodes de REM par nuit.

Bien que nous ne soyons pas conscients, le cerveau est très actif pendant cette phase, souvent davantage encore que lorsque nous sommes éveillés. C’est là que se produisent la plupart des rêves. Les yeux font des va-et-vient très rapides (d’où le nom Rapid Eye Movement), la respiration s’accélère et la tension artérielle augmente. Toutefois, le corps est paralysé, on pense que c’est le moyen qu’a trouvé la nature pour nous empêcher d’agir physiquement comme dans nos rêves.

Après le sommeil paradoxal, le cycle tout entier recommence.

De combien de sommeil avons-nous besoin?

Il n’y a pas de durée précise dont tout le monde aurait besoin; cela varie d’une personne à l’autre. Selon le sleep profiler (une enquête en ligne de la BCC), les gens aiment dormir entre 5 et 11 heures par jour avec une moyenne de 7.75 heures.

Comme l’a dit Jim Horne du Centre de Recherches du Sommeil de l’Université de Loughborough, “la quantité de sommeil dont nous avons besoin est celle qui nous permet de ne pas être somnolent dans la journée”

Les autres animaux ont aussi besoin de quantités variables de sommeil:

Espèce Heures moyennes de sommeil par jour
Python 18 heures
Tigre 15.8 heures
Chat 12.1 heures
Chimpanzé 9.7 heures
Mouton 3.8 heures
Éléphant d’Afrique 3.3 heures
Girafe 1.9 heures

Le record actuel pour la plus longue période sans sommeil est de 11 jours et  a été établi par Randy Gardner en 1965. Au 4e jour de la recherche, il a commencé à avoir des hallucinations. Ensuite, il s’est pris pour un footballeur célèbre. Et étonnamment, il continuait de battre les scientifiques au flipper à la fin de sa recherche.

Bon, voilà pour l’article de la BBC, une très jolie introduction sur le sommeil, mais pas un mot sur la sieste. Zapping quand tu me tiens…

Et la sieste alors?

Tandis que je m’aidais de Wikipédia pour les traductions des différentes phases de sommeil, mon oeil a été attiré par le chapitre “siesta” de l’article Sleep de Wikipédia. Transition toute trouvée, on continue le zapping.

L’habitude de la sieste – peut-on y lire – a été récemment associée avec une réduction de 37% de la mortalité coronarienne. possiblement en raison d’un stress cardio-vasculaire réduit, avec le sommeil diurne comme médiateur. Ceci dit, des études épidémiologiques sur les liens entre la santé cardiovasculaire et la sieste ont conduit à des conclusions contradictoires, probablement à cause du manque de contrôle sur les différentes variables comme l’activité physique (…)

Bof, le paragraphe est plus long mais n’en dit pas davantage.

La durée idéale

Reprise du zapping. Avec le Boston Globe qui dans un article très graphique indique comment faire une bonne sieste. Jamais plus de 45 minutes! Passée la phase de somnolence, c’est la phase de sommeil léger qui permet de booster la vigilance et la concentration et d’aiguiser les capacités physiques. Après 45 minutes, on entre en phase 3 et on se sent groggy au réveil pendant une bonne demi-heure.

Le truc pour se réveiller?

Boire un petit café avant la sieste est, selon le Boston Globe, le petit secret pour une sieste parfaite. La caféine met une vingtaine de minutes avant de produire son effet excitant. Autant dire qu’elle vous réveille pile au bon moment! L’auteure de l’article s’appelle Jennifer Ackerman.

Rezap.

Je tombe sur un autre de ses articles, mais dans le très britannique Guardian, cette fois. Décidément, les autres journalistes n’avaient pas pris leur ristretto avant la sieste ce jour-là! Je suis méchant… Un nouveau petit onglet et hop, je (re)découvre que Jennifer Ackermann est une écrivain scientifique à succès et qu’elle s’est documentée à fond sur le sujet pour un de ses livres, Sex Sleep Eat Drink Dream: A Day in the Life of Your Body, que j’ai aussitôt ajouté à ma gigantesque liste de livres à lire un jour… Fermeture de l’onglet. Dans la version Guardian, c’est moins graphique mais plus instructif.

Une sieste de 60 minutes améliore la vigilance jusqu’à 10 heures. Des recherches sur des pilotes ont montré que les siestes de 26 minutes de la NASA (pendant que le co-pilote est aux commandes) amélioraient les performances de 34% et la vigilance générale de 54%. Une étude de Harvard publiée en 2008 a montré qu’une sieste de 45 minutes améliore l’apprentissage et la mémoire. Faire la sieste réduit le stress et diminue les risques d’infarctus, de diabète et de prise de poids excessive.

Les véritables bénéfices de la sieste

NASA, vous avez dit NASA?

re-zap!

Et un nouvel onglet me dit tout sur les expériences de la NASA dans le domaine du sommeil. Et c’est bien sûr proprement fascinant. On y a apprend que, la tête en bas, dans des fusées qui font un bruit de… fusées, les astronautes ont beaucoup de mal à dormir leur 8 heures chaque nuit. Même si la NASA leur recommande de le faire. Bravaches, ils dorment entre 0.5 et 2.5 heures de moins que le reste des Terriens. Mais manquer de sommeil dans ces conditions extrêmes n’est pas une bonne idée. Du coup, la sieste semble être une bonne solution pour ne pas être irritables, oublieux, et globalement à côté de la plaque. Sauf que, on l’a vu, une trop longue sieste vous rend groggy, c’est un effet qui s’appelle l’inertie du sommeil et qui n’est pas encore compris par la science. Et pour piloter une fusée, c’est pas trop indiqué. Alors la NASA a financé une étude  du National Space Biomedical Research Institute, conduite par David Dinges (prononcer Dinguss), un prof de l’Ecole de Médecine de l’Université de Pennsylvanie.

“À notre plus grand étonnement, les bénéfices de la sieste ont surtout porté sur les performances de la mémoire de travail plutôt que sur la vigilance et la vivacité générale” indique Dinges dans l’article. Pour ces compétences particulières, qui permettent de rester concentré et de remarquer les détails importants, ce qui compte, ce sont les heures totales de sommeil en 24 heures.

Une autre découverte intéressante de ces travaux, c’est que la sieste ne fonctionne pas bien pour les travailleurs de nuit. S’ils font une sieste au milieu de la nuit, leur horloge biologique semble perdre la boussole. Chez ces sujets, l’inertie du sommeil dure plus d’une heure.

La sieste a donc un effet particulièrement bénéfique sur la mémoire. Intéressant, et quid de ce mythe qui voudrait qu’on puisse mémoriser ce qu’on entend pendant la sieste? Les méthodes de langues par exemple? Re-zap, nouvel onglet, et retour sur le site du Scientific American, dans une retranscription d’un récent épisode de l’excellent et très enjoué podcast 60 Seconds Science:

Vous vous souvenez de ces cassettes qui vous permettaient soi-disant d’apprendre pendant la nuit? Eh bien les recherches scientifiques ont démontré que c’est n’importe quoi, sauf, bien sûr, si vous restez debout toute la nuit pour les apprendre.

Mais si vous dormez réellement tout en écoutant quelque chose que vous avez déjà appris (une mélodie que vous auriez entraînée au piano, par exemple), eh bien vous risquez effectivement de l’apprendre plus rapidement. C’est ce que révèle une étude publiée dans Nature Neuroscience. [James Antony et al, Cued memory reactivation during sleep influences skill learning]

(…)

Je vous épargne le reste de mon zapping: l’interweb mondial est unanime. Toutes les recherches concordent, les siestes ne présentent que des avantages!

Pourquoi la sieste n’est-elle pas plus mainstream?

Alors ma question est: pourquoi ne la fait-on pas? Pourquoi est-ce que nos sociétés se sont organisées comme si nous étions tous Margaret Thatcher? Voire Randy Gardner?

C’est peut-être en train de changer. L’année dernière, un article du New-York Times permettait aux basketteurs jouant en NBA d’avouer leur penchant pour la sieste. Pourquoi se doper quand il suffit de piquer un petit somme, en somme? Même les héros font la sieste! Et c’est même pour ça qu’ils gagnent! Idem chez les hockeyeurs de la NHL. Ils dorment entre 20 minutes et 3 heures tous les après-midi!

La sieste dans le mode de l’entreprise

Mais dans les entreprises alors? Eh bien, c’est sur le blog OnlineMBA (un portail qui s’adresse aux cadres et recense les MBA en ligne), certaines grandes compagnies ont une politique encourageant leurs employés à faire la sieste au moment du coup de pompe. Dans le Top 10: Google, Ben&Jerry’s, Zappos, Nike (enfin là, mon petit doigt me dit que ça ne s’applique pas à toute la chaîne de production, allez savoir pourquoi…), AOL-Huffington Post, Pizza Hut, Deloitte Consulting et British Airways (j’espère juste qu’il y aussi une règlementation pour que pilote et co-pilote ne s’endorment pas en même temps au premier bâillement contagieux 😉 )

Ça fait rêver, hein?

En bonus, de la part de Pierre Kerner, une vidéo qui résume tout ça en quelques minutes et nous apprend même qu’il existe des salons de sieste au Japon 🙂

 

Les mathématiques de la formation des bouchons

Post invité: voici un dossier de Cyril, le frère de Franck que nous avons eu le plaisir de recevoir dans l’épisode 94

L’automobile est le moyen de transport le plus utilisé aujourd’hui, mais la surexploitation des infrastructures entraîne des congestions, des bouchons qui sont de vrais fléaux et que nous allons donc chercher à éviter et donc à prévoir. Tout d’abord, il va nous falloir une modélisation physique de la route, puis à partir de cette modélisation on va essayer de comprendre voir de prévoir les embouteillages.

Définir un bon modèle

Tout d’abord, posons le problème, on va s’intéresser à une route droite à une seule voie, la modélisation d’un autoroute à 3 voies avec voie d’insertion et sortie est un petit cauchemar que nous n’aborderons pas. Sur noter route, on va s’intéresser à des grandeurs comme le flux en voiture par seconde, la densité en voiture donc en voiture par mètre et à l’abscisse sur la route, cela correspond à la distance entre un point et une origine arbitraire sur notre route.
En gros, ça donne :

On va maintenant délimiter un tronçon, c’est-à-dire une portion de route comprise entre deux abscisses. Le nombre de voitures sur ce tronçon est égal à sa densité en voiture multipliée par sa longueur, le nombre de voitures par mètre fois le nombre de mètres. Ainsi, la variation du nombre de voitures au cours du temps, car c’est cette variation qui nous intéresse, est égale à la variation de la densité multipliée par la longueur du tronçon, mais cette variation est aussi égale à la différence entre le flux de voiture entrant et le flux de voiture sortant, c’est le nombre de voitures qui sont entrées moins le nombre de voitures qui sont sorties. Donc finalement notre variation du nombre de voitures est égale d’un coté à la variation de la densité fois l’intervalle de longueur, et d’un autre coté à la différence des flux.

L’équation

Cette égalité est la représentation discrète de l’équation aux dérivées partielles : la somme de la dérivée partielle de la densité par rapport au temps et de la dérivée partielle du flux par rapport à la distance est nulle.

Cette équation est à la base de notre étude car les fonctions qui la vérifieront seront caractéristiques de notre trafic et car elle nous montre bien l’existence d’un lien entre le flux et la densité. Ce lien est la modélisation que l’on recherche, c’est-à-dire une expression du flux en fonction de la densité. Ce sont les trois mathématiciens, Lighthill Witham et Richards qui nous fournissent ce modèle, c’est le modèle LWR : Le flux étant égal à la vitesse maximale fois la densité fois un moins la densité divisée par la densité maximale.

Maintenant qu’on a un modèle, il va falloir le valider. Pour cela, j’ai fait une série de mesures de flux et de densité sur la route, et en reportant les résultats que j’ai obtenus sur le graphique LWR on obtient des résultats assez satisfaisant qui vont nous permettre d’utiliser ce modèle.

On va donc pouvoir résoudre notre équation aux dérivées partielles, génial, non ? Alors pour la résoudre numériquement on va appliquer une méthode des différences finies en cherchant par approximation les dérivées à des taux d’accroissement, on applique donc les formules de Taylor et… Mais non, je rigole ! En fait, je vais vous passer la résolution de ce petit monstre mathématiques et on va juste s’intéresser aux résultats. Donc quand on résout cette équation on obtient des solutions qui possèdent des droites spatiotemporelles sur lesquelles elles sont constantes.

Les ondes cinématiques

 

Je trouve aussi que ce graphique est plutôt joli.

Ces droites sont la représentation d’ondes cinétiques qui vont parcourir le trafic, ce ne sont pas de méchants trucs incompréhensibles, ces ondes vous les connaissez. Je prends un exemple, imaginez qui vous roulez dans un trafic dense, mais fluide, donc y a du monde, mais on de ne se gène pas, et à un instant, une voiture pile puis redémarre. Bon, la voiture qui la suit va devoir freiner brusquement elle aussi, celle d’après aussi et ainsi de suite. Et alors qu’il n’y aura plus aucune raison, la voiture source de l’onde aura redémarré depuis longtemps, des voitures en amont de celle-ci seront amenées à s’arrêter. C’est la manifestation la plus courante des ondes cinématiques du trafic.

Un petit exemple en vidéo :

 

Ces ondes qu’on arrive enfin à visualiser, si si, je vous assure vous y arrivez, sont à l’origine des bouchons. En fait, il faut imaginer qu’à la place d’un flux constant, vous envoyez à l’encontre de l’onde un flux de voiture accélérant, quand cette fille de voiture va rencontrer l’onde cinétique, elles vont subir une très forte variation de vitesse et vont donc propager l’onde, voire même augmenter son amplitude, créant ainsi un bouchon. Pour se figurer la chose, il suffit d’imaginer la porte d’entrée de la cantine d’un collège à midi, tous les enfants courent vers la porte pour entrer le premier, ils poussent dans tous les sens et résultat personne ne passe, la, c’est exactement pareil, la forte décélération subie par notre flux constant de voiture propage l’onde de choc et entretient le bouchon.

Prévoir les embouteillages

Mais alors aurions-nous réussi ? Saurions-nous prévoir les embouteillages ? Hélas… Non! Car la visualisation de ces ondes en temps réel et à grande échelle c’est un peu comme chercher une aiguille alors qu’on n’a pas la motte de foin. Mais rassurez-vous, tout ça n’a pas servi à rien, en effet si cette étude ne nous permet pas de prévoir les embouteillages, elle nous permet d’établir une bonne stratégie de réponse face aux bouchons. En effet pour résorber un bouchon il suffit de ne pas permettre la propagation de l’onde cinématique. Un exemple, si je parle et que vous m’entendez c’est parce que l’air entre moi et le micro transmet l’onde sonore de ma voix. En revanche si on me plaçait sous une cloche vide d’air, j’aurais beau m’égosiller vous n’entendriez rien, et bien là c’est pareil, si on empêche la propagation de l’onde de choc, le bouchon va se résorber et pour ça, il « suffit » de ralentir les voitures en amont du bouchon, ainsi elles ne subiront qu’une faible variation de vitesse et tendront à faire disparaître notre onde trouble-fête, et donc nous verrons revenir un trafic fluide et bien plus agréable pour nos départs en vacances !

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