Le métro de Tokyo et les routes des États-Unis modélisés par un micro-organisme

Si, comme moi, vous avez l'insigne honneur d'habiter en banlieue parisienne, vous avez sans doute un jour été confronté à l’aberration du réseau des transports publiques. Entre Paris et la banlieue, le réseau est plutôt performant, mais lorsque l'on voyage de banlieue à banlieue, on se retrouve souvent à faire des trajets complètements loufoques. A la moindre panne, c'est à dire tous les trois jours, c'est une pagaille apocalyptique. Certes, nous ne pouvions pas, à l'époque où les premiers tronçons ont été construits, prévoir l'évolution des besoins ni réaliser de jolies simulations sur ordinateur. Mais peut-être aurions-nous pu demander de l'aide à la créature la plus improbable qui soit : une moisissure gluante et visqueuse, Physarum polycephalum. 

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Rediffusion de l'été : Théorie du Ghetto - le modèle de la ségrégation

 La dynamique de la ségrégation

Prix du m² à Paris

Comment modéliser la ségrégation au niveau urbain ? Comme toujours, les scientifiques sont obligés de simplifier la réalité pour l'étudier. Prenons l'exemple de Paris et de sa banlieue. A quel moment intervient la ségrégation ? Très tôt : les beaux quartiers historiques, attractifs d'un point de vue géographique, esthétique et économique, sont habités par les personnes aisées, en général d'origine française. Elles ne tiennent pas beaucoup à encourager la mixité (sociale, "raciale", etc.), au point qu'elles préfèrent payer des amendes plutôt que de construire des logements sociaux. Ce faisant, elles contribuent à faire grimper les prix du m² et les personnes à faibles revenus (parmi lesquelles on compte beaucoup d'immigrés) se retrouvent cantonnées dans des quartiers peu attractifs, moins bien desservis par les transports et plus éloignés des centres économiques et culturels. Les commerces et services s'implanteront préférentiellement dans des quartiers attractifs et dynamiques, renforçant ainsi les disparités géographiques et pérennisant le statut attractif ou non du quartier.

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Physique des manchots : gouttes, ondes et comment chiper de la chaleur au froid.

La semaine dernière, dans l'article Molécules, manchots et tension superficielle", j'avais comparé le comportement des molécules dans une goutte à celui d'une bande de manchots regroupés pour se protéger du froid. A la fin de l'article, je tentai un parallèle entre les mouvements circulaires dans une goutte de pluie en train de tomber et un groupe de manchots se déplaçant sous l'effet du vent. Mais ce n'est pas la seule curiosité physique des manchots ; de l'évolution du groupe aux pertes de chaleur en passant par les ondes, voici trois petits points insolites de la physique des manchots.

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Le modèle cosmologique remis en question par la mission Planck ?

Le mois dernier, j'ai eu la chance d'assister à la conférence de presse de l'ESA (Agence Spatiale Européenne) pendant laquelle les scientifiques qui ont travaillé sur la mission Planck ont dévoilé les résultats de quatre années de travail et d’observation. Le site Science étonnante a publié ce superbe article où l'on peut apprendre presque tout ce qu'il y a à savoir sur le sujet. J'ai donc rédigé celui-ci comme un article complémentaire ; je parlerai bien sûr du rayonnement fossile, mais je commencerai par expliquer comment on met au point un modèle physique, de façon générale. Je poursuivrai en parlant du modèle cosmologique standard et de sa possible remise en question par les résultats intrigants de la mission Planck. 

Le fond cosmologique diffus vu par Planck. Crédits : ESA and the Planck Collaboration

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Formation et migration des bosses sur une piste de ski

Aujourd'hui, je réponds à la question "Y a-t-il une loi mathématique qui explique la distribution régulière des bosses créées par le passage des skieurs sur un champ de neige vierge ? "

Une piste de bosses

Une très bonne question qui va me permettre d'aborder de nombreux points de physique ! Pour commencer, plantons le décor avec une jolie image. Comme on le voit, le passage répété des skieurs a formé des bosses et des creux sur la piste, disposés de façon assez régulière. L'apparition des bosses résulte de l'accumulation et de l'érosion de la neige respectivement à l'extérieur et à l'intérieur des virages ; on en trouve sur toutes les surfaces skiables qui ne sont pas damées. La forme, le nombre et la taille des bosses qui apparaissent sur une piste dépendent de nombreux paramètres : taille, poids et vitesse du skieur, niveau de ski, taille des skis, qualité de la neige, pente de la piste, taux d'ovomaltine dans le sang etc.

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Les ondes hydrodynamiques dans les bouchons de voitures

Dans l'article "physique des gouttes de pluie et répartition des richesses", j'avais évoqué la polyvalence des modèles physiques ; une même équation peut servir à modéliser des phénomènes a priori sans rapports. Dans "les vagues monstres" par exemple, on peut voir comment les équations de la physique quantique servent à décrire la formation de vagues de taille exceptionnelle. Aujourd'hui, je vous parle de propagation d'ondes dans les bouchons de voitures :)

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La physique des gouttes de pluie et la répartition des richesses

Gouttes de pluie sur une vitre. Crédits : K.Madjer

Si vous avez passé les trois derniers mois à Paris, vous avez malheureusement eu l'occasion de voir la pluie s'abattre sur une fenêtre. Au lieu de vous morfondre, profitez-en pour méditer sur la marche du monde, le système oligarchique et les douze travaux d’Astérix. Pour cela, commencez par examiner ce qui se passe à la surface de la vitre.

Celle-ci se couvre graduellement de gouttes d'eau de taille variable. Les plus dodues coulent le long de la surface de verre sous l'effet de leur propre poids. Si elles rencontrent d'autres gouttes sur le chemin, elles fusionnent et la nouvelle goutte poursuit sa descente en laissant une trace mouillée sur la vitre. Si une goutte tombe sur cette trace, elle coulera plus facilement vers le bas. Quant aux petites gouttes, elles restent à l'endroit du point d'impact (sauf si elles tombent sur une trace mouillée) car la force de tension de surface compense le poids. De façon générale, les gouttes ont tendance à se réunir pour diminuer leur surface d'exposition et atteindre un minimum d'énergie : c'est ce qu'on appelle la coalescence. Ces mécanismes sont visibles dans la vidéo ci-dessous :

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Van Gogh et l'hydrodynamique : la circulation des courants et des cyclones

Une petite vidéo pour commencer : les océans perpétuels 

C'est joli (et peut être un peu long !) mais à quoi ça sert ? Et bien ces courants indiquent comment la chaleur (ou le froid) est transportée dans les océans et permet donc de visualiser comment la température de l'eau influe sur le climat. On peut aussi voir de quelle façon le CO2 stocké localement dans les océans est dilué et transporté à la surface du globe. Enfin, on peut étudier la façon dont des polluants (pétrole, produits chimiques, tongs perdues cet été sur la plage..) vont être amenés à contaminer certaines zones en particulier.

Sens de circulation dus à la force de Coriolis 

Les lignes de courant s'enroulent en spirales caractéristiques de la mécanique des fluides, que l'on retrouve par exemple dans les cyclones. Dans ce dernier cas, c'est la force de Coriolis, due à la rotation de la Terre sur son axe, qui imprime un sens de rotation à la dépression cyclonique. Dans l'hémisphère Nord, les dépressions "tournent" dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans l'hémisphère sud, c'est le contraire.


Van Gogh, qui avait un faible pour les instabilités et les dépressions, fussent-elles hydrodynamiques, a reproduit sur certains tableaux le mouvement giratoire des masses nuageuses qu'elles transportent.

"Nuit étoilée", V.Van Gogh

Cyclone au-dessus de l'Islande. NASA/Jesse Allen

Pour finir comme j'ai commencé, une petite vidéo de la courte vie de l'ouragan Sandy, fournie par la NASA (GOES project).

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