Vendredi 27 septembre 2019 à 0:00

Ecologie, Changement climatique

          Je voudrais refaire quelques articles sur le changement climatique.
         
Ce que j’ai dit jusqu’à présent sur le réchauffement climatique et les intervenants dans le climat est assez théorique et on souhaiterait des données sur ce qui nous attends dans les années futures. Mais ce n’est pas facile car d’une part les modèles mathématiques que nous avons ne sont pas parfaits, que les phénomènes sont très complexes et que les répercussions seront différentes selon les endroits.

           De plus on ne sait pas quelles quantités de gaz à effet de serre seront relâchées dans l’atmosphère dans les prochaines années car c’est presque uniquement fonction de décisions politiques, et si la Chine et l’Inde consentent à faire un petit effort, Trump et le président du Brésil restent toujours aussi ignares et réticents, or les USA sont le principal pollueur, de manière absolue, et de loin par habitant.

           La Chine et l’Inde polluent beaucoup, et leur consommation énergétique par habitant reste faible et donc ne peut qu’augmenter. Ces deux nations font cependant effort pour diminuer la pollution qu’elles engendrent. Les USA ont par contre de loin le plus fort taux de consommation énergétique du monde et se refusent à faire effort, tant pour réduire ce taux, que pour diminuer les émissions de gaz à effets de serre.

           Il faut donc, avant d’exposer des résultats, parler de la méthodologie, notamment celle adoptée par le groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).

           Le GIEC avait fait une étude sur les conséquences pratiques du changement climatique, mais cette étude était basée en  2007 sur des hypothèses économiques assez vagues sur l’évolution future de la démographie mondiale, de nos modes de vies et sociétés, et les connaissances techniques étaient moins bonnes qu’aujourd’hui.
          Depuis le GIEC a revu sa méthodologie et depuis son 5ème rapport de 2014, il sépare de façon nette les aspects techniques physiques et l’aspect économique.

           Pour analyser le futur du changement climatique, les experts du GIEC ont  défini à priori quatre prévisions d'émissions et de concentrations de gaz à effet de serre, d'ozone et d'aérosols, ainsi que d'occupation des sols baptisés RCP (« Representative Concentration Pathways » ou « Profils représentatifs d'évolution de concentration »).
           Ces RCP sont utilisés par les différentes équipes d'experts (climatologues, hydrologues, agronomes, économistes …), qui travaillent en parallèle. Les climatologues en déduisent des projections climatiques globales ou régionales. Les économistes établissent des scénarios qui explorent toutes les possibilités d'évolutions technologiques et socio-économiques compatibles avec les RCP.
           Ces 4 profils correspondent à l’évolution à l’horizon 2300, de la différence énergétique entre le rayonnement solaire reçu et le rayonnement infra-rouge réémis par la Terre, exprimé en Watts/ m2. . Plus cette valeur est élevée, plus le système terre-atmosphère gagne en énergie et se réchauffe.
          Ces RCP correspondent aux courbes d’évolution ci-dessous en énergie et le tableau ci-dessous donne des correspondances avec les émissions de gaz à effets de serre en « équivalent CO2 » (qui tient compte d’autres émissions tellle que celle de méthane CH4

Nom

     Forçage radiatif

   Concentration (ppm)

Trajectoire

RCP8.5

    >8,5W.m-2 en 2100

>1370 eq-CO2  en 2100

croissante

RCP6.0

    ~6W.m-2 au niveau de              stabilisation après 2100

~850 eq-CO2 au niveau de stabilisation après 2100

Stabilisation sans dépassement

RCP4.5

   ~4,5W.m-2 au niveau de stabilisation après 2100

~660 eq-CO2 au niveau de stabilisation après 2100

Stabilisation sans dépassement

RCP2.6

   Pic à ~3W.m-2 avant 2100  puis déclin

Pic ~490 eq-CO2 avant 2100 puis déclin

Pic puis déclin

Les scénarios du GIEC

          A partir de ces 4 scénarios, le GIEC a fait fonctionner ses modèles physico-mathématiques pour prédire les données physiques du changement climatique et les conséquences probables.

           Mais pour rendre le phénomène plus sensible aux gouvernants politiques, il a fait également des hypothèses de comportement des nations et populations , qui peuvent se représenter sous forme de 5 scénarios, disposés sur un graphique, dont :
                      - l’axe horizontal représente l’effort d’adaptation des sociétés au changement climatique
                      - l’axe vertical représente les résultats en matière d’atténuation des émissions de gaz à effet de serre au niveau mondial.

Les scénarios du GIEC

                       ● Le SSP1 (efforts mondiaux d’atténuation et d'adaptation,), décrit un monde marqué par une forte coopération internationale, donnant la priorité au développement durable ; on en est malheureusement très loin.

                       ● Le SSP2 (efforts d’atténuation et d’adaptation moyens), décrit un monde caractérisé par la poursuite des tendances actuelles avec un effort de baisse des émissions de CO2 et d’adaptation, qui rencontre toutefois des difficultés certaines.

                       ● Le SSP3 (peu d’efforts aussi bien de diminution des émissions que de l’adaptation) dépeint un monde fragmenté affecté par la compétition entre pays, une croissance économique lente, des politiques orientées vers la sécurité et la production industrielle et peu soucieuses de l’environnement. C’est le cas le plus néfaste.

                       ● Le SSP4 (effort d’atténuation de certains pays mais pas d’efforts coordonnés d’adaptation) est celui d'un monde marqué par de grandes inégalités entre pays et en leur sein. Une minorité y serait responsable de l’essentiel des émissions de gaz à effet de serre, ce qui rend les politiques d’atténuation plus faciles à mettre en place si on arrive à un accord, tandis que la plus grande partie de la population resterait pauvre et vulnérable au changement climatique.

                       ● Le SSP5 (peu d’efforts pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre, mais un certain effort d’adaptation) décrit un monde qui se concentre sur un développement traditionnel et rapide des pays en voie de développement, fondé sur une forte consommation d’énergie et des technologies émettrices de carbone; la hausse du niveau de vie permettrait d’augmenter la capacité d’adaptation, notamment grâce au recul de l’extrême pauvreté,

            Les correspondances possibles entre les SSP et les RCP sont données dans le tableau ci-après, les RCP correspondant à des efforts plus ou moins importants..

RCP

SPP1

SPP2

SPP3

SPP4

SPP5

8,5 W/m2

 

 

O

 

 

6,0 W/m2

 

O

O

O

O

4,5 W/m2

O

O

 

O

O

2,6 W/m2

O

O

 

O

 

           Cette séparation des hypothèses en scénarios économiques et évolution chiffrée de l’énergie de réchauffement permet de relier de façon scientifique et technique les conséquences à ces chiffres physiques et de se dégager ainsi de l’indécision des prévisions socio-économiques.

          Enfin, pour nous rattacher à des chiffres dont on parle souvent, une correspondance prévue entre les RCP et l'élévation de température qui risque d'être atteinte en 2100:

Les scénarios du GIEC

          Maintenant que vous connaissez la méthodologie du GIEC, j’essaierai, dans les prochains articles de dégager des tendances générales sur les conséquences du changement climatique.

Vendredi 20 septembre 2019 à 17:11

Astronomie, univers

     On parle beaucoup en ce moment de la mission Apollo sur la lune, dont c’est le cinquantenaire, et j’ai lu, dans le magazine « Pour la Science » un article intéressant sur les pierres lunaires et les hypothèses sur la naissance de la lune.

    Les six missions Apollo qui ont aluni, ont rapporté plus de 50 000 échantillons de pierre lunaire, pesant au total 382 kilos. il sont conservés dans des sacs de téflon étanches et dans des coffres forts sous atmosphère d’azote, et sont peu à peu analysés.
    Plus de 300 chercheurs de 15 pays ont eu accès à ces échantillons pour les étudier.
    Ils ont apporté non seulement des renseignements sur le lune elle-même mais aussi sur les origines de la Terre et de la Lune.

    La lune est très vieille comme l’attestaient les très nombreux cratères, impacts successifs de météorites. cette déduction qui datait d’avant les vols spatiaux a été confirmée par datation des roches provenant de cratères différents et qui contiennent des isotopes permettant de les dater.
    L’échantillon le plus vieux date de 4,5 milliards d’années, alors que les plus vieux échantillons sur terre n’ont que 4 milliards d’ancienneté, mais la tectonique des plaques de notre globe a recyclé la croûte de notre planète.

    A la lumière des analyses faites, on pense maintenant que la lune a été initialement crée à la suite d’un impact géant entre la planète en formation Terre et une autre planète de la taille de Mars que l’on appelle Théa, collision qui aurait éjecté une partie de la croûte et un peu du manteau terrestre (voir mon article du 16/10/2017 sur la structure de notre terre) matériaux qui se seraient agglomérés avec les restes de ceux de Théa.
    Il y a peu de fer dans les roches lunaires et donc il n’y a pas eu entraînement du noyau terrestre (Ni Fe). La Lune n’a d’ailleurs qu’un petit noyau dont le raon ne représente que 1/4 du rayon total.
    Ces roches sont dépourvus de composés volatils (hydrogène, azote, CO2, eau), car la chaleur de l’impact avec Théa les aurait chassés de la planète en formation.
    La lune aurait été à l’origine un océan de magma, qui aurait ensuite refroidi et le fond des cratères lunaire est principalement constitué de roches

    On trouve que la concentration des isotopes d’oxygène et de titane notamment, présents dans les roches lunaires sont les mêmes que celles des roches terrestre, ce qui laisse supposer une origine commune, mais qui a suggéré un autre mode de formation terre-lune plus progressif dans lequel terre et lune auraient été mélangées pendant quelques décennies dans un nuage torique de roche et de vapeur, que l’on appelle « synestia » et qui ensuite se serait séparé en se refroidissant.

    La première théorie et sa variante sont exposées dans les schémas que je reproduis ci-dessous et qui sont ceux de l’article de la revue « Pour la science »
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/Numeriser.jpg

Vendredi 13 septembre 2019 à 19:01

http://lancien.cowblog.fr/images/Image4/cover6480x520.jpg

       Vous savez sans doute, comme moi, que nous avons 22 paires de chromosomes plus une paire (soit au total 23 paires) qui détermine le sexe : les chromosomes X et Y.
Une femme a deux chromosomes X qui viennent du père et de la mère et un homme un X et un Y, lequel ne peut venir que du père.
    Je savais qu’il y avait des anomalies possibles dans cette répartition des chromosomes XY, mais je n’avais jamais eu la curiosité de les rechercher. J’ai récemment lu un article dans Science et Avenir, à ce sujet, et j’ai pensé qu’il intéresserait peut être quelques lecteurs de mon blog, que j’en fasse un résumé.
    Je précise que les gonades sont les organes reproducteurs, ovaires chez les femmes, testicules chez les hommes.

    Ces anomalies de chromosomes sexuels sont beaucoup plus fréquents que l’on ne pense : environ 2% de la population.
    On peut les diviser en

Pour les hommes :

1 cas sur 500 environ    3 chromosomes XYY :
Pas de symptômes l’homme est fertile et a des gonades normales.

1 cas sur 500 environ     3 chromosomes XXY :
L’homme est stérile, les cellules germinales des spermatozoïdes étant absentes; par contre les testicules existent mais sont peu développées, alors que les glandes mammaires  sont anormalement développées. L’individu est souvent très grand.
Cette anomalie est appelé syndrome de Klinefelter..

1 cas sur 20 000 environ : deux chromosomes XX :
Résultat analogue au précédent pour les gonades d’où une stérilité.

1 cas sur 100 000 4 ou 5 chromosomes XXXY, XXXXY ou XXYY :
Résultat analogue au syndrome de Klinefelter.

Pour les femmes :

1 cas sur 500 environ :  3  ou 4 chromosomes XXX ou XXXX :
Un seul de ces chromosomes est actif et les autres sont neutralisés.
La femme est normale.

1 cas sur 2500 environ : un seul chromosome X
La femme est stérile car ses gonades ne se sont pas formées chez l’embryon.
Il est probable que la probabilité est plus élevée , mais que des embryons n’arrivent pas à terme.
La femme est de petite taille, a des problèmes de squelette et souffre souvent de problèmes rénaux, auto-immuns et éventuellement de pigmentation de la peau.

1 cas sur 10 000 environ : chromosomes XY comme pour un homme :
 Les gonades ne se sont pas différenciées chez l’embryon et la femme est stérile.

    En fait il y a trois stades successifs : lors de la fécondation l’apport des chromosomes, puis le développement des gonades dans le foetus et enfin la puberté avec la production des œstrogènes féminins ou de la testostérone masculine.
    Mais en fait ces deux types d’hormones sont produites chez les hommes comme chez les femmes en quantité différentes selon les individus, et probablement à la fois pour des raisons génétiques et épigénétiques (c’est à dire d’influence de l’environnement, voire de l’éducation).

    La formation du fœtus peut s’accompagner d’anomalies sexuelles et l’article cite le cas d’une personne, porteuse d’une paire XY, qui avait extérieurement un corps de fille (sein vagin), mais pas d’utérus, le fœtus ayant été insensible aux androgènes et cela non en raison de ses chromosomes, mais d’une mutation génétique.
Il cite aussi le cas d’une personne au sexe extérieur indécis, ne produisant aucune hormone sexuelle, dotée à la fois d’un micro-pénis, sans testicules, et d’un vagin rudimentaire.
    Certaines personnes ont un sexe bien défini en ce qui concerne les gonades, mais sont persuadées appartenir à l’autre sexe que le leur. Il semble que ce soit le résultat d’anomalies hormonales lors de la formation des gonades du fœtus (et non d’une maladie mentale comme le croient ceux qui refusent leur différence aux transsexuels et les rejettent).
    Pour certains hommes homosexuels, il semble que certains centres de l’hypothalamus, responsables du fonctionnement sexuel et qui sont différents chez les hommes et les femmes, sont proches de ceux caractéristiques du sexe féminin
    Lors de leur vie normale certaines femmes produisent une quantité anormale de testostérone, ce qui n’a guère d’influence pour certaines, mais pour d’autres peut leur donner des capacités importantes de force physique, au point que les autorités de sport ont établi des limites dans ce domaine pour participer à des compétition (comme s’il s’agissait de dopage !).
    Egalement chez certaines femmes ce taux peut favoriser l’homosexualité.

    Finalement les apparences externes sont les seules que l’état civil utilise pour fixer le sexe des nouveaux-nés, mais la réalité apparaît comme beaucoup plus complexe.

Vendredi 6 septembre 2019 à 17:53

Sciences et techniques

 

http://lancien.cowblog.fr/images/Image4/magneticlevitationtrain1638.jpg
     Je lisais il y a peu de temps un article sur les matériaux supraconducteurs et des progrès spectaculaires qui viennent d’être faits et qui sont susceptibles de changer certains aspects de notre vie.
    Mais il faudrait peut être que je vous explique simplement ce que sont ces matériaux.

    Vous vous rappelez sans doute qu’on vous a appris au lycée qu’à une température de - 273,15 d°C, , appelé « zéro absolu », l’agitation thermique des molécules dans les gaz cessait totalement et la matière est dans son état minimal d’énergie, toutes ses éléments (atomes, molécules) étant dans leur état fondamental.
    On constate alors à l’approche de cette température, des propriétés particulières de certains matériaux : des fluides tels par exemple l’hélium perdent toute viscosité (c’est la « superfluidité ») et des métaux ou alliages perdent leur résistance électrique (c’est la « supraconductivité »)

    A l’intérieur d’un matériaux semi-conducteur, à l’approche du zéro absolu, tout champ magnétique est repoussé (en présence d’un champ magnétique externe, il n’ya plus de champ magnétique à l’intérieur du supraconducteur), et la résistance électrique devient nulle.

    On explique ce phénomène par des calculs de mécanique ondulatoires que je ne saurais vous expliquer, mais on peut le schématiser sous la forme suivante.
    Dans la structure cristalline du matériau métallique, les électrons circulent, mais étant chargés négativement, se repoussent mutuellement.
    Par contre le réseau cristallin est constitué d’ions positifs qui attirent l’électron. En fait l’attirance est mutuelle, mais les ions sont lourds et appartiennent à un réseau et donc la déformation due à cette attirance est faible. Les électrons qui vont passer engendrent des attirances successives et une vibration du réseau cristallin (voir la figure ci-dessous).
    Au dessous d’un seuil de température critique (très bas), deux électrons soumis à ces vibrations qui forment une zone électriquement positive, peuvent exceptionnellement s’attirer et former une paire stable : les paire d’électrons de Cooper qui va se comporter comme une particule unique spéciale. Cette particule est dotée de propriétés différentes d’un électron et son déplacement ne crée plus de champ magnétique et se déplace sans rencontrer la moindre résistance.
    Mais si la température s’élève l’apport d’énergie détruit les paires de Cooper et le phénomène de supra-conductivité cesse.

    L’intérêt d’un supraconducteur est qu’on peut le faire parcourir par des courants énormes (puisqu’il n’y a pas de résistance et d’effet Joule). L’inconvénient est qu’il faut maintenir les éléments en cause à une température proche du zéro absolu, ce qui est difficile et coûteux et ne peut concerner que des éléments de taille limitée.
    Actuellement l’application la plus fréquente est la réalisation d’électroaimants très puissants, utilisés principalement en imagerie (IRM) et dans des accélérateurs de particules. Des recherches sont faites dans le domaine de la fusion nucléaire (voir mes articles sur les tokamak et ITER ( 18 et 19/05/2019) et quant  à la sustentation magnétique de trains sur u n rail porteur.

     Des progrès spectaculaires viennent d’être faits en découvrant des supraconducteurs ne nécessitant que des températures plus faibles et l’on espère un jour, en trouver qui seraient supraconducteurs à température ambiante..
En 1993, des « cuprates » étaient supraconducteurs jusqu’à -131 d°C. C’étaient des produit complexes contenant du cuivre, de l’oxygène et divers autres éléments.
    Depuis 2015, divers hydrures métalliques ont été étudiés, notamment des hydrures de lithium qui pour être fabriqués nécessitent une pression énorme de 130 GPa (1300 atmosphères). Depuis des hydrures comprenant du soufre ou du lanthane ont été essayés; avec ce dernier élément la supra-conductivité disparaissait vers - 13 d°C, la température d’un congélateur domestique.
    Les applications seraient très importantes, notamment en matière de transport de l’électricité dans des câbles, sans effet joule, donc sans perte d’énergie et de stockage de l’énergie dans une bobine conductrice, reliée au réseau, dans laquelle les électrons stockés peuvent en quelque sorte, tourner en rond, avant d’être à nouveau rela^chés dans le réseau.électrique.
    Des applications en matière de lévitation des trains sur un rail ou de transport des énergies sur les caténaires serait également prometteuses.
   



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