Miscellanées scientifiques du mois de novembre 2019

Ce mois-ci, retour sur la mathématique des incas et le système des quipus, Maria Gaetana Agnesi, le réveil des bactéries, comment les écureuils utilisent les oiseaux comme alarme anti-agression, un panorama des langages de programmation, la répartition des vers de terre dans le monde, la détection des cellules tumorales circulantes, un livre pour réhabiliter la chimie, et toujours les énigmes.

Quipus Incas 

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Une des grandes questions concernant les sciences est son universalité : les résultats de sciences sont réputés "non locaux". Mais comme souvent quand on rentre dans les détails, tout n'est pas si facile. La civilisation inca a été culturellement particuliérement brillante, mais elle ignorait l'écriture. Pour autant elle a fait des travaux remarquables en astronomie (leurs connaissances étaient au moins, sinon plus, avancées que celles de l'occident à la même période) Or ces résultats remarquables ne pouvaient pas étre obtenus sans calcul. Mais comment faisaient ils "sans écriture" ? Sans écriture, pas de calcul (même si les mathématiques chez nous utilisent une notation écrite spécifique, on ne peut pas faire de mathématique sans écrits 

Souvent dépeint comme étant un peuple sans écriture, les Incas avaient en réalité développé un ingénieux système de communication faisant appel à des dispositifs mnémoniques : les quipus. Il s’agissait d’une sorte de collier constitué d’un cordon principal auquel étaient rattachées de nombreuses cordelettes pendantes recouvertes de nœuds. Selon un code  particulier de ligatures, ces nœuds auraient permis de stocker de l’information. Les Incas s’en seraient ainsi servis pour assigner des valeurs à des séries d’arrangements de "nœuds" selon le type de matière première utilisée pour la confection des quipus  (coton ou laine), la torsion particulière des fibres ou à l’aspect (recto ou verso) des ligatures. Un usage codifié de couleurs contribuait également à permettre leur lecture.

On est maintenant plus en mesure de comprendre le fonctionnement des quipus qui avaient un rôle central dans une économie fortement centralisée et "étatisée" : ils servaient de système de comptabilité généralisée, et étaient assez complexe. On  sait qu'ils ne permettaient pas uniquement le recueil des données a enregistrer (par exemple dans les systèmes de perception d’impôts dans lesquels il semble qu'ils aient été utilisés) mais qu'ils permettaient aussi de réaliser des calculs complexes. 

Ils étaient également utilisés dans un cadre religieux, et c'est là ou leur role d'outil mathématique peut le plus etre invoqué, dans la mesure ou la religion des incas était fortement liée à la connaissance astronomique et que celle ci dépend également de la capacité à réaliser des calculs complexes Une des difficultés majeure étant que les quipus ont été en grande majorité détruit par l'envahisseur espagnol qui les tenaient pour un "instrument démoniaque" 

Pour plus d'information sur ce sujet : Michel Rousselet les mathématiques de l'Amérique précolombienne Editions Archimede 2003 

Scientifique oubliée : Maria Gaetana Agnesi 

 © Iconografia italiana degli Uomini e delle Donne celebri dall' epoca del risorgimento delle scienze e delle arti fino ai nostri giorni, Vol. III, Milan © Iconografia italiana degli Uomini e delle Donne celebri dall' epoca del risorgimento delle scienze e delle arti fino ai nostri giorni, Vol. III, Milan

Les scientifiques reconnus le sont souvent car ils (ou elles) sont donné comme étant à l'origine de découvertes scientifiques majeures. Outre que  cela obère en grande partie le coté "collectif" et social de toute découverte scientifique, cela fait oublier également ce que la diffusion des connaissance a de central dans la diffusion des science

Maria Gaetana Agnesi n'a pas fait de découvertes scientifiques majeures, mais elle a conçu et édité un livre majeurs dans la connaissance des mathématiques alors a un tournant les Institutions analytiques 

Celles-ci sont écrites en italien, « à l'usage de la jeunesse italienne », ce qui indique dans le titre même la volonté d'Agnesi de fournir ce qu'on appellerait aujourd'hui un « manuel scolaire », Elle y insiste d'ailleurs sur l'importance décisive d'y adjoindre "les femmes.

Un autre aspect notable est à relever, c'est l'importance des "lumières catholiques" en cette fin du XVIII siécle  En effet, c'est le pape de l'époque Benoît XIV,  qui va soutenir ses recherches et lui fournira même un poste de professeur à l'université de Bologne comme il l'avait déjà fait pour la physicienne et philosophe Laura Bassi 

Comment les bactéries se réveillent 

 © creative common wikipedia © creative common wikipedia

Dans les populations de bactéries, on observe généralement une certaine partie de leur population "dormante" : celle ci voit son métabolisme très ralenti; ce qui peut empêcher les mécanismes normaux d’élimination des bactéries pathogènes d'exercer leur action et donc d'obérer l'efficacité de certains traitements. Jusque là on connaissait les mécanismes qui expliquaient les mécanismes de l'endormissement du pathogène, mais pas de son réveil. C'est désormais chose faite grace aux travaux de Dorien Wilmaert de l'unité de microbiologie de Louvain, qui a étudié le role spécifique de la toxine HockB qui déclenche la mise en dormance de la bactérie E Coli (associée a de nombreux cas d'infection intestinale chez l'homme) Ils ont alors mis en évidence l'action d'une protéase DegQ associée a cette toxine. Le problème est qu'il n'y a pas que cette toxine qui soit associée a la dormance des bactérie, mais cette découverte permet un nouveau outil d'investigation qui permettrait à terme de lutter contre des infections persistantes et contre lesquelles on est relativement démunis.... 

Les écureuils et les oiseaux 

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Une équipe de chercheurs a mis en évidence la stratégie de vigilance de certains écureuils qui font preuve d'une vigilance accrue après avoir entendu le silence "parlant" des oiseaux. C'est en effet pour eux le signal qu'un prédateur les menace eux aussi. C'est dans une université de l'Oregon (aux états unis) qu'un tel comportement collaboratif a été mis en évidence.

L'écureuil gris étudié par Maria Lily d'Oberlin College se protégeait ainsi de la menace de la  buse a queue rousse dont la chercheuse diffusait le cris, C'est uniquement après que les cris des oiseaux soit de nouveau audible que l’écureuil gris sortait de sa cachette.

Cette découverte semble anodine mais elle implique des capacité d'analyse qu'on ne prétait jusque là pas aux écureuils... 

Langages de programmation 

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On parle réguliérement des algorithmes, cette façon de formaliser un calcul. L'algorithymique n'est pas une création de l'informatique, elle existait bien avant même si cette discipline en a fait une contribution majeure à la connaissance scientifique voir aussi au fonctionnement courant de la société (les procédures réglées par des algorithmes ont un poids croissant, y compris pour notre vie quotidienne).

Pour la science, c'est encore plus décisif : aucune des découvertes fondamentales qu'on a fait depuis le début du siècle n'aurait pas pu se faire sans la contribution plus ou moins centrale des algorithmes

Ces algorithmes ne sont pas seulement une formalisation abstraite issus des mathématiques (même si ils sont également ça) ils ont besoins non seulement d’être formalisés (par les mathématiques) mais aussi mis en oeuvre (par l'informatique) et c'est là que les langages de programmation interviennent.

Un "langage de programmation" permet de traduire un algorithme en suite d'instruction compréhensible par l'ordinateur. A l'origine, l'ordinateur ne connait qu'une suite d'instructions extrêmement sommaires (le "langage machine") Au fur et a mesure des progrès de l'informatique on a inventé des langages de programmations complexes que je vais vous présenter rapidement. 

On peut classifier ces langages en deux catégories : des langages de programmation "spécialisée" et des langage de programmation "généralistes 

Les langages de programmations "spécialisés" sont comme leur nom l'indique dévolus à une tache précise, et leur vocabulaire (et leur syntaxe) dépend en général du domaine spécialisé dans lequel ils sont utilisés (le grafcet pour les automates programmables par exemple) 

Nous allons voir uniquement quelques "langages de programmation généralistes" On peut les classifier également selon leur mode opératoire (les langages "interprétés" et les langages "compilés", qui n'ont pas la même façon d’être "traduit" en instruction que l'ordinateur peut opérer ou par des tas d'autres critères (comme par exemple selon certaines caractéristiques de leur écriture) mais l'approche historique permet également d'en discerner quelques caractéristiques significatives) 

Les ancétres : Fortran et Cobol 

Les premiers langages de programmation sont Fortran pour le calcul scientifique et Cobol pour les applications de gestion. Fortran privilégie beaucoup les calculs complexes, et cobol plutot les traitement de fichier. A noter que Cobol a été créé par une équipe dirigée par une femme, Grace Hopper 

La programmation structurée et Pascal  

Une première révolution a été la création de la "programmation structurée" vers la fin des années 60. Un des langages "emblématique" de cette approche a été le langage de programmation Pascal Cette "programmation structurée" consistait en la division d'un algorithme global en plusieurs sous ensembles et blocs. Les premiers langages de programmations utilisait la numérotation des instructions et le saut d'une partie à une autre du programme. Cette approche forçait au contraire à une certaine organisation.

Le Pascal était emblématique de cette approche car il était trés "structurant" (avec sa logique de blocs, ses déclarations préalables, etc.)

La révolution du C

Le C est à ma connaissance sans doute le langage de programmation qui a suscité le plus de conflits et de controverses passionnées dans le petit milieu des programmateurs et des programmatrices : certaiNes l'adorent, d'autres le détestent.

C'est que le C a été conçu pour faire de la "programmation système" c'est a dire les fonctions les plus internes de l'ordinateur. D’où une souplesse ou un "laisser aller" (selon le degré d'adhésion au langage) tout a fait significatif.. On peut noter également une certaine propension à l'obscurité et aux "trucs" de programmation Il y a d'ailleurs une compétition annuelle disputée, le "International Obfuscated C Code Contest" dont on peut aller voir le réglement et le résultat ici : https://www.ioccc.org/

Les langages orientés objets : C++, objective C et C#

Dans les années 80 on a vu apparaître un nouveau "mode" de programmation, la "programmation orientée objet". Celle-ci consiste à modifier son regard sur ce qu'on crée en programmant : d'habitude dans la programmation "classique" on avait des "structures de données (de type "entiers", chaines de caractéres, "tableaux, listes, dictionnaires" et des "procédures" ou "sous programmes", ces deux entités n'ayant pas de liens entre elles. Dans la POO (programmation orientée objet) tout est "encapsulé" dans une classe d'objets Ce nouveau style de programmation est particulièrement approprié  pour les nouveaux environnements de travail informatique "fenétrés".

Les premiers "langages objets" étaient des "purs" langages "objets" comme Effel ou Smaltalk mais ces langages n'étaient pas considérés comme véritablement opérationnel "dans un contexte de production", et on a assez vite vu apparaitre des "langages de programmation" dérivé du C mais avec une "Couche objet" Le premier a apparaitre a été le C++ suivi des déclinaisons objet du C faites par apple (objective C) et Microsoft (C#) D'un certain point de vue, la différence des trois langages n'est pas uniquement "fonctionnelle" mais aussi industrielle : si vous voulez développer sur la plate forme microsoft "pure" et bénéficier des avantages de la plate forme, vous devez FORCEMENT en passer par le langage C# idem pour Apple et l'objective C.

Le java  

 Le java est aussi dérivé du C mais son histoire est un peu différente, dans la mesure ou à l'origine son "marché" était cantonné aux développement des applications autour du web (même si il est bien plus généraliste qu'un langage comme PHP cantonné à ce registre) Le java est un des principaux langage de programmation utilité par les professionnels 

Le python 

Le python est un langage de programmation "mutli paradigmes" basé sur un "typage dynamique fort" et sur la programmation objet

Trés utilisé pour ses vertus pédagogiques, 

Le langage Python est placé sous une licence libre proche de la licence BSD8 et fonctionne sur la plupart des plates-formes informatiques, des smartphones aux ordinateurs centraux9, de Windows à Unix avec notamment GNU/Linux en passant par macOS, ou encore Android, iOS, et peut aussi être traduit en Java ou .NET. Il est conçu pour optimiser la productivité des programmeurs en offrant des outils de haut niveau et une syntaxe simple à utiliser.

Il est également apprécié par certains pédagogues qui y trouvent un langage où la syntaxe, clairement séparée des mécanismes de bas niveau, permet une initiation aisée aux concepts de base de la programmation. On doit ainsi citer le "zen de python" suite de 19 recommandations qui apparaisent a l'affichage quand on tape dans l'environnement de développement python la commande import this (c'est une traduction : dans la version initiale, les recommandations apparaissent en anglais) 

Préfère :
      la beauté à la laideur,
      l'explicite à l'implicite,
      le simple au complexe
      et le complexe au compliqué,
      le déroulé à l'imbriqué,
      l'aéré au compact.
Prends en compte la lisibilité.
Les cas particuliers ne le sont jamais assez pour violer les règles.
Mais, à la pureté, privilégie l'aspect pratique.
Ne passe pas les erreurs sous silence,
... ou bâillonne-les explicitement.
Face à l'ambiguïté, à deviner ne te laisse pas aller.
Sache qu'il ne devrait [y] avoir qu'une et une seule façon de procéder,
même si, de prime abord, elle n'est pas évidente, à moins d'être Néerlandais.
Mieux vaut maintenant que jamais.
Cependant jamais est souvent mieux qu'immédiatement.
Si l'implémentation s'explique difficilement, c'est une mauvaise idée.
Si l'implémentation s'explique aisément, c'est peut-être une bonne idée.
Les espaces de nommage ! Sacrée bonne idée ! Faisons plus de trucs comme ça.

Ce qui donne ça : 

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Mis a part l'aspect pédagogique, le python est également très utilisé pour le "traitement des données" dans un contexte de big data et l'intelligence artificielle 

Caml 

Caml (prononcé camel, signifie Categorical Abstract Machine Language) est un langage de programmation généraliste conçu pour la sécurité et la fiabilité des programmes.Conçu par l'INRIA il est de plus en plus utilisé en production dans les environnements ou un haut degré de fiabilité est impératif (en clair on ne risque pas trop de le voir pour des développements sur smartphone mais sur de l'embarqué    c'est déja plus courant)  

La découverte du mois : Surprenante répartition des vers de terre dans le monde

 © Creative commons Wikipedia © Creative commons Wikipedia

L'importance décisive des vers de terre dans l'écologie de nos paysages commence à être bien connue : a le voir apparaître quand on bêche un lopin de terre ou au rebours d'une foret, on se dit qu'on a affaire à une espèce vivante anodine, mais ils sont aussi d'infatigables laboureurs sans lequels la plupart des espéces végétales ne seraient même pas envisageables mais aussi des "aménageurs du territoire indispensables. On savait déjà que cette espèce est très présente et qu'elle représente une part considérable du vivant (la biomasse des vers de terre est supérieure a celle de l'ensemble des mamiféres, humains compris, pour une région donnée) Or aussi paradoxal que cela parraisse, on ne connaissait pas la répartition des vers de terre en fonction des différents habitats.  

Mais jusqu'à présent, leur répartition et leur diversité dans le monde étaient mal connues. Les écologues ont compilé les données provenant de 6 928 sites répartis dans 57 pays. Or les résultats ont beaucoup intrigué les scientifiques, car ils sont à rebours des résultats constatés pour l'ensemble des espéces vivantes : d'habitude, la répartition et la masse des organismes augmente quand on progresse vers les tropiques, or c'est l'inverse qui se produit. Les écologues ont aussi mis en évidence l'impact du climat, et en particulier des variations de précipitation et de température, sur la diversité et la quantité des vers de terre. Etant donné l'importance de ces organismes dans la vie végétale, ces recherches doivent etre poursuivies et amplifiées, surtout dans un contexte de changement climatique majeur. 

La détection des Cellules Tumorales Circulantes 

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Les cellules tumorales circulantes (CTC) sont des cellules qui se déplacent avec le sang une fois passées dans le système vasculaire depuis une tumeur en développement, cellules susceptibles de générer de nouvelles tumeurs, appelées métastases, dans des organes vitaux éloignés, phénomène responsable de la grande majorité des décès liés au cancer

C'est pour cela que leur détection est importante, vitale même. Mais leur faible nombre fait que cette détection est extrêmement difficile et coûteuse.

Le nouveau procédé proposé par l'université de Fukian en Chine par l'entremise de Hanhuan Guo permet de réduire de façon importante les coûts en utilisant le procédé du micropuit Cela pourrait entrainer une bien meilleurs détection des cancers à leur stade précoce. 

Le livre du mois : Tout est chimie dans notre vie

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La science suscite beaucoup de méfiance et dans ses diverses disciplines c'est sans doute la chimie qui suscite le plus de réticences et de préjugés défavorable "C'est chimique" désigne bien un produit galvaudé, souvent dangereux. Cette méfiance ne date pas d'aujourd'hui et on pourrait sans doute trouver dans l'histoire l'origine de ce désamour. C'est que la chimie hérite de l'alchimie, c'est a dire d'une discipline qui sent son magicien, pour ne pas dire qu'elle a partie liée a quelques forces démoniaque 

Mai Thi Nguen Kim est une chimiste allemande d'origine vietnamienne. Elle est l'auteur à succès d'une "chaine youtube" "the secret life of scientists" Elle propose dans son livre une prolongation de son blog : tout sur la vie des scientifiques, de leurs succès (et de leurs échecs), des idées reçues qu'on peut se faire sur leur discipline tout cela fortement épicé d'humour et d'auto ironie. C'est à la fois très facile à lire, très instructif (et ça ne demande vraiment aucune connaissance spéciale) 

Présentation de l'éditeur : 

Comment le dentifrice agit-il sur nos dents, les effets du café sur notre cerveau, l'incroyable chimie des odeurs corporelles, les molécules du stress, pourquoi dit-on "brûler ses graisses"... La chimie est partout et personne ne vous l'avait dit ! Mai Thi Nguyen-Kim, jeune chimiste passionnée, nous invite, le temps d'une journée, à parcourir le laboratoire de chimie qu'est notre vie, jusqu'à notre propre microbiome, un écosystème encore plus fort que le microbiote. L'occasion de découvertes surprenantes sur ce qui se passe dans la salle de bain, la cuisine, à la salle de sport ou la cafétéria, et sur les outils et produits que nous utilisons tous les jours. Des connaissances parfaitement accessibles, illustrées par 40 dessins. Attention, ce livre exerce une attraction chimiquement pure !

En bonus, le trailer de la chaîne youtube "the secret life of scientists" (allemand sous titré en anglais) 

TRAILER: The Secret Life of Scientists © The Secret Life Of Scientists

Les énigmes 

Celles-ci sont particulières, et tiré d'un petit livre original qui s'appelle "Comment mettre un oeuf dans une bouteille et autres questions étranges, étonnantes et fascinantes" aux éditions marabout par Erwin Brecher et Mike Guerrad : pour une fois ce n'est pas la logique ou les mathématiques qui sont convoquées, mais votre "sens physique"...

Premiére question : 

Pourquoi les balles de golf sont elles alvéolées ? A l"origine elles ne l'étaient pas (les premières balles étaient  mais leur évolution s'est faites en ce sens. Pourquoi et quel phénoméne physique est utilisé ? 

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Deuxiéme question : 

Voila une énigme extrêmement curieuse : combien pèserait une femme vivant à Quito (Equateur) si elle mesurait approximativement 70800 km serait ce plus ou moins de 1000 tonnes ? 

Troisiéme question (the last but not least) 

L'enigme qui donne son titre à l'ouvrage dont je tire mes énigmes parle d'une bouteille dans laquelle on veut faire rentrer un œuf dans une bouteille dont le goulot est plus petit que le diamètre de l’œuf. La méthode est assez connue : Placez un oeuf dur écalé sur le goulot d'une bouteille. Aprés avoir mis une feuille de papier à l'intérieur de la bouteille  mettez lui le feu : Le vide partiel créé par la consumation de l'oxygéne fera rentrer l'oeuf dans la bouteille.
Mais est il possible de faire la même chose avec un oeuf dur non éclalé, et comment procéder . 

 

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