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La matière composant l'Univers: proportion des constituants de la tarte au sucre

Je suis un peu triste. Je viens de lire dans une édition spéciale du Scientific American consacrée aux frontières de la physiques que, de toute la matière constituant l'Univers, seulement 4 à 5% ont les mêmes constituants que ma tarte au sucre: protons, neutrons, électrons et photons (des photons lorsque je la regarde avec envie).

Tout le reste de cette "masse" ne ressemble en rien à ce que nous connaissons. Elle est constituée de matière sombre et d'énergie (mais oui, l'énergie et la masse c'est la même chose -> E=mc2).

Répartition de la masse selon les sources dans l'Univers

Même si vous êtes à la fine pointe de la vulgarisation de la physique et que vous savez ce qu'est un neutrino, qu'il a récemment été découvert que celui avait une masse et qu'ils sont très nombreux dans l'Univers, ils n'ajoutent qu'un maigre 1% à la masse totale. Pour ainsi dire une goutte d'eau.

Ça me fait une impression de grand vide.

La théorie du tout: un idéal esthétique

L'homme essaie depuis des temps immémoriaux de comprendre comment fonctionne la nature. Il observe des phénomènes autour de lui et cherche à en expliquer les causes, que ce soit par des divinités contrôlant certaines sphères de la nature (pour les Grecs, Poséidon contrôlait les phénomènes reliés à la mer) ou encore par ce que nous appelons aujourd'hui la science physique.

La physique est la science de la nature. Pour qu'un résultat soit valide au niveau de la physique, il faut qu'il soit mesurable et reproductible par expérience.

Or, au cours de l'histoire, il est fréquemment arrivé qu'une théorie physique soit mise au point pour expliquer un phénomène de la nature et que, par extension, cette théorie explique d'autres phénomènes. Un exemple célèbre est la théorie de la gravitation universelle de Newton. Newton développa cette théorie pour expliquer comment les corps tombaient sur la Terre (sa fameuse pomme). Il s'avéra qu'avec cette même théorie il soit aussi possible d'expliquer comment les planètes du système solaire tournent autour du Soleil. Ça a été un vif succès.

Ce genre d'extrapolation du domaine d'application d'une théorie physique plait beaucoup à l'esprit de l'homme: il y a un certain esthétisme dans cette conception. Certains scientifiques, dont Einstein, en sont venus à croire que la nature devait se comporter de la sorte, que toutes les théories physique doivent être reliées entre elles.

Il y eut plusieurs réussites qui pourraient justifier une telle conception de la nature. Pensons aux relations qui existent entre l'électricité et le magnétisme ou encore entre la mécanique quantique et la chimie. Dans l'histoire de la physique, plus les modèles deviennent complets, plus il semble qu'ils soient reliés entre eux.

Mais, rappelons qu'une théorie physique se doit d'expliquer la nature, une observation ou un phénomène inexpliqué et non répondre à des canons esthétiques. C'est la recherche de réponses à ces questions qui a motivé les avancées dans cette science et, tel qu'écrit plus haut, c'est même la base de la physique.

La théorie du tout est un modèle, ou une théorie, qui unifierait tous les phénomènes physiques, du nucléaire au niveau macroscopique (cosmologie). Il s'agit en fait d'une théorie qui expliquerait, ni plus ni moins, tous les phénomènes physiques de l'Univers.

Mais, même si demain matin quelqu'un inventait une théorie du tout valide, il n'y aurait aucune expérience qui permettrait de valider cette théorie. Cette théorie a pour postulat que la nature doit obéir à une idée esthétique que nous nous faisons d'elle, elle ne répond pas à une observation ou à un phénomène que nous ne comprenons pas. C'est le chemin inverse de ce qui est à la base de la physique, on construit une théorie et ensuite on observe la nature pour trouver un phénomène qui la justifierait.

Albert Einstein lui-même a passé la majeure partie de sa vie à tenter de trouver un modèle unificateur des forces de la nature. Il n'aimait pas la mécanique quantique, celle-ci ne convenant pas à l'idée qu'il se faisait de la nature; son fameux « Dieu ne joue pas aux dés ».

Il faut avoir un orgueil infini pour prétendre connaître ce que Dieu fait ou ne fait pas. Nous n'en savons rien. Ce que nous pouvons faire, c'est observer, tenter de comprendre et d'expliquer.

Je suis un objecteur idéologique de la théorie du tout: ce n'est pas de la physique, c'est de l'esthétisme.

Le tiers de siècle

C'est Vincent qui a rappelé à mon bon souvenir ce que j'avais dis, et que j'avais totalement oublié, à la fête de mes 25 ans. Ce jour-là je fêtais mon 1/4 de siècle et, semble-t-il, j'avais mentionné que la prochaine étape importante n'était pas lorsque j'aurais 30 ans mais bien lorsque je fêterais mon 1/3 de siècle, c'est-à-dire lorsque j'aurais 33 ans et un tiers.

Après réflexion, c'est pas si bête:

  • 5 ans: 1/20 de siècle
  • 10 ans: 1/10 de siècle
  • 20 ans: 1/5 de siècle
  • 25 ans: 1/4 de siècle

Si je vous offrais, comme suite possible de la série, de choisir entre 1/3 de siècle (33 ans et un tiers) et 3/10 de siècle (30 ans), que choisiriez-vous?

Allez, on se donne rendez-vous le 22 août 2010 pour mon 1/3 de siècle.

Et si l'on utilisait seulement l'énergie solaire ?

On parle beaucoup présentement, surtout dans le cadre du protocole de Kyoto, d'énergie renouvelable. Si nous voulions n'utiliser que l'énergie produite par des capteurs solaire, quelle surface faudrait-il recouvrir pour pouvoir subvenir à nos besoins actuels ? La surface de la Terre serait-elle suffisante? Quel est l'ordre de grandeur de cette surface?

Disposant d'une connexion internet, d'une calculatrice et d'une solide formation secondaire où j'appris la règle de 3, j'ai tous les outils en main pour faire ce calcul.

Remplaçons toute l'énergie du monde par de l'énergie solaire

Selon l'Agence internationale de l'énergie (2004), l'offre total d'énergie primaire est de 425 exajoules (1 exajoule = 1 x 1018 joules) par année. L'énergie primaire est définie par l'énergie produite par la combustion (pétrole, gaz naturel, charbon et déchets pour 91 %), par la fission nucléaire (7%), par l'énergie hydroélectrique (2,2 %) et les autres énergies renouvelables (0,5 %).

L'efficacité d'une cellule photovoltaïque est d'au mieux 16% [1], c'est-à-dire que de tous les photons qui frappent la cellule, seulement 16% sont convertis en électricité (énergie).

En Amérique du Nord, en moyenne, la puissance du soleil est entre 125 et 375 W/m2 dans une journée [2]. Puisque nous sommes au nord de l'Amérique, prenons la borne inférieure soit 125 W/m2, ce qui donne 1,08 MJ (MJ = mégajoule = 1 x 10 6 joules) d'énergie pour une journée pour un mètre carré.

Pour fournir 425 exajoules en 1 an à l'aide de cellules photovoltaïque d'une efficacité de 16%, il nous faudrait donc 674 000 km2 recouvert de capteurs solaire! Cette surface représente 0,1 % de la surface de la Terre (510 065 285 km2) ou encore 0,4 % des terres émergées (148 939 063 km2). Ce ne vous donne pas encore une bonne idée de la surface? Disons que c'est l'équivalent de la superficie de la Birmanie (678 500 km2) ou encore de la France (675 418 km2) [3].

Remplaçons toute l'énergie produite par Hydro-Québec par de l'énergie solaire

Mêmes calculs, mais cette fois pour remplacer toute la production d'électricité d'Hydro-Québec, soit 35 190 MW [4].

Il faudrait une surface de 1760 km2 recouvert de cellules photovoltaïque pour remplacer toute l'électricité produite par Hydro-Québec. À quoi se compare cette superficie ? L'île de Montréal ayant une superficie de 514 km2 [11], il faudrait donc en recouvrir l'équivalent de 3,5 fois l'Île de Montréal pour pouvoir remplacer Hydro-Québec!

Remplaçons toute l'énergie du pétrole brûlé par les Québecois par de l'hydrogène (H2)

Puisque nous voulons être vert, nous produirons bien sûr notre hydrogène avec… de l'énergie solaire!

L'électrolyse de l'eau est un des procédés existant pour produire du H2 et c'est celui pour lequel nous optons ici. L'efficacité de la production de H2 varie entre 50 % et 90 %, c'est-à-dire qu'il en nécessite entre 1,1 et 2 fois plus d'énergie pour le produire que la quantité d'énergie qui sera libérée lors de sa combustion [5].

Selon la Régie de l'énergie du gouvernement du Québec, la consommation totale du Québec est de 8,3 milliards de litres d'essence par année [6]. Or, 1 litre d'essence fournit 29 MJ alors que 1 kilogramme de H2 fournit 120 MJ [7,8]. Il nous faudra donc brûler 2 milliards de kg de H2 pour fournir la même énergie que le pétrole (en supposant qu'un moteur à hydrogène est aussi performant qu'un moteur à essence traditionnel).

Quelle quantité d'énergie est nécessaire pour produire cette quantité de H2 ? Environ 1,1 à 2 fois plus qu'elle n'en produira, c'est-à-dire entre 287 et 516 milliards de MJ, ce qui représente une surface de 947 à 1720 km2.

Étonnament, la borne supérieure de la surface nécessaire, 1720 km2, est très près de la surface qui faudrait pour remplacer Hydro-Québec, 1760 km2.

Quelle superficie de cellules photovoltaïque pour remplacer la consommation d'une voiture ?

Selon Transport Canada, la distance moyenne parcourue par un véhicule léger au Québec est de 16 633 km par année. Au Canada, la consommation moyenne d'un véhicule est de 11,42 litres d'essence pour 100 km. Un véhicule consomme donc, en moyenne, 1889 litres d'essences par année.

Toujours en utilisant les mêmes hypothèses (efficacité de la cellule photovoltaïque, utilisation du l'hydrogène au lieu de l'essence, efficacité de l'electrolyse de l'eau), il faudrait une surface de 95 m2 pour fournir la quantité d'énergie suffisante pour la consommation d'un véhicule. Cette surface est environ la même qu'un terrain de football (soccer) [9].

On voit qu'il serait très difficile, à moins que tout le monde habite à la campagne et ait un champ à lui à côté, que chaque propriétaire de voiture produise lui-même son hydrogène à la maison pour son véhicule.

On peut se demander, par exemple, quelle superficie serait nécessaire pour tous les véhicules sur l'Île de Montréal.

Remplaçons toute l'énergie du pétrole brûlé par les résidents de l'Île de Montréal par de l'hydrogène (H2)

Selon la Société d'assurance automobile du Québec (SAAQ), le nombre de véhicules sur l'Île de Montréal, en 2004, était de 667 383 [11]. Toujours pour une distance moyenne parcoure par année de 16 633 km, on obtient un total de 11 milliards de km pour l'ensemble de véhicules légers sur l'Île de Montréal, ce qui nécessite 1,26 milliards de litres d'essence.

Pour obtenir l'équivalent de cet énergie avec de l'hydrogène, il faudrait recouvrir une surface de 6 080 km2 de cellules photovoltaïques, soit environ 12 fois la superficie de l'Île de Montréal !

Références

  1. Wikipedia: photovoltaic cell (anglais)
  2. Solar Maps, National Renewable Energy Laboratory, carte (anglais)
  3. Wikipédia: Liste des pays par superficie
  4. Tableau synthèse des centrales d'Hydro-Québec
  5. Wikipedia: Electrolysis of water (anglais)
  6. Bulletin d'information sur les prix des produits pétroliers au Québec, Régie de l'énergie du gouvernement du Québec (document pdf)
  7. Wikipedia: Gazoline, Energy content (anglais)
  8. Departement of physics & Astronomy, Georgia State University, Efficacité énergétique de l'électrolyse (anglais)
  9. Wipédia, Loi 1 du football, le terrain de jeu
  10. Atlas montréalais, Portrait des terrains vacants à vocation économique
  11. Dossier statistique, bilan 2004, Société de l'assurance automobile du Québec (document pdf)

Contribution du CO2 au réchauffement global

Le graphique ci-dessous est connu sous le nom de hockey stick. Il s'agit de l'élévation de température observée entre l'an 1000 et l'an 2000, les pointillés représentant la projection de l'élévation de température jusqu'à l'an 2100.

Le climat des 10 derniers siècles et projection pour le 21e siècle

Ce qu'il y a de spécial dans ce graphique, c'est que l'élévation de température qui y est représentée est seulement due aux gaz à effets de serre. On a retiré la contribution des variations de l'activité solaire ainsi que le refroidissement causé par les poussières d'origines volcaniques et anthropogéniques.

Les lignes pointillés horizontales représentent la variabilité de la température observée de l'ère dite pré-industrielle, c'est-à-dire avant 1850. Cette variation naturelle pourrait expliquer le réchauffement que nous avons vécu au XXe siècle.

Il existe plusieurs séries de mesure (carotte glacière, dendroclimatologie) pour reconstituer la température moyenne de la Terre au cours du dernier millénaire. Ce sont ces différentes séries de mesures qui sont représentées par les lignes de couleurs; les contribution des poussières et du flux solaire ont été enlevées de chacune des séries de façon à mettre en évidence la contribution du CO2.

Ce graphique, publié en 2000 dans la revue Science aurait marqué un point tournant dans le ralliement des scientifiques de toutes les displines au concensus qui a entouré la troisième série de rapport du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat.

Sources:

  • T.J. Crowley et M.E. Mann, « Causes of climate change over the past 1000 years », Science, n° 289, 2000, p.270-277
  • Claude Villeneuve et François Richard, « Vivre les changements climatiques: Quoi de neuf ? », Éditions MultiMondes, 2005, p. 109-110, ISBN 2-89544-074-3

Petite histoire du puits de carbone

Dans le cadre de la petite histoire de l'atmosphère de la Terre, j'avais écris que le CO2 présent dans l'atmosphère avait été dissous dans l'océan. Les êtres vivants, en prenant le carbone présent dans le CO2, libéraient du O2. Voilà pour la récapitulation.

Les organismes vivant, en mourant, emprisonnaient une grande quantité de carbone (C) dans la lithosphère. Par exemple, pendant des millions d'années, la végétation s'est décomposée et s'est retrouvée par la suite dans la croûte terrestre. Or, que fait l'homme depuis un peu plus de 100 ans ? Il va puiser dans cette source de carbone, via les combustibles fossiles, et la consume ensuite, libérant de ce fait des quantités énormes de CO2 dans l'atmosphère. Ce que la nature a mis des millions d'années à produire, l'homme le détruit en moins de 200 ans.

Qu'arrive-t-il à la quantité fantastique de CO2 ainsi libérée ? Puisque l'océan a déjà absorbé pratiquement tout le CO2 (il ne reste que 3% de tout le CO2 présent sur la Terre sous forme de gaz dans l'atmosphère) de l'atmosphère primitive de la Terre, ne pourrait-il pas recommencer ?

Il y a 3 endroits où ce surplus de CO2 peut résider: dans l'atmosphère, dans l'océan et dans la biomasse.

Absorption du CO2 par l'océan

Dissollution directe du CO2

Pour ce qui est de l'océan, on y retrouve le CO2 dissous sous trois forme: CO2 dissous directement dans l'eau (acide carbonique), HCO2- (bicarbonate) et CO32- (carbonate). La majorité du CO2 présent dans l'océan est sous la forme de carbonate. Le pH des océans, a une valeur de 8,2, est étonnament alcalin. L'ajout de CO2 dans l'océan l'acidifie, ce qui réduit sa capacité à absorber le CO2 (la raison dépasse grandement le cadre de cette discussion). On ne peut simplement ajouter du CO2 dans l'atmosphère et attendre qu'il soit absorbé par l'océan. En fait, à cause de la contrainte sur l'alcalinité des océans, 50% du CO2 émit demeure dans l'atmosphère. On voit la menace sur l'équilibre qui existe présentement où seulement 3% du CO2 est dans l'atmosphère.

Mais comment se fait-il alors que l'océan ait réussi à absorber tout le CO2 de l'atmosphère primitif ? Excellente question Gaston. C'est là qu'intervient le fameux courant du fond des océans. La limitation sur le pH dont il était question dans le paragraphe précédent est une contrainte sur la couche supérieure de l'océan. Il est possible de voir l'océan comme une superposition de 3 réservoirs: la couche de surface (0-100m), la couche intermédiaire (100m à 1km) et l'océan profond (1km jusqu'au fond). L'eau demeure dans chacun des réservoirs en moyenne 18, 40 et 120 ans, respectivement. Autrement dit, une réponse de l'océan à un changement de concentration de CO2 dans l'atmosphère prend environ 200 ans. Il n'y a que la couche supérieure de l'océan qui entre en contact avec l'atmosphère et cette couche ne peut prendre que 6% de tout le CO2 émit par la combustion des combustibles fossiles. La somme de toutes les couches ont absorbé, depuis le début du XIXe siècle, autour de 25% de tout le CO2 émit. On peut apprécier l'importance qu'a le brassage de l'océan; le CO2 absorbé par la couche supérieure doit absolument passer dans l'océan profond si on veut que le surplus de CO2 libéré dans l'atmosphère ne nous étouffe pas.

Absorption du CO2 par le phytoplancton

Le phytoplancton est la base de la chaîne alimentaire, ce qui fait que le C qu'il produit se retrouve ensuite dans tous les échelons de la chaîne alimentaire et environ 90 % est éventuellement convertie en CO2 en solution dans l'eau (par la respiration et la décomposition dans la couche supérieure de l'océan). Le 10% restant (matières fécales, organismes décédés) est précipité au fond des océans. Cette proportion représente environ un huitième de ce qui est transporté par les échanges entres les couches d'eau dans l'océan profond.

Les mesures actuelles de CO2 atmosphériques indiquent que 50% des émissions demeurent dans l'atmosphère. L'absorption du CO2 par les océans en élimine 30%. Où passent donc les 20% restants ?

Absorption du CO2 par la biomasse de la Terre ou les « puits de carbone »

Rien n'explique où peuvent être allés ces 20 %, les scientifiques émettent des hypothèses et l'une de celle-là est l'accroissement de la biomasse de la Terre.

Par des modèles calculant la quantité de CO2 absorbée par les plantes lors de leur croissance, les scientifiques en sont venus à la conclusion que la vitesse d'absorption du CO2 par la végétation était un peu plus petite que celle des océans.

C'est là que serait passé le 20 % manquant: il y aurait eu un accroissement de la quantité de CO2 absorbé par la végétation des moyennes et hautes latitudes de l'hémisphère nord. Une partie de cette augmentation pourrait être due à une conversion des terres agricoles en forêt dans les moyennes latitudes de l'hémispère nord, et une autre partie pourrait être attribuable à une plus grande activité de la photosynthèse de la forêt boréale, résultat du réchauffement climatique.

Cette accumulation de la biomasse par les plantes seraient ensuite déposée sur le sol. Ce sont les fameux « puits de carbone » !

Référence: Introduction to atmospheric chemistry, Daniel J. Jacob, Princeton University Press, ISBN 0-691-00185-5, p. 87-90

Petite histoire de l'atmosphère de la Terre

Évolution de l'atmosphère

Les éruptions volcaniques et le refroidissement de la croûte terrestre établirent, lorsque notre planète était dans son enfance, la composition initiale de ce que l'on retrouve à la surface de notre planète et dans son atmosphère. La surface de notre planète est composée d'un assemblage d'atomes provenant de 92 éléments chimiques.

Les observations des éruptions volcaniques nous donnent une idée de cette atmosphère primitive: H2O (~ 95%), CO2, N2 et du gaz sulfureux. Il n'y avait pas d'O2 et les plus vieux cailloux de la Terre ne contiennent pas non plus d'O2. Mais d'où vient cet oxygène que nous respirons ?

La vapeur d'eau de l'atmosphère primitif se condensa et forma les océans, le CO2 et les gaz sulfureux s'y dissolurent par la suite, laissant le N2 comme gaz principal. La présence d'eau liquide permis le genèse de la vie et certains de ces organismes, il y a environ 3,5 milliards d'années, développèrent la capacité de convertir le CO2 en carbone organique via la photosynthèse. Par ce processus, ils libérèrent du O2 qui s'accumula dans l'atmosphère jusqu'à atteindre le niveau que nous connaissons présentement, il y a 400 millions d'années.

Atmosphère de Mars, de Vénus et de la Terre

Il est instructif de comparer l'atmosphère de notre planète avec celles de ses voisines, Mars et Vénus, pour avoir un aperçu de ce qu'elle aurait pu être dans d'autres conditions.

On croit que les 3 planètes avaient initialement les mêmes composantes, mais aujourd'hui elles sont très différentes.

Vénus Terre Mars
Rayon (km) 6100 6400 3400
Masse de la planète (1023kg) 49 60 6,4
Accélération gravitationnelle (m/s2) 8,9 9,8 3,7
Température de surface (K) 730 290 220
Pression à la surface (Pa) 9,1 x 106 1.0 x 105 7 x 102
Composition de l'atmosphère (%)
CO2 96 0,04 95
N2 3,4 78 2,7
O2 0,0069 21 0,13
H2O 0,3 1 0,03

L'atmosphère de Vénus est environ 100 fois plus épaisse que celle de la Terre et, à cause de sa proximité du Soleil, la température de la jeune Vénus était trop élevée pour que l'eau s'y condense et créée des océans. La conséquence est que l'atmosphère est essentiellement composée de CO2. La vapeur d'eau dans la haute atmosphère de Vénus s'est décomposée par photolyse en atomes de H, qui se sont ensuite échappés de l'atmosphère, les atomes d'O restant oxydèrent les roches à la surface de la planète. On pense que c'est ce mécanisme qui explique la rareté de l'eau à la surface de Vénus.

Sur la Terre, on ne retrouve que 0,001 % de toute la quantité de l'eau de la planète dans l'atmosphère, le reste est à la surface (principalement dans les océans), ce qui fait que la perte d'eau en haute atmosphère est marginale et est compensée par l'évaporation des océans.

L'atmosphère de Mars est beaucoup plus mince que celle de la Terre et est principalement composée de CO2. Puisqu'elle est plus petite, elle a une accélération gravitationnelle plus faible, ce qui fait que les atomes de H peuvent s'échapper aisément dans l'espace, de même pour les atomes de N qui sont produit par photolyse du N2 (ce phénomène, pour le N, est négligeable sur la Terre). Même si le pourcentage de CO2 sur Mars est grand, son abondance totale est en fait extrêmement petite par rapport à celle de Vénus; on pense que le CO2 a été retiré de l'atmosphère martienne par des réactions à sa surface qui créa des roches carbonées.

Lire la suite: Petite histoire du puits de carbone

Référence: Introduction to atmospheric chemistry, Daniel J. Jacob, Princeton University Press, ISBN 0-691-00185-5, p. 87-90

Consommation du Ford Escape Hybride

Je m'apprêtais à faire une montée de lait parce qu'Hydro-Québec fait un concours et que le grand prix est un Ford Escape Hybride. Mon argument principal était que c'est bien beau être hybride, mais encore faut-il avoir une consommation décente.

Je croyais que le Ford Escape, fut-il hybride, buvait vraiment comme un ivrogne. Je me suis rendu sur le site de Ressources Naturelles Canada pour voir le fameux guide dont il est toujours question lorsque l'on fait référence à
la consommation. Je trouve le Ford Escape Hybride (dans la catégorie «
véhicules à usages spéciaux », évidemment) et je constate que sa consommation d'essence est de 6,6 litres/100 km en ville ! C'est la même consommation que l'Echo !

Pour m'excuser d'avoir chiâlé sur leur concours, je suis aller y participer. En répondant à quelques questions, après s'être préalablement inscrit en remplissant un formulaire hautement sécuritaire pour rien (2 chiffres au minimum dans le mot de passe), on peut avoir un profil de notre consommation d'électricité. Très interressant, ça m'a rappelé le questionnaire d'Environnement Canada sur la répartition des gaz à effet de serre que nous produisons.

De la justice du crâne

Fait un petit bout qu'elle me tombe royalement sur le coeur celle-là, mais maintenant que le couvercle a été soulevé au grand public, grand bien me fasse que je l'expulse.

La Nature aime et créé la diversité. Nous pouvons observer des plantes carnivores, des espèces vivant sans oxygène, des ruminants à plusieurs estomacs. Chez les humains, nous remarquons des yeux de plusieurs couleurs, des nains, des gauchers, des frisés, des poilus, ainsi de suite.

Les humains vivent en société (il paraît qu'on y trouve des avantages) depuis quelques dizaines de millénaires déjà. Qu'il ait existé plusieurs « souches » à l'humanité ou une seule, le résultat reste le même, le mode de vie sédentaire a assuré une « concentration génétique »: les gens d'une société procréant davantage avec les membres de ce même groupe.

La survie des membres d'une société est modulée par plusieurs facteurs - mais principalement le milieu immédiat de vie (qu'il soit donné ou façonné par l'humain lui-même); on comprendra facilement que dans un milieu très froid, l'avantage de reproduction revient aux personnes plus génétiquement avantagées à résister au froid. Élémentaire. Darwin 101.

Voilà donc deux explications simples à la ressemblance des humains d'un même milieu; la reproduction de gens portant les mêmes avantages compétitifs tend à créer des individus portant ces avantages.

Lorsqu'on divise grossièrement le globe géographiquement, on remarque certaines différences tout à fait normales et très souvent explicables par l'environnement. Les taille moyenne des Africains surpasse celle des Asiatiques par exemple.

Personne ne réfute ça.

Mais, mais, mais…

Dès qu'il s'agit de ce qui se passe dans le crâne, scandale. Tout à coup, tout le raisonnement plus haut tombe. Bien qu'on admette facilement que d'un humain à l'autre le potentiel cérébral varie, dès qu'une moyenne est impliquée - et qu'elle implique une couleur de peau, scandale. Aucune difficulté à lire que les gauchers en moyenne profitent d'un QI plus élevé. Ça, ça va.

Dès qu'il est question de race, dès qu'il est question du crâne, bing bang, il s'agit de racisme et de rien d'autre. On entend alors le classique « les tests sont conçus pour donner des résultats favorisant la race de l'expérimentateur ». Argument valide ou non, le principe sous-jacent à ces réactions reste le même : Peu importe comment on va mesurer l'intelligence ou toute autre faculté résidant dans la tête, le résultat devra toujours rester absolument le même : égal entre toutes les races.

Je n'endosse pas ici les dires de la personne ayant provoqué cet esclandre médiatique, il ne s'agit pas non plus d'un article pro-eugénisme, je m'insurge seulement contre l'espèce de dignité mal placée, de racisme inversé, de « wishful thinking » qui amène à croire que la « justice » existe dans la Nature - alors qu'il ne s'agit que d'une création abstraite de l'Homme.

Il existe d'ailleurs (surprenant? pas pantoute!) le même genre de conservatisme frileux qui prétend que les hommes et les femmes « ont la même tête ». Là il s'agit de sexisme quand on relève ce qui diffère.

Le temps de gestation des mammifères en fonction de leur poids

Dans la dernière année (2005), plusieurs de mes ami(e)s ont eu des enfants. Arrivées à la fin de leur grossesse, les mères en avaient souvent assez de porter toute cette masse supplémentaire: « 9 mois, c'est assez! ». La gestation de l'éléphant venait alors sur le sujet: l'éléphante doit porter son enfant pendant 21 mois, pratiquement 2 ans!

Tout naturellement, je me suis demandé si les mammifères avaient un temps de gestation qui soit proportionnel à leur poids, relation qui me semble naturelle. Ne serait-il pas normal que plus un animal est gros, plus ses enfants sont gros et plus il nécessite de temps pour qu'ils atteignent un grand poids avant leur naissance ?

C'est animé de cette réflexion que j'ai rédigé une liste de mammifères, essayant le plus possible de choisir les premiers que l'on nous apprenait à reconnaître dans notre enfance: l'éléphant, la girafe, le kangourou, le chat, la souris, le chien, le cheval, la baleine et le tigre.

Je voulais faire un graphique qui mettait en relation le poids de l'animal, choisissant la femelle plutôt que le mâle, lorsque l'information était disponible, en relation avec le temps de gestation. Rapidement, je me suis rendu compte que je ne pourrais mettre la baleine bleue sur le graphique. Celle-ci est beaucoup trop lourde (140 tonnes!) comparée aux autres animaux. Les points ne présentaient que la différence entre la baleine et les autres animaux dans leur ensemble et non pas ceux-ci entre eux. Qui plus est, je trouvais curieux que la gestation de la baleine bleue ne soit que de 10 à 12 mois. J'ai donc décidé de faire un graphique à part pour les baleines. D'autre part, le kangourou avait aussi un curieux temps de gestation de 30 jours et quelques. Après quelques lectures sur les marsupiaux, j'ai décidé d'exclure cette catégorie d'animaux de mon tableau. Je reviendrai par la suite sur leur cas.

Mettant les baleines et les marsupiaux de côté, je me suis concentré sur les autres animaux. Premièrement, il faut spécifier certains types d'animaux. Cheval, chat, chien et même le kangourou désignent en fait des familles d'animaux, pas des espèces en particulier. J'ai donc choisi, de manière tout à fait arbitraire, le chat domestique, le Labrador (chien), le Mustang (cheval), l'éléphant d'Asie et le puma (tigre). Je sais que ce n'est pas tout à fait ça mais ce n'est pas grave.

J'ai ensuite ajouté la chèvre et le rhinocéros (noir) pour combler les intervalles vides sur mon échelle de poids. J'ai retiré le chien pour des raisons esthétiques, son poids et son temps de gestation étant comparable à celui du chat, sa présence rendait le graphique plus confus.

Graphique du temps de gestation en fonction du poids de l'adulte de mammifères terrestres

Ces animaux étant terrestres, la plupart sinon l'intégralité, se sont déjà reproduits en captivité. On connaît donc assez précisément leur temps de gestation. C'est pourquoi je n'ai pas mis de barres d'erreur, seulement des points pour ce qui est de leur poids et leur temps de gestation. J'ai aussi négligé le nombre de petits que pouvait donner chaque portée, allant de 5 à 12 dans le cas de la souris, jusqu'à 1 dans le cas de l'éléphant.

Première constatation, marsupiaux et mammifères marins mis à part, la courbe semble assez exponentielle. L'éléphant d'Asie est assez seul dans son coin. Il faudrait voir s'il n'y a pas de mammifère avec un poids qui se rapproche de celui de l'éléphant, le rhinocéros noir n'ayant quand même que le quart du poids de l'éléphant (1000 kg. vs 4000 kg.)

Alors que je voulais étudier les mammifères en général, je me suis retrouvé à étudier le cas des baleines en particulier. Je me suis promené avec grand plaisir sur wikipédia à la recherche d'information sur les différentes espèces de baleines. J'ai lu plus que j'en avais besoin pour créer ce graphique tellement ce domaine de la nature est fascinant.

J'ai entre autre appris que la baleine boréale pourrait être l'animal le plus vieux sur la Terre. Des harpons retrouvés dans le cadavre de ces baleines ainsi que l'étude de la structure de leur oeil (?) fait croire que certaines d'entre elles pourraient atteindre le vénérable âge de 200 ans! Elles dépasseraient les tortues qui, elles, peuvent vivre jusqu'à 150 ans.

Saviez-vous que la baleine bleue est le plus gros animal à avoir vécu sur la planète Terre, toutes époques confondues ? On aurait pensé à un dinosaure quelconque si on nous avait posé la question. Mais non, il s'agit de l'un de nos contemporains.

Graphique du temps de gestation en fonction du poids de l'adulte de baleines

Il semble que la relation entre le poids et le temps de gestation soit inversée dans le cas des baleines. Étant très surpris de cette relation inverse, j'ai décidé d'ajouter les barres d'erreur, revisitant mes références et en ajoutant au besoin. Je crois qu'on ne peut pas vraiment savoir à quel moment une baleine bleue a été fécondée. Dans le cas contraire, je suis très intéressé par la méthodologie!

L'épaulard et le béluga, les plus petites des baleines de mon étude, sont celles qui ont le plus long temps de gestation! Même en considérant les variations sur le poids et les erreurs possibles sur le temps de gestation, cette courbe ne pourra en aucun cas avoir une pente positive. C'est très curieux. Autre remarque, aucun de ces animaux n'a une gestation plus longue que celle de l'éléphante, celle-ci étant la grande lauréate de la plus longue période de gestation du règne des mammifères.

En terminant, quelques mots sur les marsupiaux. Le temps de gestation de ceux-ci ne peut se vraiment se comparer à celui des autres mammifères. Leur truc est de mettre bas très rapidement et de faire en sorte que leur petit monte dans leur poche abdominale (le mot marsupial vient du grec marsipos qui signifie sac) où il s'attache à une mamelle et finit sa croissance. Par la suite, il se détache et va faire des tours à l'extérieur de la poche mais il revient pour se nourrir et être au chaud.

Par exemple, pour le kangourou, la femelle met bas après 31 à 36 jours. Ce qui correspondrait, pour avoir un bébé au même stade de développement, à ce que la femme accouche à 7 semaines de grossesse.

Références:
http://en.wikipedia.org/wiki/Elephant
http://www.upali.ch/weight_en.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Blue_Whale
http://fr.wikipedia.org/wiki/Chat_domestique
http://www.lakecountryfarms.com/labrador/index-stud.html
http://www.faqs.org/qa/qa-18091.html
http://animaldiversity.ummz.umich.edu/site/accounts/information/Puma_concolor.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Girafe
http://www.informatics.jax.org/mgihome/other/mouse_facts3.shtml
http://en.wikipedia.org/wiki/Kangaroo
http://www.vaughns-1-pagers.com/biology/gestation-periods.htm

Cachalot:
http://en.wikipedia.org/wiki/Sperm_Whale
http://www.tmmsn.org/mmgulf/physeter.html

Épaulard:
http://en.wikipedia.org/wiki/Orca
http://www.arches.uga.edu/~cmm24/project.html

Béluga:
http://en.wikipedia.org/wiki/Beluga
http://www.sheddaquarium.org/ani_faqs_02.html#m
http://www.vanaqua.org/education/aquafacts/belugas.html

Baleine boréale:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bowhead_Whale
http://www.gi.alaska.edu/ScienceForum/ASF15/1529.html
http://www.sarkanniemi.fi/oppimateriaali/eng_spe1.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Turtle

Baleine bleue:
http://en.wikipedia.org/wiki/Blue_Whale

Baleine grise:
http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_Whale
http://www.orcanetwork.org/nathist/graywhales.html

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