Miscellanées scientifiques du mois de février 2020

Ce mois ci un hommage à Katerine Johnson, calculatrice de la NASA, les algorithmes de tri, des musiciens réincarnés en animaux bizarres, une présentation de l'Unité Astronomique (unité de longueur), Chien-Shiung Wu, physicienne oubliée, le rapport du CNRS sur le séisme du Teil, la collection "de vive voix" de CNRS éditio, un agenda scientifique et toujours les jeux....

Hommage à  Katherine Johnson

katerine-johnson

Katerine johnson vient de nous quitter à l'age vénérable de 101 ans. Aussitot le patron de la nasa lui a rendu hommage : « C’était une héroïne de l’Amérique, une pionnière dont l’héritage ne sera jamais oublié »

 En effet elle faisait partie de l’équipe de calculatrices qui a rendu possible la formidable aventure lunaire, ce projet fou qui nous faisaient tous rêver quand nous étions adolescents dans les années 60.

C'est surtout un livre puis un film qui a permis de connaitre l'existance de celles qui était le moteur et l'âme de cette équipe. La scientifique était d’ailleurs restée relativement inconnue jusqu’à ce que le président Barack Obama lui décerne en 2015 la médaille présidentielle de la Liberté, l’une des plus hautes distinctions civiles des Etats-Unis.s.

Mais si elle était celle qui a rendu le rêve réalisable, elle incarnait également les tares et les non dits de l’Amérique.  C'est en effet dans le cadre de la ségrégation raciale que des femmes noires ont été recrutée par la NASA pour effectuer les nombreux calculs nécessaires au développement de la conquête spatiale alors que les ordinateurs n'avaient pas encore connu le développement formidable actuel. Ces femmes étaient d'ailleurs tenues a l'écart et ne travaillerons avec leurs collègues blancs qu'a partir de 1958 

Evidemment on pourrait penser que ces problèmes n'existent plus ou sont cantonnés aux USA. Il n'en est malheureusement rien : combien de scientifiques en France issus des "quartiers populaires", combien sont des femmes, combien ont elle des "noms difficile à prononcer" ? 

Algorithmes de tri et complexité 

outils-tri-enfants

Ci contre : outils pour apprendre le tri à des enfants

Les algorithmes de tri constituent souvent les premiers algorithmes qu'on fait découvrir au débutant. C'est que le probléme est général (on a presque toujours besoin de trier des données dans tous sortes d'environnement), qu'il est passionnant (parce que si on réfléchit un peu, on se rend compte assez vite que cette situation, qu'on pensait "triviale" (au sens mathématique du terme) n'est pas si simple qu'elle en a l'air) et qu'il ouvre a d'autres problématiques, comme celle de l'efficacité (dont je vous avait déja parlé) 

De fait tout le monde sait grossièrement qu'on ne trie pas de la même façon des cartes, une bibliothèque, la masse des papiers administratifs, etc. Tout dépend aussi de la masse des données, et de leurs natures. C'est d'ailleurs pour cela qu'il existe de multiples algorithmes de tris qui ont chacun leurs particularité, leur forces et leur faiblesses

Comme on est dans le monde du numérique, on va se borner à trier des nombres par ordre croissant et décroissant. C'est que dans ce monde, les tris se ramènent souvent à cette question (trier une série de chiffre par ordre croissant ou décroissant)

Et on en restera a deux algorithmes de tri parmi les plus connus, le tri à bulle et le tri pivot (ou quicksort) Mais il en existe tout une collection, selon le nombre de données a trier, le fait qu'elles soient ou pas déja triées, etc. En effet si il existe un grand nombre de ces algorithmes, chacun peut aussi avoir un domaine d'application ou il est particuliérement efficace. 

Mais je vous propose également cette animation qui illustre le fonctionnement de plus de 50 algorithmes différents 

50+ Sorts, Visualized - Reversed Inputs © Musicombo

Reste à mesurer l'efficacité de tel ou tel algorithme. C'est une question difficile, et qui demande quelques éclaircissements. A l'origine on mesurait l'efficacité d'un algorithme par rapport a un autre par deux facteurs : d'une part la taille de mémoire nécessaire, et d'autre part la rapidité d'exécution de l'algorithme. Le premier facteur a été abandonné en raison de l'explosion des capacités mémoires des ordinateurs. Mais pour le second, on a adopté une façon d'envisager la question en mesurant la rapidité de l'algorithme non pas de façon  "absolue" mais en fonction de la taille des données nécessaires a l'algorithmes.

Il est assez facile à comprendre que le problème de l'efficacité ne se pose pas dans les mêmes termes si on envisage de trier une liste de 10 chiffres, ou si on envisage une liste de 10 milliards de chiffres. De même on mesure l'efficacité de l'algorithme indépendamment de l'ordinateur chargé d'effectuer les calculs. Mais il est tout a fait évident là aussi que si l'ordinateur utilisé est 10000 fois plus rapide qu'un autre, un algorithme peu efficace pourrait etre plus rapide que le même effectué sur un ordinateur bien moins efficace. 

exemple du tri a bulle : 

Cet algorithme de tri consiste a comparer deux a deux les nombres successifs d'une liste a trier : si le second chiffre est plus petit que le premier, ils sont échangé. On continue alors à trier dans la liste jusqu'a ce qu'on n'ai plus aucun échange Le tri est alors terminé. 

Application du tri à bulles au tableau de nombres « 3 5 7 11 3 15 2 » ; pour chaque étape, les éléments comparés sont en gras.

on cherche a comparer cette suite et a la ranger par ordre croissant 

on commence par les deux premiers nombres, 3 et 5 : puisqu'ils sont dans le bon ordre, on ne fait rien, on passe ensuite aux deux prochains chiffres, 5 et 7, la aussi on ne fait rien, idem pour 7 et 11. Par contre pour 11 et 3, trois est plus petit que 11 on l'échange 

Cela donne donc : 

3 5 7 11 3 15 2 

3 5 7 11 3 15 2 

3 5 7 11 3 15 2 

3 5 7 3 11 15 2

3 5 7 3 11 2 15

3 5 7 3 2 11 15

........................

........................

3 2 3 5 7 11 15

2 3 3 5 7 11 15

On peut faire les comparaisons qu'on veut, il n'y a plus d'échange. 

Ce procédé de comparaison est simple a comprendre, mais il n'est pas trés efficace, en particulier si le nombre de chiffre a comparer est important et que les chiffres a classer sont déja en grande partie "rangé". C'est pour cela qu'on fait appel a d'autres algorithmes de tri selon les situations auquel on est confronté 

Le tri rapide : 

Le tri rapide "quicksort" utilise un pivot pour accelerer la vitesse du tri. Il utilise la stratégie du "diviser pour mieux régner" : les valeurs a trier sont placées de part et d'autres d'un "pivot" judicieusement choisi 

on choisi un pivot correspondant a la valeur moyenne des entrées On sépare alors les entrées en deux : une partie "plus petite que le pivot" et une autre "plus grande que le pivot" . On obtient alors deux listes non triées

On procéde récursivement pour les deux listes ainsi constituées, et on poursuit le traitement jusqu'a épuisement des valeurs. 

On peut trouver une description détaillée du "tri rapide" dans cette page 

Tri Smoothsort

Le problème du tri rapide, c'est qu'il n'est pas très efficace quand la liste des valeurs à trier est déjà "relativement" ordonnée. Dans ce cas là, on utilise le tri "smorthsort" qui utilise une stratégie alternative s'appuyant sur l'utilisation d'une structure fondamentale en informatique, celle des "arbres binaires". 

Récapitulatif : tableau des algorithmes de tri : 

Ce tableau est issu de la rubrique "classification des algorithmes de tri sur Wikipedia 

tableau-tri

On trouvera une autre présentation des algorithmes de tri via "interstice", la revue de "culture numérique" de l'INRIA (institut national de recherche en informatique et automatisme, la plus grand centre de recherche français en informatique) 

https://interstices.info/les-algorithmes-de-tri/

Vous pouvez également consulter les slides (ce qui est projeté lors d'un cours) du cours "algorithmes de tri" de l'université d'Aix Marseille 

http://www.dil.univ-mrs.fr/~gcolas/algo-licence/slides/tris.pdf

 

Des espéces au nom de musiciens : 

 Lou reed réincarné en araignée : c'est cela ! Loureedia 

loureedia

On découvre tous les jours de nouvelles espèces vivantes, en particulier (mais pas seulement) d'animaux. Il est de tradition de donner à ces nouvelles espéces des noms divers et variés, et de célébrer ainsi des personnalités "remarquables" de toute sorte. Pour commencer, voila quelques musiciens réincarnés  :

Mozart a pris l'apparence d'une grenouille, l'Eleutherodactylus amadeus 

James Brown lui a choisi de se réincarner en accarien, le Funkotriplotryplum iagobadius. On rapelle à celles et ceux qui ont séché les cours de latin que iago signifie "jean" (james en anglais) et badius brun (brown en anglais) ! 

Frédéric chopin lui préfére les mites, puisqu'une porte son nom la Fernandocrampus Chopinus 

Jean Sébastien Bach est resté "bien tempéré" sous forme d'une guepe, la Bachiana

Jim morrisson aurait pu choisir un lézard (a cause de "the ceremony of lezard" mais en fait c'est un iguane qui porte son nom, le Barbaturex morissoni

Lou Reed évidemment, est une araignée la Loureedia

Que vaut l'unité astronomique 

Ceinture de Kuiper Ceinture de Kuiper

Comme unité de longueur on connait évidemment le metre (unité de longueur du systéme) et l'année lumiére (qui correspond a la distance parcourue par la lumiére en une année, soit 9.461 milliards de km) mais on ignore souvent la signification de l'unité astronomique (UA) créé en 1958. Celle ci correspond a  149597870700 mètre et correspond a la distance moyenne de la terre au soleil (puisque cette distance n'est pas constante)

On donne souvent la taille des planétes du systéme solaire en UA. Ainsi la distance venus soleil est elle de 0.7 UA, celle de mars de UA de jupiter de 3.7UA et La ceinture de kuiper est comprise entre 30 et 100 UA et proxima du centaure, la plus proche étoile est située elle à  250000 UA soit 4 années lumières 

Scientifique du mois Chien-Shiung Wu

chien-shiung-wu-1912-1997-in-1963-restoration

"Madame Wu" était une physicienne spécialisée en physique nucléaire. Née en chine en 1912, elle a immigré aux état unis en 1938 et participé trés vite aux recherches sur la physique de l'atome aux USA, participant notamment à la conception de la bombe nucléaire et au "projet Manhattan". Sa découverte fondamentale concerne la "non conservation de la parité" proposée sur des bases théoriques quelques mois auparavant par Tsung-Dao Lee et Chen Ning Yang et qu'elle a démontré expérimentalement (donnant ainsi un élément de preuve fort a cette découverte) Le fait que Lee et Yang ait été récompensé par le prix nobel pour cette découverte et qu'elle n'ai pas été associée a ce prix a été ressenti comme une preuve (s'il en était besoin) du "machisme" de l'accadémie suédoise. 

Concernant "la non conservation de la parité" une description détaillée de celle ci et de la démarche expérimentale pour la mettre en évidence est disponible sur la page consacrée à la physicienne sur Wikipedia 

« Il est honteux qu'il y ait si peu de femmes dans les sciences... En Chine, il ya beaucoup, beaucoup de femmes en physique. Il y a un préjugé en Amérique comme quoi les femmes scientifiques sont toutes célibataires et sans élégance. C'est la faute des hommes. Dans la société chinoise, une femme est appréciée pour ce qu'elle est, et les hommes l'encouragent à se réaliser... mais elle conserve l'éternel féminin ».

Elle fut la première femme, en 1975, à être élue présidente de la Société américaine de physique

La recherche du mois : le rapport d'expertise du CNRS sur le séisme du Teil 

Résultat de recherche d'images pour "séisme du teil"

Le village du Teil, situé au cœur de l’Ardèche a été secoué le 11 novembre dernier par un violent tremblement de terre ayant causé d'importants dégâts dans le village même et dans ceux environnant qui ont été soumis eux aussi à des destructions spectaculaires. Mais très rapidement, des éléments troublants ont été mis en évidence permettant de penser qu'une carrière active a proximité puisse avoir joué un rôle considérable dans la survenue de cette "catastrophe naturelle", si elle n'en est pas à l'origine.

Un peu plus d’un mois plus tard, une expertise collective menée par le CNRS rend ses premières conclusions, et n’exclut pas qu’une carrière ait pu en être à l’origine. Le site en question est la carrière historique du Teil, d’où a commencé en 1833 l’histoire du groupe Lafarge Holcim même si les rédactrices et rédacteurs restent attachés à une prudence toute scientifique... 

C'est en effet la conclusion du groupe d'étude réuni sous la houlette du CNRS qui met nommément en cause le groupe lafarge et sa carrière. En effet même si ils avancent que ce tremblement de terre a été bien causé par un mouvement techtonique bien établi, ils affirment également que la présence à proximité immédiate de la faille d'un important dispositif minier a eu une influence décisive sur le déroulement de celui ci. 

En retirant des dizaines de millions de tonnes de roches en quelques décennies, cela a créé un allègement au-dessus de la faille qui a cédé, favorisant sa rupture. Le conditionnel est encore de circonstance, car des incertitudes persistent. C’est notamment le cas pour la localisation précise de l’épicentre, situé a priori à l’extérieur du site où les roches ont été extraites.

Ce rapport peut être consulté ci dessous (en suivant le lien)  

http://www.cnrs.fr/fr/seisme-du-teil-rapport-de-la-mission-dexpertise-du-cnrs

 Le livre du mois 

collection-de-vive-voix
Ce mois ci on ne parle pas d'un livre en particulier mais d'une collection. Dans la série d'ouvrages édité par le cnrs la collection "De vive voix" permet à des chercheuses et à des chercheurs distingués par "la médaille d'or du CNRS" de présenter leurs recherches, leur parcours, leurs objectifs. C'est cours et bon marché, extrémement simple à comprendre. La science est présentée comme une formidable aventure humaine faite de rencontre, de difficultés, d'impasses, de moment de découragement et d'intense bonheur.

Je vous avais parlé plus en détail de l'ouvrage d'Alain Connes "la géométrie et le quantique" qui explique simplement ses recherches mathématiques d'outils permettant de mieux comprendre le quantique. On peut également consulter avec grand intérêt  "dépolluer la planète" de Jean Weissenbach qui explique les recherches d'outils permettant des processus de dépollution efficace par la "bio-remédiation" soit l'utilisation de micro organismes en particulier pour s'attaquer aux pollutions d'origine organiques (pétrole par exemple) Le bouquin de Jean Jouzel donne également des indications précieuses sur la question du climat et en particulier sur l'histoire de celui-ci Il explique comment nous avons une archive qui permet d'évaluer le climat sur des dizaines de millier d'année. Maurice Godelier nous livre ses "fondamentaux de la vie sociale" et de son approche en tant qu’anthropologue. Enfin Nicole le Douarrin nous ouvres aux "secrets de la vie"en tant que biologiste spécialisée en "chiméres" des formes qui associent deux espèces différentes (ses travaux portaient sur des chimères "caille/poulet")  

Il est a noter qu'au départ "de vive voix" était surtout un site littéraire qui permettait d'écouter des textes divers dit par de grands commédiens Leur déclaration de principe porte témoignage de leur origine, mais aussi de tout ce qui fait l'intéret d'une telle collection 

De Vive Voix est née de l’idée que l’écoute d’une voix est une manière naturelle et agréable pour apprendre et comprendre. La voix est également porteuse d’une émotion, d’une chaleur, d’une humanité. Celles de la personne qui parle, mais également celle de nos origines, traditions orales de la nuit des temps et petite enfance.

De Vive Voix est également mue par plusieurs idées simples :

  • Comprendre est un plaisir.
  • La très grande majorité des savoirs, y compris scientifiques, peuvent se transmettre dans un langage simple, accessible et dépourvu de jargon ; sans que pour autant la profondeur soit occultée, la complexité négligée.
  • Les auteurs qui participent activement au rayonnement de leur discipline sont les mieux capables d’en donner une vision claire ; mais également d’en dévoiler l’histoire, les méthodes et d’exposer les questions qui s’y posent.
  • Ces enregistrements sont un moyen de se cultiver, en phase avec la mobilité d’aujourd’hui. Au format mp3, ils peuvent aisément être écoutés à la maison, en voiture, en voyage, par monts et par vaux… et dans le métro.

La collection dispose de son propre site 

Expo du mois : 

La science est aussi susceptible d'expositions et de débats. Un peu partout se déroulent des exposés, se tiennent des conférences... En voila quelques unes. Si vous voulez que j'en annonce qui vous intéressent, envoyez moi un mp

  • A la Maison Départementale de l’Environnement de Prades Le Lez dans l'Héraud 

Océan plastifié sur les dangers du plastique dans nos mer 

https://actu.fr/occitanie/prades-le-lez_34217/prades-lez-une-exposition-prendre-conscience-limpact-plastique-sur-oceans_31419310.html

  • A l'espace des sciences, à Rennes (Ille-et-Vilaine)

 Tout ce que vous avez voulu savoir sur la coquille saint jacques sans jamais oser le demander 

Par Laurent Chauvau chercheur au CNRS et auteur d'un ouvrage remarquable sur le sujet 

  • Au centre pompidou à Paris (ile de france) 

La mémoire des plantes, une rencontre avec une et une artiste plasticienne 

Jeu du mois 

Les trois fréres : 

John, Joe et Jack sont trois frères jumeaux (enfin, triplets). Il sont physiquement identiques. Le plus vieux est John, il dit systématiquement la vérité. Le second, c’est Jack, il ment toujours. Enfin, le troisième Joe ment ou ne ment pas en fonction de son bon vouloir…
Vous leur rendez visite un jour et vous vous interrogez pour savoir qui est qui. Alors vous prenez l’initiative de poser des questions à chacun des frères.
Le premier que vous interrogez est celui assis sur la gauche, vous lui demandez « Qui est assis au milieu ? ». La réponse qui vous est donnée est « C’est John ».
Vous interrogez ensuite celui qui est assis au milieu : « Quel est votre nom ? La réponse qui vous est donnée est « C’est Joe ».
Vous interrogez ensuite celui qui est assis sur la droite : « Quel est le nom de la personne assise au milieu ? La réponse qui vous est donnée est « C'est Jack ».
Pouvez-vous déterminer l’identité de chaque frère ?

Ce livre dit-il la vérité ? 

Un livre a 1 000 pages. Sur la première page, on peut lire : 1 page de
ce livre contient des affirmations fausses.
Sur la deuxième page, on peut lire : 2 pages de ce livre contiennent des affirmations fausses.
Sur la troisième page, on peut lire : 3 pages de ce livre contiennent des affirmations fausses.
Sur la 1 000e page, on lit enfin : 1000 pages ce livre contiennent des affirmations fausses.
Y a-t-il une page qui dit la vérité ?

Un chauffeur qui prend son temps : 

Deux semi-remorques roulent à la même vitesse, partent à la même heure du même endroit et se
rendent au même endroit. Les deux crèvent au même endroit leur roue arrière droite. Les deux chauffeurs changent leur roue arrière droite avec la même compétence. Un des deux camions arrive malgré tout avec ½ heure de retard par rapport à l'autre...
Pourquoi ?

Depuis plusieurs mois, cette rubrique est faite dans des conditions difficile pour moi, en particulier parce que je teste depuis la Normandie ce que signifie "fracture numérique" (je n'ai pas internet là ou j'habite, et je suis quasi obligé de rédiger ce billet à partir de mon portable sans documentation) Evidemment, j'aurais pu abandonner celle ci, mais certains de celles et ceux qui m'accompagnent dans cette aventure m'ont demandé de continuer malgré une baisse de qualité indéniable. Heureusement, je suis de retour et la rubrique retrouvera toute ses caractéristiques ! 

Le Club est l'espace de libre expression des abonnés de Mediapart. Ses contenus n'engagent pas la rédaction.