dimanche 11 avril 2010

Comment faire de la physique en buvant un café ?

Dimanche matin, réveil difficile. Je me fais un petit espresso, y colle un demi-sucre, mélange le tout. Doux rituel... J'ai une fâcheuse habitude, celle de jouer avec les objets qui sont à portée de main : en l'occurrence, ma cuillère à café. Je la tourne et me regarde successivement dans la face intérieure et la face extérieure, et constate quelque chose de rigolo : mon reflet est dans le premier cas à l'envers, dans l'autre cas à l'endroit ! Curieux, non ? Pourtant il existe une explication !

A gauche, mon reflet est renversé. A droite, il est dans le bon sens

L'optique géométrique

Certes. Avec un nom pareil, ça rend la pause café un peu moins fun. Mais il ne s'agit pas là d'un terme que seuls des barbus sexagénaires en blouse blanche peuvent comprendre (je plaisante amis chercheurs, hein !). L'optique géométrique est tout simplement une branche de l'optique (relation lumière - vision) qui permet notamment des constructions géométriques d'images.

Et j'ai besoin d'une base simple pour prouver mon raisonnement dans le paragraphe suivant : le principe de la réflexion optique. Ce principe dicte la façon dont se reflètent des rayons lumineux sur une surface réfléchissante (un miroir par exemple), en s'appuyant sur les lois de Snell-Descartes (essayez de sortir ça en diner mondain ça sera du plus bel effet).

principe de la réflexion en optique géométrique
dans le cas où la surface est un miroir, les deux angles sont identiques

Bref c'est l'optique géométrique qui va répondre à notre question : comment se fait-il donc que je me voie à l'envers dans une cuillère ?



Miroir concave, miroir convexe

Tout d'abord, c'est quoi des miroirs concave et convexe ? Ce sont tous deux des miroirs sphériques. Concave signifie que sa forme est creuse, tandis que convexe signifie que sa forme est bombée. Alors comme on fait comme on peut pour se rappeler lequel est lequel, moi je me rappelle toujours qu'on creuse une cave, et que dans concave il y a cave... bref concave = creux. Dans convexe il y a vexe aussi, mais ça sert à rien :)
Quand je regarde la cuillère côté creux je suis donc face à un miroir concave. Quand je la regarde côté bombé je suis face à un miroir convexe.



Attaquons maintenant avec l'optique géométrique. Je suis face à ma cuillère... (mon café va refroidir). 

Pour bien saisir pourquoi mon reflet est à l'envers, regardez le schéma ci-contre. Pour respecter le principe de Snell-Descartes décrit plus haut, voyez comment les rayons de lumière qui partent de mes pieds (en bleu) et de ma tête (en orange) sont renvoyés selon qu'on se trouve côté creux côté bombé.
En appliquant ce raisonnement à chaque point de mon corps, on obtient l'image inversée représentée en pointillés sur le schéma. 


Ce raisonnement explique aussi pourquoi la gauche se retrouve à droite et inversement.

Enfin, vous aurez aussi noté qu'avec ce schéma on explique pourquoi le reflet est plus petit que la source (dessinée devant mes yeux). Bref, l'optique géométrique explique un paquet de choses, non ?


La prochaine fois que vous mélangerez votre sucre dans votre café, 
vous ne vous verrez plus de la même façon :)

Des applications des miroirs concaves et convexes


Vous en croisez fréquemment si vous conduisez : aux carrefours dangereux, on installe des miroirs convexes pour augmenter la visibilité.
Et si vous aimez admirer les étoiles ou vous demandez comment on les observe, vous connaissez bien cet instrument : le télescope. Eh bien, c'est un miroir concave qui est utilisé comme miroir primaire.




Enfin, si vous êtes déjà allés dans les fêtes foraines, vous aurez certainement vu les applications de l'optique géométrique avec les miroirs déformants. Ce ne sont pas forcément des miroirs sphériques (bombés ou creux), mais ils ne sont pas "plats", et donc là encore les principes exposés plus haut s'appliquent. On peut en fait étendre ces principes à n'importe quelle forme de miroir... tout s'explique simplement par la façon dont les rayons lumineux "rebondissent" sur la surface ;)

mercredi 7 avril 2010

Combien produit-on de déchets ?

Un reportage sur le tonnage des déchets dans les pays de l'UE a récemment été diffusé sur la chaîne d'infos Euronews. Combien de kilos de déchets un individu produit-il chaque année dans un pays donné ? Les chiffres sont assez impressionnants. Dans l'UE, les danois sont les mauvais élèves avec 802 kg, les tchèques étant les moins mauvais avec 308 kg (peut-on parler de bon élève quand ce dernier produit tout de même près d'un kilo de déchets par jour !).


Qu'est-ce qu'un déchet ?


D'après le petit Robert, mon dictionnaire, un déchet est la quantité perdue dans l'usage d'un produit. Mais la définition de déchet est-elle la même pour tout le monde ? Quand on voit qu'il est au coeur de débats sur la protection de l'environnement - quand on pense déchet on pense bien entendu pollution -, mais aussi sur la santé publique (déchet -> incinérateur -> dioxines, par exemple, mais je pourrais aussi parler des décharges à ciel ouvert et de leurs conséquences sur les zones adjacentes...), il paraît important d'en donner une définition aussi précise que possible. On a donc défini ce qu'est un déchet au sens juridique. Voici ce que nous dit Wikipedia :

"La Convention de Bâle sur le contrôle des mouvements transfontières de déchets dangereux évoque deux catégories de déchets : les déchets dangereux et d'autres déchets. Elle entend par déchets les « substances ou objets qu’on élimine, qu’on a l’intention d’éliminer ou qu’on est tenu d’éliminer en vertu des dispositions du droit national » et par déchets dangereux ceux qui appartiennent à l'une des catégories figurant en annexe. Sont exclus de cette convention les déchets radioactifs et ceux provenant de l'exploitation normale d'un navire"

En gros ce que je jette dans ma poubelle est un déchet. Je devrais préciser dans toutes mes poubelles (verte, jaune, bleue), car on parle bien de recyclage de déchets. Ainsi par exemple, le papier que l'on trie mais que l'on jette néanmoins dans une poubelle jaune est donc bien un déchet.

La nature est bien faite... mais pas complètement

Ceux d'entre vous qui s'intéressent de près ou de loin à la nature savent qu'elle est bien faite. Eh oui, dans la nature, les déchets des uns sont source d'énergie pour les autres. Un arbre qui meurt va nourrir des insectes, et en pourrissant nourrir les sols, qui à leur tour seront le terreau de nouvelles formes de vie (plantes, fruits...). Un animal mort nourrira d'autres animaux. Rien ne se perd, tout se transforme, voilà un vrai recyclage !

Il y a finalement un seul intrus : l'Homme. Fort de son cerveau plus gros que celui des autres, il réussit pourtant à se démarquer par son incroyable incapacité à se fondre dans la masse. L'Homme est un grand adepte du gaspillage : lumières allumées en permanence dans les boutiques et bureaux inoccupés, consommation effrénée de sacs plastiques et autres emballages (ces derniers représentent 30% du poids total de déchets !), etc. Et quand je parle de gaspillage, je ne parle même pas des déchets issus de l'utilisation de ressources nécessaires à sa survie, celles nécessaires à la production d'énergie par exemple. Quel est l'intérêt du sac plastique ? Un petit coup d'oeil ici vous permettra d'y réfléchir un peu.

le suremballage, syndrome moderne... [source]

De l'espoir ?

Bien sûr ! Si nous n'avons réussi jusqu'ici qu'à satisfaire nos petites envies sans nous soucier des impacts qu'elles pouvaient avoir sur le monde qui nous entoure et qui nous héberge, nous avons cependant les moyens de faire changer les choses. Le tri sélectif est un premier pas, mais il faut savoir que recyclage ne signifie  pas préservation. Prenons le papier par exemple : il ne peut être recyclé que 8 à 12 fois. Seul le verre peut se recycler à l'infini. Le recyclage ne réussit donc qu'à retarder l'inévitable explosion des déchets. Et puis, même dans le cas du verre, son recyclage induit de la consommation d'énergie et de matériaux (eh oui, la chaîne de recyclage comprend par exemple des camions de ramassage, qu'il faut fabriquer, entretenir etc).

le cycle du verre (source: http://www.greenzer.fr)

La vraie solution tient dans la réduction des déchets. Soyez consommateur averti ! Réutilisez vos sacs, n'acheter pas les produits qui produisent plus d'emballage que de contenu (pourquoi tout ce plastique ?). De plus rendez-vous compte, les emballages ont un coût de fabrication eux aussi... alors pourquoi payer pour ces derniers lorsqu'ils sont superflus ? Moins de déchets, c'est finalement moins d'argent dépensé... et moins de déchets, c'est moins d'incinérateurs, moins de décharges, donc moins d'impacts sur l'environnement. Et moins d'impact sur l'environnement, c'est moins de problèmes de santé, et moins de dépenses pour réparer les dégâts. C'est donc moins de frais pour l'Etat, les institutions, les régions, les mairies... et donc moins de taxes, car il faut bien financer le traitement des déchets (de bout en bout).

Au final, ne bénéficierions-nous pas tous globalement des actes responsables de chacun ? Ne s'agit-il pas là d'un des rôles majeur du citoyen ? La citoyenneté comporte des droits civils et politiques, et des devoirs définissant le rôle du citoyen dans la cité et face aux institutions.


Je me suis escrimé à chercher sur Google la part du coût de l'emballage dans le prix final des produits que nous achetons au supermarché, sans succès... si certains d'entre vous ont plus de succès, je suis preneur !


Pour aller plus loin

Voici quelques références intéressantes. Les deux premiers livres ont été pour moi une véritable révélation, la prise de conscience qu'il existe de véritables solutions qui n'impliquent ni privations ni changement de train de vie !
  • Cradle to Cradle (du berceau au berceau) : livre en anglais, qui décrit comment l'homme peut garder son confort de vie tout en n'ayant plus d'impact néfaste sur l'environnement, grâce au biomimétisme.
  • Mid-Course Correction: Toward a Sustainable Enterprise : livre en anglais par le PDG d'une industrie multi-millardaire (Interface), qui dépeint sa prise de conscience des impacts de son entreprise sur l'environnement, et les actions qu'il a menées avec ses employés pour réduire considérablement ces derniers. Un véritable cas concret de comment business et environnement peuvent faire bon ménage !
  • Running the Numbers : impressionnantes créations artistiques de Chris Jordan. Cet artiste vous fera prendre conscience de ce que représentent les chiffres de la consommation de l'homme...
  • The Story of Stuff : une petite vidéo qui donne une explication simple et pour tous du cycle de vie de la matière (sous-titrage en français).
  • La production de déchets par habitant dans le monde : quelques chiffres
  • Les chiffres pour la France

jeudi 1 avril 2010

Pourquoi changer d'heure ?

Début avril. On vient de perdre une heure de sommeil. De 2h à 3h j'ai raté les clips de fin de soirée. Je me suis levé une heure plus tard, et y avait plus de viennoise au chocolat en bas de chez moi. Pourquoi tant de haine ?


Quelques notions : fuseau horaire, Greenwich

En 1876, Sandford Fleming, un ingénieur canadien d'origine écossaise, eut l'idée de découper la Terre en 24 fuseaux horaires afin d'homogénéiser l'heure partout dans le monde, où chacun faisait un peu ce qu'il voulait auparavant - on utilisait alors le plus souvent la position du Soleil (au moins en France d'après ce que je lis) pour déterminer l'heure. Trois ans plus tard, en 1879, il propose d'utiliser comme "origine des temps" le méridien de Greenwich. Le méridien est une ligne droite qui coupe les pôles, et dans le cas de celui de Greenwich, il porte ce nom car il passe par Greenwich, en banlieue de Londres (facile à retenir !). C'est par une loi du 9 mars 1914 que l'heure de Greenwich est adoptée en France, et que tout le pays se met ainsi à l'heure anglaise, ou GMT (pour Greenwich Mean Time).

le méridien de Greenwich passe par... Greenwich, en Angleterre

Une petite minute, on n'est pas à l'heure anglaise !? Exact, mais il fut un temps où nous l'étions. En fait c'est à cause de l'invasion allemande pendant la Seconde Guerre Mondiale que nous avons avancé d'une heure (à GMT +1) nos horloges... En effet nous passons à l'heure allemande en 1940.

Pourquoi changer d'heure ?

Vous avez sans doute entendu parler du choc pétrolier de 1973, peut-être même l’avez-vous vécu. Pour résumer rapidement pour ceux qui ne connaissent pas, on a appelé ça un choc pétrolier car le prix du pétrole, principale source d’énergie à l’époque, fut multiplié par 4 en quelques semaines à peine suite à un embargo de l’organisation des pays exportateurs de pétrole (OPEP).

les cours du pétrole entre 1970 et 2006 
(premier choc pétrolier au bout de la ligne rouge)

Notez qu’au plus haut de ce choc pétrolier, le prix du baril de pétrole était de l’ordre de 12$ ! A comparer aux prix actuels (autour de 80$ à l’heure où j’écris ces lignes, un plus bas à 30$ et un plus haut autour de 130$ la même année en 2009)…

Le gouvernement de l’époque réagit en voulant réduire les dépenses en énergie qui explosèrent, et une façon de le faire était d’incrémenter d’une heure les horloges en été. On profite alors de plus de soleil, ce qui fait que la consommation d’électricité pour l’éclairage est moindre. A l’époque, point de centrales nucléaires, donc grosse dépendance au pétrole ! L’idée était donc de consommer moins de pétrole, tout simplement. On appelle ça l'heure d'été !

Faut-il en finir avec l'heure d'été ?

[source] Ce changement d’heure est imposé de façon unilatérale par l’état en 1976, mais ses effets sur la population ne sont pas pris en compte. De nombreuses études effectuées depuis, prenant en compte les évolutions des économies d’énergies réalisées à ce jour, tendent à critiquer plus qu’à soutenir ce changement d’heure : les bénéfices seraient surpassés par les impacts négatifs (perturbation de l’horloge biologique, baisse d’énergie, fatigue, mais aussi impacts dans le cercle du travail – synchronisation des agendas avec l’étranger dans une ère mondialisée notamment).

Faut-il garder ce concept s’il n’est plus totalement bénéfique ? Faut-il en finir avec l’heure d’été ? C'est le nom que porte un rapport du Sénat examiné le 9 octobre 1996. La conclusion est la suivante :

"Il ressort de l'ensemble de cette étude que les avantages annoncés ou attendus du changement semestriel de l'heure ne sont pas suffisamment importants pour compenser les inconvénients ressentis par les populations.

En conséquence, la logique conduit à souhaiter l'abandon de ce dispositif artificiel et de revenir à un déroulement plus naturel du temps.

Le choix de la Délégation pour l'Union européenne se porterait sur le maintien de l'heure GMT + 1 durant toute l'année, qui présente l'avantage d'être conciliable avec l'horaire global européen et de limiter le décalage des activités sur l'heure solaire.

Il autorise en outre chaque Etat membre à choisir, au sein de l'Union, le dispositif horaire préféré sur le plan national en n'occasionnant aucune modification perturbante : ce choix n'entraîne pas la création d'un nouveau " fuseau horaire " pour la France et le fait de ne pas modifier l'heure française en été ne constituera pas de difficulté supplémentaire dès lors que le dispositif actuellement en vigueur oblige de toute façon à modifier les horaires de transports et de communication dans toute l'Europe au moment des changements d'heure.

Si le souci d'économiser l'énergie et le souhait de favoriser les loisirs devaient être maintenus, une solution plus respectueuse des modes de vie pourrait être trouvée dans l'instaurationd'horaires d'été, plus souples et mieux adaptés aux contraintes locales que l'heure d'été actuelle. Cette idée, déjà développée en 1915 (27(*)), conduirait ainsi à décaler les horaires des écoles, des administrations ou des entreprises, en fonction de leurs besoins, de leurs contraintes et de leur situation géographique par rapport au soleil. Cette solution aurait pour avantage de cesser de manipuler les données naturelles de la vie, dont on connaît désormais l'importance et les conséquences qu'elles peuvent avoir en termes de santé publique."

Ressources