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Le boson de Higgs expliqué aux enfants

Après près de 50 ans de recherche et une traque acharnée, le boson de Higgs, graal de la physique aurait été découvert. Une particule malaisée à comprendre de prime abord ; et pourtant, sans elle nous ne serions pas là…

Le boson de Higgs expliqué aux enfants… et à tous ceux s’étant arrêtés avant le doctorat en physique !

La grande nouvelle du 4 juillet 2012, c’est la découverte quasi-certaine du boson de Higgs. Une découverte parmi tant d’autres en physique ? Non ! Certes, cela n’influencera pas (tout de suite) les technologies ; mais c’est un coup de tonnerre dans la physique fondamentale. Il ne s’agit pas d’un turboréacteur dernier cri, encore moins du prochain écran tactile flexible, mais bel et bien d’une découverte capitale nous en apprenant davantage sur l’Univers…

En physique, traverser une zone de turbulences, ça arrive : au début du vingtième siècle, il y avait le « petit nuage dans le ciel de la physique » évoqué par Lord Kelvin (rayonnement du corps noir qui mena à la physique quantique) ; plus récemment – depuis la fin de la seconde guerre mondiale – on se demandait, avec les progrès de la physique subatomique, pourquoi les particules ont une masse.

Toute la question (existentielle) est de savoir pourquoi certaines particules ont une masse et d’autres n’en ont pas ! Eh oui, ce n’est pas évident : le photon (grain de lumière) n’en a pas (c’est pourquoi il se déplace si vite, à la vitesse de la lumière ; au passage c’est ce qui permet de téléphoner loin !). A l’inverse, nous on en a… une masse, pour la bonne raison que nos constituants (protons et électrons) en ont !

Le boson de Higgs est surnommé particule-Dieu : si les particules sont massives, ce serait (uniquement ?) grâce à lui ! D’où l’intérêt de le cerner : le CERN – Centre Européen de Recherche Nucléaire – vient justement de mettre la main dessus. C’est une bonne chose : s’il n’existait pas, il  y aurait une faille – de taille – dans le modèle standard sur lequel repose toute la physique…

Cette particule a été prédite par la théorie en 1964 pour pallier à une lacune du modèle standard : la brisure de l’interaction unifiée électrofaible en deux interactions par le mécanisme (encore plus imbuvable que son nom) de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble… Quésako ?

Le champ de (bosons de) Higgs peut être vu comme une « mélasse » dans laquelle baignent les particules qui nous entourent : selon leur interaction avec cette mélasse (frottements), ces particules s’y meuvent plus ou moins facilement, donnant ainsi l’illusion qu’elles ont un poids spécifique. En fait selon le mécanisme de Higgs, les particules que l’on connait n’auraient donc pas de masse intrinsèque, celle-ci ne serait qu’une mesure de leur interaction plus ou moins grande avec le champ de Higgs qu’il introduit.

De l’absence d’interaction du photon avec ce champ découlerait ainsi à la fois sa masse nulle (le photon se mouvant sans difficulté dans le champ de Higgs), et la portée infinie du champ électromagnétique (le photon n’étant pas « ralenti » par les bosons de Higgs).

Ça passe toujours pas ? 

Matt Strassler, professeur à l’université Rutgers, compare le champ de Higgs à l’air environnant :

« Qu’est-ce que le champ de Higgs et comment le concevoir? Pour nous, il est tout aussi invisible et indétectable que l’air pour un enfant, ou que l’eau pour un poisson ; en réalité, il l’est même encore davantage, car en grandissant, nous apprenons à prendre conscience du flux d’air dans lequel baigne notre corps et à le détecter par nos sens, mais aucun de nos sens ne peut nous permettre d’accéder au champ de Higgs. »

Flotte un air de colombe de Kant fendant l’air où elle se meut…

Margarat Thatcher dans une pièce bondée

Le physicien Peter Higgs (l’unique, le vrai) explique que sa métaphore préférée a été imaginée par le physicien David Miller, qui voit dans le mécanisme du boson de Higgs une métaphore de la politique britannique contemporaine. Dans Physics World, Matin Durrani écrit :

« Miller est célèbre pour avoir comparé le boson de Higgs à l’ancien Premier ministre britannique, Margaret Thatcher, avançant dans une salle bondée et gagnant de la masse à mesure que d’autres personnes s’agrégeaient autour d’elle. »

Autre version que la dame de fer s’attirant les foudres, celle-ci est due à Burton DeWilde :

« Imagine une pièce remplie de physiciens. Tout d’un coup, Einstein arrive et essaye de la traverser, mais des physiciens éblouis par sa personne s’agglutinent autour de lui et entravent ses mouvements, ce qui augmente sa masse. Maintenant, imagine que je rentre dans la pièce. Un étudiant de seconde zone, personne ne veut me parler, ce qui fait que j’arrive à traverser relativement facilement la foule de physiciens – pas de masse effective pour moi ! Enfin, imagine que quelqu’un lance une rumeur, et que les physiciens se mettent à s’exciter et à se rassembler spontanément. »

Dit autrement, on ne se fraye un chemin (dans l’espace-temps) que si on est ignoré, c’est-à-dire si personne n’interagit avec nous. L’agglutination permet de se représenter commodément les choses ! Une perle (lisse, sans aspérités) tombe plus vite dans un liquide qu’un objet cabossé. Sans penser à la loi de Stockes, le liquide est comparable au champ de bosons de Higgs : selon leur nature, les particules y baignant sont plus ou moins freinées, donc plus ou moins massives !

Plus il y a de monde autour, moins on s’évertue facilement ; plus la pression est étouffante, moins on avance… Du Higgs tout craché ! A condition bien sûr d’être sensible au liquide (c’est-à-dire d’interagir avec les bosons de Higgs) : des perles s’enfonçant dans un liquide subissent ses frottements, mais des grains de sables (assez fins) ne sont pas freinés ! Ils filent au fond de l’eau en ligne droite, à l’instar des photons voguant au gré de l’espace-temps…

Ce n’est qu’une image, mais c’est l’art d’éviter les mathématiques en vulgarisant… Est-ce légitime d’ailleurs ? Un physicien intransigeant n’y verra pas que du feu !

Pour moi, la physique repose avant tout sur le bon sens, au sens où elle doit être en adéquation avec la réalité. Bien entendu, les maths sont le socle de cette discipline, mais elle ne s’y réduit pas. Exemple : la loi de Fick et la loi de Fourier régissent respectivement la diffusion de soluté en solution et la diffusion de la chaleur. Chacun sait que la diffusion se fait du milieu le plus concentré (en sel, sucre…) vers le moins concentré ; de même la chaleur va spontanément du milieu le plus chaud au plus froid.

L’expérience (fort simple !) consistant à laisser ouverte la porte en hiver est une expérience scientifique (un brin archaïque)… Elle fournit la confirmation d’une loi mathématique faisant intervenir un gradient (opérateur vectoriel) de température. Si, thermodynamiquement, la chaleur ne peut aller (naturellement) que du plus chaud au plus froid, le bon sens reste de mise : c’est aussi – et avant tout – une affaire pratique.

Deux catégories de phénomènes s’affrontent en physique : ceux qu’on explique après leur découverte, et les autres… expliqués avant d’être découverts ! C’est le cas du plus célèbre boson, dont l’existence ne demandait qu’à être confirmée par l’expérience. Le cas échéant, les physiciens se seraient fourvoyés durant des décennies ; cela dit la physique recèle encore bien des mystères… Il suffit de regarder un film de science-fiction pour appréhender notre ignorance !

Voyage intergalactique, invisibilité, et antigravitation ne sont pas pour demains ; pour autant Peter Higgs, théoricien de génie né en 1929, n’a pu retenir ses larmes : ce n’est pas tous les jours qu’on découvre un nouveau boson – qui plus est, d’une importance cruciale – , et c’est encore moins souvent qu’il porte notre nom…

Et le web-magazine Slate de finir en beauté : « Enfin, n’hésitez pas à vous rendre sur le site du Cern. Oh, pas pour y lire les dernières données enregistrées par l’accélérateur de particules, qui ressemblent à ça :


Non, plutôt pour consulter le mini-site dédié aux enfants, CernLand, avec des explications à la portée de tous… et des petits jeux sympa. »

Un petit détail, pour terminer : le New York Times rapporte que les scientifiques avaient mis le champagne au frais depuis le mois de décembre. C’est dire… s’ils sont cachottiers ! Pour l’heure, après moult vérifications, la nouvelle est fiable à 99,99997 %. Sait-on jamais !

« Faites péter le champagne ; un boson de Higgs, on en découvre un tous les 10 milliards d’années… au moins ! » Si sérieux d’ordinaire, vont-ils finir soûls pour l’occasion ? 

La physique, une affaire très sexy (enfin presque)

Maths, physique : so sexy ! Sexe et science seraient plus liés qu’on ne le pense… au conditionnel !

Parmi les physiciens, l’un des plus connus – si ce n’est le plus connu après Einstein – est Richard Feynman (1918-1988). Prix Nobel de physique 1965, il est l’un des théoriciens les plus importants de la physique quantique, et a participé au projet Manhattan de conception de la bombe atomique. Ce qu’on a moins coutume d’évoquer, c’est son rapport aux femmes. En la matière, les mœurs de Feynman n’admettent aucun carcan…

Feynman, déjanté et beau gosse parmi les physiciens.

En dehors de « Personne ne comprend la physique quantique » (alors qu’il est le plus grand physicien quantique de tous le temps), le renommé Feynman a dit :

« Physics is like sex : it may give some practical results, but that’s not why we do it. »

Après avoir relu trois fois cette phrase – davantage d’actualité à l’heure de la contraception, et compris à quel résultat pratique dû au sexe il fait allusion, on a cerné le personnage. Cela dit, ça n’est qu’une phrase…

Richard Feynman, joueur de bango et pédagogue de génie, avait une autre passion dans la vie que l’électrodynamique quantique et les livres de vulgarisation : on raconte qu’il s’adonnait aux orgies, avec… ses propres étudiantes !

Toute la question est de savoir si ce sont ses étudiantes qui arrivaient en petite tenue lui déserrer la cravate, ou si c’est Feynman qui les séduisait…

Oubliez The Big Bang Theory : Richard est un homme à femmes, en vrai. Quand il ne parle pas d’elles, il évoque des choses et d’autres… :

“Physics is to mathematics like sex is to masturbation.”

Démonstration

On se propose de vérifier que la physique est aux mathématiques ce que le sexe est à la masturbation. Est-il une tâche non moins aisée ?

Considérons que

physique \approx sexe

et

mathématique \approx masturbation.

Il n’est pas difficile de remarquer que les maths se pratiquent seules (au singulier la mathématique). Elle sont par excellence (même si cela tend à s’estomper) une activité asociale, à la limite de l’autisme (de nombreux Asperger sont doués en maths). Grigori Perelman, par exemple, est l’archétype même du matheux excentrique. D’aucuns ne savent s’il a besoin d’une femme pour faire pour faire l’amour ; en revanche il n’a guère besoin des autres pour fouiner dans les pans des mathématiques : ayant démontré la conjecture de Poincaré (l’un des 7 problèmes du millénaire), il a refusé les prestigieuses médailles des instituts Clay et Fields, ainsi que le prix décerné par la Société Mathématique Européenne. Avec un million de dollars à la clef pour l’Institut Clay, il faudrait être fou pour refuser… ou s’appeler Perelman. A 46 ans, il vit toujours chez sa mère, dans un taudis, en Russie. Il ne se rase jamais, et ne se coupe pas non plus les ongles. Interdit de se moquer : il est avec Andrew Wiles, le seul homme au monde à avoir résolu l’un des Problèmes du Prix du Millénaire !

Mais en quoi la physique a-t-elle attrait au sexe ? Sans blague, vous trouvez ça sexy les équations de réaction ? Moi pas…

La physique est une affaire privée, pour laquelle ceux qui essaient de médiatiser, ou plus généralement faire connaître, leurs… positions sont stigmatisés. Qu’il s’agisse de penchants érotiques, ou d’opinions sur l’origine de l’Univers, mieux vaut parfois tenir sa langue ! Le célèbre physicien Stephen Hawking, découvreur de l’évaporation des trous noirs et auteur de plusieurs best-sellers sur Dieu, en a fait l’amère expérience : il est la risée de certains de ses collègues (ceux qui n’ont aucun respect pour la maladie le paralysant, une sclérose latérale amyotrophique).

Du coup, en raison de la dystrophie neuromusculaire dont il est atteint, Stephen Hawking ne passe jamais à l’action… Alors qu’il ne peut même plus bouger les yeux, impossible de donner un cours sur un tableau noir comme ses pairs ! En conséquence de quoi… les belles filles, ça n’est pas pour lui – euh pardon, les bons disciples, ça n’est pas pour lui.

En physique, on se vante de ses prouesses : les physiciens font sans cesse la une des articles de vulgarisation. En maths, c’est l’inverse : un clan obscure qui ne demande qu’une chose : rester dans l’anonymat, dans une tour d’ivoire, loin des regards extérieurs.

Même les mathématiciens prêts à admettre qu’ils le font (qu’ils osent se travestir en public pour expliquer des idées aux profanes, comme la médaille Fields Cédric Villani, fierté française), admettent auprès de leur communauté bien moins de vulgarisation qu’en réalité… Côté prouesses, les physiciens sont des chauds-lapins : ils auront tendance à maximiser leurs réussites : le scandale sur la mémoire de l’eau, soi-disant prouvé, a déferlé la chronique en 1988. Pour un physicien, plutôt trois médaille qu’une ! Les mathématiciens sont bien plus modestes : ils vous avoueront qu’ils le font (qu’ils ne démontrent un théorème) qu’une fois par semaine, alors qu’en réalité ils en démontrent un par jour… Côté médaille, ils n’en réclameront aucune : le succès viendra à eux, comme la misère sur le monde, dixit l’expression.

Les mathématiciens ne se vantent jamais d’activités bien peu catholiques, à savoir divaguer seul une feuille, alors qu’il y a tout un amphithéâtre qui ne demande qu’à les écouter…

Les mathématiciens sont plutôt trois (intégrations) par jour qu’une, mais ils le cachent. Analyse psychologique : perversité latente, manipulateurs… Mesquinerie, qui plus est : La Rochefoucauld l’a dit (c’est une de ses Maximes) : le refus des louanges est le désir d’être loué deux fois !

Quant aux mathématiques, elles ne nécessitent aucun équipement particulier (si ce n’est un papier et un crayon comparable à une main). Pour s’adonner aux joies de la physique, il est en revanche préférable de posséder un laboratoire…

Mais aussi… Certains matheux font usage de l’informatique ! Le sex-toy des mathématiciens : les plus habiles n’en ont pas besoin, pensez-vous… Pour les puristes, un mathématicien ayant besoin d’un ordinateur est même inconcevable : il s’agit là d’un esprit tordu, vraisemblablement un pervers calculatoire… Quant à ceux qui ont l’idée d’utiliser d’autres outils (comme un télescope), ils sont la fange des mathématiciens, considérés comme des impies dénaturant la discipline en y instaurant de la physique (sous-entendu les matheux n’ont besoin de rien, pas même de la réalité… encore une fois, un crayon leur suffit).

Les maths sont une activité solitaire ; pour autant l’avènement de l’informatique suscita l’émergence du travail en groupe. Des esprits plus conservateurs, moins sociables, préfèrent l’activité solitaire : ils n’ont besoin ni des détails, ni de l’artifice informatique…

Quand à être mathématicien et à se présenter, l’interlocuteur sera ravi et fera l’apologie d’une telle carrière, avec une nuance… Bien que cette activité soit louable, la personne précise toujours que ce n’est pas un métier pour elle ; qu’elle a fini par trouver chaussure moins difficile à sa taille… Puis, vous êtes évités.

Côté mathématiques, peu de monde en parle, alors que les découvertes physiques font régulièrement la une des journaux (notamment parce qu’elles révolutionnent les technologies). Les maths sont une activité lugubre, cantonnées aux étagères poussiéreuses, et toutes justes bonnes à assouvir un besoin pressant de difficulté… Au bout de trois pages, on a la tête farcie comme du chou-fleur, et ne pensons qu’à une chose : refermer le bouquin (contrairement à la physique où on a envie de savoir si la propulsion ionique nous mènera aux confins de l’Univers).

En physique, quand bien même on vulgarise, on essaie d’approfondir le sujet, d’entrevoir des perspectives d’avenir. En maths, on se contente de parvenir au la troisième ligne, sauvons les meubles : c’est déjà ça.

La physique… tout le monde peut comprendre, avec de la pédagogie. Tenez, vous n’avez jamais entendu parler d’une réaction chimique ? Foutez de l’eau de Javel dans les toilettes, pissez, et sentez ! Ca sent comme à la piscine… Pourtant, avant de faire ses besoins, ça ne sentait rien ! Curieux… Normal : l’urée contenue dans l’urine réagit avec l’hypochlorite de sodium (Javel) pour former des chloramines, composés volatiles que l’on sent. C’est la même chose à la piscine, avec la sueur (les piscines contiennent du chlore, puissant antiseptique)…

Il me faut maintenant vous expliquer le calcul intégral… Par où commencer ? Attendez… Cela ne s’explique pas ! On a le besoin compulsif d’intégrer, et hop, une nouvelle équation ravissante. Les maths, ce n’est pas social… On est là sur sa feuille à fantasmer sur le prochain millénaire qu’on va résoudre, pendant que les potes physiciens s’en donnent à cœur joie : ils font des expériences rigolotes à la fête des sciences, avec les maternelles. En comparaison, les maths, pour être vulgarisé, ça demande le bac scientifique… Et encore, si on fait l’impasse sur les nombres complexes, on est foutu !

En maths, on fait passer les vessies pour des lanternes : on n’antidérive pas, on intègre. C’est la même chose, sauf que dériver à l’envers, c’est intégrer. Tu dis le contraire, t’es out of the game. Si on a une autre vision du jeu, il faut s’y adonner tout seul ; personne ne voudra de nous…

Les maths, il ne faut pas chercher à comprendre : il y a des nombres imaginaires pourtant bien réels, zéro élevé à la puissance zéro… ça fait un, et les vrais vecteurs n’ont pas de flèche : ce sont des nombres à part entière, membres d’un espace vectoriel…

Mathématiquement parlant, le plaisir est dans le processus agréable en lui-même : lorsqu’ils publient dans des revues spécialisés, les mathématiciens ne sont pas payés (ou très peu). En comparaison, les physiciens se font désirer ; ils apprécient également être lus, apporter satisfaction à autrui : ils se soucient de leur public, contrairement aux lumières mathématiques, qui n’en ont que faire d’avoir 6 lecteurs ou 600 000.

Pour finir, les mathématiciens font la même chose maintes et maintes fois : pas la moindre diversité dans l’acte… de dérivation.

Comme quoi, à juger les physiciens et autres scientifiques comme des êtres à part, on s’y méprendrait ! Dans tout ça, les médecins sont les plus respectés : le mysticisme scientifique sous-jacent est masqué… par la médecine, ou l’art de sauver les gens sans qu’ils ne sachent comment vous les sauviez. En fait, vous, médecin, le savez, mais gardez ça pour vous… Il y a de la science derrière tout ça, mais fi la chimie, vive la symptomatologie !

Prix Nobel donne leçon de sexe

Revenons-en à Monsieur Feynman : dans Vous voulez rire, monsieur Feynman ! (Surely You’re Joking, Mr. Feynman! en VO), il raconte une anecdote croustillante. Tout habitué des bars qu’il était, il eut un jour envie de relations sexuelles avec une serveuse.

Feynman en plein exercice.

Feynman eut une surprise – peut-être encore plus grande que la décohérence quantique (qui, très schématiquement, essaie de comprendre pourquoi nous ne passons pas à travers les murs comme les particules !) : il s’aperçut, et fut frustré, qu’on ne paye pas les femmes en nature, en alcool du moins. Il prit alors des leçons auprès d’autres habitués du bar…

La leçon qu’il reçut est simple : ne se comporter comme un gentleman sous aucun prétexte, malmener les femmes à tort ou à raison jusqu’à obtenir les faveurs escomptées… Si c’est un physicien – et pas n’importe lequel – qui le dit !

Mine de rien, l’un des conseils qu’il rapporte est toujours d’actualité :

“Therefore,under no circumstances be a gentleman! You must disrespect the girls. Furthermore, the very first rule is, don’t buy a girl anything –– not even a package of cigarettes — until you’ve asked her if she’ll sleep with you, and you’re convinced that she will, and that she’s not lying.”

A savoir, ne pas offrir la moindre chose à une femme, y compris un paquet de cigarettes, jusqu’à ce qu’elle accepte de dormir avec vous… Le mot disrespect est fort. En d’autres termes, ses amis (lesquels !) incitent Feynman à être irrespectueux envers les femmes : ils lui suggèrent de leur demander directement leur consentement, quitte à les traiter… comme des salopes (terme soutenu de physique, comme vous l’aurez remarqué). Voyons ce que donne les bitches en la langue de Shakespeare ; Feynman suit les (bons ?) conseils :

« Well, someone only has to give me the principle, and I get the idea. All during the next day I built up my psychology differently: I adopted the attitude that those bar girls are all bitches, that they aren’t worth anything, and all they’re in there for is to get you to buy them a drink, and they’re not going to give you a goddamn thing; I’m not going to be a gentleman to such worthless bitches, and so on. I learned it till it was automatic.

Then that night I was ready to try it out. I go into the bar as usual, and right away my friend says, “Hey, Dick! Wait’ll you see the girl I got tonight! She had to go change her clothes, but she’s coming right back.”

“Yeah, yeah,” I say, unimpressed, and I sit at another table to watch the show. My friend’s girl comes in just as the show starts, and I’m thinking, “I don’t give a damn how pretty she is; all she’s doing is getting him to buy her drinks, and she’s going to give him nothing!”

After the first act my friend says, “Hey, Dick! I want you to meet Ann. Ann, this is a good friend of mine, Dick Feynman.”

I say “Hi” and keep looking at the show.

A few moments later Ann says to me, “Why don’t you come and sit at the table here with us?”

I think to myself, “Typical bitch: he’s buying her drinks, and she’s inviting somebody else to the table.” I say, “I can see fine from here.”

A little while later a lieutenant from the military base nearby comes in, dressed in a nice uniform. It isn’t long, before we notice that Ann is sitting over on the other side of the bar with the lieutenant!

Later that evening I’m sitting at the bar, Ann is dancing with the lieutenant, and when the lieutenant’s back is toward me and she’s facing me, she smiles very pleasantly to me. I think again, “Some bitch! Now she’s doing this trick on the lieutenant even!”

Then I get a good idea: I don’t look at her until the lieutenant can also see me, and then I smile back at her, so the lieutenant will know what’s going on. So her trick didn’t work for long.

A few minutes later she’s not with the lieutenant any more, but asking the bartender for her coat and handbag, saying in a loud, obvious voice, “I’d like to go for a walk. Does anybody want to go for a walk with me?”

I think to myself, “You can keep saying no and pushing them off, but you can’t do it permanently, or you won’t get anywhere. There comes a time when you have to go along.” So I say coolly, “I’llwalk with you.” So we go out. We walk down the street a few blocks and see a cafe, and she says, “I’ve got an idea — let’s get some coffee and sandwiches, and go over to my place and eat them.”

The idea sounds pretty good, so we go into the cafe and she orders three coffees and three sandwiches and I pay for them. As we’re going out of the cafe, I think to myself, “Something’s wrong: too many sandwiches!”

On the way to her motel she says, “You know, I won’t have time to eat these sandwiches with you, because a lieutenant is coming over…” I think to myself, “See, I flunked. The master gave me a lesson on what to do, and I flunked. I bought her $1.10 worth of sandwiches, and hadn’t asked her anything, and now I know I’m gonna get nothing! I have to recover, if only for the pride of my teacher.”

I stop suddenly and I say to her, “You… are worse than a whore!

“Whaddya mean?”

‘“You got me to buy these sandwiches, and what am I going to get for it? Nothing!”

Résumons : d’après ces lignes, on a affaire à des « salopes typiques ». Cerise sur le gâteau (d’un misogyne), Feynman y va franco : « Tu es pire qu’une putain ! » (c’est la signification de whore). Et pour cause : sa conquête lui fait un coup de pute, autrement dit une vacherie ! S’accaparer la nourriture, profiter de sa crédulité, pour partir avec un autre…

En philosophie feynmannienne, une putain est une femme qui n’échange aucune faveur sexuelle contre un sandwich. Comprenons par là qu’une prostituée – surtout une prostituée – accepterait de coucher en échange d’une compensation financière (en nature, ça reste à voir…).

Et Feynman de justifier un tel franc-parler : « si une femme a [a priori] envie de coucher avec moi, elle le fera, quoique je lui dise. » (remarquez la subtilité du propos…).

“Well, you cheapskate!” she says. “If that’s the way you feel, I’ll pay you back for the sandwiches!”

I called her bluff: “Pay me back, then.”

She was astonished. She reached into her pocketbook, took out the little bit of money that she had and gave it to me. I took my sandwich and coffee and went off.

After I was through eating, I went back to the bar to report to the master. I explained everything, and told him I was sorry that I flunked, but I tried to recover.

He said very calmly, “It’s OK, Dick; it’s all right. Since you ended up not buying her anything, she’s gonna sleep with you tonight.”

“What?”

“That’s right,” he said confidently; “she’s gonna sleep with you. I know that.”

“But she isn’t even here! She’s at her place with the lieu —”

“It’s all right.”

Two o’clock comes around, the bar closes, and Ann hasn’t appeared. I ask the master and his wife if I can come over to their place again. They say sure. Just as we’re coming out of the bar, here comes Ann, running across Route 66 toward me. She puts her arm in mine, and says, “Come on, let’s go over to my place.”

The master was right. So the lesson was terrific! »

En écoutant les bons conseils, ça a marché ! Tactile qui plus est, elle l’a attrapé par le bras – mais s’en l’enlacer tout de suite : une affaire trop vite conclue n’en est pas une…

S’il fallait retenir une chose de l’expérience (très scientifique) de Feynman, c’est apprendre à créer la tension sexuelle : si une femme est folle de vous, vous la traiteriez de putain, de catin, ou de salope, elle reviendra toujours vers vous… Du coup, rien à perdre en malmenant les gonzesses ; ce serait même davantage sexy. D’après lui, du moins !

Feynman, plus âgé.

Nice guy en vue !

Feynman était au début ce qu’on appelle – en bon français – un nice guy. Or, il paraît, les gentils garçons galèrent terriblement pour séduire la fille de leurs rêves. Face à ce paradoxe – les femmes préféreraient les méchants ? – Feynman fut le premier à chercher une explication… Quand on a inventé la bombe atomique, on doit bien pouvoir séduire une femme (j’imagine ce qu’il devait penser) ! Enfin, une femme… Une femme, ou plusieurs : il était déjà marié ! C’était surtout des relations extraconjugales qu’il raffolait…

Plus récemment, on établira un parallèle avec L’Arnacœur, le film avec Romain Duris et Vanessa Paradis, se déroulant à Monaco : Vanessa y quitte un homme beau, riche, et honnête pour finir avec un moins riche qui l’a trahi ignoblement : le briseur de ménages fout le nice guy  au tapis.

En 1939 déjà, Leo Durocher, surnommé Leo The Lip, entraîneur de le la prestigieuse Ligue Majeure de Baseball, clamait : « nice guys finish last » : les nice guys passent en dernier. En guise de traduction, nice guy – s’employant volontiers en français – se dirait « garçon sympa », ou quelque chose qui y ressemble… bonne poire, quoi !

Le nice guy se voit de loin : « Tu m’offres un verre ? » Oui ! « On va faire du shopping ? » Oui ! « Je peux dormir avec toi cette nuit, je me sens seule ? » Oui ! « On peut décaler notre rendez-vous à mardi plutôt ? » Bien sûr (et tant pis s’il y a Ligue des Champions) ! Le nice guy se fait mener à la baguette : amour aveuglant ou non, il ne sait pas dire non, même s’il est intimement persuadé du contraire. Il cède à tous les caprices féminins : « Tu préfères chinois ou japonais ? » (et tant pis si on a horreur des sushis), « Quel film tu veux voir ? », l’exemple extrême étant « Je peux t’embrasser ? ». Se demandant sans cesse ce qui est le mieux, l’homme manque de folie, d’impétuosité, d’audace, d’initiatives : il se comporte d’une manière qui le ferait fuir si sa dulcinée en faisait de même…

« Tant pis si tu ne peux pas aujourd’hui, ce sera pour la prochaine fois… »

La bonne poire masculine est typiquement (Feynman en aurait fait l’expérience) le type bien, sur lequel on peut compter, trop sans doute ! Cela lui vaut la gentillesse en retour des femmes, mais pas leur amour… Sans doute manque-il une certaine forme d’estime inhérente à la séduction : les femmes auraient l’impression d’avoir quelqu’un à leur botte, et ça, on n’en veut pas (quelque soit le sexe d’ailleurs…).

Le film culte Quand Harry rencontre Sally offre un exemple de parler sympathique aux femmes :

« – Un an pour un Homme, ça fait sept ans pour un chien.

– Qui est le chien ?

– C’est toi. »

Et voilà comment ça se termine… :

Comme dans L’Arnacœur :

Dans l’histoire, le tout est de ne pas être blessant…

Cela n’existait pas au temps de Feynman, mais les SMS ont quelque chose en commun avec le nice guy qu’il fût – un temps du moins. La technique du marinage consiste à faire mijoter, mariner, la fille ou le garçon qui nous intéresse.

Barney Stinson, l’archétype de l’homme a-romantique de la série américaine How I met your mother, explique pourquoi il faut attendre trois jours avant d’envoyer le premier SMS. Jésus a inventé cette règle : s’il était réapparu le lendemain de sa mort, personne n’aurait remarqué sa disparition.

The Three Days Rule est le 21ème épisode de la quatrième saison. Étrangement, la scène se déroule dans un bar… L’endroit idéal pour draguer ?

Pour le psychologues, le désir s’exhale avec la durée. Il s’exacerbe, se fait plus pressant : l’autre se fait désirer, d’où l’idée d’attendre au lieu de se jeter sur une personne. Côté textos, Florence Foresti en connaît un rayon :

Dans l’histoire, Feynman est tout, sauf tendre avec les femmes. Pour excuse, il paraît qu’il en a vu de toutes les couleurs avec elles ; c’eut été sa deuxième passion dans la vie… après la physique.

Il n’empêche que son livre s’est vendu à un demi-million d’exemplaires et a amené une suite intitulée Qu’est-ce que ça peut vous faire ce que les autres pensent ? (Titre original : What Do You Care What Other People Think?: Further Adventures of a Curious Character). Les deux ouvrages sont tirées de conversations avec son ami Ralph Leighton, producteur.

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Richard Feynman, décrié par la profession… peut-être parce qu’il vendait plus ses livres que des livres de physique !

Le titre du premier vient de la réponse d’une femme à l’université de Princeton : après qu’elle demanda à Feynman s’il voulait du lait ou du citron dans son thé, Feyman a répondu les deux (ignorant que le citron ferait cailler le lait). Prix Nobel de physique, il n’en fut pas fier, au point d’y consacrer un livre ! Un livre dédié aux bar topless, comme il les évoque si bien, mais aussi au forçage de coffre-fort, ainsi qu’à l’élaboration de la bombe atomique (rien que ça…) Il faut dire, Feynman faillit se faire voler les plans de la bombe par les soviétiques.

Par coïncidence, Feynman emprunta un jour la voiture du physicien Klaus Fuchs pour rendre visite à sa femme. On découvrit plus tard que Fuchs espionnait pour l’URSS. Une autre fois, il découvrit qu’un capitaine travaillant dans son service avait un coffre-fort massif, plus sûr que tous ceux qu’avaient les scientifiques qui travaillaient sur la bombe, installé dans son bureau…

Côté vie privée, il n’eût que (!) trois femmes, mais un nombre incalculable de maîtresses et d’aventures par ci par là (ce sont ses collègues qui le disent, surtout). Certains argueront qu’il n’y a pas besoin d’être Prix Nobel pour considérer les serveuses comme des salopes ; il n’empêche que Richard Feynman n’a pas la langue dans sa poche. Comme on l’imagine, ses propos lui valurent une certaine aversion de la part de ses collègues. D’un côté, alors qu’il révolutionnait la physique au comptoir avec un bloc-notes, de même qu’Einstein était un habitué des salons de thé, essayons de le comprendre : il avait besoin de se distraire !

A propos de physique quantique, regarder (jusqu’au bout !) ce sketch d’Alexandre Astier et Muriel Bonnet : ils ont leur petite idée de la physique quantique… et des gens qui la pratiquent.

Source : transposé en partie de http://masksoferis.wordpress.com/2009/05/15/on-feynmans-observation-on-maths-physics-sex-and-masturbation/ (amusez-vous à traduire ça de l’anglais, et vous pourrez dire que c’est du n’importe quoi !)

Amour défini sur R+*

A ceux qui voudraient méditer scientifiquement sur l’amour, méditez… niveau filière scientifique :

Quel rapport y a-t-il entre vie de couple et vie de matheux ? La recherche du point G ! (allusion au barycentre, via la page Facebook dédiée aux blagues de S).

La raison pour laquelle la vie est complexe est qu’elle comporte une partie réelle et une partie imaginaire. (allusion aux nombres complexes, auteur inconnu). Mais aussi…

La vie est un mélange racémique, mélange équimolaire d’entités contraires se compensant mutuellement… L’amour et la haine, le bonheur et le malheur, la réussite, l’échec, la douleur, la joie de vivre ! Chacun de ces états d’âme sont l’image l’un de l’autre par un miroir… (allusion à la chiralité, de moi :p)

Réviser le bac S sur des airs de rap…

En ces temps de bac scientifique, quoi de mieux que réviser en chanson ? La physique en musique : initiative lancée par Tendry Rajaonson ; balade scientifique sur des airs de rap…

Au programme : radioactivité, condensateur, pont salin (excellente !), et bien d’autres…

A écouter absolument !

http://soundcloud.com/tendry-rajaonson/

Un cœur artificiel en ferrofluide

Les ferrofluides sont des nanoparticules magnétiques en suspension dans un liquide (voir à ce sujet une œuvre d’art surprenante en ferrofluides : lien). Mais qui eut l’idée d’en faire profiter la médecine ? Des ingénieurs viennent de mettre au point une membrane contractile emplie de ferrofluides…

Leur invention pour le moins ingénieuse – quoi de plus normal pour des ingénieurs ! – se déforme sous l’action d’un champ magnétique, propulsant le sang à travers le circuit artériel.

L’objectif est d’imiter le myocarde (muscle cardiaque) tout en évitant l’implémentation de pièces mécaniques trop encombrantes donc contraignantes (moteur). Les ferrofluides agissent donc comme une véritable pompe… dénuée de moteur, l’énergie venant de l’extérieur, sous forme magnétique !

Source et vidéo : http://www.newscientist.com/blogs/nstv/2012/06/artificial-heart-ferrofluid-blood.html

LiquiGlide : que le ketchup coule, et le ketchup coula

Je vous en parlais il y a peu à propos du caractère rhéofluidifiant du ketchup. Des chercheurs s’y ont intéressé et ils l’ont fait…

Des scientifiques en nanotechnologie du MIT ont inventé le « LiquiGlide » , une substance non toxique qui permet à n’importe quel liquide de couler en douceur à son contact. Le lubrifiant peut être appliqué à toutes sortes d’emballages alimentaires. En voici la démonstration avec une bouteille en verre et du ketchup :

Aucun intérêt, dites-vous ? A l’origine, l’équipe de chercheurs essayait de créer un enduit glissant afin d’aider à se débarrasser facilement de la glace ou de l’huile dans les canalisations, explique le site Physics Central…

Dave Smith, qui a conduit cette étude s’explique sur l’intérêt du produit :

« C’est drôle, tout le monde nous demande: « Pourquoi les bouteilles? Quel est le problème? » Vous devez leur expliquer que le marché des bouteilles, simplement en comptant les sauces, est un marché de 17 milliards de dollars […] Et si toutes ses bouteilles avaient notre enrobage, nous estimons que nous pourrions éviter de gâcher un million de tonnes de nourriture, tous les ans. »

La semaine dernière, LiquiGlide est arrivé en seconde place, sur 215 équipes, au MIT 100.000 $ Entrepreneurship Competition. L’équipe a également remporté le prix du choix du public !

Pourquoi la nuit est noire (véritable raison)

Il serait possible de démontrer que les déesses grecques Héméra et Nyx n’existent pas, car elles sont censées apporter le jour et la nuit indépendamment du soleil, or l’on démontre aisément que le jour et la nuit sont dus au soleil. Élémentaire, mes chers… surtout que le jour et la nuit ne sont pas dus au soleil !

A question simplissime – pourquoi la nuit est noire ? – réponse… pas si évidente. Le soleil s’est couché, l’on vous dira, comme on apprend aux enfants. C’est faux, même si tout le monde y croit ! J’en appelle à cette citation de Descartes : « la pluralité des voix n’est pas une preuve, pour les vérités malaisées à découvrir ».

Imaginez le stade de France éclairé par une lampe torche en pleine nuit : vous ne verrez pas grand-chose ! Mais avec deux lampes torche… ou trois. Un milliard de lampes ! La lumière sera aussi forte que celle des projecteurs. Aussi, le ciel étant rempli d’étoiles, pourquoi la nuit est noire en l’absence de soleil ? Surtout qu’il semble y avoir une infinité d’étoiles : non seulement la nuit ne devrait pas être noire, mais elle devrait être infiniment brillante ! C’est le paradoxe d’Olbers, ou paradoxe du ciel de feu.

Que d’étoiles, et pourtant le ciel est noir !

L’obscurité du ciel nocturne tient principalement à trois raisons…

Première raison

La première, c’est que la vitesse de la lumière n’est pas infinie. En effet, même s’il doit exister une infinité d’étoiles, leur lumière ne nous est pas encore parvenue à cause de la distance ! En astrophysique, on parle d’Univers observable…

Deuxième raison

La seconde raison a attrait aux collants ! Plus ou moins…

Collants plumetis.

Les pois étant comparables à des étoiles sur fond noir cosmique, on peut penser que l’Univers est un plumetis géant. Il n’en est rien : les étoiles ne sont pas organisées de manière homogène dans la voûte céleste comme les pois sur ce plumetis. En se baladant dans le cosmos, on peut tomber sur des dizaines d’étoiles par mois (au centre d’une galaxie), puis ne rien voir pendant des millions d’années (dans l’espace intergalactique) ! Pour les plus curieux, la répartition des étoiles dans l’Univers suivrait le modèle fractal de Fournier d’Albe :

Du nom de son découvreur, le modèle de Fournier d’Albe est un modèle fractal (même structure à toutes les échelles) expliquant l’inhomogénéité lumineuse du ciel.

Certaines zones regorgent d’étoiles, tandis que d’autres sont quasiment vides. C’est notre cas : le Soleil se trouve en périphérie de la Voie Lactée dans le bras d’Orion, et la plus proche étoile est à quatre années-lumière. Et encore, il existerait des étoiles en exil dans l’espace intergalactique, dans des contrées encore plus désolées que la nôtre, donc !

Ne serait-ce qu’en des contrées terrestres reculées, la nuit offre ce spectacle merveilleux : la traînée laiteuse de la Voie Lactée, notre Galaxie !

Par conséquent, si nous nous trouvions au centre de la Galaxie, les « nuits » seraient extrêmement brillantes, même en l’absence de Soleil, du fait de la multitude d’étoiles. La nuit n’existe pas là-bas (nous ne verrions que de magnifiques nébuleuses dans le jour perpétuel). Quant à la troisième des raisons, c’est la moins évidente…

Troisième raison

Ecoutez attentivement les sirènes de police et d’ambulance : lorsqu’un véhicule se rapproche, il semble que le son est plus aigu, tandis que si une ambulance s’éloigne, nous percevons des sons plus graves que ceux émis en réalité par la sirène. C’est l’effet Doppler (le même qu’en médecine, dans l’examen éponyme, basé sur l’effet Doppler des ultrasons échographiques !) : une source sonore en mouvement a l’air davantage aiguë quand elle s’approche, et davantage grave quand elle s’éloigne. Tout vient du fait que l’ambulance est en mouvement (pour le conducteur, le son paraît toujours le même). La lumière se comportant de manière analogue au son, l’effet Doppler se retrouve en astronomie sous l’appellation décalage vers le rouge. Vous n’êtes pas sans savoir que les étoiles bougent, même si l’on ne s’en rend pas compte à l’échelle d’une vie. Certaines étoiles s’éloignent de nous et d’autres se rapprochent. Plus une étoile se rapproche, plus sa lumière semble bleue, plus elle s’éloigne et plus elle semble rouge. Or, la lumière rouge éclaire plus faiblement que la lumière bleue (elle est moins énergétique) ; cela explique que les galaxies lointaines en mouvement sont moins lumineuses que ne le seraient les mêmes galaxies situées à la même distance mais immobiles.

Conclusion

La nuit est noire pour trois raisons : parce que la vitesse de la lumière est finie, parce que les étoiles sont réparties non uniformément dans l’Univers, et parce qu’elles s’éloignent. Le soleil explique bien que le jour soit lumineux, mais son absence n’explique aucunement que la nuit soit noire ! L’absence de Soleil est une condition nécessaire (sine qua non) pour que la nuit soit noire, mais pas suffisante : même s’il se couchait, sans les raisons évoquées, la nuit serait infiniment lumineuse. Tout le monde croit que la nuit est noire parce que le Soleil se couche, mais cette intuition est absolument fausse !

L’expérience est faisable chez soi :

  • Plongez la pièce dans l’obscurité et observez cette première page représentant une répartition isotrope des étoiles dans l’Univers, comme sur un plumetis.
  • Plongez la pièce dans l’obscurité et observez cette seconde page représentant une répartition fractale des étoiles dans l’Univers, selon le modèle de Fournier d’Albe.
Quel est le plus lumineux ?

Pour couronner le tout, j’ai simplifié les choses : l’explication détaillée fait intervenir l’expansion de l’Univers ; d’autre part le rayonnement fossile du Big Bang baigne tout l’Univers, mais dans les infrarouges, et non pas dans la lumière visible ! On trouvera une explication simple ici, ainsi que l’histoire du paradoxe du ciel de feu : http://oncle.dom.pagesperso-orange.fr/astronomie/histoire/ciel_noir/ciel_noir.htm

Voir ici l’explication scientifique du problème : http://www.astrosurf.com/nitschelm/Nuit_noire.html. Sans correction, la brillance du ciel nocturne devrait être de 184 700 fois celle du soleil ! Autant dire qu’une telle luminosité (donc chaleur) n’est pas compatible avec l’apparition de la vie au centre d’une galaxie…

En revanche, une chose est bien vraie : il vaudrait mieux qu’il fasse soleil la nuit, car il n’y en a pas besoin en journée ; il fait assez lumineux…

A visionner : magnifique vidéo en time-lapse de la Voie Lactée, filmée depuis les Etats-Unis : http://vimeo.com/36684976.

Fonctionnement du cyclotron et du spectromètre de masse

Malgré des idées fort contestables, les alchimistes avaient vu juste sur un point : le plomb, ou n’importe quel autre élément, est transmutable en or, moyennant une certaine technologie : le cyclotron.

Bien différent de la pierre philosophale, graal alchimique repris dans Harry Poter, le cyclotron est surtout utilisé pour la recherche en physique et la production de radioisotopes en médecine nucléaire, ainsi que dans la recherche biomédicale où ils servent de traceur. Etant donné le coût qu’engendrerait la production massive d’or artificiel (rendement nul : autant l’extraire dans des mines, cela coûte moins cher et pollue moins l’environnement !), le cyclotron n’a guère d’autres applications que celles citées.

A l’heure actuel, le plus grand cyclotron du monde est situé à la frontière franco-suisse : c’est le LHC, Large Hadron Collider, ou « Grand Colisionneur de Hadrons ». Sa circonférence est de 27 kilomètres !

Il s’agit ici d’aborder son fonctionnement, relativement simple puisqu’il est compréhensible dès la Terminale S, moyennant un surcroît mathématique : les notions (fort simples) de déterminant et produit vectoriel.

Ainsi donc, nous souhaitons accélérer une particule (beaucoup plus qu’une en fait…). Petit problème : étant donnée la taille, il ne suffit pas de lui taper dessus pour lui donner une impulsion ! En revanche, on peut l’accélérer par un champ magnétique, c’est-à-dire par le pouvoir des aimants.

En effet, une particule chargée plongée dans un champ magnétique est soumise à une force, dite de Lorentz. Son expression vectorielle est la suivante :  q\vec {v}  \wedge \vec {B}  = \vec {F}  , où \vec B est le champ (de pseudovecteurs) magnétique, q la charge de la particule, et l’on reconnaît le vecteur-vitesse lui étant associée…

Par conséquent (définition du produit vectoriel), le vecteur-force de Lorentz est orthogonal au champ magnétique (c’est-à-dire à tous les vecteurs poussant dans ce champ !) et au vecteur-vitesse.

Bien entendu, le champ magnétique appliqué ne doit pas être colinéaire au vecteur-vitesse associé à une particule, auquel cas, par définition du produit vectoriel, la force de Lorentz serait nulle. Or, pour  accélérer une particule, il faut une certaine force magnétique !

Les particules baignent dans un demi-cylindre appelé dee (on les y injecte dedans, au moyen d’un canon à électrons, par exemple), où le champ magnétique appliqué est perpendiculaire au plan de la trajectoire. Les coordonnées de ce champ sont :

\begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ B \end{pmatrix}

… à savoir qu’il n’a de composante que selon l’axe habituel \overrightarrow{Oz}.

Puisque le champ magnétique est perpendiculaire au plan de la trajectoire (nous verrons qu’il s’agit d’un cercle/spirale), \vec v_0\,, vecteur-vitesse initiale (associé à une particule), contenu dans ledit plan de la trajectoire, est également orthogonal à \vec B.

Dans un repère judicieusement choisi, la force de Lorentz a pour coordonnées :

q \vec v \wedge \vec B = \begin{pmatrix} qB\dot y  \\ -qB \dot x  \\ 0 \end{pmatrix}

Cela découle des coordonnées du produit vectoriel, s’exprimant à partir du déterminant des deux vecteurs autres que celui dont on cherche les coordonnées (attention à la deuxième coordonnée, laquelle correspond à l’opposé du déterminant) :

$\displaystyle \mathrm{Det}(\vec{u},\vec{v},\vec{w})=<br /><br />
\vec{u}\cdot<br /><br />
(\vec{v}\wedge\vec{w})\;.<br /><br />
$

Retour à la physique ! D’après le principe fondamental de la dynamique projeté sur deux axes (on rappelle que les deux points expriment la dérivée seconde de la position par rapport au temps, soit l’accélération) :

\left\{\begin{matrix} m \ddot x =qB \dot y  \\ m \ddot y = -qB \dot x \end{matrix}\right.

ce qui s’écrit encore :

\left\{\begin{matrix} \ddot x -\omega_0\dot y  =0 \\ \ddot y + \omega_0\dot x=0 \end{matrix}\right.

où \omega_0=\frac{qB}{m} est appelée pulsation-cyclotron.

On introduit alors, de même qu’en électronique (voir Histoire d’impédance), la notation complexe, pour éviter d’avoir affaire à une équation différentielle du second degré (voir ce lien http://www.chimix.com/an10/sup10/min01.html).

Posons \tilde V=\dot x + i\dot y.

On a alors \dot \tilde V + i\omega_0\tilde V=0.

En intégrant :

\tilde V(t) =v_0 e^{-i\omega_0t}=v_0cos(\omega_0t) - v_0isin(\omega_0t)

En revenant à la notation réelle, puis en intégrant eu égard aux conditions initiales, il vient :

\left\{\begin{matrix} \dot x(t) =v_0cos(\omega_0t) \\ \dot y(t) =-v_0sin(\omega_0t)\end{matrix}\right. \left\{\begin{matrix} x(t) =\frac{v_0}{\omega_0}sin(\omega_0t) \\ y(t) =\frac{v_0}{\omega_0}cos(\omega_0t) -\frac{mv_0}{qB}\end{matrix}\right.</p><br />
<p>

Il s’agit de l’équation paramétrique d’un cercle de rayon :

R_c=\frac{mv_0}{\left|qB\right|}

A chaque passage entre les deux demi-disques (dees), la particule est accélérée par le champ électrique, ou plus précisément par une force électrique proportionnelle à sa charge :

\vec{F}_e = q \cdot \vec{E}

Rappelons qu’une particule baignant dans un champ électromagnétique (composé d’un champ électrique, \vec{E}, et magnétique, \vec{B}) est soumise d’une part à la force électrique (premier terme), de l’autre à la force magnétique (de Lorentz, deuxième terme) :

<br /><br />
\boldsymbol{F} = q \boldsymbol{E} + q \boldsymbol{v} \wedge \boldsymbol{B}<br /><br />

D’où la perturbation d’une boussole induite par le passage d’un courant électrique dans un fil (voir l’expérience de Hans Christian Ørsted). Il y a donc couplage entre la force électrique et la force magnétique au sein de la force électromagnétique (ici exprimée algébriquement).

La force magnétique dévie les particules ; la force électrique les dévie. La pulsation-cyclotron correspond d’ailleurs à leur vitesse angulaire…

Le nom de « dees » provient que les demi-disques ont la forme d’un D !

Deux dees forment un cyclotron.

Dans les dees, le vide est (bien entendu !) fait. Si les particules perdent de l’énergie, elles suivent une spirale intérieure. Si l’appareil est capable d’augmenter leur énergie elles suivront une spirale en expansion. Les particules effectuent des cycles, d’où le nom de cyclotron !

Une tension alternative de haute fréquence est appliquée aux électrodes en D, ce qui accélère les particules à chacun de leurs passages de l’une à l’autre.

L’énergie cinétique maximale d’une particule accélérée vaut, d’après la vitesse angulaire :

C’est-à-dire que plus le rayon de la trajectoire (R) est grand, plus la particule acquiert une énergie cinétique importante (cette formule n’étant valable qu’à des vitesses faibles en comparaison de celle la lumière, mais l’énergie cinétique en physique classique n’est autre qu’un développement limité, donc une approximation de l’énergie cinétique relativiste). En pratique, les cyclotrons disposent d’une fenêtre d’éjection permettant de bombarder une cible, par exemple un noyau atomique : cela permet de générer des éléments artificiels superlourds !

A des vitesses proches de celle de la lumière, le cyclotron perd de son efficacité en raison de variations massiques due à la Relativité. Un synchrocylotron prend alors le relais : il est muni d’un champ électrique changeant afin de compenser le gain de masse des particules relativistes. Enfin, le synchroton est un accélérateur géant :

Tronçon du LHC : il est toujours bon de prévoir un extincteur pour une machine théoriquement capable de créer des trous noirs…

Lawrence Ernest Orlando (Prix Nobel de physique 1939) construisit le premier cyclotron expérimental en 1929, mais ce n’est qu’en 1931 que l’appareil fut vraiment opérationnel. Il accéléra des protons d’énergie 13 keV.

Bien sûr, des mastodontes comme le LHC font intervenir d’autres technologies, tels les électroaimants supraconducteur : étant donné l’énergie faramineuse mise en jeu, il s’agit d’éviter l’échauffement des composants induit par l’effet Joule, qui provoquerait un incendie, pour ne pas dire un feu d’artifices. On n’utilise donc pas un simple aimant, mais un aimant supraconducteur : grâce au phénomène de supraconductivité, absence de résistance électrique se produisant à des températures proches du zéro absolu, on évite le pire… Le principe de base reste cependant le même !

Spectromètrie de masse

Le spectromètre de masse, appareil permettant de déterminer la composition d’un échantillon de manière bien plus fine que l’analyse chimique, est basé sur le même principe : dévier une particule. Le spectromètre de masse comporte toutefois un système d’ionisation : la force de Lorentz ne s’applique qu’aux particules chargées, donc il faut « charger » les atomes pour les séparer, donc les différencier !

L’ion créé (c’est le plus simple, il suffit de soumettre la matière à des rayonnements ionisants) est éjecté dans un milieu ou règne un champ magnétique uniforme. Le spectromètre mesure les distances d’impact lorsque la particule ionisée a effectué un demi-cercle. La distance au point d’origine correspond au diamètre, c’est-à-dire au double du rayon… donné par la fomule :

R_c=\frac{mv_0}{\left|qB\right|}

Connaissant le rayon, l’intensité du champ magnétique appliqué, la vitesse d’une particule en entrée, et la charge de la particule, sa masse s’en déduit ! Et connaissant la masse, le tableau périodique donne la nature de l’élément chimique….

Quand bien-même la chimie ne serait pas assez puissante, voilà comment la composition du Coca-Cola, de la Bénédictine, ou encore de la liqueur chartreuse ne peuvent plus rester secrètes ! D’autant que les applications du spectromètre son innombrables : de la géologie, à la paléontologie, en passant par la biologie, le spectromètre détecte d’infimes quantités de matière, là où les réactifs parviendraient difficilement à rentrer dans une micropipette… Mais surtout, il s’agit d’une méthode d’analyse non destructive : dans le cas d’un échantillon microscopique, un test chimique risquerait d’éliminer un composant intéressant par réaction !

Un logiciel réalisé par l’Académie de Nantes permet de simuler un cyclotron : http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/1170758584968/0/fiche___ressourcepedagogique/%26RH%3D1161013006328

Ferrofluides valseurs

Les ferrofluides, suspensions colloïdales de particules ferromagnétiques (« aimant liquide »), sont d’une beauté étonnante lorsque leurs mouvements sont mis en musique par Sachiko Kodama :

Cette prouesse est rendue possible grâce à l’application de champs magnétiques bien particuliers, comme on s’en doute. Plus de détails sur ces sculptures : http://www.kodama.hc.uec.ac.jp/spiral/

Geyser Mentos-Coca : brève explication

Le spectaculaire geyser provoqué par l’introduction d’un bonbon Mentos dans une bouteille de Coca est devenu célèbre. Explication…

Le geyser peut atteindre un mètre.

Ce phénomène se produit, dans une moindre mesure, avec toutes les boissons gazeuses : il s’agit simplement d’un relargage entre le sucre et le  CO2, c’est-à-dire que le sucre prend la place du  COdissous qui, lui, passe en phase gazeuse provoquant des bulles. D’autre part, la gomme arabique contenue dans le Menthos réduit la tension superficielle du soda (voir danger dans le micro-ondes), permettant au  COde s’échapper plus facilement.

On le sait fort bien : il ne faut pas agiter une boisson gazeuse avant ouverture, auquel cas elle mousse  : le  COs’échappe de la phase aqueuse dans lequel il reposait bien gentiment…. D’ailleurs, à chaque ouverture, même sans secouer, cela fait « pschitt » : il y a beaucoup de gaz à l’intérieur !

Enfin, les aspérités du Menthos permettent la nucléation de la phase gazeuse. Le CO2, dissous sous forme d’acide carbonique (H2CO3) profite des irrégularités de la surface du Menthos pour se transformer en gaz : les pores et fissures du bonbon sont en effet des microterritoires dépourvus d’eau (elle ne pénètre pas directement à l’intérieur), ce qui permet à l’acide carbonique de s’y loger et lui offre un cocon pour se transformer en CO2. Et le COqui s’échappe d’une boisson gazeuse l’est avec la même pression que le liquide jaillissant d’une bouteille de champagne sacrifiée un jour de fête…

C’est la même chose que sur le podium ! En fait, la boisson est dans un équilibre dit métastable : son apparente stabilité ne tient qu’à un fil ; le gaz dissous, formant des bulles, ne demande qu’à jaillir à la moindre agitation…

Le Menthos a le même effet que l’agitation, et sa rugosité est primordiale : trop lisse ou imprégné d’eau (parce que déjà sucé), il ne se passe rien !

Côté relargage, le geyser est plus beau avec du Coca light, ou sans sucre ; côté nucléation, le fait de sucer un bonbon comble les aspérités en dissolvant le sucre, notamment, mais aussi en le faisant rouler sur la langue (polissage).

Le phénomène de nucléation, ou germination relève à l’origine de la cristallographie : en certains endroits privilégiés, les cristaux se déposent (1, puis 2, puis 3…), et s’agrègent rapidement. Par la suite, le terme devint plus vaste : il désigne la formation d’un certain germe, par exemple au sein du Coca les rugosités du Menthos sont le siège d’un changement d’état (passage de l’acide carbonique en solution au COgazeux). En chimie, cela explique l’ajout de pierre ponce lorsqu’on porte un mélange à ébullition (en particulier lors d’une hydrodistillation) : cela permet à l’ébullition de démarrer effectivement, en évitant la surchauffe et l’explosion par métastabilité (voir danger dans le micro-ondes consacré à la surfusion) : il faut créer des sites de nucléation de la vapeur.

Aussi il ne faut pas mettre un soda au congélateur, au risque qu’il explose ! La solubilité du COdécroît en effet avec la température : l’acide carbonique a tendance à passer sous forme gazeuse, et boom, car la bouteille n’est pas assez extensible !

Pour aller plus loin

Il ne s’agit pas d’un produit de solubilité à proprement parler (puisqu’il n’est pas question d’ions), mais bel et bien de la constante d’équilibre associée à la réaction :

CO2 (aq) + H2O(l) \begin{smallmatrix}\rightleftharpoons\end{smallmatrix} H2CO3 (aq)

La constante d’équilibre, pouvant bien sûr être exprimée en fonction de la pression en COvaut 1,70×10-3 à 25 °C et diminue lorsque la température fait de même : à mesure que la température baisse, la réaction est déplacée dans le sens indirect : il se forme davantage de CO2. Puisqu’un abaissement de la température favorise la production de CO(et d’eau), donc défavorise la production de H2CO3 (c’est bien le sens direct qui nous intéresse, puisque c’est celui correspondant à la constante d’équilibre), alors une augmentation de la température favorise la production de H2CO: on en déduit, via le principe de Le Châtelier que cette réaction est endothermique, tendant à modérer la variation de température induite.

L’acide carbonique n’est que modérément stable et se décompose facilement en H2O et CO(le même phénomène se produit en nous dans le cadre de l’équilibre acido-basique sanguin, tamponné par le bicarbonate, voir cet article).

A noter que le Coca Cola Blak contient du polydiméthylsiloxane (E900), un agent antimoussant contrecarrant le phénomène !

Nounours en bonbon se transforme en bombe

Avertissement : les nounours en bonbon ne sont pas conçus à des fins terroristes. Je décline toute responsabilité si vous faites exploser votre appartement en mélangeant ces monstres de gélatine à quelque produit que ce soit !

Chimie d’une confiserie

Dans le genre farfelu à l’extrême, les nounours en bonbon dans une éprouvette rivalisent avec le geyser de Coca-Cola ! Que de misères pour ceux qui s’appellent originellement Ours d’Or (Goldbär en allemand)…

Les Ours d’Or ont été inventés en 1922 par le fondateur d’Haribo, Hans Riegel. Ils s’appelaient Ours Dansant (aux fruits), puis Ours Noir (à la réglisse) avant d’acquérir leur identité présente en 1967.

Pour peu que l’on dépose un nounours en gélatine dans une solution de chlorate de potassium, se produisent des effets lumineux et un dégagement gazeux à faire pâlir Doc de Retour vers le futur qui met pourtant en route le convecteur spatio-temporel de sa DeLorean !

A se demander quel est le pire : enflammer d’innocents nounours en gélatine, ou faire exploser d’adorables oursons à la guimauve sous une cloche à vide ? Et pour cause : l’air emprisonné dans l’ourson cherche à sortir ! Dans la même veine, des nounours prêtent leur (petit) corps à la science :  ça mousse…

http://www.dailymotion.com/video/xh6sxt_l-apprenti-chimiste-des-nounours-qui-font-mousse_tech

Moralité : ne pas laisser traîner des oursons trop près d’un scientifique, les blouses blanches appréciant leur faire subir toutes sortes de tests ! Et encore, on pourrait les écarteler pour tester leur résistance à l’étirement, les liquéfier pour tester leur point de fusion, les vaporiser pour tester leur point d’ébullition ! Certains les noient, alors…

La Passion des nounours en bonbon

Ils font leurs prières sur la croix, tout du moins sous l’eau vous pensez ? Ne croyez pas tout ce que vous voyez ! Ce nounours immergé se porte à merveille : de même que certaines pailles ne sont pas cassées dans l’eau en raison de la réfraction de la lumière, ce nounours donne l’illusion de se dissoudre : les bulles s’agrégeant autour de lui (à cause des forces de tension superficielle !) le floutent. En le retirant de l’eau, il est intact ! Son volume a même doublé : il est bien sûr gonflé d’eau.

Etant donné la dilution (une même quantité de matière dans un volume double !), le nounours perd son goût, mais reste comestible…

Confectionné avec de la gélatine, il n’y a rien de surprenant à ce qu’il gonfle : la gélatine absorbe l’eau, c’est pourquoi elle permet de faire des gelées… Elle est d’ailleurs issue du tissu conjonctif du porc (ou d’autres animaux), riche en collagène, protéoglycanes (assemblage d’une protéine et de glycoaminoglycanes), mais surtout en eau. Rassurez-vous, le collagène est hydrolysé (« cassé ») ! Théoriquement, il pourrait même y avoir des résidus d’acide hyaluronique, dont l’industrie cosmétique vante les mérites anti-rides. Je doute cependant que des liftings aux nounours soient possibles… C’est vrai : l’acide hyaluronique fixe l’eau, mais étant donné le traitement chimique des restes de porc au produit fini (le nounours !), je doute qu’il en reste un chouilla… J’en appelle aux experts en nounours en bonbon pour nous renseigner sur le sujet !

L’acide hyaluronique est connu en médecine pour sa rétention d’eau ; la hyaluronidase est une enzyme que contiennent notamment les staphylocoques : elle hydrolyse l’acide hyaluronique (libère l’eau de cette éponge), fluidifiant ainsi le tissu conjonctif pour que le microbe pullule à volonté…

Mais ce nounours gonfle en raison de la pression osmotique : toute substance a tendance à diffuser en solution (selon la loi de Fick). Il se trouve que la gélatine agit comme une membrane semi-perméable : elle ne laisse passer que l’eau, et (presque) pas les bonnes choses à l’intérieur du nounours (c’est-à-dire le sucre !). Il y a donc impossibilité d’égaliser les concentrations en sucre (principalement) entre l’intérieur et l’extérieur du nounours ; c’est pourquoi l’eau entre dans le nounours afin d’abaisser la concentration en sucre. Forcément, la concentration est le rapport d’une quantité de matière à un volume ; il n’y a pas 36 solutions : ou la quantité de sucre diminue à l’intérieur du nounours (ça n’est pas possible !) ou le volume (au dénominateur !) augmente, et cela se répercute sur la concentration : elle baisse… Pas folle la guêpe !

Honte à ceux qui voudraient utiliser nos amis colorés comme polymère superabsorbant : le nounours ne gonfle pas indéfiniment, pour la bonne raison que l’eau a une certaine osmolarité à cause des sels minéraux (ions) qu’elle contient ! Dit autrement, elle exerce également une pression osmotique sur le nounours, le forçant à calmer ses ardeurs… Une fois que Monsieur a doublé de volume, un équilibre s’installe.

Explication scientifique

Passionnants nounours ! Revenons-en à nos moutons : comment diable un nounours en bonbon peut-il dégager autant de lumière et servir de fumigène ? Par la puissance de la chimie !

Anatomie d’un nounours en bonbon : êtres de chair et de sang vs êtres de sucre et de gélatine !

Le chlorate de potassium (KClO3) est un oxydant puissant, c’est-à-dire qu’il est à-même à capter des électrons.

Ceci n’est pas de l’héroïne, mais du chlorate de potassium…

Le chlorate de potassium, à ne pas confondre avec le chlorure, est utilisé pour les explosifs et feux d’artifices, justement ! Le perchlorate de potassium (KClO4), un dérivé, est même utilisé comme combustible (propergol) pour le lancement des fusées et missiles intercontinentaux : autant dire qu’il recèle pas mal d’énergie !

Sous l’effet de la chaleur, le composé qui nous intéresse se décompose ainsi :

2 KClO3(s) → 3 O2(g) + 2 KCl(s)

Cette réaction très exoénergétique produit donc du dioxygène, ainsi que des particules de chlorure de potassium.

Comme son cousin perchlorate, le chlorate de potassium transfère exothermiquement ses atomes d’oxygène aux matières combustibles… tels les sucres (glucose et saccharose) présents dans le nounours !

En présence de dioxygène, les sucres que renferme le nounours sont oxydés. Pour être initiée, la réaction ci-dessous (avec le saccharose) nécessite toutefois une certaine énergie d’activation, fournie par la décomposition du chlorate de potassium.

C12H22O11(s) + 12 O2(g) → 12 CO2(g) + 11 H2O(l)

Cette réaction libère de l’énergie, contenue dans les liaisons chimiques entre atomes. Le saccharose est un diholoside, formé d’une molécule de glucose et d’une molécule de fructose reliées par une liaison osidique, mais les liaisons internes du glucose sont les plus riches en énergie.

La molécule de saccharose, composée d’atomes de carbone (en noir), d’hydrogène (en blanc), et d’oxygène (en rouge) est riche en énergie.

De plus, la gélatine est constituée de longues molécules qui se lient entre elles à la manière d’un filet, en formant des alvéoles : le gaz s’accumule dans ces « poches », ce qui pérennise la réaction.

Optimisation du mélange inflammable

La réaction entre chocolat et acide sulfurique n’est pas moins étrange : voir comment vaincre l’acide sulfurique avec du chocolat. Par conséquent, on peut ajouter une cuillerée d’acide sulfurique au mélange réactionnel, afin que cela détonne avec le sucre du nounours !

De la fumée verdâtre ?

Pour une toxicité maximale, les vapeurs que dégagent notre nounours ne perdraient rien à être agrémentées de bertholite, gaz de combat utilisé durant la Première Guerre Mondiale et qui n’est autre que du dichlore.

Avertissement, donc : si l’on tient à la vie, il vaut mieux ne pas mélanger acide chlorhydrique et permanganate de potassium : les ions chlorure de cet acide ont la fâcheuse tendance d’être oxydés en dichlore, gaz extrêmement toxique. Pour la même raison, le mélange jus de citron ou vinaigre ou décapant + eau de Javel est fortement déconseillé !

Ainsi, en plus du chlorate et du permanganate de potassium, dans le cas où un nounours kamikaze baignerait dans l’acide chlorhydrique, il se transformerait en fumigène lumineux dégageant un gaz mortel…

Retardateur

Pour créer un (giga !) nounours en bonbon à inflammation différée, il suffit de s’inspirer d’un des procédés d’amorçage d’une bombe atomique, en élaborant au moyen de ressorts et d’un réveil un système type Gun, tel qu’utilisé dans l’ogive Little Boy larguée sur Hiroshima :

La technique du pistolet consiste à projeter un bloc de matière fissile contre un autre afin de concentrer la masse critique nécessaire à l’explosion.

Bien entendu, notre frimousse en gélatine ne peut pas faire office d’uranium (à moins d’avoir accès à un cyclotron, et il faudrait dévaliser une usine Haribo pour obtenir suffisamment de combustible nucléaire…)

Cela dit, le nounours fait office de projectile ! Par un ingénieux système à implémenter dans une bombe artisanale, il s’agit de le mettre en contact avec le chlorate de potassium pour déclencher la réaction.

Imaginez la tête des autorités devant un forcené d’un genre nouveau… Ah, confectionner une mitraillette à nounours en bonbon et s’enfermer dans une pièce avec une bouteille de chlorate de potassium !

Trop calorique, dites-vous ?

Quant on voit ce que donne la rupture des liaisons moléculaires d’un nounours de rien du tout, on comprend mieux pourquoi la désintégration atomique génère une énergie phénoménale !

En vertu de la formule E=mc2, si, à l’instar de Doc (toujours et encore !) équipant sa DeLorean d’un générateur nucléaire à fusion froide, un nounours en bonbon de quelques grammes pouvait être transformé intégralement en énergie, il générerait aux alentours d’un demi pétajoule (5*1014 J). Cela correspond à l’énergie produite par une centrale nucléaire en un mois et demi environ ! Comparé à la consommation énergétique mondiale, 3*1020 J par an, un seul nounours en bonbon recèle assez d’énergie pour pourvoir aux besoins de l’humanité durant une demi-minute ! C’est énorme ; et cela vaut bien sûr pour n’importe quoi, y compris la poussière…

En nous, le même nounours fournit 160 kJ (35 calories), c’est-à-dire que le rendement chimique de notre métabolisme est trois milliards de fois inférieur au rendement nucléaire théorique !

Glucose et saccharose sont des glucides… Les glucides, ça contient de l’énergie !

Tenez-vous bien… La réaction se produisant en tube à essai est la même que celle qui nous maintient en vie (à ceci près qu’en nous elle est initiée autrement que par le chlorate de potassium) ! En ce moment, des millions de molécules de glucose sont oxydées dans nos cellules (plus précisément dans les mitochondries). L’oxydation complète du glucose en dioxyde de carbone et eau porte le nom de respiration cellulaire. Passant par la glycolyse et le cycle de Krebs, la dégradation du glucose nous maintient à 37° C, été… comme hiver (lorsqu’il fait -10 dehors !).

Et si nous n’avons guère besoin de chlorate de potassium pour détoner, carburer, ou avoir la pêche, c’est en raison d’enzymes, biocatalyseurs qui abaissent l’énergie d’activation des réactions biochimiques.

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Une enzyme facilite grandement une réaction chimique en abaissant le seuil énergétique d’activation.

Pour aller plus loin

Lors d’un malaise hypoglycémique, rien de tel que de donner un sucre pour récupérer de l’énergie ! D’accord, si : appeler les secours pour qu’ils procèdent à une injection de glucagon, hormone hyperglycémiante, ou administrent du glucose en intraveineuse, mais là n’est pas la question…  En nous, tout sucre ingéré est transformé en glucose afin de produire de l’énergie. Or le saccharose en contient, c’est pourquoi, lors d’un malaise hypoglycémique, il est bon de donner du sucre (au sens commun du terme), plutôt qu’autre chose : le pain, par exemple, contient de l’amidon, polymère (amas) de glucose, mais sa transformation en glucose véritable nécessite la production de salive, en raison d’une enzyme, l’amylase, qu’elle contient. Le saccharose est bien plus rapidement métabolisé en glucose, et il passe, dissout, directement dans le sang par la voie sublinguale. L’amidon, lui, est plus long à dissoudre : il faut en moyenne deux à trois minutes à la salive pour le transformer en glucose, ce qui correspond justement aux réserves sanguines d’oxygène : la victime a le temps de mourir ! Fort heureusement, il existe des mécanismes alternatifs de production d’énergie, appelés cétogenèse et néoglucogenèse, et qui consistent respectivement en l’utilisation des acides gras et des protéines pour fournir de l’énergie. Ce sont surtout des voies biochimiques d’appoint, mais elles laissent le temps aux secouristes d’arriver avec du glucose, car en définitive il est le combustible phare de notre corps. Et par « phare », il permet vraiment de nous illuminer dans l’infrarouge, c’est-à-dire de nous rendre chaud !

Lavoisier le disait : « la vie est une combustion lente ». Et le dioxygène un comburant ! A noter qu’en pratique tout n’est pas si simple : en général, lorsqu’on tombe dans le coma, le corps a déjà puisé dans ses réserves protéiques et graisseuses…

Dans les faits, l’oxydation du glucose passe par sa transformation en pyruvate (glycolyse), puis en acétyl-coenzyme A et est couplée, grâce au cycle de Krebs, à la phosphorylation, au sein de la matrice mitochondriale, de l’ADP (adénosine diphosphate) en ATP (adénosine triphosphate), véritable nourriture de toutes les cellules, de quelque organisme vivant que ce soit !

L’urée composant l’urine provient, elle, de la combustion des protéines…

Ces réactions-là, abominablement complexes, vont de paire avec la voie des pentoses phosphates, la béta-oxydation, la voie d’Entner-Dooudoroff chez les bactéries, et sont détoxifiées en outre par le système glyoxalase. Elles ne font pas que libérer de l’énergie à « l’état brut »: elles permettent de la stocker provisoirement (dans les liaisons phosphate de l’ATP) ! D’aucuns ne diront qu’il s’agit d’éviter la combustion spontanée ; mais ce phénomène n’a jamais été prouvé scientifiquement… Il s’agit surtout d’utiliser l’énergie avec parcimonie, selon les besoins, d’autant que le rendement du métabolisme est faible : la plus grande partie de l’énergie libérée par la combustion du glucose (80 %) est convertie en chaleur ; or en été aux tropiques, l’essentiel n’est pas de se chauffer à 37 quand il fait 40 dehors, mais de rendre l’énergie disponible pour la machinerie cellulaire (maintien du potentiel électrochimique de membrane, réplication cellulaire, synthèse de protéines, battements cardiaques…). Bref : construire un hamac, chercher son prochain partenaire sexuel sur la plage demandent de l’énergie, sous forme autre qu’une effusion de chaleur…

Douceurs du farniente…

L’enjeu de stocker chimiquement l’énergie et non de la dissiper aussitôt sous forme calorique ou lumineuse est crucial ! Vital même…

Qu’il s’agisse de cligner des yeux, siroter un cocktail, abaisser ses lunettes de soleil, courir jusque dans l’eau, adresser la parole, ou maintenir une érection, cela demande de l’énergie mécanique (une certaine activité est encore plus gourmande en énergie…) ; quant à penser à la soirée qui s’annonce à la discothèque ou sous les palmiers, cela demande de l’énergie électrique entre neurones. D’autant que les organes (cerveau, poumons, reins, foie, cœur, rate, estomac, intestins) fonctionnent en permanence ! Dieu soit loué, notre corps gère l’énergie et est pourvu d’un système sophistiqué de thermorégulation (hypothalamus) afin de ne pas finir en chair à pâté comme le malheureux nounours dès que les conditions s’y prêtent…

La combustion du nounours et notre métabolisme fonctionnent sur le même principe, seulement l’expérience du nounours est comparable à une bombe atomique, tandis que nous serions une centrale nucléaire : tout est sous contrôle (sauf accident = fièvre !), les enzymes, récepteurs et hormones jouant le rôle de l’eau lourde (modérateur de neutrons), des capteurs et des ordinateurs.

Pour la petite histoire, lors de la photosynthèse les végétaux font exactement l’inverse (cycle de Calvin) : ils produisent du glucose à partir du dioxyde de carbone et de l’eau. Cela se passe au sein des thylakoïdes, mais aussi du stroma : nous sommes bel et bien dans les chloroplastes, et non les mitochondries !

Emission lumineuse

En étant attentif, on remarque que la lumière émise dans l’expérience a une couleur violette/fuschia, voire rosâtre : ce n’est pas dû aux colorants contenus dans le nounours, mais au potassium. Pas étonnant quand on a déjà manipulé du permanganate de potassium !

A propos de permanganate de potassium…

J’ai toujours su qu’on pouvait faire plein de choses avec du permanganate de potassium, à commencer par désinfecter les plaies (eh oui, le Dakin en contient…)…

Durant mes études secondaires, je me demandais pourquoi nous n’utilisions pas le fameux dichromate de potassium en TP, alors qu’on le rencontre souvent dans les exercices (il est même l’objet d’un sujet de bac sur l’éthylotest). D’après ce que j’ai pu lire, plus cancérigène, on ne fait pas (si, le mercure peut-être…) ! Toujours est-il que ce n’est jamais très bon les oxydants (lire mon article sur les bienfaits des antioxydants)…

Dichromate de potassium

Vous voulez mourir à petit feu ? Sniffez donc du dichromate de potassium (K2Cr2O7) !

NB : je ne suis aucunement responsable de l’usage que vous pouvez faire de ce produit ! Il ne tient qu’à vous d’offrir une omelette épicée en le faisant passer pour du curcuma auprès de vos beaux-parents agaçants…

Où en étions-nous ? Plus nocif que le dichromate de potassium on ne fait pas (ou presque…) ! Mais fait-on plus inflammable que le permanganate de potassium ?

Cristaux de permanganate de potassium : pas très bon à sniffer non plus…

L’oxydation du glycérol (C3H5(OH)3) par le permanganate de potassium (KMnO4) est très exothermique ; on s’en sert d’ailleurs dans les kits de survie pour enflammer les fusées de détresse !

3 C3H5(OH)3 (l) + 14 KMnO4(s) → 14 MnO2(s) + 14 KOH + 9 CO2(g) + 5 H2O

La demi-équation associée à la réduction des ions permanganate étant :

MnO4– (aq) + 4 H+ + 3 e = MnO2(s) + 2 H2O (l)

En réalité, bien d’autres composés se forment (en quantité infime) par réaction avec l’air, tel le trioxyde de dimanganèse,  Mn2O:

Poudre de trioxyde de dimanganèse.

ou encore le dioxyde de manganèse (MnO2, poudre semblable), mais aussi l’oxyde de potassium (K2O), le peroxyde de potassium (K2O2), et le dioxyde de potassium (KO2). Bien entendu, ces composés sont éphémères : par exemple, le peroxyde de potassium réagit aussitôt formé avec la vapeur d’eau contenue dans l’air pour former de l’hydroxyde de potassium (potasse) et du dioxygène !

2 K2O2 + 2 H2O → 4 KOH + O2

La potasse, à son tour, réagit avec le dioxyde de carbone de l’air (ou celui formé !) pour former le carbonate de potassium (K2CO3) :

2 KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

Poudre de carbonate de potassium.

Il s’ensuit une réaction avec le dioxyde de carbone formant du bicarbonate de potassium (au-delà de 100° C la réaction a lieu à l’envers) :

K2CO3 + CO2 + H2O → 2 KHCO3

Ce n’est pas du parmesan mais du bicarbonate de potassium ; ceci dit c’est le seul seul produit à ne pas être dangereux !

Et le dioxyde de potassium de réagir pour former le carbonate de potassium…

4 KO2 + 2 CO2 → 2 K2CO3 + 3 O2

Et qui a dit que toutes les poudres blanches se ressemblaient ? Le bicarbonate de potassium est un additif alimentaire, tandis que je ne m’hasarderais point à goûter au carbonate de potassium, irritant !

Toujours est-il que ette réaction n’est pas vraiment ce qu’on appelle une oxydation ménagée !

Formule développée du glycérol. Admirez ces trois jolies fonctions alcool !

Les hommes qui cherchent un moyen époustouflant de rayonner devant une fille (façon de parler), ou l’inverse d’ailleurs, peuvent démontrer leurs talents de pyromane (à des lieues de toute terre habitée, de préférence !)…

A noter que la réaction glycérol/permanganate de potassium fait durer le suspense : elle est lente au début, puis s’emballe ! Cela s’apparente à une réaction en chaîne ; preuve qu’il ne faut pas mélanger n’importe quoi, au risque d’être surpris…

Glycérine + permanganate de potassium : une aurore polaire miniature (ou une coulée de lave) !

Tiens-donc… La couleur des flammes tend vers le violet !

Voilà pourquoi le chlorate de potassium (pour rappel, le produit infligeant un supplice aux nounours) est utilisée en pyrotechnie : la combustion du potassium génère des flammes violettes ! En chimie, c’est le principe du test de flamme : on chauffe un échantillon d’un sel au bec Bunsen, et la couleur de flamme atteste de la présence de certains ions métalliques. C’est même le principe plus général de la spectroscopie, qui, selon les raies détectées, permet de connaître la composition d’une étoile (par exemple), ou bien selon l’absorption de la lumière blanche la teneur d’une solution en un certain élément (spectrophotométrie) ! Pour en savoir plus, je vous renvoie vers un article sur les raies de Fraunhofer, et vers un autre sur la physique quantique, qui est à l’origine de ces émissions colorées ; du moins elle explique le phénomène !

D’après le cercle chromatique, il y a complémentarité entre l’absorption et l’émission : une solution de permanganate de potassium, violette, absorbe le jaune-vert.

La couleur des feux d’artifice s’explique par la physique quantique

En bref, lorsqu’un atome ou une molécule excité (par la chaleur en l’occurrence) revient à son état fondamental (« froid »), il émet une lumière bien précise, dont l’énergie (et par conséquent la longueur d’onde – il y a proportionnalité) correspond à la différence entre les niveaux d’énergie propres à un atome. C’est ce qu’on appelle la transition électronique : quand on fournit une certaine énergie à un atome, celui-ci l’absorbe ; il est dit excité (dans un état énergétique supérieur à l’ordinaire). Avec le temps, le refroidissement : l’atome se désexcite, ses électrons cessent alors (presque !) d’aller dans tous les sens : l’atome se débarrasse du trop-plein d’énergie en émettant un rayonnement caractéristique : c’est le spectre d’émission.

Un atome peut également absorber de l’énergie, mais seulement certaines énergies (certaines longueurs d’onde). La différence entre « toutes » les énergies et les énergies absorbées constitue le spectre d’absorption, complémentaire au spectre d’émission. Figure sur un spectre d’absorption tout ce qu’un atome n’émet pas, ces longueurs d’ondes-ci étant ôtées à la lumière blanche (polychromatique), donc non captées à la sortie !

En première approximation, un atome (système solaire miniature) se compose d’un noyau autour duquel gravitent des électrons sur des orbites définies, appelées orbitales, et numérotées par un nombre quantique principal (n). Sous l’effet de la chaleur, les électrons chahutent : ils changent d’orbitale, émettant alors un photon (particule de lumière) qui dépend de la nature de l’atome, et du « saut énergétique » : un électron passant du niveau 3 au niveau 1 émet un rayonnement plus énergétique, donc une longueur d’onde plus faible que du niveau 3 au niveau 2. Au fur et à mesure qu’on chauffe, les sauts énergétiques sont de plus en plus impressionnants ; et, d’après ce qu’on vient dire (longueur d’onde allant en décroissant), la lumière émise tend vers le violet (jusqu’à émettre des rayons ultraviolets si la température augmente encore…)

En passant du niveau 2 au niveau 1 (on se croirait dans un jeu !), c’est-à-dire de la couche L à la couche K (les niveaux ont un petit nom), cet électron émet un rayonnement.

A noter qu’un atome émettant de la lumière perd de l’énergie : il compense ainsi (plus ou moins) la hausse d’énergie qu’on lui inflige en le chauffant ! Or tout cela figure des raies, pics d’émission/absorption d’une certaine lumière plutôt qu’un autre.

Pour un même élément chimique, les raies d’émission et d’absorption correspondent aux mêmes longueurs d’ondes, c’est-à-dire aux mêmes lumières…

Chauffé à une certaine température, le potassium émet dans le violet (entre 380 et 435 nanomètres), plus précisément à 404,7 et 404,4 nanomètres : c’est juste assez pour le voir, nos yeux percevant la lumière jusqu’à 400 nanomètres environ.

File:Potassium Spectrum.jpg

Spectre d’absorption du potassium : ne figurent pas les radiations monochromatiques qu’il émet !

Tout ça pour un nounours en bonbon…

Je n’ose imaginer la réaction entre un paquet entier de nounours et le chlorate de potassium : un vrai feu d’artifice !

Cela dit, en comparaison du nounours géant ! Précaution : avant de le plonger dans une solution de chlorate de potassium, réquisitionner une caserne de pompier ou un Canadair…

Il pèse 2 kilos, mesure 22 centimètres et représente l’équivalent de 1 400 ours normaux, pour seulement 12 600 calories !

Ecœurant, dites-vous ? Regardez donc la publicité, made in America, of course !

Et que penser de ce ver en gélatine ?

Pour finir, je ne peux passer sous silence la professeure de sciences physiques que tout le monde rêverait d’avoir… Munis d’une blouse et de lunettes de protection (sécurité oblige !), une expérience est effectuée par des écoliers à l’aide d’une pompe à vide. Le but de cette expérience ? Séparer un Whippet (confiserie, au demeurant compagnonne d’infortune des nounours !) en ses trois composantes : la coquille en chocolat, la guimauve et la base en biscuit. C’est sûr : ils ont 20/20 !

Eh oui : la maltraitance de confiseries est un phénomène qui prend de l’ampleur… Si jamais le grand Hervé This, chercheur à l’INRA et inventeur (avec feu Nicholas Kurti) de la gastronomie moléculaire passait par là, je suis sûr que la chimie des confiseries l’intéresserait (à ma connaissance, il n’a encore rien fait (subir ?) sur/à ces friandises).

Hervé This est ce que certains appelleraient un savant fou : entre deux équations, il martyrise des œufs, des steacks, des épinards…

Hervé This en pleine démonstration scientifique.

Ne vous y méprenez-pas : cet homme de génie est le seul physico-chimiste du monde à porter une blouse… pouvant être assortie d’une toque !

Il me semble d’ailleurs qu’il n’a jamais mis le feu au moindre laboratoire de gastronomie moléculaire, mais il faudrait lui demander pour s’en assurer !

Le chou fut l’un des premiers indicateurs colorés de pH ; mais là, j’ingore ce qu’il mijote, lui qui aime tant faire mijoter les aliments en les bardant de capteurs…

Adieu aux casseroles, bienvenue aux pipettes, erlenmeyers, et montage à reflux !

Mademoiselle Patate prête son corps à la science…

Une noix de beurre ?

Hervé This, cordon bleu parmi les scientifiques, seul homme dont le laboratoire de chimie comprenne une poêle, une casserole, un écumoire, une planche, et une spatule !

A l’instar de la chimie, les plats fument, moussent, font pschitt… Espérons qu’il y ait plus à manger que cet élégant monticule de glace !

Parodie de la gastronomie moléculaire.

De la cuisine à la science vs de la science à la cuisine…

Dans la même veine que ce que nous venons de voir, Hervé This est l’auteur des Secrets de la casserole, de la La science aux fourneaux, du Cours de gastronomie moléculaire, ainsi que d’une dizaine d’autres livres passionnants. Il publie également dans le mensuel Pour la science et donne des cours gratuits à Agro ParisTech (qu’on trouvera également en ligne, moyennant un niveau universitaire en physique/chimie). Voir également les podcasts : http://podcast.agroparistech.fr/users/gastronomiemoleculaire/.

Et détrompez-vous : la gastronomie moléculaire est une science désormais (presque !) reconnue, fondée sur la thermodynamique, la chimie quantique, la biochimie, et ne sais-je quoi d’autre ! Elle gagnerait à être enseignée à l’école pour jouir d’une certaine notoriété, car la discipline est encore assez peu connue du grand public.

Le mot d’ordre d’Hervé This ? « Le mot « gastronomie » ne désigne pas la cuisine pour nantis, comme on le croit souvent, mais la science qui s’intéresse à la cuisine »

NB :

– Aucun nounours en bonbon n’a été martyrisé durant la rédaction.

– Les services secrets qui décortiqueront cet article ont un nouvel ennemi : le nounours en bonbon. Et quel ennemi : sponsorisé par l’amicale des dentistes, ce guérilléro en culotte courte sévit dès la cour d’école maternelle 😀