Comment j’ai travaillé sur le chiffrage ? A partir d’un livre de solfège des éditions First , d’une calculatrice Numworks sur mon téléphone mobile pour faire les divisions de temps. J’ai généré les infographies à partir d’un modèle de langage mais pour tout vous dire je suis assez déçu, j’ai du le corriger plusieurs fois, il a une sale tendance à mettre des doubles ou triples croches à la place de croches car il ne comprend pas bien la musique. Ainsi si il permet de gagner un peu de temps pour la mise en forme il ne comprend pas les fondamentaux et m’a même induit en erreur. J’ai du le corriger. Par exemple il liste des mesures binaires en 16 ce qui est quasiment impossible.
J’ai déjà écrit un article sur le cycle des quintes qui me paraissait une théorie encore plus mathématiques et même si la musique est émotion avant tout elle obéit à des règles de calcul précis. La vocation pluridisciplinaire du site font que en plus de vous initier à la musique je vous fournis une compréhension scientifique de cet art.
Voilà un concept de la musique : le chiffrage de la partition. Pour faire une analogie on peut comparer cela à un autre concept mathématique de l’informatique le chiffrement d’un algorithme d’encodage des caractères en clair afin de sécuriser des transmissions.
Si les techniques informatiques sont plus complexes avec notamment l’échange de clés publics et privées, en musique ,rien ne vous empêche d’imaginer un code et un algorithme associé aux partitions de musique pour peu qu’on maîtrise les bases de cet art. Que l’on sache ce qu’est une mesure, un temps pour chaque note et chaque pause qui sont associées à une partition ainsi que son chiffrage.
1 Les temps et les notes
Une note en musique correspond à un temps qui lui est propre, chaque type de notes peut-être décomposée en d’autres notes équivalentes sur le plan du temps.
Subdivision temporelle des notes : j’ai décidé de vous photographier une image de mon livre car la forme d’arbre permet de mieux mémoriser. (Pensée en arborescence)
Je ne vous rappellerai jamais assez que la pédagogie livresque couplée au protocole de transfert hypertexte (hyperliens) sont complémentaires.
Une ronde n’a pas de hampe, elle est blanche et est la plus longue des notes, elle mesure 4 temps. Elle sert de métrique.
1 ronde équivaut à 2 blanches que l’on reconnaît par leur hampe de deux fois 2 temps .
2 Blanches équivalent à 4 noirs de quatre fois 1 temps.
4 noirs équivalent à 8 croches d’ 1/2 temps
8 croches équivalent à 16 doubles croches d’1/4 de temps.
Plus simplement on peut exprimer ces unités de temps en fraction 4/1, 2/1, 1/1, 1/2, 1/4.
2/ La pause
En musique tout est question de respiration pour l’harmonie, une suite ininterrompue de notes sans pause pourrait virer rapidement à la cacophonie pour un instrument mais également dans les symphonies lorsque plusieurs instruments à cordes(frappées, pincées ou frottées), à vent(Bois, cuivres) ou encore des percussions jouent ensemble. Ainsi on retrouve la même temporalité pour les pauses mais avec des formes symboliques différentes :
Une pause est un rectangle dirigé vers le bas, il équivaut au temps d’une ronde soit 4 temps. La pause équivaut à deux demi-pause de 2 temps comme une blanche.
Deux demi-pause équivalent à 4 soupirs (en forme de 3) de 1 temps comme une noire.
Quatre soupirs équivalent à 8 demi-soupirs de 0,5 temps chacun comme une croche. 8 demi soupirs équivalent à 16 quarts de soupirs de 0,25 temps chacun en forme de 7.
On peut résumer la subdivision des pauses comme pour les notes et même penser que chaque pause à son pendant pour une note.
Plus simplement on peut exprimer ces unités de temps en fraction 4/1, 2/1, 1/1, 1/2, 1/4.
3/ Le point
Cette notation du temps est précise certes mais pas assez complète, vous avez remarqué que tous ces temps sont des multiples de deux ainsi on va chercher par ailleurs à compléter ces notations temporelles qui servent à façonner la rythmique par des multiples de 3. Pourquoi ? Parce que la musique peut-être abordé selon deux types de rythmiques, le binaire(2) et le ternaire (3);
Un point rajoute à la note la moitié du temps qu’elle vaut, ainsi une ronde pointée vaudra 4+2 = 6 soit 3 blanches.
1 blanche pointée va valoir 2+1 soit 3 noires,
Une noire pointé vaudra 1+0,5 soit 3 croches.
Une croche pointée vaudra 0,5 +0,25 = 0,75
Une double croche pointée vaudra 0,25 + 0,125 = 0,375 temps soit 3 triples croches de 0,125 temps chacune
Pour récapituler nous avons 6 + 3 + 1,5 + 0,75 + 0,375 :
Une fois que l’on connaît toutes ces unités de temps et tous ces symboles nous pouvons nous attaquer à un concept mathématique de la partition qui va définir le rythme de jeu j’ai nommé le chiffrage :
4/ Le chiffrage
Le chiffrage est représenté sous la forme d’une fraction juste après la clé de la portée. Une fraction ? Mais on fait de la musique pas des maths !? Et bien dans un sens vous avez raison le résultat de cette fraction n’est pas un produit mathématique, mais un produit rythmique, ces chiffres doivent être pris de manière indépendante contrairement aux mathématiques traditionnelles.
Cependant on peut toujours parler de numérateur et dénominateur mais pas de quotient.
Le numérateur va définir le nombre de temps total que compte une mesure et le dénominateur va définir l’unité de temps qui va permettre de remplir cette mesure.
4.1 Les mesures bi(2)naires
Qu’est ce qu’une mesure ? :
Une mesure est la division d’une phrase musicale en plusieurs parties toutes séparées par la barre de mesure.
Le chiffrage se trouve noté juste après la clé ici 4/4.
J’ai réalisé cette infographie avec un modèle de langage d’intelligence artificiel pour gagner du temps maintenant cherchons à l’expliquer :
Comment peut on rapidement repérer que c’est une mesure binaire ?
Une mesure dont le numérateur est 2 3 ou 4 sera toujours binaire.
Le dénominateur en musique est toujours un multiple de 2 soit 2, 4, 8, 16 que l’on soit en mesure binaire ou ternaire
Ce dénominateur qui représente l’unité de temps est basé sur une valeur de note calculée d’après la ronde qui vaut 4 temps.
En quelque sorte la ronde étant la note qui dure le plus de temps est notre métrique de référence.
Un chiffrage en 2/2 indiquera que la mesure dure deux temps et que l’unité de temps est la blanche car 4/2 = 2. Ainsi une blanche suffira à remplir cette mesure ou deux noires.
Un chiffrage en 3/4 indiquera que la mesure dure 3 temps et que l’unité de temps est la ronde divisé par quatre soit 4/4 donc la noire. Ainsi Trois noires ou deux noires pointées suffiront à remplir la mesure.
Un chiffrage en 4/8 indique 4 temps dans le mesure au temps de la croche 4/8 = 0,5. Ainsi il faudra 8 croches pour remplir une mesure ou 4 noires ou 2 blanches ou encore 16 doubles croches.
Dernier exemple pour voir si vous avez compris mais il me faut vous avertir : une mesure binaire avec un dénominateur 16 signifierait que la note qui vaut un temps est une double-croche. Bien que théoriquement possible, cela est extrêmement rare dans la notation classique standard, car les temps seraient excessivement courts et rapides à lire.
Une mesure de 4 temps dont l’unité de temps est la double croche puisque 4/16 = 0,25. Concrètement il faut 16 doubles croches ou 4 noirs pour une mesure binaire en 4/16.
Conclusion :
Vous avez compris ? Concrètement si vous connaissez votre table de 2 et le temps de chaque unité de temps autrement dit une note, vous n’aurez aucun mal à compter en mesure binaire. Ce sont des mesures simples qui sont les plus répandus dans les formes musicales traditionnelles.
4.2 Les mesures ter(3)naires
Voilà que cela se complique un petit peu, avez vous déjà entendu un son un petit peu jazzy qui donne l’impression d’un rythme endiablé rempli de virtuosité ou d’improvisation ? Le rythme est ainsi subdivisé en trois temps d’où l’intérêt du point qui prolonge la note évoqué plus haut.
On les appelle aussi mesures composées : dans une mesure ternaire le numérateur et le dénominateur changent de fonction et de mode d’emploi :
En effet il faut diviser le numérateur par 3 sauf 3 pour connaître le nombre de temps de la mesure.
Le dénominateur n’indique pas l’unité de temps mais le 1/3 (tiers) de temps il faudra ainsi faire le même calcul que pour une mesure binaire mais multiplié l’unité de temps par 3 pour faire une équivalence.
Qu’est ce que vous remarquez tout de suite ? Les notes sont pointées. Cherchons à mieux comprendre :
Le numérateur est un multiple de 3 sauf 3 : 6, 9, 12. Si l’on divise 6 par 3 on obtiendra 2 temps pour chaque mesure. 6/3 = 2 temps. 9 / 3 = 3 temps. 12 / 3 = 4 temps.
Vous me direz c’est assez trivial pour l’instant. Attendez avec le dénominateur cela se complique :
Prenons quelques exemples :
On sait que chaque mesure sera remplie avec deux temps 6/3, un 2 au dénominateur vaut 1/2 de la ronde soit 2 temps soit une blanche qu’on va multiplier par 3 pour obtenir une ronde pointée 4+2 = 6 qui représentera l’unité de temps.
Pourquoi une ronde pointée ?
Pas très instinctif ? En fait pour remplir une mesure 6/2 en ternaire il vous faudra 2 fois 6 temps donc deux rondes pointées.
Autre exemple avec 9/8 : Le numérateur est 9 divisé par 3 donc la mesure vaut 3 temps.
8 au dénominateur indique une croche puisque 1/8ème de la ronde est une croche qu’on va multiplier par 3 pour obtenir une noire pointée 0,5+0,5+0,5 = 1,5. L’unité de temps est la noire pointée. Donc il vous faudra trois noires pointées pour remplir la mesure 9/8 puisqu’elle fait 3 temps.
Dernier exemple et non des moindres, la ronde divisée par 16 soit 4/16 donne 0,25 soit la double croche : 0,25 qu’on va multiplier par 3 ce qui va donner une unité de temps de croche pointée soit 0,5+0,25 = 0,75
Ainsi pour remplir une mesure de quatre temps puisque 12/3 = 4 croches pointées ou deux noires et une double croche
J’espère que vous avez bien compris que 3 ou 4 temps ne valent pas toujours 3 ou 4 c’est plus complexe que cela surtout en ternaire.
Pour terminer je vous ai sorti un petit tableau synthétique qui classe les formes musicales selon qu’elles sont ternaires ou binaires
Voici un livre recommandé par de nombreux spécialistes du nucléaire d’un docteur en physique appliquée belge qui a étudié à Harvard Didier De Buyst que j’ai voulu vous partager.
L’auteur nous fait part de tout son savoir sur une énergie qui est à mon sens incontournable au présent et au futur notamment dans la voie de décarbonation s’imposant à nous afin de préparer notre sortie des énergies fossiles.
A travers cet article nous allons voir le fil conducteur du livre et synthétiser son propos. C’est un petit livre d’une centaine de pages et si il n’entre pas dans un détail accru, il permet de comprendre tous les fondamentaux liées à l’énergie nucléaire.
Comme toujours, je vous recommande d’acheter ce livre pour d’une part encourager l’auteur et aussi augmenter votre compréhension.
1 / Le Big Bang
L’auteur commence là où tout a commencé par le big bang au temps de Planck 10^-43 années ou comment l’infiniment grand (la sphère que l’on appelle l’inflaton (sphère ou particule géante née de l’inflation gravitationnelle) explosa pour engendrer l’infiniment petit, le quanta.
En parenthèse on considérait vers 1900 que toutes les questions de la physique avaient été résolues mais le rayonnement du corps noir résistait encore aux équations classique c’est alors que la physique quantique émergea après suggestion du vieux scientifique prussien Max Planck.
La physique quantique fut théorisée par de grands génies tels que Bohr, Heisenberg, ou Schrödinger et fut prouvée expérimentalement toute la seconde moitié du 20ème siècle. La soupe primordiale de laquelle va naître la baryogenèse et la nucléosynthèse naît en fait du résultat du réchauffement et de la désintégration de l’inflaton. Il n’y a pas d’explosion au sens propre du terme car pas d’espace.
Si je parle de baryogénèse (3 quarks forment un baryon (les protonset les neutrons sont des baryons) et nucléosynthèse ((liaison entre le neutron et le proton pour former le noyau(nucléo) atomique) c’est parce que l’auteur va s’arrêter sur une liste des particules élémentaires par un petit schéma explicatif très bien pensé qui montre les 17 particules différentes classées par fonctions.
2/Les particules élémentaires fondamentales
Figure 1 – représentant les 6 quarks et leptons (vient du grec lepto qui veut dire mince, ténu) différents pour la génération de matière. Puis quatre types de médiateurs tels que les 5 bosons élémentaires Z, W+ W-, dont font partie les 8 gluons et la particule de la lumière le photon. Enfin et c’est là que je trouve le schéma pertinent, le boson de Higgs découvert en 2012 est scalaireil s’étend sur toute la hauteur car il mesure les autres particules. (voir la définition scientifique de scalaire)
(Le boson a été nommé ainsi en l’honneur du scientifique indien SatyendranathBose)
Sachez qu’il existe en tout 61 particules élémentaires car on compte en fait 6x2x3 quarks (2 particules d’antimatière et 3 couleurs) (pas au sens ou on l’entend généralement par couleurs) différentes pour chaque quarks ce qui en donne 36. Puis 6 leptons x 2 (antimatière) = 12,
11 (8+3) bosons de jauges (8 gluons), (W+ Z° et W-) ainsi qu’1 photon et enfin le tout récent Boson de Higgs !
Petit calcul pour vérifier si le lecteur a bien compris :
36(Quarks)+12(Leptons)+4 Bosons(W + W – Z° et le photon, dont font partie 8(Gluons)+1 Boson Higgs = 61
Quand vous lisez la physique vous pouvez être vite perdu avec toutes ces dénominations de particules, j’ai pensé intéressant de m’arrêter là dessus.
3/ La décroissance radioactive
Après un bref résumé sur l’atome d’Helium (He-4) qui symbolise un atome d’une stabilité rare puisqu’il a autant de neutrons que de protons et d’électrons. Une définition des isotopes(même nombre de protons mais nombre de neutrons différents), du nombre de masses(protons et neutrons) noté A. Du nombre de protons ou numéro atomique noté Z, du nombre de neutrons noté N (on voit ces nomenclatures au lycée). On a le droit à une présentation succincte de la table périodique. ( je vous renvoie à mes autres articles (tableau classique et tableau quantique).
Il s’attaque à quelque chose de très intéressant la décroissance radioactive découverte par Marie Curie et les différentes désintégrations de protons et neutrons.
Un schéma permet d’expliquer simplement les trois principales désintégrations radioactives par lequel un ISOtope se transforme (cliquez sur ISO c’est cadeau) 😂
Figure 2 – Voici le petit schéma qui représente les différentes décroissances radioactives d’un isotope mère que vous avez en case foncée. L’auteur simplifie ces phénomènes très efficacement avec un tel schéma.
Cherchons à l’expliquer :
Les flèches vers la gauche <– représente la transformation à partir de l’ISOtope mère : d’un neutronn en proton avec l’émission d’un électron, c’est la désintégration Bêta –Vous constaterez la flèche Z qui monte vers le haut veut dire que si un neutron se transforme et que le numéro atomique ou nombre de protons augmente.
Vers le bas c’est la désintégration Beta +avec la transformation d’un proton p en neutron N et l’émission d’un positron(électron chargé positivement la flèche N part vers la droite → pour montrer une augmentation du nombre de neutron.
En diagonale et c’est logique vous avez la décroissance la plus équilibrée et donc la moins radioactive, la radioactivité alpha avec l’émission d’atomes d’hélium 4 dont on a vu qu’ils étaient très stables car ils compte le même nombre de chacune des particules. ( 2 électrons, 2 protons, 2 neutrons)
La radioactivité et je cite l’auteur n’est donc rien d’autre que la transformation d’un noyau atomique en un autre noyau atomique par le changement de son numéro atomique Z (protons) ou de son nombre de neutrons N (isotope).
4/Le RAYONnement (Radio = Rayon)
Pour classer les rayonnements de la radioactivité du plus faible au plus fort l’auteur nous fournit un autre schéma qui parle de lui-même :
5/E= mc² et la lumière fut !
Pourquoi avons nous abordé la question du nucléaire en parlant d’abord de la matière.
Einstein va profondément révolutionner la physique avec sa théorie de la relativité restreinte. On la qualifie de « restreinte » parce qu’elle s’applique aux référentiels inertiels et ne prend pas en compte la gravitation, contrairement à la relativité générale.
L’une de ses conséquences les plus célèbres est l’équivalence entre la masse et l’énergie, exprimée par la relation :
E = mc²
où E représente l’énergie de masse au repos, m la masse et c la célérité de la lumière dans le vide.
La vitesse de la lumière vaut exactement 299 792 458 m/s, soit environ 300 000 km/s ou 3,00 × 10⁸ m/s.
Ainsi :
c² ≈ 9 × 10¹⁶ m²·s⁻²
Ce facteur extrêmement élevé explique pourquoi une faible quantité de masse correspond à une quantité considérable d’énergie.
Pour résumer, on peut convertir la masse en énergie et inversement et grâce à cette grande valeur au carré qu’est la célérité, une masse infime peut-être convertie en une quantité faramineuse d’énergie.
Petite précision importante : E = mc² désigne l’énergie de masse au repos. Pour une particule en mouvement, la relation générale est E² = p²c² + m²c⁴.
5.1/ Le défaut de masse
Mais alors pourquoi cette équation est si fondamentale dans l’énergie nucléaire ?
Il faut comprendre que par exemple pour l’atome d’hélium qui est composé de deux protons, deux neutrons lorsque ces nucléons s’assemblent pour former l’atome, une énergie est libérée sous forme de rayonnement :
L’origine du défaut de masse tient de la force nucléaire forte c’est à dire de l’interaction entre les protons et les neutrons : (la masse d’un nucl(noyau)éon (neutron proton) est de 1,67×10^-27 kg.)
En effet lors de la liaison, 0,75 % de cette masse ne va pas être conservée mais libérée sous forme derayonnement et amplifié par la célérité ou lettre c de E=mc². Ainsi puisque la célérité est au carré et que c’est une très grande valeur, cela va créer une grande source d’énergie.
Voilà Fondamentalement le point fort de l’énergie nucléaire hautement décarbonée.
Figure 4 – Le nucléaire présente une densité énergétique sans comparaison avec les énergies fossiles
Donc en conclusion comme sur ce tableau, là ou le nucléaire se démarque extraordinairement des autres sources d’énergie c’est qu’une très petite quantité de masse produit l’énergie équivalente à plusieurs kilos ou tonnes d’énergie fossiles ou de biomasse.
6. La fission nucléaire de l’uranium
Pour amplifier le phénomène de défaut de masse, nous avons besoin de noyaux les plus lourds possibles hors l’uranium est le candidat idéal car il se présente sur la terre sous la forme de 3 isotopes : U-235, U-238, U-233 (plus rare))
Dans la table périodique l’uranium compte 146 neutrons et 92 protons soit un nombre de masse de 238.
Ceci s’explique par le fait que L’U235 est présent sur terre dans une quantité très limitée de 0,7 % tandis que l’U238 est présent à 99,3 %
Le neutron est neutre donc il est absorbé plus facilement qu’un proton par le noyau car il n’est pas soumis à la force de répulsion. (Deux particules chargées positivement se repoussent). Vous pouvez faire le test simplement en essayant de joindre deux aimants avec une même polarité. (voir loi de Coulomb) pour tout ce qui est lié à l’électrostatique.
L’U235 est le plus intéressant car il se divise et réémet des neutrons pour créer la réaction en chaîne tant convoitée dans les réacteurs nucléaires.
La fission moyenne d’un noyau d’uranium 235 est de 211 MeV 10^6 (Millions pour Méga) ce qui est une énergie très grande toute proportion gardée comparé aux autres énergies notamment fossiles (voir densité énergétique).
Voici quelques réactions de fissions de l’uranium 235 isotope :
Figure 5 – Les réactions de l’isotope d’Uranium 235, lorsque l’Uranium absorbe un neutron il en génère 1 supplémentaire voir 2.
1 – lorsque l’uranium 235 absorbe un neutron il se transforme en un isotope de Krypton 92 et de Baryum 142 et il réémet un neutron supplémentaire en plus de celui qu’il a absorbé.
2 – Il peut aussi donner un isotope de strontium 94, un isotope de Xénon 140 et réémettre également 1 neutron en plus du neutron absorbé.
3 – Autre réaction possible un isotope de krypton 90 du baryum 143 et réémettre cette fois-ci 2 neutrons en plus de celui absorbé
7/Section efficace du neutron
La section efficace, (j’en ai déjà parlé dans la table périodique quantique) se mesure en barn et se calcule à la dimension 2 il vaut 10^-24 cm² étant à la dimension 2*10^-24cm² = 10^-28 m² puisqu’on rajoute pour passer du centimètre carré au mètre carré non pas deux mais 4 zéros.
Le barn 10^-24 cm² = 10^-28 m² en Système International plus adaptée que le femtomètre (10^-15) , car il fonctionne au carré donc en dimension 2 (Surface). Source : Wikipédia
La section efficace est pour l’auteur la probabilité d’absorption du neutron mais c’est en réalité comme je l’ai expliqué dans mon article sur le tableau périodique quantique l’interaction quantifiée entre le neutron et le proton au sein du noyau.
L’eV pour électron Volt est une unité pour simplifier le calcul car le nombre de chiffres utilisés en Joule serait trop grand, on l’utilise par souci de praticité un peu comme on fait avec le système décimal pour représenter le binaire.
1×10^-24 est plus petit que 6×10^-24 puisque nous sommes dans le négatif donc on peut voir sur ce schéma que plus le neutron est proche plus il est énergétique.
petite parenthèse calculatoire faite en Latex :
8/Réaction en chaîne nucléaire incontrôlée
Ce qu’on veut éviter à tout prix dans une réaction nucléaire par fission et ce qui en fait sa dangerosité, c’est une réaction en chaîne incontrôlée, Pour faire une analogie, c’est un peu comme un cerveau humain qui pense trop et qui s’oxyde générant en chaîne des électrons libres qui deviennent des radicaux délétères pour l’organisme car non appariées sur les ions réceptionnés par nos canaux synaptiques.
Figure 6 – Si vous analysez ce schéma et que vous le comparez à la figure 5, vous verrez que c’est égal à la première réaction moins un neutron de Baryum, donc vous n’avez pas 2 neutrons mais 3 qui sont émis.
Pour essayer de quantifier une réaction en chaîne l’auteur nous explique que comme la valeur R qui est le schéma de contamination et de reproductibilité d’un virus.
Une valeur est désignée pour quantifier la réaction en chaîne d’une fission nucléaire, c’est la valeur k : Pour faire simple si elle est supérieure à 1, la réaction en chaîne croit de façon exponentielle alors que si elle est inférieur à 1 elle s’éteindra, si elle est égal à 1 la réaction en chaîne est contrôlée.
9/Plutonium
L’isotope d’Uranium 238 quant à lui va se transformer en Plutonium 239, un élément qui n’existe pas sur terre à cause de la force nucléaire faible qui transforme le neutron en proton et aussi un électron (l’atome est neutre électriquement).
Le numéro atomique Z va donc passer de 92 à 94 par rapport à l’Uranium 235 puisqu’ils va gagner deux neutrons et deux protons.
Mais alors Quid de ce plutonium ? Et bien il est lui aussi fissile ( fission) on peut l’utiliser dans des réacteurs MOX qui est un acronyme de mélange d’oxyde (Mixed oxyde fuel) .
On dit que le U 235 et le PU 239 sont fissiles car on peut les cliver alors que le U-238 est fertile car il peut être converti en PU239 matière fissile par l’absorption d’un neutron lent.
La transmutation de l’U-238 en plutonium est clarifiée sous la forme d’une réaction de fission avec un phénomène de double désintégration Bêta :
10/ La fusion nucléaire
10.1/ Premier type de fusion
Une autre forme d’énergie nucléaire est toujours en cours développement.
il s’agit de la fusion qui consiste en la liaison de deux protons ( de chaque côté) qui par désintégration béta + vont donner un neutron supplémentaire pour former du deutérium (un isotope de l’hydrogène, un neutron supplémentaire)
Cet atome de deutérium lié à un atome d’hydrogène va donner de l’hélium 3 un isotope de l’hélium (un neutron en moins)
Enfin ces deux atomes d’hélium 3 vont donner un atome stable d’helium (He 4) tout en rejetant deux atomes d’hydrogène.
Au cours de la réaction des neutrinos sont libérés ainsi qu’un rayon gamma.
Cette réaction libère 0,42 MeV (10⁶ ) (millions pour Méga) d’énergie.
Pourquoi c’est intéressant ?, parce que le deutérium aujourd’hui, on peut le trouver pratiquement de manière infinie par l’application d’électrolyse de l’eau de mer.
De même le tritium autre isotope de l’hydrogène est obtenu à partir du lithium.
Vous remarquerez et j’ai demandé à l’auteur de confirmer ce qu’il a fait mais H3 n’est pas de l’hélium 3 même si il comporte deux protons sur l’image, c’est en fait deux neutrons en blanc qu’il aurait fallu mettre en haut à droite pour avoir du tritium.
11/Histoire de la fission nucléaire
Les inventeurs de la fission nucléaire sont Lise Meitner, Otto Hahn et Fritz Strassman. Lorsque Lise Meitner est contrainte de fuir l’Allemagne en 1938, elle poursuit sa collaboration avec Otto Hahn par correspondance.
Lise Meitner 1878-1968
Les deux scientifiques se rencontrent clandestinement à Copenhague en novembre 1938, afin de planifier une nouvelle série d’expériences.
De retour à Berlin, Hahn réalise ces expériences difficiles avec Fritz Strassmann ; ils mettent en évidence la présence de parmi les éléments produits à la suite du bombardement de l’uranium avec des neutrons. Ils envoient le manuscrit exposant ces observations à la revue Naturwissenschaften en décembre 1938.
Simultanément, ils envoient une lettre à Lise Meitner pour lui faire part de leurs résultats expérimentaux. Étant donné la situation politique, Lise Meitner ne peut figurer comme co-autrice de la publication, malgré son rôle majeur dans le déroulement de ces recherches.
La possibilité que l’uranium se brise en éléments plus légers sous l’effet d’un bombardement de neutrons avait été suggérée plusieurs années auparavant, notamment par Ida Noddack en 1934.
La première explication théorique de ce phénomène est apportée par Lise Meitner et son neveu Otto Frisch en février 1939, en employant le modèle de la goutte liquide de Niels Bohr pour décrire le noyau atomique.
Modèle de la goutte liquide – Volume (3 dimensions représentées par 3 flèches), – Surface ( 2 dimensions représentées par deux flèches en bordure) – Répulsion énergétique (Coulomb) – Asymétrie (les particules se dissocient) voir principe d’exclusion de Pauli – Pairage.
Petite précision, il ne faut pas considérer ces dessins comme une chronologie mais comme 5 fonctions simultanées du noyau. ( La partie en bleu dans l’asymétrie représente les neutrons excédentaires par rapport au proton)
Ils expliquent comment le noyau d’uranium peut se scinder en deux parties, un noyau de baryum et un de krypton, tout en éjectant plusieurs neutrons et une grande quantité d’énergie.
Ces prédictions sont confirmées expérimentalement par Frisch. Ils peuvent également expliquer pour quelle raison aucun élément plus lourd que l’uranium n’existe à l’état naturel :
avec l’augmentation du nombre de protons, la répulsion coulombienne devient si forte qu’elle l’emporte sur l’attraction de la force nucléaire qui lie les nucléons entre eux.
Source : Wikipédia en eV.
11.1/ Histoire de la première réaction auto contrôlée
Le père de la réaction nucléaire contrôlée est un physicien et ingénieur italien en la personne de Enrico Fermi.
Fermi était un physicien théoricien de génie mais surtout un expérimentateur aguerri: Il mit en place le premier réacteur nucléaire à réaction contrôlée baptisé CP1 pour Chicago-Pile 1
C’est en son honneur qu’on a dénommé certaines particules des fermions comme vous l’aurez deviné.
On sait qu’on a besoin de carburant donc d’uranium 235 mais aussi d’un modérateur qui va transformer le neutron rapide (Figure 5) en neutron thermique donc plus lent pour être efficacement absorbé.
Si l’eau a un temps été envisagé, les deux atomes d’hydrogène de la molécule H2O sont trop content d’absorber le neutron pour se transformer en eau lourde c’est à dire en deutérium D2O. L ‘eau lourde pourrait être un excellent modérateur car repu en neutron, cependant on ne peut pas le produire en quantité suffisante à l’époque.
Alors quelle va être le candidat retenu ? Le graphite, un dérivé ou allotropedu carbone dont notre corps est tous constitué. Sauf que le graphite doit être fabriqué, on ne le trouve pas à l’état naturel, il est solide contrairement à l’eau, beaucoup plus inflammable et est douze fois plus lourd. Le défi est de le rendre le plus pur possible.
Il existe un autre problème la température de fusion du métal est plus basse que celle des oxydes et l’U235 va donc être introduit sous la forme d’UO2.
Le neutron va donc devoir entrer en collision énormément de fois avec le graphite pour être ralenti, il va falloir d’énormes cubes de graphite et d’UO2 et lors de la première tentative, la réaction auto-entretenue a été mesurée à k = 0,87 ce qui n’est malheureusement pas 1 et donc pas suffisant car trop de neutrons se perdaient.
Trop de neutrons se perdaient car l’acier à partir duquel les cubes de UO2 étaient fabriqués était lui aussi gourmand en neutron. L’UO2 a alors été introduit dans des cylindres qui perçaient les blocs de graphite et la réaction k est passée à 0,918.
Au final il a fallu pas moins de 5,4 tonnes d’uranium métallique, 45 tonnes d’oxyde d’uranium et 360 tonnes de graphites pour créer la première réaction contrôlée et auto entretenue qui permettra de faire fonctionner une ampoule de 0,5 W.
12/ Le réacteur à eau pressurisée ou PWR (Power (Pression Water Reactor)
Dans ce chapitre je reprends presque mot pour mot l’explication intégrale et complète de l’auteur.
Le premier réacteur nucléaire suffisamment puissant pour produire de l’électricité à l’échelle commerciale est un réacteur à eau pressurisée PWR : . Il était capable de produire 60(Méga watt électrique)10^6 Millions d’électricité et vit le jour aux États-Unis en Pennsylvanie à ShippingPort en 1957.
En 1954 en Union Soviétique, une centrale avait déjà été raccordée au réseau électrique mais pour une puissance de 5MWe.
Des Ingénieurs belges travaillèrent à la centrale de ShippingPort, ainsi, par la suite, le premier réacteur occidental hors des états-unis vit le jour en Belgique avec le Belgian Reactor 3 ou BR3.
Le fournisseur du premier PWR qui représentait un banc d’essai idéal aux Etats-Unis même si loin de fournir assez d’électricité à tout le réseau était l’entreprise Westinghouse.
L’Uranium U235 qui y est enrichi à 3,5 ou 4,5 % et parfois il contient un peu de plutonium. L’eau y sert à la fois de modérateur et également pour refroidir le combustible nucléaire utilisé sous la forme de barres cylindriques de contrôle.
L’eau y est sous pression (155 bars) pour éviter de bouillir et ainsi mieux refroidir la réaction. Elle peut rester en l’état jusqu’à environ 315 degrés. Nous savons depuis le cycle de Sadi Carnot et ses travaux sur la thermodynamique que plus la température de la source est élevée plus le rendement est meilleur cependant il faut veiller à ce que le cœur soit toujours maintenu à la bonne température.
Nicolas Leonard Sadi Carnot 1796-1832
Figure 9- Cuve du réacteur d’un réacteur à eau pressurisée. Barres vers le haut = plus de gaz, Barres vers le bas = freinage.
Le cœur du réacteur est constitué d’éléments combustibles sous la forme d’assemblages carrés très longs environ 4 mètres et empilés côte à côte selon un quadrillage. Un réacteur typique de 1000 Méga watt électrique (Mwe) contient environ deux cents assemblages. Chaque assemblage à son tour se compose de 17 par 17 crayons. Le côté du carré mesure environ 20 centimètres. L’eau coule de bas en haut entre les crayons. Elle est principalement chauffée par le transfert d’énergie cinétique (mouvement rotatif des particules) des produits de fission vers leur environnement sous forme de chaleur.
En effet une grande partie des crayons sont remplies de combustible nucléaire, du UO² enrichi ou le cas échéant du Mélange d’oxyde (MOX) et leur disposition est calculée de telle manière que lorsque les barres de contrôles sont retirées du cœur la réaction en chaîne démarre.
L’eau sort du réacteur à 315 ° et est remplacé par une eau relativement plus froide 275 ° grâce aux pompes pour éviter la surchauffe du cœur et car ce serait préjudiciable au réacteur. C’est ce qu’on appelle le circuit primaire qui est maintenu en permanence sous pression pour éviter que l’eau boue ce qui représente le talon d’Achille du PWR.
Il existe des réacteurs à eau bouillante pour BWR mais qui sont soumis à d’autres inconvénients. Ces deux réacteurs qui utilisent la molécule H2O (eau) sont appelés des réacteurs à Eau légère LWR.
Il existe des réacteurs à eau lourde, pour HWR, l’isotope de l’eau dont nous avons déjà parlés le Deutérium D2O qui comporte un neutron en plus. L’avantage est que le combustible nucléaire ne doit pas forcément être enrichi, comme dans les LWR.
En effet l’uranium naturel avec le deutérium repu en neutron (car elle en a un de plus) est un meilleur modérateur. La chaleur générée dans le cœur et transférée à l’eau peut suffire pour produire de la vapeur.
Dans un réacteur à eau pressurisée PWR il suffit de transférer cette chaleur vers un autre circuit ou l’eau circule à une pression plus faible typiquement (60 bars) C’est ce qu’on appelle le circuit secondaire. L’appareil dans lequel l’eau secondaire s’évapore pour devenir de la vapeur saturée (275°) s’appelle le générateur de vapeur
Le rôle de la vapeur est identique à celui d’une centrale électrique conventionnelle dans le sens qu’elle sert à activer une turbine qui produit de l’électricité. (L’eau peut se transformer en vapeur à moins de 315 degrés car la pression est moins forte.) (60 bars contre 115)
Une fois que la vapeur a fait son œuvre, elle se condense ( c’est à dire se retransforme en eau et est renvoyé par les pompes d’alimentation après avoir été préchauffée à 220 °) La boucle est bouclée le cycle peut recommencer.
Circuit Primaire et secondaire, Le circuit tertiaire pas présent sur l’image est composé de grandes tours de refroidissement loin de toute faune et flore marine. L’enceinte du réacteur est une coque en béton qui est maintenu en légère dépression pour éviter les fuites d’éléments radioactifs dans l’environnement en cas d’accident. Les centrales actuelles de PWR utilisent une cuve a double enceinte composée de béton et d’acier.
Le rôle de la vapeur est identique à celui d’une centrale électrique conventionnelle dans le sens qu’elle sert à activer une turbine qui produit de l’électricité. (L’eau peut se transformer en vapeur à moins de 315 degrés car la pression est moins forte.) (60 bars contre 115)
Une fois que la vapeur a fait son œuvre, elle se condense ( c’est à dire se retransforme en eau et est renvoyé par les pompes d’alimentation après avoir été préchauffée à 220 °) La boucle est bouclée le cycle peut recommencer.
En 2020 près de 300 centrales Pressurised water reactor étaient opérationnelles dans le monde contre 42 Boiling water reactor. (BWR) Sur près de 46 centrales en construction, 42 contre 4 sont des PWR. Ceci témoigne donc du fait que les réacteurs à eau pressurisée sont une technologie fiable et éprouvée. Sur le plan commercial on peut dire que Westinghouse a gagné contre Général Electric qui avait fait des Boiling Water Reactor sa marque de fabrique.
L’auteur nous explique en 3 points l’avantage des réacteurs à eau pressurisée sur les réacteurs à eau bouillante : PWR vs BWR
1 / Un PWR est intrinsèquement stable et très facile a piloter pour des raisons de physique neutroniques qui dépassent le cadre du livre.
2/ La turbine et les pompes se trouvent en dehors de la partie ou se joue la réaction nucléaire certes au détriment d’une partie du rendement (Circuit Primaire, Circuit secondaire.)
3/Les barres de contrôle sont en haut et grâce a l’effet de gravité elles peuvent couper la réaction en chaîne en cas d’urgence contrairement à un BoilingWR ou elles sont en bas ce qui nécessite une action mécanique supplémentaire.
Et pourtant aujourd’hui General Electric est un des plus grands conglomérats au monde et Westinghouse n’est plus que l’ombre de lui-même.
L’auteur nous livre ensuite une réflexion sur les différents combustibles liées aux évolutions de la physique nucléaire, en effet dans les réacteurs Mixed oxid fuels MOX en belgique grâce aux travaux du SCK CEN où l’on a compris comment transformer le plutonium U239 (de l’U238 qui avale un neutron) en combustible nucléaire.
Ensuite il nous explique que si le nucléaire est une énergie décarbonée, l’extraction d’uranium au même titre que la construction d’éoliennes comprend une source de rejet de CO2. Ces éoliennes reliées à des centrales électriques fournissent pour une seule à peu près 100 fois moins d’énergie.
Je vous laisse acheter le livre pour approfondir sa réflexion.
13/Les risques d’accident nucléaire
L’auteur nous explique bien sur des risques d’accident en cas d’absence de circulation dans le mécanisme de refroidissement. Il n’évoque pas les risques terroristes mais il explique que de nombreuses substances radioactives pourraient être libérées suite à la fusion (meltdown) en anglais du combustible nucléaire « corium ». La perte de refroidissement doit à tout prix être évitée.
Mais que se passe-t-il si la circulation primaire est arrêtée via un scram littéralement ( control de sécurisation des barres par une hâche humaine) la technologie a évoluée mais le terme est resté (Fermi CP-1).
Alors des générateurs de diésel de secours prennent alors le relais afin d’alimenter la circulation au sein des pompes pour maintenir la centrale en marche.
Même si les barres sont complètement insérés la décroissance radioactive se poursuit indéfiniment ce qui correspond à environ 7 % de sa puissance thermique soit 200 mwth pour un réacteur de 3300 Mwth comme Doel 4 en Belgique ce qui permet d’alimenter 10.000 logements par une température de -20 degrés en extérieurs.
Si il y’avait une fuite d’eau dans la circulation primaire, cela a été prévu lors de la conception par le système LOCA : Loss of Coolant Accident ( Accident de la perte du refroidissement) on l’appelle accident de référence, le pire qui peut survenir. Les systèmes de refroidissement d’urgence du coeur pour ECCS : Emergency core cooling system sont plusieurs également. La philosophie derrière tout ce dispositif de défense est la Défense en profondeur ou Defense In Depth (DiD en anglais)
Toutes les catastrophes nucléaires sont classés selon l’échelle international des évènements nucléaires pour INES en anglais (International Nuclear Event Scale.)
A titre d’exemple l’auteur nous parle de ce qu’il s’est passé lors de l’accident des centrales de Fukushima Daïichi qui étaient classés accident de niveau 7 sur cette échelle et qui appartenaient à la filière des réacteurs d’eau bouillante BWR. Ces réacteurs ont d’abord été ébranlées par un séisme. Les îles ont été ravagées par un tsunami ce qui a coupé l’alimentation de secours des pompes de la circulation de sorte que le refroidissement n’était plus garanti.
Concrètement l’archipel japonaise n’est pas assez protégé du monde extérieur pour pouvoir mettre en place ce type de réacteur nucléaire. Par contre ce qu’on peut dire c’est que la filière PWR a plus de 60 années d’ancienneté et que le seul incident américain recensé à Harrisburg en 1979, n’a pas eu de conséquence irrémédiable puisque l’intégrité du cœur du réacteur et notamment le combustible nucléaire a été intégralement préservé. Cet incident a été classé au niveau 5 de l’échelle INES.
14/ Les applications électriques et médicales
14.1/ Les Material Testing Reactor (MTR) et le Long Term Operation (LTO)
Un autre type de réacteur expérimental le MTR (Material Testing Reactor) sert de réacteurs d’expérimentations pour la filière PWR aussi appelée réacteurs de puissance. Ils permettent par exemple d’étendre une licence d’exploitation après 40 années d’irradiation LTO (Long term opération). Ces réacteurs mènent également des expériences quant à la sûreté des comportements des combustibles nucléaires.
14.2 Le médical nucléaire
Le technétium 99 est un radio(Rayon) isotope issu de la décroissance du molybdène 99 lui-même issu de la fission de l’U235. Plus de 40 millions de personnes par an bénéficient notamment de radiographie à rayon X à des fins de diagnostic. Un autre exemple est l’iridium 192 qui est utilisé en curiethérapie pour traiter divers cancers. Les radio-isotopes qui sont liés à une molécule pour cibler les cellules cancéreuses de la tumeur et préserver les tissus sains représentent une application liée à la médecine personnalisée qu’on appelle la théranostique.
La Belgique y joue un rôle primordial grâce au projet Nura qui se base sur trois axes : 1 les études précliniques, les études précliniques mandatées par des tiers (Contract Research Organisation) CRO et la production de radiopharmaceutiques (Contract Manufacturing Organisation) CMO.
Les réacteurs expérimentaux jouent également un rôle important dans l’électronique de puissance car ils permettent de créer des semi-conducteurs à base silicium, la silice est présente dans le sable et sert notamment à fabriquer le verre.
14.3/Les industries
Les applications concernent notamment les convertisseurs de courant alternatif en courant continu AC/DC utilisés dans les éoliennes, les barrages hydro-électriques, les trains à grande vitesse. La Belgique joue un rôle mondial avec son vieux réacteurs BR2 mais un des plus puissants au monde.
15/ La question des déchets nucléaires
Les centrales à eau légère contiennent 98,5 % d’uranium qui ne présente un risque radioactif lors du stockage géologique que très limité. Le principal problème provient du plutonium et des actinides mineurs comme le neptunium et l’americium qui ne représentent que 1 % du combustible mais sont hautement radiotoxiques et radioactifs. Une centrale à eau pressurisée produit 0,1 m³ de déchets hautement radioactifs, 0,5 m³ de déchets radioactifs de moyenne activité, 1,5 à 2 m³ de déchets faiblement radioactifs et 950 kg d’uranium qui doivent être gérés en tant que déchets radioactifs à long terme. Sur une durée d’exploitation prévue cela représente environ 80 à 12 m³.
Les déchets radioactifs d’un PWR sont comparables à ceux émis par les médecine nucléaire mais ceux-ci ne gênent personne. Cependant le stockage des déchets radioactifs même si leur volume est faible est loin d’être évident. En Belgique il existe un moratoire sur le recyclage des combustibles radioactifs, il doivent être stockés dans des bâtiments du réacteur qu’on appelle la zone chaude et qui nécessitent la construction de grands bassins. Le SCK CEN avec son laboratoire souterrain HADES en collaboration avec L’ONDRA/NIFRAS traduit en français : Organisme national des matières fissiles enrichies joue un rôle important dans le stockage géologique des déchets radioactifs.
A la fin des années 1990, 435 réacteurs étaient en service pour une puissance totale de 346.984 Mwe assurant 16 % de la consommation mondiale d’électricité.
Les réacteurs PWR et BWR sont de la génération 2, ensuite viennent l’EPR français et l’AP1000 Américain de la génération 3.
Viennent ensuite toute sorte de projets impulsés par les États-Unis et boostés par la signature du protocole de Kyoto et la réduction de 5 % de tous les pays dans leur production de gaz a effet de serre.
La Belgique joue le premier rôle avec le réacteur Myrrha(Réacteur multifonction hybride à Application de haute technologie), il s’agit d’un réacteur à neutrons rapide comme nous l’avons vu auparavant dont la réaction est refroidie avec des métaux lourds tels le plomb-bismuth contenant insuffisamment d’uranium pour qu’une réaction en chaîne puisse naître de façon autonome laquelle est particulièrement attisée par un Système conduit d’accélération (ADS) dont Carlo Rubbia prix Nobel de physique de l’année 1984 en est le père spirituel.
Les objectifs du projet sont très divers mais ils cherchent en partie à remédier au problème du stockage des déchets nucléaires réduisant à la fois la quantité et la demi-vie des actinides mineurs par un système de partitionnement et transmutation : rendre les actinides aussi radioactif que l’uranium naturel c’est à dire très peu.
Le principe est celui d’un réacteur à fusion thermonucléaire, réaction est celle qui se passe au cœur des étoiles. Cela consiste à chauffer un gaz à des températures vraiment extrêmes : près de 150 millions de degrés ° . Pour cela il faut l’enfermer dans un tore, un récipient en forme de donut qu’on appelle un tokamak et qui a été inventé en union soviétique dans les années 1950. C’est une sorte de flacon magnétique. Cependant réussir à contenir un gaz aussi chaud et créer les champs magnétiques nécessaires à l’exportation de la chaleur pour convertir celle-ci en électricité va au-delà de nos capacités technologiques actuelles.
17/ LTO et SMR
Les opérations à long terme est le mot employé pour définir non la durée de vie d’un réacteur mais la durée d’exploitation, en effet, un réacteur n’a pas à proprement parler de durée de vie. Une centrale est entretenue de manière proactive comme les avions. Les composants sont automatiquement remplacés à certains moments et la maintenance et le renouvellement ont toujours des caractères impérieux.
Cependant, la cuve du réacteur n’est pas économiquement remplaçable et en principe c’est l’intégrité structurelle de cet élément qui limite la durée de vie d’une centrale nucléaire. Théoriquement la durée de vie d’une centrale coïncide avec la durée de vie de la cuve du réacteur.
Aux Etats-Unis, les centrales obtiennent des prolongation de licence par tranche de 20 ans et il faut savoir que 89 des 97 centrales ont obtenu une prolongation de licence de 40 à 60 ans. En Belgique Doel 4 et Tihange 3 les deux plus jeunes unités ont obtenu une extension de licence de 10 ans.
17.1/ SMR
Jusqu’à présent les réacteurs ont vu leur puissance augmenter au fil des années pour des raisons d’économie d’échelle cependant les exigences de sûreté, la maintenance de ces installations sont plus complexes et peu rentables. D’après l’Institut d’Energie Atomique l’électricité ne représente que 20 % de la consommation énergétique mondiale. Il y’a aussi les transports, l’industrie et les usines chimiques qui s’appuient sur la chaleur. Hors l’électricité est la plus noble des énergies qui soit et transformer l’électricité en chaleur serait une aberration.
Les nouveaux acteurs sur le marché du nucléaire voient les petits réacteurs modulaires SMR comme une grande opportunité. Produisant une puissance d’environ 300 Mwe on peut se douter que la construction de centre de données plus communément appelées datacenter avec lesquels sont reliés les grands modèles de langage que nous utilisons de plus en plus peuvent nécessiter ce type d’installation.
Les SMR permettent de générer de la chaleur à haute température pour l’industrie et ce de manière décentralisée. Les SMR déjà actifs basés sur la branche des réacteurs à eau légère LWR sont les plus proches d’une réalisation déjà effective.
Les Russes ont déjà mis en service le réacteur flottant KLT40 Akademik Lomonosov. Cependant des dire des spécialistes il est préférable de se baser sur les réacteurs à neutron rapide c’est à dire non pas à eau mais avec un métal liquide comme fluide caloporteur comme dans le projet Myrrha.
18/ Conclusion
Cet article est tiré principalement du livre de Didier De Buyst, je remercie l’auteur de me permettre de vous retranscrire la genèse, les opportunités et les défis de l’énergie nucléaire. Cela me semblait important dans le monde dans lequel nous vivons de comprendre les enjeux derrière cette énergie décarbonée. Ce livre ne traite que de la partie immergée de l’iceberg comme le dit l’auteur en conclusion.
Le nucléaire à un rôle important à jouer dans la transition énergétique, pour réduire notre utilisation des énergies fossiles (pétrole, gaz et charbon) et incidemment réduire notre émission de gaz à effet de serre piégés dans notre atmosphère qui sont un facteur important du réchauffement climatique.
En France, nous avons la chance d’être en pointe dans le nucléaire et cet article a pour but de mieux vous faire comprendre son fonctionnement d’une part et d’autre part de susciter des vocations afin de former les futurs ingénieurs nucléaire de demain dans une Europe qui doit assurer sa souveraineté énergétique face notamment à tous les pays exportateurs et producteurs de Pétrole notamment voir mon article sur les énergies.
Je voulais vous faire part d’une de mes lectures, un petit livre de Maxence Cordiez synthétique sur les énergies de 120 pages paru fin 2022 qui résume très bien ce qu’il faut savoir sur notre consommation mondiale énergétique et électrique.
Maxence est une source et un petit génie des formes que je suis depuis quelques années, il connaît bien la doctrine défendue par Jean-Marc Jancovici. Il est diplômé de Paris Tech Chimie, a travaillé pour le commissariat en énergie atomique (CEA) en tant qu’ingénieur chargé d’affaires, il a enseigné et se spécialise sur l’énergie nucléaire.
Son livre Énergies aux éditions Tana a le mérite d’être clair et synthétique .
Il est bien présenté et riche en documentation de type diagrammes ou graphiques statistiques.
Cela m’a permis d’apprendre ou de revoir beaucoup de choses sur la nature des ressources que nous utilisons au quotidien qu’elles soient fossiles(charbon, gaz, pétrole), renouvelables(photovoltaïque – solaire, éolien, hydroélectrique), et donc décarbonées, nucléaires (centrale atomique – électrique) ou encore thermiques (géothermie, pompe à chaleur).
Si je ne vais pas vous faire un compte-rendu de tout le livre, je vais simplement vous faire part de la première partie sur les énergies fossiles et vous résumer sommairement le reste du livre, ce sera à vous de le commander pour encourager Maxence et vous instruire pour comprendre tous les enjeux, climatiques, énergétiques, politiques qu’il dépeint.
Compte-RenduPremière partie
Dans un premier temps, Maxence explique qu’il existe 5 différentes types d’énergies : mécanique, thermique, nucléaires, électromagnétiques, chimique. En vérité certaines peuvent êtres corrélées les unes aux autres.
Il rappelle que la première source d’énergie qui conditionne toutes les autres est nucléaire, c’est celle de la fusion solaire entre hydrogène et hélium et c’est à mon sens quelque chose qu’il faut garder en tête pour notre avenir proche. (Je suis en train de lire 2 livres sur le nucléaire dont un de Maxence dont je ferai la promotion à la fin de l’article).
Si le tournant a été la révolution industrielle au 19ème siècle avec l’invention du moteur à explosion et de la machine à vapeur. Il détaille que notre énergie mondiale dépend encore aujourd’hui à 80 % d’énergies fossiles alors que nous sommes à l’ère de la transition énergétique.
D’où proviennent elles ?
Il m’a appris un terme que je ne connaissais pas : le kérogènequi est une étape intermédiaire de la biomassepar laquelle la sédimentation des minéraux sous l’effet des bactéries se fossilise pour devenir des hydrocarbures(Hydrogène et Carbone – H et C dans la table périodique) que l’on trouve sous la forme liquide(pétrole), gaz dit « naturel ».
De manière artificiel, on apprend que le kérogène peut être pyrolysé, (dissocié par la chaleur thermique) afin de raccourcir ses atomes de carbone et le transformer en liquide(pétrole) et en gaz plus rapidement.
1/Le pétrole
Maxence commence par s’intéresser au plus important des hydrocarbures, celui qui a déclenché tant de guerres injustes, d’accords commerciaux unilatéraux – l’OR noir – le pétrole.
Un baril de pétrole équivaut à 159 litres : pas un de moins, pas un de plus.
Il est issus de vieux planctons sédimentés lentement à travers la terre.
Il existe deux types de gisements principaux : les gisements dits conventionnels qui ont été exploités en majeure partie jusqu’en 2000, et les gisements de roche mèredit « schistes » de manière impropre.
Technique d’extraction et rentabilité
Ces derniers sont en majeure partie dans la mer et demandent une technique d’extraction toute particulière grâce à de l’eau pressurisée pour fracturer d’abord la roche, la maintenir ouverte avec du sable. Contrairement aux gisements dits conventionnels dont le taux d’épuisement est de 4 à 6 % par année. Au contraire, ceux de roche mère sont beaucoup moins rentables et arrivent à pleine production seulement au bout d’un mois quand après 1 année ils sont déjà épuisés à près de 70 %.
Pas étonnant que les investissements diminuent d’années en années pour ce type d’extraction d’énergie fossile dont l’activité ne s’appuie plus que sur les gisements déjà préparés et prêts à être forés. Même si le pétrole est primordial, cette rentabilité est trop faible et coûteuse.
Ainsi si la demande reste croissante, le prix du baril risque d’augmenter rapidement et violemment.
Le pétrole concrètement c’est quoi ?
Il alimente la plus grande partie de nos transports, constitue la grande majorité des polymères : Le bitume de nos villes, l’asphalte des routes, tous les plastiques de nos bouteilles d’eau telles que le Polytéréphtalate d’éthylène (PET), nos claviers, nos souris d’ordinateurs, nos vêtements, nos semelles de chaussures.
Tous ça c’est ce qu’on appelle de la pétrochimie.
Les guerres du pétrole et petite géopolitique
Le pétrole a été une source de nombreux conflits pour ne citer que les guerres du Golfe en Irak ou le chaos en Syrie quand la production s’est arrêtée.
En Europe, Il faut savoir que la Russie est le principal pourvoyeur de Gaz, Charbon et Pétrole. Jusque là l’économie russe avait besoin des devises de l’UE mais sa stratégie de diversification du porte feuille tournée vers les BRICS (Brésil, Russie, Inde, Chine, South Africa) lui permet de ne plus être dépendant de l’UE.
Maxence insiste sur un indicateur très important le Taux de retour énergétique c’est à dire le rapport entre l’énergie que l’on récupère et l’énergie qu’il a fallu investir pour aller chercher cette énergie. (En d’autre termes il s’agit de rentabilité énergétique et non pécuniaire même si celles-ci peuvent être liées)
On apprend que dans le désert saoudien ce taux est de 100/1 ce qui est le meilleur ratio, aujourd’hui. A titre de comparaison, auparavant au 19ème siècle il était de 1000/1. Aujourd’hui ceux de roche mères sont de 4/1.
On tend indubitablement dans le futur vers du 1/1 ce qui n’est pas tenable.
Exemple de diagramme très intéressant en rapport avec l’utilisation du pétrole en France présent dans le livre, ce n’est qu’un parmi tant d’autres.
2/ Le gaz
Le gaz CH4 (Méthane) est issu des gisements de pétrole ou le kérogène pyrolysé lentement (chaleur thermique longue) a produit soit à la fois du pétrole et du gaz, soit uniquement du gaz si le gisement est très ancien. Donc quand on extrait du pétrole, le plus souvent on extrait aussi du gaz.
Le marché
D’abord indexé sur le prix du pétrole pour le rendre moins cher et attrayant un marché s’est peu à peu développé malgré des difficultés énormes telles que le transport (fuite) et sa faible densité (volume/énergie produite).
Son faible prix a poussé les pays a en utilisé de plus en plus et à créer des gazoducs pour l’acheminer de manière transfrontalière, en Europe (hors Russie) : la Norvège, les Pays-Bas et le Royaume-Uni en disposaient mais les gisements se sont taris et l’Europe doit de plus en plus en importer pour assurer sa survie énergétique.
Parmi ce moyen d’importation, on a le GNL ou Gaz Naturel Liquéfié, en effet le gaz peut-être cryogénisée à -161° pour être transporté par navire (États-Unis) cependant bien sûr cela demande plus d’énergie (pétrole pour le transport) et re-transformation en Gaz dans un terminal portuaire dédié.
Utilisation
En France le gaz est utilisé de manière intensive pour la production d’ammoniac afin de faire des engrais azotés pour notre agriculture mais aussi une grande source pour fabriquer de l’électricité pour chauffer.
Depuis 2010 la consommation de gaz augmente énormément parce qu’il a été bon marché par rapport au pétrole et qu’il est beaucoup moins polluant que le charbon qui rejette énormément de CO2, pourtant il reste un hydrocarbure et donc une énergie fossille.
Gaz Naturel « Clarification »
Le Gaz Naturel est appelé naturel car il est convoyé par les gazoducs, contrairement au gaz de ville et au gaz manufacturé. (Par la main de l’homme).
Ce qualificatif a été donc utilisé pour le distinguer du gaz produit dans ce qu’on appelle « une usine à gaz » ou le charbon était utilisé pour créer du gaz destiné à servir au chauffage des bâtiments et à nos éclairages publics.
Ce gaz est tout autant un combustible fossile et n’a rien d’un biogaz. Il n’a pas d’odeur ce qui est dangereux, car il est explosif et asphyxiant, alors on lui rajoute un odorisant : le mercaptan, un thiolc’est à dire un composant organiqueà base de souffre et plus précisément le tétrahydrothiophène.
3/ Le Charbon
Le charbon c’est quoi ?
Le charbon provient de l’accumulation de débris végétaux dans des marécages puis de leur transformation sous effet pyrolytique → tourbe → lignite → houille → anthracite. Dans les grands gisements du Carbonifère (≈359–299 Ma), la part majeure de la biomasse venait surtout de lycopsides arborescents (ex. Lepidodendron, Sigillaria) et de prêles géantes (Calamites).
Les fougères et fougères arborescentes ont aussi contribué, mais elles ne sont pas l’unique source.
Les charbons plus récents intègrent davantage de conifères puis, encore plus tard, d’angiospermes..
Plus la peine de le présenter, le charbon est un combustible fossile fait de carbone qui peut être brun (lignite) ou noir (houille). Il a été utilisé d’abord pendant la révolution industrielle en masse.
On pense souvent que cette forme d’énergie polluante est d’un autre temps mais pourtant c’est entre les années 2000 et 2010 qu’il a le plus augmenté avec l’essor de l’économie chinoise.
Charbon local
Aujourd’hui on sait que le charbon est l’énergie la plus polluante, Maxence insiste sur la dimension locale, même si la France a fermé sa dernière usine en 2004, même les allemands continuent à l’utiliser pour ne pas dépendre uniquement de l’énergie des pétromonarchies d’Arabie saoudite, Qatar, Emirats etc.
La France malheureusement dépend beaucoup pour ses importations du charbon ainsi lorsque vous voyez une étiquette, Made In China ou Made in India c’est le plus souvent fabriqué grâce au charbon.
Résumé du reste du livre
J’ai résumé succinctement 50 pages du livre sur les énergies fossiles pour vous montrer tout son intérêt et je n’ai pas tous les diagrammes statistiques qui sont ultra-pertinents
Dans le reste du livre Maxence parle de l’électricité et notamment des énergies renouvelables, du nucléaire, d’hydro-électricité( géomorphologie ) et même de géothermie. Il enchaîne sur l’impact climatique et notamment des gaz à effet de serre présents dans notre atmosphère qui servent à retenir la chaleur en emprisonnant une partie du rayonnement infra-rouge de la planète.
Il parle de l’absorption du CO2 par nos océans ce qui les acidifie et de la manière dont nous devons tous agir pour réduire notre empreinte carbone compte tenu du fait que les énergies fossiles sont d’une part en train de se raréfier et d’autre part que leur exploitation intensive sont en train de réchauffer le climat de notre planète.
Pour finir Maxence présente deux scénarios de stratégie nationale bas carbone dits : « SNBC » présentés par RTE dont l’objectif commun est le même fixé pour 2050.
1/ Réduire l’impact des énergie fossiles dans notre bouquet en passant de 60 à 0%
2/ augmenter la production d’électricité de 25 % aujourd’hui à 50-60% demain pour remplacer le fossile (RTE prévoit notamment une augmentation de la consommation annuelle de 473 TWh à 600-650 TWh).
3/ Un système d’économie d’énergie en trois modes pour le consommateur( 1/Efficacité Energétique, (transparent) 2/Sobriété énergétique (effort recyclage, triage des déchets compost, réduction de l’éclairage). 3/ Précarité énergétique (Imposer des restrictions qui modifient son rythme de vie) )
Pour cela deux scénarios sont envisagés,
1/ Hydrogène et tout renouvelable ( peu crédible)
Le premier se base sur le tout renouvelable et l’utilisation abondante de l’hydrogène : H² pour décarboner des applications produites par le fossile (production d’engrais, réduction de minerais en métaux…) .
Problème : l’électrolyse (transformation d’eau en électricité coute justement cher en électricité, et on perd beaucoup de cette électricité pendant la production ce qui est un véritable gâchis énergétique.
Ce scénario est complètement irréaliste compte tenu du fait que le solaire prend énormément de place, que l’éolien devrait être multiplié par quatre en mer la ou le vent est le plus fort. L’hydrogène et le biogaz(ne pas oublier le gaz produit par le recyclage des déchets) sont donc un pari ultra risqué.
2/ Nucléaire et tout renouvelable ( plus crédible)
Une énergie basée sur le nucléaire serait a la fois plus rentable que le tout renouvelable et surtout plus pilotable. On pourrait exporter notre énergie de manière plus fiable aux autres pays européens et notre mix énergétique serait plus diversifié. Cependant il faudra augmenter notre parc photovoltaïque de 7 à 8 fois plus et aussi augmenter de manière significative l’éolien en mer.
C’est clair, c’est synthétique, c’est bien écrit et bien pensé ; donc j’en fais la promotion. Je me suis procuré récemment un autre livre de Maxence qu’il a co-écrit avec Stéphane Sarrade (le directeur de chimie du CEA) et qui vient de paraître sur le nucléaire. Cette énergie est à mon sens vital pour la souveraineté de notre pays en mix avec les énergies renouvelables qu’il faudrait arriver à rendre pilotable 😎
La saturation d’oxygène est une fonction clé pour comprendre comment notre corps fonctionne pendant l’effort physique. Je vais vous détailler ce concept tout en faisant d’abord un point sur mes sources :
Sources :
Comment j’ai travaillé ? Tout est parti de ce petit appareil de mesure qu’on place au bout du doigt qui a été utilisé pour mesurer ma saturation il y’a quelques années à l’hôpital. Dans un premier temps je suis parti de Wikipédia en version anglaise sur la saturation d’oxygène compte tenu du fait qu’il y’a plus de contenu : à peu près 7 millions contre 3 millions pour la version française et que les articles sont parfois plus fournies et détaillés.
Ensuite j’ai voulu pour la première fois demander à CHAT GPT modèle 3o (les autres modèles n’ont pas d’intérêt) d’analyser le graphique principal de la page.
A partir de son analyse j’ai pu gagner en productivité mais j’ai réfuté une bonne partie de ses explications qui n’étaient pas toujours logiques. Je me suis servi de mes connaissances acquises en médecine grâce au dictionnaire du CNRS, sur lequel j’ai été formé en 2008 ainsi qu’à un LAROUSSE médical et divers livres.
Sur les pages anglaises, j’ai traduit en français en un clic avec Chrome pour gagner du temps et comprendre avec la pensée de ma langue natale.
Pour les mots complexes comme désoxyhémoglobine j’ai trouvé pour vous le dictionnaire de l’académie de Médecine de 2020 que voici. Malheureusement il n’est pas intégralement hyperlié comme celui du CNRS.
Enfin j’ai aussi travaillé un peu sur le Wikipédia français à titre de comparaison. (Formules moléculaires) Je suis certain du fait qu’il faut multiplier et croiser les sources pour comprendre le monde dans lequel nous vivons aujourd’hui.
1/ Introduction
La saturation d’oxygène est une variable(constante vitale) allostérique à deux états. Derrière ce pléonasme, on va essayer de comprendre : Pourquoi allostérique ? Parce que cela étudie les interactions entre deux molécules que sont :
a/ l’hémoglobine qui est une métalloprotéine car elle contient du fer : la hème.
Pourquoi à deux états ? Pour expliquer cette variable, on se base sur deux états (comme pour le Binaire, ou l’algèbre de Boole) , un état T pour la Tension dit tendu et un état R pour la Relaxation.
Cette variable à deux états est inspiré du modèle Monod-Changeux-Wyman (Changeux est l’auteur de l’homme neuronal) dit modèle ((concerté) par opposition au modèle séquentiel que je n’ai pas étudié). Dans une méthode concerté il n’y a pas d’état mixte, la liaison d’oxygène à l’hémoglobine ne change que l’équilibre entre l’état T et R.
Voici une courbe sigmoïde(courbe à exponentielle locale) qui explicite sur un repère cartésien orthogonal comment évolue la saturation d’oxygène en Y SaO2 (Ordonnée) (liaison entre l’hème et l’O²) par rapport à la pression d’oxygène PO2 envoyé par le cœur (X Abscisse) qui représente la disponibilité d’O2 mesuré par millimètre de mercure.
La pente raide entre 20 et 60 mmHg sur l’axe PO² (x) montre une transition entre l’état tendu et relaxé T et R –> Point 1 et 2.
Pourquoi une courbe sigmoïde ? Une courbe sigmoïde est une courbe en S qui représente de manière parfaite ce qu’on appelle appelle la coopérativité de la liaison entre l’hémoglobine et oxygène.
Concrètement cela signifie que pour une liaison, d’autres vont se déclencher par la suite dans une réaction en chaîne qu’on pourra qualifier d’affinité. (Rien à voir avec l’affinité des électrons)
Les états T et R vont permettre de comprendre quand l’affinité est forte et quand l’affinité est faible en fonction de la pression en O².
Affinité : Liaison de captation d’Oxygène par l’Hémoglobine qui dépend de la pression en O² mesurée en millimètre de mercure.
2/ Lecture du repère cartésienorthogonal
Vous distinguez 3 courbes, la courbe de référence est la courbe bleue, les deux autres courbes vont nous permettre d’expliquer l’affinité diminuée (rouge) et l’affinité augmentée (vert).
On peut diviser la courbe bleue dite sigmoïde en trois points :
a/ Plateau au-delà de 70 mmHg, la saturation est déjà assurée la captation de l’O2 a déjà été faite donc une baisse modéré de pression n’entraîne qu’une faible diminution de la saturation.
b/Pente Raide, entre 20 et 60 mmHg, petite variation de pression entraîne de grands changements de saturation. (Illustration de 20 à 30 en pression on passe de 25 à 50 en saturation) augmentation de 1/3 de pression double la saturation 2/1.
La pente raide entre 20 et 60 mmHg de PO2 montre une transition entre un état tendu T et relaxé R
c/ Zone Basse entre 0 et 20 mmhg, la courbe tend de nouveau à se régulariser et à s’aplatir.
Sur le repaire, je vais vous expliquer l’intérêt des deux autres courbes qui vont me permettre d’expliquer l’affinité augmentée et l’affinité diminuée.
3/ Facteurs d’affinité et clés de l’activité physique.
A/ Quels sont les facteurs qui déplacent la courbe vers la droite(Rouge) et diminuent l’affinité ?
Voilà un mécanisme physiologique complexe, l’effet Bohr (Christian) qui était le père de Niels Bohr, le grand physicien des quantas. Cet effet sous-entend moins d’affinité donc de liaison entre l’oxygène et l ‘hémoglobine mais pourtant plus de transport vers les muscles et tissus.
Christian Bohr 1855-1911
Lors d’une activité physique les poumons et la partie cérébrale du corps ne sont plus la priorité, au contraire des muscles qui le deviennent. Il faut comprendre que si l’affinité était plus grande les poumons n’auraient plus de réserve pour alimenter les autres parties du corps d’une part et l’effet morbide de l’oxydation sur les muscles et les tissus serait encore plus grande. Il ne faut donc pas que toute l’hémoglobine se lie à l’O² pour garder un certain équilibre.
Explications :
a/Dioxyde de Carbone (CO²) et désoxyhémoglobine(H+Hb –> Ion Hydrogène Hémoglobine ) (Cliquez sur le lien pour avoir accès au dictionnaire d’académie de médecine 2020 que j’ai trouvé pour vous).
Moins d’affinité mais plus de transport et donc plus de libération d’oxygène aux muscles et aux tissus pour la respiration cellulaire, pendant l’effort physique. En conséquence les muscles rejettent plus de dioxyde de carbone qui va se transformer par réaction chimique en bicarbonate (HCO3-) et en ion H+ (déshydratation).
Pour favoriser encore plus la libération d’oxygène, l’hémoglobine va se dissocier de l’oxygène et se transformer en désoxyhémoglobine (Formule H+Hb) par liaison avec les ions H+. (On parle de protonation car l’atome H+ n’est plus qu’un proton n’ayant qu’un seul électron qui a migré…)
Equation chimique de la réaction : (Veuillez cliquer sur le lien des équations chimiques pour comprendre la notation, j’en ferai de plus en plus avec vous)
C’est là qu’intervient dans une plus grande proportion (2,3 DPG) le diphoshoglycérate (les chiffres 2 et 3 sont une notation qui indiquent la position des atomes de phosphore sur les atomes de carbone n°2 et n°3).
D’ou provient-il ? C’est à l’origine un sous produit ou un dérivé indirect de la glycolyse, en fait il est formé à partir d’une enzyme DPG mutase et de (1,3 DPG).
Il se lie avec une plus grande affinité à l’hémoglobine désoxygénée (par exemple, lorsque le globule rouge est proche d’un tissu respiratoire) qu’à l’hémoglobine oxygénée (par exemple, dans les poumons) en raison de différences respectives de structures moléculaires : (d’une taille estimée à environ 9 Å) s’insère dans la conformation de l’hémoglobine désoxygénée (avec une poche de 11 Å), mais moins bien dans la conformation oxygénée (5 Å).
Rappel du Angstrom : 10^-10 donc plus petit que le nanopar rapport au système métriqued’unedécimale
Formule moléculaire, origine et transformation du DPG :
La voie glycolytique normale génère du 1,3-BPG, qui peut être déphosphorylé par la phosphoglycérate kinase (PGK), générant ainsi de l’ATP, ou être dérivé vers la voie de Luebering-Rapoport , où le diphosphoglycérate mutase catalyse le transfert d’un groupe phosphoryle de C1 à C2 du 1,3-BPG, donnant ainsi du 2,3-BPG. Le 2,3-BPG, l’organophosphate le plus concentré dans l’érythrocyte, forme du 3-PG par l’action de la bisphosphoglycérate phosphatase . La concentration de 2,3-BPG varie proportionnellement à la concentration en [H+].
Formule moléculaire wikipedia américain
Liaison OH apparente, carbones non notés.
Formule moléculaire wikipédia française
Oxygène avec un état d’oxydation -1 par l’Hydrogène caché(moins pédagogique)voir électronégativité et mon article sur les états d’oxydation mais représentation de CRAM en arrière du plan pour un groupe phosphate. Carbones non notés.
Il interagit avec les sous-unités de l’hémoglobine désoxygénée et diminue l’affinité pour l’oxygène, touten favorisant de manière allostérique la libération des molécules d’oxygène restantes liées à l’hémoglobine oxygénée.
Par conséquent, il améliore la capacité des globules rouges à libérer de l’oxygène à proximité des tissus qui en ont le plus besoin.
Comme il réduit l’affinité il stabilise l’état de Tension tout en diminuant l’état de Relaxation.
c/Potentiel Hydrogène du sang (pH) et acide lactique
Le potentiel hydrogène va diminuer et donc s’acidifier une première fois du aux premiers déchets de dioxyde de carbone, de bicarbonate et d’ions H+ (déshydratation). Par la suite
Si les cellules musculaires ne reçoivent pas suffisamment d’oxygène pour la respiration cellulaire, elles ont recours à la fermentation lactique , qui libère de l’acide lactique comme sous-produit. Cela augmente l’acidité du sang bien plus que le CO₂ seul , ce qui reflète le besoin encore plus important des cellules en oxygène.
En effet, en conditions anaérobies, les muscles produisent de l’acide lactique si rapidement que le pH du sang qui les traverse chute à environ 7,2, ce qui entraîne une libération d’environ 10 % d’oxygène supplémentaire par l’hémoglobine.
Le pH normal du sang artériel se situe entre 7,35 et 7,45 (légèrement alcalin). Pour le sang veineux, il est un peu plus bas, autour de 7,31 à 7,41.
Acidémie : pH < 7,35
Alcalémie : pH > 7,45
Ces valeurs sont maintenues par les systèmes tampons (bicarbonates, protéines), la ventilation et les reins.
Pendant l’effort physique : L’affinité diminue pour garder en réserve une part d’ hémoglobine. Elle est utile pour que les poumons puisse en stocker afin d’alimenter les autres parties du corps. L’oxyhémoglobine(HbO²) est transportée en abondance vers les tissus qui le nécessitent en fonction de leurs mouvements (rôle de communication joué par les nerfs du corps et le système nerveux). Ces muscles rejettent du dioxyde de carbone qui va se transformer avec l’eau en bicarbonate, et en ions H+ par déshydratation. (voir équation bilan plus haut)
Dans une deuxième phase l’effet Bohr va favoriser la dissociation de l’hémoglobine avec l’oxygène pour en libérer encore plus aux muscles. Intervient alors soit le diphosphate glycérate 1,3 qui se transforme directement en adénosine triphosphate(ATP) par une kinase (enzyme en mouvement) pour favoriser la respiration cellulaire des muscles.
Ou bien celui-ci se transforme en diphosphate glycerate 2,3 qui va se lier de manière préférentielle de part sa structure et sa taille atomique à la désoxyhémoglobine(HHb) et à l’hémoglobine restante afin de fournir encore plus d’oxygène. (oxyhémoglobine) (HbO²).
Enfin il faut souligner la baisse du potentiel hydrogène qui tendra vers l’acidité de par l’accumulation du dioxyde de carbone dans un premier temps, puis par fermentation lactique qui libère encore plus d’acide. On comprend mieux alors le besoin de s’hydrater constamment pour les sportifs afin de rééquilibrer le pH sanguin et d’éviter les crampes causées par l’acide lactique.
Conséquences sur le corps : Affinité diminué, Hypoxie, Anémie, Hypoxémie, Fièvre, Cyanose, pH acide, crampes.
B/ Quels sont les facteurs qui déplacent la courbe vers la gauche(Vert) et augmentent l’affinité ?
Voilà encore un mécanisme complémentaire de l’effet Bohr. L’effet Haldane permet à l’hémoglobine désoxygénée donc Hhb après l’effort physique de se lier avec les ions H+ et le CO2 notamment dans les tissus.
Une fois envoyé dans les poumons cela va favoriser la libération de CO² et par incidence leur élimination. Ainsi l’air inspiré de nouveau se liera plus facilement à l’hémoglobine et aura une meilleur affinité.
Conséquences sur le corps : Alcalose, Hyperventilation, adaptation à la pression de l’oxygène en altitude.
John Haldane 1860-1936
4/Mesures
Une valeur de SaO2 (saturation artérielle en oxygène, déterminée par une analyse des gaz du sang artériel inférieure à 90 % indique une hypoxémie qui peut également être causée par une anémie ). Une hypoxémie due à une faible SaO2 est indiquée par une cyanose . La saturation en oxygène peut être mesurée dans différents tissus.
La saturation veineuse en oxygène (SvO₂ ) est le pourcentage d’hémoglobine oxygénée retournant vers le côté droit du cœur. Elle peut être mesurée pour vérifier si l’apport d’oxygène répond aux besoins des tissus. La SvO₂ varie généralement entre 60 % et 80 %.
Une valeur inférieure indique un manque d’oxygène et l’apparition de maladies ischémiques. Cette mesure est souvent utilisée lors d’un traitement par circulation extracorporelle et peut donner à la personne qui pratique une perfusion une idée du débit sanguin nécessaire au maintien de la santé du patient.
La saturation des tissus en oxygène(StO₂ ) peut être mesurée par spectroscopie proche infrarouge .
Bien que ces mesures soient encore largement débattues, elles donnent une idée de l’oxygénation des tissus dans diverses conditions.
La saturation périphérique en oxygène (SpO² ) est généralement mesurée au bout du doigt à l’aide d’un oxymètre de pouls.
5/Limites et Nuances
La saturation ne reflète pas directement le Contenuen oxygène (CaO₂), qui dépend aussi de la concentration d’Hb. Une anémie sévère peut exister avec SaO₂ normale mais un transport total réduit.
B/ L’extraction tissulaire c’est à dire la part de l’oxygène diffusé aux tissus dépend aussi du débit sanguin et de la diffusion (loi de Fick), pas seulement de l’affinité.
C/Les courbes se réfèrent à HbA (Hémoglobine A, Adulte) en conditions standard.
Les pathologies (HbS, pour hémoglobine Sickle Cell), thalassémies) qui sont des maladies génétiques qui modifient parfois la forme et la position.
6/L’oxymètre périphérique (pulsation)
L’oxymétrie (mesure de l’oxygène) périphérique (SpO2) est un examen non invasif d’oxymétrie permettant de quantifier la saturation en oxygène de l’hémoglobine au niveau des capillaires sanguins.
Les deux variables biométriques(mesurer les caractéristiques vitales) sont la SpO2 et la fréquence cardiaque. La SpO2 et la fréquence cardiaque sont considérées comme des paramètres vitaux en médecine clinique.
La SpO2, saturation périphérique en oxygène, est très proche de la SaO2, saturation artérielle en oxygène.
Fonctionnement
L’oxymètre périphérique est placé au niveau de la phalange distale car c’est un endroit fin. Un vernis à ongles peut fausser la mesure car c’est une technique d’absorbance de la lumière du sang, on dit parfois qu’elle est colorimétrique. (mesure la couleur)
Fonctionne d’abord avec un émetteur de lumière dans deux longueurs d’onde : celles de l’infrarouge et celles dans le proche infrarouge ainsi qu’un capteur d’électrons qui excitent des photons captées à leur tour :
1/ La part transmise par les os, tissus, veines SpO²
2/La pulsation lumineuse mesure également la variation du flux sanguin systolique et permet de mesurer la fréquence cardiaque notée FC.
Je vous avais promis un petit article sur les états d’oxydation concept clé pour comprendre la machinerie de notre corps que vous pourrez appliquer aussi bien à l’échelle atomique qu’à l’échelle cellulaire…
Petit rappel avant de commencer :
1/ Pour calculer les électrons de valence c’est à dire les électrons sur la dernière couche, on se base toujours sur le gaz noble antérieur dans le tableau périodique.
2/ Par contre pour calculer les ions monoatomiques on se base sur le gaz noble dit méta-stable le plus proche.
3/ Pour les métaux en transition on peut se baser sur le tableau périodique quantique et sur la fonction orbitale ce qui n’est pas possible sur le tableau périodique classique. On doit aussi remplir le tableau, l’élément selon la méthode de Kuchlowski pour déterminer la configuration électronique complète du métal en transition. Voir mon article sur le tableau périodique quantique
Antoine de Lavoisier a inventé le terme d’oxydation pour décrire l’effet des atomes d’oxygène sur l’atome central d’un composé tel qu’un oxyde, un hydrate, un acide, ou bien un composé ionique ou covalent.
Antoine de Lavoisier 1743-1790
Ne représente pas la charge ionique mais permet de faire des prédictions d’un composé.
On calcule les états d’oxydation de chaque atome dans une molécule par une échelle d’électronégativité. Comme je l’ai déjà expliqué dans le tableau périodique quantique l’électronégativité est la force attractive de l’atome sur ses électrons lors de la liaison chimique avec une autre espèce.
Chaque atome à une électronégativité déjà calculée en chimie, il s’agit de l’échelle de Pauling :
voici un tableau périodique de l’électronégativité. Concrètement à partir d’une structure de Lewis, on va pouvoir replier les liaisons atomiques de deux espèces en fonction de l’atome qui a l’électronégativité la plus forte :
Linus Pauling 1940-1970
Cet article wikipedia résumé en anglais est bien fait : Etat d’oxydation
Il a été travaillé spécialement pour cet article.
Pour chaque atome il faut toujours se reporter à l’échelle de Pauling pour comprendre son OS. Cela va vous demander beaucoup d’attention et de pratique pour vérifier les états de l’oxydation marqués en rouge dans l’article mais c’est un bon exercice.
Règles de base pour comprendre :
L’hydrogène perd un électron quand l’oxygène en gagne deux. Les états sont calculés par un nombre propre appelé OS état d’oxydation. Les transferts ou non transferts d’électrons sont marqués par un trait supplémentaire en rouge. (Parfois on replie la liaison) (Parfois on ne la compte pas, exemple O-O) Connaitre le nombre d’électrons sur la couche externe est important. La plupart du temps la molécule est neutre, l’oxydation s’équilibre pour un composé.
L’oxydation pour notre corps
Passons à la suite, en général le suffixe -ate désigne les composés ont plus de 2 atomes d’oxygène.
Exemple prenez une bouteille d’Evian :
vous allez trouver des sulfates, des nitrates, et des bicarbonates de formules respectives : NO3-, SO4²- et HCO3-. Dans le cas présent ces composés sont des anions dont les atomes centraux sont oxydés, ils ont charge négative. Heureusement vous avez des minéraux tels que le Magnésium et le Sodium cations qui viennent équilibrer dans la bouteille.
La règle générale dans la nature du corps humain veut que plus l’on respire, plus un composé est soumis à l’oxygène plus il vieillit, il s’oxyde.
Pour résumer : La réduction est l’inverse de l’oxydation. Lorsque qu’un atome perd des électrons il s’oxyde car les protons de charge positive ou + prennent le dessus en nombre. Quand un atome gagne des électrons il se réduit car la charge négative prend le dessus.
Dans l’appareil cérébral humain la charge négative correspond à l’état de repos alors que la charge positive correspond à l’influx nerveux libéré donc à un potentiel positif et à un état de réflexion.
Que se passe-t-il lorsque vous mangez, imaginons que vous mangiez un aliment qui contient des glucides, ou plus précisément du glucose (carbohydrates) qui est essentiel pour la vie des métabolites telles que nos mitochondries qui sont l’usine énergétique de nos cellules neuronales.
La glycolyse a lieu ce qui entraine tout d’abord un léger effet d’oxydoréduction calorique(chaleur), le sucre est ingéré digéré par le glycogène et l’action de l’acide pyruvique puis redistribué par le foie ainsi se produit une phosphorylation oxydative c’est à dire que par le mécanisme que j’ai déjà expliqué dans mon article sur l’influx nerveux : l’adénosine diphosphate va se transformer and adénosine triphosphate ce qui correspond au phénomène de respiration cellulaire.
Il va y avoir une différence de concentration ioniques entre les ions sodium et potassium de part et d’autre de la membrane cytoplasmique ce qui va libérer un potentiel électrique par la mise sous tension de l’enzyme d’ATP Synthase qui est un biocatalyseur de nature protéique. Après perméabilisation de la membrane cela va declencher la valeur seuil, puis va générer votre influx nerveux.
Nos mitochondries vont rejeter ce qu’on appelle des Dérivés Réactifs de l’Oxygène, dont font partie les radicaux libres.
Si ces Dérivés réactifs (peroxyde, ions oxygénés) sont importants dans le système immunitaire pour lutter contre des agents pathogènes ils peuvent être très nocifs en particulier les radicaux libres de par leur nature électronique (couche de valence non appareillé correctement).
Il faut à tout prix éviter une réaction en chaîne c’est à dire qu’un électron qui s’est libéré crée un autre radical et ainsi de suite et forme des bi ou tri radicaux. c’est la principal cause du vieillissement cellulaire.
Pour lutter contre ce vieillissement cellulaire, vous pouvez prendre des anti-oxydants tels que des vitamines ou des oligo-éléments, des polyphénols mais il existe aussi des enzymes spéciales telles que le superoxyde dismutase, ou le glutathion peroxydase qui peuvent empêcher les cellules de muter.
Il y’a d’autres enzymes génétiques cette fois qui permettent de lutter contre le vieillissement et j’en parlerai dans un prochain article sur les différents Acide Ribonucléiques, dits ARN il s’agit de la Télomérase.
La musique a une place chère dans mon cœur. C’est un art majeur qui a un rôle très important à jouer dans notre société. C’est aussi un langage universel et une science dérivée des mathématiques..
Un point sur mes sources :
( Je me suis basé sur le dictionnaire du CNRS, sur Wikipédia et sur un Modèle de Langage (IA), mon Piano, d’une application mobile appelée Lambda (pour les néophytes la longueur d’onde) et d’un livre de solfège, des éditions first ah oui c’est la tour qu’on avait construite pour moi à la Défense : et qui indique la météo du lendemain🤣 dans laquelle je suis monté au sommet a 24 ans) . J’ai une synapse spéciale qui me rappelle 30 ans de souvenir.
A ce titre elle a toute sa place sur ce site pédagogique surtout quand on sait sa fonction cachée 😎.
1/ Introduction lexicale
Je souhaitais vous faire la présentation d’un théorème musical : le cycle des quintes inspiré par Pythagore. qui permet d’avoir une compréhension global d’une partie de la musique.
On va l’appréhender sur le plan musical mais aussi sur le plan scientifique en parlant de fréquences, d’armure, de fractions, de gammes, de tons mais surtout de son. Tonnerre de Brest 😂.
Le cycle des quintes est un outil qui permet d’organiser les gammes diatoniques (majeures et mineures) selon leurs relations harmoniques et leurs altérations. Il permet aussi de visualiser les 12 sons de la gamme chromatique, en les reliant par quintes justes.
Une gamme est une suite des notes d’un système musical donné (mode), comprises dans les limites d’une octave, séparées par des intervalles déterminés et disposées dans l’ordre des fréquences croissantes ou décroissantes.
2/La légende de Pythagore et le rapport de fréquence
Jusque là rien de très compliqué, c’est alors qu’il me faut vous parler de cette histoire : la légende raconte que Pythagore en passant devant une forge fut frappé des différents sons de marteau sur une enclume.
Il distinguait quatre sons bien distinctes, entre un marteau de masse 6, 8, 9, 12, lorsque le marteau 6 frappait et que suivait le marteau 12 les deux harmoniques étaient distante d’un octave.
On a un rapport de deux fréquences = 12/6 soit 2/1 = 2 ce qui donne une octave
Quand le marteau 6 frappait et que suivait le marteau 9 c’était une quinte rapport de fréquence de 9/6 ou 3/2 soit environ 1,5 ce qui donne une quinte
Quand le marteau 6 frappait et que suivait le marteau 8 c’était une quarte rapport de fréquence de 8/6 soit 4/3 environ 1,33 ce qui donne une quarte
Quand deux marteaux de même masse frappe on a le rapport de fréquence de 1/1 = Unisson
L’octave, la quinte, la quarte sont des intervallesdits justes et nous verrons pourquoi dans la 3ème partie de l’article.
Voici une échelle diatonique qui tente de réconcilier la gamme diatonique avec la gamme chromatique en comptant le nombre de sons possibles pour un Ton ou un demi-ton à tempérament égal.
Echelle diachromatique, partez du bas dans un ton vous avez deux sons possibles à savoir le do +do # ou Re bémol jusqu’à Mi et Fa et Si et Do. Ce qu’il faut comprendre c’est que nous avons donc 12 sons possibles dans un octave 2×5+2 = 12.
Pour parler concrètement et à titre d’exemple sur un instrument tel que le piano l’écart entre une touche blanche et une touche noire consécutive correspond à un demi-ton soit 1 seul son possible : soit la valeur 1 les notes altérés correspondent aux notes noires.
L’altération d’une note c’est à dire si elle porte un symbole comme dièse va augmenter la hauteur d’un demi-ton, le bémol va la baisser d’un demi-ton. Re b(en dessous Re) = Do #(Au-dessus Do)
L’écart entre deux notes consécutives correspondent à un ton entier c’est à dire à deux sons possibles soit la valeur 2 sauf entre Mi et Fa et entre Si et Do.
Une note ne peut pas être # et bémol à la fois mais un re# est un mi bémol.
3/ Etude des intervalles
L’octave
Quand on passe au 13ème son on passe à l’octave supérieur.
Quand on joue deux sons dont la fréquence du second est le double de la première, par exemple :
220 Hz → 440 Hz
440 Hz → 880 Hz
le second son est perçu comme « le même » que le premier, mais plus aigu. Ce doublement de la fréquence correspond exactement à une octave.
Notre oreille interne et notre cerveau perçoivent les sons de façon logarithmique, pas linéaire. Cela veut dire que nous percevons une même distance musicale non pas quand les fréquences augmentent d’une même valeur, mais quand elles sont multipliées par un même facteur.
🧠 2. Perception humaine
Une multiplication par 2 = une octave
Une multiplication par 2×2 = 4 deux octaves
Une multiplication par 3/2 = une quinte (ex. 440 → 660 Hz)
Cette structure logarithmique (lien direct à mon article sur les logarithme) est à la base des gammes musicales.
3. Harmoniques et consonance
Quand un instrument joue une note (fondamentale), il produit aussi des harmoniques (fréquences multiples de la fondamentale) :
Si on joue un La à 220 Hz, ses harmoniques sont : 220,440,660,880
Le deuxième harmonique (440 Hz) est le double de la fondamentale → c’est donc une octave au-dessus.
Cette relation simple (rapport 2:1) est très consonante pour l’oreille humaine : les deux sons se superposent presque parfaitement.
Un petit aparté sur le tempérament égal : la physique de la musique de par sa complexité n’est pas toujours une science exacte ainsi il a fallu uniformiser les fréquences, les sons à une hauteur déterminée afin de pouvoir jouer dans la plus grande harmonie possible. Le diapason fixé à 440hz pour les trois systèmes de division de l’octave en est l’illustration parfaite.
📏 4. Notation musicale
En musique occidentale :
Une octave est divisée en 12 demi-tons égaux (gamme tempérée)(12 sons possibles)
Chaque demi-ton correspond à une multiplication de fréquence par la racine 12e de 2 :
La Quinte
Voici un cycle diatonique que j’ai modifié pour vous montrer à quel point il est désuet. Entre Do et Sol, nous avons 5 degrés soit 5 notes donc une quinte mais 7 sons ou 7 demi-tons car 2+2+1+2 = 7. Car nous avons Do Do# ou Ré bémol, Ré, Ré# ou Mi bémol Mi Fa 1 son et Fa Fa# ou Sol Bémol 2 sons. Ce qu’il est intéressant de retenir c’est la structure 2 2 1 2 sons ou 1 1 1/2 1 ton.
On retrouve le rapport 3/2 du légendaire Pythagore
C’est le deuxième rapport le plus simple après l’octave.
Il est présent naturellement dans les harmoniques d’un son.
Il est très consonant et stable pour l’oreille humaine.
Il joue un rôle fondamental dans les gammes, les accords, et l’harmonie tonale.
La Quarte
Conclusion
Le rapport 4/3 correspond à une quarte juste car :
Il représente une relation simple entre deux fréquences.
Il est consonant, bien qu’un peu plus tendu que la quinte.
Il est présent dans les harmoniques.
Il joue un rôle fondamental dans la construction des accords et des gammes
Il est complémentaire de la quinte dans la structure tonale. (Renversement)
4/ Le Cycle des Quintes
un cycle des quintes anglo-saxon sur fond noir 😊 J.C Heudin : Copyright.
Avant d’apprendre à lire le cycle des quintes il convient de comprendre toutes les notations propres aux pays anglo-saxons, aux pays latins, et germanophones.
Tableau des correspondances, on pourrait presque faire correspondre avec l’hexadécimal en informatique surtout pour la notation anglo-saxonne sauf pour le G qui n’existe pas en hexa et le H (si) qui remplace le B en anglais.
Avant d’attaquer la lecture circulaire du cycle des quintes je vous ai préparé comme si vous étiez des enfants un spectre ou un échantillon d’un cycle des quintes sur une ligne en partant de Do Majeur.
Cet échantillon compte 35 sons soit 7 x 5 quintes puisque une quinte = 7/12 sons dans l’octave. Il vous permet d’apprendre les correspondances entre les notes latines et anglo-saxonnes tout en comprenant qu’une quinte représente cinq degrés. Il vous permet par arithmétique de repérer les tons (2 sons) et demi-tons (1 son).
On doit respecter la structure diatonique en 2 2 1 sons ou 1 1 1/2 tons expliqué plus dans la partie sur la quinte plus haut c’est pourquoi on doit avoir un F#, (fa#) un C# (do#) un autre F# (fa#) et un G# (sol#).
Il y’a plusieurs termes qu’il convient d’expliciter pour comprendre le cycle des quintes :
Un cycle des quintes latin sur fond blanc 😊
En haut du cercle, sont situées les gammes de do majeur et la mineur. À chaque rotation dans le sens horaire, on ajoute un dièse à l’armure, selon le cycle des quintes ascendantes, soit dans l’ordre : fa, do, sol, ré, la, mi, si. Dans le sens antihoraire on ajoute un bémol à l’armure et on procède par quartes, descendantes, ce qui donne : si, mi, la, ré, sol, do, fa. Le nom des gammes correspondantes suit également ces deux ordres. Enfin la quarte et la quinte se retrouvent en SOL bémol/ FA # à la moitié du cycle de 12 quintes à 6 ce qui confirme que quinte et quartes forment bien un octave soit 12 sons et sont complémentaires.
Un petit point lexicologique s’impose :
enharmonie: les notes qui se superposent comme mi bémol ré# ou fa# sol bémol sont des notes enharmoniques. Ce sont deux notes qui obéissent à des procédés harmoniques et qui sont distantes d’un comma.
L’armure c’est la réunion à la clef de toutes les notes qui vont être altérées sur la portée. C’est la petite portée que vous voyez en dessous de la note avec les dièses et les bémols.
Ensemble des caractères liés au choix d’une tonique déterminée (en vert sur le cycle des quintes latin) Elle peut-être majeure ou mineure. Rien n’empêche une tonalité d’être modulé dans un opus.
Première note d’une gamme. Elle donne son nom à cette gamme et au ton de cette gamme. Par exemple, on dit: la gamme et le ton d’ut (do), qui est la tonique.
Petit exemple :
Lorsque je parle de la Sonate au clair de Lune de Beethoven je parle de la sonate opus(lat. oeuvre) n°14 (est la référence dans le catalogue de l’auteur). C–Sharp.
C veut dire Do qui est la tonique et Sharp veut dire dièse : c’est une tonalité Mineure. Tout ce qui est au bémol en anglais flat ou encore ce qui est sans altération comme le ton ut (do) est une tonalité Majeur, on a trois mouvement comme souvent dans les symphonies, sonates et concertos et le rythme (tempo) est indiqué en italien.
Dans la Sonate au clair de lune la tonalité est modulé plusieurs fois en fonction des mouvements et des passages telle la modulation de fréquence du chant d’un oiseau(Nature) ou les modulations des impulsions électriques d’un routeur internet.(Physique) ou l’arithmétique modulaire utilisé en cryptanalyse(Mathématiques).
Mathématico musicalement, Pythagore avait établi un cycle des quintes qui illustrait ses théories. Mais la précision de ses calculs était telle qu’elle n’est plus applicable de nos jours. Au bout de 12 quintes justes successives do-sol-re-la-mi-si-fa#-do#-sol#-ré#-la#-mi# : la dernière note est très légèrement plus haute que le do initial, alors que sur le piano les deux notes sont les mêmes. Même si la différence est vraiment minime, pour être précis, elle est de 531441/524288 soit
1,01364326477051.
Cette valeur dépend de la vibration du matériau qu’a utilisé Pythagore pour fonder ses calculs, il n’a pu calculer dans l’abstraction pure sans mesurer par son sens auditif comme l’illustre l’apologue du marteau du forgeron. Il est fort probable que les atomes du matériau qu’il a écouté pour effectuer ses calculs soient différents de ceux d’une corde frappée d’un piano.
On en revient au tableau périodique, il faudrait étudier les phonons (Température de Debye) c’est à dire les vibrations atomiques et leurs accumulations précédentes successives dans la configuration spatiale cristalline et leurs diffusions (séries de notes ou quintes précédentes) de chaque élément (oxygène,instruments à vent, cuivres),(cordes frottées(boyaux de moutons chaleur plus forte du au frottement) ou frappées (métal, acier, piano bref ), pour essayer de retrouver cette différence entre le si# et le do.
Voilà je pense que vous pouvez vous entrainer à comprendre ces cycles avec une simple feuille de papier en écrivant do ré mi fa sol la si do plusieurs fois à la suite comme le chantait mon professeur de musique au collège..
1/2 ton = 1 son, 1 ton = 2 sons (2 fréquences). Vous pouvez vous aider d’une échelle chromatique ou d’un instrument comme un clavier virtuel ou réel (piano, synthé…).
Le monde dans lequel nous vivons est-il devenu virtuel ? Pour introduire la lecture de ce livre assez récent paru en 2023 aux éditions Seuil, je vais vous faire part d’une petite anecdote la dernière fois que je suis sorti dans Paris.
Je me rappelle avoir interpellé une jeune fille qui avait l’air perdue. Elle me dit : « je cherche mon bus pour me rendre dans le 91 ».
On était la nuit vers 23h30 et en me montrant les panneaux « Noctilien » tout en consultant son téléphone mobile et un service de géolocalisé de type Google ou Plans. Elle ne comprend pas son bus n’est pas à l’endroit ou il devrait être. Je lui tend le bras vers l’arrêt: ça c’est la N, elle me rétorque « Nuit, Noctilien » je rigole et je reprend : « L’arrêt en face de toi c’est le réel » ensuite je lui désigne son téléphone et je reprend de plus belle, ça c’est « virtuel ».
Elle fait demi-tour et elle me dit : « tu as raison ».
Je trouvais l’anecdote amusante pour vous introduire ce livre de Jean-Gabriel Ganascia dont on avait déjà parlé dans mon article sur les Sciences Cognitiveset qui fait montre de toute son éminence grise dans ce livre intitulé Servitude Virtuelle. Quel titre ! Tout un programme n’est-ce pas ?
Et pourquoi pas ne pas commencer par la fin du livre et faire une analogieavec le discours de la servitude volontaire d’Etienne de la Boétie écrit 400 années plus tôt ?
« Ils s’en servent par forme et pour épouvantail plus qu’ils ne s’y fient. Les archers barrent l’entrée des palais aux malhabiles qui n’ont aucun moyen de nuire, non aux audacieux bien armés. Ce sont les peuples eux-mêmes qui se laissent, ou plutôt qui se font malmener , puisqu’ils en seraient quittes en cessant de servir. C’est le peuple qui s’asservit et qui se coupe la gorge ; qui pouvant choisir d’être soumis ou d’être libre, repousse la liberté et prend le joug ; qui consent à son mal, ou plutôt le recherche… »
Le qualificatif de « virtuel » qui nous intéresse pour cette nouvelle forme de servitude : se réfère aux sciences du numérique et vient s’opposer au réel. Sommes nous aujourd’hui perdus entre deux mondes ? La clé réside t-elle dans l’hybridation ?
Doit-on se séparer de nos téléphones mobiles quand on se déplace de peur d’être enfermé dans une toile virtuelle, (ondes électromagnétiques (radio) captées par les antennes du réseau cellulaire) (Puces de géolocalisation par satellite) . Doit-on pour s’orienter ne se fier qu’à nos connaissances astrales (Soleil, Etoiles, Cartes, Points Cardinaux..) ? Doit-on faire confiance aux outils d’intelligence artificielles ? Aux algorithmes de recommandations ? A la diffusion Point par Point ? Au Marketing one-to-one qui pardonnez moi ce néologisme nous « enbulle » ?
Ce site scientifique et pédagogique que j’ai crée vous donne toutes les clés pour comprendre le numérique, les sciences qui en retournent et ce livre « Servitudes Virtuelles » rentre dans cette démarche . J’ai voulu ainsi vous en dévoiler une partie de son contenu.
L’auteur tente de répondre à ces questions en abordant des thèmes très actuels et démarre par un fabuleux concept :
1ère Partie :
Une rose des vents numérique :
Dans la nature, la rose des vents était censé guider les marins pour la navigation à l’aide de ses pétales. Encore une preuve que la nature a tout inventé et la technologie ne fait que la copier comme je l’ai déjà montré dans mon article sur l’appareil cérébral.
Pourtant nous vivons dans une époque ou les mathématiques rêvent de contrôler la nature.
1/Hors-ligne, Off-life, l’ouest. (Là ou le soleil se couche)
L’auteur commence à l’ouest, cet état est dis Off-life, Hors-life il y parle de dataïsme concept inventé par le chercheur homosexuel israëlien Harari, et repris par Chris Anderson du célèbre magazine Wired qui pense que la théorie va disparaître en conséquence.
Ensuite l’auteur parle de métensomatosenumérique c’est à dire de transfert de l’esprit dans le corps humain par téléchargement pour au final arriver à l’état de mort décidé à par un agent artificiel, un programme ou un ordinateur. L’auteur plagie volontairement 4 passages d’un roman transhumaniste dont vous l’aurez compris nous ne sommes finalement pas loin aujourd’hui en 2025.
2/ Online, le Nord. (L’étoile Polaire, Vénus, le Nord Magnétique)
Ensuite dans un deuxième temps nous sommes dans le Online, en ligne. La vie numérique par excellence.
Dans l’online l’auteur nous apprend que l’ancêtre du protocole hypertexte date de la seconde guerre mondiale en 1945 par un physicien du nom de Vandevar Bush qui a écrit un traité intitulé As We May Think ?
L’auteur y parle des projets Neuralink d’Elon Musk nommé par le syntagme dentelle neurale.Pour résumer tous ensemble nous ne formerons plus qu’une fratrie connecté par une puce qui nous augmentera et nous permettra de contrôler l’Intelligence Artificielle.
Mark Zuckerberg souhaite aussi mieux connaître ce que les personnes pensent pour mieux profiler et mieux personnaliser la publicité.
Ce sont des projets dont les neuropsychologues doutent de la faisabilité pour la raison qu’il y’a 3 phases pour accéder à la mémoire : encodage, consolidation et accès.
3/ En vie, Onlife, l’Est. ( Là ou le soleil se lève)
L’auteur fait mention de la blockchain, idéal cyberpunk de hack, mathématisation binaire de l’argent en blocs cryptographiques et diverses fonctions de hachages censés renverser l’ordre établi et se passer du système bancaire. Rappelons que la blockchain a été inventé en 2008 après la crise des subprimes par un japonais répondant au pseudonyme de Nakamoto.
Est évoqué Hannah Arendt grande philosophe juive expatrié aux Etats-Unis dont sont mentionnés les travaux sur la culture, la vie contemplative, la vie active, la vie de l’esprit (Cultura Anima).
Sont évoqués la culture de masse, la reproduction mécanique des œuvres, leur transports et leurs diffusion. Mais aussi le travail, l’œuvre et l’action pour un homme.
Le taylorisme a l’extrême avec le morcellement du travail de plus en plus grand et l’exemple des Amazon Mechanical Turks. Ce sont de petites tâches très peu rémunérés qui étaient faites par de petites mains qui auraient très bien pu être remplacés par des IA codées pour gagner de l’argent facile. Max Tegmark (Life 3.0).
4/ Enfin le Offline ou le Hors Ligne. Le Sud.
L’auteur évoque la ZAD de notre dame des landes et des personnes complètement déconnectés du monde actuel mais qui se battent pour des causes tout à fait nobles et qui sont obligés finalement pour se faire entendre de faire une incursion dans le online.
2ème Partie :
Ensuite l’auteur nous invite à prendre un marteau comme vous pouvez le voir en couverture pour déconstruire tout cet univers numérique et il nous invite à réfléchir à 4 principes d’équité pour tenter d’orienter le monde dans la bonne direction.
1/Autonomie,
2/Bienfaisance et non Malfaisance
3/Justice
4/Transparence
Le livre se termine enfin en apothéose avec un petit trésor que je ne divulguerai pas pour vous forcer à l’acheter.
De plus il est très documenté et il ne faut absolument pas négliger les notes et leurs renvois lors de la lecture. Beaucoup de sources numériques de haut vol et universitaires sont inscrites dans l’index finale et valent le coup d’être explorées après ou pendant lecture.
Je vous recommande vivement l’achat de ce livre très actuel.
Le sang est un paramètre fondamental en médecine pour diagnostiquer une maladie. J’ai décidé de vous faire une analyse de ses principales composantes que vous pouvez voir lorsque vous faites des analyses…
Dans un premier temps il faut parler des entreprises qui fabriquent ces automates par lesquelles elles réalisent ces calculs et mesures.
Dans le cas de mon labo et au niveau hématologique c’est à dire ce qui correspond à l’étude du sang c’est Sysmex.
1/ Hematies en Tera/L ou millions de mm³
La première donnée qui nous concerne sont les Hématies, ce sont l’ensemble des globules rouges du sang aussi appelés Erythrocytes mesuré en Tera / L.
Dans un premier temps je n’avais pas fait la correspondance avec la numération globulaire car ce n’était pas la même unité sur l’encyclopédie en ligne.
En effet la numération globulaire dans les calculs est notée en millions de mm³.
J’ai du faire une équivalence entre le Tera qui est égal 10^12, le Litre égal à 1 dm³ avec les millions de mm^3
Au cube, puisque c’est 3 dimensions on multiplie par 10³ pour chaque saut d’unité donc 1dm³ = 1000 cm³= 1 000000 mm³
Passage de Tera au million : soit 10^12 à 10^6 donc ordre de 10^-6
Pour 10^12= 10^6 = Millions
En toute logique 4,75 Tera / dm³ = 4,75 Millions par mm³
L’égalité est respecté on a une valeur plus petite d’un ordre 10^-6 dans un volume plus petit 10^-6.
Mais alors quelles sont les techniques pour étudier cette numération ?
1.1/ l’impédance et la focalisation hydrodynamique :
Les analyseurs utilisent l’impédancecombinée à la technique de focalisation hydrodynamique pour la numération des globules rouges et des plaquettes.
L’impédanceà volume fixe calibré permet de compter les cellules à travers un micro-orifice de comptage.
Cet orifice de comptage est composé de 2 électrodes traversées par un courant continu afin d’obtenir des impulsions électriques proportionnelles au volume des cellules sanguines qui le traverse.
Ces données électriques sont converties en histogrammes, représentant la distribution du volume.
La focalisation hydrodynamique en amont et en aval de la zone de mesure garantit une injection du liquide de gainage permettant l’unicité des passages, le parfait centrage des cellules ainsi que l’absence de déformation cellulaire (respect de la forme telle que « in vivo »).
Sur cette image partez du bas vers la gauche, vous voyez les globules rouges amassés et par la suite au niveau de l’anneau central (micro-orifice de comptage) être décomptés un à un, au niveau duquel les deux flèches qui se rencontrent indiquent l’endroit ou les électrodes sont placées.
Tout autour du tube dans lequel sont présent les hématies vous avez un fluide qui sert à focaliser c’est à dire diriger à la fois les hématies et garantir l’injection d’un liquide de gainage, ce liquide de gainage(pour envelopper ou protéger), permet l’unicité (1 à 1) des passages donc l’énumération ou le décompte (Niveau central)
2/Hémoglobine (en g/dL) 1 décilitre est égal à 100 cm^3.
Vous voyez le groupe hème au centre qui contient un atome de Fer
L’Hémoglobine est une protéine de la famille des globine, c’est une métalloprotéine car elle contient du fer (hème) et c’est une protéine du sang qui permet de transporter l’oxygène par l’appareil respiratoire jusqu’aux tissus musculaires du corps pour la respiration cellulaireaérobie (lié à l’oxygène).
Quelle est la technique utilisée ?
2.1/La spectrophotométrie ou mesure du spectre par la lumière
La méthode recommandée par le comité international de standardisation de l’hématologie l’ICSH pour mesurer la concentration d’hémoglobine est la méthode de la cyanméthémoglobine. (j’ai crée deux hyperliens pour ce mot)
Le procédé de détection de l’hémoglobine utilise du laurylsulfate de sodium (LSS), un réactif sans cyanure.
Il lyse (les dissocie) les globules rouges et les globules blancs de l’échantillon.
Les groupes hydrophiles Laurylsulfate de sodium peuvent désormais se lier à l’hème(contenant un atome de fer) et former un complexe coloré stable (LSS-HGB pour Hémoglobine)) qui est analysé à l’aide d’une méthode photométrique.
Une Diode Électroluminescente émet une lumière monochromatique, qui est absorbée par les complexes LSS-HGB du mélange.
L’absorbance est mesurée par un capteur photosensible et est inversement proportionnelle à la concentration en hémoglobine de l’échantillon.
Les méthodes photométriques d’absorption sont généralement influencées par la turbidité de l’échantillon (lipémie ou leucocytose).
La méthode LSS-HGB permet de minimiser ces interférences grâce à une dilution au 1/747e.
La méthémoglobine (metHb) est une forme de l’hémoglobine dans laquelle le cation de fer de l’hème est à l’état d’oxydation +3 (ferrique), et non à l’état d’oxydation +2 (ferreux) qui est celui de l’hémoglobine. Elle a une forme bleu-brun. L’action du Lauryl sulfate de sodium transforme l’hémoglobine en méthémoglobine par catalyse des hématies (destruction de leur membrane). Voilà pourquoi vous aurez un article sur les états d’oxydation prochainement.
3.Taux d’hématocrite en %
Le taux d’hématocrite représente le volume occupé par les globules rouges par rapport au volume total dans le sang exprimé en %.
Le taux d’hématocrite représente à peu près 45 % du volume sanguin.
Ce taux est obtenu par centrifugation ce qui permet de séparer les globules rouges des globulesblancs du plasma.
Calcul des trois constantes globulaires (attention le terme constante est utilisé à tort)
Le volume globulaire moyenmesure la taille du globule rouge et permet de caractériser le type d’anémie à savoir si il s’agit d’une macrocytose (gros globules) ou d’une microcytose (petits globule) La macrocytose est une anémie du au tabac ou à l’alcool. Une microcytose liée à un manque de fer par exemple.
Le volume globulaire moyen se calcule par le taux d’hématocrite(3) divisé par le nombre d’hématies(1). Cliquez sur le lien pour voir les petits ajustements au niveau du calcul.
Mais on peut aussi utiliser la technique suivante :
Quelle est la technique utilisée pour calculer le volume globulaire moyen ?
4.1/La fluoro-cytométrie en flux ou mesure de la cellule par un flux de lumière fluoré
Avec la cytométrie en flux, est examiné les cellules et les particules qui passent par un orifice de comptage très étroit.
Dans un premier temps, un échantillon de sang est aspiré et proportionné, puis dilué pour atteindre une teneur prédéfinie et marqué à l’aide d’un fluorochromequi se lie spécifiquement aux acides nucléiques.
L’échantillon est ensuite transporté dans la chambre de mesure. L’échantillon est illuminé par le faisceau d’un laser semi-conducteur, capable de séparer des cellules au moyen de trois signaux différents :
dispersion frontale de la lumière (FSC : « forward scatter »)
dispersion latérale de la lumière (SSC : « side scatter »)
fluorescence latérale de la lumière (SFL : « side fluorescence light »).
L’intensité de la diffusion frontale indique le volume de la cellule ; la diffusion latérale fournit des informations sur le contenu de la cellule, telles que la taille du noyau ou les granulations. La fluorescence latérale indique la quantité d’ADN et d’ARN que contient la cellule.
Les cellules ayant des propriétés physiques et chimiques similaires forment une population similaire sur un graphique appelé diagramme de dispersion (scattergram).
Moyenne de la concentration massique dans un certain volume de globules rouges. Cette moyenne permet de considérer une anémie hypochrome. Mais rien ne remplace l’examen de la cellule au microscope électronique sur une lamelle afin de voir la couleur de la cellule.
Se calcule en divisant l’Hémoglobine(2) par le taux d’Hématocrite.(3)
Cliquez sur le lien pour les ajustements au niveau des calculs
7.Leucocytes
Leukos vient du grec qui veut dire blanc, ces cellules sont spécialisés dans la défense de l’organisme face aux agents pathogènes. Ils font parti de ce qu’on appelle le système immunitaire.
7.1 Polynucléaires neutrophiles en giga/L (occupent 63% du volume sanguin)
On les appelle polynucléaires à tort, ils n’ont pas plusieurs noyaux, mais celui-ci se divise en 3 lobes.
On les appelle neutrophiles car ils sont marqués grâce à un colorant neutre (voir Potentiel Hydrogène → pH). Le potentiel hydrogène, noté pH, est une mesure de l’activité chimique des protons ou ions hydrogène en solution.
Il peut être acide, basique, ou neutre.
Ces globules blancs sont constitués de fines granulations dans le cytoplasme (membrane plasmique de la cellule)
Ce sont des myéloblastes, ils sont issus de la moelle osseuse.
Leur rôle est de s’attaquer à tous les micro-organismes (10⁻6), bactéries, levures, (champignons).
Ils sont attirés vers ces bactéries par chimiotactisme et traversent ainsi les vaisseaux sanguins par diapédèsepour gagner les tissus.
Ils sont attirés également par une fraction de protéines qu’on appelle lesystème du complément. (Système enzymatique participant à la destruction des antigènes)
Ils ont une capacité à un ingérer des particules étrangères (bactéricide) par phagocytose grâces à leurs granules.
Enfin, ces granules exècrent des substances qui participent à la réaction inflammatoire des tissus ce qui leur permet de recruter d’autres cellules immunitaires et d’autre part de détruire les pathogènes mais qui peut être nocif pour le corps si l’inflammation est trop forte (neurones nociceptifs).
Enzymes contenues dans les granules
Les neutrophiles possèdent trois types de granules qui libèrent leur contenu par dégranulation :
a. Granules primaires (azurophiles)
Myélopéroxydase (MPO) : produit de l’acide hypochloreux (HOCl), très bactéricide.
Élastase : dégrade les parois bactériennes et les tissus (protéase).
Cathepsine G : enzyme antimicrobienne.
Protéine liant la vitamine B12 : inhibe la croissance bactérienne.
b. Granules secondaires (spécifiques)
Lactoferrine : capte le fer, limitant sa disponibilité pour les bactéries.
Lysozyme : détruit les parois bactériennes.
Collagénase : intervient dans la dégradation des tissus.
c. Granules tertiaires
Gélatinase : dégrade la matrice extracellulaire (migration facilitée).
Métalloprotéinases : participent à la migration et au remodelage tissulaire.
7.2 Polynucléaires éosinophiles (en gigal/L) 3 ,5 %du sang humain
Ils sont marqués par un colorant acide rouge, l’éosine.
Noyau à deux lobes
Anti-parasitaire, Anti-allergique
Bon pour les tissus (évite les endocardites, les lésions articulaires, nerveuses, vasculaires)
Ils agissent par phagocytose mais pas antibactérienne
7.3 Polynucléaire basophiles (giga /L) 0,7 %
Contient de l’héparine une molécule anticoagulante.
Contrairement à ce qu’on pourrait penser, on l’appelle héparine parce qu’on l’a découverte dans le foie d’un chien mais ce n’est pas le foie qui en contient le plus.
Un excès de ces globules blancs est un mauvais signe, en effet une basocytose sont souvent signe de cancers liés au sang, à la moelle osseuse et des hyperlipidémies.
Un petit conseil au passage essayez de vous renseigner sur la fonction amine, elle est ultra présente dans la chimie du vivant et de la nature : Dopamine, Histamine, Transaminases, Acide aminés, Vitamines etc…
Amine (lien Wikipédia, on trouve trois types d’amines)
7.4 Lymphocytes (24,2% du sang)
7.4.1/ Lymphocytes B ou Bone Marrow (Moelle osseuse en anglais)
Comme leur nom l’indique ils se développent dans la moelle osseuse
Portent des immunoglobulines spécifiques (récepteurs d’antigène).
Ces mêmes immunoglobulines vont produire des anticorps en réaction à son antigène complémentaire.
Ils se transforment en plasmocytesc’est à dire qu’ils produisent des anticorps directement dans le plasma sanguin et se divisent en clone par division cellulaire de la cellule mère.
Se développent dans la moelle osseuse puis le thymus
Comme les Lymphocytes B les lymphocytes T possèdent des molécules de membrane – récepteurs d’antigènes mais qui doit leur être présenté par une cellule macrophage tel qu’un monocyte ou un autre lymphocyte B. Le macrophage va dégrader l’antigène en les associant à des molécules dites de présentation : les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (C.M.H) C’est ce qui définit la compatibilité pour les greffes.
7.4.3/ Les Lymphocytes T CD4 (Classe de différenciation 4)
Les Lymphocytes T dits helper sont des lymphocytes spécialisés dans la fabrication de cytokines et interleukines, ce sont des molécules spécialisées dans la communication avec d’autres, elles jouent le rôle de médiateur.
7.4.4/ Les Lymphocytes T CD8 (Classe de différenciation 8)
Ces lymphocytes sont dites cytotoxiques, elles ciblent les cellules responsables de cancers et de cellules infectées par des virus, ils jouent un rôle de suppresseur, ils contrôlent la réponse immunitaire
7.4.5/ Les Lymphocytes NK (Tueurs Naturelles)
Ces cellules sont spécialisés dans la réponse immunitaire cytotoxique et par l’intermédiaire des interleukines forment des cellules tueuses activés par lymphokines, on utilise ces cellules dans l’utilisation de certains cancers.
Exploration
Afin de déterminer chaque type de lymphocytes dans le sang on effectue une numération formule sanguine classique mais pour quantifier chaque classe de différenciation par contre on va avoir recours à des molécules membranaires qui réagissent à des techniques d’immunofluorescence. Il existent aussi des études plus complexes qui permettent de déterminer leur réaction face à des signaux d’activation.
Pathologie
Le nombre de lymphocytes dans le sang permet de déterminer si le patient souffre de pathologies, il existe divers maladies liées à un dysfonctionnement des lymphocytes comme les maladies auto-immunes (sclérose en plaques, diabète insulino-dépendant) ou allergiques.
8/ Les Monocytes (8,5%)
Ils sont issus de la moelle osseuse et ce sont la plus grosse cellule sanguine. Leur cytoplasme étendu est bleu clair ou gris. Ils séjournent dans le sang avant de traverser les tissus.
Il intervient dans l’élimination de bactéries, c’est un macrophage qui élimine les hématies âgées. En tant que macrophage il participe à la réponse immunitaire et aide le travail des lymphocytes T pour dégrader l’antigène.
Il transforme les particules étrangères en peptides antigéniques.
9 / Plaquettes ou Thrombocytes
Les plaquettes sont les principaux agents de coagulation du système sanguin.
Dépourvues de noyaux
Provient des mégacaryocytes grandes cellules de la moelle osseuse.
Elles mesurent entre 2 et 4 micromètre et leur longévité dure 7 jours.
Il y’a maintenant plusieurs années je m’étais intéressé à la réplication de l’ADN (Acide Désoxyribonucléique) et à son fonctionnement, je voulais vous synthétiser dans un petit article comment fonctionne cette double hélice essentielle au plus profond des cellules de notre corps.
Dans les bras de nos chromosomes, les télomères se trouvent nos gènes dans lesquels se trouve une structure à double hélice, j’ai nommé l’acide désoxyribonucléique.
Cherchons dans un premier temps un peu à analyser la structure orthographique de ce mot : désoxy peut faire penser à l’atome d’oxygène en moins, ribo peut faire penser au ribosome mais surtout à la ribose ou encore ribose et nucl veut surement signifier que les nucléotides se trouvent dans le noyau de la cellule.
Cet acide est composé de quatre bases : l’adénine, la guanine, la thymine et la cytosine.
Etudiez les bases nucléiques, c’est fondamental pour comprendre l’ADN, il existe deux types de bases, les bases puriques et les bases pyrimidiques, la grande différence entre les bases est le nombre de liaisons covalentes internes : une base pyrimidique forme 1 à 6 liaisons atomiques covalentes internes, une base purique en forme 1 à 9.
Alors comment ça marche ?
L’Acide a la forme d’une double hélice.
Voici le schéma que j’ai amélioré pour vous aider à comprendre, une petite explication s’impose. 5 et 3 sont les deux chiffres magiques qui vont déterminer le sens de lecture et le sens de synthèse dit réplication.
L’ADN est bidirectionnel de par sa forme en double hélice : la phase 1 est la lecture du brin matrice, en quelque sorte c’est le brin qui va servir de base pour la réplication, on le lit dans le sens 3 -> 5. Puis vient de l’autre côté la phase 2 de réplication dite de synthèse dans le sens des extrémités 5 -> 3. Le brin qui a été répliqué à gauche pendant la phase 2 va servir à son tour de brin matrice pendant la phase 3 dans le sens 3 -> 5. Pour finir le brin droit va continuer sa réplication dans le sens 5 -> 3.
La synthèse du brin de réplication(brin synthétisé ou néoformé) se base sur la lecture du brin inverse (brin matrice ou brin parental) dans le sens des extrémités 3 à 5, du 3ème atome de carbone qui forme le sucre ribose jusqu’au 5ème jusqu’à la liaison avec le phosphate.
Petit aparté, le phosphate est un ion phosphore oxydé par 4 atome d’oxygène et tous les composés qui se terminent par ate subissent l’effet de l’oxydation.
J’ai fait un graphique en deux dimensions ce qui n’est pas tout à fait convenable pour expliquer la structure en double hélice mais cela va vous aider à comprendre le principe. J’ai numéroté tous les atomes de carbone pour vous aider à comprendre le sens de réplication.
On veut synthétiser le brin gauche qui commence par la base Adénine (en vert) on sait que l’extrémité est 5, de l’autre côté le brin inverse de par la structure en double hélice, l’extrémité est 3 en haut donc le brin gauche va commencer par lire l’information (phase 1) puis la synthèse commence (phase 2).
(phase 3) Par la suite on lit le brin gauche qui a été synthétisé en partant du bas dans le sens 3 à 5 à nouveau
( brin matrice) pour synthétiser le brin droit dans le sens 5 vers 3 (phase4)
L’ADN Ligase (lien catalyseur) est une enzyme qui va permettre aux bases respectives de se lier et de former l’acide.
Mais comment ca peut marcher aussi bien, il faut bien un début et une fin pour lire l’information et synthétiser ? Et bien vous avez raison L’ADN Primase qui est une ADN Polymérase l’enzyme qui amorce la réplication va avoir besoin des fragments d’Okazaki.
En effet lors de la réplication compte tenu de ce que nous avons déjà expliqué, nous ne pouvons répliquer les brins simultanément donc nous allons avoir un brin précoce qui sera répliqué et un brin tardif qui sera répliqué de manière discontinue grâce aux fragments brin bleu du bas.
Lors de mon précédent article sur la table périodique de la physique classique que je vous avais présenté, je vous avais dit que je souhaitais approfondir mes recherches sur ce monument de science réalisé par Mendeleïevet bien aujourd’hui, nous allons attaquer la version quantifiée (de la physique des quantas).
Dimitri Mendeleïev 1834-1907
Accrochez-vous parce que ce n’est pas si intuitif et il y’a des termes à approfondir dans un premier temps, en voici une liste.
Je vous ai préparé une table qui essaie de représenter ces concepts plus visuellement que ce que l’on trouve sur Wikipédia.
Ce qu’on remarque en premier lieu comparé à la table de physique classique c’est que nous avons deux fois moins de cases. Les éléments ne sont plus représentés mais laissent place à des couches et des sous-couches électroniques.
Essayez de zoomer ou de télécharger ma table pour le comprendre.
Nous n’avons donc plus 118 éléments mais une correspondance entre orbitales, couches, sous-couches et blocs définies par 59 cases : une case est une sous-couche, une couche est une ligne ou période.
Les couches sont représentées par le nombre quantique N qu’on peut aussi appeler période ; pour essayer de réconcilier la table de la physique classique et la table de la physique quantique. C’est ce que j’ai essayé de faire dans cette table.
Le nombre quantique N représente l’énergie de l’électron en fonction de sa place sur l’orbital, le nombre quantique L représente le moment angulaire de l’électron c’est à dire sa position sur l’orbital.
D’autre part les blocs (en bas sur ma table) sont représentés par le nombre quantique secondaire L dit azimutal : 0 ≤ ℓ ≤ n – 1. Cela vient du terme en astronomie azimut.
Révisons un petit peu la table périodique classique :
Table périodique quantique :
Comme je l’ai déjà écrit nous n’avons donc plus 118 éléments mais une correspondance entre orbitales, couches, sous-couches et blocs définies par 59 cases.
N est le nombre quantique qui représente le nombre de couches électroniques de l’atome, la période c dite classique reprend les couches de la table périodique classique.
A gauche vous avez le nombre d’électrons total par période, blocs, orbitales, couches et sous-couches, En quantique on fonctionne toujours par pair, la première sous-couche 1S(harp) compte 2 électrons.
Prenons la deuxième couche, elle compte 4 sous-couches 2S(harp) 3 sous couches 2P(rincipal) qui totalisent 8 électrons.
Pour vous expliquer comment les électrons se répartissent parmi ces couches
On va commencer par faire un petit calcul de configuration électronique pour un élément très important en médecine pour prendre la tension cardiaque systolique et diastolique : le Mercure de symbole atomique Hg.
Si on compare les deux tables on a un atome de mercure en position 80 (numéro atomique= nombre de charges = nombre d’électrons) en physique classique ce qui correspond à la case 5d(iffuse ) du bloc L2(moment angulaire) pour 5 orbitales dans les métaux dits de transitions.
On sait comme en physique classique que pour calculer la configuration électronique d’un élément chimique, il faut se reporter au gaz stable rare le plus proche en dessous dans le table périodique, dans notre cas précis c’est le Xénon.
Le Xénon [Xe] à un numéro atomique de 54 donc nous avons deux solution pour calculer la couche électronique du Mercure Hg
1ère méthode : partir du gaz rare stable le plus proche
On part du Xénon et on va déterminer 80 électrons (mercure)-54 électrons(Xenon) = 26 il nous reste 26 électrons à placer.
Partez maintenant de la sous-couche correspondant à la place du mercure 5d(iffuse) à prendre les 3 sous-couches du Mercure en partant vers la gauche sur la table : 4f14+ 5d10 + 6s2 soit (14+10+2) électrons = 26.
54([Xenon])+26 = 80 (numéro atomique, nombre de charges(protons et électrons)).
Pour récapituler la configuration électronique est : [Xenon] 54 + les sous-couches 4f14+5d10+6s2
Mais alors comment repérer les électrons de valence avec cette notation ? : C’est simple ce sont les électrons associés à la couche du numéro atomique N le plus élevé car c’est la couche la plus éloignée du noyau atomique.
Dans notre exemple le Mercure a bien la couche 6s2 de nombre quantique 6 est celui qui va délimiter le nombre d’électrons sur la dernière couche N6 ou de période P = 2.
2ème méthode pour disposer la configuration électronique à partir de la table quantique, on va utiliser la méthode de Kachlowski reportez-vous bien à la table pour voir le nombre d’électrons associés à chaque bloc :
On va remplir d’abord la première case de cette table :
1/ D’après la méthode de Kachlowski on remplit d’abord la couche et la sous-couche 1s(harp), ce qui nous donne 2 électrons.
2/ Ensuite on remplit la sous-couche de la deuxième couche 2s(harp) ce qui nous donne encore 2 électrons.
3/ Ensuite on remplit deux sous-couches de deux couches différentes : 2p(rincipal) et 3s(harp) ce qui nous donne 8 électrons.
4/ Ensuite on remplit deux autres sous-couches de deux couches différentes : 3p(rincipal) et 4s(harp) ce qui donne encore 8 électrons.
5/ Ensuite on remplit 3 sous-couches de 3 couches différentes 3d(iffuse), 4(principal), 5s(harp) ce qui nous donne 18 électrons.
6/Ensuite on remplit 3 sous-couches de 3 couches différentes 4d(iffuse), 5(principal), 6s(harp) ce qui nous donne 18 électrons.
7/Enfin on remplir 2 sous-couches de 2 couches différentes 4f,5d. ce qui nous donne 24 électrons
Voici un autre graphique pour utiliser la méthode pour utiliser la règle de Kachlowski :
Vous avez compris ? Moi cela m’a pris un peu de temps, cela demande patience et application.
Je reviendrais plus tard compléter l’article en rapport aux orbitales, au nombre quantique magnétique noté ml et le nombre quantique magnétique de spin(rotation de l’électron).
Je vous ai mis les liens au début de l’article, a vous de les approfondir.
Ce qui m’intéresse maintenant c’est de vous détailler les propriétés chimique d’un élément en particulier le Mercure et dans ses moindres caractéristiques.
En guise de cadeau pour finir ce travail sur le tableau périodique quantique et avant de passer aux propriétés atomiques et chimiques d’un élément je vous offre un tableau périodique sur lequel j’ai travaillé :
Ce tableau périodique regroupe les éléments en fonction des quatre couches quantiques (en bas à gauche) la configuration électronique avec les couches quantiques mais incluent également des propriétés classiques telles que le numéro atomique, la masse, les états d’oxydation et le type des éléments, l’électronégativité, l’énergie de 1ère ionisation Télécharger et zoomez !
Mercure (Hg) 80
Note : Mercure est un élément physique de symbole Hg, de numéro atomique 80 (nombre de protons et d’électrons) il est communément appelé Argent rapide (Quicksilver). Mercure est l’unique élément qui est liquide à des conditions standards pour la température et la pression. Le seul autre élément qui est liquide dans ces conditions est le brome.
Il a été découvert par les égyptiens.
Spectre d’émission : le mercure émet des ondes électromagnétiques donc des ondes de lumière visibles intensément dans le bleu et aussi dans le vert.
La force de l’attraction terrestre sur l’atome en g/mol
Un petit point par rapport à la mole noté mol, c’est une unité du système international noté SI qui quantifie le nombre de molécules dans une entité et qui est basé sur la constante d’Avogadro. ( En mathématiques une constante est le contraire d’une variable )
Le point de fusion est le point auquel l’élément change de phase en passant de l’état solide à l’état liquide. Il dépend aussi de la pression mesuré en atmosphère ou kPa (kilo pascal)
Le mercure (Hg) est un élément chimique classé dans le groupe IIB de la table périodique, ce qui correspond aujourd’hui au groupe 12 selon la numérotation moderne de l’IUPAC. (chimie appliquée) Historiquement, la notation IIB vient de l’ancienne classification périodique utilisée dans certains pays (notamment les États-Unis), où les groupes étaient divisés en A (éléments représentatifs) et B (éléments de transition).
Valence : I, II 1 ou 2 atomes seulement peuvent participer à des liaisons covalentes.
(Nombre d’électrons sur la couche externe pouvant participer à une liaison chimique)
Période : 6 (couche P dans la table)
Block : d-block veut dire diffuse bloc dans la table périodique quantique (voir la table périodique quantique que j’ai réalisé) En effet il est à la position 5d dans les métaux dits de transition.
L’ion mercure :
L’ion mercure est chargé deux fois Hg2+. Comme je l’avais pensé, cela est du à la perte des deux électrons de la dernière couche externe dite de valence ainsi l’avant dernière sous-couche va être dans un état méga stable avec 10 électrons remplie 5d(iffuse).
Voici un point sur lequel je vais m’arrêter longuement, on a abordé dans mes précédents articles sur le table périodique classique et les différentes représentations moléculaires : les liaisons covalentes ou les électrons sont échangés entre les atomes pour former une molécule tout aussi neutre grâce aux électrons de valence.
Mais ces liaisons covalentes ne sont qu’une partie de la chimie, en effet la plupart des autres composés obéissent à des liaisons électro-ioniquesou les électrons ne sont pas échangés mais transférés par électronégativité.
Voilà qui mérite un article à lui seul mais sachez que les états d’oxydation pour un atome dans un composé ionique peuvent aller de -5 à +9 en passant par 0. Ces états ne veulent pas dire que le composé est chargé électriquement ou négativement mais cela représente une valeur scalaire des atomes d’oxygène ou d’hydrogène dans un composé.
Je décrirai toutes ces règles dans un autre article mais sachez que pour le mercure d’après ma table périodique avancé, l’atome Hg peut avoir l’état 0, +1, +2, +4.
Je vous renvoie à la définition si vous voulez approfondir mais ce qu’il faut savoir c’est que c’est la plus petite approche d’un atome par une sphère donc potentiellement un autre atome.
Exprime la capacité du matériau à conduire les électrons. Réciproque de la résistivité.
L’unité utilisé que je ne connaissais pas est le (S/m) Siemens par mètreWerner Von Siemens est le nom d’un ancien physicien qui s’intéressait de près à la conductivité du mercure.
On comprend mieux pourquoi une marque porte son nom (Note pour moi-même, a expliquer à nos enfants pour les aider à développer leur pensée)
Le préfixe dia, veut dire à travers, cela explique pourquoi dans nos anciens sphygmomanomètres le mercure sert à mesurer la pression artérielle systolique et diastolique. Il émet un champ magnétique extérieur opposé ce qui le transforme en instrument de mesure de la pression.
Un tensiomètre électronique fonctionne de manière automatisée, principalement grâce à la méthode oscillométrique.
L’enthalpie de fusion anciennement appelée la chaleur de fusion est une fonction que je ne connaissais pas mais qui permet de regrouper en une seule équation toutes les variables thermodynamiques d’un matériau. Les trois variables sont l’énergie interne, la pression et le volume.
J’ai toujours pensé que la cristallisation était une des quatre opérations importante de la nature avec l’ionisation, la polymérisation, et la polarisation.
Les paramètres cristallins, aussi appelés paramètres de maille, sont des grandeurs utilisées pour décrire la maille d’un cristal. On distingue trois longueurs (a, b, c) et trois angles (α, β, γ) qui déterminent entièrement le parallélépipède qu’est la maille, élémentaire ou multiple.
Les paramètres a, b et c sont mesurés en Angstromen nanomètres (nm), parfois en picomètres, et α (alpha), β (Beta) et γ (Gamma) en degrés (°).
L’Angstrom est une unité juste en dessous du nanomètre c’est à dire 10^-10m
Le mercure peut avoir deux paramètres de maille car il peut exister sous plusieurs phases cristallines, et l’une d’elles peut avoir une maille non cubique, nécessitant deux paramètres pour la décrire (ex. : a et c dans une structure hexagonale).
En thermodynamique et pour la physique des états solides, le modèle de Debye est une méthode développé par Peter Debye pour estimer la contribution du phonon (son) à la chaleur spécifique. Il permet de traiter les vibrations du réseau cristallin de l’atome comme les phonons dans une boite contrastant avec l’effet photoélectrique d’Einstein qui traite du solide comme de nombreux oscillateurs harmoniques quantiques individuels et non interactifs.
En science des matériaux, le ratio est un rapport à deux dimensions, il exprime la déformation perpendiculaire par la pression mesuré par le symbole ν (nu)) . Il est défini comme le ratio d’une augmentation de la pression infinitésimale qui a pour résultat une décroissance du volume.
En science des matériaux, le module de cisaillement ou le module de rigidité, noté G, ou parfois S ou μ, est une mesure de la raideur élastique d’un matériau et est défini comme le rapport entre la contrainte de cisaillement et la déformation de cisaillement
L’électronégativité est une quantification de la force d’attraction des atomes sur les électrons qui vont participer à la liaison chimique pour se lier à d’autres atomes.
En physique nucléaire la section efficace des neutrons est utilisé pour décrire l’interaction entre un neutron et une autre particule à noyau.
Barn : est une unité de mesure de surface plus petite que le femtomètre (unité la plus petite du système métrique classique 10^-15) donc très utile pour le calcul quantique.
Enfin pour terminer, faisons un petit exercice, cherchons à comprendre comment calculer les ions dérivés de l’atome de fer Fer.
Le Fer est un métal de transition dont le gaz rare stable le plus proche est l’argon. La configuration électronique [Ar]=18 3d6,4s2.
On ne peut pas déterminer les ions monotomiques des métaux en transition à partir du simple table périodique classique. Pourtant, on sait que l’atome de Fer se dérive en deux ions Fe2+ (Ferreux) et Fe3+(Ferrique). Mais alors ?
Comment fait-on pour déterminer ces ions par une simple lecture : en effet on sait que le fer à une couche de valence avec deux électrons, donc si on retire les deux électrons de valence on obtient le premier ion Ferreux Fe2+.
Il s’agit de la sous-couche 4s(harp)2 dont on va retirer les deux électrons.
Mais quid de Fe3+ ? Et bien c’est là que la table périodique en rajoutant une variable d’orbitale va permettre de déterminer l’ion Fe3+.
En effet on sait que la sous-couche 3d6 qui contient 6 électrons au lieu de 10 pour respecter l’équivalence atomique, l’orbitale par contre est de 5. Donc en retirant un électron de la sous-couche 3d6 cette sous-couche va se stabiliser puisque le le nombre d’électrons sera le même que l’orbital
Vous avez compris ? Enfin je remercie mon ami russe qui a réalisé cette table périodique pour moi que je consulte sur mon IPHONE américain. Paix pour un monde meilleur. 😊
