Surtout faire des vagues…

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Exemple de convertisseur d’énergie hydraulique.

Des décennies de développement non-durable ont engendré pollution, dérèglements climatiques et perte de biodiversité. Il est donc crucial de développer des sources d’énergie à faible impact environnemental. Dans cette optique, les vagues océaniques représentent une source relativement importante d’énergie renouvelable.

Un convertisseur d’énergie hydraulique est un appareil flottant permettant de transformer l’énergie mécanique des vagues en courant électrique (voir figure ci-contre). Les premiers travaux de recherche dans cette direction ne sont pas récents : ils remontent à 1974, un an après la première crise pétrolière. Plus récemment (en 2010), des chercheurs américains ont proposé un nouveau modèle. L’innovation consiste dans le fait que la masse de ce convertisseur varie en fonction de l’état dans lequel il se trouve (voir l’animation ci-dessous). L’objectif de ce nouveau procédé est d’augmenter le rendement énergétique. Il s’agit alors de rechercher les valeurs des paramètres optimisant ce rendement, en particulier ceux qui sont relatifs à la modulation de masse.

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Une calculatrice mécanique pour les marées

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La calculatrice des frères Thomson

Jules César, en perdant 18 navires lors de sa première tentative d’invasion de la Bretagne, a été un des premiers à déplorer la méconnaissance des horaires des marées. Dans la seconde moitié du XIXe siècle, leur prédiction devient un enjeu essentiel pour l’Empire Britannique. Or, si la haute mer revient deux fois par jour en Europe, ce n’est pas le cas partout sur Terre. De plus, les horaires ainsi que les amplitudes varient d’un jour sur l’autre et d’un port à l’autre. Entre 1867 et 1879, William Thomson (Lord Kelvin) et son frère James s’attaquent au problème et conçoivent deux appareils capables de prédire, n’importe où, les marées futures à partir d’un enregistrement des marées passées.

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Quand les cellules font bloc

Dictyostelium discoideum

Agrégation de dictys (dictostelium discoideum).

L’agrégation d’organismes unicellulaires en un organisme multicellulaire a probablement constitué une des étapes les plus cruciales dans l’évolution des espèces vivantes. Pour mieux comprendre ce phénomène d’agrégation, on peut s’intéresser aux divers moyens dont disposent les cellules pour communiquer entre elles. Nous allons nous intéresser ici à la chimiotaxie, phénomène par lequel un organisme se dirige sous la stimulation d’un signal chimique présent dans l’environnement. Dictyostelium discoideum, souvent appelé dicty, est une (myx) amibe unicellulaire que l’on rencontre communément dans la nature. Les dictys sont sujets à une chimiotaxie en présence d’une molécule appelée adénosine monophosphate cyclique (AMPc). Durant leur vie, ces amibes se déplacent aléatoirement pour chercher des bactéries dont elles se nourrissent. Mais, en condition de pénurie de nourriture, elles émettent elles-mêmes l’AMPc qui les attire.

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Mieux prévoir le temps

Les prévisions météorologiques font partie de notre quotidien.

Nous ne pouvons plus nous passer des  prévisions météorologiques.

Les prévisions météorologiques font partie de notre quotidien et sont devenues un élément essentiel de notre mode de vie. Elles  sont effectuées à partir de simulations numériques du comportement de l’atmosphère. Les résultats de ces modélisations numériques se trouvent entachés d’erreurs ayant de multiples origines : méconnaissance de certains phénomènes physiques, incertitudes sur l’état de l’atmosphère, approximations introduites par les algorithmes utilisés, etc.

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Archimède et l’Afrique

Archimede
Projection d’Archimède.
L’un des plus beaux textes mathématiques a été écrit il y a plus de 2 200 ans par un savant célèbre à cause… d’une baignoire. Archimède mêle sans cesse les problèmes abstraits et concrets. On dit même qu’il inventa des machines de guerre pour défendre sa ville, Syracuse, attaquée par les Romains. Même si un certain nombre de mathématiciens d’aujourd’hui font mine de l’ignorer, les mathématiques sont partout, y compris chez les militaires.

L’agriculture est-elle responsable des gaz à effet de serre?

Les activités agricoles émettent des gaz à effet de serre.

Le N2O (protoxyde d’azote) est un gaz à effet de serre très puissant émis par les activités agricoles, notamment par la fertilisation azotée des cultures (les engrais). Dans la plupart des pays, les émissions de N2O dues à la fertilisation azotée sont calculées avec la méthode Tier 1 proposée par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Cette méthode est basée sur un modèle linéaire simple qui considère que les émissions de N2O sont égales à 1% des apports d’engrais azotée.
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Comment les spermatozoïdes nagent-ils ?

Rencontre entre des spermatozoïdes et un ovule

Rencontre entre des spermatozoïdes et un ovule.

Il y a déjà bien longtemps que des auteurs de science-fiction ont imaginé des appareils microscopiques circulant dans le corps et commandés par l’homme. Construire une telle machine auto-propulsée et commandée serait révolutionnaire pour la médecine, puisqu’elle permettrait d’explorer le corps de manière très précise et d’apporter par exemple des médicaments directement au bon endroit.

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Analyser 47 ans d’avalanches pour prévenir les risques futurs

Chalet totalement détruit par une avalanche de poudreuse exceptionnelle le 20 janvier 1981. Commune de La Morte, Isère, France.

Nous avons tous en tête des avalanches aux conséquences catastrophiques. Pour s’en prémunir, on a besoin de  construire des modèles de prédiction fiables et il est tout d’abord essentiel de comprendre les événements passés.
Un modèle récemment développé par des équipes de l’INRA et de l’IRSTEA décrit l’historique des avalanches ayant eu lieu entre 1946 et 2009 dans toute la région des Alpes françaises.

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Votre air, votre santé

Carte de pollution en dioxyde d'azote

Carte de pollution en dioxyde d’azote (en μg/m3).
Les disques colorés sont les stations de mesure Airparif.

L’air que nous respirons contient de nombreux polluants. Les activités humaines sont naturellement en cause : trafic automobile, émissions industrielles, agriculture, etc. Mais la nature produit également des polluants tels que les Composés Organiques Volatils émis par la végétation et les poussières des éruptions volcaniques.

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Les glaciations : CO2 ou astronomie ?

Recent (black) and maximum (grey) glaciation of the northern hemisphere during the Quaternary climatic cycles

Calottes de glace de l’hémisphère nord aujourd’hui (en noir) et leur extension maximale (en gris) pendant les cycles climatiques du Quaternaire.

Avec la découverte des périodes glaciaires au XIXème siècle, il est devenu évident que le climat de la Terre n’est pas figé et peut changer au cours du temps. Dès lors, deux principales théories se sont opposées pour expliquer de tels changements climatiques.

Depuis l’antiquité, les astronomes savent qu’il existe un troisième mouvement de la Terre, outre la rotation (cycle diurne) et la révolution (cycle annuel) de notre planète. Puisqu’il existe des changements de température flagrants associés aux deux premiers cycles, ce troisième mouvement, appelé la précession des équinoxes (cycle de 25 700 ans), pouvait peut-être lui aussi générer des variations climatiques.

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Tsunami : reconstruire la vague

Le tsunami du 26 décembre 2004 a été l’un des plus meurtriers de tous les temps.

Un tsunami est une onde marine exceptionnelle qui, en s’approchant des côtes, s’exprime par des vagues de très haute énergie et une inondation des zones côtières. Le terme est dérivé d’un mot japonais qui signifie « vague portuaire ».

Le tsunami du 26 décembre 2004 a touché une dizaine de pays dont certains situés à plusieurs milliers de kilomètres de l’épicentre du séisme. Il a causé la mort de plus de 280 000 personnes. C’est le tsunami le plus dévastateur  et l’une des catastrophes les plus meurtrières de tous les temps. L’Indonésie a été le pays le plus affecté.

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Aquaculture en milieux confinés : le cas de l’étang de Thau

Calcul du confinement paralique par simulation numérique dans l’Étang de Thau (Languedoc-Roussillon).

Les environnements littoraux sont des lieux d’interface entre les continents et les océans, entre vie terrestre et vie marine, entre eau douce et eau salée, etc. Leur importance n’est pas seulement liée aux activités humaines et à l’économie (pêche, aquaculture, transport maritime, tourisme). Ils furent et sont encore aussi le lieu de l’apparition et du développement de nouvelles formes de vie. Leur étude revêt donc un intérêt particulier.

Les comprendre est un jeu complexe, car ils sont le théâtre de l’imbrication de phénomènes se produisant à des échelles de temps et d’espace d’une grande variété. Les mathématiques ont donc leur rôle à jouer…

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Combien pour ma tonne de CO2 ?

Les joies de la technologie
par Nitrozac et Snoggy.

Les mathématiques analysent de nombreux aspects des marchés financiers et des produits de la finance. Ainsi, les marchés de permis d’émission de CO2  comptabilisent les rejets directs en CO2 ou l’équivalent CO2 des rejets des autres gaz à effet de serre. Les Etats, ou une autorité multinationale, fixent un plafond d’émissions. A chaque “pollueur” (une entreprise par exemple), est attribué au départ un droit à polluer, exprimé en tonnes de CO2. En fonction de l’évolution de leurs besoins, les entreprises peuvent échanger librement leurs droits à polluer, au prix déterminé à chaque moment par les conditions du marché. Sur ce marché, des industriels achètent et échangent des droits à polluer, en référence à l’objectif de rejet de pollution à respecter. C’est le fonctionnement dit cap and trade.

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Modélisation des feux de forêt

Feu de forêt en Corse.

Les feux de forêt représentent un risque majeur pour de nombreux pays dans le monde. Outre les pertes de vie humaines, ils occasionnent des dégâts environnementaux et économiques (destruction de biens d’habitation et de moyens de lutte contre les feux). Ils sont la cause de déforestations et de désertifications, et polluent l’air : les émissions de CO2 lors d’un feu de forêt représentent 20 % des émissions totales, sans compter les métaux lourds et radionucléides qui sont aussi propulsés dans l’atmosphère.  Ces dernières années, le feu a engendré de nombreuses catastrophes dans le monde entier : au début de l’année 2013 en Australie, plus de 200 km2 de forêts et de terres agricoles ont été détruits par un incendie qui a contraint 2 000 personnes à quitter leur logement. Au cours de l’été 2012, un feu en Espagne a causé la mort de 4 personnes et brûlé près de 130 km2. En 2010 en Israël, 40 personnes ont péri à cause d’un incendie de végétation. Mais la lutte contre les feux de forêt est d’autant plus efficace qu’il est possible d’anticiper leurs comportements au cours du temps, grâce à des modèles mathématiques.

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La conduction, un moteur universel

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Le phénomène de conduction est à l’origine du fait qu’une cuillère plongée dans un liquide chaud devient chaude à son tour.

- Comment la chaleur du thé migre-t-elle dans la cuillère plongée dans la tasse ?
- Par conduction.
- Et pour le courant électrique qui circule dans une lampe ?
- Conduction.
- L’eau souterraine qui s’écoule dans les nappes phréatiques ?
- Conduction.
- Une espèce invasive qui se répand dans une forêt ?
- Conduction, diffusion.
- Les cendres d’un volcan qui voyagent dans l’atmosphère ?
- Conduction, diffusion.
- Un produit chimique qui s’étale dans une mare ou un verre d’eau ?
- Conduction, diffusion, vous dis-je !

Tous ces phénomènes relèvent effectivement de la conduction ou de la diffusion, c’est-à-dire d’un transport de masse ou d’énergie. Une quantité physique est ainsi transportée d’une zone de forte valeur vers une zone de faible valeur. Lire la suite

Pour le déminage humanitaire

Zone interdite à cause des mines non explosées (Kahoolawe, Hawai, oct 2003)

Zone interdite à cause des mines non explosées (Kahoolawe, Hawai, oct 2003)

Largement présentes, depuis la deuxième guerre mondiale, dans les conflits internationaux aussi bien que dans les conflits ethniques, les mines constituent une menace permanente pour la population civile longtemps après la fin des hostilités. Les mines qui ont été utilisées et n’ont pas explosé continuent de faire des ravages dans le monde entier.

La Campagne internationale pour interdire les mines (ICBL) évalue à près de 500 000 personnes les survivants d’accidents de mines et de restes explosifs de guerre. A ce jour, 80% des états du monde ont signé le Traité d’interdiction des mines. Parmi les résultats provenant de l’Observatoire des Mines 2013, on signale que 250 000 mines ont été retirées du sol grâce aux programmes de déminage en 2012.

Plusieurs ONG membres d’ICBL (Handicap International, Human Rights Watch, AFDH, HAMAP et beaucoup d’autres) sont engagées dans le déminage humanitaire, la sensibilisation aux risques des mines ou l’assistance aux victimes. Ces ONG signalent aussi les pays qui violent le traité interdisant les mines ; tout récemment elles évoquaient le Yemen et la Syrie.

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Les éléphants en danger

Éléphants au bain.

En dépit de restrictions sur le commerce de l’ivoire, de nombreuses populations d’éléphants d’Afrique sont menacées par le braconnage. Cette activité peut être constatée lors de saisies d’ivoire par la douane aux aéroports. La question est alors d’identifier l’origine géographique de l’ivoire saisi, dans l’espoir de remonter aux coupables, ou tout au moins de surveiller plus fortement les activités illégales dans ces régions. Pour cela, l’ADN présent dans l’ivoire saisi est prélevé et comparé à l’ADN d’éléphants d’Afrique d’origine géographique bien identifiée.

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Quand la mer monte !

Mont-Saint-Michel

Marée haute au Mont-Saint-Michel.

La marée rythme notre vie, comme nous le rappelle Raoul de Godewaersvelde :
“Quand la mer monte
J’ai honte, j’ai honte
Quand ell’ descend
Je l’attends
A marée basse
Elle est partie hélas
A marée haute
Avec un autre.”

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De la Terre à la Lune

ce qu'on verra quand on passe la souris

La méthode de tir pour viser la lune, pas si loin de l’obus de Jules Verne.

Dans le cadre de la mission SMART1, l’Europe a transféré en 2003 un satellite équipé d’un moteur électrique d’une orbite autour de la Terre vers une orbite autour de la Lune. Ce type de propulsion étant peu puissante, il est important d’évaluer la durée minimale du trajet : de la Terre à la Lune en temps minimum, donc.

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Simuler le son d’un piano

Vue éclatée d’un piano à queue.

La conception et la fabrication d’un piano sont très largement basées sur un savoir empirique issu de plusieurs siècles d’expérimentations, d’échecs et de succès. Les facteurs de piano ont acquis un ensemble de connaissances extrêmement précises mais cherchent désormais à rationaliser leur approche en utilisant des méthodes scientifiques, afin de donner raison ou tort à certaines affirmations et à améliorer leur compréhension des phénomènes mis en jeu.

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