Une dynamo au centre de la Terre

Le champ magnétique de notre planète se manifeste de nombreuses façons et joue un rôle parfois primordial.

Par Sylvain Chevillard.

Même si nous n’y prêtons guère attention au quotidien, le champ magnétique de notre planète se manifeste de nombreuses façons et joue un rôle parfois primordial. D’abord, il empêche le vent solaire de chasser notre atmosphère et protège ainsi la vie sur Terre. Il est la source des spectaculaires aurores boréales, visibles dans les pays proches du cercle polaire. Ensuite, certains animaux migrateurs sensibles au champ magnétique l’utilisent pour se repérer, sur le même principe qu’il fait fonctionner les boussoles, longtemps indispensables à la navigation.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vue schématique du champ magnétique de la Terre.

Mais en dépit de son importance, ce phénomène géophysique pose encore de nombreuses questions. Le champ magnétique provient de ce qu’on appelle la géo-dynamo, à savoir les mouvements turbulents du fer liquide dans le noyau terrestre. Mais on ne sait pas quand et comment ce phénomène a débuté, ni quand et comment il s’arrêtera. Le champ magnétique terrestre s’inverse régulièrement et on ne dispose pas encore d’explications pour ces variations fréquentes dans l’histoire de notre planète. A fortiori, concernant d’autres corps célestes, on en est souvent réduit à faire des hypothèses. Il semblerait que Mars ait possédé une dynamo, mais elle se serait arrêtée et la planète aurait alors perdu son atmosphère. Des observations récentes indiquent que la Lune aurait également possédé une dynamo au début de son existence, mais le mécanisme qui l’alimentait était sans doute différent de celui de la Terre, et reste encore mal compris.

Comment savoir de quoi le passé était fait ? Les roches contiennent des particules ferromagnétiques, qui sont des sortes d’aimants microscopiques. Lorsqu’elle est très chaude la roche devient liquide : pensons par exemple à la lave qui sort d’un volcan. Les particules ferromagnétiques sont alors mobiles et s’orientent dans le sens du champ magnétique ambiant, comme une boussole. En refroidissant, la roche durcit et les particules restent figées dans cette orientation, formant ce qu’on appelle le magnétisme rémanent de la roche. L’observation de ces particules renseigne donc sur l’orientation, mais également sur l’intensité, du champ de l’époque. La mesure des alternances d’orientation du magnétisme rémanent constitue par exemple une des nombreuses méthodes de datation qu’utilisent les géologues. Or, ces micro-aimants émettent eux-mêmes un champ magnétique très faible. Des géophysiciens du MIT aux États-Unis disposent d’un instrument très sensible, appelé microscope SQUID, qui permet d’obtenir une « image » du champ magnétique engendré par un mince échantillon de roche. Chaque point de l’image correspond à la valeur (de la composante verticale) du champ magnétique mesuré en ce point, à une hauteur fixée au-dessus de l’échantillon de roche.

 

 

 

 

 

 

 

Image du champ magnétique mesuré par le microscope SQUID sur l’échantillon de pierre basaltique hawaïen.

Ici commence le travail du mathématicien : comment remonter de l’image du champ à l’image des particules ferromagnétiques de la roche ? Les équations qui donnent le champ à partir du magnétisme rémanent sont bien connues, mais faire le chemin inverse est compliqué. Il existe en effet des configurations dites silencieuses : les effets des différentes particules s’annulent et finalement, l’échantillon n’émet aucun champ magnétique. Cela entraîne bien des problèmes. Problèmes théoriques d’abord, car cela implique qu’il existe une infinité de magnétismes différents qui produisent exactement le même champ. Comment définir la vraie solution du problème ? Il faut avoir recours à des hypothèses supplémentaires, par exemple supposer que toutes les particules sont orientées parallèlement les unes aux autres. Cette hypothèse est raisonnable pour les roches volcaniques qui n’ont plus jamais été chauffées ni altérées par la suite. Dans ce cas, on s’attend à ce que tous les micro-aimants soient approximativement orientés dans la même direction : celle du champ magnétique de l’époque. Les problèmes sont aussi de nature pratique : comment calculer concrètement la solution ? Les difficultés mathématiques sont rejointes par des considérations numériques : les algorithmes mis au point sont facilement influencés par le bruit des mesures et les erreurs d’arrondi des calculs. Concevoir des méthodes robustes pour résoudre ce problème fait l’objet de recherches actuelles, entre l’équipe APICS de l’INRIA à Sophia-Antipolis, des mathématiciens de Vanderbilt University aux États-Unis et les géophysiciens du MIT, au sein d’un projet appelé IMPINGE.

Pour en savoir plus :

◾Pour La Science n°424 – Février 2013 – Le magnétisme de la Lune, pages 34 à 41.

◾Page Wikipedia sur le champ magnétique terrestre

◾Le site du projet IMPINGE [en anglais].

 

 

Course à l'innovation technologique chez les constructeurs automobiles

 

Des voitures qui se garent toutes seules, des capteurs d'aide au pilotage, des systèmes d'information et divertissement connectés... les constructeurs font la course à l'innovation technologique pour séduire des clients. Le rythme auquel les nouvelles fonctionnalités s'accélère, car les constructeurs veulent attirer l'attention des acheteurs dans un marché toujours plus dense.

 

Les nouvelles technologies dans les voitures sont les fonctions “voix-vers-texte“ qui lisent les emails ou textos du conducteur au fur et à mesure qu'ils arrivent et lui permettent de dicter une réponse sans quitter la route des yeux; De plus en plus, les tableaux de bord et panneaux d'affichage se transforment en smartphone géant.

 

D'autre part, les systèmes de navigation ont été améliorés pour intégrer des critiques touristiques et guider les conducteurs dans leur recherche de petits commerces le long de leur  route. Des écrans tactiles rappelant les tablettes électroniques ont été ajoutés aux tableaux de bord et équipés d'applications comme la radio en flux Pandora.

 

Tout un tas de gadgets permettent également de résoudre nombre de petits casse-tête quotidiens dans le véhicule, par exemple, touchez un bouton sur votre téléphone et votre voiture (dont vous avez oublié l'emplacement sur le parking) apparaît sur un plan.

 

Pourtant, vous ne la trouvez toujours pas dans le parking? Appuyez à nouveau et elle va se mettre à klaxonner. Madame a les bras chargés? Un autre bouton ouvre automatiquement la porte... Et si vos ados sortent le soir, une autre application envoie un texto s'ils conduisent trop vite ou s'ils s'aventurent dans un quartier un peu trop chaud.

 

Bien évidement, le défi posé aux constructeurs est de faire en sorte que toute cette technologie ne devienne pas une distraction dangereuse. Les constructeurs ont également investi dans des systèmes de sécurité qui peuvent compenser les erreurs de conducteurs assoupis. Ces systèmes nouveaux ont d'abord été offerts dans les voitures de luxe, mais,les systèmes anti-collision arrivent de plus en plus dans des véhicules grand public.

 

De plus en plus, -des caméras vidéo montées sur le pare-brise- détectent le marquage au sol pour voir si le conducteur s'écarte de sa file; dans ce cas, un système électronique active les roues pour que la voiture se remette dans la bonne direction.

 

Des radars montés sous la calandre évaluent par temps brumeux la distance jusqu'au prochain véhicule; ils vous ralentissent voire, arrêtent, la voiture si vous n'avez pas vu les lumières de freins du véhicule précédent s'allumer.

 

Merveille pour les conducteurs toujours pressés: un capteur va  détecter les clignotants ignorés dans l'angle mort et sonner une alarme si la voiture amorce un dépassement alors qu'un autre véhicule approche par derrière. Quant aux caméras installées à l'arrière pour aider les manœuvres, déjà bien connnues, elles deviennent la norme dans des modèles d"'entrée de gamme.

 

Vous ne pourrez plus jamais rater vos créneaux: beaucoup de véhicules de luxe sont désormais équipés de fonctions qui contrôlent les roues pour aider à manoeuvrer serré.

 

BMW va encore plus loin:non seulement cette fonction aide à rechercher les places pour se garer mais elle va aussi –quasiment- faire la manoeuvre automatiquement pour vous!

 

Vous pouvez, en outre, trouver des fonctionnalités plus simples comme un aspirateur à bord du minivan Honda Odissey ou encore des capteurs qui ouvrent le coffre tout seul chez Mercedes, Ford ou Cadillac.

 

 

De l’homme augmenté au transhumanisme

Publié  le 12 janvier 2014 dans Sciences et technologies

L"augmentation de l’homme "par l’informatique et la techno-médecine seront bientôt des réalités. Grandes et petites questions éthiques se posent devant un phénomène qui ne relève plus seulement de la science-fiction.

Comment, parmi les technologies de rupture qui font parler d’elles aujourd’hui, identifier celles qui changeront vraiment le monde en profondeur? Le cabinet de conseil en stratégie McKinsey s’est livré à l’exercice courant 2013 en privilégiant dans un rapport les technologies dont l’impact économique est le plus facilement mesurable. Les douze technologies retenues pourraient, si elles sont bien diffusées, créer chaque année, dès 2025, une valeur mondiale combinée de plusieurs dizaines de milliers de milliards de dollars. Au sein de ce hit parade, trois retiennent plus particulièrement l’attention.

Les technologies de l’homme augmenté

analyse étendues, des jugements subtils et des solutions innovantes pour répondre aux problèmes posés par les utilisateurs, ce qui fera de la machine "apprenante "un interlocuteur à haute valeur ajoutée, capable de répondre à des requêtes d’information effectuées en langage ordinaire ("non structuré“). Ultimement, cela devrait permettre à la fois une hausse de la productivité des travailleurs les plus qualifiés, une fiabilisation de la prise de décision et l’automation des emplois intellectuels de base.

Les rayons X révèlent la vraie nature des supervolcans

Le synchrotron grenoblois a permis de valider une théorie sur les mécanismes à l'origine des super-éruptions : c'est l'accumulation d'un magma de moindre densité qui ferait "exploser" la croûte terrestre en cherchant à remonter à la surface.

Les éruptions massives de "gros" volcans, tel que celle du Pinatubo philippin en 1991, sont si violentes qu'elles peuvent dégager des dizaines de kilomètres cubes de cendre, capables d'obscurcir durablement le ciel. Mais ces événements ne sont rien en comparaison des super-éruptions comme celle survenue il y a 600 000 ans à Yellowstone, aux États-Unis. Ce sont des milliers de kilomètres cubes de cendres qui furent alors émises dans l'atmosphère, recouvrant probablement toute l'Amérique du Nord d'une couche de plusieurs centimètres. L'effondrement de la chambre magmatique laissa un cratère, appelé caldeira, de 45 km de large sur 85 km de long.

Deux études parues lundi dans Nature Geoscience expliquent les mécanismes probables à l'origine de ce type de super-éruptions. Une équipe emmenée par Wim Malfait, de l'université de Zurich, a mesuré la densité d'un magma fabriqué en laboratoire. "C'est un mélange de silicium et d'oxygène avec un peu d'aluminium chauffé à plus de 1 700 °C et comprimé à plus de 36 000 bars, des conditions que l'on retrouve typiquement à une dizaine de kilomètres de profondeur, explique Jean-Philippe Périllat, chercheur au Laboratoire de géologie de Lyon (CNRS UMR 5276) et coauteur de l'étude. Pour passer à travers le dispositif de confinement de ce magma artificiel, nous avons utilisé la puissante source de rayons X du synchrotron européen de Grenoble."

Un mécanisme très différent des éruptions classiques

Ils ont ainsi trouvé que la densité de cette sorte de granit liquéfié était inférieure à celle des roches de la croûte terrestre. Or "quand on essaie de maintenir un ballon rempli d'air sous l'eau, celui-ci va inévitablement chercher à remonter à la surface", rappelle Jean-Philippe Périllat. "Il va se passer exactement la même chose avec le magma emprisonné dans la roche." Lorsqu'une poche suffisamment grande parvient à se former, la pression qui s'exerce sur les parois qui l'emprisonnent devient si forte qu'elle provoque leur destruction. L'éruption associée est considérable.

Les mécanismes d'une éruption classique n'ont rien à voir. "C'est l'injection d'une petite quantité de magma supplémentaire dans une chambre magmatique de dimensions bien plus modestes qui provoque la surpression critique", rappelle Virginie Pinel, chercheuse à l'Institut des sciences de la Terre de l'université de Savoie et coauteur de la seconde étude. Dans cet article, les scientifiques ont modélisé les phénomènes thermomécaniques permettant de distinguer éruptions et super-éruptions à partir de paramètres simples.

"Le magma cherche à remonter comme un ballon rempli d'air plongé dans l'eau", Jean-Philippe Périllat, chercheur au Laboratoire de géologie de Lyon.

 "Pour qu'un supervolcan se forme, il faut que le flux moyen de magma qui alimente la chambre soit relativement faible", explique-t-elle. Cela laisse le temps à la chambre de se déformer sans craquer. Les hautes températures vont favoriser le phénomène en "ramollissant" les parois. Le risque de surpression lié à un afflux de magma diminue au fur et à mesure que la chambre grossit: plus un ballon est gros, plus la contrainte supplémentaire liée à un petit apport d'air est faible. "En revanche, si le flux de magma est trop faible, la chambre va peu à peu se refroidir: le magma va cristalliser en profondeur pour former ce qu'on appelle un pluton," précise Virginie Pinel. Il n'y a alors pas d'éruption, la formation du supervolcan a échoué.

Une "poche" de supervolcan mettrait plusieurs centaines de milliers d'années à se former selon ces modèles. À l'heure actuelle, il n'existerait aucun supervolcan en formation. "Mais nous ne savons pas précisément par quels signaux cela se traduirait", souligne Virginie Pinel. Aux vues des conséquences catastrophiques qu'aurait une super-éruption, la plus grande vigilance reste de mise.

Comme dab', les toulousains sont les meilleurs! :-)

La voiture volante d'un Toulousain est sur le point de décoller

L'aéronef de l'avenir ressemble plusà un avion biplace qu'à la Zorglub Mobile ou à l'auto de "Retour vers le Futur"

Un ingénieur toulousain prévoit de commercialiser une voiture volante avant la fin de la décennie. Motivé comme jamais, Michel Aguilar espère révolutionner la circulation de demain.

La frontière entre l’imaginaire et la réalité est parfois infime. Depuis 2007, un ingénieur toulousain s’est lancé dans le pari fou de créer la première voiture volante. Grâce aux compétences acquises dans sa carrière, il peut concrétiser son rêve d’enfant.

"Lorsque j’étais gamin j’étais abonné à Spirou et Fantasio. Très vite j’ai été captivé par la voiture du professeur Zorglub, la Zorglub Mobile, prototype de voiture volante", confie, un brin nostalgique cet ancien ingénieur du centre DGA Techniques Aéronautiques désormais à la tête de Xplorair. À la lecture de ces lignes, "la génération 80" fera certainement le parallèle avec les modèles aperçus dans la trilogie "Retour vers le futur", chef-d’œuvre cinématographique des années quatre-vingts. S’il avoue s’en être inspiré, il ne faut pas se tromper. L’aéronef du futur ressemble plus à un avion biplace qu’à ces voitures volantes qui carburaient aux déchets en tout genre. "L’aéronef s’apparente plus à un avion. Mais j’avoue que certains films m’ont inspiré.

Un projet validé par le CNRS

Du coup, on essaie de le faire marcher avec du méthane ou du carburant bio. Il est évident qu’il faut prendre en compte les éléments environnementaux", estime de nouveau celui qui vient tout juste de souffler ses soixante-quatre bougies.

"À la fin de l’année 2013, le thermo-réacteur a été validé par un grand laboratoire du CNRS et un grand motoriste français", précise Michel Aguilar. Si le projet paraît incroyable, il n’en demeure pas moins réaliste. En effet cet ancien pensionnaire de la DGA a tout prévu : "Je peux déjà vous dire que ce biplace ne volera pas au-delà de 3 000 mètres d’altitude. Au sujet de l’environnement, même si je ne m’en occupe pas, je pense qu’il est possible d’imaginer une station de ravitaillement volante. Cette dernière pourrait tenir en impesanteur avec des ballons", imagine une nouvelle fois ce visionnaire. Pour lui, le fonctionnement de ce véhicule volant est simple. "Il décolle à la verticale et peut aller jusqu’à deux cents kilomètres/heure", s’enthousiasme-t-il, avant de conclure : "Concernant les pannes de carburant, elles sont interdites puisque l’on est prévenu bien avant. En plus, l’Aéronef peut se poser n’importe où. Si on arrive à le commercialiser, ce sera une grande avancée" !

Le chiffre : 2017

Démonstration > Salon du Bourget. Xplorair ne se laisse que trois petites années avant de faire une démonstration au salon du Bourget. Le prix de ce drone pour particulier devrait s’échelonner entre 50 000 et 100 000 €

La Chine en Pole

En dehors de la machine elle-même, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Notamment celui de l’aménagement des routes, secteur qui engendrera beaucoup de travaux. "Pour le moment les Européens ne sont pas trop partants. En effet, ici les infrastructures sont trop avancées et ont demandé trop d’investissements pour les abandonner", confie le directeur de Xplorair. Pour cette raison, il compte se tourner vers des pays plus aptes à faire évoluer leurs voies de communication. "La Chine est intéressée. Ils ont compris l’intérêt de réduire les coûts d’infrastructures. Ils sont plus malins. Je dois avouer que ce sont eux qui me suivent le plus", conclut-il.

Demain c'est aujourd'hui en 2014

Alain Gachet, le Français (eh oui), auteur d'un système à l’origine de la recherche de l'eau, explique en effet qu’on va pouvoir, grâce à son expertise et sa technologie, trouver de l’eau partout dans le monde. Pour beaucoup de pays, cela représente une véritable révolution capable de sortir leurs populations de la misère dans laquelle le manque d’eau les contraint à vivre. On peut s’étonner de la modeste médiatisation d’une telle découverte; l’actualité est trop encombrée de quenelles, semble-t-il.

Quant à l’énergie, voyez les développements actuels dans la filière du Thorium (en Chine, au Canada, en Allemagne, en Inde, en Israël, au Japon, en Norvège, aux États-Unis ou en Grande-Bretagne), ce qui permet de continuer à rester extrêmement confiant devant les alarmistes du peak oil qui n’en finit pas de ne pas arriver. Mais de façon générale, la recherche d’autres méthodes efficaces de stockage d’énergie continue de plus belle.

Ainsi, pour la production de pétrole à partir d’algues, véritable serpent de mer écolo/économique, des avancées notoires ont été rapportées dans les derniers mois de 2013 qui permettent un optimisme raisonnable; pour le moment en effet, l’équation économique renvoyait cette technique particulière dans le domaine des lubies non rentables: pour obtenir la précieuse huile, il fallait jusqu’à présent séparer l’eau contenue dans les algues (par séchage) ce qui coûtait en temps et en énergie. Le procédé développé au PNNL, Pacific Northwest National Laboratory, par l’équipe de Doug Elliott, permet à présent de passer directement des algues humides au pétrole sans ce séchage préalable. Bien évidement, là encore, il y a fort loin de la recherche à l’étape industrielle, mais le simple fait qu’il existe maintenant une telle technologie permet d’atténuer les pessimismes.

3D - Du côté des batteries électriques, les récentes recherches et l’utilisation ingénieuse de l’impression 3D ont permis de produire des batteries minuscules avec un très bon rendement. Sans présager d’une industrialisation massive qui sera, on s’en doute, assez complexe, des solutions se dessinent donc nettement de ce côté.

Et puisqu’on parle d’impression 3D, notons l’usage de plus en plus poussé de cette technique. Très clairement, là où l’impression 2D a connu son heure de gloire lorsque la couleur est devenue abordable pour le plus grand nombre, et que, de nos jours, n’importe qui peut disposer d’une imprimante pour moins de 100€, l’impression 3D est encore loin d’arriver au même résultat. Et si l’on peut trouver pratique d’imprimer chez soi son billet de train ou ses photos de vacances, le besoin courant d’impression d’objets reste anecdotique.

En revanche, la technique est très prometteuse puisqu’elle abaisse considérablement le coût des objets uniques. Or, la médecine constitue le domaine roi de l’objet unique, qui, s’il n’est adapté qu’à un seul individu, n’en demeure pas moins très rentable voir vital. C’est le cas, bien sûr, des prothèses à façon; l’année 2013 a vu se multiplier les vidéos expliquant comment tel amputé, en recourant à l’impression 3D, a pu obtenir un usage satisfaisant d’une prothèse trop coûteuse si elle avait été réalisée autrement. Et ce qui marche pour des prothèses semble fonctionner pour des cellules organiques; dans un avenir possiblement proche, tissus et organes seront littéralement imprimés pour vous.

Et comment parler d’avenir sans parler déplacements? Le développement des voitures autonomes: certains constructeurs ont déjà mis une date sur l’apparition dans le commerce de tels engins. Et 2020 n’est pas très loin (6 ans).

Autre technologie, elle aussi en pleine expansion: celle des drones.

Si ces derniers sont évidemment porteurs de menaces très nettes en matière de libertés civiles, d’atteinte à la vie privée, en ce qu’ils permettent (par exemple) un flicage précis et omniprésent, ou représentent un bond en avant inquiétant en terme d’armes volantes, il faudrait cependant pas voir exclusivement le verre à moitié vide. Les drones sont aussi les vecteurs potentiels de changements majeurs de paradigmes.

Récemment, ils ont été évoqués comme moyen de distribution pour Amazon; deux minutes d’analyse permettent bien sûr de refroidir tout enthousiasme à ce sujet. Cependant, derrière les annonces médiatiques d’un Jeff Bezos malin, on peut aussi trouver des projets bien plus sérieux. Celui d’Andreas Raptopoulos est, par exemple, porteur d’immenses promesses d’ores et déjà réalisables avec les techniques modernes. Si l’idée de distribution d’Amazon souffre de problèmes légaux (le survol de zone densément peuplées par des engins trimballant des kilos de charge pose de gros problèmes de sécurité) et économiques (la rentabilité face à un coursier en scooter est catastrophique), celui de Raptopoulos s’en affranchit fort bien.

Les quelques éléments de cet article -parce qu’ils ont chacun le pouvoir de changer profondément les vies de millions d’individus sur la planète et montrent de façon éclatante que si l’avenir est rempli d’incertitudes, si l’on peut certainement y voir les germes de désordres ou de problèmes- on peut aussi y découvrir d’immenses espoirs de révolutions douces, de bénéfices partagés et de progrès concrets. Le tropisme naturel des médias les force à s’attarder sur les trains en retard; ceux qui arrivent à l’heure n’ont que rarement droit de cité. Et ceux qui arrivent en avance et amènent avec eux ce qu’on attendait le plus sont oubliés au milieu du flot banal des turpitudes humaines.

L’Humanité s’est engagé dans un combat plusieurs fois millénaire pour l’amélioration de ses conditions d’existence. Et depuis peu, elle est en train de le gagner. Pour peu que l'on sache où regarder.

En attendant, ici, en France, le sentiment général des Français sur l'amélioration de leurs conditions ne se fera qu'à partir du début Mai 2015. (qui le dit? c'est moi… je l'ai “vu“; comme j'avais annoncé plus de 3 mois à l'avance la crise financière de 2008 en éditant sur mon bloc de pro une phrase terrible: la France vient d'entrer dans un monde de ténèbres….) D'ici le mois de Mai 2015, il faudra encore subir et souffrir au niveau matériel. Quand au niveau sociétal… ce n'est même pas la peine d'en parler: la catastrophe est en marche.