mercredi 13 février 2019

Le tableau de Mendeleïev a 150 ans !

Nature fête Mendeleïev avec un dossier Beyond the periodic table

Le ChimiScope vous propose un grand concours :Élémentaire !

le Chimiscope a le plaisir d'organiser son sixième grand concours annuel, Élémentaire, auquel les classes genevoises publiques et privées du Primaire, du Secondaire I et du Secondaire II sont invitées à participer.
Incontournable au mur des salles de classe et des laboratoires de chimie dans le monde entier, le tableau périodique des éléments fête ses 150 ans cette année. Lorsque Dmitri Mendeleïev a publié sa première version du tableau en 1869, seuls 63 éléments étaient connus. Aujourd'hui, il y en a 118.

Volume 565 Issue 7741
La revue Nature du 30 janvier examine le passé (notamment le rôle des femmes  , le présent et l'avenir de cette carte emblématique - de l'histoire des idées atomiques antérieure à Mendeleïev aux difficultés que rencontrent les chercheurs pour étendre encore le tableau. Le véritable principe organisationnel à la base de cet agencement des éléments est encore recherché (cf. ), ainsi que son impact au-delà des limites de la science. Il ne fait aucun doute que les efforts visant à explorer les propriétés des éléments super lourds (cf. ) et les autres éléments se poursuivront - une quête qui doit beaucoup à Mendeleïev et qui pourrait nous mener au-delà du tableau périodique.  (Traduction de l'annonce de ce dossier dans Nature)
Fig 1 à droite :  Le tableau périodique a cent ans, c'est l'année du tableau périodique et la revue Nature  fait un numéro spécial à cette occasion  [img]. Source : Nature,  Señor Salme

Le tableau périodique a cent cinquante ans

Lorsque Dimitri Mendeleïev a publié le premier tableau périodique il y a 150 ans, on ne connaissait guère que la moitié des éléments connus aujourd'hui. Au cours des décennies, les chercheurs ont ajouté de nouveaux noms à la carte, d'abord en isolant des éléments trouvés dans la nature, puis en collisionnant des noyaux d'atomes pour créer des éléments artificiels, dont certains n'existent que durant des fractions de seconde. Célébrant les réalisations de Mendeleïev et le tableau de l'Année internationale des périodiques, ce numéro spécial de Nature examine le passé, le présent et l'avenir de ce tableau qui orne toutes les salles de chimie. (Traduction du chapeau de ce dossier dans Nature)

Tous les articles :


Fig 2: Plusieurs articles évoquent l'histoire, les implications, les limites et le futur du fameux tableau [img]. Source :Nature

Une sélection


2019, l'année du tableau périodique

150 ans après que Dimitri Mendeleïev ordonné et classé les éléments dans un tableau, la table et notre compréhension de la périodicité chimique ont évolué, et cette collection présente des recherches effectuées depuis ce temps, mais aussi des recherches importants et intéressants issus des archives, ainsi que des commentaires et des supports multimédias de la famille Nature.

Les articles Nature Research | Milestones

Une sélection de Features & Further Reading


The iconic arrangement of elements assembled 150 years ago is about the future of chemistry as well as its past.
Nature Materials | Editorial As the periodic table reaches the age of 150, we reflect on the historical search for new elements, and consider element usage trends in some key research fields.


Wojciech Grochala describes how the oldest, lightest and most abundant element in the universe continues to play an essential role on today's Earth.

Dan O'Leary examines Harold Urey's decision to name the mass-2 hydrogen isotope 'deuterium'.

Scientists take nomenclature seriously, but tritium was named in a casual aside. Brett F. Thornton and Shawn C. Burdette discuss the heavy, radioactive hydrogen isotope that is available for purchase online.

Jean-Marie Tarascon ponders on the value of lithium, an element known for about 200 years, whose importance is now fast increasing in view of the promises it holds for energy storage and electric cars.

Un tableau périodique interactif


To celebrate the International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, our editors have curated research papers, commentaries and multimedia from Nature and the Nature Research journals.

Dive in to find out what connects sodium with Sri Lanka, how many times astatine was discovered and where the White House got its name... And much more!


Références:

vendredi 8 février 2019

L'impact global de la production de nourriture : des données pour fonder les discussions

L'impact global de la production de nourriture : comparaison de plusieurs effets environnementaux selon les aliments et toute la chaine jusqu'au consommateur.

Quel est le meilleur moyen pour réduire les impacts environnementaux des aliments produits et transformés par des millions d'agriculteurs, vu l'hétérogénéité des cultures et élevages,  des modes de productions, des intermédiaires ?
Une recherche de Poore, J., & Nemecek, T. (2018) présente une compilation de nombreuses recherches (méta-analyse ) comparant les systèmes de production alimentaire pour leurs effets environnementaux.
Ils ont consolidé les données de 1530 études sur les  impacts environnementaux de quelque 38 000 fermes produisant 40 produits agricoles différents dans le monde entier. Ils ont établi 5 indicateurs importants de l'impact environnemental : usage du sol, utilisation d'eau, émissions de gaz à effet de serre (GES en français GHG en anglais), de substances acidifiantes, et eutrophisantes. Il apparait que le coût environnemental de la production des mêmes aliments peut être très hétérogène.
Ils concluent - entre autres - que de manière très claire, les production animales les plus favorables ont quand même des impacts qui dépassent toutes les productions végétales équivalentes... ça n'est probablement pas une surprise, mais la solidité de leurs données et les chiffres permettent de discuter en classe de manière moins idéologique en classe de ces questions cruciales pour l'avenir de nos élèves.
Les auteurs soulignent de l'importance des changements alimentaires que cela impliquerait. Et relèvent que cette hétérogénéité des pratiques de production permet d'identifier le petit nombre de productions ayant le plus grand impact -celles qui sont à restreindre en somme.

Abstract

(Traduction : ... allez plutôt voir l'original (ici)  (Les membres Expériment@l-Tremplins peuvent obtenir ces articles…c'est Jump-to-science  intranet.pdf )
Les impacts environnementaux de l'alimentation résultent de millions de producteurs divers. Pour identifier les solutions efficaces dans cette hétérogénéité, Poore, J., & Nemecek, T. (2018) ont  consolidé des données couvrant cinq indicateurs environnementaux; 38 700 fermes; et 1600 entreprises qui transforment ces aliments, les emballent ou les commercialisent. L'impact peut varier jusqu'à 50 fois parmi les producteurs du même produit, créant des opportunités de réduction substantielles de l'impact. Cependant, la mesure des impacts au niveau de la production est compliquée par des compromis, de multiples façons de réduire ces impacts et des interactions entre ces mesures de réduction tout au long de la chaîne d'approvisionnement. Les producteurs ont des limites quant à la mesure dans laquelle ils peuvent réduire les impacts. De manière tout à fait frappante, les impacts des produits animaux aux impacts les plus faibles dépassent généralement ceux des substituts de légumes, fournissant de nouvelles preuves de l'importance des changements alimentaires. Cumulativement, nos résultats soutiennent une approche dans laquelle les producteurs surveillent leurs propres impacts, atteignent de manière flexible les objectifs environnementaux en choisissant parmi plusieurs pratiques et communiquent leurs impacts aux consommateurs.

Un tableau pour discuter et comparer sur la base de données sérieuses.

Les chercheurs ont  établi un tableau représentant l'étendue de  cette diversité pour leurs comparaison. On pourra en extraire des données pour établir des situations-problème variées avec les élèves.
On peut vérifier l'affirmation de Poore, J., & Nemecek, T. (2018) que les impacts les plus faibles des produits animaux dépassent généralement ceux des substituts végétauxou la faire trouver par les élèves   cf. fig 1 b.   et  pièce-jointe en pdf  | intranet.pdf
  • On peut aussi se référer à  Our World in Data, notamment sur la viande, (Hannah Ritchie and Max Roser, 2019) qui explicitent aussi bien leurs méthodes.

Fig 1 : Impact carbone, usage du sol, acidification, eutrophisation, eau pour la production de  divers aliments  Explication dans l'agrandissement à droite [img]. Source : Poore, J., & Nemecek, T. (2018)

Pour ceux qui préfèrent un graphique simplifié plutôt que le refaire soi-même ou le faire faire aux élèves : Un graphique vulgarisé produit par un journal anglais.
Fig 2 : Impact carbone pour la production de 100g de diverses sources de protéines  (bovin pour la viande, crustacés d'élevage, mouton, bovin- laitier, fromage, viande de porc, de poulet, poisson d'élevage, oeufs, Tofu, noix, arachides, etc   [img]. Source : Poore, J., & Nemecek, T. (2018) graphique du Guardian.

L'usage du sol selon les productions

La colonne deux du tableau figure 1 met en évidence que la production des mêmes quantités de calories ou de protéines requiert bien plus de sol pour certains types de nourriture. Par exemple 100g de protéines de boeuf nécessitent en moyenne 150m2 de sol contre 2-3 pour 100g de protéine de Tofu.
Fig 3: Plus de 80% des surfaces sont utilisées pour le bétail, mais elles produisent 18% des calories alimentaires et 37% des protéines [img]. Source : Poore, J., & Nemecek, T. (2018) - graphique Guardian.


Analyse en fonction des étapes depuis la production jusqu'au consommateur 


Impact          cabone par 100g de protéine produite
Fig 2 : Impact carbone pour la production de protéines (Gaz a effet de serre (GHG) : équivalent KgCO2  par 100g de protéine produite) a travers les 3 étapes principales A: modification de l'usage du terrain, B: Production et Transport des aliments pour le bétail C: Bétail et aquaculture. Les lignes pointillées indiquent les moyennes (rouge)  pour les protéines végétales   etz le 10ème percentile (bleu) -sans les noix :  le gris [img]. Source : Poore, J., & Nemecek, T. (2018).


Des changements : des scénarios, le rôle des consommateurs

Les auteurs considèrent que ces données fournissent de nouvelles preuves de la nécessité de changements alimentaires pour nourrir une population croissante.
Aujourd'hui et probablement à l'avenir, les changements dans la consommation peuvent produire des améliorations environnementales à une échelle impossible à atteindre par les producteurs. Passer des régimes actuels à un régime excluant les produits d'origine animale a un potentiel de transformation, réduisant l'utilisation des terres à des fins alimentaires de 76%. ; les émissions de GES une réduction de 49%  pour l'année de référence 2010.

Les consommateurs peuvent aussi jouer un rôle important en évitant les producteurs à fort impact. Les auteurs  considèrent un scénario dans lequel la consommation de chaque production animale est réduite de moitié en remplaçant les aliments animaux produisant beaucoup de GES par des équivalents végétaux. Cela correspond à 73% de la réduction de GES et à 67, 64 et 55% respectivement de réduction de l'utilisation des sols, d'acidification et d'eutrophisation.

Dans chaque catégorie il y a une grande hétérogénéité des impacts selon les méthodes de culture, de transport, d'emballage, etc. Ainsi on peut cibler plus spécifiquement ces méthodes-là. (j'imagine que la culture sous serre et le transport en avion sont ds exemples,…)

Évidemment on peut combiner les approches sur les choix des productions et les méthodes de production. Par exemple, Poore et Nemecek indiquent que réduire de 20% la consommation de produits qu'ils considèrent comme moins indispensables (huiles, sucre, alcool et stimulants) et en choisissant les formes de production économes en surfaces nécessaires réduit l'utilisation du sol de ces produits de 39% en moyenne. Pour les émissions, les réductions sont de 31 à 46% et pour les prélèvements d'eau douce pondérés par la rareté, de 87%.

Poore et Nemecek argumentent que la communication aux consommateurs des impacts moyens des produits produit un changement de régime alimentaire et devrait être poursuivie. Bien que le changement de régime alimentaire soit réalisable pour tous, il sera difficile de parvenir à un changement de comportement généralisé dans le court délai qui reste pour limiter le réchauffement planétaire et prévenir une nouvelle perte irréversible de la biodiversité. Communiquer (affichage, labels, indications sur l'emballage, etc.)  les impacts provenant des modes de production pourrait multiplier les effets de changements de consommation.

Les acteurs et leurs possibilités pour intervenir… une vision systémique?

Plutôt que désigner des coupables ou se renvoyer la balle, les auteurs soulignent qu'une amélioration (mitigation) ne peut pas se faire seulement au niveau des producteurs ou des consommateurs, etc.  Poore, J., & Nemecek, T. (2018) terminent en proposant comment les différents acteurs pourraient agir de manière concertée pour améliorer la situation.


Fig 4:  Représentation schématique  des rôles et interactions proposées pour améliorer (mitigation) les impacts environnementaux de la production alimentaire. [img]. Source :Poore, J., & Nemecek, T. (2018).

Ce qu'on trouve dans les ouvrages classiques (transposition didactique)

Classiquement on établit des pyramides trophiques et on considère qu'à chaque changement de niveau trophique on a une diminution d'un facteur 10 : cf fig. 5




Fig 5:  Représentation classique des pyramides alimentaires  [img]. Source :Campbell, (2007)

Ce modèle très simple permet déjà de prédire que la consommation de végétaux nécessiterait moins de surface que celle d'animaux herbivores (et de l'ordre de 10x). Il est probablement bon pour aborder la question. Les données de Poore et Nemecek permettent de le nuancer et préciser, mais confirment ce modèle. Elles permettent aussi de montrer qu'un modèle n'est pas tant faux que pertinent dans un certain domaine et pour certains problèmes. La pertinence pédagogique pour aider les élèves à aborder une question difficile n'est pas forcément la pertinence pour des choix de société par un spécialiste.  Mais peut-être qu'on peut aider les élèves à ne pas rester enfermé dans le modèle transposé vu en classe et affronter - un peu au moins - le complexe qui les attend à la sortie de l'école.

Pour lancer un débat controversé… si on est bien prêt !

A l'inverse, pour ceux qui aiment bien le très complexe et stimuler les débats en montrant les limites  des positions simplistes ou idéologiques on peut discuter cet article : Schlich, E., et al (2006) pdf. Il montre que le transport est le facteur principal dans la consommation d'énergie finale (En gros proportionnel aux GES) pour quelques produits alimentaires. Cet article a été utilisé avec ses étudiants dans des cours sur les questions vives en sciences par une chercheure de l'INRA, Laurence Simonneaux. 
Ce qui ne manque pas de lancer un débat intense est que dans certains cas la production locale mais avec un transport peu efficace et polluant peut consommer nettement plus d'énergie qu'un produit industriel transporté très efficacement...  
Ne s'y lancer que si on est bien prêt… et à utiliser avec modération. Certains ne s'en sont pas remis et ont dirigé l'irritation causée par cet article contre celui qui leur a présenté l'article (ne dit-on pas qu'on tue le messager d'une mauvaise nouvelle ?)

Références:

  • Hannah Ritchie and Max Roser (2019) - "Meat and Seafood Production & Consumption". Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/meat-and-seafood-production-consumption' [Online Resource]
  • Schlich, E., Biegler, I., Hardtert, B., Luz, M., Schröder, S., Schroeber, J., & Winnebeck, S. (2006). La consommation d'énergie finale de différents produits alimentaires: un essai de comparaison. Courrier de l'environnement de l'INRA, 53, 111-120. pdf
  • Simonneaux, L. (2003). L'argumentation dans les débats en classe sur une technoscience controversée. Aster(37). https://doi.org/10.4267/2042/8825  pdf
  • Poore, J., & Nemecek, T. (2018). Reducing food's environmental impacts through producers and consumers. Science, 360(6392), 987‑992. https://doi.org/10.1126/science.aaq0216 | intranet.pdf

mercredi 6 février 2019

Les astrophysiciennes de l'Université de Genève vous invitent à un apéritif-débat samedi 9 février 18h MHS


Les astrophysiciennes de l'Université de Genève vous invitent à un apéritif-débat

La science a besoin de tous les cerveaux intéressés, curieux d'approfondir la compréhension de notre monde et de l'univers… quel que soit leur genre. Et connaitre des personnes qui sont passionné-e-s de science des role models aide à se projeter dans des professions typiquement genrées  : permettre aux jeunes de rencontrer  des physiciennes ( et des psychologues masculins, par exemple) peut aider chacun-e à s'épanouir pleinement sans être influencé par les stéréotypes genres.  Pour Collet, I. (2014), il n'y a pas de science "filles" il y a des chercheur-es passionnés de tous les genres . Cf p. ex Il y aurait une science "pour filles" ?

De telles démarches se multiplient et Jump to science vous fait part de celle-ci que nous venons de recevoir. 

Bancs Publics
Apéritif scientifique au Musée d'histoire des sciences
Samedi 9 février 2019 à 18h

Saviez-vous que le 11 février est déclaré International Day of Women and Girls in Science par les Nations Unies? C'est notamment pour célébrer cette journée que les astrophysiciennes du Département d'Astronomie de l'UniGe organisent une série de cafés scientifiques. 
Dans ce cadre, elles vous invitent au Musée d'histoire des sciences pour un apéritif-débat! Vous découvrirez leur métier et pourrez discuter de leur science, ainsi que de la carrière académique et scientifique.

Venez poser vos questions en direct!

Gratuit et tout public
Avec la participation de :
Anne Verhamme
Formation et évolution des galaxies, réionisation cosmique, rayonnement UV

Sylvia Ekström
Evolution stellaire, étoiles massives, supernovae, Univers primoridal

Emeline Bolmont
Exoplanètes, effets de marée, habitabilité, atmosphères

Corinne Charbonnel
Evolution chimique de l'Univers, amas globulaires, évolution stellaire

Sophie Saesen
Etoiles pulsantes, amas ouverts, photométrie

Mirka Dessauges
Observation des galaxies lointaines, évolution des galaxies, lentilles gravitationnelles

Danuta Sosnowska
Analyse de réduction de données astronomiques, machine learning


Modération:
Laurence-Isaline Stahl Gretsch
Musée d'histoire des sciences


Au musée d''histoire des sciences
Villa Bartoloni
128 rue de Lausanne
1202 Genève
Transports publics:
TPG Tram 15 arrêt Butini / Bus 1 et 25 arrêt Sécheron
Mouettes Genevoises: ligne M3 Débarcadère de la Perle du Lac
Parking adjacent
Tél +41 (0)22 418 50 60
mhs@ville-ge.ch
bancspublics.ch
ENTRÉE LIBRE





Sources

  • Collet, I. (2014). Lutter contre l'influence du genre sur les orientations scientifiques et techniques : de grands progrès et depuis ? in. Sinigaglia, S. Enfance et genre. De la construction sociale des rapports de genre et ses conséquences, (p. 177-190), Nancy : Presse universitaire de Nancy.Preprint-intranet.pdf

vendredi 1 février 2019

Une semaine de recherche pour les élèves passionnés de médecine ou biologie ( délai 6 février)

Une semaine de recherche pour les élèves passionnés de médecine ou biologie ( délai  6 février)

Semaine d'étude | Biologie et          médecine 2019

Chères enseignantes, chers enseignants,  

Les inscriptions pour la Semaine d'étude B&M (Biologie & Médecine) de la Fondation La Science appelle les jeunes sont ouvertes! Cette année, les projets se dérouleront au sein des Universités de Genève, Berne et Zürich ainsi qu'à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Les inscriptions sont ouvertes dès maintenant et ce jusqu'au 6 février 2019.

Cette semaine est proposée aux élèves curieux·ses de faire une première expérience de recherche sur des thématiques de biologie moléculaire et de médecine en milieu universitaire.

Vous trouverez de plus amples informations sur la page internet dédiée à la Semaine d'étude B&M ainsi que le flyer qui lui est consacré. Si cela vous intéresse, vous trouverez également résumé de ce qui a été effectué lors de la Semaine B&M 2018 sur cette page.

Puis-je vous demander de bien vouloir diffuser l'information de la tenue de cette Semaine d'étude auprès de vos élèves et de les encourager à y participer? Vous pouvez bien entendu également transmettre ces informations à vos collègues concerné·e·s. 

Un grand merci et meilleures salutations, 

Lucie Bovet

Inscription

  1. Lire avec attention les informations relatives à la semaine d'étude : >> Information et domaines 2019
  2. >> Inscription: S'inscrire en ligne et imprimer le document PDF
  3. Faire signer/tamponner l'inscription (parent, professeur, direction de l'école)
  4. Envoyer l'inscription avec la lettre de motivation par courrier postal ou par courriel à la saj
Inscription
La date limite d'inscription: le 6 février 2019 (le cachet de la poste faisant foi)
La manifestation publique finale se déroulera le vendredi 22 Mars 2019 dès 16:30 au zmk à Berne. Vous êtes cordialement invités.

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mardi 29 janvier 2019

Les araignées "volantes" utiliseraient (aussi) le champ électrique ?

Les araignées qui sont emportées par le vent sur des distances énormes utiliseraient aussi le champ électrique?

Quand on pense aux organismes aériens, les araignées ne sont généralement pas ce qui vient à l'esprit en premier !
Pourtant ces arthropodes dépourvus d'ailes ont été retrouvés à 4000[m] d'altitude dans des échantillons d’air recueillis par des ballons météorologiques, et des marins en ont vu "atterrir" sur des navires à des milliers de kilomètres de la côte. Pour ce faire, les araignées "ballonnent" (ballooning en anglais), c'est à dire qu'elles grimpent au sommet d'une éminence, émettent plusieurs fils de soie et s’élèvent dans l'air.
On considère généralement que les forces de traînée de vents très léger permettent aux araignées de s'élever, mais les modèles aérodynamiques actuels n'expliquent pas complètement les mécanismes de ce ballooning.


Fig 1:  les araignées grimpent au sommet d'une éminence, émettent plusieurs fils de soie et s’élèvent dans l'air  : ici la danse tiptoe sur une marguerie [img]. Source : Michael Hutchinson
Le circuit électrique atmosphérique global et le gradient de potentiel atmosphérique qui en résulte (APG en anglais atmospheric potential gradient) fournissent une force supplémentaire qui a été proposée pour expliquer une partie de ce ballooning.

Les araignées "volantes" ne volent pas : elles sont emportées par la viscosité de l'air... et les champs électriques ? 

Récemment Morley, E. L., & Robert, D. (2018) ici ont testé l'hypothèse que ces champs électriques (APG) pourraient être détectés par les araignées et seraient suffisants pour stimuler le ballooning.
Ils ont observé que la présence d'un champ électrique vertical est un stimulus qui déclenche le comportement de ballooning chez l'araignée Erigone spp (taxonomy@NCBI).
Ils ont étudié également la réponse mécanique de certaines soies de leurs pattes en réponse aux champ électrique et aux flux d'air, et trouvé que ces poils mécano-sensibles (récepteurs sensoriels putatifs) sont actionnés mécaniquement par des champs électriques faibles qu'ils ont mesuré.
Pour Morley, E. L., & Robert, D. (2018), ces mesures cf plus bas indiquent qu'une une force électrique suffisante pour le ballooning est présente. Ces résultats suggèrent également que l'APG, en tant qu'information météorologique supplémentaire, peut être un indicateur de moment propice pour l'"envol".








Le ballooning par le vent est connu depuis longtemps

Darwin avait déjà décrit en détail ces araignées qui s'envolaient du Beagle  à une vitesse qui l'a fortement surpris par air tout a fait calme.

 
Le mécanisme est assez bien illustré  (attention c'est une vidéo d'un modèle pas de la réalité) ici:
Fig. 5 : un résumé en animation Highlights sur le site de l'iuneversité de bristol :  [img]. source University of Bristol  https://www.youtube.com/watch?v=GRrUxi6d7so

Morley et al. résument leur article :
  • Spiders detect electric fields at levels found under natural atmospheric conditions
  • Ballooning behavior is triggered by such electric fields
  • Trichobothria mechanically respond to such electric fields, as well as to air flow
  • Electric field and air flow stimuli elicit distinct displacements of trichobothria
(Les membres Expériment@l-Tremplins peuvent obtenir ces articles).
Figure thumbnail gr2

Fig 6 : Les araignées émettent plus de soies (gauche), et effectuent la danse sur les pointes (tiptoe) quand le champ électrique est plus fort   [img]. Source : Morley (2018) 

Comment ces araignées détecteraient-elles le champ électrique ?

Mechanical Displacement of Spider Trichobothria
Fig 7:  Les poils sensoriels des pattes (trichobotries)
a-b et mesures du déplacement des trichobotries (c-h) corrélé temporellement avec le champ é-  [img]. Source :  Morley (2018)

Morley et al. (2018) ont effectué des mesures du déplacement de certains poils sensoriels des pattes (trichobotries) seraient sensibles au champ électrique et leurs résultats sont convaincants : cf fig 7.

A cette taille les filaments baignent dans un air "visqueux"

Pour des organismes si petits (quelques [mg])  et pour leurs fils, les forces de viscosité l'emportent sur les forces aérodynamique habituelles  pour nous : C'est un peu comme si nous pataugions dans la mélasse : nous tomberions très lentement et il serait presque impossible de voler.
Donc ces araignées baignent dans un air visqueux pour eux mais ne volent pas, ni ne flottent comme un ballon ou une mongolfière.

On mesure avec le nombre de Reynolds le ratio des forces inertielles aux forces visqueuses agissant sur une particule dans un fluide. Quand ce ratio est bas les forces de viscosité sont prédominantes. Une fourmi qui tombe de la tour Eiffel tombe dans un air relativement visqueux ne sera pas blessée le moins du monde en atteignant le sol, elle se comporte dans l'air avec un nombre de Reynolds bas. Ces araignées vivent dans un monde au nombre de Reynold plutôt bas.


Des mesures de la longueur du filament, la force du vent et la distance

Il y a pas mal de temps Humphrey, J. A. C. (1987).ici avaient étudié les effets sur les fils des araignées en fonction des conditions de vent et
Leurs résultats : 
1) La longueur du filament auquel une araignée en ballon est attachée affecte considérablement la vitesse finale et le temps de réponse du système filamentaire. À cet égard, les araignées attachées à des filaments courts dans des vents forts se déplacent plus rapidement et plus loin que les araignées de taille égale attachées à de longs filaments dans des vents plus faibles.
2) En cas de détachement du substrat, il est garanti qu'un système de filaments d'araignée monte et continuera de le faire tant que la composante verticale du vent dépasse la vitesse finale de chute libre du système.
3) Plusieurs petites araignées sur un filament de soie voyageront plus vite et plus loin qu'une seule araignée de masse équivalente sur le même filament.
4) Bien qu'une composante verticale oscillatoire du mouvement du vent retarde la vitesse de chute du filament d'araignée, l'ampleur de cet effet n'est pas importante et ne peut donc pas tenir compte des grandes distances parcourues par certains aéronautes. Ces distances sont probablement dues à des rafales dirigées verticalement qui surviennent périodiquement sur des espaces étendus en présence d'une forte composante horizontale du vent.
5) Le système de filaments d'araignée est le seul connu de l'auteur où moins de 0,1% du poids du système peut représenter plus de 75% de la traînée totale.



Fig. 8.  "Fenêtre" dans laquelle on peut s'attendre à un vol en araignée. L'ordonnée montre la taille de l'araignée D (mm) ou la masse m (mg) que soulèvera un vent agissant sur un filament de longueur 1 (m) et de diamètre d = 2 µm. L'abscisse montre le module de la vitesse du vent, |V| en m / s et m.p.h Source Humphrey (1987)



Fig. 9. Illustration de la longueur de filament requise pour initier le gonflement d'une seule araignée de masse 4,17 mg selon : A) la composante verticale minimale de la vitesse du vent ; B) la vitesse terminale d'une seule araignée de masse 4,17 mg ; C)  la vitesse terminale de cinq araignées identiques de masse combinée 4,17 mg Source Humphrey (1987)

Des mesures - avec les araignées - dans la nature et en soufflerie 

Un article récent approfondit ces mesures : Cho, M., et al. (2018) ici ont étudié le comportement de ballooning en fonction de la vitesse du vent dans la nature et dans une soufflerie. (Les membres Expériment@l-Tremplins peuvent obtenir ces articles).



Fig 10: différents filaments emis par les araignées  [img]. Source :  Cho, M., et al.  (2018).

Fig 11: Le « ballooning » des araignées a été observé en soufflerie . Vidéo NYT https://www.dailymotion.com/video/x6n94g5  [img]. Source :  par Cho, M., et al.  (2018)

Ils ont mis en évidence les vitesses de vent appropriée et montrent qu'un vent vertical faible peut suffire à les élever

In the wind tunnel tests, as-yet-unknown physical properties of ballooning fibers (length, thickness, and number of fibers) were identified. Large spiders, 16–20 mg Xysticus spp., spun 50–60 nanoscale fibers, with a diameter of 121–323 nm. The length of these threads was 3.22 ± 1.31 m (N = 22). These physical prop- erties of ballooning fibers can explain the ballooning of large spiders with relatively light updrafts, 0.1–0.5 m s−1, which exist in a light breeze of 1.5–3.3 m s−1. Additionally, in line with previous research on turbulence in atmospheric boundary layers and from our wind measurements, it is hypothesized that spiders use the ascending air current for their aerial dispersal, the “ejection” regime, which is induced by hairpin vortices in the atmospheric boundary layer turbulence. This regime is highly correlated with lower wind speeds. This coincides well with the fact that spiders usually balloon when the wind speed is lower than 3ms−1. "
Cho, M., et al.  (2018) ici  (Les membres Expériment@l-Tremplins peuvent obtenir ces articles).

Les observations de Darwin sur le Beagle et leur explication possible en terme d'effet de pointe ?

Puisque de nombreux résultats suggèrent que le champ électrique est en jeu, l'effet de pointe doit être pris en compte et des chercheurs ont modélisé ces effets possibles notamment sur le Beagle lors des observations de Darwin. 

C'est ce que Gorham, P. W. (2013) ici ont fait : "Nous considérons les aspects généraux de la physique sous-jacente au vol des araignées  […] volantes. Nous montrons que les observations existantes et la physique de la soie d'araignée en présence du champ électrique statique de la Terre indiquent un rôle potentiellement important pour les forces électrostatiques dans le vol des araignées. Un exemple convaincant est analysé en détail, motivé par la "rapidité inexplicable" observée dans le l'élévation de ces araignées de H.M.S. Beagle, enregistré par Charles Darwin lors de son célèbre voyage."  Gorham, P. W. (2013) Traduction



Fig.12. À gauche: aperçu de la simulation de champ électrostatique en trois dimensions pour un modèle informatique du HMS Beagle. La couleur du vecteur est mise à l'échelle en dB (V / m) et les valeurs sont définies sur une échelle absolue similaire au champ terrestre non perturbé de 120 V / m. Droite: une vue agrandie montrant une partie des vecteurs de champ électrique dans la zone après pont, indiquant la grande composante horizontale qui se développe à proximité du rail du navire. Les intensités de champ sont également un facteur 2-3 plus élevé près du rail que dans le champ ambiant.  Source Gorham, P. W. (2013)

Les pointes des plantes augmentent le champ électrique localement

Les araignées semblent chercher des pointes locales et l'effet de pointe pourrait amplifier le champ électrique localement facilitant le décollage -et donnant une hauteur de départ intéressante indiquent Morley (2018).

Parce qu'elles sont enracinées dans la terre et contiennent une forte proportion d'eau et d'électrolytes, les plantes ont tendance à s'équilibrer au potentiel du sol  et la force du champ électrique entourant les feuilles et les branches peut atteindre plusieurs kilovolts par mètre (figures 12B-12E). Par exemple, dans des conditions météorologiques légèrement instables (APG de 1 kVm-1), le champ électrique d'environ 10 m au-dessus de la canopée d'un arbre de 35 m de hauteur peut dépasser 2 kVm-1 (figures 12B-12E et S1). Plus près de l'arbre, autour des extrémités des feuilles, des aiguilles et des branches, les champs électroniques atteignent facilement des dizaines de kilovolts par mètre (figures 12B-12E et S1) Morley (2018). (Les membres Expériment@l-Tremplins peuvent obtenir ces articles).


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Fig. 12: Les arbres peuvent augmenter le champ électrique de manière très conséquente par l'effet de pointe  [img]. Source :  Morley (2018)

Et les chenilles au bout de leur fil qu'on voit parfois dans les forêts de conifères : balloonent-ils ?

Selon L'entomologiste Christian Lavorel :"il y a un grand nombre d’espèces qui utilisent un fil de soie pour descendre au sol et s’y nymphoser. " Il ajoute avec humour : "On peut en tirer deux enseignements:
1) Ce ne sont pas les alpinistes qui ont inventé le rappel!
2) Il suffit d’un coup de vent pour que la chenille funambule devienne chenille volante.
Je ne sais pas si on a pu mettre en évidences de véritables stratégies de dispersion par le vent. Comme les papillons adultes ont des ailes (en général), ce serait moins avantageux du point de vue évolutif que pour les araignées. En effet, le papillon peut utiliser ses sens pour coloniser plus efficacement de nouvelles zones.
Encore de jolis sujets d’étude." Lavorel, C. (2018)

Sources



  • Gorham, P. W. (2013). Ballooning spiders: the case for electrostatic flight. arXiv preprint arXiv:1309.4731. Consulté à l’adresse https://arxiv.org/abs/1309.4731
  • Humphrey, J. A. C. (1987). Fluid mechanic constraints on spider ballooning. Oecologia, 73(3), 469‑477. https://doi.org/10.1007/BF00385267
  • Lavorel, C., (2018), Communication personnelle par mail, Labergement,  22 aout 2018
  • Le monde et Nous, Pascale (2017). 10 choses insolites sur les araignées. Consulté 16 août 2018, à l’adresse http://lemondeetnous.cafe-sciences.org/2017/03/10-choses-insolites-sur-les-araignees/
  • Morley, E. L., & Robert, D. (2018). Electric Fields Elicit Ballooning in Spiders. Current Biology, 28(14), 2324-2330.e2. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.05.057
  • Pierre, J.-J. (2018). Les araignées peuvent utiliser l’électricité pour s’envoler. Consulté 16 août 2018, à l’adresse https://trustmyscience.com/les-araignees-peuvent-utiliser-l-electricite-pour-s-envoler/

  • Publié 22 aout mais remis en ligne le 28 janvier suite a un problème technique