eduMedia eduMedia RSS http://www.edumedia-sciences.com Fri, 24 Sep 2021 03:48:55 +0000 <![CDATA[Iceberg]]> Un iceberg ("montagne de glace") est un bloc de glace qui s’est détaché d’un glacier ou de la calotte polaire suivant un processus appelé vêlage.
Un iceberg pèse plusieurs millions de tonnes et pourtant il flotte. Certes l'eau douce a une densité légèrement plus faible que l'eau salée de l'océan, mais la principale raison est la suivante.
Tous les liquides ont la propriété de réduire de volume lorsqu'ils se solidifient en glace. Tous sauf l'eau. En se transformant en glace, l'eau gagne en volume et de ce fait, la glace d'eau est moins dense que l'eau liquide. C'est une propriété remarquable qui explique que la poussée d'Archimède d'un glaçon totalement immergé dépasse la force de son poids, Le glaçon remonte donc à la surface.
La flottaison d'un iceberg est une belle illustration du principe d'Archimède et cette animation permet de jouer avec les formes pour observer les deux forces en présence. La densité de la glace étant juste un peu plus faible que celle de l'eau environnante, environ 10% du volume de l'iceberg émerge au moment où la poussée d'Archimède FA et le poids Fg s'équilibrent.

Sitographie :

  • https://scipython.com/blog/iceberg-dynamics/
  • https://joshdata.me/iceberger.html from Joshua Tauberer.
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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/970-iceberg Mon, 09 Aug 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Courbure de l'espace temps]]> La théorie de la relativité générale énoncée par Einstein en 1915 est une vision totalement nouvelle du monde. Partant de son principe d'équivalence, il affirme que les lois de la physique sont les mêmes dans un système accéléré et dans un système soumis à la gravité. Cette affirmation est lourde de conséquence pour les notions d'espace et de temps qui ne sont plus des notions indépendantes. Les corps massifs évoluent dans l'espace-temps et la notion même de force gravitationnelle est révolutionnée. Selon Isaac Newton, la Terre orbite autour du Soleil car celui-ci exerce une force gravitationnelle sur notre planète. Selon Einstein, la masse du Soleil provoque une déformation de l’espace-temps qui est à l’origine du mouvement de la Terre. C'est pour cette raison que des corps sans masse, comme les photons, subissent les défromations de l'espace-temps (voir l'animation sur les lentilles gravitationnelles).

Pour illustrer ce concept, il est fréquent de représenter un espace à deux dimensions. C'est le modèle de la nappe de tissu déformée par des distributions de masse. Il est important de savoir que cette simplification visuelle comporte de nombreuses limitations, dont celle d'expliquer la gravitation (planète attirée par le Soleil) par la gravité elle même (planète qui tombe verticalement dans le trou). Cette animation repose sur cette simplification graphique. Il ne s'agit donc que d'une introduction pédagogique pour ce thème très complexe qu'est la relativité générale.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/969-courbure-de-lespace-temps Wed, 07 Jul 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Apprendre à coder]]> Entraîne toi à programmer les déplacements de la skateuse. Tu dois attraper toutes les disquettes, en utilisant si possible un nombre minimum de blocs instructions. 

Cette application est une initiation à l'algorithmique et la programmation. Programmer c'est prévoir et anticiper une suite d'actions permettant de solutionner un problème. Les 9 niveaux de jeux proposés sont de difficulté croissante.

Niveaux 1-2-3

Le mode entrainement ("training") permet de tester immédiatement une instruction. Le mode "normal" exécute la suite d'instructions après avoir cliqué sur "GO".

Les trois premiers niveaux (1-2-3) n'utilisent que les blocs instructions usuels :

  • ↑ Avancer
  • ↓ Reculer
  • ↰ Pivoter sur ta gauche (en restant sur la même case)
  • ↱ Pivoter sur ta droite (en restant sur la même case)

Niveaux 4-5-6

Ajout de l'instruction "boucle de répétition" : il est nécessaire d'utiliser cette nouvelle instruction pour valider les objectifs. Son utilisation est même obligatoire pour compléter le niveau 6.

Niveaux 7-8-9

Des mémoires secondaires sont ajoutées pour optimiser le codage.

Évaluation : C'est le nombre total de blocs instructions qui est comptabilisé pour définir les objectifs et le résultat obtenu.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/968-apprendre-a-coder Tue, 29 Jun 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Lentille gravitationnelle]]> Au début du XXe siècle, Albert Einstein développe la théorie de la relativité générale. Selon cette théorie, les photons infléchissent leur trajectoire à proximité d'un corps massif. La déflexion est d'autant plus forte que l'objet est massif.

En réalité, la lumière se propage bien le long du trajet le plus court mais l'espace (ou plus précisément l'espace-temps) dans lequel elle évolue est courbé par la présence de masse. Dans la théorie de la relativité générale, la gravitation est d'ailleurs une conséquence (et non la cause) de cette courbure de l'espace-temps.Cette simulation utilise un modèle simplifié de l'espace-temps sous la forme d'une grille 2D déformée par une masse. Voir le paragraphe "Simplification" à la fin de ce texte pour comprendre les limitations de ce modèle.

Lorsque Einstein publie sa théorie de la relativité générale en 1915, il ne prédit pas seulement la déviation de la lumière lors de son passage à proximité d'une masse ou l'existence des ondes gravitationnelles. Il établit une toute nouvelle conception de l'univers, notamment en ce qui concerne la nature de la force gravitationnelle. Ni cette théorie fort complexe, ni même le prix Nobel qu'il reçoit en 1915 (pour son explication de l'effet photoélectrique) ne rendent Einstein célèbre, au delà du cercle des scientifiques de l'époque.

Le 29 mai 1919 survient une éclipse solaire qui est l'occasion choisie par l'astronome Arthur Eddington pour mesurer la position des étoiles quasiment alignées avec le Soleil au moment précis de l'éclipse. Il cherche à valider la théorie de la relativité générale énoncée 4 ans plus tôt par Einstein. Eddington constate une déviation de la position des étoiles conforme aux prédictions de la théorie de la relativité générale, Du jour au lendemain, Albert Einstein devient une célébrité mondiale comme en témoignent les nombreuses unes des journaux de l'époque.

La lumière peut donc être déviée par une masse. Une lentille gravitationnelle est une sorte d'illusion optique à l'échelle cosmique. Sous certaines conditions d'alignement, il est possible d'observer plusieurs images d'une même source lumineuse située derrière un objet massif. En fonction de la distribution de masse de la masse déflectrice, on peut observer des arcs ou des anneaux (nommés "anneaux d'Einstein").

Simplifications : L'animation illustre comment une masse modifie la grille d'un espace-temps simplifié en 3D. Cette représentation est avant tout pédagogique. L'espace-temps réel est à quatre dimensions (trois pour l'espace - une pour le temps). Cette vidéo d'Alessandro Roussel résume bien la difficulté d'illustrer graphiquement les effets de la relativité générale.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/967-lentille-gravitationnelle Sun, 20 Jun 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Effet photoélectrique]]> L'étude de la lumière est au cœur des plus grandes découvertes scientifiques. Pendant des siècles, l'homme étudie les effets de la lumière sans en comprendre les causes et moins encore sa nature. Comment voyons nous ? Comment se propage la lumière et dans quel milieu ? Se propage-t-elle de façon instantanée ? Si non, quelle est la vitesse de la lumière ? Est-ce une onde ou des particules ? C'est justement à cette dernière question que répond cette expérience de l'effet photoélectrique.

  • Années 1670 : Huygens explique les lois de la diffraction selon un modèle ondulatoire.
  • Années 1700 : Newton décompose la lumière blanche et affirme que la lumière est un flux de particules en mouvement.
  • Années 1840 : Becquerel et Faraday découvrent des interactions entre matière et lumière.
  • Années 1860 : Maxwell découvre la nature électromagnétique de la lumière et établit l'équation d'une onde se propageant à la vitesse de 300.000 km.s-1.
  • Années 1880 : Heinrich Hertz enfonce le clou du côté ondulatoire en générant pour la première fois des ondes électromagnétiques (ondes "radio").

Mais l'expérience traitant de l'effet photoélectrique pose un problème que la théorie ondulatoire de la lumière ne parvient pas à expliquer. Pour cette expérience, on éclaire une plaque métallique (la cathode). Dans certaines conditions, on réceptionne sur une autre plaque (l'anode) les électrons arrachés à la cathode. Un courant circule, mesurable avec un ampèremètre. Si la lumière est une onde, les travaux de Maxwell et Hertz imposent qu'en augmentant l'intensité du champ électrique (amplitude de l'onde), plus d'électrons seraient arrachés. Un courant plus grand serait alots constaté.

Ce n'est pas du tout ce qui se passe. C'est la fréquence de l'onde incidente qui agit sur ce courant. En dessous d'une fréquence seuil aucun électron n'est arraché quelque soit l'intensité de la lumière.

  • Années 1900 : À partir des travaux de Max Planck sur le corps noir et l'interaction entre matière chauffée et émission de lumière, Einstein explique l'effet photoélectrique en considérant la lumière comme un jet de corpuscules qu'il nomme "photon". Chaque photon possède une quantité d'énergie (quanta) dont l'énergie (E) est proportionnelle à la fréquence (ν) selon la loi de Planck : E = hν  (h est une constante qui vaut 6,626.10-34  J.s).

L'énergie de sortie (Φ) est l'énergie permettant d'extraire un électron de la cathode. Il existe donc une fréquence seuil ν0 en dessous de laquelle aucun photon ne pourra arracher d'électron. Quelque soit l'intensité de la source, pour de tels photons, il ne circulera jamais de courant. Par contre, pour un photon ayant une fréquence ν > ν0 , un électron sera arraché et il disposera même d'une énergie cinétique correspondant à la différence hν - hν. La différence de potentiel U appliquée entre la cathode et l'anode sert juste à accélérer (ou freiner) ces électrons arrachés à la cathode.

Einstein reçoit le prix Nobel en 1921 pour ses explications de l'effet photoélectrique. Il faut bien saisir le côté contre-intuitif de cette découverte qui affirme que la lumière est à la fois une onde et une particule et que certains phénomènes ne s'expliquent que par l'un ou par l'autre de ces aspects.

Références :

  1. Photoelectric Effect Explained with Quantum Hypothesis(Opens in a new window)” from UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0 US.

  2. Khan Academy "Effet photoélectriquePhotoelectric Effect

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/964-effet-photoelectrique Tue, 01 Jun 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Écran tactile (résistif)]]> Les écrans tactiles sont partout autour de nous. Comment fonctionnent-ils ?

Il existe de nombreuses technologies. Les deux principales sont les suivantes:

  • Technologie résistive : L'écran (plaque de verre) est recouvert d'une (et même deux) couches transparentes conductrices à base d'oxyde d'indium-étain (ITO, indium tin oxide). Lorsque l’utilisateur appuie sur l'écran, il écrase ponctuellement les deux membranes et crée un contact. Une tension est appliquée aux extrémités de l'écran et un contrôleur déduit une position à partir de la tension mesurée au point de contact.
  • Technologie capacitive : Lorsque l'utilisateur touche l'écran avec son doigt, il crée une décharge (capacitive) locale. Quatre capteurs situés aux coins de l'écran détectent ce déficit de charges électriques. Un contrôleur permet d'en déduire le point de contact.

Chaque technologie a ses avantages et ses inconvénients. Ainsi, la technologie capacitive ne permet pas d'utiliser des gants ou n'importe quel stylet. Elle n'est pas adaptée non plus aux grands formats. La technologie résistive est moins coûteuse mais s'use avec le temps et le multicouche dégrade la qualité d'image.

Dans tous les cas, un métal rare, l'indium, est utilisé. Il est classé parmi les matières premières critiques . Pour cette raison, nous devons maîtriser notre consommation d'appareils numériques.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/963-ecran-tactile-resistif Mon, 17 May 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Génération spontanée]]> La notion de génération spontanée défend l'idée que la Vie peut apparaître spontanément à partir de matière non vivante. 

Nous savons maintenant que seul le vivant peut engendrer le vivant, mais les principes de la génération spontanée auront tout de même duré près de deux millénaires. L'église défendait cette thèse mais de grands savants comme Démocrite, Aristote ou Descartes y sont aussi associés. Selon eux, l'apparition de moisissures puis d'insectes sur des aliments en décomposition témoignent de ce principe.

Francesco Redi publie à Florence en 1668 son traité Esperienze intorno alla generazione deglinsetti (« Expériences sur la génération des insectes ») où il contredit, expériences à l'appui, cette théorie. Il répond à tous ses détracteurs avec une grande précaution car il ne peut ignorer ce que Galilée à subit 50 ans plus tôt (accusé d'hérésie en 1633).

Malgré ses découvertes, les scientifiques et la population continuent de croire à la génération spontanée. Il faut attendre Pasteur au milieu du XIXe siècle pour réfuter cette théorie et valider l'existence de germes et de micro-organismes.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/962-generation-spontanee Wed, 14 Apr 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Candidat Vaccin]]> L’animation ci-dessus décrit les essais cliniques nécessaires pour approuver l’utilisation d’un vaccin chez l’humain.
CETTE SIMULATION EST À VOCATION PÉDAGOGIQUE ! Les paramètres utilisés ne sont pas caractéristiques d’un vaccin particulier. Notre objectif est de fournir aux enseignants et enseignantes un outil qualitatif pour illustrer les différentes étapes de contrôle pour s’assurer qu’un "candidat vaccin", un vaccin en développement, soit sécuritaire et efficace. En aucun cas ces paramètres ne peuvent servir de justification ou de preuve. De plus, les critères menant à l’approbation d’un vaccin peuvent varier d’un pays à l’autre.

La vaccination est un procédé qui vise à protéger l'organisme d'une infection spécifique en stimulant le système immunitaire. Chaque compagnie doit s’assurer que son candidat-vaccin est sécuritaire et efficace chez l’humain. Pour ce faire, elles travaillent de concert avec des institutions médicales, des médecins, des experts et des patients volontaires. Toute la procédure doit également être approuvée par un comité d’éthique.
Les essais peuvent être stoppés à tout moment si le vaccin ne s’avère pas sécuritaire, ou pas suffisamment efficace.
Pour chacune des phases d’un essai clinique, on compare toujours un vaccin à un placebo. Le placebo est un traitement identique au vaccin, mais exempt d’ingrédients actifs. Il est généralement fait d’eau, de sel et d’agents de conservation. La moitié des participants à l’étude recevront une piqûre d’un placebo. L’autre moitié recevra le vaccin. On compare ensuite les résultats entre les deux groupes pour évaluer les risques et les bénéfices du candidat-vaccin. Est-il suffisamment sécuritaire? Semble-t-il protéger suffisamment contre la maladie?
Développer un vaccin prend normalement plusieurs années. Le gros du temps est habituellement consacré à la recherche de financement, à la commercialisation et à la bureaucratie, et non aux essais cliniques comme tels.

L’Organisation Mondiale de la Santé estime que la vaccination permet de sauver environ 2 millions de personnes par année.

eduMedia a fait un dossier interactif complet sur le thème de l'épidémie. Cliquez sur Virus, vaccin, le sujet viral pour y accéder.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/961-candidat-vaccin Wed, 10 Mar 2021 00:00:00 +0000
<![CDATA[Exocytose - Endocytose]]> Le fonctionnement optimal de la cellule dépend étroitement des échanges que cette dernière réalise entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire, milieux séparés l’un de l’autre par la membrane plasmique. Parmi les divers mécanismes de transfert de molécules de part et d’autre de la membrane figurent l’endocytose et l’exocytose.

  • On parle d'endocytose lorsque des molécules sont transportées vers l’intérieur d’une cellule. 
  • On parle d'exocytose lorsque des molécules sont secrétées hors de la cellule.
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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/960-exocytose-endocytose Sun, 13 Dec 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Vidéo : Homothétie]]> https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/846-video-homothetie Tue, 24 Nov 2020 09:10:57 +0000 <![CDATA[Vidéo : Rotation]]> https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/959-video-rotation Tue, 24 Nov 2020 09:06:18 +0000 <![CDATA[Expérience de Lavoisier]]> L'animation ci-dessus décrit une des expériences fondatrices de la chimie moderne. Nous avons délibérément illustré cette expérience avec des décors et des instruments d'époque, tels que Lavoisier les a décrits. Notons que c'est surtout son épouse Marie-Anne Pierrette Paulze dont nous vous invitons à découvrir la biographie, qui est à l'origine de nombreux articles et illustrations (et sans doute bien plus) pour le compte de son époux Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794). Toujours dans ce souci historique, voici comment Berthe Bussard et Hélène Dubois, décrivent cette expérience dans le manuel "Leçons élémentaires de chimie" édité par Belin en 1897 :

     "Lavoisier a montré, en 1774, que l’air est un mélange d’oxygène et d’un autre gaz, l’azote. Pendant douze jours et douze nuits consécutifs, il fit chauffer du mercure dans un ballon dont le col recourbé se terminait en haut d’une cloche retournée sur une cuve à mercure. Il aspira une partie de l’air de la cloche, au moyen d’un tube recourbé, de façon que le niveau du mercure fût plus élevé dans la cloche que dans la cuve. Cette disposition permettait de suivre facilement les variations de niveau du mercure dans la cloche, et en même temps assurait la stabilité de celle cloche.

Le deuxième jour, Lavoisier vit la surface du mercure se recouvrir de parcelles rougeâtres qui augmentèrent pendant cinq jours, et le niveau s’élever dans la cloche. Il continua de chauffer jusqu’au douzième jour ; aucune modification ne se produisant plus dans l’appareil, il le laissa refroidir. Le gaz restant dans le ballon et la cloche éteignait une bougie allumée ; il n’entretenait pas la respiration : de petits animaux plongés dans ce gaz y mouraient. Il lui donna le nom d’azote (a, sans ; zoos, vie). Il mit les pellicules rouges dans une cornue très petite pour laisser au-dessus d’elles le moins d’air possible. Il chauffa, il recueillit de l’oxygène sur la cuve à mercure et retrouva du mercure dans la cornue ; les pellicules étaient donc une combinaison de mercure et d’oxygène, on appelle cette combinaison oxyde de mercure.

Lavoisier fit passer dans une même cloche l’azote restant de la première expérience et l’oxygène recueilli dans la deuxième ; il obtint un mélange qui avait toutes les propriétés de l’air atmosphérique. Il avait ainsi établi par analyse et par synthèse que l’air est un mélange d’oxygène et d’azote. Depuis Lavoisier, on a fait d’autres expériences qui ont déterminé très exactement la composition de l’air et prouvé que l’azote y entre pour les quatre cinquièmes et l’oxygène pour un cinquième.

Toutes ces expériences sont fondées sur le même principe : enlever à l’air son oxygène et laisser l’azote."

Source : Wikipedia.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/958-experience-de-lavoisier Thu, 05 Nov 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Corps noir]]> Tout corps chauffé émet un rayonnement. Cependant, la physique classique ne parvenait pas d'expliquer le spectre d'émission observé pour un modèle théorique nommé "corps noir".

Un corps noir est un objet idéal en équilibre thermodynamique avec son environnement qui se comporte comme un "absorbeur de radiations" parfait (toutes les radiations incidentes sont absorbées et il n'y a ni réflexion ni transmission ce qui explique pourquoi un tel corps nous apparaîtrait noir). Pour demeurer en équilibre thermodynamique, le corps noir ainsi chauffé émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les longueurs d'ondes. L'énergie rayonnée par unité de temps et de surface, nommée luminance, ou puissance par unité de surface, couvre l'ensemble des longueurs d'ondes et dépend uniquement de la température de surface du corps, comme l'illustrent les courbes de l'animation.

C'est Max Planck qui énonce en 1900 sa fameuse équation qui décrit la loi qui porte maintenant son nom : loi de Planck

Ses travaux valident les théories naissantes de la mécanique quantique puisque pour expliquer le comportement macroscopique d'un corps noir, il considère que les atomes du corps noir interagissent avec le rayonnement électromagnétique de façon discrète (non continu). L'énergie lumineuse est absorbée (et émise) sous forme de paquets d'énergie (les "quanta"). La luminance d'apparence continue est en fait le résultat statistique de la somme des effets quantiques individuels.

La loi de Planck a de très nombreuses conséquences. Parmi elle le fait que l'allure de la courbe ne dépend que de la température du corps chauffé et non de la matière qui le constitue. Ainsi le Soleil rayonne de la même façon qu'un morceau de métal chauffé à la même température (5800°K). 

Citons également la loi de Wien qui affirme que la longueur d'onde maximale λMax est inversement proportionnelle à la température :

λMax ∝ 1/T

La loi de Boltzmann qui affirme que la puissance totale rayonnée (par unité de surface) est proportionnelle à T4

M = σ.T4

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/944-corps-noir Mon, 17 Aug 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Arbre phylogénétique]]> On peut établir les liens de parenté entre différents organismes à partir de caractères observables et traduire ces liens de parenté sous la forme d’un arbre phylogénétique.
Pour cela, il faut tout d’abord choisir des caractères comparables entre les différents êtres vivants que l’on souhaite classer puis les comparer.
Ensuite, pour chaque caractère on détermine s’il s’agit d’une forme ancestrale ou d’une forme dérivée (ou évoluée).
Pour cela, on examine les caractères de l’espèce dont on sait qu’elle ne possède aucun caractère dérivé parmi ceux qui ont été choisi. Cette espèce est l’extra-groupe.
Enfin, on applique une règle simple : deux espèces sont d’autant plus apparentées qu’elles partagent un grand nombre de caractères dérivés hérités d’un même ancêtre commun d’autant plus récent.
Ces espèces sont donc réunies en groupes nommés clades ou taxons où toutes les espèces sont issues d’un même ancêtre commun défini par l’apparition d’un caractère dérivé.
Un arbre phylogénétique permet aussi de raconter une histoire évolutive puisque les caractères dérivés apparaissent les uns après les autres au cours du temps.

Remerciements : Benoît Merlant, professeur de SVT, Académie d'Orléans Tours.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/955-arbre-phylogenetique Thu, 11 Jun 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Bilan radiatif]]> La Terre reçoit une puissance solaire moyenne de 342 W/m2. Sa surface et les nuages réfléchissent environ 30% de la lumière reçue. C'est le phénomène d'albédo. Les 70% restants sont absorbés par l'atmosphère et la surface de la Terre, ce qui provoque l'élévation de leur température. Cette chaleur est évacuée sous la forme d'un rayonnement infrarouge (IR) dirigé vers le sol et l'atmosphère. Une partie de ce rayonnement est piégée par certains gaz nommés gaz à effet de serre (GES). Ce phénomène participe à l'élévation de la température de l'atmosphère terrestre. Sans ces gaz, la température moyenne sur Terre serait de -18 °C, et la vie telle que nous la connaissons serait impossible.

Ces gaz sont principalement la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), protoxyde d'azote (N2O) et d'ozone (O3). Or, depuis le début de la révolution industrielle, l'effet de serre s'est amplifié par le rejet de quantités importantes de GES dans l'atmosphère.

Au final, l'intégralité de l'énergie absorbée par la Terre et l'atmosphère sera réémise vers l'espace sous la forme d'un rayonnement IR d'où un bilan radiatif équilibré et une température moyenne théoriquement stable. Mais cette température d'équilibre est plus élevée dans le cas d'un excès de GES. Ceci est la cause d'un réchauffement climatique global.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/956-bilan-radiatif Wed, 20 May 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Capture - marquage - recapture]]> Lorsque des scientifiques souhaitent connaître l'effectif d'une population dans un milieu donné, un lac par exemple, ils n'ont pas toujours la possibilité d'en compter tous les individus.
Afin d'estimer cet effectif, ils capturent, dans un premier temps, un certain nombre (n1) d'individus, les marquent, puis les relâchent dans leur milieu.
Dans un deuxième temps (quelques jours après par exemple), ils réalisent une nouvelle campagne de capture. Parmi les (n2) individus recapturés, un certain nombre (n3) portent la marque.
Le nombre total (N) d'individus peuplant le milieu peut alors être estimé par proportionnalité, en utilisant la formule suivante :
N = n1 x n2 / n3
Cependant, la recapture des individus étant aléatoire, le nombre d'individus portant la marque peut fluctuer de manière importante d'une campagne à l'autre. Pour améliorer la précision de l'estimation, il est donc généralement nécessaire de réaliser plusieurs campagnes de recapture et de faire une moyenne.

Crédits : Philippe Cosentino, professeur

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/951-capture-marquage-recapture Fri, 24 Apr 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Épidémie (modèle S.E.I.R)]]> CETTE SIMULATION EST À VOCATION PÉDAGOGIQUE ! Les paramètres utilisés et les courbes observées ne sont pas caractéristiques d'un virus en particulier. Notre objectif est de fournir aux enseignants un outil qualitatif pour illustrer comment se propage un virus et comment combattre une épidémie.

Nous expliquons plus bas les paramètres de cette simulation mais en aucun cas elle ne peut servir de justification ou de preuve. Une simulation est une approximation de la réalité. Les paramètres qui caractérisent la propagation et la dangerosité d'une épidémie sont nombreux. Ces paramètres sont autant scientifiques que sociaux. Chaque communauté est donc différente vis à vis de la propagation du virus et il n'existe pas de réponse unique pour lutter. 

Dans une lutte contre la propagation d'un virus, il est fondamental de rappeler certaines réalités scientifiques :

  • Notre peau est une barrière efficace contre le virus. C'est principalement par la bouche, le nez ou les yeux qu'il peut pénétrer notre organisme. Un virus de type coronavirus possède une enveloppe lipidique qui protège son matériel génétique. Un lavage des mains au savon et ne pas porter ses mains au visage constituent des "gestes barrières" efficaces.
  • Un virus survit difficilement hors de son organisme hôte. Il se transmet par de micro-goutellettes. Confinement et/ou distanciation limitent grandement sa transmission.
  • Un organisme infecté se défend principalement avec ses propres défenses immunitaires. Quand une majorité de la population a atteint une immunité, soit par vaccination soit après guérison, et si l'immunité est assez durable, l'épidémie se stabilise à un bas niveau ou se résorbe.

En l'absence de vaccin, la victoire contre une épidémie passe donc par une discipline individuelle stricte (hygiène, confinement, quarantaine, distanciation) très difficile à mettre en oeuvre à l'échelle d'une société, surtout dans la durée.

Pour la simulation ci-dessus, nous avons utilisé le modèle SEIR (Susceptible-Exposed-Infected-Recovered en anglais ou Susceptible-Exposé-Infecté-Rétabli en français) :

  • S (rose) : L'état "Susceptible" caractérise un individu sain non porteur du virus.
  • E (jaune) : L'état "Exposé" caractérise un individu contaminé qui se trouve dans les premiers stades de l'infection (incubation). Il n'est pas contagieux, mais va le devenir. Étant asymptomatique, il passera sous le radar de nombreux tests.
  • I (rouge) : L'état "Infecté" caractérise un individu contagieux. Il peut être symptomatique (fièvre, toux, douleurs ...) ou asymptomatique.
  • R (gris) : L'état "rétabli" caractérise un individu guéri. Il n'est plus contagieux et bénéficie d'une immunité plus ou moins durable l'empêchant de contracter de nouveau la maladie. 

Le cas des décès n'est pas considéré dans la simulation. Il constitue un pourcentage de la population "I" (<1% pour la grippe saisonnière, >3% pour Covid-19, >15% pour la variole)

La simulation applique l'algorithme suivant à deux populations fixes de 440 individus qui n'échangent que quelques "voyageurs". 

La distance entre chaque individu est calculée. Si la distance entre deux individus "I" et "S" est inférieure à un certain seuil de proximité, nous appliquons une probabilité P de contagion qui fait passer l'individu "S" à "E".

En l'absence de "gestes barrières", l'évolution exprime bien une croissance initiale du nombres d'infectés (I+E) très rapide de type exponentielle. Les politiques sanitaires cherchent à tout prix à limiter cette croissance pour protéger son système de santé. Or une fonction exponentielle croît tellement vite que les décisions doivent être prises très rapidement comme l'explique cette vidéo sur l'étude de la fonction exponentielle.

Les mesures politiques sont forcément collectives car la présence d'un seul individu "I" peut, avec le temps, contaminer toute la population. Il peut s'agir de vaccination, confinement, ou la mise en quarantaine de tous les voyageurs.

Cette simulation pédagogique permet de tirer certaines conclusions d'ordre qualitatives :

  • En l'absence de vaccin. des mesures de confinement ou de mise en quarantaine pour les voyageurs, ont des effets bénéfiques, surtout si elles sont appliquées très tôt.
  • Une campagne de vaccination n'est efficace qu'au-delà d'un certain pourcentage de population traitée..
  • Tant que la maladie n'est pas éradiquée, une épidémie peut se diffuser plusieurs fois au sein d'une même population.

Le dernier point explique la difficulté pour les gouvernements d'organiser un "dé-confinement".

Déplacer le curseur par dessus la courbe pour rejouer la séquence de l'épidémie.

Sitographie :

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/953-epidemie-modele-seir Tue, 14 Apr 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Épidémie (modèle simplifié)]]> CETTE SIMULATION EST À VOCATION PÉDAGOGIQUE ! Les paramètres utilisés et les courbes observées ne sont pas caractéristiques d'un virus en particulier. Notre objectif est de fournir aux enseignants un outil qualitatif pour illustrer comment se propage un virus et comment combattre une épidémie.

Nous expliquons plus bas les paramètres de cette simulation mais en aucun cas elle ne peut servir de justification ou de preuve. Une simulation est une approximation de la réalité. Les paramètres qui caractérisent la propagation et la dangerosité d'une épidémie sont nombreux. Ces paramètres sont autant scientifiques que sociaux. Chaque communauté est donc différente vis à vis de la propagation du virus et il n'existe pas de réponse unique pour combattre une épidémie. 

Dans une lutte contre la propagation d'un virus, il est fondamental de rappeler certaines réalités scientifiques :

  • Notre peau est une barrière efficace contre le virus. C'est principalement par la bouche, le nez ou les yeux qu'il peut pénétrer notre organisme. Un virus de type coronavirus possède une enveloppe lipidique qui protège son matériel génétique. Un lavage des mains au savon et ne pas porter ses mains au visage constituent des "gestes barrières" efficaces.
  • Un virus survit difficilement hors de son organisme hôte. Il se transmet par de micro-goutellettes. Confinement et/ou distanciation limitent grandement sa transmission.
  • Un organisme infecté se défend principalement avec ses propres défenses immunitaires. Quand une majorité de la population a atteint une immunité, soit par vaccination soit après guérison, et si l'immunité est assez durable, l'épidémie se stabilise à un bas niveau ou se résorbe.

En l'absence de vaccin, la victoire contre une épidémie passe par une discipline individuelle stricte (hygiène, confinement, quarantaine, distanciation) très difficile à mettre en oeuvre à l'échelle d'une société, surtout dans la durée.

Pour la simulation ci-dessus, nous avons utilisé le modèle simplifié SIR (Susceptible-Infected-Recovered en anglais ou Susceptible-Infecté-Rétabli en français) :

  • S (rose) : L'état "Susceptible" caractérise un individu sain non porteur du virus.
  • I (rouge) : L'état "Infecté" caractérise un individu contagieux. Il peut être symptomatique (fièvre, toux, douleurs ...) ou asymptomatique (aucun symptome).
  • R (gris) : L'état "rétabli" caractérise un individu guéri. Il n'est plus contagieux et bénéficie d'une immunité plus ou moins durable l'empêchant de contracter de nouveau la maladie.

Le cas des décès n'est pas considéré dans la simulation.

La simulation applique l'algorithme suivant à une population fixe de 800 individus. 

La distance entre chaque individu est calculée. Si la distance entre deux individus "I" et "S" est inférieure à un certain seuil de proximité, nous appliquons une probabilité P de contagion qui fait passer l'individu "S" à "I".

En l'absence de "gestes barrières", l'évolution exprime bien une croissance initiale du nombres d'infectés (I) très rapide de type exponentielle. Les politiques sanitaires cherchent à tout prix à limiter cette croissance pour protéger son système de santé. Or une fonction exponentielle croit tellement vite que les décisions doivent être prises très rapidement comme l'explique cette vidéo sur l'étude de la fonction exponentielle.

Les mesures politiques sont forcément collectives car la présence d'un seul individu "I" peut, avec le temps, contaminer toute la population. Il peut s'agir de vaccination, de distanciation ou de confinement. 

Cette simulation pédagogique permet de tirer certaines conclusions d'ordre qualitatives :

  • En l'absence de vaccin, une mesure de confinement est bénéfique, surtout si elle est appliquée très tôt.
  • Une campagne de vaccination permet de protéger les personnes et limite la transmission (au-delà d'un certain pourcentage de population traitée).
  • Tant que la maladie n'est pas éradiquée, une épidémie peut se diffuser plusieurs fois au sein d'une même population.

Le dernier point explique la difficulté pour les gouvernements d'organiser un "dé-confinement".

Déplacer le curseur par dessus la courbe pour rejouer la séquence de l'épidémie.

Liens intéressants:

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/954-epidemie-modele-simplifie Sun, 12 Apr 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Delta ¹⁸O]]> Les glaciologues parviennent à reconstituer l`histoire climatique de la Terre en étudiant les carottes de glace prélevées aux pôles. Ils étudient entre autre la composition isotopique des glaces.
L'oxygène est un mélange de trois isotopes naturels: 16O (99,76%), 17O (0,04%) et 18O (0,20%). Cet oxygène se retrouve dans le cycle de l’eau (H2O), mais comme l'eau issue de l’isotope lourd 18O se déplace plus difficilement que la molécule issue de l'isotope léger 16O, on observe ce qu'on appelle un fractionnement isotopique. Ainsi l'eau "lourde" s’évapore moins facilement que l'eau "légère" mais retombe plus fréquemment avec les précipitations. L'intensité de ce fractionnement est directement reliée à la température 

Plus on se déplace vers les pôles, moins les nuages et donc les précipitations contiennent l'isotope 18O. La glace des calottes polaires est donc plus pauvre en isotope lourd que les océans, et ce d’autant plus que le climat est froid.
Ainsi, pour les glaciologues, une glace pauvre en 18O témoigne d’une époque de climat froid alors qu’une glace moins pauvre en 18O provient d’une époque de climat chaud.

Le Delta-O18 (δ18O) est une mesure de ce rapport d'abondance 18O/16O . Plus l'échantillon contient de 18O plus la mesure δ18O est positive. Inversement δ18O < 0 signifie un déficit en 18O  (comparativement à 16O)

L’étude des sédiments marins permet une analyse complémentaire. On y trouve des foraminifères (organismes marins) qui élaborent leurs coquilles à partir des éléments chimiques contenus dans l’eau de mer, dont l’oxygène (sous forme de carbonate de calcium CaCO3). Le même rapport isotopique est mesuré et c'est logiquement qu'on observe que l’évolution du Delta-O18  est l'inverse de celle des calottes glaciaires. Un océan, et donc des sédiments, riche en 18O implique des calottes glaciaires pauvres en 18O et un climat froid.

L’étude des glaces a également permis d’analyser la teneur en CO2 des bulles d’air emprisonnées dans la glace (non représenté sur l'animation). Les scientifiques ont ainsi pu déceler un lien entre cette variable et l’évolution des températures au cours du temps. Grâce à ces différentes mesures, les scientifiques ont pu dater les alternances climatiques sur des centaines de milliers d'années. Ils ont également démontré certaines corrélations comme les concentrations atmosphériques de CO2 et températures.

source : https://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelaterreaulycee/contenu/paleoclim1-1.htm

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/948-delta-18o Mon, 23 Mar 2020 00:00:00 +0000
<![CDATA[Pile à combustible]]> La pile à combustible fonctionne de la façon suivante :

  • Côté anode (-), une réaction d'oxydation vient prélever des électrons à un combustible.
  • Côté cathode (+), une réaction de réduction permet à un oxydant de capter des électrons. 
  • Les électrons suivent un trajet distinct et délivrent un courant exploitable.

Il existe plusieurs types de combustibles (éthanol, méthanol) mais c'est principalement du dihydrogène qui est utilisé. On parle alors de "pile à hydrogène". L'oxydant est toujours le dioxygène de l'air (O2).

La pile à hydrogène est considérée comme une source énergie propre. Elle consomme de l'hydrogène et de l'oxygène qui sont deux éléments abondants sur Terre. De plus, la production d'électricité d'une telle pile ne rejette que de l'eau (H2O). Cependant, il demeure des points négatifs qu'il faudra résoudre avant d'envisager un passage à l'échelle:

  • Du platine est utilisé comme catalyseur. C'est un métal rare et polluant.
  • Autant l'élément hydrogène (H) est abondant, autant le dihydrogène (H2) ne l'est pas. Il faut donc le produire en amont, par exemple par électrolyse. Cette production consomme de l'énergie. Le gain énergétique de la pile à hydrogène est réduit d'autant. 
  • Une fois que H2 est produit, il faut le transporter et le stocker. Le dihydrogène est "extrêmement inflammable" (se rappeler l'accident du Hindenburg) et il faut beaucoup d'énergie pour le comprimer à l'état gazeux ou liquide (à -250°C).

Cela reste une source d'énergie prometteuse et de nombreux projets de recherche tentent de résoudre ou contourner ces problèmes.

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https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/952-pile-a-combustible Wed, 04 Mar 2020 00:00:00 +0000