Nos petits-enfants connaîtront-ils le miro des Chatham ?

Miro de Chatham.

Déterminer si une espèce est « en danger » est une mission délicate, qui dépend souvent d’un grand nombre de critères. Doit-on déclarer une espèce viable tant qu’elle contient un certain nombre de représentants ? Tant qu’elle est représentée, même en petit nombre, dans suffisamment d’endroits différents ? Obtenir une réponse concrète à ces questions est complexe et la modélisation mathématique peut alors s’avérer être d’une grande aide.

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Une tempête dans l’économie

ce qu'on verra quand on passe la souris

Les événements climatiques extrêmes (ici la tempête de 1999 à Angoulême) provoquent des dégâts aux lourdes conséquences économiques.

Aussi incongru que cela puisse paraître, comprendre les phénomènes climatiques extrêmes aide à stabiliser l’économie française. En effet, les catastrophes naturelles ont un impact non négligeable sur cette dernière. Les dommages matériels et humains se répercutent logiquement sur les compagnies d’assurances, comme en France via les assurances MRH (Multi Risques Habitation) et Cat Nat (Catastrophes Naturelles). Ce genre de catastrophes très intenses peut réellement mettre en péril les assureurs : prenons l’exemple du cyclone Andrew, qui a ravagé la Floride en 1992 et a causé la faillite de onze compagnies d’assurance.

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Alexis Clairaut : 300 ans d’un mathématicien ou d’un géophysicien ?

Alexis Clairaut.

Aujourd’hui nous fêtons le tricentenaire de la naissance d’Alexis Clairaut (1713-1765). Sa notoriété est presque aussi précoce que celle de Mozart : il lit son premier mémoire à l’Académie des sciences alors qu’il n’a pas treize ans, pour y entrer « finalement » à dix-huit ans. L’âge légal minimum pour entrer dans cette institution étant de 20 ans, le Roi, pour la première fois, lui donne une dispense spéciale ! Ce grand mathématicien contribue à fonder la théorie des « courbes gauches » (courbes qui ne restent pas dans un plan), puis étudie les équations différentielles. Il réussit enfin à faire cadrer la théorie du mouvement de la Lune avec celle de la gravitation et connaît probablement sa plus grande gloire « médiatique » en prédisant le retour de la comète de Halley pour avril 1759, avec une incertitude d’un mois seulement.

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Invasion des crapauds-buffles en Australie

Le crapaud buffle (Bufo marinus) a été introduit à l’Est du continent australien dans les années 1930 pour lutter contre des insectes nuisibles aux cultures agricoles. Les crapauds se sont ensuite répandus le long de la côte Nord-Est jusqu’à atteindre en 2000 la ville de Darwin au Nord de l’Australie. Mais les crapauds ont progressé plus vite que ce que prédisaient les scientifiques ; en outre les crapauds les plus avancés sont en moyenne plus gros et plus endurants. Comment expliquer cela ?

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Hasard et glaciations

Glacier Mittag-Leffler

Glacier Mittag-Leffler, Svalbard (Norvège)

Les données paléoclimatiques (relevant des climats anciens), obtenues par l’analyse de carottes glaciaires, montrent que la Terre a connu sept glaciations majeures lors des 700 000 dernières années. Elles sont apparues avec une remarquable régularité, environ tous les 90 000 ans. C’est le scientifique écossais James Croll qui proposa le premier une explication de cette régularité : celle-ci serait due à des variations (quasi-)périodiques des paramètres orbitaux de la Terre, qui influencent l’insolation et donc le climat. Le mathématicien et astronome serbe Milutin Milankovic développa cette théorie entre 1912 et 1942, effectuant de longs calculs des variations de l’orbite terrestre.

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Nature et feuille de papier

Pomme de pin de Taketoshi Nojima.

L’origami est l’art traditionnel du papier plié. C’est une source d’activité créative s’appuyant sur de profondes théories mathématiques. Publié en 2007 dans la célèbre revue Nature, un article s’intéresse aux travaux du docteur Taketoshi Nojima de l’université de Tokyo, qui est arrivé à reproduire par l’origami un grand nombre de formes naturelles complexes : nautiles, membranes, éponges ou pommes de pin par exemple.

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Comment le GPS peut aider à étudier la fonte des glaces

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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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Créer de nouvelles routes peut générer davantage d’embouteillages

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La très fréquentée 42ème rue de New York. Sa fermeture à la circulation en 1990 a, contre toute attente, fluidifié la circulation.

Les embouteillages constituent un véritable fléau pour nos métropoles modernes. Ils ont un coût exorbitant, que ce soit en termes environnementaux ou en temps de travail perdu. Une étude récente du cabinet britannique CEBR estime ce coût en France à 3,88 milliards d’euros. Créer de nouvelles routes ou élargir les routes existantes semble être une solution de bon sens (bien qu’onéreuse). L’expérience a cependant montré que l’augmentation de la capacité du réseau routier pouvait conduire à plus d’embouteillages : c’est le fameux paradoxe de Braess.

Braess, mathématicien allemand, a été le premier à découvrir un phénomène qui déroutait les habitants de Stuttgart à la fin des années 1960 : l’apparition d’embouteillages monstres après de gros travaux d’amélioration du réseau routier de la ville. La situation était d’ailleurs tellement critique que la municipalité décida de fermer une section nouvellement créée, ce qui aboutit rapidement à… une résorption de la congestion du trafic ! Comment expliquer ce paradoxe ?

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Boussinesq, un savant atypique

Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929).

Parcours atypique que celui de Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929), qui n’est pas issu des Grandes Écoles de la République comme l’École Polytechnique, contrairement aux grands savants de son temps tels que Augustin Louis Cauchy (1789-1857), Navier (1785-1836), Adhémar Barré de Saint-Venant (1797-1886) ou Poincaré (1854-1912). D’origine provinciale et modeste, il commença sa carrière comme professeur de collège à Agde.

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Sir Ronald Fisher, biologiste ou mathématicien de génie ?

Ronald Fisher est un statisticien britannique considéré par certains comme « le meilleur biologiste évolutionnaire après Darwin ». C’est le non moins célèbre Richard Dawkins qui l’a suggéré en 1995 dans son livre « River out of Eden ».

Il naît en 1890 à Londres, en Angleterre. Après des études de mathématiques et de physique, il participe dès 1911 aux rencontres de la société eugéniste fondée par Galton et s’attaque aux problèmes statistiques que posent les travaux de Galton et Mendel en génétique des populations. Lire la suite

Embouteillages, bruit et pollution

Les nuisances apportées par l’accroissement du trafic routier doivent être maitrisées.

Le développement routier a cru de manière exponentielle sur la Terre depuis la fin du XIXe siècle. S’il favorise les échanges et le développement économique, il s’accompagne aussi de nombreuses nuisances qu’il est important de maîtriser : congestions, consommation d’énergies non renouvelables et conséquences sur la pollution atmosphérique, émissions sonores… Pour associer développement durable et transports, les réflexions portent sur l’évolution technologique des véhicules et sur le développement de la multimodalité, c’est-à-dire l’association de plusieurs modes de transport.

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Sauvons le Pétrel !

Pétrel de Barau, oiseau marin endémique de l'île de la Réunion. L'oiseau est équipé d'une balise Argos solaire pour le suivi par tracking des déplacements en mer

Pétrel de Barau, oiseau marin endémique de l’île de la Réunion. L’oiseau est équipé d’une balise Argos solaire pour le suivi par tracking des déplacements en mer

Les invasions biologiques constituent la première cause de disparition des espèces en milieu insulaire. L’homme, à travers ses conquêtes, a entraîné l’arrivée d’espèces particulièrement invasives comme les chats et les rats, ce qui a entraîné la disparition de nombreuses espèces, comme les oiseaux marins, qui n’étaient pas préparés pour se défendre contre de tels prédateurs. Le problème est toujours d’actualité et pose de nombreuses difficultés aux conservateurs des milieux naturels. En effet, étant donné que les chats s’attaquent aussi aux rats, qui eux-mêmes s’attaquent aux œufs et oisillons, on s’est longtemps demandé s’il fallait éradiquer les chats et prendre le risque d’avoir une explosion des populations de rats ou s’il fallait plutôt protéger les chats pour maintenir une pression sur les rats.

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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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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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Planification de missions pour ramasser les débris spatiaux

Les débris spatiaux sont tous les corps créés par l’Homme d’une taille supérieure à 10 microns évoluant autour de la Terre.

Notre planète est entourée d’une véritable déchetterie en apesanteur, constituée des innombrables débris provenant de vieux satellites hors d’usage. Depuis les débuts de la conquête spatiale dans les années 1960, des centaines de satellites ont été lancés, puis laissés à l’abandon dans l’espace à la fin de leur vie opérationnelle. Dans le cas des satellites géostationnaires utilisés pour la télévision et la météorologie, le satellite usagé est placé sur une orbite « cimetière » légèrement plus haute, afin de ne pas encombrer l’orbite géostationnaire. Une étude statistique récente a montré que le nombre de débris dans l’espace au-dessus de nos têtes a atteint un seuil critique.

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Réseaux d’échange de semences

Des réseaux d’agriculteurs tentent de préserver la diversité des semences de blé.

Pendant des millénaires, la production des semences était le résultat d’un véritable travail de sélection des paysans leur permettant de travailler de manière totalement autonome leurs propres variétés. Avec l’apparition de la profession de semencier pendant la révolution industrielle du XIXème siècle, il s’en est suivi une importante érosion de la diversité génétique des plantes cultivées au point qu’aujourd’hui seules quelques variétés de blé, très proches génétiquement les unes des autres, sont utilisées.
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Regarder les tourbillons océaniques à la loupe

Deux tourbillons d’eau chaude de 100 km de diamètre se forment au nord du Gulf Stream. Le bleu correspond à de l’eau froide, le jaune et l’orange à des eaux plus chaudes.

La circulation océanique joue un rôle fondamental pour la vie marine (comme on l’a vu par exemple pour le bébé plancton) et certaines activités humaines telles que la navigation et la pêche. Pour décrire la façon dont les masses d’eau des océans se déplacent, il faut prendre en compte de multiples facteurs comme la rotation de la Terre, les courants à très grand échelle ainsi que les petites fluctuations provoquées par le vent. Parmi les phénomènes remarquables, certains tourbillons océaniques (aussi appelés vortex) s’étendent sur plusieurs dizaines de kilomètres et peuvent abriter des écosystèmes particulièrement intéressants. Comprendre qualitativement l’existence de ces tourbillons est un défi pour les mathématiciens.

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Modélisation de la dégradation des monuments

Ces dernières années, la dégradation des monuments s’est accrue de façon dramatique, notamment à cause de la pollution atmosphérique et des changements climatiques et environnementaux. En particulier, la dégradation biologique des monuments peut se traduire par l’installation de communautés de bactéries qui se développent en biofilm à la surface de la pierre au contact d’eau ou d’humidité.
Ces détériorations de notre patrimoine font aujourd’hui l’objet d’un programme de recherche original initialisé par un groupe de chercheurs de l’Université de Nice-Sophia Antipolis, de l’INRIA et du CNR-IAC à Rome, en collaboration avec des biologistes de l’Université Tor Vergata à Rome, et avec l’aide de chercheurs étudiant la conservation des biens culturels à Florence. Lire la suite

Du petit escargot d’aujourd’hui aux grands paysages d’hier

Tri des échantillons malacologiques à la loupe binoculaire.

Si tout le monde (ou presque) connaît l’Escargot de Bourgogne, qui connaît la caragouille rosée ou encore l’ambrette élégante ? Personne si ce n’est le malacologue, c’est-à-dire le spécialiste des mollusques. Il faut dire que ces animaux sont souvent minuscules et à peine visibles à l’œil nu. Du fait de leur petite taille et de leur mode de locomotion très lent, la majorité des espèces terrestres ne se déplace que de quelques mètres au cours de leur courte vie. En raison de ce caractère très local des malacofaunes, beaucoup d’espèces possèdent des exigences écologiques bien définies, inféodées à un certain type d’habitat, si bien qu’elles se développent, migrent et parfois disparaissent avec lui. Par exemple, si une forêt est coupée, les espèces affectionnant l’ombrage sont rapidement concurrencées par des espèces mieux adaptées au nouveau milieu ouvert. Lire la suite

Alexandre Liapounoff et sa célèbre thèse

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Monument à la mémoire d’Alexandre Lyapunov à Odessa.

Alexandre Mikhaïlovitch Liapounoff (Lyapunov) consacra l’essentiel de sa vie à la science. Né en 1857, à Iaroslavl en Russie, il est le fils de l’astronome Mikhaïl Vasilievich Liapounoff. Il mourut à Odessa en 1918, se tirant une balle dans la tête le jour où sa femme, Natalia Rafaïlovna Setchenova, succomba à la tuberculose. On peut lire sur sa tombe : « Fondateur de la théorie de la stabilité du mouvement, auteur d’avancées sur les figures d’équilibre des fluides en rotation, de méthodes pour la théorie qualitative des équations différentielles, du théorème central limite en théorie des probabilités et d’autres études approfondies dans plusieurs domaines de la mécanique et de la statistique mathématique. »

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