Disons que vous passez vos vacances au Cap d’Agde. Le soleil brille et, ce jour-là, le bulletin météo prévoit un indice UV de 6, autrement dit un “risque fort” pour la peau. Or, à quelques dizaines de kilomètres de là, à La Grande-Motte, le même jour et à la même heure, l’indice UV n’est que de 4 ! Le risque n’est plus que “modéré”. Pourtant, le soleil brille tout autant. Comment est-ce possible ? Simple : si l’indice UV décrit l’intensité du rayonnement ultraviolet émis par le soleil et le risque qu’il représente pour la santé, il n’est pas une donnée immuable. Bien d’autres paramètres entrent en jeu.

Les nuages, par exemple : selon leur épaisseur, leur couleur, leur forme et leur altitude, ils filtrent plus ou moins les ultraviolets, faisant chuter ou grimper localement l’indice UV. Mais si le ciel est pareillement bleu à La Grande-Motte et au Cap d’Agde ? Alors, ce sont peut-être les aérosols : très nombreux dans l’air en cas de pollution, ils peuvent filtrer 30 à 40 % du rayonnement ! Ce n’est pas tout : la nature du sol modifie aussi la dose d’UV à laquelle nous sommes exposés.

Le soleil tape plus fort à la mer, qui réfléchit les rayons

Ainsi, le sable réfléchit 15 % des UV, l’eau 25 %, un paramètre appelé albédo. La dose de rayons reçue est donc plus forte en mer que sur la plage et bien moindre dans les terres. Par ailleurs, à l’échelle du globe, la couche d’ozone n’est pas sans effet : l’exposition aux rayons ultraviolets augmente là où elle est la plus mince, c’est-à-dire aux pôles, ainsi qu’à l’équateur et en altitude, où le Soleil est le plus proche de la Terre. C’est pour toutes ces raisons que l’indice UV peut varier d’un site à l’autre, même s’ils ne sont pas très éloignés. Il n’est pas un simple indice météorologique. Ce qui donne une idée du travail de Météo France qui, chaque jour, le recalcule à partir de tous les facteurs qui influent sur l’intensité du rayonnement ultraviolet.

L’indice UV est une échelle de 0 à 11

Inventé en 1992, cet indice est devenu une référence pour l’Organisation météorologique mondiale et l’Organisation mondiale de la santé. Il s’étale sur une échelle linéaire de 0 à 11. A chaque échelon, la densité de puissance des rayons solaires qui frappent un mètre carré de sol augmente de 25 mégawatts. L’indice est par ailleurs pondéré pour prendre davantage en compte l’intensité des rayons dont la longueur d’onde est inférieure à 315 nanomètres, c’est-à-dire les UVB.

Car les UV, dont la longueur d’onde est comprise entre 100 et 400 nanomètres, juste avant les rayons X, se divisent en trois catégories : les UVA, les UVB et les UVC. Et ce sont les UVB qui sont les plus agressifs pour la peau. Bien qu’ils ne représentent que 5 % des rayons, ils provoquent le plus de dégâts à court terme : des coups de soleil, bien visibles, aux mutations de l’ADN, plus sournoises. Les UVA sont absorbés plus profondément par la peau et provoquent des dégâts moins visibles, mais tout aussi dangereux à long terme. Et ce, même si la peau est déjà bronzée. La mélanine qui la pigmente a beau absorber 90 % des rayons (dont tous les UVB), les 10 % qu’elle laisse passer suffisent à provoquer des dommages.

Se mettre à l’ombre dès un indice 3

Pour se prémunir contre ces rayons, il faut se mettre à l’ombre à l’heure où le soleil frappe le plus fort, dès que l’indice UV atteint le niveau 3 (“modéré”). A partir de 6 (“fort”), enduisez-vous de crème solaire, portez un chapeau, des lunettes de soleil et mettez-vous à l’ombre durant les trois heures les plus ensoleillées de la journée ; de 8 à 10 (“très fort”), ajoutez une chemise à manches longues et ne vous attardez pas au soleil. Au niveau “extrême”, tout le corps devrait être couvert. Si un indice UV de 8 ou 9 est courant sur les plages françaises, il passe rarement la barre des 10-11. Dans les Andes boliviennes, sur le volcan Licancabur (5 916 m d’altitude), c’est une autre affaire. En raison des effets combinés d’une couche d’ozone naturellement plus mince dans la région, de tempêtes, de plusieurs incendies et d’une éruption solaire survenue quelques semaines avant les mesures, les chercheurs ont enregistré en 2004 le plus fort indice UV jamais mesuré à la surface de la Terre : 43 !

—F.G.

D’après S&V Questions-Réponses n°16

 

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• Les UV et la vie — S&V n°896 (1992). Les rayons ultraviolets du Soleil parviennent sur la Terre en plus grande quantité du fait du trou dans la couche d’ozone. Avec quelles conséquences pour le vivant ?

 

Les illusions d’optique sont à cheval entre le ludique et le sérieux. Ludique car il est toujours impressionnant de voir comment notre cerveau est berné malgré nous, sérieux car c’est une base de travail pour les chercheurs en neurologie de la vision : à l’instar des pathologies visuelles liées à des lésions cérébrales, les illusions révèlent des secrets du fonctionnement cognitif de la vision.

C’est pourquoi, tous les ans, la Neural Correlate Society, une association américaine créée et dirigée par des chercheurs en neurologie et sciences cognitives, organise un concours des meilleures illusions d’optique. Elle permet aussi bien d’alimenter la recherche que de faire profiter le public de ces trouvailles étranges. Voici donc 5 finalistes de cette année 2016 (sur un total de 10).

Les meilleures illusions d’optique de l’année 2016

• Illusion n° 1

Voici le carré qui tourne sans tourner, conçu par Mathew T. Harrison et Gideon P. Caplovitz de l’université du Nevada à Reno (USA) – en cliquant sur le lien vous aurez les explications (en anglais).

 

• Illusion n° 2

Les cylindres ambigus, conçus par Kokichi Sugihara de l’université Meiji au Japon.

 

• Illusion n° 3

Une silhouette zootrope conçue par Christine Veras de l’université technologique Nanyang à Singapour.

 

• Illusion n° 4

Les bulles de couleur (il faut fixer la croix au centre de l’image), de Mark Vergeer, Stuart Anstis et Rob van Lier (universités de Liège, de Nijmegen et de Californie à San Diego).

 

• Illusion n° 5

L’effet contrôle à distance. Selon qu’on rapproche ou éloigne les barres entre elles (ou qu’on les rallonge), les deux barres clignotantes semblent battre en phase ou au contraire en opposition de phase. Arthur G. Shapiro de l’American University, USA.

 

Pour les autres illusions, vous pouvez les voir directement sur le site. Également, vous y trouverez les finalistes 2015, 2014, etc.

–Román Ikonicoff

 

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• Libre arbitre : notre cerveau décide avant nous – S&V n°1057 – 2005 – L’un des grands apprentissages issues des sciences cognitives est l’importance des mécanismes inconscients et hyper-rapides dans notre être au monde. Au point de questionner notre libre arbitre.

• La formule qui décrypte le monde – S&V n°1142 – 2012 – Depuis quelques années, la recherche en sciences cognitives s’est affinée. Outre les recherches expérimentales sur la plasticité cérébrale et la volatilité des représentations mentales du corps, des modèles théoriques émergent, en particulier autour d’une formule, la célèbre formule de Bayes, qui semble consubstantielle à tout traitement par le cerveau des informations provenant de la réalité extérieure.

 

 

Quand les deux plus puissants télescopes du monde observent la plus belle des nébuleuses du ciel avec des regards différents, l’image qu’ils en offrent est forcément stupéfiante de beauté… En 2006, c’est le télescope spatial Hubble qui s’est tourné vers la grande nébuleuse d’Orion, ce nuage de gaz d’une beauté sidérale qui flotte à 1300 années-lumière d’ici.
Portrait en majesté classique, cadré, figuratif : l’image de Hubble a été prise dans le domaine visible du spectre électromagnétique, la partie du spectre visible par l’œil humain, entre 0,4 et 0,8 micromètre de longueur d’onde.
En 2016, le Very Large Telescope européen a été à son tour orienté vers Orion par l’équipe de Holger Drass et Amelia Bayo. Trois heures de temps de pose, avec un télescope de 8,2 m de diamètre, mais, cette fois, entre 1,25 et 2,15 micromètres de longueur d’onde, c’est à dire dans l’infrarouge. Là encore, l’image, figurative mais impressionniste, est vertigineusement belle… Bien sûr, sur les deux images, on reconnaît les deux ailes déployées de l’immense alcyon céleste, qui s’étendent sur une dizaine d’années-lumière.
Mais l’image infrarouge montre bien plus que celle de Hubble, parce qu’elle permet de voir à l’intérieur des nuages de poussières et de gaz de la nébuleuse et parce qu’elle permet de détecter des astres froids dans ce champ d’Orion…

La nébuleuse d’Orion est un vaste nuage de gaz qui donne depuis quelques millions d’années naissance à un grand nombre d’étoiles. Elle est illuminée, chauffée, ionisée pour être exact, par quelques dizaines d’étoiles supergéantes extrêmement jeunes et lumineuses. Et, derrière ces voiles gazeux, elle cache des milliers de jeunes étoiles plus légères et moins brillantes. Jusqu’ici, les astronomes pensaient que la population la plus importante de cette jeune nébuleuse, c’était de petites étoiles, environ quatre fois moins massives et dix fois moins brillantes que le Soleil. Mais l’équipe de Holger Drass et Amelia Bayo a découvert une nouvelle population, plus nombreuse et bien plus discrète encore, dans la nébuleuse d’Orion… Il s’agit, tout d’abord de près de huit cents naines brunes, ces mini étoiles trop peu massives pour connaître des réactions nucléaires en leur cœur. Plus étonnant, cent soixante objets bien plus petits encore, entre cent et mille fois moins massifs que le Soleil, c’est à dire d’une masse supérieure ou égale à celle de Jupiter, ont été découverts dans la nébuleuse… Ces véritables « planètes flottantes », mondes obscurs et étranges, ont sans doute été expulsés de leurs étoiles durant la formation des systèmes stellaires dans l’environnement dense, chaotique et violent de la nébuleuse.

Une violence et un chaos tout relatifs, en tout cas à l’échelle humaine. Depuis qu’elle est observée par les astronomes, il y a plusieurs centaines d’années, la nébuleuse d’Orion semble figée, inchangée et hiératique, comme une immense tempête interstellaire immobile, éternelle.
Serge Brunier

Il y a un peu plus de 4 ans, précisément le 4 juillet 2012, dans le grand amphithéâtre du Cern, près de Genève, les physiciens du LHC annonçaient au monde la découverte du boson de Higgs. A priori, rien de commun avec le X, cette particule dont les premiers signes ont peut-être été observés fin 2015, et dont l’existence pourrait être confirmée tout prochainement. D’une part, le Higgs était attendu depuis des décennies, quand le « petit excès » rendu public le 15 décembre dernier a fait l’effet d’une véritable surprise. D’autre part si le premier signifiait que le modèle standard, l’actuelle théorie de l’univers élémentaire, était enfin complet, le second ouvrirait une nouvelle ère de l’exploration de l’infiniment petit.

Le cousin “obèse” du boson de Higgs ?

Et pourtant… Tout d’abord, selon certains théoriciens, si X il y a, celui-ci pourrait bien constituer une sorte de cousin obèse du boson de Higgs, cette particule qui, au sein du modèle standard, confère leur masse à toutes les autres.

Plus précisément, dans les années Soixante, une poignée de théoriciens parvient à fusionner sur le papier deux des quatre forces fondamentales : l’électromagnétique et l’interaction faible. Pour autant, contrairement au photon – la particule vectrice de l’électromagnétisme – les bosons W et Z, qui transmettent l’interaction faible, sont extrêmement massifs. Or cet embonpoint est incompatible avec une symétrie mathématique fondamentale (dite symétrie de jauge) sur laquelle la théorie électrofaible est fondée, au point de réduire cette dernière à un fatras d’incohérences mathématiques. Jusqu’à l’introduction d’une particule supplémentaire dans l’édifice, le boson de Higgs, dont l’effet dans les équations est de rendre compatible la symétrie de jauge avec la masse des W et Z.

La particule X pourrait être l’un des cinq bosons de Higgs prévus par certaines théories

Au-delà, les physiciens constatent que l’interaction de ces particules avec le Higgs revient à les affubler d’une masse. Ainsi, le “Higgs” ne rend pas seulement compatible les symétries de la théorie électrofaible avec le fait que le W et le Z ont une masse, il donne une raison à l’existence même de ces masses. Mieux encore : on se rendra compte par la suite qu’il explique de la même manière la masse des particules de matière, les quarks et les leptons.

Dans le cadre du modèle standard, une seule particule suffit pour remplir ce rôle. En revanche, plusieurs de ses extensions supersymétriques prévoient l’existence non pas d’un unique boson de Higgs, mais de cinq. Or selon plusieurs théoriciens, la particule X pourrait tout à fait constituer l’un d’entre eux.

Les premiers signes de la particule X ressemblent à ceux du boson de Higgs

Mais le lien entre les deux particules va au-delà. Ainsi, le signal naissant observé fin 2015 consiste en un petit excès de photons à l’origine d’une petite bosse dans les graphiques résumant les résultats expérimentaux. Or fin 2011, c’est exactement de la même manière que le boson de Higgs a commencé à se manifester. Et de même qu’aujourd’hui, il était alors impossible de dire si ces quelques particules de lumière surnuméraires constituaient les produits de désintégration d’une poignée de bosons de Higgs, ou bien une simple fluctuation des données. Ce n’est qu’à l’issue d’une prise de données supplémentaire que l’excès initial s’est transformé en un signal incontestable.

Faut-il y voir le signe que l’histoire est en train de se répéter, et que d’ici quelques semaines le X va finir de prendre corps dans le creuset de l’accélérateur géant ? « Il est impossible de nier qu’il y a une vraie proximité entre les deux observations, confirme un expérimentateur. D’où en partie l’excitation dans laquelle nous sommes depuis plusieurs mois. » Et dont tout le monde espère qu’elle explosera en apothéose dans le grand amphithéâtre du Cern avant la fin de l’été…

—Mathieu Grousson

 

Mathieu Grousson est un journaliste collaborateur de Science & Vie spécialiste de la physique fondamentale. Suivez son blog “Particule X” :

> En savoir plus :

• L’Univers n’est pas ce que l’on croit – Au sommaire de Science&Vie n°1184
• Acheter en ligne S&V n°1184

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• Une nouvelle physique va naître — S&V n°1152 (2013) – acheter ce numéro. La découverte du boson de Higgs au LHC a ouvert plus d’interrogations qu’elle n’a apporté de réponses.

• Pourquoi le boson de Higgs n’est pas la fin de l’histoire – S&V n°1147 (2013) – Après la découverte du boson de Higgs, qui est venu compléter et confirmer le modèle standard des particules, certains s’interrogeaient sur la suite : est-ce la fin de la recherche en physique des particules ? Que non !

• La matière va enfin parler — S&V n°1129 (2011). Moment clou : tout le monde a les yeux rivés sur le LHC, qui confirmera enfin l’existence du boson de Higgs, des décennies après sa théorisation.

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Se pourrait-il que les aptitudes sociales des humains, notamment la communication verbale, aient les mêmes fondements génétiques que celles des insectes dits sociaux, comme les abeilles ?

Alors que le dernier ancêtre commun entre insectes et mammifères (dont Homo sapiens) a vécu il y a 670 millions d’années, une étude met en lumière pour la première fois un groupe de gènes communs entre ces deux branches du vivant qui, chez les humains, serait impliqué dans le développement du langage.

Une structure partagée entre insectes et mammifères

En vérité, cette étude de “génomique sociale” (social genomics) ne concerne pas seulement les humains mais des dizaines d’espèces, aussi bien d’insectes sociaux et non sociaux que de mammifères (dont les humains), toutes comparées aux abeilles (Apis mellifera), prises comme espèce de référence.

De plus, le résultat est un peu plus subtil qu’annoncé ci-dessus : il s’agit non pas à proprement parler d’un réseau de gènes identiques partagés par les abeilles et les mammifères, mais d’un motif commun de “régulation” entre gènes – les gènes eux-mêmes étant assez différents, car ils ont varié d’espèce en espèce au cours du temps.

Phéromones et fonctions cérébrales

Plus précisément, les abeilles et les mammifères partageraient un même type de dynamique biochimique entre des gènes intervenants, pour les premiers, dans la production et l’émission de phéromones spécifiques (phéromones d’alerte), pour les autres dans les structures cérébrales liées à des fonctions de communication avec leurs semblables.

Les chercheurs en ont déduit d’abord que les aptitudes sociales observées chez les insectes sociaux et chez les mammifères proviennent de leur dernier ancêtre commun – contrairement à l’hypothèse qu’elles se seraient développées indépendamment après la scission entre ces deux grandes branches (évolution convergente).

Entre abeilles et humains, un héritage commun ?

C’est ensuite, en guise de conclusion, que les chercheurs ont émis l’hypothèse osée d’un lien entre cet héritage génétique et le développement du langage chez les humains.

Une hypothèse basée sur une analyse de la nature de ce groupe de régulation génétique, mettant en jeu quelque 25 gènes, notamment son implication dans le développement de certains circuits cérébraux.

“Les circuits sous-tendant le langage chimiques des abeilles à miel et le langage verbal humain pourraient être des analogues génétiques” disent les chercheurs. Il reste à transformer cette hypothèse en certitude (ou à la contredire).

–Román Ikonicoff

 

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• A quoi pensent les invertébrés – S&V n°1144 – 2013. Ils éprouvent des émotions, sont sensibles à la douleur, voire ont une vie intérieur… Qui donc ? Les invertébrés.

 

 

Un ballon bien brossé ! On ne parle pas ici d’un ballon propre, mais d’un coup franc imprimant un effet de courbure à la trajectoire de celui-ci… qui le fait rentrer dans le goal au dernier instant alors qu’il semblait partir à côté.

Un exemple ? 1997, coup franc du Brésilien Roberto Carlos contre les Bleus : un modèle du genre ! Alors que le ballon semble se diriger hors de la cage, il bifurque violemment vers le poteau pour, finalement, entrer dans le but, à la grande surprise du gardien Fabien Barthez.

 

 

“La première explication de la déflexion latérale d’un objet tournant sur lui-même est due au physicien allemand Gustav Magnus, en 1852, expliquent Take Asai et Takao Akatsuka, chercheurs à l’université Yamagata, au Japon. A l’époque, il s’intéressait surtout aux trajectoires des obus et des balles, mais les mécanismes fondamentaux sont les mêmes en football, ainsi qu’en base-ball, en golf, ou encore en tennis.”

Effet Magnus : la différence de vitesse de l’air “brosse” le ballon

Le principe de l’effet Magnus ? Un ballon qui tourne sur lui-même entraîne l’air de son voisinage de façon dissymétrique : au point de la surface du ballon qui tourne dans le sens inverse à sa trajectoire, l’air alentour est accéléré par le mouvement du ballon, alors qu’au point opposé, l’air est ralenti (voir figure).

Crédit : S&V (2003)

Or, d’après le principe de Bernoulli, formulé par le savant suisse en 1738, plus la vitesse d’un fluide est grande, moins forte est la pression qu’il exerce sur les corps. Pour le vérifier, il suffit de placer le bord d’une feuille de papier horizontalement devant son menton : si l’on souffle fort sur le dessus de celle-ci, la pression baisse et la feuille se soulève (“effet lifté”).

Football, tennis, golf… toutes les balles sont concernées

Dans le cas du ballon, la différence de vitesse de l’air crée un déséquilibre des forces latérales qui s’appliquent dessus : sa trajectoire s’incurve. Des expériences sur des balles de golf, menées en 1976 par Peter Bearman et ses collègues de l’Imperial College de Londres, ont montré que plus le projectile tourne vite sur lui-même et se déplace lentement, plus l’effet lifté est important.

“Au football, lors d’un shoot brossé, la vitesse de rotation reste à peu près constante, soulignent les chercheurs japonais. La courbe est donc de plus en plus prononcée vers la fin de sa trajectoire, lorsque la balle ralentit.”

Et le tir de Carlos de finir dans les filets…

—H.P.

D’après S&V n°1024 (2003)

 

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