Surcote météorologique dans le bassin d’Arcachon, la tempête Klaus

La tempête Klaus en Euskadi (Pays-Basque).

Lors de fortes tempêtes, les surélévations du niveau de la mer peuvent conduire à des submersions des régions côtières avec mise en danger de la vie humaine. La submersion causée par une forte dépression dans la province maritime du sud-ouest des Pays-Bas (Zeeland) lors de la nuit du 31 janvier au 1er février 1953 causa plus de 2550 morts. Les surélévations sont le résultat de perturbations des mouvements réguliers et prédictifs du niveau d’un plan d’eau liés à la marée astronomique, par des variations de hauteur d’eau d’origines météorologiques dues principalement à la pression atmosphérique et aux vents. Ces dernières sont nommées surcotes lorsqu’elles conduisent à une  hauteur d’eau supérieure à celle prédite pour la marée astronomique et décotes dans le cas contraire.

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Le problème des tourtereaux

Comment trouver l’équilibre pour une relation stable et durable ?

Le mathématicien espagnol José-Manuel Rey a récemment proposé une description originale de l’évolution des relations amoureuses. Ce travail, publié dans une revue prestigieuse, a connu un certain retentissement par la curiosité qu’il suscitait. Les équations proposées donnent une explication aux mécanismes du «paradoxe de rupture» : si la sincérité de l’engagement ne semble faire guère de doute au début d’une relation amoureuse, force est de constater qu’un grand nombre de couples ne résiste pas au temps. Par ailleurs, l’article de J.-M. Rey soulève aussi des questions mathématiques intéressantes.

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Des poires en rotation !

La Terre aurait pu avoir cette forme asymétrique.

Imaginez une planète liquide dans l’espace, très éloignée de tous les autres objets célestes. Imaginez encore que cette masse est immobile, en équilibre parfait. Que signifie un tel équilibre ? Une petite goutte de liquide à la surface est attirée par toutes les autres gouttes de la planète sous l’influence de forces gravitationnelles.
Si la force totale qui en résulte n’était pas perpendiculaire à la surface, pointant vers l’intérieur de la planète, la petite goutte aurait tendance à se déplacer et la planète ne serait pas en équilibre. C’est le fait que le fil à plomb est perpendiculaire au niveau des mers qui caractérise l’équilibre. Lire la suite

L’enquête de recensement de 2013, dixième du genre

Un recensement dynamique donne une image actualisée de la population.

Comment rendre compte tous les ans des changements démographiques et économiques d’un pays qui évolue vite ? La France a retenu le moyen d’enquêtes réalisées chaque année de manière qu’en cinq ans l’intégralité du territoire soit prise en compte.
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Sur la trace des éléphants de mer

ce qu'on verra quand on passe la souris


Harem d’éléphants de mer sur les îles Kerguelen.

L’éléphant de mer est un prédateur supérieur de l’Océan Austral qui parcourt l’océan durant plusieurs mois avant de revenir à terre. L’étude de ses trajectoires et de son comportement alimentaire est riche en enseignements sur l’environnement de la région. En posant des balises sur ces mammifères marins, les scientifiques peuvent enregistrer leur trajectoire durant leur séjour en mer. Sur la base de ces positions enregistrées, appelées données télémétriques, ils peuvent estimer l’effort et le succès de leur recherche alimentaire  et mettre en relation leur comportement dans ce domaine avec les conditions océanographiques qu’ils rencontrent sur leur trajet.

 

 

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Pourquoi grelotte-t-on alors que la planète se réchauffe ?

La Grande-Bretagne sous la neige l’hiver 2010

Ces dernières années, l’Europe a connu des vagues de froid hivernal remarquablement intense. L’hiver 2009-2010 et les mois de décembre 2010 et de février 2012 se sont particulièrement distingués par des températures glaciales, battant localement quelques records. Dans le contexte du changement climatique, une telle succession d’épisodes froids s’accompagne de questions concernant les aspects régionaux du réchauffement global, voire de doutes quant à l’existence de ce dernier. Alors, pourquoi grelotte-t-on alors que la planète se réchauffe ?

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Des modèles stochastiques pour simuler le temps

La production agricole dépend beaucoup du climat.

La variabilité climatique naturelle, ou résultant du changement climatique dû aux émissions de gaz à effet de serre, a été identifiée comme un facteur clé pour un grand nombre d’activités humaines et pour de nombreux systèmes étudiés en écologie et en environnement.

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Couches limites le long des côtes

Carte des courants marins

Carte des courants marins : on voit que les courants sont très localisés près des côtes (de l’équateur aussi, mais c’est un autre sujet !)

Pour comprendre la circulation des courants océaniques, les physiciens et les mathématiciens ont souvent recours à des modèles approchés : en effet, la multiplicité des phénomènes en jeu (rotation de la Terre, différences de salinité et de température, présence de plusieurs échelles spatiales) rend impossible toute tentative de description exhaustive, même avec les plus puissants des ordinateurs actuels.

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Voir les trous noirs

Comment voir un trou noir ?

Comment voir un trou noir ?

La théorie de la relativité générale explique comment les rayons lumineux sont déviés par les objets massifs. Les trous noirs apparaissent comme des solutions particulières des équations d’Einstein, mises en évidence par Roy Kerr il y a tout juste 50 ans. Comprendre les trous noirs et mettre au point des techniques pour les observer repose sur une étude de ces solutions. Aujourd’hui, on ne dispose que d’observations indirectes de trous noirs, c’est-à-dire que la présence d’un trou noir est l’explication la plus simple des phénomènes observés. L’enjeu est donc d’exhiber théoriquement des preuves directes de leur existence, en vue d’une observation expérimentale future.

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Cigale ou fourmi ? Quand la programmation dynamique guide nos décisions

Exploitation de forêt.

L’homme exploite les ressources de la planète pour son bien-être. Heureusement, certaines ressources sont renouvelables (eau, forêt…) mais leur temps de régénération peut être important à notre échelle : de plusieurs décennies (pour voir les arbres d’une forêt replantée parvenir à maturité) à plusieurs centaines d’années (pour la recharge de nappes phréatiques).

Compte-tenu du niveau actuel de ces ressources, comment les exploiter aujourd’hui sans diminuer le bien-être des années futures ?

L’optimisation inter-temporelle, grâce aux techniques de la programmation dynamique inventée par R. Bellman dans les années 50, permet d’identifier plusieurs types de situations. Lire la suite

Trouver une faille dans la progression cancéreuse

Division cellulaire

Visualisation de la division cellulaire.

Avec plus de 1000 nouveaux cas par jour en France, le cancer est une préoccupation de santé publique majeure. Cette maladie est caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante, fruit de la multiplication d’une cellule initiatrice du cancer. La réponse immunitaire lors d’une infection active le même mode de reproduction cellulaire. Comprendre ce phénomène en profondeur représente donc un défi important.
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Plonger au cœur de la forêt par télédétection laser

télédection laser (LiDAR)

Les signaux Lidar permettent d’estimer la biomasse forestière.

Les écosystèmes forestiers rendent à notre planète de multiples services. En particulier, ils jouent un rôle de puits de carbone (ou puits de CO2) essentiel dans la régulation du changement climatique : grâce à la photosynthèse, les forêts absorbent le CO2 de l’atmosphère à mesure qu’elles grandissent, dans leurs feuilles, branches, tiges et racines. Elles constituent ainsi de vastes réserves de carbone et contribuent à lutter contre le réchauffement de la planète. Mais ces espaces naturels sont fragiles : dans un effort de maintenir intactes nos forêts et leurs réserves de carbone, la communauté internationale s’emploie à mettre en place une gestion durable des ressources forestières.

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« En quête d’eau potable » – les sourciers des temps modernes


La ressource en eau douce est menacée par les intrusions d’eau marine.

Le Maroc, comme beaucoup de pays, a besoin d’eau douce ; certaines de ses ressources en eau sont vulnérables en raison de potentielles intrusions d’eau marine dans les nappes côtières. Tout l’art du sourcier moderne est de forer les puits, en domaine côtier, de façon à ne pas favoriser leur contamination par l’eau de l’océan.

La baguette de coudrier possède un gros avantage, elle est économique, mais elle a montré ses limites. Les hydrogéologues disposent d’outils plus sophistiqués, mais tout de même bon marché, comme les appareils de mesure de résistivité électrique, de pH, de la température…

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Les cycles de Milankovitch

Le Soleil a une influence sur le climat de la Terre

Le Soleil a une influence sur le climat de la Terre.

L’étude des climats passés apporte des informations sur l’évolution future du climat. Plusieurs scientifiques, dont Milankovitch, ont émis l’idée que les variations passées du climat de la Terre sont liées à l’insolation, c’est-à-dire la quantité d’énergie solaire reçue. L’insolation varie avec les changements subis par l’orbite de la Terre, qui découlent surtout de l’influence gravitationnelle de Jupiter et Saturne. En première approximation, ces variations peuvent être modélisées par une superposition d’oscillations périodiques. Ces oscillations sont appelées les cycles de Milankovitch. Lors de ces cycles, la quantité de radiation solaire reçue par différentes régions de la Terre varie et affecte les climats locaux ou globaux.

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Estimer les effectifs des populations animales naturelles

Mouette rieuse Chroicocephalus ridibundus. Plus de 50 000 individus ont été bagués depuis 1976 dans le cadre d’une étude démographique à long terme de la population de mouettes rieuses nichant dans la plaine du Forez (Loire).

Les variations des effectifs des populations animales sont un vif sujet d’intérêt pour les sociétés humaines. On peut citer par exemple les stocks de poissons marins ou les populations de moustiques porteurs de maladies. Le développement de certaines populations peut conduire à des situations de conflit, c’est le cas pour le retour du loup en France et les interactions problématiques avec les éleveurs, et pour l’augmentation des dégâts dans les cultures céréalières par les sangliers. La mise en œuvre d’une gestion ou d’une régulation de telles populations doit se baser sur des connaissances appropriées, et en particulier sur des estimations des effectifs  et de leur évolution. Cependant, un recensement complet est impossible car tous les individus ne peuvent être observés, notamment s’ils sont mobiles et discrets comme le loup. On recourt alors le plus souvent à des méthodes d’échantillonnage d’individus marqués ou reconnaissables (par leur pelage, leur ADN…) et à des outils de modélisation appropriés pour obtenir des estimateurs, dans le cadre de qu’il est convenu d’appeler les « méthodes de capture-recapture ».

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Comment le GPS peut aider à étudier la fonte des glaces

ce qu'on verra quand on passe la souris

Récepteur GPS utilisé dans la recherche scientifique.

Les scientifiques ont depuis un peu plus d’une dizaine d’années disposé des récepteurs GPS très précis un peu partout sur la surface de la Terre et observent ainsi le déplacement de la surface de la Terre en différents points (voir Mon GPS doit savoir l’heure). Une application bien connue est celle de l’étude de la tectonique des plaques, mais ces données permettent également d’analyser des événements tels que les tremblements de terre ou les éruptions volcaniques et sont quotidiennement utilisées en sciences de la Terre pour estimer la forme changeante de la Terre.

Moins connue est l’utilisation des données GPS pour évaluer la vitesse de fonte des glaces en Antarctique.

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Quelle espérance de vie pour le plus grand glacier des Alpes ?

Glacier d’Aletsch (2009)

Terrain d’aventure pour certains ou attraction touristique pour d’autres, nous partageons tous une inquiétude face au retrait des glaciers alpins.

Parmi eux, le glacier d’Aletsch en Suisse focalise l’attention car il domine très largement tous ses voisins en taille. Pour prédire l’évolution future d’un glacier, on a besoin de mathématiciens et de glaciologues. Ensemble, ils construisent un modèle qui prend en compte d’une part la déformation de la glace sous son poids et d’autre part l’accumulation et la fonte de glace en surface.

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Rendre la consommation d’électricité plus flexible et mieux contrôlable ?

ce qu'on verra quand on passe la souris

Une vision de la maison du futur et de sa domotique : tous les appareils électriques communiquent et contribuent collectivement à rendre la consommation plus flexible, sans affecter le niveau de confort des occupants.

Nous vivons une transition certaine dans notre façon de produire et de consommer l’énergie et plus particulièrement l’énergie électrique. Aujourd’hui, les énergies renouvelables tiennent une place importante dans la production d’énergie électrique, avec leur variabilité naturelle et leur prévisibilité limitée. L’intégration massive de ces nouvelles formes de production d’énergie électrique pourrait amener à une situation où, au lieu d’avoir les moyens de production qui s’adaptent aux besoins énergétiques des consommateurs en temps réel, ce pourrait être les consommateurs qui doivent s’adapter à la disponibilité de quantités d’énergies fluctuantes et limitées. Si on a jusqu’à présent vu l’accès à l’électricité comme un besoin primaire, sans forcément s’occuper de l’impact potentiel de notre consommation sur l’environnement et sur l’utilisation de nos ressources, cela est en passe de changer dans les prochaines années. En pratique, ce changement doit s’opérer sans affecter les niveaux de confort et de satisfaction des consommateurs, et aussi à moindre coût pour la société tout entière.
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Les automobilistes aux premières loges du trafic et de sa pollution

Mesures de pollution à l’intérieur des véhicules.

S’il n’est plus besoin de démontrer la part de la voiture dans le flux des déplacements quotidiens, ni la pollution qu’elle produit en ville, la qualité de l’air respiré par les occupants des véhicules était en revanche jusque-là peu connue. Une première étude a été faite à Rouen en mai et juin 2007, avec des mesures très fines sur 5000 km parcourus au cœur du trafic. Les fortes teneurs constatées ont surpris les experts eux-mêmes et posent de nouvelles questions de santé publique.

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De l’égoïsme et des foules

Quelle route suivre ?

Quelle route suivre ?

Voici deux questions très différentes :

1) En 1969, à Stuttgart, il a fallu fermer à la circulation une voie récemment ouverte : son ouverture n’avait fait qu’empirer les encombrements qu’elle était censée atténuer. Comment cela est-il possible ?

2) Dans une même espèce animale, on trouve des individus aux comportements très différents ; par exemple, des individus agressifs et d’autres couards. Pourquoi l’évolution n’a-t-elle pas choisi le comportement le plus efficace des deux ?

Qu’y a-t-il de commun entre ces deux questions ? Dans les deux cas, les principes sous-jacents sont ceux de l’effet collectif du comportement individuellement optimal, ou égoïste, d’un très grand nombre d’individus.

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