Lundi 4 juin 2012 à 8:13

Sciences et techniques

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           Le métro parisien (la RATP), fait actuellement un effort important pour automatiser les lignes qui transportent le plus de voyageurs quotidiennement, car l'automatisation permet d'accroître la fréquence des rames et donc de transporter plus de personnes.
           Une première ligne automatisée avait été créée de toutes pièces du percement des tunnels à la mise en place de toute l'infrastructure. Cela a duré plusieurs années.
           Dans un deuxième temps la RATP a lancé l'automatisation d'une ancienne ligne, la ligne 1, qui transporte 750 000 usagers par jour.
Mais en fait c'est plus difficile, car on ne peut modifier les tunnels et les stations.
           J'ai eu la chance de visiter ce chantier, guidé par l'ingénieur responsable de ce grand projet. Je vais essayer de vous le décrire en trois articles.
           Aujourd'hui, je vous parlerai du métro de Paris en général et demain de l'automatisation de la première ligne créée de toutes pièces : la ligne 14.

           Nous verrons les jours suivants les problèmes de la ligne n° 1.

           La RATP ou Régie Autonome des Transports Parisiens fut crée le 1er janvier 1949, reprenant sous sa direction l’ensemble des transports en communs de la région parisienne. C'est un Etablissement Public à caractère Industriel et Commercial (EPIC), qui emploie près de 45 000 personnes (dont 2600 conducteurs de métro et 700 conducteurs de RER).
            Son activité est coordonnée par le STIF (Syndicat des Transports d’Ile-de-France) qui est l’administration nommée par l’Etat pour gérer l’ensemble des transports de la région parisienne, sous l'autorité du Préfet d’Ile-de-France.
            La RATP gère actuellement le réseau de métro parisien composée de 16 lignes mais également deux lignes de RER, trois lignes de tramways, plus de 300 lignes de bus circulant dans la capitale et sa banlieue proche et enfin le funiculaire de Montmartre.
            Chaque ligne de métro, composée principalement de deux voies allant d’un terminus à un autre en desservant un certain nombre de stations. est presque autonome, possédant un matériel roulant spécifique, un atelier de maintenance ainsi qu’une fosse de révision, placés de part et d’autre de chacune d’elles. A chaque extrémité se trouve un terminus, en cul-de-sac ou en boucle selon la ligne, permettant le changement de voie de la rame.
Chaque ligne possède son propre personnel : conducteurs, agents de maintenance, agents de manœuvre, agents de station, agents d’entretien et l'encadrement correspondant, sous l'autorité d'un directeur de ligne.
 
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            Les rames circulent à la vitesse moyenne de 25 km/h, arrêts en station pris en compte. La vitesse maximale est de l’ordre de 70 km/h. La vitesse d’une rame est optimisée afin de minimiser la consommation d’énergie en accélérant au départ de la station et en y arrivant en roue libre, limitant ainsi le freinage.
Les rames sont espacées de manière régulière. La contrainte technique de sécurité impose un écart de 100 secondes au minimum entre deux trains successifs., mais sur les lignes très fréquentées, la RATP cherche à diminuer ce temps aux heures de pointe à environ 80 secondes.
            Le nombre de rames par ligne est fonction directement de sa longueur, optimisé de manière à respecter la régularité souhaitée. Certaines rames ne fonctionnent qu'aux heures de pointe. Le coût d'une rame est très élevé et donc leur utilisation optimale est un facteur économique important.
 
            Chaque ligne est équipée d’un système de pilotage automatique permettant la régulation automatique de la vitesse du train selon les portions de lignes, appelées "cantons", (qui sont de longueurs inégales), ainsi que le respect automatique de la signalisation. Le conducteur n’est lors sollicité que pour la commande des portes ainsi que pour le départ, ou en cas de problème.
            Un « tapis » est présent sur la voie, constitué d’un faisceau de câbles qui transmettent des impulsions magnétiques à deux capteurs placés sous l'avant des motrices du train. Le courant induit, amplifié, commande les équipements de traction et de freinage du train. L'arrêt en station est ainsi obtenu avec une précision de 1,50 mètre.
            Un poste Central de Contrôle (PCC) situé 21 boulevard Bourdon, surveille l'ensemble des lignes 2 à 12, les PCC des lignes 4 et 13 ayant été délocalisés sur ces lignes. Ces PCC n'ont pas de contrôle direct de la circulation, ils passent par un contact téléphonique avec les conducteurs.
            Les lignes 14 et 1 entièrement automatisées sont différentes car elles possèdent un PCC ultramoderne, qui non seulement surveille ce qui se passe sur les quais et même, en cas de besoin, dans un train, mais ils gèrent le trafic de la ligne supervisé par des ordinateurs, puisqu'il n'y a plus de conducteur dans le train.
            Un chef de régulation et plusieurs agents sont présent dans ces PCC pendant toutes les heures de trafic des rames et une personne pendant le temps d'arrêt, la nuit, car des ouvriers d'entretien sont alors présent sur la ligne.

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            Le réseau électrique de traction de la RATP est alimenté à partir de 7 Postes Haute Tension (PHT : 3 en 225kV et 4 en 63kV), qui convertissent le courant alternatif du réseau EDF en 15kV triphasé. 125 Postes de Redressement (PR). abaissent le courant 15kV alternatif reçu et le « redressent » en courant de 750V continu. Deux PR consécutifs sont alimentés par deux PHT différents afin d’éviter un arrêt simultané du redressement en cas de panne d’un PHT. les PR en amont et aval d'un PR en panne, peuvent subvenir à la perte de charge par une surproduction momentanée. Il y a donc extrêmement peu de pannes de courant.
            Le réseau "éclairage – force" composé de 523 Postes Eclairage Force (PEF) alimente les installations et équipements électriques des tunnels et station du métro ainsi que les ateliers et bâtiments administratifs. Des groupes électrogènes sont prévus en cas de panne d’un PEF.
            L’ensemble des installations électriques de la RATP est commandé et contrôlé à distance par le Poste de Commande de l’Energie (PCE).
            Le coût de cette énergie étant élevé, tout est fait pour minimiser la consommation des rames et de l'infrastructure.

Demain nous verrons l'automatisation de la ligne 14 "Météor".

Nota : la station du métro aérien est Sèvre-Lecourbe sur la ligne 6.

Dimanche 8 avril 2012 à 8:55

Sciences et techniques

   Je vous avais dit hier que le Laboratoire Central de la Police de Paris comportait trois départements principaux scientifiques et techniques.
                        - Le pôle "Explosifs, interventions et risques chimiques"                       
                        - Le pôle "Environnement"           
                        - Le pôle "Mesures physiques et sciences de l'incendie"
 
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            Les personnels du Pôle "Explosifs, interventions et risques chimiques" disposent de véhicules camionnettes aux équipements sophistiqués, servis par deux démineurs ou par deux chimistes.
            Les démineurs, en cas d'intervention dangereuse sont munis d'un casque spécial et d'un vêtement comportant des plaques de protection, le tout d'une trentaine de kilogrammes.
Ils disposent d'un appareillage portatif de radiographie, de petits robots motorisés de manipulation à distance, de système permettant de percer ou de détruire dans de bonnes conditions de sécurité, des objets suspects et dangereux.

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Le laboratoire mobile de chimie comporte des moyens de prélèvement de liquide et de gaz et des appareillages performants d'analyse, notamment de spectrométrie infra-rouge, permettant d'identifier sommairement les produits de l'environnement pour évaluer un éventuel danger, des analyses plus précises étant ensuite faites au laboratoire central.
 
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            Dans les laboratoires de la rue de Dantzig, on trouve des moyens sophistiqués d'analyse chimique permettant de caractériser de nombreux produits organiques et minéraux.
            Le laboratoire qui s'occupe des incendies par exemple, reçoit un récipient contenant des cendres prélevées sur les lieux d'un incendie, le chauffe dans un four après avoir mis à l'intérieur un tube absorbant. On piège ainsi des traces infimes d'hydrocarbures non brûlés, si l'incendie a été allumé volontairement grâce à ce combustible.
            Le tube est alors introduit dans un chromatographe en phase gazeuse lié à un spectrographe de masse.
            Le chromatographe contient des colonnes spéciales, contenant des substances spéciales que vont traverser les gaz extraits du tube et qui agissent d'une façon un peu analogue à ce que ferait un appareil de distillation : les produits gazeux sont freinés différemment par leur passage dans ces colonnes et sortent donc les uns après les autres. On peut donc les envoyer un par un dans le spectromètre de masse pour les identifier.
            Dans cet appareil, on commence par ioniser les gaz à analyser, puis on accélère les ions et on les envoie dans un aimant qui va courber leurs trajectoires ; celles-ci vont se décaler en fonction d'une part de la charge et d'autre part de la masse des différents ions présents dans le gaz.
            Les différents ions ne vont donc pas arriver au même endroit à la sortie de l'élément qui courbe leurs trajectoires, et en plaçant alors une batterie de petits détecteurs, on va recueillir des courants proportionnels sur chaque détecteur, à des ions de masse et de charge données, ce qui permet de les identifier.
            Le laboratoire permet ainsi de donner la preuve d'un incendie criminel.
            Cette technique est utilisée pour identifier des polluants organiques divers. Dans d'autre cas on utilise la spectrométrie infra-rouge. L'échantillon est traversé par un rayonnement infra-rouge de diverses longueurs d'onde, lesquelles sont absorbées de façons différentes selon la nature des produits chimiques analysés. L'absorption en fonction de la longueur d'onde infrarouge, fait ainsi apparaître des pics caractéristiques des fonctions chimiques et permet de caractériser le produit.
 
Chromatographe + spectromètre de masse                                    Analyseur par absorption infra-rouge
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          D'autres appareils qui ne mesurent pas l'absorption mais au contraire l'émission des atomes lorsqu'il sont excités par des lumières de photons d'énergies particulières, permettent de caractériser des métaux, métalloïdes ou des molécules organiques de faible poids moléculaires, pour lesquels les autres méthodes sont inopérantes.

            Ces divers types d'appareils existaient déjà il y a cinquante ans, mais à l'époque il fallait, pour faire les identifications, comparer à l'oeil, les spectres obtenus à des dizaines de milliers de spectres de référence, et il fallait toute l'habileté et l'habitude d'un expert, pour identifier la catégorie le spectre et limiter la comparaison à un nombre raisonnable. Il fallait parfois plusieurs jours pour arriver au résultat.
            Aujourd'hui, les ordinateurs permettent de faire automatiquement cette comparaison par rapport à des banques de données de référence encore plus importantes, et cela dans un temps très court (quelques minutes). 
            Ce laboratoire identifie en particulier de nombreux polluants, dans l'air extérieur ou dans l'atmosphère de locaux, pollués par des matériaux de construction, de décoration, ou des produits chimiques du commerce.
 
            L'activité du LCPP est donc très intense et très variée et les délais d'intervention et de remise des résultats d'analyse à la justice sont en général très courts.
            Les laboratoires font en permanence des études pour améliorer la qualité, la précision, et la rapidité des mesures et analyses.
            Les ingénieurs et techniciens paraissent passionnés par leur métier et leurs tâches.
 

Samedi 7 avril 2012 à 7:47

Sciences et techniques

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             J'ai été amené récemment à visiter le Laboratoire Central de la Préfecture de Police de Paris, situé 39 bis rue de Dantzig à Paris 15ème et dirigé par monsieur Bruno Fargette visite que j'ai trouvée très intéressante.
            C'est un laboratoire peu connu et qui mérite cependant qu'on sache le travail important qu'il fait en matière de sécurité.
            Je vais essayer, en deux articles de vous donner une idée de ses activités, tout en ajoutant quelques explications simples sur les techniques analytiques qui ne sont sans doute pas connues de la majorité d'entre vous, mais que j'ai pratiquées il y a très longtemps comme jeune ingénieur.
 
          En 1878 est créé le « Laboratoire Municipal de Chimie » de la ville de Paris, dont l'objectif est de lutter contre la fraude.
            En 1968, la réorganisation administrative de la région parisienne crée les trois départements de la petite couronne de Paris. Le laboratoire garde les attributions qu’il avait avant la réforme en tant que Laboratoire central de la préfecture de police.
            Le LCPP est un organisme scientifique pluridisciplinaire placé sous l'autorité du Préfet de Police qui intervient à Paris et en Petite Couronne sur toutes les questions de sécurité des personnes et des biens, de salubrité et de pollution.
            Il est en particulier chargé :
                        - du déminage dans Paris et les trois départements de petite couronne ;
                        - des examens, recherches et analyses d'ordre scientifique et technique qui lui sont demandés par les autorités judiciaires ou les services et unités de la police et de la gendarmerie nationales, ceci dans l'ensemble de ses spécialités et sans limitation géographique.

 
            Ses domaines d'activités sont :

                        - les risques liés aux explosifs, à l'incendie,

                        - la pollution de l'eau et de l'air,

                        - les nuisances sonores,

                        - la radioactivité,
                        - la sécurité des établissements recevant du public

            Ses laboratoires et services sont implantés rue de Dantzig depuis 1948 et utilise un terrain à Bièvre pour des essais sur explosifs.
            Il comprend 200 personnes dont 60 ingénieurs, 90 techniciens, 25 ouvriers démineurs et 25 administratifs, dont plus de 50% de femmes, surtout parmi les jeunes ingénieurs chimistes.
             Son budget annuel est de 16MF dont 72% de masse salariale.

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            Le LCPP est organisé en trois "pôles" :
                        - Le pôle "Explosifs, interventions et risques chimiques" est chargé de la recherche de traces de substances inflammables ou explosives sur des résidus d'incendie ou des débris d'explosions, de l'analyse d'explosifs ou de produits inflammables.
            Il assure trois permanences 24h/24 et 7jours/7 pour répondre à des demandes d'intervention des forces publiques ou des autorités judiciaires, et l'enlèvement et l'élimination de matières et produits dangereux détenus par des particuliers, des entreprises ou abandonnés sut la voie publique.
                        - Le pôle "Environnement" est chargé d'analyses, de mesures, d'études et d'enquêtes relatives à la qualité des eaux, à la pollution des sols, à la qualité de l'air à l'extérieur ou à l'intérieur de locaux ou à la suite d'intoxications avérées ou suspectées ou de malaises, ainsi que de dosages de substances diverses.
                        - Le pôle "Mesures physiques et sciences de l'incendie" est chargé d'essais, d'examens, de mesures, d'études et d'enquêtes dans les domaines de f incendie, de l'électricité, de mesures physiques sur site, d'analyses de conformités d'installations techniques dans des bâtiments et infrastructures recevant du public ou de grande hauteur

           Dans l'article de demain, je vous parlerai de ces laboratoires.
 
Les tableaux ci-dessous donnent une idée de la répartition des interventions et travaux du LCPP.

 activités 2010 par spécialités
(nombre d'heures de travail)

répartition

Environnement et santé

30 %

Astreinte chimique; Intoxications CO

16,2 %

Police scientifique

15,2 %

Recherche et développement

12,6 %

Contrôles préventifs

10,3 %

Permanence déminage

  7,4 %

Enseignement, formation

  3,1 %

Essais matériels et matériaux

  2,9 %

Ingénierie

  2,3 %



Enquêtes et interventions
sur Paris et Petite couronne

nombre 2010

Incendies de véhicules

305

Incendies de bâtiments

519

Attentats (objets explosifs ou incendiaires).

  19

Explosions d'atmosphère

  19

Autres

  64


Type de demandes d'analyses

nombre %

Produits suspects, poudres...

45 %

Produits industriels

21 %

Explosifs,

18 %

Composés pyrotechniques

  7 %

Etudes particulières

  8 %

Produits inflammables

  1 %

Lundi 2 avril 2012 à 7:58

Sciences et techniques

Comme je vous l'ai dit hier, des concours d'étudiants et de bricoleurs amateurs de génie, férus de robotique, ont donné le jour à de nombreux microdrones, qui n'ont pas d'avenir ni d'utilité pratique, mais sont des jouets extraordinaires, aussi inutiles qu'indispensables et surtout développent la créativité et la maîtrise physique et mathématique de leur commande à distance.
            En fait, cette robotique est scientifiquement et mathématiquement très complexe et n'est abordable qu'à des gens de haut niveau.
            Voici deux photos de ces drôles d'engins, la mode voulant les faire ressembler à des insectes.

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            En dehors de l'aspect démonstrateur pour mettre au point équations physico-mathématique et traduction informatique, ces drones ne sont que des jouets.
 
            Certains jouets sont plus volumineux et plus opérationnels (un peu comme le deuxième démonstrateur qui faisait la cartographie d'un immeuble) et peuvent emmener une petite caméra genre celle des téléphones portable.
Ils sont loin d'avoir la maniabilité des drones de Vijay Kumar et vous pouvez voir un commentaire et une démonstration filmée sur           
http://www.tontonhightech.com/gadgets-jouets/parrot-ar-drone-un-mois-avec-un-engin-fascinant.html
 
            C'est vrai qu'on peut craindre une utilisation malveillante de ces objets, mais il ne faut pas exagérer ce problème, sauf évidemment si vous avez un peu trop lu ou vu des best-sellers d'espionnage ou de science fiction.
            Un objet de ce type, de la taille s'un pigeon ou d'un goéland ne passera pas inaperçu s'il rentre par votre fenêtre ou votre porte, et personnellement, cela m'amuserait beaucoup de lui faire la chasse à coup de balais et de l'autopsier ensuite !
            Et en admettant qu'il rentre pendant votre absence, que pourra t'il trouver d'indiscret, si ce n'est que vous ne rangez pas bien votre intérieur ou qu'il y a trop de poussière et qu'il a éternué !
            En fait si on veut vous espionner, il est tellement plus facile de rentrer dans votre ordinateur ou votre téléphone portable, que la menace n'est pas celle des drones, mais celle d'internet et de la wi-fi.

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            Quelles sont les applications de ces drones ?
 
            Je ne parlerai guère des applications militaires : je les ai évoquées dans mon premier article : c'est essentiellement aujourd'hui faire de la reconnaissance à l'intérieur des lignes adverses, mais il s'agit là de très gros drones, et pour les plus petits, déceler les dangers adverses en combat de rue, sans trop exposer ses propres troupes.
            Sans doute des drones remplaceront ils en partie dans une dizaine d'années les hélicoptères de combat pilotés.
            Quant aux applications d'espionnage, elles sont souvent citées mais très farfelues, car un drone ne passe pas si inaperçu que cela, pour des gens avertis, et quant à dérober, comme le suggère un article et un concours, une clé USB sur un bureau, on ne laisse jamais traîner une clé USB (rarement utilisée comme support confidentiel), et c'est absurde.
            Utiliser un drone pour ouvrir un coffre me paraît tout aussi farfelu.
           
            Beaucoup d'applications civiles devraient voir le jour assez rapidement, mais il faut savoir qu'acheter, entretenir et utiliser un drone coûte cher. Il faut donc que cela vaille la peine.`
            On peut penser essentiellement à :
 
            - des opérations voisines des actions militaires : lutte contre le terrorisme, surveillance des frontières, de manifestations, opérations sensibles de police, surveillance de la piraterie maritime.
 
            - la surveillance de sites ou de grands espaces pour avoir des renseignements en temps réel ou économiser personnel et aéronefs ou véhicules : feux de forêts, des avalanches; trafic routier, ferroviaire ou maritime, lones de pêche, lignes électriques, oléoducs; des relevés archéologiques ou cartographiques; mesures de pollution atmosphérique, de météorologie.
            - certaines tâches sur de grands espaces : épandage de produits - par exemple contre les frelons asiatiques ou les chenilles processionnaires),
            - les tâches dangereuses en cas d'accident chimique ou nucléaire par exemple, pour faire des analyses et des mesures dans la zone dangereuse. Le cas des fuites de gaz est à mon avis plus critiquable car il y a risque de déclencher une explosion.
            - l'accès à des lieux difficiles en place d'hélicoptère, voire le transport d'objets.
Par exemple sauvetage de personnes mais plutôt pour les repérer et guider des secours, car un hélitreuillage requiert une surveillance humaine. L'évaluation de dégâts après une tempête.
Le ravitaillement de personnes en montagne, dans le désert ou en mer par tempête.
 
            La vulnérabilité des drones :
 
            Après avoir vu le film de Vijay Kumar, vous pourriez croire que ce sont des machines très fiables et sécurisées. Mais j'ai vu un autre film sur ses essais de laboratoire (qu'évidemment il ne présente pas), où les collisions et chocs sont nombreux : un vrai bêtisier !
            Quant aux drones plus opérationnels, il faut savoir qu'ils ressemblent plus à un ULM qu'à un avion et ont les mêmes défauts : la sensibilité au vent. Leur utilisation par très mauvais temps peut être problématique à basse altitude.
            Et les quadricoptères demandent un entretien qui n'est pas bon marché. De plus il faut un personnel très entraîné pour les utiliser et recueillir les renseignements qu'ils renvoient.
            Néanmoins leur utilisation devrait s'étendre considérablement dans les dix prochaines années.
 
           

Samedi 31 mars 2012 à 8:25

Sciences et techniques

La mode est à l'étude de micro-drones et parmi ceux-ci, les développements les plus sérieux concernent les quadricoptères, hélicoptères minuscules à 4 rotors
            Il existe aussi des jouets dans ce domaine mais je vous en parlerai demain. Aujourd'hui je voudrai vous parler des recherches et développement menées à l'Université américaine de Pennsylvanie par l'équipe d'un chercheur indien, Vijay Kumar.
            Ce chercheur fait de nombreuses conférences et est doué de qualités médiatiques certaines et il a conçu de véritables shows pour vanter ces créations. Vous pouvez voir une de celles-ci à l'adresse indiquée par Maud : http://www.youtube.com/watch?v=4ErEBkj_3PY&feature=youtu.be
            Son accent américain n'est pas très agréable, alors ne vous attardez que sur les images, je vais vous expliquer le reste et comment fonctionne son appareil.
 
            Un quadricoptère est donc un petit engin muni de 4 rotors, un devant (1), un derrière (3), et un sur chaque coté (2) à droite et (4) à gauche.
            Ce micro-drone n'est qu'un engin d'étude dont la petite taille permet de l'essayer en laboratoire et de mettre au point son fonctionnement.
            il ne pèse que 50 grammes, mesure 20 cm de diamètre et ne consomme que 15 watts d'énergie.
            A bord, des moteurs aux quatre coins sous les rotors et au centre, la micro-batterie,, des gyroscopes et des accéléromètres, qui donnent un renseignement sur l'orientation de l'engin, sa vitesse et ses accélérations dans les trois directions et des microprocesseur qui vont contrôler le vol, ainsi qu'un système de communication wi-fi avec une tablette, genre iPad.

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            La propulsion élémentaire est la suivante :
                        - si les 4 rotors tournent à la même vitesse, leur effet compensant le poids de l'engin, celui-ci se maintient là où il est en vol stationnaire.
                        - si on accélère les quatre rotors, l'engin va monter parce qu'il est horizontal, mais si l'engin est incliné, il va aller dans la direction de l'axe perpendiculaire à son assiette.
                        - si on diminue la vitesse des 4 rotors, il va descendre (ou aller dans la direction opposée à son inclinaison)
                        - si on fait tourner le rotor 3 plus vite que le rotor 1, l'engin va piquer du nez vers l'avant, et dans le cas inverse, va se cabrer.
                        - si on fait tourner le rotor 4 plus vite que le rotor 2, l'engin va s'incliner vers le rotor 2 et inversement.
                        - si enfin vous faites tourner les rotors 2 et 4 à une vitesse différente des rotors 1 et 3, l'engin va pivoter sur lui même horizontalement autour de l'axe vertical passant par son centre.
            Je vous ai parlé d'avant et d'arrière car je ne pouvais faire autrement pour expliquer, mais en fait les 4 rotors sont équivalents et l'engin peut aller dans tous les sens et évidemment on peut combiner ces actions sur les 4 rotors et le minuscule ordinateur de bord calcule 600 fois par seconde la vitesse à donner à chacun des rotors pour effectuer les manœuvres de vol et, comme l'engin est très léger, il réagit aussitôt et est très agile.
            Si R est le rayon de l'engin (environ 10 cm) comme l'inertie angulaire est proportionnelle à R5, avec un faible rayon, on la diminue considérablement et on peut tourner plus rapidement et avec moins de dépense d'énergie.
            Si vous avez regardé le film, vous avez pu voir le petit quadricoptère faire plusieurs tonneaux en moins d'une seconde et se rétablir ensuite parfaitement.
 
            Des gyroscopes et des accéléromètres mesurent la position, les vitesses angulaires et les accélérations du robot dans l'espace et transmettent ces informations aux calculateurs, et ceux ci commandent alors les vitesses des rotors. L'aboutissement de la recherche très difficile de cette université est la mise au point des équations physico-mathématiques des différents mouvements à donner à l'engin, par l'intermédiaire de ses rotors, en fonction des indications de ces appareils de mesure.
 
            Ces équations sont très complexes, car en fait, si vous voulez aller d'un point A en un point B, vous avez les trois dimensions de l'espace que nous connaissons tous, mais il y a en plus la direction de l'engin (c'est à dire de son vecteur vitesse), la valeur de cette vitesse, l'accélération (dérivée de la vitesse pour les matheux et matheuses de S), puis les valeurs dérivées que l'on appelle la "secousse", (un bond brusque de très courte durée), et le "décrochage" (quand vous passez dans un stade où rien ne réagit plus et qui ne doit pas trop durer !!). Bref si vous combinez tout cela vous évoluez dans un espace à 12 dimensions que l'on ne peut représentez qu'au moyen de matrices auxquelles je ne comprends pas grand chose, bien qu'ayant fait autrefois pas mal de maths !
            Les équations sont telles qu'à tout instant secousse et décrochage soient minimalisés, et on a donc une trajectoire fluide, malgré des acrobaties hardies.
            Suivant ce que l'on veut faire faire à l'aéronef, on change les instructions, on lui donne des points de repères et des ordres déterminés. Vous avez pu le voir passer à travers des cerceaux et même à travers un cerceau jeté en l'air, mais dont on a mesuré la trajectoire par une caméra et transmis la position à l'ordinateur du petit robot, qui passera dedans allègrement, comme il passera par l'orifice étroit vertical d'une porte, en passant lui même sur la tranche, incliné à 90 d°, et avec assez de vitesse pour ne pas se casser la figure.
 
            Vijay Kumar fait aussi voler ses petits quadricoptères en escadrilles. Mais il ne lui est pas possible de commander ensemble au niveau de son iPad centrale, les mouvements de plusieurs machines car cela demande trop de puissance de calcul à l'ordinateur et les robots n'auraient pas le temps de donner les ordres nécessaires à leurs rotors.
Alors il fixe simplement, comme pour la "patrouille de France", une configuration géométrique de positionnement dans l'espace les uns par rapport aux autres, et des distances minimales à respecter pour qu'il n'y ait pas d'effet mutuel aérodynamique.
            Ensuite on calcule sur l'iPad la trajectoire du "point moyen" de toute l'escadrille avec une répartition de configuration en 3 dimensions dans l'espace, des appareils les uns par rapport aux autres, et on demande à chaque robot de calculer lui même son erreur de position par rapport à ce point moyen, 100 fois par seconde et son ordinateur en tient compte dans les ordres qu'il donne aux rotors 600 fois par seconde.
            Vous avez pu voir sur le film, le ballet de 20 quadricoptères qui passent sous différentes formations dans un orifice vertical rectangulaire : mieux que des girls, de la natation synchronisée, ou que les chevaux du Cadre Noir de Saumur !!
            Vous avez pu les voir également positionner de petites poutres pour construire des cubes superposés. Là, les mouvements étaient commandés successivement, le chercheur ayant ensuite fourni un plan de ce qu'il fallait construire et des matériaux à utiliser.
            Et dans un clip final, neuf petits robots jouent de la musique concrète sur divers instruments.

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            Vijay Kumar montre aussi un quadricoptère beaucoup plus gros, qui peut emmener une caméra, un pointeur laser (comme celui avec lequel on mesure la distance entre deux murs en bricolage) et un scanner laser, (comme celui de votre imprimante), et avec ces capteurs il va faire une carte de son environnement pour pouvoir se diriger par rapport à lui, comme s'il avait à bord, un micro-GPS, en estimant sa position 100 fois par seconde.
            Sur la vidéo il montre un robot qui effectue ainsi la cartographie de l'immeuble dans lequel il entre et qu'il parcours de pièce en pièce..
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            J'espère que je n'ai pas été trop confus dans mes explications et que j'ai donné envie, à certains d'entre vous d'aller voir le film.
            Mais ne vous laissez pas non plus emballer par cette démonstration très médiatique. Ces petits engins ne sont que des démonstrateurs. La vraie percée technologique, ce sont les équations de vol et leur réalisation informatique, qui sont applicables à des engins plus opérationnels, mais sans autant de spectacle.

            Demain je vous parlerai des applications pratiques des drones

Vendredi 30 mars 2012 à 8:26

Sciences et techniques

  Maud, notre cow-chevrette, m'a indiqué l'adresse d'un film assez époustouflant, concernant des études faites à l'université américaine de Pennsylvanie par un chercheur indien, Vijay Kumar, sur des "micro-drones"; (je vous la donnerai demain).
            Ayant eu l'occasion autrefois de suivre des études analogues, mais évidemment beaucoup moins avancées, j'ai eu envie de faire trois articles sur cette question.
            Aujourd'hui je vous parlerai des drones en général, demain je vous parlerai des micro-drones et après demain (ou le 2 avril), de leurs utilisations civiles possibles.

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                   Qu'est ce qu'un drone ?
 
            Les américains les appellent UAV (Unmanned Aerial Vehicle) ou UAS (Unmanned Aerial System, « système d'aéronef(s) sans pilote à bord »).
            L'appellation drone désigne la même chose, mais c'est une appellation exclusivement française, dérivée d'un mot anglais qui signifie "faux bourdon" et donnée en 1930, comme sobriquet par les anglais à une cible aérienne, le "Quenn Bee".
            Pendant la guerre, les bombes volantes allemandes V1 et v2 sont les précurseurs des drones.
            En France, après 1950, il existait déjà des engins analogues :
            - des jouets, petits modèles réduits d'avion ou d'hélicoptère, pilotés par radio et achetés (fort cher), ou construits par des amateurs d'automatismes.
            Les robots à l'époque étaient terrestres, et encore embryonnaires.
            - des matériels militaires qui étaient essentiellement des "cibles" pour l'entraînement des équipes terrestre de canons ou missiles antiaériens et des pilotes des avions de chasse; au départ la cible était détruite à chaque fois, mais comme c'était trop cher, ils sont devenus des "remorqueurs" de cibles en toile ou en plastique, accrochées par un câble à une certaine distance de sécurité.
            Les études militaires des années 60 à 80, étaient plutôt axées soit sur la commande de véhicules robots terrestres, soit sur le pilotage à distance de missiles ou l'autopilotage de missiles de croisières par comparaison, avec un carte numérique embarquée sur leur ordinateur de bord, du terrain vu sous eux par une caméra.
            Les études de drones ont débuté aux USA dans les années 70 et en France, à partir des années 80, et au départ, étaient essentiellement militaires et concernaient surtout la recherche de renseignements au dessus d'un territoire ennemi.
            Les drones étaient alors de petits avions sans pilote, munis qu'un système de navigation autonome et de caméras dans le visible et l'infrarouge pour ramener ou transmettre des images d'observation du sol et de ses occupants et pour relayer de façon plus précise et à un instant donné, les informations obtenues par satellites.
            Ils ont été très utilisés au Kosovo, en Irak et en Afghanistan.
            Il existe maintenant également des "drones de combat" porteurs de munitions ou d'armes. Ils peuvent servir aussi "d'illuminateurs laser " pour guider vers un objectif, mais il n'existe que quelques matériels américains de cette espèce et sans doute des prototypes russes et chinois.
            La motivation est essentiellement alors d'économiser des vies humaines, en ayant un avion sans pilote, qui de ce fait est plus petit, n'ayant que du matériel à loger à bord.
            Un avion de reconnaissance, vu les multiples tâches à effectuer en plus du pilotage avait deux ou trois hommes d'équipage.
            Les avions de reconnaissance modernes (U2 américains) volaient au dessus de 20 000 mètres, étaient hors de prix, et le vol était assez pénible pour le pilote.Les drones, eux, ne se fatiguent pas et n'ont pas besoin de masque à oxygène pour respirer.!
            La Chine semble actuellement consacrer des efforts importants au développement de drones.
 
            Des drones civils ont été également développés pour des reconnaissances dans des milieux hostiles, mais le nombre d'applications est très faible pour le moment, mais en forte croissance. J'en reparlerai. Mais de tels engins auraient été très utiles à Fukushima, de même que des drones qui pourraient transporter des charges assez importantes.
            On commence à les utiliser pour la surveillance des avalanches, du trafic routier et maritime, des feux de forêts ou la lutte contre les insectes (frelons asiatiques et chenilles processionnaires).

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            Les mini et les micro-drones
 
            Les drones militaires dont je viens de vous parler, doivent transporter un appareillage complexe : système de propulsion et carburant permettant de faire des centaines de km, système autonome de guidage, brouilleurs et leurres pour échapper au repérage, système de transmission des images... et ils sont donc volumineux et lourds.
            Les drones "stratégiques", à long rayon d'action et volant à haute altitude, bourrés d'électronique, restent encore plus volumineux (plusieurs mètres d'envergure et plusieurs tonnes), mais ceux utilisés au ras du sol et à faible distance ont considérablement diminué de taille avec les progrès de la miniaturisation de l'électronique et des caméras.
            Des mini-drones, portables à dos d'homme, discrets et simples d'emploi, peuvent constituer «l'œil avancé», de jour et de nuit, de l'unité en opération sur le terrain en temps de guerre ou du commando appelé à intervenir en zone hostile, dans un environnement accidenté ou urbanisé.
 
            Mais évidemment, les films de science fiction aidant, on cherche toujours à faire plus petit, mais l'utilisation de micro-drone est alors différente. Certes ils devront toujours embarquer une caméra et retransmettre ses images; mais la durée de mission sera courte et ils seront alors destinés à aller dans des zones difficiles d'accès, un immeuble par exemple. leur rayon d'action sera de quelques kilomètres.
            C'est l'outil rêvé d'OSS 117 et des films de science fiction.
            Mais les conditions de vols sont alors très différentes : le drone classique n'a pas besoin d'une mobilité très différente de celle d'un avion.
            Le micro-drone doit être capable de manoeuvres exceptionnelles, de contourner brusquement des obstacles, de se faufiler, bref d'avoir à la fois une stabilité et une maniabilité extraordinaires.
 
            Ce problème de maniabilité et de commande autonome ou à distance de tels engins n'est pas facile et pose des problèmes ardus, qui passionnent des universités et leurs chercheurs en automatisme, et bien sûr leurs étudiants. Des concours parmi les équipes d'étudiants ont lieu et les "bestioles" les plus extraordinaires ont vu le jour, mais elles n'ont aucun avenir opérationnel et restent des jouets scientifiques onéreux. Par contre elles ont participé à la maîtrise de la commande de tels engins et c'est grâce à ces petits "démonstrateurs", que la "mécanique de vol" des petits drones a fait en dix ans, d'énormes progrès. J'essaierai demain de vous en expliquer quelques difficultés, et vous pourrez visionner le film dont Maud m'avait donné l'adresse, qui est vraiment extraordinaire.
            Quelques prototypes ont cependant un certain avenir et tout particulièrement les quadricoptères (hélicoptères à 4 rotors).

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            Mais ce sont aussi de beaux jouets : un quadricoptère télécommandé par iPhone est vendu à la FNAC 300 € , semble t'il (j'ai vu cela sur internet, mais pas vérifié !).
 

Mercredi 28 mars 2012 à 9:06

Sciences et techniques

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            Je n'avais pas l'intention de faire un article sur les tueries de Toulouse. Les médias en ont bien assez parlé.
            Mais des correspondant(e)s me posent une question technique à laquelle je sais répondre, alors je vais traiter ce problème particulier.
 
            Pourquoi, pour capturer le meurtrier vivant, n'a t'on pas utilisé des produits qui l'endorment ou le mettent hors d'état de nuire. On endort bien les bêtes féroces !
 
            Ce n'est pas aussi simple que cela !
 
 
            Le problème n'est pas qu'endormir la personne !
            Un tigre ou un lion n'a pas un révolver ou une kalashnikov pour vous tirer dessus. On peut donc l'approcher jusqu'à une certaine distance sans trop de risques.
            Et pour endormir un tigre on lui envoie une seringue avec un fusil spécial et une énorme dose de tranquillisant au voisinage de la veine qui irrigue le cerveau. Comme il ne sait pas ce que c'est, il est surpris et n'a pas le réflexe en général de bondir sur l'opérateur
            Et parfois le tigre saute sur le vétérinaire, et celui qui l'accompagne avec un fusil, doit tuer le tigre pour que le véto ne se fasse pas manger !
            Quand on a en face un forcené prêt à tirer sur tout ce qui bouge, ou qui menace près de lui un otage, il risque fort de passer à l'acte dès qu'il se sentira menacé et cela complique le problème, d'autant plus qu'il est en général barricadé et que l'on ne peut l'approcher en un temps très court.
 
            Le problème est une question de temps de réaction !
           
            On peut introduire des somnifères dans la nourriture, mais il faut déjà que la personne visée accepte de la manger, puis elle va la digérer lentement et s'endormir peu à peu. Il a largement le temps de tuer des otages ou de sortir se battre, avant de s'endormir.
            Ceux qui ont subi une opération me diront qu'on plonge aussitôt dans les vaps.
            Vous me direz qu'on peut envoyer dans l'atmosphère d'une pièce où se trouve un forcené, un anesthésiant gazeux tel qu'en le respirant il soit très vite incapable d'agir.
            Oui mais dans votre opération, on vous a injecté dans une veine une dose d'anesthésiant précise.
            Pour que l'action par les poumons soit rapide, car il faut, pour agir, que le produit arrive au cerveau, il faut une dose énorme et quand on envoie un gaz dans l'atmosphère d'une pièce close par un orifice assez petit, le produit se mélange mal et il y a des différences de concentration très grandes, qui feront que le produit va, selon l'endroit, ou être peu efficace, ou trop agir.
            En général on a de forte chance que l'individu visé fasse un arrêt cardiaque et on a intérêt à le soigner rapidement.
            Peut être vous rappelez vous la prise d'otage en 2002 par des tchétchènes, dans un théâtre de Moscou de 850 spectateurs. Les forces d'intervention russes ont introduit dans le système de ventilation un incapacitant dérivé d'un anesthésiant, le fentanyl, et ils ont donné l'assaut.
            Ils ont éliminé les 40 tchétchènes, sans partes pour les intervenants, mais 130 otages ont été tués par le gaz en cause.
 
            Il semble que le Raid ait essayé de neutraliser le meurtrier de Toulouse avec des grenades lacrymogène. Le produit incapacitant utilisé, le CB, (ortho-chlorobenzilidène-malononitrile) est une poudre solide (ou parfois dissout dans un solvant qui est pulvérisé en fines gouttes), irrite les muqueuses, c'est à dire principalement les yeux, les muqueuses respiratoires (toux, éternuements, difficultés à respirer), et la peau, aux endroits où elle est humide.
         En plein air, ce n'est pas dangereux car la dose qui provoquerait des troubles graves est plus de mille fois supérieure à celle qui est efficace. On risque tout au plus un affolement des individus. Et laver les muqueuses avec du sérum physiologique fait cesser les sensations de brûlure.
         Par contre on ne doit jamais employer (en opération normale) ces produits dans un espace clos (pièce, voiture, car, avion ...), car on ne maîtrise pas alors la concentration et on risque une crise cardiaque de personnes sensibles, sous l'effet de la sensation d'étouffement.
         Quand on veut mettre hors d'état de nuire un meurtrier dangereux, on peut évidemment prendre ce risque, mais il y a deux inconvénients :
         - d'abord les forces d'intervention doivent elles mêmes porter un masque qui réduit leur capacité d'action.
         - ensuite si la personne visée est sidérée par l'opération, tant mieux, mais si c'est une personne de sang froid, déterminée et qui s'attend à cette intervention et retient sa respiration, elle a le temps de réagir brutalement et de faire face. C'est ce qui est arrivé à Toulouse.
 
         On peut agir plus efficacement si on peut envoyer une centaine de grammes d'un certain incapacitant, avec un appareil type extincteur à poudre, au niveau de la poitrine de l'individu à neutraliser. Il y a alors un réflexe de blocage de la respiration par le système para-sympatique, et l'individu tombe immédiatement évanoui. Il faut évidemment le ranimer dans les minutes qui suivent.
         Mais le problème est de pouvoir envoyer le produit en grande quantité devant le nez de l'individu, et donc s'il est enfermé dans une pièce de disposer d'un orifice assez grand et pas trop loin de lui et bien orienté. C'est assez rare.
 
         Vous voyez donc que ce n'est malheureusement pas simple de mettre hors d'état de nuire un individu armé et décidé à nuire et à rechercher ainsi la mort, face aux forces de l'ordre. Les hommes du Raid ont fait tout ce qu'ils ont pu, le visant aux jambes et aux bras, mais comme lui cherchait à les tuer, ils ont dû l'abattre. On ne peut rien leur reprocher à mon avis.
         Le mieux eut été de la garder enfermé 48 heures de plus, jusqu'à épuisement. C'est probablement ce qu'auraient décidé le Préfet et le Procureur, qui donnent les ordres d'intervention, s'il n'y avait pas eu Sarkozy et Guégan pour tirer les ficelles.
         On en va quand même pas pleurer ce fou dangereux illuminé, qui a assassiné des enfants innocents et des hommes sans reproche. J'espère surtout que l'on condamnera sévèrement ceux qui ont pu l'aider, voire l'inciter à commettre de telles actions horribles.
         Mais il ne faut pas incriminer pour autant ceux qui pratiquent la religion musulmane. De nombreux crimes ont été commis dans le passé, par des fanatiques intégristes catholiques, juifs ou athées, au nom de leur croyances trop radicales, etsouvent d'une soif de puissance et de mépris des autres;  nous ne devons pas tomber dans le piège de confondre la religion avec le banditisme et la folie meurtrière de certains, qui ne cherchent que le pouvoir par la terreur.

Dimanche 25 mars 2012 à 9:28

Sciences et techniques

                   Hier j'évoquais la neige et la formation des avalanches.
                     Aujourd'hui je vais parler des accidents qu'elles entraînent et de la prévention ou des secours.
 
Le ski et les accidents de montagne dus aux avalanches
 
Comment meurt on dans une avalanche ?Parfois de peur (crise cardiaque),mais surtout du fait de polytraumatismes (10%; choc avec rochers arbres, blocs de glace, chute dans des barres rocheuses); par hypothermie (10%); et surtout par asphyxie (80%), due au manque d'oxygène, par noyade , la neige en aérosols pénétrant dans les poumons, ou à l'écrasement da la cage thoracique sous le poids de la neige.    
                     De 1971 à 2007, il y a eu en France, 1600 accidents répertoriés, 3900 personnes emportées et 1090 décès.
Le plus souvent des skieurs de randonnées ou hors pistes, parfois des amateurs imprudents, mais aussi des professionnels ou des amateurs chevronnés.
Il y a eu de grandes catastrophes : au Pérou, des villages détruits, 4 000 morts en 1962, 18 000 en 1970; en Autriche 160 victimes en 1964, et en France 30 décès en Ariège en 1934, 13 morts dont 4 guides à l'Aiguille verte en 1964, 12 à Chamonix en 1999, 9 randonneurs en 2001 dans le Queyras ....
Il y a eu aussi des miracles : plusieurs exemples de rescapés ayant séjourné de 20 à 79 heures dans une avalanche; une chute de 700 m avec l'avalanche; en 1951 coincé 12 jours en Autriche, en mars 1955, 2 Italiennes passent 37 jours dans une grange, sous 18 mètres de neige.
 
          Les secours immédiats
 
Il ne faut pas partir seul, et signaler son itinéraire, ne pas partir aussitôt après des chutes de neige, se renseigner auprès des professionnels et la météo, (bulletin d'évaluation du risque d'avalanche), traverser un par un, les zones dangereuses, et se surveiller mutuellement. Traverser en légère descente et essayer de sortir latéralement de l'avalanche, si elle se déclenche, essayer de se maintenir en surface par des mouvements de brasse (possibilité d'airbag), protéger ses voies respiratoire, et si on est enseveli, se ménager, au moment de l’arrêt de l’avalanche, un espace libre avec les bras repliés devant le visage..
 
La proportion de rescapés par rapport aux emportés est de l'ordre de 70%
Mais deux facteurs de survie sont importants : la durée d'ensevelissement et sa profondeur :
           - 90 % si immédiat;   80 % sI < 20 mn;   34 % si < 35 mn; <10 % si plus de 2h.
           - 80 % si < 50 cm; 60 % si de 50 cm à 1m; 33 % si de 1m à 1,5 m; 29 % si de 1,5 m à 2m.
Il faut donc pouvoir trouver rapidement la personne ensevelie et pouvoir la sortir de sous le manteau de neige, alors que les secours vont mettre du temps à arriver. Il est donc essentiel de porter un appareil de recherche de victime d’avalanche (ARVA ou DVA), d'avoir pelle et sonde (télescopique et d'être habillé chaudement.
Si l'on est indemne, et si des camarades sont ensevelis, il faut aussitôt rechercher des indices visuels en surface, localiser avec l'ARVA et sonder, puis creuser pour dégager le plus rapidement la victime, pratiquer respiration artificielle et massage cardiaque si nécessaire et prévenir pour avoir des secours médicalisés. Les chiens spécialement dressés sont des "détecteurs" extraordinaires, mais ils doivent pouvoir être là rapidement

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La prévention technique des avalanches

 On cherche à empêcher le départ de l'avalanche, par des plantations d'arbres, des banquettes, des râteliers, des filets; on peut aussi essayer de la dévier par des étraves, des obstacles, des tremplins, des tunnels, mais tous ces équipements sont très onéreux. (nécessité d'un nombre important).

On cherche à déclencher les avalanches préventivement par des explosifs, amenés par des pisteurs ou des hélicoptères, lancés par des mortiers ou des lanceurs divers.

Dégâts sur un chalet après une avalanche                                                                     Obstacle anti avalanche

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Installation d'obstacles sur une pente                                                     Déflecteur d'avalanche.

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                Par ailleurs on étudie en permanence les caractéristiques des couches de neige, leur composition, leur profil, leur température. Les résultats sont envoyés régulièrement aux centres météo qui par massifs éditent les bulletins de prévision. En outre des logiciels de simulation et de prévision existent, ainsi que de nombreux travaux scientifiques pour mieux connaître la neige.

                    Statigraphie                                                                                    Simulateur d'écoulement de neige

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           Très souvent, en hiver, le journal télévisé nous parle de gens enfouis sous une avalanches, dont certains ont été sauvés, d'autres sont morts, ensevelis sous la neige.
            Faire du hors pistes ne s'improvise pas, pas plus que faire de la voile, du parachutisme ou de l'ULM. Il faut d'abord apprendre un minimum, puis être suivi par des professionnels expérimentés et écouter leurs conseils et surtout leur mise en garde si on ne veut pas courir à la catastrophe.
            On ne part pas en mer en voilier quand la météo annonce un très grand vent, pas plus qu'on ne doit faire du hors piste quand le risque d'avalanche est avéré.
 

Samedi 24 mars 2012 à 8:29

Sciences et techniques

Le printemps arrive et la neige va bientôt se mettre en sommeil.
            Alors il faut peut être que je me dépêche de faire le résumé d'une conférence passionnante que j'ai entendue en janvier, sur la neige la formation et le danger des avalanches et les moyens de s'en protéger, démonstration pragmatique d'un expert, matériels et photos à l'appui, faite par un ingénieur du ministère de la Défense, Philippe Connille, membre éminent du Club Alpin, qui organise et encadre souvent des randonnées à ski dans les Alpes enneigées.
 
            Mon premier article sera consacré à la neige, et à la formation des avalanches. Dans un second article je parlerai des accidents, de la prévention et des secours.

La neige est un matériau vivant :
 
La neige est formée de cristaux mais c'est en fait un matériau complexe, visqueux et plastique, qui évolue dans le temps en fonction de son environnement.
Les cristaux sont à l'origine, souvent ramifiés avec des pointes (des dendrites), et la neige fraîche est légère, bien que son poids soit variable en fonction de la température et du vent qui influent sur la croissance et l'agglutination des cristaux : moins de 100 kg par m3, par temps froid.
La neige tombée sur le sol évolue en permanence, en fonction de son propre poids qui la tasse, des différences de température jour - nuit (et du soleil) et du gradient de température interne, qui peut atteindre 5 à 20 d°C par mètre d'épaisseur de la couche, la température en surface étant plus basse. En effet la neige blanche réfléchit plus les rayonnements (albedo entre 0,6 et 0,85) et absorbe moins d'énergie que le sol (albédo moyen 0,3)
La couche contient de l'eau et même de la vapeur d'eau et les phénomènes de gel et de condensation modifient l'ensemble.
Sur une pente, le haut de la couche, lors du tassement, glisse plus facilement que la surface inférieure, et d'autre part des forces de cohésion existent en son sein, de telle sorte que, sur un toit on voit souvent la neige glisser et pendre sans tomber au bout du toit.
Selon la courbure de la surface sous-jacente, la neige est soumise à des compressions qu'elle supporte en se tassant (surface concave), ou à des tractions (surfaces convexes) qu'elle supporte mal (rupture de la couche).
On appelle "métamorphoses" les transformations dans le temps de la couche de neige
          - métamorphose destructive : lorsque le gradient de température au sein de la couche est faible (<5d°/m), des sublimations et des condensations se produisent, formant des ponts de glace, et les dendrites disparaissent peu à peu, les cristaux s'arrondissant formant de petites boules : il y a compression la couche gagnant en cohésion et en densité.
Cette transformation a une durée variable, qui peut être longue, par faible température.
          - métamorphose constructive : quand au contraire le gradient est fort, on constate aussi des phénomènes de sublimation congélation, mais avec un gradient du bas vers le haut.
Les cristaux se transforment en grains à faces planes qui forment des strates instables pouvant glisser les unes sur les autres.
Quand le gradient est très fort (> 20d°/m), les cristaux se transforment en "gobelets" de glace, pouvant atteindre plusieurs mm qui forment comme un tapis posé sur roulement à billes.
          - la métamorphose de fonte : la chute de pluie, le redoux font pénétrer l'eau de fonte dans le manteau neigeux. La lubrification entre sol et neige qui en résulte, donne une couche très instable.
La neige surtout quand elle est fraîche contient de l'air et est isolante et donc la température sous le manteau neigeux ne descend guère au dessous de -5 d°.
Lors des tassements l'air est expulsé et la neige peut contenir de l'eau et la densité augmente, pouvant atteindre 500 kg/m3. Celle de la glace est de l'ordre de 900kg /m3.
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              Cristal de neige à dendrites                                                     Gobelet                                                   Grain à face plane  


Le manteau peut être instable, entraînant des avalanches.
 
Une avalanche se déclenche quand la composante du poids de la neige (plus éventuellement ce qui passe dessus, hommes, animaux, nouvelles chutes de neige…), est plus forte que les frottements.
Si l'aspect gravité est simple (à condition de connaître l'état de tassement de la neige), le problème des frottements est complexe puisqu'il dépend de la transformation de la structure neigeuse que l'on a explicitée ci-dessus. Les cas de fort gradient de température interne ou de redoux rendent très instable le manteau neigeux.
Une avalanche ne se produit que sur des pentes supérieures à 23 degrés et a une faible probabilité au dessous de 30 degrés. Une avalanche qui s’est déclenchée peut cependant continuer en ralentissant sur des pentes inférieures. Elle est plus probable sur surfaces convexes (cols notamment).
L'orientation (soleil, température) et l'exposition au vent interviennent.
La rugosité du sol et la végétation rase (pâturée), augmentent frottement et retenue.
Le relief influe évidemment sur le trajet de l'avalanche (couloirs).
L'épaisseur de neige fraîche augmente le danger (> 20 cm) et le rend très sérieux (> 30 cm) L'appréciation du risque demande donc une bonne connaissance de la pente et des conditions nivométéorologiques qui ont régné auparavant.
Une avalanche peut être caractérisée par la forme de la rupture à son origine qui peut être ponctuelle, (avalanche de poudreuse), ou au contraire linéaire entraînant un départ de plaques de grandes épaisseurs.
La neige pulvérulente a une très faible cohésion et peut "couler et glisser" ou former un nuage d'aérosols, qui est très dangereux (effet de souffle et risque de noyade par absorption de l’aérosol). La neige au soleil peut déclencher des "avalanches de fonte" de forte densité, notamment dans les couloirs.

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          Avalanche de poudreuse, avec aérosols                      
                                                                                                                               Epaisseur de la zone de rupture d'une plaque

            

Lundi 16 janvier 2012 à 8:00

Sciences et techniques

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         On m'a demandé plusieurs fois mon avis sur les neutrinos qui vont "plus vite que la lumière".

Même si j'ai fait autrefois un peu de recherche sur des rayonnements nucléaires, je ne suis pas un savant et donc je ne peux juger de telles expérimentations et puis ce n'est pas facile d'expliquer cela de façon à ne pas raser mes lecteurs.

Je vais essayer de vous dire le plus simplement possible, ce que je sais ou que j'ai lu.

D'après les théories de la relativité d'Einstein, aucune particule ayant une masse, ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide, c'est à dire celle des photons, dont la masse est quasi-nulle.

   Donc démontrer qu'un neutrino peut mettre en défaut ce principe serait une révolution en physique des particules.

 

D'abord qu'est ce qu'un neutrino.?

C'est une particule très particulière qui a été trouvée théoriquement par Pauli en 1930 : dans certaines émission radioactives d'électrons (béta), la quantité d'énergie n'était pas conservée, ni d'ailleurs la quantité de mouvement et Pauli supposa que la différence manquante était emmenée par une particule, non chargée (pas de charge + ou - comme l'électron). Comme on ne la détectait pas, on a supposé qu'elle n'avait pas de masse; en fait certaines expériences semblent montrer qu'elle a une masse mais extrêmement faible par rapport aux autres particules.

Ces neutrinos ne peuvent avoir avec les autres particules que des interactions faibles, c'est à dire à très courte distance et la probabilité d'interaction avec la matière est par rapport à celle d'un électron, 10 -14 fois plus faible !!.

   De très nombreux neutrinos sont produits par les réactions thermonucléaires solaires, et du fait de cette très faible probabilité d'action, pour qu'un neutrino d'énergie 10 Mev, réagisse avec les atomes de la terre, il faudra que dix milliards la traversent sans réagir !!!

   C'est donc très difficile de détecter des neutrinos et les détecteurs de neutrinos contiennent donc typiquement des centaines de tonnes d’un matériau et sont construits de telle façon que quelques atomes par jour, interagissent avec les neutrinos entrant.

Lorsqu'un neutrino entre en collision avec un atome, il désintègre son noyau, dont il "vole" quelques éléments, et il se transforme en une particule un peu différente, un "muon" de masse élevée et de charge négative (une sorte d'électron de masse 200 fois plus élevée),  qui continue sur la trajectoire du neutrino, mais qui perturbe les couches électroniques des atomes de matière rencontrés (parce que particule chargée, elle se déplace à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce matériau) et produit alors une lumière bleue (c'est l'effet Cerenkov), qui permet de la détecter et donc de détecter la présence du neutrino disparu.

Par contre les neutrinos de très grande énergie réagissent davantage avec les atomes.

 

Selon la théorie de la relativité une particule de masse non nulle, même extrêmement faible, ne peut avoir une vitesse supérieure ou égale à celle de la lumière dans le vide.

Des physiciens ont voulu mesurer la vitesse des neutrinos et en particulier lors de l'expérience"OPERA" qui a débuté en 2007.

La "course" des neutrinos a eu lieu entre le laboratoire du CERN à Genève, où le grand accélérateur produisait à partir de protons, des neutrinos de haute énergie 17 Gev.

On essayait de les détecter à 732 km de là dans un laboratoire enterré sous 1400 mètres de roches au Grand Sasso, dans les Abruzzes italiennes.

Le temps de parcours devait être de l'ordre de 2,4 millièmes de seconde. En fait les neutrinos sont arrivés avec 60 milliardièmes de seconde d'avance, ce qui correspondrait à une arrivée 20 mètres avant le photon lumineux, si celui ci avait participé à la course.

D'après l'équipe, l'incertitude (résultant d'un calcul statistique d'erreurs), ne serait que de 10 milliardièmes de seconde et donc le résultat significatif.

 

Ce n'est pas facile de faire cette mesure : comme pour toute vitesse, il faut mesurer le temps et l'espace parcouru.

Le temps aujourd'hui c'est facile. On a les horloges atomiques basées sur les fréquences de vibrations d'atomes, et on sait les synchroniser (il faut tenir compte du temps de parcours de l'information de synchro !).

Par contre la distance ce n'est pas facile puisque là il faut mesurer 732 km à quelques cm près.

Des balises GPS ont permis cette mesure à l'extérieur, encore que les plaques tectoniques peuvent ensuite bouger un peu. Et puis le signal GPS ne pénètre pas sous la terre et il a fallu estimer la position des détecteurs sous la montagne. Cela a été fait avec un détecteur extérieur et des relevés optiques dans des tunnels.... et beaucoup de calculs.

Une autre incertitude existe : l'instant où les neutrinos ont été créé, car les réactions ne sont pas ponctuelles dans l'accélérateur, et comme à l'autre bout on ne détecte que quelques neutrinos, ce n'est pas facile de savoir d'où ils sont partis exactement.

 

Ce qui est bizarre c'est que des mesures faites en 1987, lors de l'explosion d'une supernova, sur des neutrinos  venus de l'espace interstellaire, sont en contradiction avec cette expérience.

Les astrophysiciens avaient assisté à l'arrivée quasi simultanée de neutrinos et de photons émis par une explosion cosmique survenue à 168 000 années-Iumière de notre planète. Les neutrinos étaient arrivés en avance légère sur les photons, un écart qui ne se démarquait pas des incertitudes de mesure.

Voici les propos d'un de ces astrophysiciens : " Si on projette, sur cette supernova, I' avance des neutrinos constatée par l'équipe Opéra, il aurait dû y avoir un écart de près de quatre ans entre les neutrinos et la lumière. Or iI était de I'ordre de quelques heures. Cette observation de Ia supernova ne contredit pas la théorie de Ia relativité, et sa précision est dix mille fois plus précise que celle relevée par mes collègues d'Opéra, à cause de Ia très grande distance de vol."

Reste cependant une différence : les neutrinos de l'espace avaient des énergies de quelques dizaines de Mev, mille fois moins que ceux d'Opéra. Il faudrait refaire l'expérience Opéra avec des neutrinos moins énergiques (mais est ce possible, car ils réagiront encore moins), et voir si l'on obtient les mêmes résultats, car ce serait alors sans doute un artefact d'expérience. Si par contre on trouvait alors la vitesse égale à celle de la lumière, il faudrait se demander qu'elle influence peut avoir l'énergie des neutrinos.

 

Bref ne nous affolons pas. L'expérience Opéra a été menée avec un soin remarquable, mais aucune physique ne peut expliquer un tel résultat qui contredit les lois jusqu'à présent confortées par toutes les autres expériences. Les résultats ont été rendus publics, ils vont être examinés et d'autres chercheurs tenteront de reproduire des mesures analogues.

En sciences comme ailleurs il faut être patients et pour le moment, considérons ce résultat comme une "anomalie dont il faut trouver une explication".

     J'espère que je ne vous ai pas trop rasé, mais cela vaut mieux qu'une dissertation sur le AAA. Et puis hier c'était dimanche, vous vous êtes reposés !! lol

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lancien

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