Miscellanées scientifiques d'avril 2021

Ce mois ci : l'équation de Navier-Stokes et la mécanique des fluides, des chimères hommes singes, la présentation de trois podcasts scientifiques, un hélicoptère sur mars, Héléne Rossinot, médecin public et le livre du mois : "Le Cerveau reptilien", un livre sur un concept  répandu et erroné

L'équation du mois : l'équation de Navier Stokes 

Dans le domaine de la science quelques équations ont acquise une importance considérable dans le grand public et imprègnent son imaginaire culturel. On peut citer E=MC2 comme exemple même de cet impact.

L’équation de Navier-Stokes n’a pas cette importance là mais elle fonde un domaine scientifique et surtout technique absolument déterminant : « la mécanique des fluides ». Celle ci est à l’origine de l’aviation moderne, de certains éléments déterminants de l’automobile (qui conditionnent ses formes mêmes au plan de l'aérodynamisme), de la question climatique et de la météorologie. 

La "mécanique des fluides" concernent les lois qui régissent les relations entre les "fluides" (c'est a dire les matières "déformables") et entre les solides (qui ne sont pas eux "déformables"). Un des premiers exemple d'application qui permet de comprendre les problèmes posés dans le cadre de cette discipline et son utilité est par exemple la marine, et le calcul des formes d'un bateau dont la coque doit se déplacer dans l'eau : selon les formes de celle ci, les performances du navire seront prés différentes. L'eau peut etre remplacé par l'air, et on aura alors des problèmes d'aérodynamisme concernant l'automobile ou l'aviation. On peut également considérer des question de dynamiques entre deux masses d'airs et on aboutira a des problèmes de météorologie ou de climat. Bref, les domaines d'application de cette discipline sont exténuements vastes et ouvrent a des applications pratiques importantes pour notre vie quotidienne.

Évidemment cette discipline a toute une histoire qui commence en Grèce à l'Antiquité. La loi que nous allons découvrir n'en est qu'une étape mais celle ci lui a donné une impulsion décisive pour l'élaboration d'une suite d'outils réalistes pour maîtriser le réel. Cela commence par l'introduction par Henri Navier en 1820 de la notion de frottement sous forme d'un nouveau terme dans les équations mathématiques de mécanique des fluides préexistantes. La contribution de George Gabriel Stokes aboutit en 1845 à une équation permettant de décrire un écoulement de fluide visqueux. Le tout est synthétisé par une équation auquel on a donné le nom d’équation de Navier-Stokes.

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On a déjà vu apparaître à plusieurs reprises les « équations différentielles » très utilisées en physique.  Elles ci décrivent des relations complexes entre une ou plusieurs variables et une quantité à déterminer et sont extrêmement puissantes. La difficulté consiste à en trouver les solutions. En dehors des cas simples cela n’a rien d’évident et l’élaboration de techniques de résolution est encore un secteur de recherche considérable. Les problèmes posés par la mécanique des fluides sont justement de ceux-là.

Cette équation condense toutes ces difficultés à la fois théoriques et pratiques. Son application dans des cas réalistes entraîne une complexité formelle telle que les calculs qu'elle entraîne deviennent vite d'une monstrueuse complexité. Jusqu’à une date relativement récente cette équation avait surtout un objectif pédagogique et n'était pas forcément utilisé en pratique dans un cadre technique. Mais l'explosion du numérique allait bouleverser la donne. En effet, la révolution apportée par les méthodes numériques allaient permettent d’utiliser ces équations à nouveau frais.

En effet, les calculs nécessaires à la résolution de cas complexes étaient d’une complexité telle qu’on leur préférait souvent l’usage d’une soufflerie. C’était le plus souvent un énorme hangar doté d’une turbine encore plus énorme et de tas d’appareils de mesure et de dispositifs mécaniques permettant de vérifier les hypothèses de construction au prix d'une grande lourdeur de conception.

Un des plus impressionnant de ces dispositifs est la soufflerie Eiffel encore visitable à Paris (hors période Covid)

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Ce dispositif est d’ailleurs encore utilisé pour réaliser des études mais le rôle de ces dispositifs a considérablement baissé depuis que sont apparues les méthodes de la « mécanique des fluides numériques »

Celles ci sont un ensemble d’outils et de théories permettant de simuler des situations propres aux problématiques de mécanique des fluides. Une série de théorèmes sont associés à ces algorithmes de simulation et permettent la conception de dispositifs impossibles à concevoir autrement. 

Dans cet ensemble, le théorème de Navier-Stokes est une pièce maîtresse de ces  dispositifs et peuvent intervenir aussi bien dans l’élaboration de pales pour des éoliennes ou de turbines pour une centrale électrique que pour la recherche d’une aviation plus économe en carburant (par réduction des turbulences) Sans oublier un domaine privilégié d'application de ces équations, la météorologie.

Le système météorologique est trop complexe pour trouver une solution complète et exacte aux équations de Navier-Stokes. Des lors comment utiliser ces belles équations pour modéliser l'atmosphère ? Les méthodes numériques font appel à un système de maillage de points afin de représenter le globe terrestre de façon réaliste. Plus la maille est petite, plus l'approximation est précise. Mais diminuer la taille des mailles est coûteux puisque cela augmente leur nombre, donc le nombre de calculs à réaliser : il faut parvenir à un compromis entre la complexité des calculs et la fiabilité numérique.

En conclusion cette équation est d'une importance décisive pour des éléments déterminants de notre quotidien.

La découverte du mois : Chimères singes hommes 

Avant d’exposer en détail la découverte importante de ce mois, les perspectives qu’elle ouvre et les dangers qu’elle recèle, quelques rappels s’imposent : tout d’abord qu’appelle-t-on  "cellules souches pluripotentes" et pourquoi sont elles si importantes ?

Revenons d'abord a ce qu'est une "cellule souche" : une cellule capable de se multiplier et de donner lieu a toutes sortes de cellules différentes. Ce sont les "cellules méres" de toutes les autres cellules. Il existe deux types de cellules souches : les cellules souches unipotentes capables de ne donner quun type de cellules (foie, rein, cerveau) et les cellules pluripotentes capables de donner jusqu'à 200 sortes de cellules différentes. Cela offre un extraordinaire potentiel qui permet à la fois d'envisager des applications de médecine régénératives pour des "maladies dégénératives" mais aussi de mieux comprendre l'évolution de certaines maladies et donc de trouver de nouvelles méthodes de traitement pour  des affections sans solutions thérapeutiques.

Ces techniques sont controversées pour des raisons éthiques et religieuses et la difficulté de se procurer facilement de telles cellules souches (issues obligatoirement des cellules d'un fœtus) à entraîné le développement de cellules souches hybrides entre un humain et un animal par greffe d'une cellule humaine sur un fœtus animal.

La conception de telles chimères "hommes animal" n'est pas sans poser de nombreux problèmes éthiques et moraux. Jusque là ils étaient de toute manière formellement interdit mais une modification de cette loi a permis les chimères "cellules humaines sur embryons animaux est désormais permise même si l'inverse (cellules animales et fœtus humain) reste interdit 

c'est dans ce cadre que des chercheurs et chercheuses françaises viennent de faire une avancée significative en cultivant dans une boite de pétri une chimére macaques/cellules humaines pluripotentes. Une étude est parue dans la revue scientifique Stem Cell Reports en montrant la maitrise du processus, et le développement de cellules humaines dans des embryons 

Ces embryons n'ont pas donné naissance a des animaux (qui seraient donc des chiméres hommes macaques) mais l'ensemble des intervenants comprennent bien que de graves problèmes éthiques sont amenés à se poser 

Rappelons déja la législation en vigueur : 

L'article 17 du projet de loi de bioéthique réécrit l'article problématique du Code de la santé publique. La nouvelle formulation est la suivante : "La modification d'un embryon humain par adjonction de cellules provenant d'autres espèces est interdite." 

Les chimères à partir d'un embryon humain contenant des cellules souches animales sont donc proscrites. Mais celles réalisées à partir d'un embryon d'animal comportant des cellules souches humaines sont autorisées

Sources : un article universitaire sur les enjeux en question par Axel Khahn

https://www.cairn.info/journal-etudes-2006-4-page-474.htm

Un podcast (France Inter : le journal des sciences) relatant les avancées françaises et américaines https://www.franceculture.fr/emissions/le-journal-des-sciences/le-journal-des-sciences-du-vendredi-16-avril-2021


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Trois poscasts scientifiques 

Comment suivre l'avancée des sciences, les questions qu'elles se posent où celles qu'elles nous posent. Il y a des revues de vulgarisation scientifique (qui alimentent régulièrement les miscellanées scientifiques), des ouvrages de l'édition classique (dont je sélectionne chaque mois un ouvrage) ou spécialisée et des chaînes vidéo (qui me permettent souvent d'illustrer de façon trés efficace les notions que je veux vous présenter). Un autre canal auquel je vous propose de vous intéresser sont les Podcasts scientifiques : La radio n'est pas seulement un "filet à musique" elle permet aussi de s'instruire et de parler science. Je n'ai sélectionné que des chaines de Radio France par gout (et parce que je n'ai pas trouvé d'autres sources qui me plaisaient mais le caractère participatif de Médiapart devrait y remédier)

Voilà trois podcasts que j'ai sélectionné :

 La méthode scientifique est présentée par Nicolas Martin 

Une heure de débat pour comprendre l'ensemble des sciences (les sciences de la nature aussi bien que les sciences historiques et sociales) qui offre a la fois un panorama complet des sciences, des théories qui les constituent et des débats qui les parcourent. 

Voila la présentation de l'émission sur le site de radio France : 

Une heure de savoir autour des sciences, toutes les sciences, et sur les problématiques éthiques, politiques, économiques et sociales qui font l'actualité la recherche.

De l'astrophysique à la paléontologie, de la médecine à l'épistémologie, la Méthode Scientifique enfile sa blouse, remonte ses manches et vous propose chaque jour une heure de savoir autour des sciences, toutes les sciences, et sur les problématiques éthiques, politiques, économiques et sociales qui font l'actualité la recherche. Avec du lundi au vendredi des grandes thématiques pour séquencer la semaine : Humain/s, Planète/s, Futur/s, Histoire/s et une table ronde consacrée à l'actualité scientifique et au dialogue entre culture et fiction. Jusqu'à preuve du contraire.

La page du podcast : cliquez ici ! 

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Les savanturiers sont des petites pastilles de 5mn  présentée par Stephanie Chauviére 

Elle utilise une expression forgée par Boris Vian pour désigner un mélange de sciences et d'aventures (des sciences aventureuses, des aventures scientifiques) qui en font tous le prix, avec de vraies découvertes et de vrais bonheurs d'écoute. La derniére émission (à l'heure de rédaction du billet) sur la "musique des toiles d'araignée" est un parfait exemple de cette ouverture d'esprit, de ce bonheur qui est trop souvent oublié quand on nous parles de sciences 

La page du podcast : cliquez ici

Le monde du vivant s'intéresse aux autres espèces que la nôtre La aussi c'est une petite "pastille" qui promet de petits et grands bonheurs de découverte, d'esprit, de plaisir... 

Présentation par France culture : 

Qu'ils soient végétaux, animaux, minéraux ou encore microscopiques, les autres maillons des écosystèmes dont font partie l'être humains sont vénérés ou honnis et nourrissent arts, croyances, légendes, superstitions, tabous, mais aussi le besoin de comprendre.

Description complète. Il y a 3,8 milliards d'années, la vie apparaissait. Depuis leur émergence évolutive beaucoup plus récente, les humains ont représenté, sans en avoir conscience, un maillon des multiples écosystèmes au sein desquels ils s’installaient. Ces espèces et ces environnements qui les entouraient leur fournissaient cadre de vie et ressources mais suscitaient aussi étonnements et peurs. De quoi nourrir l'imaginaire. Qu'ils soient végétaux, animaux, minéraux ou encore microscopiques, les autres maillons des écosystèmes sont vénérés ou honnis et nourrissent arts, croyances, légendes, superstitions, tabous, mais aussi le besoin de comprendre. Depuis la révolution industrielle, nombre d'humains ne se considèrent plus comme un maillon des écosystèmes. Nous savons aujourd'hui qu'il va falloir changer cela.

La page du podcast : cliquez ici ! 

Un hélicoptère sur mars

On a beaucoup parlé de la dernière mission d'exploration sur Mars. Un des éléments les plus spectaculaires de cette mission était le vol d'un mini hélicoptère, Ingenuity qui a réussi a parcourir 50 m a la vitesse fabuleuse de 7 km/heure et à l'altitude non moins extraordinaire de 4 mètres. L’hélicoptère lui même ressemblait bien plus aux mini drones qu'on offre aux gamins pour Noël qu'aux hélicoptères qu'on a l'habitude de rencontrer au détour d'une plage ou d'une montagne (quand ce n'est pas une manifestation syndicale) 
Il faut cependant tenir compte des contraintes extrêmes pesant sur le déroulement d'un vol sur Mars : tout d'abord la très faible densité de l'air (moins d'un pour cent de l’atmosphère terrestre) qui oblige à l'utilisation de techniques de sustentations nouvelles et de l'éloignement du dispositif, qui ne permet pas de le contrôler par radioguidage. Ce vol avec déplacement latéral était un test pour le système de navigation autonome de l’hélicoptère, 
L’agence spatiale annonce maintenant la préparation d’un quatrième vol. Les vols sont prévus pour être de difficulté croissante et pousser Ingenuity jusqu’à ses limites Mais au 30 avril, le quatrième vol ne s'est pas passé comme prévu et l’appareil est resté au sol. La NASA promet cependant de réitérer l'essai… 

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Hélène Rossinot, médecin public 

Depuis quelques mois ce blog met a l'honneur des scientifiques oubliés qui d'ailleurs sont très souvent des femmes (pas totalement par hasard d'ailleurs). Ce mois ci ce sera légèrement différent, puisque on ne parlera pas de quelqu'un de disparu mais au contraire de bien vivant, et pas un ou une scientifique éminente, mais plutôt quelqu'un (ou quelqu'une) qui a fait progresser la science, pris au sens le plus large, une "humble travailleuse de la preuve" selon l'expression de Gaston Bachelard.

C'est en effet un enjeu il me semble actuellement de comprendre que "la science" ce ne sont pas des "savants", des êtres supérieurs, mais des humains qui collaborent dans un cadre collectif pour faire avancer la connaissance qu'on peut avoir de ce qui nous entoure, du fonctionnement des mondes multiples qui nous constituent. 

La période particulière que nous vivons ouvrait aussi à un autre enjeu : celui de parler de médecine, médecine qui est à la fois un art, une technique et une science... Mais difficile de trouver le bon angle d’attaque et la bonne personne : un ou une chercheur ou chercheuse qui du fond de sa paillasse cherche (et parfois trouvé) les remèdes à nos milles maux, un ou une hospitalière confrontée à un conflit sans fin avec la mort, un médecin généraliste qui côtoie quotidiennement courage et misères, douleurs et résistances...  

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Helene Rossinot est un peu de tout ça : elle est surtout « médecin de santé publique » et connue pour un ouvrage consacré aux « aidants », celles (surtout) et ceux qui dans leur famille ou leur entourage ont en charge un ou une malade lourdement atteint. Directement concerné j’ai été touché par un ouvrage qui donne des pistes pratiques mais aussi fait découvrir une particulière qualité d’âme...

Mais retour à sa compétence méconnue, celle du « médecin de santé publique ». Une fiche de poste en précise les compétences : 

« Le principal caractère distinctif de la spécialité médicale de santé publique est qu’elle a pour objet le groupe et non plus l’individu. Les connaissances cliniques ne sont pas dédiées à l’activité clinique (soigner un individu), mais sont alliées aux connaissances d’autres disciplines pour promouvoir et améliorer la santé d’une population (soigner le groupe). On passe ainsi de la gestion de patients (en consultation ou dans une salle d’hospitalisation), à la gestion de projets. »

Avec la pandémie cette spécialité méconnue a pris de l’importance. C’est ainsi qu’Hélène Rossinot est sollicitée pour de multiples initiatives, en particulier au niveau des épand et du cataclysme qu’a représenté pour ces structures et les familles le Covid-19.

C’est par le biais de Twitter qu’elle est entrée, en août 2020, dans le collectif Du côté de la science, qui regroupe une vingtaine de personnes, dont beaucoup de médecins de toutes spécialités très actifs sur le Covid-19. « On se répartit les sujets selon nos compétences, pour apporter des informations les plus pertinentes possibles aux enseignants, parents d’élèves, personnes vulnérables… »

Hélène Rossinot les aidants, ces invisibles Éditions de l’observatoire 2019 176 pages

 Le livre du mois : "Le Cerveau reptilien", un livre sur un concept  répandu et erroné

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La notion de "cerveau reptilien" jouit d'un sucés non démenti à ce jours, et on entend régulièrement l'expression, que ce soit par des échanges entre particuliers, dans des comptes rendus médiatiques ou dans le secteur du "développement personnel" ou il représente tout un secteur d'activité de contrôle de son agressivité et de ses pulsions (« maitriser son crocodile)

C'est un neuroscientifique américain, Paul Mac Lean qui a forgé l'expression dans le cadre de ses travaux sur le "cerveau triunique". Selon cette théorie, le cerveau humain serait partagé entre trois parties distinctes correspondant à une période de l'évolution : le cerveau "reptilien" correspond à nos comportements les plus primitifs et les plus sauvages, un autre cerveau « moyen » correspond lui au stade de développement des mammifères, et un cerveau "supérieur" ou apparait enfin notre pleine humanité et notre intelligence supérieure.

Cette analyse a toujours été contesté en particulier par "l'école francaise" de neuroscience. Elle est maintenant considéré par l'ensemble des spécialistes scientifiques du secteur comme erronée et ne lui reconnaissent aucun caractère scientifique. Elle continue tout de même d’apparaître comme légitime aussi bien dans le grand public mais aussi dans le monde médiatique et celui du "développement personnel" malgré cette perte de pertinence.

L'ouvrage proposé revient sur cette question et montre comment une théorie erronée peut devenir légitime dans le monde intellectuel et dans le grand public dans un cheminement valorisé par des intervenants de référence. Il montre aussi comment une notion scientifique peut passer d'un domaine à l'autre, des sciences comportementales aux sciences médicales et aux sciences humaines. Cette dernière partie concernant les « sciences humaines » est particulièrement important et développée en conséquence.

L'auteur montre ainsi comment une théorie purement scientifique peut être utilisée pour d'autres objectifs que les siens par des intervenants aux objectifs par ailleurs totalement différents (et parfois diamétralement opposés) Une lecture fine et abondamment nourrie de multiples référence permet de rentrer dans la boite noire de l'appropriation de cette théorie par des intervenants aussi différents que Henri Laborit, ou Edgar Morin (un neurobiologiste et un sociologue "de gauche" cherchant a capter "l'air du temps" dans les années 1960)  dont l'appropriation et les enjeux sont totalement opposés a ceux de Pierre Debray Ritzen, infatigable pourfendeur de la psychanalyse et un des animateurs du "club de l'horloge" dont l'ancrage clairement à droite (voir à la droite de la droite) montre le sens idéologique de cette appropriations ou Henri De Lesquen, directeur de la radio d'extréme droite "Radio Courtoisie" et raciste maladif qui utilise notre « cerveau reptilien » pour vitupérer la musique de jazz et « la musique de négre » (selon sa propre expression)

Le travail fourni est considérable, et les sources permettant de montrer les évolutions des théories et des interprétations conférent à cette ouvrage une qualité assez rare pour un ouvrage grand public. Il est en effet courant que dans ce genre de travaux, tout ce qui a permis en fait de nourrir l'ouvrage de données incontestables est passé sous silence en général afin de ne "pas gêner le lecteur" Or là on montre par exemple la suite des échanges menant d'une reprise mesurée par les spécialistes du secteurs a leur rejets par un ensemble d'échanges dont le volume et la complexité nous informent en passant sur la méthodologie du travail scientifique. De même un long passage montre les échanges incessant entre le "monde intellectuel" et le "monde de l'édition" (le "cerveau triunique" étant l'objet d'une sorte d'accaparement par les éditions du Seuil et de leur collection de vulgarisation scientifique)  Ce travail considérable éclaire la façon dont une notion ayant perdue toute légitimité scientifique est instrumentalisée encore aujourd'hui et nous pousse a nous interroger sur la question de l'instrumentalisation de ces questions.

Présentation par l'éditeur :

« Chacun sait que la publicité cible prioritairement notre cerveau reptilien. » L’affirmation issue des colonnes d’un grand quotidien français témoigne du succès de la notion proposée par le neuroscientifique américain Paul D. MacLean au tournant des années 1960. Elle s’inscrit dans une théorie générale du cerveau qui rapporte à une part archaïque de notre héritage évolutif un ensemble d’attitudes « primaires » : instinct sexuel, défense du territoire, agressivité…
Tôt considéré comme erroné puis obsolète sur le plan scientifique, le « cerveau reptilien » n’en a pas moins connu une formidable carrière, retracée ici dans une enquête qui conjugue une étude de sa formulation, des analyses de ses circulations ou réappropriations – d’Arthur Koestler à Michel Onfray, en passant par Alain Resnais – et une ethnographie de certains cercles thérapeutiques invitant aujourd’hui encore, pour vivre mieux, à accepter le « crocodile » dissimulé en nous.
Pourquoi et comment se diffuse une théorie fausse ? Cas limite, le « cerveau reptilien » permet d’envisager à nouveaux frais la question de la diffusion des savoirs dans la culture, et ainsi des rapports entre science et société.

Il est possible de lire la préface de l'ouvrage ici

Sébastien Lemerle - Le cerveau reptilien - Sur la popularité d'une erreur scientifique - Éditions du CNRS 2021 224 pages

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Il est possible de lire la préface de l'ouvrage ici

Sébastien Lemerle - Le cerveau reptilien - Sur la popularité d'une erreur scientifique - Éditions du CNRS 2021 224 pages

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