Pour la Science n°501 - juillet 2019

La foule en équati ns Des manifestations aux

réseaux sociaux

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Ont également participé à ce numéro : Serge Berthier, Maud Bruguière, Fanny de Busseroles, Antoine Chambert-Loir, Benoît Côté, Laurent Debarbieux, Chantal Ducoux, François Forget, Aline Gertsner, François Képès, Florian Moreau, Mathieu Laneuville, Romain Tavernier

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MAURICE MASHAAL Rédacteur en chef

COMPRENDRE LES FOULES… POUR LES PROTÉGER !

Quand vous marchez sur le trottoir et que vous devez éviter la collision avec des piétons venant en sens inverse, avez-vous tendance à dévier vers la droite ou vers la gauche ? Dans un groupe dense en mouvement, des individus plus rapides que les autres accélèrent-ils ou freinent-ils l’ensemble ? Comment concevoir les issues de secours d’une salle de spectacle pour que celle-ci puisse être évacuée au plus vite ? Telles sont quelques-unes des questions auxquelles s’intéresse la science des foules, et Pour la Science vous propose à la une de ce numéro deux articles pour vous initier à ce domaine de recherche pluridisciplinaire et en plein essor (voir pages 26 à 39)

L’intérêt de comprendre le comportement d’une foule n’est pas qu’académique, loin de là. Les mouvements d’une assemblée dense d’individus conduisent parfois à des événements dramatiques, comme cela fut le cas en 2015 au pélerinage de La Mecque, où une bousculade fit près de 2 500 morts. Or modéliser de façon fiable les mouvements de foule est impératif pour éviter de telles catastrophes ou les atténuer.

Par ailleurs, une foule ne se manifeste pas forcément par des mouvements : elle peut présenter des phénomènes de contagion, et c’est ce qui se produit par exemple avec les « réseaux sociaux » (mais asociaux par certains aspects…) où, bien souvent, les fausses nouvelles se propagent davantage et plus vite que les vraies.

La compréhension des foules aide à protéger leur intégrité physique, et devrait aider à protéger leur intégrité mentale. Reste que le savoir acquis sur les comportements de masse peut, comme tout savoir, servir aussi des causes beaucoup moins nobles… en tombant dans les mains d’une grande entreprise, d’une secte, d’une agence de publicité, d’un parti politique ou d’un État autoritaire, comme la Chine, qui organise une surveillance de masse par reconnaissance faciale. Si les foules en prennent conscience, peut-être modifieront-elles leur attitude de façon à contrecarrer les mainmises délétères ? n

s

ACTUALITÉS GRANDS FORMATS

P. 6

ÉCHOS DES LABOS

• Le génome d’Escherichia coli complètement recodé

• Un trésor bourguignon de la fin du xve siècle

• Comment Pluton préserve un océan liquide

• L’origine des structures rayonnées d’impact

• Des éléments mobiles de notre génome pris sur le vif

• Supernoir : l’atout séduction des araignées-paons

• Explosion en jets des premières étoiles ?

• L’hypothèse de Riemann vacille mais ne tombe pas

P. 18

LES LIVRES DU MOIS

P. 20

AGENDA

P. 22

HOMO SAPIENS INFORMATICUS

Exigence stimulante ou excessive

Gilles Dowek

P. 24

QUESTIONS DE CONFIANCE

Tentative d’épuisement d’un risque

Virginie Tournay

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DOSSIER – LES 50 ANS D’APOLLO 11

Le 21 juillet 1969 à 2 h 56 (heure française), des hommes ont foulé pour la première fois le sol de la Lune. Retour sur le programme Apollo et ses succès, et aperçu des projets actuels.

P. 40

PORTFOLIO

UN PETIT PAS

QUI A 50 ANS

Clara Moskowitz

L’exploit de la mission Apollo 11 en quelques images.

P. 46

CONQUÊTE SPATIALE

SUR LES TRACES

D’APOLLO 11

Edward Bell

Un nouvel aperçu de la mission Apollo 11 grâce à des images satellites et des modélisations 3D récentes.

P. 50

INFOGRAPHIE

OBJECTIFS LUNE

Parmi les 122 missions qui ont visé la Lune, à peine plus de la moitié ont atteint leur objectif.

P. 52

CONQUÊTE SPATIALE

LA RUÉE VERS LA LUNE

Adam Mann

Une nouvelle course vers notre satellite naturel est sur le point de commencer.

P. 58

PLANÉTOLOGIE

LE PRÉCIEUX BUTIN

D’APOLLO

Erica Jawin

L’étude des roches lunaires a radicalement renouvelé la planétologie.

P. 66

CLIMATOLOGIE

LA PÊCHE À LA CRÊPE DE GLACE

Fleurianne Bertrand et Tim Ricken

Dans l’océan Antarctique, des chercheurs sont partis « pêcher » des crêpes de glace. Leur objectif : mesurer leurs propriétés pour les intégrer de façon plus réaliste dans les modèles climatiques.

P. 72

NEUROSCIENCES

QUAND LES MACHINES DÉCODENT NOS INTENTIONS

Richard Andersen

Piloter une prothèse à la seule force de la pensée : c’est ce que permet un implant fiché dans la zone du cerveau qui crée nos intentions.

P. 26

PSYCHOLOGIE

« MOINS LA FOULE

EST DENSE, PLUS ELLE EST IMPRÉVISIBLE »

Entretien avec Mehdi Moussaïd

Comment organiser les zones urbaines pour que le trafic y soit fluide ? Comment éviter les bousculades meurtrières lors de rassemblements ? Comment lutter contre la propagation des fausses informations ?

Toutes ces questions sont au cœur d’une jeune discipline, l’étude des foules, qui commence déjà à fournir des réponses.

P. 32

MATHÉMATIQUES

LA FOULE

EN ÉQUATIONS

Bertrand Maury et Sylvain Faure

Imaginez que chaque individu d’une foule soit un pion sur un échiquier, ou encore que la foule soit une goutte qui dévale une montagne le plus vite possible. En s’appuyant sur de telles analogies, des physiciens et mathématiciens ont conçu des modèles de foules performants pour décrire l’évacuation d’un bâtiment ou le transit de passagers dans une gare.

RENDEZ-VOUS

P. 80

LOGIQUE & CALCUL

DES TROUS À ENTOURER

AVEC PARCIMONIE

Jean-Paul Delahaye

Laisser des trous dans un assemblage de carrés en minimisant le nombre de pièces utilisées : ce problème de géométrie n’est pas facile.

Mais le cheminement vers sa solution illustre bien la démarche des mathématiciens.

P. 86

ART & SCIENCE

Des bulles et des cellules

Loïc Mangin

P. 88

IDÉES DE PHYSIQUE

Le mystère des pierres qui bougent

Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik

P. 92

CHRONIQUES DE L’ÉVOLUTION

Les dytiques mâles ne manquent pas d’air

Hervé Le Guyader

P. 96

SCIENCE & GASTRONOMIE

Les neuf goûts du canard laqué

Hervé This

P. 98

À PICORER

P.  6 Échos des labos

P.  18 Livres du mois

P.  20 Agenda

P.  22 Homo sapiens informaticus

P.  24 Questions de confiance

BIOLOGIE DE SYNTHÈSE

LE GÉNOME D’ESCHERICHIA COLI COMPLÈTEMENT RECODÉ

La bactérie Escherichia coli

(ci-contre, un amas de ces microorganismes vu au microscope électronique) est très commune dans la flore intestinale de l’humain. L’étude de son ADN permet de mieux comprendre les mécanismes génétiques.

Pour supprimer des redondances dans le code génétique de la bactérie Escherichia coli, des chercheurs l’ont entièrement recodé. Et la souche produite est viable.

La biologie de synthèse est un domaine de recherche en plein essor. Afin de mieux comprendre les mécanismes génétiques et les lois du vivant, les scientifiques modifient de diverses façons l’ADN. En 2016, l’équipe de l’entrepreneur californien Craig Venter, spécialisé dans les biotechnologies, a synthétisé une cellule artificielle capable de se répliquer avec un nombre minimal de gènes : elle n’en comptait que 473, à comparer par exemple aux quelque 20 000 du génome humain. Par des approches similaires de suppression de gènes, d’autres

chercheurs ont réussi à réduire le génome de la bactérie Escherichia coli de près de 15 %. Jason Chin, de l’université de Cambridge, et ses collègues ont adopté une autre approche. Ils ont cherché non pas à réduire la taille du génome d’E. coli, mais à remplacer certaines redondances du code génétique.

Cette tâche ambitieuse a été rendue possible grâce au développement récent de techniques de synthèse et d’assemblage de l’ADN. Cette molécule, avec sa structure en double hélice, est constituée d’une succession de bases azotées de quatre types : adénine (A), thymine (T), guanine (G) et

cytosine (C). Certaines de ces séquences, contenant parfois plusieurs milliers de bases, définissent des gènes dont la transcription permet la synthèse de protéines. Ces dernières sont composées d’une suite d’acides aminés, chacun étant codé par un triplet de bases dans l’ADN, un « codon ». Par exemple, le triplet TCG code la sérine. Il existe des centaines d’acides aminés, mais les organismes vivants n’en utilisent que 20. Dès lors, 20 codons devraient suffire, mais le génome utilise tous les 43 = 64 codons possibles : 61 d’entre eux codent des acides aminés et 3 servent de codons stop qui indiquent quand se termine un gène. Il y a donc redondance, plusieurs codons étant associés au même acide aminé (par exemple, la sérine est associée à 6 codons différents). On parle alors de « code dégénéré ».

En 2013, afin d’étudier ces redondances, une équipe a supprimé un codon stop du génome d’E. coli. et l’a remplacé systématiquement par un codon équivalent. Mais cela n’avait un impact que sur un nombre limité (321) de codons dans l’ADN de la bactérie. Jason Chin et son équipe ont procédé à des modifications plus importantes. Ils ont remplacé deux codons de la sérine et un codon stop par des synonymes. Cela a impliqué de modifier pas moins de 18 214 triplets de bases. Le nouvel ADN a été conçu sur ordinateur et synthétisé par des processus chimiques bien maîtrisés. La difficulté rencontrée par les chercheurs venait de la taille du génome de la bactérie, qui comprend 4 millions de paires de bases. Comme il ne peut être synthétisé en une fois, les chercheurs ont dû produire des fragments de 100 000 bases, qui étaient injectés au fur et à mesure dans le génome d’E. coli. Ils ont finalement obtenu une lignée de bactéries au génome complètement recodé. Nommée Syn61, cette lignée est viable, mais ses membres se reproduisent plus lentement que leurs consœurs. En outre, les images au microscope indiquent que les bactéries Syn61 sont légèrement plus longues.

La biologie de synthèse étant une discipline qui progresse vite, le record établi par l’équipe de Jason Chin ne tiendra pas très longtemps. Un consortium international achèvera bientôt la synthèse du génome complet de la levure Saccharomyces cerevisiae, soit 12 millions de paires de bases. Et la constitution d’un génome d’ E. coli utilisant seulement 57 codons est aussi en cours.

Par ailleurs, le fait de réduire les redondances sur les codons présente un intérêt majeur. Il est alors possible de réaffecter un codon non utilisé et, par des opérations de génie génétique, lui faire correspondre un acide aminé que ne produisent pas les organismes vivants. Ce qui pourrait donner des protéines de synthèse aux fonctions nouvelles.

À terme, l’un des objectifs est de fabriquer des organismes spécialement conçus, par exemple, pour produire certains composés : des sortes de microusines sur mesure, à l’image des souches génétiquement modifiées d’ E. coli qui produisent l’insuline humaine à destination des diabétiques. n

SEAN BAILLY

J. Fredens et al., Nature, en ligne le 15 mai 2019

ARCHÉOLOGIE

Un trésor bourguignon de la fin du xve siècle

Au sein du Dijon médiéval, la mise au jour d’un trésor monétaire témoigne des nombreux échanges de la puissante Bourgogne de la fin du xve siècle. L’archéologue Stéphane Alix, coauteur de la découverte, nous en dit plus.

STÉPHANE ALIX, archéologue à l’Institut national de recherche archéologique préventive (Inrap)

Comment avez-vous découvert ce trésor monétaire ?

Nous étions en train d’effectuer le diagnostic archéologique préalable à des travaux, imposé par la loi, dans le secteur de Saint-Bégnigne au sein du Dijon médiéval. Dans les couches de la fin du Moyen Âge, nous avons trouvé les restes d’une petite boîte en bronze détériorée par les constructions modernes. Elle contenait des monnaies d’or et d’argent.

Combien exactement ?

Trente-quatre, mais la plupart de ces monnaies étaient collées les unes aux autres par la corrosion. Nous avons donc dû envoyer le tout au Centre de restauration et d’études archéologiques municipal de Vienne (dans le Rhône) pour que des restaurateurs les séparent et les nettoient afin de les rendre lisibles.

Et, dès lors, qu’a-t-on identifié ?

Le trésor contenait des monnaies des Sforza, la famille régnante de Milan, des monnaies de Ferrare, du Pape, des monnaies anglaises, de certaines

principautés du Saint-Empire germanique et d’autres, très rares, d’un évêché suisse… Ces pièces livrent un témoignage rare d’un point de vue numismatique sur la circulation des monnaies de valeur entre la Bourgogne de la fin du xve siècle et toute une série d’États européens. La remarquable qualité des pièces démontre la volonté de prestige des personnalités qui les dirigeaient, et leur diversité illustre les échanges internationaux entre les puissances de l’époque et l’influent duché de Bourgogne, qui, rappelons-le, s’étendait à l’époque de la région de Genève aux Pays-Bas.

Peut-on présumer que ces monnaies appartenaient à un marchand ? Elles ont en tout cas été rassemblées par quelqu’un – petit aristocrate ou marchand – connecté à la sphère marchande « internationale ». Pour autant, il s’agit du pécule relativement modeste d’une personne privée, qui y a adjoint un bijou de famille – un médaillon de mariage constitué de deux lettres d’or émaillées verte et blanche (voir la photo ci-dessous) –, avant de le cacher dans le sol. Celui d’une maison probablement.

Ce trésor est-il d’une grande valeur ?

J’ignore tout de sa valeur pécunière, mais sa valeur numismatique est indéniablement très grande. Par ailleurs, si ma collègue Céline Capdeville et moi, qui sommes archéologues, avons apprécié de tomber sur des objets aussi beaux qu’intéressants, nous avons aussi été captivés par les niveaux inférieurs à celui qui contenait le trésor.

Pourquoi ?

Parce qu’on a mis au jour de très intéressants niveaux médiévaux plus anciens, dont l’étude sera utile pour reconstituer l’histoire de Dijon, et, au-dessous de ces couches, un cimetière gallo-romain de la fin de l’Antiquité que les historiens et archéologues soupçonnaient depuis longtemps, sans jamais avoir pu prouver son existence. C’est chose faite désormais. n

ÉTHOLOGIE

PLUS MALIN QU’UN SINGE ?

Ben Ambridge Buchet-Chastel, 2019 334 pages, 22 euros

Une fois n’est pas coutume : voici un livre scientifique à la fois didactique… et extrêmement amusant ! Par l’utilisation de tests et de devinettes, l’auteur nous fait comparer nos aptitudes à celles des animaux, et pas seulement à celles des singes… J’ai bien écrit « aptitudes » et non pas uniquement « intelligence », car beaucoup des comparaisons relèvent non pas de l’intelligence pure (venant du cerveau), mais plutôt d’adaptations génétiques dues à la sélection naturelle, ce qu’on pourrait appeler l’« intelligence aveugle de la nature ». Ainsi l’allongement du cou de la girafe, le mimétisme des formes ou des couleurs qui permettent le camouflage des animaux, le décalage des cycles reproducteurs chez certains insectes afin qu’ils ne coïncident pas avec les cycles de leurs prédateurs, la localisation par sonar chez les chauves-souris, voire l’adaptation des toiles d’araignées et leurs modifications par l’administration d’agents psychotropes comme la caféine, la marijuana ou les somnifères…

Dans le domaine de l’intelligence proprement dite, des développements passionnants concernent la remarquable intelligence des chiens, la résistance des poussins aux illusions d’optique, la grande mémoire des éléphants et même des pandas, les aptitudes des grands singes, l’existence de droitiers et de gauchers dans beaucoup d’espèces, voire le fétichisme chez les cailles : des cailles mâles, dignes de Pavlov, habituées à s’accoupler avec des femelles en présence d’un tissu rouge, cherchent ensuite à s’accoupler avec le tissu lui-même !

Tous ces exemples ne mettent pas en cause la cognition humaine, mais soulignent sa parenté avec les formes multiples et surprenantes de l’intelligence animale.

GEORGES CHAPOUTHIER neurobiologiste émérite au cnrs

VOLCANOLOGIE

LES VOLCANS ET LES HOMMES

Arnaud Guérin

Glénat – Arte, 2019

192 pages, 35 euros

Enfin un ouvrage original, positif, qui embrasse le volcanisme et l’homme dans une approche non mortifère, sans litanie du risque et loin du catastrophisme ! Pas d’arithmétique du malheur, mais au contraire une valorisation de la symbiose vitale homme-volcan. Cela fait du bien !

Cet ouvrage est superbement illustré, facile et agréable à lire. Mieux que cela, il est didactique et limpide. L’approche iconographique et les photographies sont de l’auteur.

Le premier chapitre, « Vivre avec les volcans » (premier tiers de l’ouvrage), présente le volcanisme – pourquoi, comment, où, lave, magma, cendres et bombes… – mais aussi les geysers, les origines de la vie, les volcans en tant que sources de biodiversité et d’énergie. Une synthèse actualisée, indispensable pour recadrer la machine volcan pour les initiés comme pour le grand public.

C’est dans le second chapitre, « Histoire d’homme » (deuxième tiers de l’ouvrage), que l’auteur prend son envol. À travers un tour du monde bien choisi et original, il nous amène notamment au Japon dans les bains de sable, en Sicile dans la ferveur de Santa Agata, en France dans les entrailles de la pierre de Volvic, en Islande pour accompagner la transhumance volcanique ou la naissance et la mort de l’île de Surtsey, en Tanzanie sur le volcan sacré des Massaïs, aux États-Unis avec les chasseurs de lave d’Hawaii… Et ce, toujours avec un éclairage original et novateur. L’Indonésie est présente, avec les mineurs de soufre du Kawah Ijen et les flancs du Bromo pour les offrandes au dieu de la caldeira Tengger, lors de la fête du Kesodo. Un voyage avec les prêtres mayas sur les volcans sacrés du Guatemala complète l’approche… « chamanique » !

MICHEL DETAY géologue

ANTHROPOLOGIE

HOMO DOMESTICUS

James C. Scott

La Découverte, 2019 301 pages, 23 euros

Les dix derniers millénaires ne représentent qu’à peine plus de 3 % de l’existence d’Homo sapiens, mais ils ont été particulièrement riches en bouleversements écologiques et sociaux. L’agriculture et l’élevage ont remplacé le mode de vie des chasseurscueilleurs, les cités et les États sont apparus avec tout leur cortège d’innovations qui ont changé la vie… D’où l’habitude qui s’est prise de considérer ces millénaires comme ceux d’une révolution, la « révolution néolithique ».

Rares sont les auteurs assez érudits pour traiter l’ensemble de cette période mouvementée avec un œil neuf. Or les découvertes récentes remettent en question l’interprétation orientée, qui était souvent donnée à cette période d’humanisation. L’auteur, professeur émérite de science politique et d’anthropologie à l’université Yale, qualifie celle-ci de période d’« autodomestication de l’animal humain »… De formidables dynamiques écologiques et anthropologiques imbriquées ont été à l’œuvre au cours de cette étape de la transformation de l’homme-animal en homme « civilisé », transformation qui a fait émerger la vie en grandes sociétés étatiques et urbaines. L’auteur réussit à les restituer avec une clarté extraordinaire dans ce volume très documenté (300 références bibliographiques). Comme le résume bien la quatrième de couverture : « Ce livre démonte implacablement le grand récit de la naissance de l’État antique comme étape cruciale de la “civilisation” humaine. »

PIERRE JOUVENTIN éthologue émérite au cnrs

ÉGYPTOLOGIE

HISTOIRE ÉCONOMIQUE ET SOCIALE DE L’ANCIENNE ÉGYPTE

Bernadette Menu

CNRS Éditions, 2018 450 pages, 27 euros

Premier volume d’un panorama de l’histoire économique et sociale de l’ancienne Égypte, cet ouvrage commence tout naturellement par évoquer les fondements de l’État, antérieurement à l’unification du pays à la Ière dynastie. L’auteure, reprenant dans cette synthèse plusieurs de ses écrits précédents, n’hésite pas à employer les termes de « corpus constitutionnel » pour le dépôt provenant du royaume de Hiérakonpolis.

Dès cette époque se fixent les insignes et symboles de la monarchie, comme les couronnes, tandis qu’en sont établis les principes. Au cœur de l’idéologie pharaonique naissante se trouve le concept dynamique de Maât, fondement de l’ordre et du droit, comme cela ressort aussi bien des documents rituels que des écrits relatifs aux coutumes, à la jurisprudence et à la justice. La terre appartenant au roi, celui-ci délègue une part de son autorité aux temples et aux grands dignitaires.

Toute une série de documents nous informent sur la gestion du territoire : administration, cession, exploitation. Classés par catégories et par ordre chronologique, de l’Ancien Empire à la Basse-Époque, décrets officiels et contrats privés sont analysés d’un point de vue juridique. Des traductions commentées permettent d’approcher la réalité quotidienne et parfois de véritables tranches de vie.

Cet ouvrage donne un éclairage intéressant sur une société que l’on a tendance à considérer surtout d’un point de vue culturel et religieux. On attend le second tome, consacré au travail et au commerce, avec impatience !

NADINE GUILHOU université paul-valéry, montpellier

ET AUSSI

L’ABEILLE ET LA RUCHE

Alain Péricard

Écosociété, 2019 312 pages, 29 euros

Ce « Manuel d’apiculture écologique » est l’œuvre d’un journaliste scientifique québécois, « apiculteur pendant 20 ans ». Très bien servi par les illustrations de Céline Liénaux, son texte décrit les bonnes pratiques, les connaissances et toutes les habiletés nécessaires à l’apiculteur. Il fournit aussi l’occasion de découvrir la constitution et la vie de la ruche, la danse des abeilles, diverses ruches du monde, comment exploiter le miel et la cire, etc. Bref, un excellent moyen de beaucoup apprendre sur Apis mellifera, cette précieuse compagne de l’humanité, aujourd’hui en danger.

CERVEAU ET SILENCE

Michel Le Van Quyen

Flammarion, 2019 256 pages, 20 euros

Un neuroscientifique hyperactif se retrouve condamné au silence par les conséquences physiologiques d’un épuisement professionnel. Fulminant contre ce contretemps, il s’y résout pourtant et, stupéfait, se ressent petit à petit régénéré. Réagissant en chercheur, il passe scientifiquement en revue ici les diverses formes de silence, le silence acoustique mais aussi celui du corps, de l’attention, de la rêverie, de l’écoute, des yeux, de la méditation, le silence intérieur... Et si vous vous accordiez le silence nécessaire pour lire ce livre ?

POURQUOI LA TERRE EST RONDE

Alain Riazuelo

HumenSciences, 2019

206 pages, 16 euros

U ne bonne façon de faire passer un fait scientifique est d’insister sur la façon dont on l’a établi. Au fil d’un agréable discours savant, le cosmologiste Alain Riazuelo met en œuvre ce principe en nous expliquant les mille moyens dont on peut se persuader que la Terre est ronde, et non plate comme le soutiennent des charlatans de la pensée. Ce faisant, l’auteur raconte aussi comment, au cours d’aventures de toutes sortes, on l’a mesurée, établi sa forme aplatie aux pôles, déterminé sa force gravitationnelle ou encore utilisé des fusées pour enfin observer notre planète de loin.

JUSQU’AU 12 AOÛT 2019

Musée du Louvre www.louvre.fr

Royaumes oubliés, de l’empire hittite aux Araméens

Entre le milieu et la fin du IIe millénaire, les Hittites constituaient, avec l’Égypte et Babylone, l’une des grandes puissances qui se disputaient la domination du Levant. Puis, vers 1200 avant notre ère et la série de bouleversements qui ont touché le ProcheOrient à cette époque, cet empire, qui s’étendait sur l’Anatolie et jusqu’à la Syrie actuelle, s’effondra. De ses ruines sont nés des royaumes néo-hittites et araméens. Le Louvre consacre

AÉROPORT PARIS-CHARLES DE GAULLE

JUSQU’AU 6 OCTOBRE 2019

Aéroport Charles de Gaulle, terminal 2E, hall M http://espacemusees.com

Voyages d’explorateurs

Au lieu de faire des emplettes hors taxes, les voyageurs aériens (il faut une carte d’embarquement pour accéder à cet espace d’exposition) peuvent occuper leur temps d’attente à admirer plus de 70 œuvres provenant du Musée du Quai Branly et associées à des voyages d’exploration, de tous continents et toutes époques. n

une exposition exceptionnelle et bienvenue sur cette civilisation peu connue du grand public et qui a pourtant joué un grand rôle dans l’Antiquité moyen-orientale. Parmi les nombreuses et très belles pièces présentées figurent des vestiges de Tell Halaf, site syrien majeur dont les sculptures monumentales, exposées à Berlin dès 1930 et très endommagées par les bombardements de la Seconde Guerre mondiale, ont été tout récemment restaurées. n

REZÉ (LOIRE-ATLANTIQUE)

JUSQU’AU 5 JANVIER 2020

Le Chronographe lechronographe.nantesmetropole.fr

Prenez soin de vous

Cette exposition, sur l’archéologie du soin et de la santé, cherche à montrer comment malades, blessés, infirmes étaient pris en charge par les sociétés du passé, non seulement médicalement, mais aussi socialement. Et invite les visiteurs à s’interroger sur les attitudes actuelles en matière de santé et d’accès aux soins.

ET AUSSI

Jusqu’à fin 2020

Cité de l’espace, Toulouse www.cite-espace.com

LUNE, ÉPISODE II

Parmi les nombreuses célébrations du cinquantenaire des premiers pas sur la Lune, cette exposition fait revivre les exploits des missions Apollo et présente les défis actuels d’un retour des humains sur notre satellite naturel.

Mercredi 10 juillet, 19 h

Cité des Congrès, Nantes https://bit.ly/314mchg

PHYSIQUE ET SECRETS DES ŒUVRES D’ART À l’occasion du 25e congrès général de la Société française de physique, une conférence pour le grand public de Claire Pacheco, responsable de l’accélérateur Aglae au Centre de recherche et de restauration des musées de France.

Du 11 juillet au 31 août

Quai des Arts - Cugnaux (31) https://bit.ly/2IfD1gB DRÔLES DE BUREAUX, DRÔLES DE LABOS Bureaux imaginés par les artistes Camille et Anaïs Renversade, objets du quotidien de chercheurs, portraits de scientifiques… Un regard sur les chercheurs et leur environnement de travail.

Du 19 au 21 juillet

La Salle-les-Alpes (05) https://bit.ly/2JVDqIm FLORALIES ALPINES

Une exposition scientifique de quelque 700 espèces de plantes sauvages, qui témoignent de la biodiversité et de la grande richesse floristique des Hautes Alpes.

Samedi 27 juillet, 21 h 30 Centre d’astronomie de Saint-Michell’Observatoire (04) https://bit.ly/2wzVyPi NUIT DU CINÉMA DE SCIENCE-FICTION

Une nuit (8 heures…) à la belle étoile pour voir trois films : Valérian et la Cité des Mille planètes (2017), Moon (2009) et le biopic First Man (2018).

LE HAVRE PARIS

JUSQU’AU 10 NOVEMBRE 2019

Muséum d’histoire naturelle du Havre www.museum-lehavre.fr

Abeilles, une histoire naturelle

Avec plus de 20 000 espèces connues, le groupe des abeilles est l’un des principaux acteurs de la pollinisation des plantes. Cette exposition articulée autour des belles images du photographe Éric Tourneret, complétées par des vidéos scientifiques et d’entretiens avec des spécialistes, décrit le monde des abeilles (physiologie, vie sociale, production de miel et apiculture…), en faisant état des dernières découvertes, par exemple sur les capacités cognitives de ces insectes. À noter aussi, une série de 20 étonnantes abeilles en papier façonnées par l’artiste Hugo Boistelle.

PARIS

JUSQU’AU 25 AOÛT 2019

BnF François-Mitterrand www.bnf.fr

Merveilleux scientifique

Mouvement littéraire du début du xxe siècle impulsé par l’écrivain Maurice Renard, le « merveilleux-scientifique » profitait de l’engouement pour les découvertes et inventions de l’époque afin de construire des récits rationnels, mais fondés sur l’altération d’une loi scientifique. Les protagonistes de ces récits peuvent alors traverser la matière, lire les pensées d’autrui, explorer l’infiniment petit… Quelque 250 documents (romans, affiches, articles, feuilletons…) illustrent cet imaginaire en rupture avec celui de Jules Verne et qui était précurseur de la science-fiction américaine des années 1930 et suivantes. n

EXPOSITION PERMANENTE

Cité des sciences et de l’industrie www.cite-sciences.fr

Robots

Sur 900 mètres carrés, la Cité des sciences et de l’industrie propose un nouvel espace permanent entièrement dévolu à la robotique, domaine en plein essor et qui suscite des interrogations justifiées, mais aussi des fantasmes. Le visiteur commencera par apprendre ce qui distingue un robot des autres machines, avant de découvrir les principes de fonctionnement. Il aura un aperçu sur la place des robots dans le monde actuel, les questions qu’ils soulèvent, et fera connaissance avec des robots de laboratoire et des robots d’exploration.

SORTIES DE TERRAIN

Samedi 6 juillet, 8 h

Gibeaumeix (Meurthe-et-Moselle)

Tél. 06 87 40 87 08 https://bit.ly/2XnlEkn PELOUSE DESSÉCHÉE

Organisée par Lorraine association nature, une déambulation de trois heures dans un milieu atypique que l’on pourrait croire dépourvu d’intérêt naturaliste – à tort.

Les 6 et 28 juillet, 6 h 30

Maison du Parc, Rosnay (36)

Tél. 02 54 28 12 13 parc-naturel-brenne.fr

LA BRENNE À L’AUBE

Héron pourpré, grèbe à cou noir, blongios nain…

Comme les autres, ces oiseaux remarquables de la Brenne sont plus actifs, donc plus visibles, tôt le matin…

Dimanche 7 juillet, 9 h 30

Gare de Moret-Veneux-les-Sablons (Seine-et-Marne) www.anvl.fr

PLANTES ET INSECTES EN VALLÉE DU LOING

Une sortie botanique et entomologique à la journée dans la vallée du Loing, organisée en commun par l’ANVL, les Naturalistes parisiens et le CNCE.

Mercredi 10 juillet, 21 h

Rives de Saône, Caluire-et-Cuire (69) www.fne-aura.org

LES RIVES DE SAÔNE

LA NUIT

Promenade nocturne de deux heures à la découverte des chauves-souris, castors et autres éléments de la biodiversité de milieux où se rejoignent la nature et la ville.

Samedi 20 juillet

Bagnères-de-Bigorre (65)

Tél. 09 67 03 84 07 www.naturemp.org

L’ÉTAGE ALPIN

DANS LES PYRÉNÉES

Une journée de randonnée pour marcheurs aguerris, à plus de 2 200 mètres d’altitude, à la rencontre des « espèces du froid » aujourd’hui menacées par le réchauffement du climat.

MEHDI MOUSSAÏD

est chercheur en sciences cognitives au sein du Centre de rationalité adaptative, à l'institut Max-Planck de Berlin. Il a récemment publié Fouloscopie (HumenSciences, 2019), un essai où il relate tant ses premiers pas de chercheur que les dernières découvertes sur les foules.

Moins la foule est dense, plus elle est imprévisible

Comment organiser les zones urbaines pour que le trafic y soit fluide ? Comment éviter les bousculades meurtrières lors de rassemblements ? Comment lutter contre la propagation des fausses informations ? Toutes ces questions sont au cœur d'une jeune discipline, l'étude des foules, qui commence déjà à fournir des réponses. Petit tour d'horizon avec le « foulologue » Mehdi Moussaïd.

Mehdi Moussaïd a récemment publié : Fouloscopie

Ce que la foule dit de nous (HumenSciences, 2019).

Le 24 septembre 2015, une terrible bousculade à l’entrée du pont Djamarat, à La Mecque, a entraîné près de 2 500 décès, alors que ce pont venait d’être reconstruit à la suite d’un autre mouvement de foule, en 2006, qui avait causé 362 morts. Sait-on pourquoi ces travaux n’ont pas amélioré les choses ?

Malheureusement, on a assez peu d’informations sur ce qui s’est passé ce jour-là, car les autorités saoudiennes sont très opaques sur l’accident. Jusqu’en 2006, l’entrée du pont Djamarat constituait un goulot d’étranglement. Or, en termes de gestion de foule, les goulots d’étranglement sont un enfer. Comme ce sont des endroits où les gens se massent pour passer, à l’instar d’une porte de métro, des pics de densité apparaissent à certains endroits, qui constituent alors autant de zones à risque.

À partir de quelle densité la situation devient-elle dangereuse ?

Depuis l’accident de 2006 et l’étude des films de vidéosurveillance du lieu, on sait qu’il existe des seuils de densité, notamment autour de 6 à 7 personnes par mètre carré, à partir desquels se produisent divers phénomènes collectifs. L’un d’eux, dit de turbulences, est meurtrier : des vagues de bousculades où les gens chutent et subissent des pressions impossibles à encaisser. Depuis cette étude, on recommande donc de toujours maintenir la densité en dessous de ce seuil critique. Mais c’est plus facile à dire qu’à faire : même si la foule est peu nombreuse, il suffit que tout le monde se retrouve au même endroit, comme c’est le cas autour d’un goulot d’étranglement, pour que des accidents se produisent.

À l’entrée du pont Djamarat, jusqu’en 2006, les bousculades étaient fréquentes et souvent meurtrières (comme ce fut le cas en 1994, 1998, 2001, 2003, 2004 et 2006). À partir de ces découvertes, les autorités saoudiennes ont décidé de reconstruire cet endroit pour élargir le goulot d’étranglement. Il existera toujours, car la foule doit se rendre dans un endroit précis – où l’on lapide trois piliers symbolisant Satan –, mais en l’élargissant, on a voulu réduire le risque d’accident. Et force est de constater que cela a plutôt bien fonctionné : entre 2006 et aujourd’hui, la catastrophe de 2015 demeure unique. Néanmoins, une foule reste un système chaotique dont on perd vite le contrôle. Une foule en déplacement est ainsi très difficile à gérer, surtout quand elle rassemble trois millions de personnes dans une ville aussi petite que La Mecque. En 2015, c’est probablement une combinaison de petits facteurs qui a causé l’accident.

Ces recherches sur les films de 2006 ont-elles fait émerger d’autres pistes pour améliorer les flux de foule ?

supprimé les routes bidirectionnelles. Le nouveau pont constitue un circuit tel qu’il n’autorise le déplacement des pèlerins que dans un sens, ce qui fluidifie considérablement le trafic. À l’accident de la Love Parade de Duisbourg, en Allemagne, en 2010, ce sont des flux bidirectionnels qui ont causé l’accident : deux masses humaines arrivaient l’une vers l’autre de deux directions opposées, et le drame s’est produit à l’endroit où elles se sont rencontrées. Dans les heures qui avaient précédé l’accident, les forces de l’ordre s’étaient rendu compte que la foule était trop nombreuse (1,5 million de festivaliers) et dense et qu’elles en perdaient le contrôle. Elles avaient commencé à créer des barrières de sécurité, à rediriger la foule dans certains endroits et, à un moment, par erreur, deux flux se sont retrouvés face à face, produisant un pic de densité qui a entraîné la mort de 21 personnes.

D’une manière générale, la meilleure pratique est que l’événement soit planifié de façon quasi chirurgicale. À La Mecque, cela fonctionne bien : les pèlerins ont maintenant des tickets avec une heure de passage, ce qui permet de contrôler qui est où et à quel moment. Mais en cas d’affluence trop importante dans un festival de musique, bloquer l’entrée est une mauvaise idée : les gens s’accumuleront de l’autre côté, créant un pic de densité à cet endroit.

Que savait-on sur les foules avant 2006 ?

L’année 2006 a vraiment été charnière. Pour la première fois, les chercheurs ont eu accès à des données sur un mouvement de foule meurtrier. Ces données sont arrivées dans le laboratoire de Dirk Helbing, à l’École polytechnique fédérale de Zurich, où j’étais alors doctorant, et c’est grâce à elles qu’on a commencé à comprendre les mouvements de foule et les bousculades. En effet, on avait déjà une bonne connaissance des déplacements des foules en général, mais à une densité moindre, dans un contexte de vie quotidienne – une station de métro, par exemple. Les recherches sur les foules avaient débuté vers le milieu des années 1950, lorsque les villes commençaient à s’engorger. Des ingénieurs urbanistes voulaient comprendre comment les gens se déplacent dans les rues pour mieux adapter l’environnement urbain. Ils ont fait plein d’observations, dont une qui paraît assez intuitive aujourd’hui, sur le rapport entre densité et vitesse de déplacement des individus : plus une foule en mouvement est dense et moins les individus qui la composent se déplacent vite. Toutefois, il leur manquait un cadre théorique pour interpréter plus avant leurs observations. C’est une communauté de physiciens qui l’a apporté dans les années 1970, en particulier l’Australien Leroy Henderson, qui a eu l’idée de considérer qu’une foule dans une rue se comporte comme un liquide dans un tuyau et que l’on peut donc

Une seconde chose effectivement très utile a changé à La Mecque après ces travaux : on a >

L’ESSENTIEL

> La principale difficulté, quand on s’intéresse aux mouvements de foule, réside dans le caractère imprévisible des individus qui la composent.

> Néanmoins, dans certaines situations comme l’évacuation d’une salle par une sortie de secours, les modélisations fonctionnent plutôt bien.

> L’intégration à ces modèles de facteurs psychologiques dynamiques est encore balbutiante, mais le domaine est en pleine ébullition.

> Par ailleurs, avec l’accroissement des données sur les foules, l’approche par intelligence artificielle devient une autre piste prometteuse.

LES AUTEURS

BERTRAND MAURY professeur au Département de mathématiques et applications de l’École normale supérieure (PSL Université), à Paris

SYLVAIN FAURE ingénieur de recherche du CNRS au laboratoire de mathématiques d’Orsay

La foule en équations

Imaginez que chaque individu d’une foule soit un pion sur un échiquier, ou encore que la foule soit une goutte qui dévale une montagne le plus vite possible. En s’appuyant sur de telles analogies, des physiciens et mathématiciens ont conçu des modèles de foules performants pour décrire l’évacuation d’un bâtiment ou le transit de passagers dans une gare.

Un petit pas qui a 50 ans

L’anniversaire de la mission Apollo 11 est l’occasion de revenir sur cet exploit que l’on pensait quasi impossible à l’époque. Avec l’émergence de nouveaux projets, nous pourrions revivre une aventure similaire dans les années à venir.

L’AUTEURE

CLARA MOSKOWITZ cheffe des rubriques physique et espace au magazine

Scientific American

L’empreinte de la botte de Buzz Aldrin s’est imprimée de façon très nette dans la poudre qui recouvre le sol lunaire.

Sur les traces d’Apollo 11

Site d’atterrissage

Caméra de télévision

CRATÈRE DOUBLE

Rétroréflecteur pour la télémétrie laser

Sismomètre passif

Traces laissées par Neil Armstrong

BASE DE LA TRANQUILLITÉ

L’AUTEUR

EDWARD BELL

directeur artistique à Scientific American et auteur d’un livre iPad sur les exoplanètes

Les images satellites et des modélisations 3D récentes donnent un nouvel aperçu de la mission Apollo 11.

En 1969, les gens sur Terre ont suivi en direct l’aventure historique de la mission Apollo 11 grâce à des images vidéo de mauvaise qualité, mais qui n’en étaient pas moins enthousiasmantes. Ils n’avaient cependant aucune idée de l’endroit où l’action se déroulait précisément sur la Lune et à quel point les astronautes s’étaient promenés à la surface du satellite, dans la mer de la Tranquillité. Aujourd’hui, grâce à des modèles numériques en 3D créés à partir des relevés de sondes en orbite, nous pouvons suivre pas à pas la mission et avoir une meilleure vision du terrain exploré. Cette reconstitution du site où le module lunaire s’est posé a été réalisée avec des photographies de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) datant de 2012. La carte en relief montre le paysage que Neil Armstrong et Buzz Aldrin ont exploré, la position du module lunaire et des différentes expériences, et même des chemins que les astronautes ont empruntés. Ces images satellitaires nous aident à préserver certains détails de la mission avant leur disparition. En effet, les températures extrêmes, le rayonnement solaire et le bombardement permanent de micrométéorites sur la surface lunaire érodent les empreintes de pas et finiront par désagréger les appareils laissés sur place. Petit à petit, la « base de la Tranquillité » s’efface…

Légendes

Statut de la mission

Échec

Succès

Pays

États-Unis

URSS et Russie

Chine

Japon

Europe

Inde Israël

Premierobjetconstruitparl’homme àatteindreunautrecorpscéleste Premièremissionaméricaine àatteindrelaLune

La proximité de la Lune est trompeuse : cette destination est bien difficile à atteindre. À peine plus de la moitié des 122 missions ont atteint leur objectif. Jusqu’en 1990, les États-Unis et l’Union soviétique ont été les seuls pays à lancer des missions lunaires. Le Japon, d’abord, puis d’autres les ont rejoints.

Luna3PioneerP-3LunaE-3n°1LunaE-3n°2PioneerP-30PioneerP-31Ranger3Ranger4Ranger5LunaE-6n°2LunaE-6n°3

Pioneer3Mechta(Luna1) Pioneer4LunaE-1An°1(n°5) Luna2

LunaE-1n°3

11.10.195811.10.195808.11.195804.12.195806.12.195802.01.195903.03.195918.06.195912.09.195904.10.195926.11.195915.04.196016.04.196025.09.196015.12.196026.01.196223.04.196218.10.196204.01.196303.02.196302.04.196330.01.196421.03.196420.04.196428.07.196417.02.196512.03.196521.03.196510.04.196509.05.196508.06.1965

Luna 5 Luna 6

Luna4Ranger6LunaE-6n°6 Luna E-6n°5 Ranger7Ranger8Kosmos60Ranger9LunaE-6n°8

Objectifs Lune

Luna E-1 n° 2

Pioneer2(Able3)

Luna E-1 n° 1

Pioneer 1 (Able 2)

Pioneer 0 (Able 1)

(Federation)

Chang’e-6 Gateway #dearMOONExplorationMission-2(EM-2) FederatsiyaExplorationMission-3(EM-3)

Scout ALINA PeregrineExplorationMission-1(EM-1)

LunarChang’e-5Chandrayaan-2BeresheetChang’e-4/Yutu-2

Chandrayaan-1 / Moon Impact Probe Lunar Reconnaissance Orbiter GRAILChang’e-2LCROSS (Ebb& Flow) Chang’e-3LADEE ManfredChang’e-5-T1/Yutu Memorial Moon Mission QueqiaoTESS/Longjiang-1/ Longjiang-2

3

Zond

Luna 7 Luna 8

Luna 9

Kosmos 111 Luna 10 Surveyor1Explorer33 LunarOrbiter1Luna11Surveyor2Luna12

LunarOrbiter2Luna13LunarOrbiter3Surveyor3LunarOrbiter4Surveyor4

LunarExplorer35Orbiter5 Surveyor5

7K-L1n°4LSurveyor6

7K-L1n°5LSurveyor7

18.07.196504.10.196503.12.196531.01.196601.03.196631.03.196630.05.196601.07.196610.08.196624.08.196620.09.196622.10.196606.11.196621.12.196605.02.196717.04.196704.05.196714.07.196719.07.196701.08.196708.09.196727.09.196707.11.196722.11.196707.01.196807.02.196807.04.196814.09.1968

LunaE-6LSn°112Luna14

Zond5

Zond6

Apollo8

7K-L1 n° 13L

Luna E-8 n° 201

7K-L1S n° 2

Apollo 10

Luna E-8-5 n° 402

7K-L1S n° 5

Luna 15

Apollo 11

Zond 7

Kosmos 300

Kosmos 305

Apollo 12 Luna E-8-5 n°

Apollo405 13

Luna 16

Zond 8Luna17(Lunokhod1)

Apollo14Apollo15/PFS-1 LunaLuna18 19Luna20Apollo16/PFS-2

7K-LOKn°6A Apollo17ExplorerLuna21 49Mariner10LunaLuna22 23LunaE-8-5Mn°412 ISEE-3Luna24 (ICE) Hiten(MUSES-A)/ HagoromoClementineGeotailHGS-1Wind Lunar Prospector Nozomi

Premieratterrissageréussi

Premierobjetenorbite

Premiers humains à tourner autour de la Lune

Premier équipage à se poser

20 juillet 1969

24.10.200714.09.200717.02.200726.10.200627.09.200330.06.200103.07.199807.01.199824.12.199701.11.199425.01.199424.07.199224.01.199012.08.197809.08.197616.10.197528.10.197429.05.197403.11.197310.06.197308.01.197307.12.197223.11.197216.04.197214.02.197228.09.197102.09.197126.07.197131.01.197110.11.1970

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L’ESSENTIEL

> Durant la décennie à venir, de nombreux pays et sociétés privées projettent d’envoyer des missions sur la Lune.

> Les lois internationales précisent que personne ne peut revendiquer des titres de propriété dans l’espace, pas même sur la surface lunaire. Cependant, ces lois indiquent

aussi qu’une fois qu’un vaisseau s’est posé à un endroit, personne ne doit atterrir sur le même site (afin d’éviter des accidents).

> Cette faille juridique pourrait motiver une ruée vers la Lune, où les premiers arrivés s’arrogeraient les sites les plus intéressants.

L’AUTEUR

ADAM MANN journaliste scientifique spécialisé en astronomie

La ruée vers la Lune

Une nouvelle course vers le satellite naturel de la Terre va commencer. Des États et des sociétés privées sont dans les starting-blocks.

Objectif : s’approprier les zones stratégiques en profitant de failles dans les lois internationales.

C’est sur un écran noir et blanc aux images bruitées que s’est joué l’un des plus vieux souvenirs de Bob Richards : un module lunaire, des combinaisons spatiales, et les premiers pas historiques des astronautes Neil Armstrong et Buzz Aldrin à la surface de la Lune. Jeune enfant à l’époque, l’entrepreneur se souvient très bien qu’il était assis dans le salon familial à Toronto alors que son père s’escrimait avec l’antenne de la télé pour améliorer la qualité de l’image.

« Apollo 11 a été un événement clé dans l’histoire de l’humanité, » raconte le fondateur de Moon Express, une société dont l’objectif est de développer un moyen de transport vers la Lune et éventuellement d’y installer des exploitations minières. « L’inspiration instillée par Apollo est encore très présente dans tous les projets spatiaux actuels. »

Dans les années 1960, on pensait que la conquête de l’espace n’était qu’une question de temps ; l’humanité quitterait bientôt son berceau terrestre pour explorer l’Univers. Ce rêve a pris plus de temps que prévu, mais l’heure pourrait bientôt sonner. Une poignée de nations, mais aussi des sociétés privées, ont planifié des missions pour retourner sur la Lune dans un futur proche… une situation mûre pour engendrer des conflits.

À peine deux ans avant Apollo 11, afin d’éviter de telles crises, les États-Unis, l’Union soviétique et le Royaume-Uni ont signé le traité de l’espace (il compte aujourd’hui 107 signataires). Cet >

L’ESSENTIEL

> Les échantillons de roche rapportés de la Lune par les astronautes des missions Apollo ont profondément influencé la planétologie.

> Leur étude en laboratoire a livré des informations clés sur l’origine de la Lune et sur l’évolution du Système solaire.

> Cela a aidé au développement d’un modèle de la formation du système Terre-Lune et d’un modèle d’évolution du Système solaire primordial.

> Il faudrait aux scientifiques davantage d’échantillons lunaires pour aller plus loin encore.

L’AUTEURE

ERICA JAWIN

géologue postdoctorante au Muséum américain d’histoire naturelle, à Washington

Le butinprécieux d’Apollo

Les roches rapportées par les missions Apollo ont si radicalement renouvelé notre vision du satellite de la Terre, que l’une des principales raisons de retourner sur la Lune serait de se procurer de nouveaux échantillons de roches lunaires.

Toutes les photographies sont de Chris Gunn

Le plus gros morceau de roche lunaire qui reste de l’échantillon 15556, prélevé durant la mission Apollo 15, se trouve à l’intérieur d’un sac en téflon dans une armoire de stockage remplie d’azote du Centre spatial Johnson.

L’ESSENTIEL

> La glace de mer réfléchit une part importante du rayonnement solaire qui arrive sur la Terre et contribue ainsi à la régulation de la température de la planète.

> Les propriétés de cette glace sont mal connues. Or ces données sont nécessaires pour la modéliser de façon réaliste.

> En 2017, lors d’une expédition dans l’océan Antarctique, les chercheurs ont réalisé des prélèvements de glace (dont la forme rappelle celle des crêpes) et ont mesuré ses propriétés mécaniques.

> Ils ont ensuite développé un modèle numérique de la glace de mer.

LES AUTEURS

FLEURIANNE

BERTRAND professeure à l’université de Berlin

TIM RICKEN professeur à l’université de Stuttgart

La pêche à la crêpe de glace

Lors d’une expédition dans l’océan Antarctique, des chercheurs sont partis « pêcher » des crêpes de glace. Leur objectif : mesurer leurs propriétés pour les intégrer de façon plus réaliste dans les modèles climatiques.

Ballotté par des vagues gigantesques (jusqu’à plus de 14 mètres) et des vents soufflant à plus de 100 kilomètres par heure, le brise-glace

SA Agulhas II était mis à rude épreuve. Nous avions appareillé au Cap, en Afrique du Sud, le 28 juin 2017, et nous progressions alors avec une visibilité réduite vers notre destination : l’océan Antarctique. Si cette période correspond à la saison chaude et agréable dans l’hémisphère Nord, il en est tout autrement dans l’hémisphère Sud où les saisons sont inversées. Mais pourquoi partir vers l’Antarctique à une période aussi inhospitalière ? Parce que notre but était d’étudier la glace de mer, qui ne se forme que pendant la saison la plus froide.

Malgré le confort du navire presque neuf, la vie à bord était loin d’être facile. Les brise-glace, avec leur proue arrondie, subissent bien plus fortement que les autres bateaux les chocs qui se produisent quand, après avoir été soulevés par une vague, ils retombent lourdement sur l’eau (voir la photo page 68). Ce phénomène de slamming, très éprouvant pour l’organisme,

donne la sensation d’être en permanence sur des montagnes russes. Ainsi, une bonne part de l’équipe (environ 50 scientifiques et 44 membres d’équipage) a souffert du mal de mer et a laissé les plus résistants assumer la surcharge de travail. Pourtant, malgré la fatigue et le mauvais temps, nous avons gardé le moral, motivés par nos projets de recherche dans le cadre de cette expédition soutenue par la fondation nationale sud-africaine pour la recherche.

L’Antarctique, l’une des régions de la Terre les plus difficiles d’accès, en particulier durant cette saison, a fait l’objet de moins de travaux de recherche que les autres parties du globe. D’où l’intérêt de cette mission qui embarque des spécialistes de diverses disciplines : des biologistes étudiant le phytoplancton, des climatologues s’intéressant au cycle de l’azote, de l’ammoniac ou du dioxyde de carbone, des ornithologues répertoriant les espèces d’oiseaux, etc. Dans notre cas, nous nous intéressions à la glace de mer et à ses propriétés. Cette glace se forme à partir de cristaux qui se constituent dans l’eau de mer et s’agglomèrent pour former des blocs. Puis, à force de

>

© Toutes les illustrations sont de Fleurianne Bertrand

L’océan Antarctique couvert de glace en crêpe pendant une rare accalmie. Cette glace en mer a un rôle important dans la dynamique climatique de la planète.

L’ESSENTIEL

> Les interfaces cerveaumachine, ou ICM, peuvent envoyer ou recevoir des messages vers ou depuis le cerveau.

> Parvenir à un mouvement fluide et rapide d’une prothèse contrôlée par une ICM est toutefois très complexe.

> De nouvelles électrodes, implantées dans les aires du cerveau où naît l’intention du mouvement, permettent à des patients paralysés de contrôler plus finement le mouvement de la prothèse.

L’AUTEUR

RICHARD ANDERSEN professeur de neurosciences et directeur de l’institut Tianqiao and Chrissy Chen de neurosciences à l’Institut de technologie de Californie, à Pasadena, aux États-Unis

Quand les machines décodent nos intentions

Piloter une prothèse à la seule force de la pensée : c’est ce que permet un implant fiché dans la zone du cerveau qui crée nos intentions.

Un jour de 2014, dans mon laboratoire, Erik Sorto, paralysé après avoir été blessé par balle à l’âge de 21 ans, a utilisé sa pensée, et elle seule, pour boire une bière sans assistance, pour la première fois depuis plus de dix ans. Nous avions implanté en avril 2013 des électrodes dans son cerveau afin de contrôler les signaux nerveux que le cerveau produit pour déclencher les mouvements. Ce jour de 2014, une interface cerveau-machine (ICM) a envoyé un signal nerveux depuis une aire corticale de haut niveau. Un bras électromécanique s’est alors étendu jusqu’à la bouteille, l’a saisie et l’a portée aux lèvres d’Erik. Mes collègues et moi avons assisté, émerveillés, à l’accomplissement de cette tâche, incroyablement

complexe en dépit des apparences. Un chercheur qui partage avec les patients leur joie de pouvoir déplacer un bras robotisé pour interagir avec le monde physique ressent une indéniable satisfaction personnelle. Cette scène fait aussi naître immédiatement de nombreuses interrogations sur la manière dont des pensées peuvent contrôler une prothèse mécanique. Tous les jours, nous bougeons sans y réfléchir. L’objectif d’une ICM perfectionnée est de parvenir à effectuer ces mouvements avec aisance. À cette fin, des neuroscientifiques tentent depuis des dizaines d’années de décoder les signaux nerveux qui amorcent les gestes comme celui de tendre le bras et saisir un objet. Des avancées réelles, bien que limitées, ont stimulé de nouvelles voies d’exploration de l’activité électrique qui foisonne lorsque les >

Grâce à une minuscule grille rassemblant une centaine de petites électrodes et implantée dans le cerveau, une personne paralysée peut contrôler un bras robotique.

P. 80 Logique & calcul

P. 86 Art & science

P. 88 Idées de physique

P. 92 Chroniques de l’évolution

P. 96 Science & gastronomie

P. 98 À picorer

L’AUTEUR

JEAN-PAUL DELAHAYE professeur émérite à l’université de Lille et chercheur au Centre de recherche en informatique, signal et automatique de Lille (Cristal)

LDES TROUS À ENTOURER AVEC PARCIMONIE

Laisser des trous dans un assemblage de carrés en minimisant le nombre de pièces utilisées : ce problème de géométrie n’est pas facile. Mais le cheminement vers sa solution illustre bien la démarche des mathématiciens.

e tâtonnement et la construction progressive de la solution d’une énigme géométrique d’apparence simple sont les sujets de cette rubrique. L’objectif est d’illustrer les diverses étapes qu’un mathématicien doit franchir pour comprendre un problème, et l’intérêt de passer de la découverte d’une solution dont on vérifie la justesse à la certitude qui ne s’obtient qu’en élaborant une démonstration. Ainsi, le travail de recherche comporte plusieurs phases plus ou moins entremêlées :

a) La prise de contact avec le problème, sa formulation claire et le traitement de quelques cas particuliers.

b) La prise de conscience des difficultés et l’approfondissement de l’exploration, conduisant à la découverte de régularités et à la formulation d’hypothèses.

c) La mise au point d’une réponse vraisemblable accompagnée de quelques calculs pour formuler la solution.

unitaire, posées côté contre côté que nous dénommerons ici « formes » (voir l’encadré 1). Posons-nous la question : pour un entier n donné, combien faut-il au minimum de carrés pour assembler une forme présentant n trous ? Nous noterons f(n) ce nombre minimal. Pour que le problème soit bien défini, précisons que des trous distincts ne doivent pas se toucher, et que seuls comptent les trous totalement entourés de carrés. Nous pourrions adopter d’autres conventions, mais elles définiraient d’autres problèmes.

EXPÉRIMENTATION

La première chose à faire est de résoudre le problème pour les petites valeurs de  n. Pour n = 1, n = 2 et n = 3, c’est simple. Il est clair que l’on ne peut pas faire mieux que les formes dessinées sur les figures 2a, 2b, 2c. On a donc f (1) = 8, f (2) = 13, f (3) = 18. Remarquons que pour  n = 3, il y a trois figures différentes de 18 carrés comportant trois trous.

Jean-Paul Delahaye a notamment publié : Les Mathématiciens se plient au jeu, une sélection de ses chroniques parues dans Pour la Science (Belin, 2017).

d) L’élaboration d’une démonstration complète, nécessitant une compréhension approfondie du problème et l’introduction d’idées nouvelles. Lors de cette phase, on démontre parfois des résultats intéressants, au-delà de la question initiale.

e) La formulation d’autres problèmes proches que la méthode trouvée permet de traiter, ou qui sont liés mais demanderaient un travail nouveau.

Nous nous intéresserons aux formes du plan composées de pièces carrées de côté

Ces premiers cas pourraient suggérer que l’on a, pour tout entier n, f(n + 1) = f(n) + 5. Avec f(1) = 8, cela conduirait à la formule générale f(n) = 3 + 5n et donc à f(4) = 23. C’est faux ! Il semble plutôt que f(4) = 21 (voir la figure 2f).

Pour n  = 4, on gagne quelque chose en renonçant à aligner les trous. Pour n = 5 et 6, il n’est pas possible de faire mieux que 26 et 29. Pour n = 5, il faut à nouveau ajouter 5 au résultat précédent (f(5) = 26), mais pour n = 6, il suffit d’ajouter 3, puisque f(6) = 29. La règle semble obscure : parfois on doit ajouter 3 au résultat précédent, parfois il faut ajouter 5.

DES FORMES TROUÉES AVEC DES CARRÉS

Par définition, une « forme » désigne ici un assemblage de pièces carrées collées côté contre côté (a, b, c, d).

La définition des trous est précisée par les figures e, f, g, h, i

On continue donc aussi soigneusement que possible. On pourrait concevoir un programme informatique qui résoudrait de manière certaine les cas envisagés en explorant toutes les combinaisons possibles pour des valeurs de  n fixées. Cependant, il ne donnerait pas la solution pour tout n, et surtout il ne donnerait pas de démonstration. Par ailleurs, les situations pour n assez petit ne sont pas très compliquées et on a peu de doute sur les valeurs qu’on découvre par tâtonnements. Pour y voir clair, on constitue, sans être absolument certain de sa justesse, un tableau dont voici les premières valeurs. 12 34 56 78 910 8131821262934374045 n f(n)

f(n)

QUELLE EST LA RÈGLE ?

L’observation attentive suggère une hypothèse pour les ajouts de 3 ou de 5 d’un cas au suivant. On note en effet que les ajouts sont successivement : +5 +5 +3 +5 +3 +5 +3 +3 +5

+3 +5 +3 +3 +3 +5 +3 +3 +3 +5 ...

Les +5 sont isolés (sauf au tout début) et séparés par des séquences de +3 dont la longueur s’accroît d’une unité une fois sur deux :

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 ...

Si l’on ne s’est pas trompé dans le tableau, cela pourrait être la solution, mais comment être certain que cette règle observée est juste ? Et si oui, quelle pourrait en être la raison ?

L’expérience acquise dans la résolution sans démonstration des premiers cas suggère

LE PROBLÈME À RÉSOUDRE

L e problème est de trouver, pour chaque entier positif n, le nombre minimum f(n) de carrés qu’il faut utiliser pour créer une forme (au sens indiqué dans l’encadré 1) dotée de n trous. On a représenté sur les figures a, b, c, d, e, f, g, h les solutions pour les valeurs du nombre n de trous égales à 1, 2, 3, 4, 5, 6. Pour ces valeurs, les nombres de carrés sont, respectivement, 8, 13, 18, 21, 26, 29.

LES AUTEURS

JEAN-MICHEL COURTY et ÉDOUARD KIERLIK professeurs de physique à Sorbonne Université, à Paris

LE MYSTÈRE DES PIERRES QUI BOUGENT

Grâce à une conjonction improbable de conditions climatiques et de configurations de terrain, des roches se déplacent toutes seules de plusieurs mètres en quelques minutes.

Racetrack Playa, un lac temporaire dans le parc américain de la Vallée de la Mort, en Californie, est le siège d’un phénomène déconcertant. Des centaines de roches s’y déplacent en laissant sur le sol des traces rectilignes, longues de plusieurs dizaines de mètres et dont le parallélisme et les points anguleux suggèrent que leurs mouvements sont synchrones…

Ces déplacements ne se produisent dans ce lieu difficile d’accès que lors de très rares épisodes, parfois séparés de plusieurs années. Aussi les chercheurs n’ont-ils pu résoudre l’énigme que récemment, en équipant des pierres de capteurs de géolocalisation et en disposant autour du lac des caméras.

Le lieu, l’un des rares dans le monde à présenter le même phénomène, est bien particulier : Racetrack Playa est un

lac de quelques kilomètres carrés alimenté uniquement par les pluies. L’eau s’en échappe ensuite par infiltration et évaporation. La conséquence est l’absence de courant, d’où un fond particulièrement plat et horizontal, constitué de sable fin, de vase et d’argile.

UNE MORNE PLAINE BALAYÉE

PAR LES VENTS

Lorsque ce lac est à sec, on peut y voir de nombreux cailloux et rochers de taille allant jusqu’à 50 centimètres. Beaucoup sont à l’extrémité de traces sur le sol, comme s’ils s’étaient déplacés tout seuls.

Comment est-ce possible ?

La présence d’un fond limoneux, particulièrement glissant lorsqu’il est humide, suggère que les rochers les plus plats glisseraient facilement dessus. Certaines mesures le confirment : le coefficient de frottement statique sur le sol humide est de l’ordre de 0,15, alors

Pour déterminer la cause des déplacements des roches, les chercheurs ont équipé certaines pierres de capteurs de position et autres instruments.

que pour des matériaux secs usuels (bois, métal…), il est plutôt de l’ordre de 0,5 ou 0,6. Cela signifie qu’il suffit d’appliquer une force horizontale égale à 0,15 fois leur poids pour déplacer ces roches. Mais d’où viendrait cette force ?

Sur le sol, aucune trace de pas d’animaux. Le vent ? Faisons une estimation grossière. Une roche cubique de 15 centimètres de côté pèse quelque 9 kilogrammes et requiert donc une poussée horizontale de 13 newtons pour bouger. Cela correspond à des vents d’environ 30-35 mètres par seconde – des vitesses supérieures à celles des vents qui sévissent à cet endroit.

Puisque, comme plusieurs études l’ont confirmé, le vent ne suffit pas, il faut chercher d’autres ingrédients.

DES PIERRES PORTÉES

PAR DES RADEAUX DE GLACE ?

Notamment en analysant les périodes de l’année où se produisent ces déplacements – en hiver, lorsque le lac peut geler –, le géologue tchèque Gunther Kletetschka et ses coauteurs ont formulé en 2013 une nouvelle hypothèse.

Elle s’appuie sur le fait que la conductivité thermique de la roche est quatre fois supérieure à celle de l’eau. Imaginons qu’au moment du gel, l’eau soit à un

LA SOLUTION DE L’ÉNIGME

Àla suite de ses observations et mesures sur des pierres équipées de capteurs, l’équipe de Richard Norris, aux États-Unis, a proposé en 2014 un scénario qui résout le mystère des pierres qui bougent. Selon ce scénario, les pierres sont poussées par les mouvements des plaques de glace formées lors d’une nuit froide. Ces plaques se rompent le jour et sont elles-mêmes poussées par le vent, grâce à la très grande surface globale qu’elles lui offrent et aux enchevêtrements qui se créent. Les mouvements de l’eau liquide, également dus au vent, contribuent aussi à la poussée des plaques de glace.

niveau tel que le haut du rocher est encore bien émergé.

Dans ce cas, puisque la chaleur diffuse bien à travers la roche, cette dernière se retrouvera rapidement et intégralement à une température inférieure à 0 °C. L’eau qui est à son contact peut geler et ainsi former une gangue de glace autour de la partie immergée du caillou. De plus, ce gel peut s’étendre en dessous du rocher, les sédiments et la vase étant aussi très humides.

Et comme le niveau d’eau du lac fluctue avec les apports d’eau en provenance de toute la zone environnante, cet ensemble « rocher + radeau de glace »

peut se détacher du fond et se mettre à flotter (voir l’encadré page suivante). Avec notre cube de 15 centimètres, et si on oublie la fragilité mécanique de la glace, il faudrait un radeau de glace de 4 centimètres d’épaisseur sur un peu moins de 1 500 mètres carrés pour le faire flotter grâce à la poussée d’Archimède.

C’est considérable. Mais même avec un radeau plus petit, notre rocher pourrait se trouver suffisamment allégé pour

Les auteurs ont récemment publié : En avant la physique !, une sélection de leurs chroniques (Belin, 2017).

L’AUTEUR

HERVÉ LE GUYADER professeur émérite de biologie évolutive à Sorbonne Université, à Paris

LES DYTIQUES MÂLES NE MANQUENT PAS D’AIR

Pourquoi chez les dytiques – des coléoptères aquatiques –, certaines femelles portent-elles des cannelures sur leurs élytres, tandis que ceux des mâles sont lisses ? Une question de survie face à l’assaut tenace des mâles…

S’il vous est arrivé de scruter les profondeurs d’une mare, vous y avez sûrement rencontré des dytiques. Ces coléoptères aquatiques peuplent les eaux douces de tous les continents (sauf l’Antarctique) où, grâce à leurs puissantes mandibules venimeuses, ils constituent des prédateurs redoutables d’insectes, de têtards, d’alevins et de mollusques. La prochaine fois que vous en croiserez un, examinez ses élytres : s’ils portent des cannelures ou autres sculptures, il s’agit d’une femelle. Les mâles, eux, ont le dos aussi lisse que celui d’une coccinelle. Ce dimorphisme sexuel de certaines espèces de dytiques est connu depuis longtemps. Charles Darwin le mentionnait déjà en 1871 dans son ouvrage La Filiation de l’homme et la sélection liée au sexe. Il pensait, à l’époque, que ces aspérités aidaient le mâle à agripper la femelle lors de l’accouplement.

Toutefois, ces dernières années, un tout autre scénario a émergé. Ce dimorphisme serait le résultat d’un conflit sexuel dont la cause serait purement physiologique. Il se serait en effet construit autour d’une fonction vitale : la respiration. Comme le démontrent les phylogénies moléculaires – les arbres de parenté fondés sur la comparaison des génomes –, les insectes descendent de crustacés qui ont colonisé le milieu terrestre il y a plusieurs centaines de millions d’années. À l’instar de divers mammifères, certains sont retournés à l’eau, majoritairement douce. Ainsi, aujourd’hui, nombreux sont ceux dont la larve est strictement aquatique (libellules, éphémères, moustiques…), les insectes adultes – ou imagos – étant aériens. Deux familles, cependant, comportent des animaux ayant une vie aquatique en phase tant larvaire qu’imaginale : les hémiptères (punaises, pucerons, cigales…) avec les

Hervé Le Guyader a récemment publié : L’Aventure de la biodiversité, (Belin, 2018).

Lorsqu’ils sont dans l’eau, les dytiques renouvellent leur réserve d’air en faisant émerger l’extrémité de leur abdomen à la surface.

EN CHIFFRES

On connaît plus de 13 000 espèces de coléoptères aquatiques, dont environ 4 200 dytiques.

Ce dytique est un mâle, mais chez cette espèce, rien sur les élytres ne distingue les mâles des femelles. En revanche, les mâles portent des éperons sur la première paire de pattes, contrairement aux femelles…

notonectes ou punaises d’eau, et les coléoptères (hannetons, scarabées, coccinelles…), avec notamment les dytiques.

LA BULLE DU DYTIQUE

S’adapter à la vie aquatique n’a pas dû être simple pour ces insectes (ou plutôt leurs ancêtres), comme pour les cétacés. Comment nager, sentir, respirer ? En particulier, certaines innovations, contradictoires, ne se sont imposées qu’au prix d’un compromis évolutif. Par exemple, pour nager en pleine eau, l’animal ne doit pas être trop léger. Or les insectes respirent non par des poumons, mais par des trachées, un réseau de tubes qui s’ouvrent aux stigmates (de petits orifices sur leur

410 MILLIONS

Il y a quelque 410 millions d’années, des crustacés ont colonisé le milieu terrestre et produit par évolution l’ensemble des insectes, d’après la datation de l’origine des récepteurs olfactifs caractéristiques d’animaux aériens. Depuis, les insectes ont conquis tous les milieux terrestres et représentent à eux seuls la moitié des espèces vivantes actuellement décrites.

47 MILLIMÈTRES

Avec ses 47 millimètres de long, Megadytes ducalis, qui vit au Brésil, est le plus grand dytique du monde. Le plus grand d’Europe, Dytiscus latissimus, mesure 44 millimètres.

corps) et amènent l’air aux différents organes. Un insecte aérien contient ainsi un important volume de gaz qui le rend trop léger pour plonger. Et un dytique doit donc en contenir bien moins que son cousin aérien, alors qu’il a intérêt à en faire pleine provision pour rester longtemps sous l’eau !

Suffisamment d’air pour respirer, mais pas trop pour plonger, tel est le compromis adopté ici. Pour respirer, le dytique remonte à la surface et laisse émerger l’extrémité de son abdomen. Ce faisant, il renouvelle la réserve d’air au contact des stigmates, emprisonnée entre les élytres et l’abdomen et retenue par des poils. En moyenne, les dytiques de grande taille refont provision d’air toutes les dix minutes – une durée qui varie selon la température de l’eau et la dépense énergétique de l’animal.

UNE COURSE AUX ARMEMENTS ENTRE MÂLE ET FEMELLE

De même, le dimorphisme sexuel (autre que celui des parties génitales) observé chez nombre d’espèces de dytiques serait le fruit d’un compromis évolutif. Chez le mâle, les tarses des deux premières paires de pattes sont munis de ventouses grâce auxquelles il se maintient vigoureusement sur le dos de la femelle pendant l’accouplement. Chez sa partenaire, les élytres et le pronotum (la partie supérieure du premier segment du thorax) présentent parfois de fortes cannelures, des granules ou des sculptures irrégulières prononcées. En 2007, Kelly

À

PICORER

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1 MILLION

S ur la route, les conducteurs tuent chaque année plus d’un million de personnes dans le monde, selon l’Organisation mondiale de la santé.

CBLINIS

’est le nom que les Russes donnent aux larges morceaux de glace qui se forment aux pôles, dans l’eau de mer, durant les hivers. À force de chocs répétés, ces blocs prennent une forme quasi circulaire de 30 centimètres à 3 mètres de diamètre, d’où leur nom. En anglais, on les nomme pancakes et en français, crêpes de glace…

Dans la majorité des cas, une information postée sur Twitter ne se propage pas. À cause du flux qui submerge les utilisateurs, elle s’éteint dès son introduction sur le réseau

382

L es astronautes des missions Apollo successives ont rapporté sur Terre pas moins de 382 kilogrammes de pierres et de poussières lunaires, dont l’étude est toujours en cours.

RBALLET DE CAILLOUX

acetrack Playa, dans la Vallée de la Mort, en Californie, est un lac de quelques kilomètres carrés alimenté uniquement par les pluies. Des roches s’y déplacent toutes seules de plusieurs mètres en quelques minutes… et de façon synchronisée. Le pot aux roses n’a été découvert que récemment !

ACILIUS

Chez ces coléoptères aquatiques, une course à l’armement fait rage entre femelles et mâles. Les premières ont développé des cannelures sur leurs élytres qui empêchent les ventouses des seconds de s’y fixer trop fermement, ce qui limite les risques de noyade de la femelle durant l’accouplement.

C500 000

’est le nombre d’exemplaires du rétrotransposon L1 dans le génome humain. Cette séquence de plusieurs gènes code toute la machinerie nécessaire pour se dupliquer ailleurs dans le génome. Au fil de l’évolution, ses copies se sont ainsi accumulées jusqu’à occuper 17 % du génome humain actuel.