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Balance

Si, tout comme moi, vous croyez que le centre de gravité est un concept idéal pour apprendre aux jeunes les notions du partage, vous apprécierez Balance de Christoph et Wolfgang Lauenstein, gagnant de l'Oscar du court métrage de 1989.

De l'efficacité des pneus gonflés à l'azote

Pneu à plat

Gonfler ses pneus avec de l'azote au lieu d'air est, selon toute vraisemblance, une dépense d'argent inutile. Voici pourquoi.

L'air est composé à 78% d'azote, 21% d'oxygène et 1% d'autres gaz. Pour un pneu d'automobile, 2 différences pourraient favoriser l'azote par rapport à l'air:
1- L'absence d'oxygène;
2- L'absence de vapeur d'eau.

Analysons l'influence de ces 2 facteurs.

1- Absence d'oxygène dans les pneus

L'oxydation

L'oxygène dégrade les matières avec lesquelles il est en contact: c'est l'oxydation. Pour les véhicules qui conservent les mêmes pneus pendant un grand nombre d'années, l'oxydation peut être importante. L'argument de vente utilisé mettant l'emphase sur cette propriété est l'identification de l'azote comme un gaz inerte, puisqu'il ne cause pas d'oxydation.

C'est surtout pour les camions qui ont des pneus gigantesques que cela a de l'importance. En effet, leurs pneus sont traités plusieurs fois, de nouvelles rainures sont creusées, augmentant ainsi leur durée de vie. Dans le cas des pneus d'automobiles, cela a très peu d'importance, ils ont une durée de vie trop courte.

Sources:
* http://home.comcast.net/~prestondrake/N2_FAQ_Q08.htm
* http://home.comcast.net/~prestondrake/N2_FAQ_Q06.htm

La dimension des molécules

La molécule d'azote, le diazote, est plus grosse que celle de l'oxygène, le dioxygène. Les molécules de dioxygène passent à travers le pneu plus rapidement que celles du diazote. Ce phénomène est appelé diffusion.

Cependant, la diffusion n'est pas une source importante de perte d'air dans un pneu. Une différence dans la vitesse de celle-ci, fut-elle réduite à zéro, ne représentera qu'un gain marginal.

Source: http://blogs.consumerreports.org/cars/2007/10/tires-nitrogen-.html

L'oxygène, nourriture du feu

Dans un milieu sans oxygène, il ne peut y avoir de feu. Un avion s'est déjà écrasé suite à l'éclatement d'un pneu en vol. En effet, le pneu de l'avion étant remplie d'air, et non d'azote, l'oxygène présent dans ce pneu a nourrie un incendie s'étant déclaré à ce moment, ce qui causa la perte de l'aéronef. Triste histoire.

Si vous prévoyez voyager dans un milieu pauvre ou sans oxygène, la haute troposphère par exemple, les pneus gonflés à l'azote réduiront de beaucoup les risques d'incendie. Pour les automobiles à la surface de la Terre, cette raison semble un peu futile.

Source: http://www.straightdope.com/columns/read/2694/is-it-better-to-fill-your-tires-with-nitrogen-instead-of-air

2- Absence de vapeur d'eau dans les pneus

La rouille

La vapeur d'eau, présente dans un pneu rempli d'air, cause de la rouille sur la jante.

Plusieurs automobiles ont maintenant des jantes en alliage inoxydable. Donc pas de rouille. La jante peut aussi rouiller de l'extérieur, l'absence d'eau dans le pneu n'est donc pas un facteur prévoyant toute corrosion. D'autre part, la présence de rouille serait un facteur rarement évoquée pour justifier le changement de celle-ci.

Source: http://www.straightdope.com/columns/read/2694/is-it-better-to-fill-your-tires-with-nitrogen-instead-of-air

La variation de pression de la vapeur d'eau

La pression de l'air sec varie moins en fonction de la température que celle de l'air contenant de la vapeur d'eau. Comme la vapeur d'eau est retirée lors du processus purifiant l'azote, un pneu gonflé à l'azote bénéficie de cet avantage.

Certes, mais de façon imperceptible à de basse température; dans l'air, la vapeur d'eau se condense et l'air devient sec, tout comme l'azote. Par contre, pour des températures de l'ordre de 100°C, la différence peut être importante. C'est pourquoi les voitures de courses ont des pneus gonflés à l'azote. À moins donc de faire de la course automobile, les températures des pneus n'atteignent pas les valeurs où la vapeur d'eau fait une différence par rapport à l'air sec.

Source: http://home.comcast.net/~prestondrake/N2_FAQ_Q01.htm

Conclusions

Il existe plusieurs sites web, surtout en anglais, qui portent sur l'efficacité des pneus gonflés à l'azote. Avec quelques variantes sur les arguments, la grande majorité en arrivent aux mêmes conclusions:
1- Peu importe avec quoi le pneu est gonflé, il faut vérifier la pression des pneus à chaque mois;
2- Pour un véhicule standard, gonfler ses pneus à l'azote au lieu de l'air a un effet négligeable. Si c'est gratuit, allez-y, sinon gardez vos sous pour vous acheter des douceurs.

Notes:
* La meilleure référence que j'ai consultée pour l'efficacité des pneus gonflés à l'azote est celle de Mitchell P. Patrie.
* Curieusement, CAA-Québec en arrive à des conclusions différentes que celles de ptaff.ca.

De l'existence des êtres vivants, et de l'humain en particulier, sur la Terre

La Terre

Le concept d'être vivant est contre-intuitif. En effet, pourquoi l'Univers en serait-il venu à créer une entité qui nécessite constamment de l'énergie pour maintenir son équilibre interne par rapport au milieu dans lequel il se trouve?

La deuxième loi de la thermodynamique justifie l'existence des êtres vivants 1. Une des formulations de cette loi stipule que les formes d'énergies disponibles doivent se dégrader vers des formes moins utilisables à d'autres fins. C'est la fameuse augmentation sans fin du désordre, l'entropie, de l'Univers.

Attardons-nous sur les implications de cette loi dans le cadre des corps célestes.

L'énergie du Soleil qui arrive sur la Lune est dans sa très grande partie reflétée par la suite dans l'espace. Elle subit très peu de dégradation. Pour dégrader l'énergie, il faut qu'un corps céleste qui reçoit l'énergie du Soleil, la Terre par exemple, puisse la capter et la dégrader sous d'autres formes moins utilisables par la suite.

La photosynthèse, à cet égard, est une réussite: l'énergie solaire est utilisée afin de créer de la matière organique à partir de l'eau, du CO2 et de minéraux dans le sol. Tous des éléments présents sur la Terre en grande quantité avant l'apparition du vivant. Une partie de l'énergie est conservée sur la Terre elle-même sous forme de matière (la matière organique et surtout le carbone de l'amosphère fixé dans la croûte terrestre) plutôt que retournée dans l'espace.

On peut en déduire que, lorsque le milieu le permet, des êtres vivants apparaîtront pour servir la deuxième loi de la thermodynamique. Cette loi ne spécifie pas quelle forme aura ce vivant, seulement qu'il captera l'énergie pour la dégrader en d'autres formes.

Vu sous cette perspective, l'être humain moderne représente le fin du fin comme servitude de la deuxième loi de la thermodynamique:

  • Le mythe judéo-chrétien veut que la Terre appartienne à l'humain et qu'il doive la dominer. Il lui est ainsi loisible d'exploiter toutes les ressources qui sont à sa disposition sur sa planète.
  • La société de consommation supporte la dépense abusive d'énergie à des fins futiles: déplacer des tonnes d'acier sur des routes de façon quotidienne, l'obsolescence programmée qui mène à remplacer des objets encore fonctionnels, les symboles de réussites qui confondent biens et prospérité.
  • Le système de valeur de reproduction amène à augmenter sans fin le nombre d'humains, augmentant d'autant le nombre d'unités cherchant à s'approprier des biens.

Bref, une fuite exponentielle qui, prise sous cette optique, n'a d'autre finalité que de dégrader l'énergie le plus rapidement possible. Les prochaines décennies détermineront si l'homme n'est qu'un instrument d'une loi thermodynamique.

Dans le cas d'une réponse positive, l'humanité n'aura été qu'un épiphénomène au succès planétaire qui, une fois sa consommation maximale d'énergie atteinte, cèdera plus ou moins rapidement sa place aux organismes exploitant l'énergie disponible à un taux plus soutenable.

Dans le cas d'une réponse négative, nous assisterons à un changement notable dans la façon qu'a l'humanité de concevoir son milieu. Elle réussira à redéfinir son rôle et à respecter les réalités physiques qui l'entourent. Il y a du chemin à faire.

Référence

1. Schneider, E.D, Kay, J.J., 1994, "Life as a Manifestation of the Second Law of Thermodynamics", Mathematical and Computer Modelling, Vol 19, No. 6-8, pp.25-48 © James J. Kay and Eric Schneider, 1992

A pour atome

Publié en 1953, le film A is for atom, d'une durée de 14 minutes, explique de façon très imagée, et toujours valide, comment fonctionne l'énergie nucléaire.

C'est un document d'époque qui a bien vieilli et qui a une construction tout ce qu'il y a de plus scientifique.

La voix hors-champ et la musique riche en cuivres sont typiques de la production des années '50.

La section à la fin du film, l'ouverture vers le futur, contient des prédictions qui se réaliseront (l'énergie nucléaire pour fournir de l'électricité) ou non (avion propulsé à l'énergie nucléaire!) et d'autres sur lesquelles je ne peux me prononcer (l'aide d'un physicien médical serait appréciée).

Bonne écoute!

Billet péruvien: La bouteille d'air

Drapeau du Pérou

Les billets péruviens ont été rédigés suite à un voyage de 17 jours au Pérou en juillet 2009.

Ceux qui traversent le parc des Laurentides pour se rendre au Saguenay l'auront peut-être remarqué, une bouteille de plastique débouchée en altitude se comprime une fois redescendue au niveau de la mer.

C'est donc dans un esprit d'expérimentation que nous avons rempli une bouteille de plastique d'air à 4000 mètres d'altitude. Nous avons par la suite pris des photos de cette bouteille à différentes altitudes pour voir jusqu'à quel point la bouteille se comprimait.

Bouteille d’air à 4070 mètres d’altitude
Aguas Calientes, un poste de péage quelque part sur l'Altiplano entre Cuzco et Puno (4070 mètres)
Bouteille d’air à 3860 mètres d’altitude
Puno, sur le bord du lac Titicaca (3860 mètres)
Bouteille d’air à 2630 mètres d’altitude
Arequipa (2630 mètres)
Bouteille d’air à 0 mètre d’altitude
Sur le bord du Pacifique à Paracas (0 mètre)

Cette comparaison, très graphique, des différents volumes occupés par la même quantité d'air en fonction de l'altitude, nous aide à comprendre pourquoi le cerveau à des problèmes d'approvisionnement en oxygène lorsque nous sommes en haute altitude.

Épaisseur de l'atmosphère: horizon vs zénith

Il y a 35 fois plus de particules d'air lorsque l'on regarde à l'horizon que lorsque l'on regarde au zénith.

Épaisseurs de l

C'est pour cette raison que le ciel dans la direction du coucher du soleil est rouge,

Couché de soleil sur Villeray
Coucher de soleil sur Villeray

et qu'en plein jour le ciel est d'un bleu plus profond au zénith qu'à l'horizon.

ciel_bleu_degrade_small.jpg
Dégradé de bleu dans le ciel

Référence: Why the sky is blue: Discovering the Color of Life, Gotz Hoeppe, Princeton University Press, 2007, ISBN-13: 978-0-691-12453-7, page 201.

Si t'as frette, va pisser

L'eau a une très grande capacité thermique. C'est d'ailleurs pour cette raison que l'on s'en servait autrefois comme liquide de refroidissement pour les moteurs.

Le liquide que contient notre vessie, appelé urine, est maintenu à la même température que notre corps: 37°C. L'énergie que notre corps consacre à maintenir ce liquide à cette température ne peut alors être utilisée ailleurs, pour réchauffer nos pieds par exemple.

C'est pourquoi, lorsqu'on commence à avoir froid, le premier réflexe à avoir est d'aller vider notre vessie. Même si on n’a pas envie. C'est une attitude thermodynamiquement responsable.

Une conséquence pratique et immédiate pour les premières soirées agréables du printemps: lorsque l'on est sur une terrasse et que la température descend, une bonne pisse nous permet de rester environ 30 à 40 minutes plus longtemps dehors sans avoir froid.

Santé!

Le mythe de la voiture électrique (II)

La voiture Tesla

Dans ma tendre enfance, la voiture de l'avenir était la voiture volante. Aujourd'hui, la voiture de l'avenir est la voiture électrique.

Or, dans le contexte actuel si la voiture électrique remplaçait totalement les voitures à pétrole, ce serait un véritable désastre environnemental.

Nous avons déjà calculé sur ce blogue que, si toutes les voitures du Québec étaient dotées d'un moteur électrique, il faudrait construire une centrale hydro-électrique ayant une demi-fois la puissance de la centrale Robert-Bourrassa.

Nous pourrions toujours, au Québec du moins, construire une autre centrale hydro-électrique de ce genre. Si l'on suppose que contaminer la superficie de 2 ou 3 fois le Lac-Saint-Jean et déplacer 10 000 autochtones constitue une option écologique, nous pourrions nous en tirer de façon plus propre que de brûler vulgairement du pétrole dans les rues de nos villes.

Mais, pour beaucoup de pays sur la planète, notamment les États-Unis, la future production d'énergie électrique proviendra essentiellement de nouvelles centrales au charbon. Certes, la qualité de l'air des villes s'en trouverait grandement améliorée si nous avions des voitures électriques, mais le bilan total des émissions des gaz à effets de serre serait désastreux. Si l'efficacité énergétique d'un moteur électrique est exceptionnelle, jusqu'à 90%, celle de la combustion du charbon elle, l'est grandement moins, au mieux 40%.

Au premier degré, on penserait que l'on est super écologique en se propulsant à l'électricité. Mais en regardant attentivement la source de l'énergie, on constate que l'on a simplement déplacé le problème.

J'ai un truc tout simple, qui ne nécessite aucune nouvelle technologie ni aucune nouvelle infrastructure, pour diminuer de 50% la consommation de pétrole per capita : Embarquez 2 par char.

Ce billet est publié sous licence Creative Commons BY-SA.

La bière gèle à -2°C

La question m’apparaissait pourtant simple: À quelle température la bière gèle-t-elle?

Je me suis lancé sur internet, pensant que quelqu’un allait avoir une réponse précise à cette question. Ça a été plus difficile que prévu.

Je n’ai rien trouvé de précis, ni en français, ni en anglais. Je me suis donc rabattu sur ce que je savais, à savoir que l’alcool que nous buvons sous forme liquide est de l’éthanol. J’ai donc cherché la formule pour calculer le point de fusion d’un mélange de substance pure, sachant que l’eau gèle à 0°C et l’éthanol à -114°C. Je considérais que c’était de niveau CEGEP, du cours chimie des solutions.

Or, il s’avère que c’est plus compliqué qu’il n’y paraît. Je n’ai pas trouvé une formule pour calculer le point de fusion d'un mélange de deux substances pures, j’ignore même si ça existe (j'en doute). Je me suis donc rabattu sur une table de valeurs expérimentales pour le mélange eau-éthanol pour répondre à ma question.

Pour une bière à 5% d’alcool, une bière standard disons, le point de fusion, aussi connue sous le nom de « la température à laquelle ça gèle » est d'environ -2°C. Pour la vodka et autres nectars à 40% d’alcool, c’est plutôt autour de -23°C.

Conclusions

1- Ne pas mettre la bière dehors si la neige ne fond pas. La neige fond à 0°C, je sais, mais si elle ne fond pas, il y a plus de chance que la température soit sous -2°C qu’entre 0°C et -2°C. Il faut être prudent lorsqu’il est question de boisson.

2- Soyez lousse avec la vodka et autres liquides à 40% d’alcool. C’est assez rare qu’il fasse sous -23°C et, si c’est le cas, vous boirez celle-ci rapidement pour vous réchauffer l’intérieur. Elle n’aura pas le temps de geler.

La nourriture et la deuxième loi de la thermodynamique

L'énergie dont notre corps a besoin nous provient essentiellement de la nourriture que nous consommons. Cette nourriture peut être divisée en 2 grandes catégories: animale et végétale. À l'autre bout de cette chaîne, se trouve le grand pourvoyeur d'énergie de notre planète: le Soleil.

L’énergie, du Soleil à l’humain
Schéma: L'énergie, du Soleil à l'être humain (sources des images: boeuf, humains)

On peut voir sur le schéma ci-dessus que, lorsque nous mangeons de la viande, l'énergie subit une transformation de plus par rapport aux végétaux (céréales, légumes, fruits, etc.). Regardons ce que la physique peut nous apprendre sur les implications de cette étape supplémentaire.

La deuxième loi de la thermodynamique stipule qu'il ne peut y avoir de transfert d'énergie sans augmentation d'entropie, c'est-à-dire sans transfert d'énergie vers le milieu. On peut conclure, et vous pouvez écrire ça sur un petit papier et le glisser dans votre portefeuille, ça va toujours être vrai, que si on achemine l'énergie du Soleil dans notre corps via de la viande plutôt qu'en utilisant des végétaux, il y a une perte d'énergie supplémentaire qui est générée dans ce système.

Le tableau suivant illustre le ratio entre la quantité d'énergie fossile nécessaire pour produire 1 kcal d'énergie en protéine animale [1].

Bétail et animal produit Ratio d'énergie nécessaire pour produire des protéines animales
Agneaux 57:1
Bovins de boucherie 40:1
Oeufs 39:1
Porcs 14:1
Produits laitier 14:1
Dindes 10:1
Poulets 4:1

Le système de production de protéines animales nécessite une moyenne de 25 kcal pour produire 1 kcal. Ce ratio est environ 11 fois plus élevé que pour la production de protéines à partir de grains, qui est d'environ 2,2 kcal pour 1 kcal de production.

Cette dépense supplémentaire d'énergie pour la viande animale provient de plusieurs sources: culture de végétaux pour consommation par les animaux, transport de ces végétaux et l'utilisation de territoires pour ces cultures végétales (notamment la déforestation de la forêt amazonienne pour l'élevage bovin [2]). Ces dépenses d'énergies supplémentaires ont aussi des conséquences indésirables comme la production de gaz à effet de serre, dont le méthane, l'appauvrissement des sols, l'augmentation des prix des céréales, etc.

Une manière simple d'optimiser l'utilisation des ressources de notre planète pour nous nourrir serait de changer nos habitudes alimentaires, de telle sorte que la viande prenne moins de place dans notre assiette. Toute diminution de cette consommation de viande, aussi minime soit-elle, est un pas de plus vers le respect des lois physiques qui gouvernent notre Univers.

Référence

[1] Pimentel D. and Pimentel M., Sustainability of meat-based and plant-based diets and the environment, American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 78, No. 3, 660S-663S, September 2003
[2] Tourrand J.F., Piketty M.G., Oliveira J.R.D., Thales M.C., Alves A.M., Da Veiga J.B., Poccard Chapuis R. Elevage bovin, déforestation et développement régional : le cas du sud du Para, Amazonie brésilienne, 2004. Bois et forêts des tropiques (280) : 5-16, format PDF.

Licence

Ce billet est distribué sous licence Creative Commons BY-SA.

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