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- Novembre 1945
- SCIENCE ET VIE
- Tome LXV1II - N° 338
- SOMMAIRE
- * Le radar, par R. Leprêtre................................ 179
- * A la recherche des constituants intimes de la matière
- vivante, par Jean Labadié................................ |.9 I
- * Les planètes, leurs atmosphères et les conditions de vie à
- leur surface, par Charles Fabry.......................... 201
- * La prise en remorque d’un planeur par un avion en vol,
- par H. F................................................. 213
- * Comment on essaie scientifiquement les insecticides agricoles, par L. Bonnemaison...................*... 214
- * Les .A-Côté de la Science, par V. Rubor.................. 223
- Pendant les premières années de la seconde guerre mondiale, on a pu croire que celle-ci serait relativement peu fertile en armes inédites. Après la fin sensationnelle de la guerre contre le Japon, la levée du secret qui couvrait les nouveautés techniques a montré qu’il n’en était rien. Dès 1940, c’est à une invention nouvelle, le « radar », que la Royal Air Force doit d’avoir pu gagner la bataille d’Angleterre. C’est un véritable œil électrique qui permet de localiser avec sûreté les avions, les navires, la terre, les obstacles. Le radar a une portée bien supérieure à celle de l’œil humain et « voit » à travers le brouillard et la nuit. Ses applications militaires sont multiples. La couverture du présent numéro représente un projecteur guidé par radar et qui, après avoir suivi, sans se révéler, un avion ennemi, le prend brusquement dans son faisceau et le désigne aux coups de la chasse de nuit. (Voir l’article page 179 de ce numéro.)
- « Science et Vie », magazine mensuel des Sciences et de leurs applications à la vie moderne. Administration, Rédaction, 5, rue de La Baume, Paris (VIIIe). Téléphone : Ëlysées 26-69; Publicité 24, rue Chauchat Paris (IXe). Téléphone : Provence 70-54. Chèque postal : 91-07 Paris. Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation réservés pour tous pays. Copyright by « Science et Vie », Novembre mil neuf cent quarante-cinq. Registre du Commerce : Toulouse 3235 B.
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- LE RADAR
- par R. LEPRÊTRE
- Ancien élève de l’École Polytechnique, Ingénieur E, S. E.
- Ze secret vient d’être partiellement levé par les censures alliées sur le radar, l’une des inventions qui ont le plus contribué à changer la physionomie des opérations de guerre sur mer et dans l’air. Le radar constitue à la fois un phare hertzien, émettant des radiations invisibles, mais très voisines de la lumière, et un « œil » qui observe les objets illuminés par ce phare. Il porte beaucoup plus loin que l’œil humain, même aidé par les instruments d’optique les plus perfectionnés, et n’est gêné ni par la nuit, ni par le brouillard. De plus, il mesure la distance qui le sépare de l’objet examiné avec plus d’exactitude que la meilleure tèlèmétrie optique. Grâce au radar, la surprise est, dans une largè mesure, éliminée des combats sur terre, sur mer et dans les airs. De plus, il a complètement renouvelé les méthodes de tir des canons de marine et de D. C. A.-, les procédés de bombardement de l’aviation, ainsi que la navigation maritime et aérienne. Après avoir vu pendant cinq ans se multiplier ses applications militaires, le radar est certainement appelé en temps de paix à rendre d’inestimables services dans tous les domaines de la locomotion.
- L’invention qui a sauvé l’Angleterre
- Au mois d’août 1940, la Luftwafïe engageait dans le ciel de Londres une bataille aérienne dopt l’enjeu était la maîtrise de l’air au-dessus de l’Angleterre, prélude indispensable à l’invasion de l’île. La situation était en apparence désespérée pour la Royal Air Force qui n’avait que 640 chasseurs à opposer aux 1 100 chasseurs, 1 000 bombardiers et Stukas innombrables allemands. Pourtant, à la fin du mois de septembre, non seulement l’aviation anglaise n’avait pas été détruite, mais l’usure de la Luftwafïe avait pris des proportions tellement catastrophiques que les Allemands devaient renoncer aux attaques aériennes de jour. L’Angleterre était sauvée.
- Comme le déclara plus tard M. Churchill : « Jamais un si grand nombre d’individus n’avait dû son salut à un si petit nombre ». Formule qui ne prend toute sa valeur que si l’on connaît la raison déterminante de la victoire de la Royal Air Force. Car, si les pilotes britanniques ne furent pas écrasés, ils le durent aux recherches de quelques savants qui, juste avant la* guerre, avaient trouvé le moyen de repérer les avions à grande distance. Cette invention a permis aux services de détection anglais de signaler les escadres longtemps avant leur arrivée dans le ciel d’outre-Manche, et, par conséquent, aux chasseurs de la défense de ne prendre l’air que peu avant l’arrivée des formations assaillantes, dont l’importance et la position étaient connues en permanence. Sans ce procédé de repérage, l’aviation anglaise aurait usé rapidement ses formations par des patrouilles permanentes et son rendement aurait été nettement inférieur.
- Un tel procédé de repérage était à l’étude dans la plupart des grands pays : les Français l’appelaient Détection électromagnétique (D. E. M.), les Anglais Radiolocalion ; quand les États-Unis et l’Angleterre eurent mis en commun leurs connaissances techniques pour la conduite
- de la guerre, c’est le nom américain radar (Radio Détection and Ranging : détection et télémétrie par radio) qui fut adopté par tous. Quant aux Allemands, ils étaient si loin en 194Q de la solution de ce problème technique qu’ilS mirent plusieurs années à comprendre la raison pour laquelle ils trouvaient, à chaque raid sur Londres, des patrouilles de chasse prêtes à les accueillir.
- Le principe du radar
- Longtemps avant la guerre de 1939, on s’était aperçu que les ondes courtes (supérieures cependant à une dizaine de mètres de longueur d’onde) se réfléchissent sur les couches supérieures de l’atmosphère terrestre. Ce qui explique les portées considérables de ces ondes.
- Pour étudier ces couches réfléchissantes, qui ont rendu célèbres les noms d’Heaviside et d’Appleton, et pour suivre leurs variations d’altitude avec l’heure de la journée et la saison, on imagina d’émettre pendant un temps très court un signal hertzien. Celui-ci se réfléchissant sur la couche étudiée revenait donner dans un récepteur un écho que l’on enregistrait. La mesure de l’intervalle de temps qui séparait le. signal de son écho permettait de mesurer l’altitude de la couche en question. Ce temps est toujours extrêmement court, de l’ordre du millième de seconde, car les ondes hertziennes se propagent à la vitesse de 300 000 km/s, qui est la vitesse commune à toutes les ondeS électromagnétiques, en particulier celles de la lumière, et les couches réfléchissantes se situent à une altitude d’une centaine de kilomètres. On s’aperçut par la suite que les communications radioélectriques entre deux bateaux étaient interrompues par la présence d’un autre bateau situé entre ceux-ci. Le principe de la détection électromagnétique était trouvé.
- Un radar se compose donc essentiellement d’un poste émetteur-récepteur qui envoie un
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- signal extrêmement court, appelé puise, dont la durée est de l’ordre du millionième de seconde, dans une direction donnée de l’espace (les ondes très courtes employées peuvent en effet être dirigées comme un faisceau lumineux), signal puissant (plusieurs centaines de kilowatts), permettant des portées de plusieurs centaines de kilomètres. La brièveté des signaux fait que, malgré la valeur élevée de la puissance de « crête », la puissance moyenne de consommation est assez faible, ce qui autorise l’emploi de lampes de petites dimensions, pas plus grandes que celles des postes radiorécepteurs classiques.
- Le faisceau rencontrant le corps que l’on veut repérer (navire, avion, iceberg, etc.) revient à son point de départ où il est capté par le récepteur (fig. 1). Signal émis et écho sont tous deux mis en évidence sur l’écran d’un oscilloscope (1) cathodique (fig. 2) sous la forme de deux pointes en V renversé, séparées par une certaine distance qui représente le temps mis par le puise pour faire le trajet d’aller et retour. Divers procédés sont utilisables pour en déduire la distance du radar à l’objet repéré.
- Le plus couramment utilisé consiste à superposer au phénomène précédent sur l’écran de l’oscilloscope une onde carrée dont on peut faire varier continuement la durée et qui est étalonnée avec grande précision par comparaison avec les oscillations d’un quartz (fig. 3). Sur certains écrans (écrans panoramiques dont nous parlerons plus loin, par exemple), on affiche directement l'échelle en distances rondos données par le quartz ; mais la précision est moindre cîu fait de la nécessité d’interpoler. Pour repérer le but en direction, l'aérien directif est mobile de sorte que l’axe du faisceau hertzien émis peut explorer tout l’espace, tandis que
- (1) Nous adoptons Ici l’appellation d’oscilloscope, pour l’appareil appelé jusqu’ici en France «oscillographe ».
- Aérien directif et tournant
- Emetteur
- Analyseur•, oscilloscope’
- FIG. 1. — SCHÉMA DE PRINCIPE DU RADAR
- Un poste émetteur-récepteur envoie dans la direction d'un avion ou d’un navire un faisceau mince d’ondes hertziennes. Le signal émis est très bref (de l’ordre du millionième de seconde). Les ondes se réfléchissent sur l’appareil repéré et donnent un écho qui est reçu par le radar. Signal émis et écho s’inscrivent sur l'oscilloscope, ce qui permet de mesurer la durée du trajet aller-retour de l’onde. Si t est cette durée exprimée en microsecondes, la vitesse des ondes hertziennes étant de 0,3 hm par microseconde (300 000 km par seconde), le chemin parcouru par l'onde a été de 0,3 kmx t, et la distance du radar au but détecté est la moitié de ce chemin. Il est utile de se rappeler en radiodétection que la microseconde correspond à 150 m.
- FIG. 2. — LA RÉCEPTION d’un ÉCHO RADAR SUR L’ÉCRAN D’UN OSCILLOSCOPE CATHODIQUE
- Le tube cathodique se compose d’une ampoule A, généralement vidée, parfois remplie d’un gaz à la pression de 5.10—3 mm de mercure. A l’intérieur de cette ampoule se trouve une cathode C à chauffage indirect, qui émet des électrons. En avant de la càthode se trouve un petit cylindre W appelé cylindre de Wehnelt, qui joue le rôle. de diaphragme. Sa polarisation, qui peut être réglée par le curseur a, est négative par rapport à la cathode. Il concentre les électrons, et le réglage de a permet de commander l'intensité du faisceau électronique qui va frapper un écran fluorescent E placé au fond du tube et donner une image lumineuse ou « spot ». En avant dît cylindre de Wehnelt se trouvent deux autres cylindres qui sont les anodes accélératrices A, et At portées à des potentiels différents positifs par rapport à la cathode. Elles forment lentilles électroniques. Le réglage du curseur b, qui fixe la tension de la première anode Au permet de commander la concentration du faisceau électronique au point d’impact avec l’écran. Entre la deuxième anode et l’écran se trouvent quatre petites plaques déviatrices. Deux des plaques sont verticales ( 1 et 2). Si on applique une tension « en dents de scie » entre elles, elles créent un champ électrique 11, qui dévie le faisceau de telle sorte que le spot décrit d’un mouvement uniforme une ligne droite AA' sur l’écran, de la gauche vers la droite, puis est rappelé très rapidement à sa position de départ à gauche de l’écran. Le mouvement ainsi réalisé est appelé « balayage horizontal ». Les deux autres plaques sont horizontales (3 et 4). Un signal radar appliqué sur ce système de plaques (champ dévie le faisceau électronique verticalement, parallèlement à BB'. En définitive, sur l’écran de l’oscilloscope est inscrite riorma-lement une ligne lumineuse .4.4' accidentée de dents représentant les échos. Le signal de départ coïncide avec le début du balayage. Certains oscilloscopes sont basés sur un principe légèrement différent: les déviations horizontales et verticales sont obtenues par des champs magnétiques produits par des bobines déflec-trices.
- l’émission des signaux se renouvelle plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de fois par seconde. Le déclenchement du balayage de l’oscilloscope est produit au même instant que l’émission des signaux afin que les « spots » d’émission et d’écho se forment aux mêmes points de l’échelle pour une même valeur de la distance radar-objet repéré. En raison de la persistance de la fluorescence de l’écran, ces deux spots semblent donc immobiles dans ces conditions. Les déplacements de l’objet repéré se traduisent par des déplacements correspondants de la pointe d’écho.
- Quand le faisceau ne rencontre aucun obsta-
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- de, on ne décèle sur l’écran de l’oscilloscope que le signal d’émission. Quand un obstacle surgit dans le faisceau du radar, l’écho apparaît avec une intensité d’abord faible, puis qui augmente et passe par un maximum quand le faisceau est exactement centré sur l’objet repéré. Quand cet objet est un avion, il convient de balayer non pas un angle plan comme c’est le cas pour la recherche des navires, mais un angle solide. On déplace le faisceau à la fois autour d’un axe vertical et dans le plan vertical passant par cet axe, de façon à obtenir l’intensité maximum de l’écho.
- Dans tous les cas, le radar fournit instantanément la distance exacte (à 150 m près pour les appareils les moins précis, à quelques mètres près pour les plus perfectionnés), et la direction du but détecté (avec une précision pouvant atteindre quelques minutes d’arc.)
- La représentation
- de toute la zone explorée
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- Lorsqu’il s’agit d’assurer en permanence la surveillance d’un secteur étendu, pouvant aller même jusqu’au tour d’horizon complet, il est intéressant de pouvoir observer une représentation panoramique complète et permanente des obstacles que rencontre le faisceau explorateur tournant. Ceci peut s’obtenir à l’aide d’artifices simples :
- 1° Le début du balayage d’un oscilloscope appelé par les Américains P. P. J. (Plan Position hidicalor) coïncide avec le centre de l’écran cathodique. De cette façon le spot ne balaie plus qu’un rayon de l’écran au lieu d’un diamètre.
- 2° Les deux systèmes de plaques défiectrices du rayon cathodique (1-2 et 3-4 sur la ligure 2) sont rendus mobiles autour de l’axe du tube, ce qui est assez facile à réaliser : l’entraînement de ces plaques pourra se faire à travers le verre du tube par un induetéur fixe convenable engendrant un champ tournant et entraînant
- FIG. 3. — COMMENT ON LIT SUR l’oSCILLOSCOPE CATHODIQUE LA DISTANCE D'UN AVION REPÉRÉ PAR LE RADAR
- On superpose au phénomène décrit sur la figure 2 une tension E donnant un spot de forme carrée et parfaitement étalonnée. On règle cette tension de façon à faire coïncider sa partie terminale avec le spot de l’écho sur le but dont on veut mesurer la distance. On lit cette dernière sur un cadran dont le mouvement est lié à la commande de E.
- Taches lumineuses rémanentes représentant la terre
- Tache lumineuse / représentant la terre
- Tache lumineuse représentant
- Base de temps tournante
- FIG. 4. — COMMENT LE RADAR DONNE LA «'CARTE» DES OBSTACLES RENCONTRÉS PAR LE FAISCEAU ÉLECTROMAGNÉTIQUE
- Le spot lumineux de départ se trouvant toujours au centre de l'écran, la distance de l’écho au centre est proportionnelle à la distance du radar à l’obstacle. Le rayon balayé par le spot tourne à la même vitesse angulaire que le faisceau émis par le radar.
- ainsi un rotor solidaire des plaques. Dans ces conditions, les plaques tourneront d’un mouvement uniforme dont on rendra la vitesse angulaire égale à celle de l’aérien, c’est-à-dire du faisceau rayonné. Quand le faisceau rencontre un obstacle, le spot lumineux enregistre un écho, d’où, à cet endroit, une fluorescence plus vive. Les obstacles s’inscriront donc sous forme de taches qui seront à une distance du centre proportionnelle à leur distance au radar. On réalise ainsi sur l’écran une véritable carte, à une échelle que l’on évalue facilement. Un géomètre dirait que les obstacles et leurs images sont définis par leurs coordonnées polaires (fig. 4).
- La production des ondes décimétriques et centimétriques
- Nous avons déjà dit que le principe de la radiodétection par impulsion, celui même qui est à la base de la technique radar actuelle, était connu bien avant la guerre. A partir de ce moment, tout le progrès technique a consisté à réaliser des émetteurs d’ondes de plus en plus courtes, émettant des signaux très brefs et très puissants. Les Français, qui avaient commencé d’étudier la radiodétection par la méthode des battements (travaux de M. David), poussèrent avant la guerre l’étude des ondes très courtes (travaux de la Société Française Radioélectrique sur l’emploi des ondes de lü centimètres) (1).
- Néanmoins, c’est le grand mérite des spécialistes anglais d’avoir les premiers réalisé des appareils sur ondes métriques qui ont fait leurs preuves en 1940. C’est aussi le grand mérite des spécialistes américains d’avoir mis au point la technique des impulsions sur ondes centimétriques et décimétriques et d’avoir sorti en grande série des appareils qui sont les meilleurs appareils de radiodétection qui existent depuis trois ans.
- L’importance des ondes très courtes (inférieures à 10 m) en radiodétection est due principalement à la nécessité d’obtenir une émission très dirigée, ce qui est d’autant plus facilement
- (1) Voir: «Les ondes très courtes dirigées » (Science et Vie, n° 169, juillet 1931, n° 201, mars 1934 et n° 231, septembre 1936).
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- SCIENCE ET VIE
- Anode A
- Cathode
- Anode A '
- FIG. 5. — SCHÉMA DE PRINCIPE d’un MAGNETRON
- Le magnétron est un tube électronique composé essentiellement dé deux anodes demi-cylindriques dans l’axe desquelles se trouve une cathode (filament chauffé). On établit un champ intense dans l’axe du cylindre en portant les anodes à un potentiel très élevé (une dizaine de milliers de volts). Dans ces conditions, les électrons émis par la cathode décrivent, sous l’action des champs magnétiques et électriques régnant dans le tube, des trajectoires courbes. Dans ces conditions, on peut observer dans le circuit apériodique C des oscillations de très grandes fréquences, correspondant à des longueurs d’ondes centimétriques. Le magnétron ci-dessus est capable de produire des finissions de plusieurs centaines de kilowatts sur 10 cm de longueur d'onde pendant une durée extrêmement courte. Généralement, les ondes produites dans le tube en sont extraites par l'intermédiaire d’un petit crochet et envoyées dans le circuit d’antenne.
- réalisable que la longueur d’onde est courte (aérien peu encombrant).
- Une autre considération importante est colle de la grandeur relative des dimensions du but et de cette longueur d’onde.
- Dans le cas de la détection d’avions, la théorie montre que la longueur d’onde ne doit pas être trop courte pour des questions de«écu-
- Çavité
- résonnante
- Paquet x d’électrons
- 'Cathode
- Anode
- Oscillations ultra. ’ haute Fréquence
- FIG. 6. —
- LE KLYSTRON, TUBE A MODULATION DE VITESSE
- Le hlystron, ou tube de MacNelly, est composé de deux électrodes : cathode chauffée par un filament et anode portée à un potentiel négatif. Une cavité résomiante réglable se trouve au milieu de ces deux électrodes. Les électrons sont repoussés par l’anode vers la cavité résonnante et y entretiennent des oscillations d’xütra-haute fréquence.
- rité de détection (une longueur d’onde métrique convient le mieux).
- Dans le cas de la détection de bateaux ou d’objets au ras de l’eau tels que périscopes, bouées, etc., la théorie montre que la longueur d’onde doit être centimétrique, car, théoriquement, au ras de la surface de la mer, le champ hertzien est nul et il croît .avec l’altitude d’autant plus rapidement que la longueur d’onde est courte.
- Les Allemands n’ont jamais compris comme les Américains l’importance des ondes centimétriques et ne sont jamais descendu au-dessous de 0m,50.
- Pour réaliser des émissions centimétriques, il a fallu évidemment renouveler l’arsenal des
- fig. 7. — deux' tubes électroniques servant a la
- PRODUCTION DES ONDES CENTIMETRIQUES : LE MAGNÉTRON (A DROITE) ET LE KLYSTRON (a GAUCHE)
- I
- tubes électroniques. Les Américains ont réalisé des magnétrons (fig. 5) très puissants, de plusieurs centaines de kilowatts (1).
- On emploie également pour la production des ondes centimétriques des tubes à modulation de vitesse ou klystrons (2), ou tubes de Mac Nelly (fig. 6). Ces tubes sont, par exemple, employés dans les récepteurs de certains appareils pour produire une onde à mélanger avec l’onde de retour en vue de produire la moyenne fréquence.
- Enfin, pour la réception dans certains appareils radar, les valves sont remplacées f)ar des détecteurs à cristal (fig. 8) (contact iil de tungstène-silice) fonctionnant d’une manière analogue au détecteur à galène des anciens postes récepteurs.
- Nous ne faisons ici qu’ellleurer une technique de fabrication dans laquelle l’industrie française a évidemment beaucoup à apprendre,
- (1) Voir : « L’émission d'ondes ultracourtes » (Science et Vie n° 255, septembre 1938).
- (2) Voir : « Qu’est ce qu'un klvstron ? » (Science et Vie n° 307, mars 1943).
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- Le radar et la défense des lies Britanniques
- Revenons aux premières manifestations sensationnelles du radar.
- En 1935, une première station radar fut installée à Orfordness sur la côte anglaise pour la détection des avions et des navires. En 1910, au moment de l’olfensive aérienne allemande, l’Angleterre étaient entièrement ceinturée d’une chaîne de stations radar capables de donner l’alerte et d’indiquer à l’aviation de chasse la position, l’altitude et l'importance des formations ennemies (lig. 9). Ces stations radar décelaient l’ennemi sous la forme d’arcs lumineux se rapprochant de plus en plus de l’écran à mesurer au fur et à mesure que les avions s’approchaient de la station.
- Quand l’Angleterre fut sauvée de l’offensive aérienne de jour et que les Allemands lancèrent leurs offensives de nuit (parmi lesquelles les attaques sur Coventry et Manchester sont restées tristement célèbres), le radar joua un rôle encore plus important qu’auparavant. Il permit de guider malgré la nuit et parfois malgré la brume les obus et les projecteurs de la 1). C. A. et les chasseurs de nuit vers l’ennemi.
- On mit alors au point le système appelé G. C. I. (flg.10) (abréviation de Ground Con-trolled Interception : interception commandée de la terre). Los stations radar de G. C. I. suivaient à la fois les formations ennemies et les chasseurs amis, et, par radio, guidaient ceux-ci vers celles-là. Quand les chasseurs de nuit étaient à moins de 3 kilomètres de leurs cibles, ils recevaient l’ordre de faire fonctionner un radar de bord qui explorait l’espace situé devant eux. Ce radar guidait alors le chasseur vers la cible et celui-ci, s’approchant sans être repéré, pouvait à loisir lancer ses rafales de mitrailleuses. La statistique des avions allemands descendus par la chasse de nuit anglaise au début de 1941 illustre très éloquemment l’efficacité du G. C. I.
- Janvier 1941................... 4 avions abattus.
- Février N».................... 1 avion abattu.
- Mars.......................... 24 avions abattus.
- Avril......................... 52 avions abattus.
- Mai.......................... 102 avions abattus.
- FIG. 8. — COUPE d’une VALVE A CRISTAL SERVANT A LA RÉCEPTION DES ONDES ULTRACOURTES
- C’est une valve dont le principe est le même que celui du détecteur à galène employé dans le début de la radio. Pour les ondes ultracourtes de tels détecteurs donnent un rendement meilleur que l&s tubes thermoioniques classique$ Plie est composée d'un cristal de silice sur lequel s'appuie la pointe d’un jii de tungstène appelé « catwhisher » (moustache de chat). Le tube est scellé hermétiquement daiis un tube de cuivre argenté et protégé ainsi contre les intempéries et les chocs.
- FIG. 9. — LE DÉVELOPPEMENT PROGRESSIF DE LA CHAINE PROTECTRICE DE STATIONS RADAR LE LONG DES COTES ANGLAISES
- En 1935, la station anglaise d’Orfordness était capable de repérer des avions à une altitude de 5 000 m et jusqu’à une distance de 05 km environ. En septembre 193S (au moment de Munich), la « portée » du radar était passée à 200 km couvrant entièrement l’estuaire de la Tamise et une petite portion du continent. En septembre 1939, toutes les côtes de Test et une grande jmrtie de celles de la Manche étaient protégées. En sepleijxbre 1941, le radar élevait contre les avions ennemis un mur protecteur qui couvrait entièrement les Iles Britanniques.
- Après cette date, les attaques aériennes sur l’Angleterre ‘faiblirent, puis disparurent complètement.
- Le radar a fait également merveille dans la défense d’une autre position insulaire britannique qui a défié plus de mille attaques aériennes, qui, sans lui, auraient bénéficié à chaque fois d’une surprise complète. Alors que l’équipement radar de la métropole était encore très insuffisant, les Anglais ont équipé l’île de Malto, position-clé en Méditerranée, de façon à pouvoir la protéger efficacement par une aviation de chasse peu nombreuse, mais employée avec un excellent rendement.
- Le radar devait trouver un champ d’applications extrêmement large dans l’artillerie de D. C. A. Il décèle les avions par n’importe quel temps, bien avant que les lunettes puissent les repérer, et détermine leurs coordonnées avec une précision très supérieure à celle des meilleurs télémètres. Ayant décelé ces avions, il en transmet automatiquement les coordonnées au firc direelor, appareil chargé du calcul de tous les éléments du tir (1) (fig. 11). Dans le courant de l’été 1944, l’efficacité de la I). C. A. anglaise
- (1) Voir : « Le Firc direefor, cerveau delà batterie contre avions » (Science et Vie, n° 233, novembre 1936).
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- FIG. 10. — LE PRINCIPE DU DISPOSITIF DE COMMANDEMENT DE LA CHASSE DE NUIT A PARTIR DES STATIONS TERRESTRES (g. C. I.).
- La station G.C.I. suit l'avion ennemi (1) et le chasseur ami (2) reconnaissable grâce'à son système d'identification I. F. F. (voir note page 185). Par radio (3) elle dirige le chasseur de nuit vers le bombardier. Quand le chasseur est à proximité du bombardier, il met son radar de bord (4) en action et rejoint le bombardier qu’il attaque.
- était devenue telle que 80 % des avions qui entraient dans son rayon d’action étaient abattus. Bien que ce système puisse fonctionner aussi bien de nuit que de jour, et que, par conséquent, il rende les projecteurs inutiles, on a cependant équipé des projecteurs de telle sorte qu’un radar, centré sur l’axe du faisceau lumineux, permette de diriger à chaque instant cet
- axe sur l’avion ennemi. De cette manière, on n’allume le projecteur que quelques secondes avant d’avoir besoin de rendre l’appareil visible, par exemple au moment où il va être attaqué par un chasseur de nuit qui l’a rejoint dans l’obscurité. De cette manière, la surprise est complète, et l’attaque plus dangereuse.
- En 1944, un nouveau danger menaça l’Angleterre, sous la forme de l’arme terroriste appelée VI, bombe planante propulsée à réaction et volant à une vitesse très grande. Là encore, le radar put guider les avions les plus rapides alors en service vers les VI, qui étaient bien souvent détruits avant d’avoir atteint leur but ou qui tombaient dans la campagne. Il permit également à la D. C. A. de détruire des cibles de très petites dimensions et de très grande vitesse telles que les VI dans de grandes proportions. Il convient de noter que, pour atteindre une telle précision, la D. C. A. s’était enrichie de deux systèmes radar nouveaux : l’un donnant la vitesse instantanée de la cible par la mesure de la différence de fréquence de l’onde incidente et de l’onde réfléchie (effet Doppler-Fizeau) et l’autre équipant une fusée d’obus explosant quand l’obus est suffisamment près de la cible pour que son explosion soit dangereuse (fig. 12).
- La construction de dispositifs de radar d’aussi petites dimensions permet de mesurer les progrès accomplis en cinq ans par la technique radioélectrique.
- La guerre sur mer
- Dans la guerre sur mer, les moyens dont dispose un navire pour explorer la mer autour de lui, ses « yeux » pourrait-on dire, sont aussi
- fig. 11. — Une batterie de d. c. a. commandée par radar
- Le radar A, dont la mission est d’explorer constamment le ciel, a détecté un avion. Celui-ci est suivi par le radar B qui, quelque temps avant qu'il entre dans le champ d'action de la D. C. A., le signale au radar centimétrique. Celui-ci remplace le télémètre optique des anciennes batteries. Il détermine avec précision les coordonnées de l’avion et sa vitesse et les passe automatiquement au lire director, instrument de calcul des éléments du tir des batteries.
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- importants que ses canons. Ils lui permettent de se diriger,, de repérer ses ennemis (avions, navires de surface, sous-marins) et de les attaquer. Au début de cette guerre, les yeux du navire, c’étaient essentiellement les yeux de son équipage, renforcés de tous les appareils d’optique (lunettes, télémètres) destinés à en améliorer le rendement. Mais, si haut qu’on plaçât les postes de guet, d’observation et de télémétrie dans les superstructures du bâtiment, et si perfectionnés que fussent ces appareils, la courbure do la terre limitait, dans les cas les plus favorables, la portée de ces appareils et surtout la nuit et la brume les rendaient complètement inutilisables ou en limitaient considérablement l’efficacité.
- Le radar a doté les navires d’un •« œil » électrique qui, d’abord employé pour remédier aux défaillances de l’œil humain, a de plus en plus tendance à se substituer à lui et est en train de bouleverser les méthodes de la navigation, comme il a bouleversé celles du combat naval.
- Les Américains ont lancé à juste titre dans une certaine mesure le slogan suivant : « Avec le radar, il fait toujours beau temps », carie rayon radar se propage à peu près dans les mômes conditions la nuit ou le jour, par temps brumeux ou par temps clair. Ainsi, la veille sur la passerelle et dans le nid de pie semble actuellement périmée. L’ancienne chambre à cartes est devenue vraiment la chambre de navigation, car c’est là que se trouve l’ofilcier de quart, enfermé entre quatre murs de tôle, mais parfaitement renseigné sur ce qui se trouve dans un rayon de plusieurs dizaines de milles sur mer et de plusieurs centaines dô milles dans les
- FIG. 12. — COUPE SCHÉMATIQUE ü’UNE FUSEE RADAR DE D. C. A.
- Cette fusée est constituée par un minuscule poste émetteur-récepteur dont on aperçoit les divers éléments: A, B, C, D lampes, E antennes, F circuit oscillant, G résistances et condensateurs. Au départ du coup, le choc brise l’ampoule I contenant un électrolyte, la batterie d’alimentation H du poste se trouve amorcée et l’émission commence. Après un parcours suffisant, le dispositif de sécurité J cesse d’empêcher le fonctionnement prématuré de la fusée. La fusée émet dans un cône très ouvert autour de l’obus un signal qui, lorsque l'obus passe près de sa cible, se réfléchit; l’écho est détecté et provoque l’explosion du détonateur L et de l’obus. Si l’obus manque sa cible, un dispositif d’autodestruction K provoque l’explosion de l’obus au sommet de sa trajectoire. L'installation radio est noyée dans une masse de cire qui remplit complètement l’espace libre du nez de la fusée.
- FIG. 13. — UN RADAR TÉLÉMÉTRIQUE SERVANT AU RÉGLAGE DE TIR DE D. C. A.
- On aperçoit sur le toit de la voiture l’antenne munie de son réflecteur qui sert à diriger l’émission du radar en un faisceau parallèle vers l’avion dont il s’agit de déterminer les coordonnées.
- airs (1). Il a, en effet, sous ses yeux, les « scopes », c’est-à-dire les écrans de ses radars qui sont pour le commandement des yeux électriques quasi infaillibles (2).
- Ainsi est née une nouvelle manière de naviguer. Les États-Unis, qui ont créé « une marine champignon », ont eu aussi à former des Officiers et des équipages. Ceux-ci, pris dans n’importe quelle fonction civile, ont acquis cette connaissance de la nouvelle navigation en un temps très court et ont obtenu des résultats brillants puisque l’on ne peut citer dans la marine américaine aucun dommage dù à l’ignorance ou l’impéritie. Beaucoup de commandants de bateaux (anciens avocats, libraires, etc.) qui n’avaient jamais navigué, ont fait la traversée de l’Atlantique sans encombre, en « suivant le navire de file ». Les des-
- (1) Cette différence de portée est due à la longueur d’onde employée. Nous avons vu que, pour la détection sur mer, il fallait employer une longueur d’onde centimétrique. Or les ondes centimétriques ne se propagent qu’en ligne droite comme la lumière. On est donc limité en portée par la courbure de la Terre.
- (2) Il y a lieu de signaler ici la mise au point d’appareils automatiques d’identification, qui ont reçu au cours de la guerre une très grande diffusion, aussi bien dans la marine que dans l’aviation. Leur prototype est l’appareil désigné par les lettres I. F. F. (Identification Friend or Foe). Atteint par le faisceau d’une station radar, l’unité (navire ou avion) répond par un signal hertzien codé. Ainsi peuvent être évitées des méprises au cours de rencontres nocturnes sur mer, ou bien de la part des stations de guet de la D. C. A. De même pour les débarquements aériens, le gros des troupes aéroportées était le plus souvent précédé d’équipes de reconnaissance lancées par parachutes, chargées de déterminer les endroits les plus favorables au débarquement des planeurB ou des parachutistes. Ces troupes étaient munies d’un appareil dérivant de l’I. F. F. et appelé Eurêka Rébecca qui, aussitôt en marche, balisait le terrain pour l’escadre aérienne de débarquement •et permettait aux bombardiers de soutien de connaître les positions conquises et d’éviter de les bombarder.
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- FIG. 14. — LE « SCHNORKEL », TUBE EN MATÉRIAU NON MÉTALLIQUE QUI PERMETTAIT'AUX SOUS-MARINS ALLEMANDS DE « RESPIRER » SANS REVENIR A LA SURFACE
- A l'extrémité du « Schnorhel on remarque la prise d’air et l’équipement radar qui permet au sous-marin de repérer éventuellement les avions ou les navires ennemis.
- troyers-escorteurs, seuls munis do radars, sont là pour fairo la navigation, pour détecter l’ennemi et le battre, comme les chiens de berger qui conduisent le troupeau et le défendent (1). On a môme doté chaque convoi d’un porte-avions d’escorte et le destroyer a vu son rôle se confiner dans la défense rapprochée de ce porte-avions vulnérable et du convoi proprement dit, l’aviation étant employée à la défense éloignée.
- Dans la lutte contre le péril sous-marin, des hydravions (les Short « Ga-talina ») munis de ^radars furent employés à la patrouille en mer. Leurs observations, permettant de repérer l’ennemi dans un rayon de 500 à 600 km quelle que fût la visibilité optique, et môme la nuit, ont été des plus funestes pour la flotte sous - marine allemande.
- Les U-Boote qui faisaient surface la nuit pour recharger leurs accumulateurs étaient repérés de très loin, par radar, soit
- parles «Catalina» soit par les destroyers d’escorie.
- Même en plongée, le sous-marin qui attaquait un convoi pouvait être détecté par son périscope.
- Pour échapper à cette détection, on sait que les Allemands utilisèrent le « Schnorkel » (fig, 14), sorte de manche à air, en matériel non métallique pour ne pas être détectable (1). Mais les résultats furent médiocres, car le rendement des sous-marins se trouva diminué .de moitié au moins.
- Les U-Boote, réduits à la défensive, furent •même construits, vers la fin, de manière à résister à des pressions énormes et pouvoir se réfugier à des profondeurs d’une centaine de mètres. A cette profondeur, le sous-marin qui était touché était complètement disloqué par l’effet de la pression sous-marine. Après l’explosion, la mer était couverte de débris humains, restes de l’équipage projetés des profondeurs.
- A partir de la fin de 1943, les convois ont pu ainsi traverser l’Atlantique avec un minimum de pertes grâce au système de protection radar. La bataille de l’Atlantique était définitivement gagnée. Pour cela, l’Amérique n’avait pas équipé moins de 500 destroyers d’escorte avant le milieu de 1944.
- (1) Voir : « De l’air frais pour les sous-marins en plongée » (Science et Vie, n° 330, mars 1945).
- STATION B
- • STÀT/ON
- (i) Si un bateau du convoi quitte son poste de convoi ou s’égare, les escorteurs qui le suivent sur leur écran s’en aperçoivent et le rappellent à son poste en lui indiquant sa route.
- FlG. 15. — LE PRINCIPE DU SYSTÈME DE NAVIGATION CEE
- Les stations A, B, C émettent simultanément un signal pulsé, mais, comme elles ne se trouvent pas à la même distance du radar récepteur placé à bord de l’avion, les signaux ne lui arrivent pas en même temps et leurs traces sur l'oscillographe cathodique sont distinctes sur l’échelle des temps. La mesure du décalage apparent des trois signaux donne les différences des distances de l'avion à A, B et C. Ces trois nombres permettent de faire sur des cartes spécialement carroyées le point exact de l’appareil.
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- FIG. 16. — LE SYSTÈME OBOE DE NAVIGATION ET DE BOMBARDEMENT SANS VISIBILITÉ
- Une station radar appelée station « chat » mesure de façon permanente la distance qui la sépare d’un appareil de bombardement et veille à ce que cette distance reste constante. Pour cela, elle envoie un certain signal (I) tant que l’avion suit un cercle dont elle est le centre et qui passe par le but. S’il vient à s’en écarter elle émet deux autres signaux II et III qui avertissent l’avion qu’il est soit à droite, soit à gauche du cercle et lui permet ainsi de revenir sur sa trajectoire. L’avion est ainsi acheminé au-dessus du but qu’il doit bombarder. Quand il va atteindre le but, une deuxième station, station «souris», émet un signal l’avertissant de se préparer au largage des bombes. Puis, quand il passe au point de lancement, elle lui donne l’ordre de larguer.
- L’avion émet un signal radar qm déclenche la réponse de deux stations A et A'. Les réponses s'inscrivent séparément sur une échelle circulaire. Le temps mis par les réponses pour revenir à l’avion mesure sa distance aux deux stations. Le but à bombarder est défini comme l’intersection de deux cercles Cet C ayant respectivement pour centre ces deux stations. L’avion décrit le cercle C et targue ses bombes quand il arrive A l’intersection dëC et C ou peu avant. Pour décrire le cercle C, l’avion fait coïncider le signal correspondant à la réponse de la station .1 avec un index fixe. Quand il arrive sur C', le signal correspondant à la réponse de A' vient lui aussi sur l’index: l’avion
- lâche alors ses bombes.
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- On s'est contenté de marquer d’un trait, sur le dessin obtenu, les contours de la côte tels qu'ils apparaissent sur une carte. On voit que, pour un observateur entraîné, l'image est assez précise pour permettre des bombardements sans
- visibilité.
- De l’exploration, le rôle du radar ne tarda pas à s’étendre à la télémétrie de précision. Tandis que les radars de reconnaissance ne donnent qu’une précision de 150 m environ, les radars de télémétrie, nettement plus lourds et plus encombrants et dont seuls sont dotés les gros navires, donnent une précision de 10 à 50 m comparable à celle de la meilleure télémétrie optique. Si l'on songe qu’un peu de brume suflit à mettre les télémètres classiques hors d’état de servir et que, d’autre part, le détecteur radar garde sa précision pour des portées supérieures à celle des dispositifs optiques, on comprendra que ceux-ci soient condamnés à céder la place aux radars : en combat naval, en effet, le navire qui frappe le premier au but est déjà plus qu’à moitié victorieux.
- C’est à l’année 1935 que remonte l’emploi du radar dans le combat naval. Les premiers radars furent installés à bord du Rodrtey et du 67ie/-
- fteld dans le but de détecter les avions. Mais on s’aperçut que les installations du Sheffield permettaient aussi bien de détecter les navires de surface, et on reconnut que cette nouvelle invention serait d’une importance vitale dans le combat de nuit en mer. La première démonstration éclatante de l’efficacité du radar eut lieu en Méditerranée ; en juin 1942, la flotte anglaise de la Méditerranée attaqua en pleine nuit une force italienne très importante et lui coula ses plus beaux croiseurs lourds avant que ceux-ci eussent pu s’apercevoir de la présence de l’ennemi (bataille du cap Matapan) (1).
- Dans ses actions contre le Schurnhorst et le Bismarck, la flotte anglaise est également redevable d’une grande»part de son succès au radar.
- Dans le Pacifique, les Américains, disposant
- (1) Voir : « La bataille de la mer Ionienne » (Science et Vie, il0 286, juin 1941).-
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- LE RADAR
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- cependant de moyens réduits, mais obtenant de leur aviation embarquée le rendement maximum, purent compenser ainsi leur infériorité numérique dans les batailles de la mer de Corail et de Midway . et assener ainsi en 1942 les coups d’arrêt à l’invasion nippone vers le. sud et l’est. Puis ce furent les victoires des îles Salo-mon-Guadalcanal (novembre 1912) obtenue la nuit, des Mariannes (février et juin 1944) et enfin la plus grande de toutes, celle des Philippines (octobre 1944) qui coûta aux Japonais 4 porte-avions, 3 cuirassés,
- 8 croiseurs et 20 destroyers coulés ou fortement endommagés.
- Diminuée par ces échecs et incapable d’échapper à la surveillance des « yeux électriques » de l’aviation navale américaine, portant à plusieurs centaines de milles, la marine japonaise dut se terrer dans les port de la mer Intérieure où elle fut détruite par les attaques aériennes.
- De la même façon, l’artillerie de côte a vu la précision de ses tirs s’améliorer notablement par l’emploi du
- radar télémétrique : pendant la dernière nuit de l’évacuation du port de Boulogne ’*par les Allemands, l’artillerie côtière de Douvçcs réussit à couler sans les voir 11 des 18 navires qui essayèrent de quitter le port.
- Le radar dans l’offensive aérienne contre l’Allemagne et le Japon
- Après avoir subi en 1940-1941 les bombardements allemands, l’Angleterre entreprit dès 1942 de prendre sa revanche et d’écraser l’Allemagne sous un déluge de bombes. Ht ce furent les raids de puissants quadrimoteurs et de rapides Mosquitos qui martelaient inlassablement les villes allemandes.
- L'organisation d’un raid d’un millier de bombardiers qui doivent, pour arriver en formation sur le but, suivre un itinéraire extrêmement précis avec un horaire strict, parfois dans des conditions météorologiques défavorables, est une opération très compliquée, et qui eût été beaucoup plus difficile encore sans le radar. Nous allons donner brièvement le principe des dispositifs de navigation et de visée réalisés à bord des bombardiers.
- Le système Gee (Angleterre) ou Loran (Amérique) est un procédé de navigation qui consiste
- FIG. 19. — LE PRINCIPE DE LA BOITE GEN OU H 2 S
- Un pinceau d’ondes hertziennes balaie un cône dont la 'base est la zone à explorer. Le balayage de ce cône s’effectue de telle sorte que l’extrémité du pinceau décrit le rayon OR, un rayon légèrement décalé, et ainsi de suite. La vitesse de rotation du rayon balayé OR est d’environ 50 t/mn. Les ondes réfléchies par le terrain sont reçues par le radar et règlent l’intensité du pinceau électronique du tube cathodique, lequel balaie l’écran radar de telle sorte que le spot décrive le rayon O'R' pendant que le pinceau hertzien décrit le rayon OR. Le rayon O'R' tourne sur l’écran radar à la même vitesse que le rayon OR autour de l’axe du cône exploré. Dans ces conditions, on obtient de chaque poi?it A du terrain une image. .1' plus ou moins lumineuse suivant que les ondes réfléchies atteignant A ont une intensité plus ou moins grande. Grâce à la pérsistance de la fluorescence sur l’écran, on obtient une image complète du terrain exploré.
- à enregistrer sur un même écran à bord d’un avion des signaux émis simultanément à une microseconde près environ do deux points des côtes d’Angleterre, et à mesurer le temps qui sépare l’arrivée de ces deux signaux, ce qui donne immédiatement la différence des distances de l’avion aux deux stations émettrices. Le lieu des points tels que cette différence ait une valeur donnée est une hyperbole. Avec une troisième station éinet-trice, on obtient un deuxième réseau d’hyperboles coupant les premières. Des cartes spéciales existent qui sont carroyées en de tels réseaux d’hyperboles. A chaque instant, le navigateur peut déterminer sa position sur la carte par l’observation des signaux émis de trois stations côtières (fig. 15). Ce procédé de navigation a d’ailleurs été employé dàps le débarquement en Normandie, toute l’Armada des navires de combat, des péniches de débarquement et des caissons de ports artificiels se plaçant aussi bien de jour que de nuit par cette méthode.
- Le système' Oboe (Angleterre) (fig. 16) consiste à guider l’avion sur le but qu’il doit atteindre, sans qu’il lui soit nécessaire de voir son objectif. Le bombardement peut se faire à travers les nuages sans perdre de sa- précision. Pour cela, le but est défini par l’inteiséction d’un cercle ayant pour centre une preutièfe station avec une droite passant par la deuxième. L’avion est averti par deux signaux sonores différents s’il s’écarte à droite ou à gauche de sa trajectoire circulaire. Il est averti quelques instants avant de lancer sa bombe qu’il va passer sur le but. Enfin, il reçoit le signal du largage quand il passe sur l’objectif. C’est ce système qui a permis par exemple la destruction de 94 p. 100 de la ville d’Elbcrfcld en trente minutes par 518 bombardiers alliés.
- Avec le système Shoran (Amérique) (fig. 17) l’appareil emmène un émetteur radar qui déclenche la réponse de deux stations placées à terre. En faisant coïncider la réponse reçue d’une première station avec un index fixe, on guide l’avion sur un cercle ayant cette station pour centre. En faisant coïncider la réponse venue de la deuxième station avec le même index fixe, on amène l’avion à l’intersection du cercle parcouru avec un cercle ayant pour centre la deuxième station. Le point obtenu
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- est extrêmement précis et permet le bombardement à travers les nuages.
- Enfin, sous l’indicatif H,S, on a réalisé un dispositif permettant d’obtenir sur l'écran du radar une vue du terrain survolé.
- On fait balayer en site et en azimuth par un faisceau conique très fin l’angle solide sous lequel le paysage est vu de l’avion. Il s’agit d’une sorte de « télévision -; en lumière hertzienne (1). Le balayage est_ plus lent qu’en télévision, mais, grâce â la rémanence de l’écran, on réalise la photographie du terrain (fig. 19). En effet, le rayonnement du faisceau est absorbé s’il rencontre une rivière et réfléchi avec plus ou moins d’intensité suivant qu’il rencontre un terrain plat ou un terrain bâti. Ce rayonnement traverse les nuages et perce les camouflages les plus soignés.
- Le bombardement sans visibilité avec un radar H.>S est réalisé par projection sur son écran d’un cercle lumineux : le lâcher doit s’effectuer lorsque l’image du but arrive sur ce cercle, dont le rayon dépend de la vitesse de l’avion, de son altitude, etc.
- Ces exemples montrent la variété des applications du radar à bord des avions de bombardement. Sur les Superforteresses qui allaient bombarder le Japon, il n’y avait pas moins de cinq dispositifs radar différents.
- Signalons enfin que, contre les escadres de bombardement, les Allemands avaient mis au point à'.leur tour un système de radar contre lequel les bombardiers alliés ont eu à se défendre. Ils l’ont fait en lâchant des «nuages » faits de bandes de papier métallisé réfléchissant les ondes du radar et brouillant les indications de cet appareil. Ces .pandes de papier ont longtemps recouvert les campagnes et les villes du Nord de la France.
- L’avenir du radar
- A bord de tous les moyens de locomotion que la technique moderne a mis au point une inattention du pilote ou des conditions atmosphériques défavorables peuvent entraîner des accidents graves : le radar pourra éviter d’une façon automatique un grand nombre de ces
- Jl) Il y a correspondance entre le faisceau et l’écran comme, dans le cas d’une réprésentation panoramique ordinaire (voir page 181).
- . -ir:
- accidents. On ne connaîtra plus de navires heurtant des icebergs ou d’avions heurtant les montagnes par temps de brouillard. On peut concevoir une signalisation hertzienne des chemins de fer qui leur permettrait de conserver leur vitesse même par temps de brouillard. Les perturbations atmosphériques, comme les typhons, sont déjà décelées par radar.
- La navigation sur mer se trouvera transformée quand les côtes et les récifs seront balisés de phares hertziens et paraîtront sur l’écran du radar de bord. Le même radar donnera l’emplacement exact du navire par rapport aux environs immédiats d’un port dont le « plan » s’inscrira sur l’écran luminescent. Enfin, en pleine mer, les dispositifs de navigation analogues à ceux décrits pour les bombardements pourront servir à diriger les navires.
- Et, si, par malheur, les bombes-fusées de l'avenir devaient de nouveau semer la mort sur notre globe, ce serait, dans l’état actuel de la technique, à des dispositifs radar que l’on ferait appel pour diriger vers ces bombes, avant qu’elles n’atteignent leurs buts, les engins capables de les détruire en l’air.
- Il est encore trop tôt pour prévoir toutes les applications que le radar, après avoir révolutionné un grand nombre de techniques militaires, va nous offrir dans la paix. Ici, comme dans beaucoup d’autres domaines, la Francè, après avoir été une des initiatrices de la nouj velle technique (les travaux de M. David et ceux de la Société Française de Radio-électricité sont" parmi les tout premiers sur cette question) s’est laissé distancer. Ce sont des radars anglais et américains qui équipent ses navires et ses avions, et tandis que, dans les laboratoires américains, des centaines d’ingénieurs travaillent en équipe à perfectionner sans cesse ces nouvelles inventions, tandis que l’industrie anglaise de la radio a vu son importance multipliée par cinq pendant cette guerre, et que ces industries parfaitement équipées se préparent à lancer sur le marché des appareils de radio et de télévision ultra-modernes, notré industrie repart presque à zéro.
- Un gros -effort doit être fait pour que la France retrouve le rang plus qu’honorable qu’elle occupait avant la guerre dans ce domaine/.
- R. Leprêtre.
- Très prochainement sera mis en vente le NUMÉRO MORS SÉRIE que “ SCIENCE ET VIE” va consacrer à L’ARTILLERIE ATOMIQUE et à ses plus récentes applications aux armes de guerre aussi bien qu’aux techniques du temps de paix, industrielles, biologiques et médicales. Il mettra à la portée de tous les principes sur lesquels reposent les techniques ultramodernes d'accélération des particules électrisées (électrons, protons, deutons, ...) et de libération des neutrons. Les applications pratiques de ces projectiles sont d^jè très nombreuses : production des rayons X, microscopes électroniques, fabrication de radioéléments artificiels, neutronthérapie, bombes atomiques. Elles sont appelées à prendre, dans un avenir prochain, une extension considérable. Nul ne peut les ignorer. I
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- Inutile de nous envoyer une lettre.
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- A LA RECHERCHE DES CONSTITUANTS INTIMES DE LA MATIÈRE VIVANTE
- > par Jean LABADIÉ
- Dans son exploration méthodique de l’Univers, le savant est bien souvent amené à postuler l’existence d’« êtres de raison », molécules, atomes, électrons, astres invisibles, etc., qui échappent à son observation, mais dont l’existence est nécessaire pour l’explication de certains phénomènes. Pourtant, quel que soit le degré de probabilité que prennent ces hypothèses, rien n’est aussi satisfaisant pour l’esprit que de voir ces êtres ou les isoler et agir sur eux. Dans l’étude des phénomènes de la vie, il existait encore, il y a quelques années, un domaine complètement inexploré, séparant les plus petites bactéries visibles à l’ultramicroscope des molécules de la chimie organique que nous ne verrons jamais, mais que nous savons reproduire par synthèse. Dans ce domaine, on situait les ultravirus (virus filtrants), les bactériophages et les gènes (facteurs de la transmission des caractères héréditaires), ainsi que les molécules protéiques géantes dont est constituée la matière vivante. La découverte du microscope électronique a permis de voir un certain nombre de ces êtres et même de les filmer (bactériophages, virus). Enfin, trois techniques différentes permettent de les isoler, de les peser et de calculer leurs dimensions, Ces trois techniques, qui commencent seulement à porter leurs fruits, permettent une véritable dissection de la substance vivante. Grâce à elles, on peut espérer, dans les prochaines années, pénétrer toujours plus avant les secrets de la vie, de ses mécanismes et de ses origines.
- Après tous les échecs subis dans leurs tentatives d’isoler au moyen de filtres les virus inaccessibles à leurs microscopes, tels ceux de la rage et de la vaccine, ni Pasteur, ni Chamberland, ni leurs successeurs immédiats ne pouvaient prévoir qu’un « filtre » immatériel aurait finalement raison de microbes invisibles que nous appelons aujourd'hui des « ultravirus », et que ce filtre serait un champ de forces.
- Électriques ou gravifiques suivant le cas, les champs de forces sont devenus aujourd’hui de puissants moyens d’analyse aux mains des biologistes. Soucieux d’isoler sans détruire — tout l’art de la dissection — les biologistes dissèquent en effet littéralement les milieux qui les intéressent (par exemple le sang et ses sérums normaux, infectés ou immunisés) en dispersant leurs constituants biologiques et même chimiques par l’ultracentrifugation, ou encore l’électrophorèse.
- Sous l’action différentielle soit des forces centrifuges, soit des forces électriques auxquelles les divers éléments opposent des inerties différentes, ceux-ci se séparent suivant une échelle de grandeurs qui peut atteindre jusqu'à la molécule — du moins les molécules géantes qui, des albumines aux nucléoprotéines, sont l’objet» des recherches des biologistes. La masse de ces molécules dépasse immensément les valeurs familières de la chimie minérale (18 pour la molécule d’eau), puisque, débutant à 40 000 avec l’oval-
- bumine, elle atteint les nombres de 2 à 300 millions avec les molécules des protides qui constituent notamment les noyaux cellulaires, les « nucléoprotéines »• auxquelles on assimile aujourd’hui les ultravirus.
- Les dimensions correspondant aux divers degrés de -cette échelle moléculaire s'étagent sur une diversité de diamètres qu’on évalue à 10 mp. (millimicrons) pour la molécule d’ovalbumine, à 17 mp pour la molécule hémoglobine du cheval, jusqu’à 175 mp. pour le virus de la vaccine, 275 mp pour celui de la psitla&ase, les plus proches de la visibilité à l'ultramicroscope. Ce sont encore des naines relativement au bacillus prodigiosus, dont la taille est de 750 mp, et la masse, comptée toujours dans le même système, de 173 milliards, chilîres d’ailleurs as'sez modestes si on les compare à la taille d’un Vulgaire globule rouge sanguin qui est de 7 500 mp. avec une niasse à l’avenant : 173 trillions.
- Telle est l’échellé des grandeurs à'"1# filtrer ».
- L’ultrafiltration par des memliranes aux pores de dimensions moléculaires
- N’allons pas croire, toutefois, que le filtre olassique, à membrane, soit abandonné. Bien au contraire, on l’a perfectionné jusqu’à lui faire tamiser des ultravirus (fig. 1).
- Les porcelaines les plus fines des bougies Chamberland ne sont qu’écumoires grossières si on compare leur porosité à celle d’un feuillet
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- de cellophane ou de collodion. Car ce sont là de véritables tamis à l’échelle moléculaire. Les molécules doiit il s'agit ici sont de cette espèce linéaire dont nos lecteurs ont déjà fait connaissance à propos des textiles synthétiques (1). Leur enchevêtrement constitue, dans le collodion, un véritable fcuLrage. On ne saurait, en conséquence, pousser très loin l’analogie d’un tamis dont les « trous » seraient figurés par des interstices ménagés entre fibres. Appelons donc ces interstices des « pores », ce qui les rapproche du langage biologique sans rien changer d’ailleurs à l’irrégularité de leur nature «feutrée» et de leur inégalité dont il faut s’accommoder pour le calcul du calibre théorique d’un tel filtre. Il est, en etïet, évident que le filtre idéal présenterait des pores qui seraient tous de même calibre. Ainsi les particules en suspension dans le liquide à filtrer seraient exactement séparées en deux catégories ; celles de dimensions supérieures au calibre des pores, qui seraient arrêtées par le ülDe, et celles de dimensions inférieures au calibre des pores, qui passeraient toutes à travers la membrane filtrante.
- L’irrégularité des pores des filtres réels introduit la notion de deux diamètres d et D exil) Voir : «Les molécules géantes » (Science et Vie, n° 303, novembre 1945).
- trêmes, entre lesquels se répartissent au hasard, suivant la loi statistique de Gauss, les dimensions des pores. Entre ces deux diamètres se trouve la zone de dispersion du filtre. Si toutes les particules de diamètre inférieur à d traversent la membrane, et si toutes les particules de dimensions supérieures à D sont arrêtées, les particules dont les dimensions sont comprises entre d et#I) sont tantôt arrêtées, tantôt laissées libres de passer, et cela dans uneproportion qui dépend, entre autres facteurs, de leurs dimensions. C’est une zone dans laquelle le filtre est inutilisable. Cette zone est appelée la dispersion du filtre. Il est bien évident qu’il y a intérêt à ce qu’elle soit la plus faible possible.
- Dans la pratique, on définit les caractéristiques du filtre par la valeur moyenne des diamètres des pores et par la valeur de la dispersion. Pour un même filtre, ces deux données varient quand on fait varier la pression à laquelle s'effectue la filtration. La courbe de la première est appelée la courbe de perméabilité du filtre. Elle est obtenue en étudiant, la vitesse de filtration de l’eau distillée. La courbe de dispersion (lig. 2) est plus délicate à obtenir. On doit pour cela faire appel aux lois de la capillarité.
- Muni de ces courbes, caractérisant chacune une, membrane ou un lot de membranes, le physi-
- FIC. 1. — UNE BATTERIE D’ULTRAFILTRES DE GRABAR
- Cette batterie est spécialement établie pour isoler certains bactériophages. Le liquide à filtrer est soumis à une pression d'air (fournie par la conduite d’air comjjrimé A) ou d’azote (réservoir B). I-a pression le force à traverser la membrane de collodion placée sur un entonnoir en verre poreux. Le liquide es! recueilli dans tin tube à essai. On a placé sur le bord de la table les éléments qui constituent un filtre de la batterie: R, réservoir en cloche contenant le liquide à filtrer; E, entonnoir en verre poreux qui supporte la membrane de collodion; J et M, joints pl tïifnirhtrn de rnmtlchmir ntii nsRiivpni l'élnnrhéiht de l'ensem hle. et bannes de serraQC.
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- FIG. 2. — COURBES CARACTÉRISANT LA « DISPERSION »
- DES PORES DE DIVERSES MEMBRANES FILTRANTES
- Ces courbes correspondent à des membranes de porosité décroissante. L’ordonnée de chaque courbe représente le nombre a des pores par unité de surface dont le diamètre cl, calculé d’après certaines lois statistiques, est donné par l’abscisse correspondante. On voit sur ces graphiques que la répartition du nombre des pores suivant les différentes valeurs du diamètre est d’une irrégularité croissante à mesure que décroît la porosité. Toute ta difficulté est donc d’obtenir des membranes de moins en moins poreuses et fournissant néanmoins des pores d’une répartition suffisamment régulière pour être utilisables.
- cien est en mesure d’opérer ce qu’il nomme des «ultrafiltrations fractionnées».
- La courbe de dispersion afférente à la membrane utilisée (indiquant le nombre des pores classés par rang de taille) lui permet de calculer les diamètres maxima des éléments identifiés dans le iütrat. Mais il suffit de l’existence de quelques «grands pores», s’écartant de la moyenne authentique plus que ne l’autorise la loi statistique de Gauss (loi des écarts d’après laquelle est construite la courbe) pour que le résultat soit faussé. D’autre part, l'affinité d’adsorption du collodion choisi pour tel ou tel des éléments que l’on veut isoler influence la sélection recherchée. A quoi il faut ajouter le colmatage des pores par accumulation des plus gros éléments non fil trahies qui fausse ipso facto la notation du «point terminal», c’est-à-dire du point où, en principe, il ne reste plus rien, en amont, de la substance recueillie en aval, et où on peut, par conséquent, considérer l’opération comme terminée.
- La préparation minutieuse des membranes filtrantes
- Les quelques indications précédentes montrent à quel degré de subtilité s’est élevée la technique du filtre et tout ce qu’on en peut attendre, aux conditions près d’une expérience qui dépend finalement de l’habileté de l’expérimentateur. Il n’est pas surprenant que cette habileté ait à se manifester, pour commencer, dans la prépa-
- D’après l’un des meilleurs techniciens de l’ultrafiltration, M. P. Grabar, de l’Institut Pasteur,' donnons un aperçu des conditions dans lesquelles il prépare ses membranes de collodion.
- - Et, d’abord, de quel collodion s’agit-il ?
- Si l’on destine le filtre à des solutions aqueuses, la membrane sera de nitrocollodion (nitrocellu-lose) ; si on destine le filtre à d’autres solutions, graisseuses, on utilisera l’acétate de collodion (acétocellulose). Les précautions chimiques étant prises, la préparation physique commence. On étale la dissolution à la manière d’une crêpe ( sur un plateau de verre optiquement plan et dont l’horizontalité parfaite est assurée par trois vis micrométriques. L’évaporation dont le résidu sera la membrane dépend du solvant Utilisé. L’éther serait, dans ce rôle, trop volatil, l’alcool amylique risquerait de : précipiter la cellulose en grumeaux, etc. Un couvercle à double fond (tôle, buvard) et fenêtres latérales d’observation, posé sur le plateau, ralentit l’évaporation, tandis que la chambre-laboratoire est maintenue à température constante et qu’un hygromètre surveille la tension de vapeur am-
- FIG. 3. — LA PRÉPARATION DES MEMBRANES DE COLLODION SERVANT A L’ULTRAFILTRATION
- Elle s'effectue dans une pièce dont la température est maintenue constante par un thermostat B. Celui-ci règle le chauffage d’un radiateur A situé au plafond pour éviter les courants de convection ascendants. Le collodion dissous dans un solvant convenable est versé sur la surface J> optiquement plane et ynaintenue rigoureusement horizontale grade à trois vis calantes micrométriques E. Un niveau de précision F sert à vérifier l'horizontalité de cette surface. L’évaporation du solvant s'effectue sous un couvercle C à double fond qui la raleyitit et' protège la surface du collodion. Elle peut être surveillée nar un renard latéral.
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- FIG. 4, — VUE DU STATOR DE L'ULTRA CENTRIFUGEUSE HUCUENARD-HENRIOT, MODIFIEE PAR P. LEPINE A l’institut PASTEUR
- L’orifice central (1) est l'arrivée du jet d'air sustenta-teur. Les huit orifices périphériques (2) sont les arrivées ïïes jets d’air moteurs. La bobine induite (3) (voir fig. 7) est visible latéralement. Les deux canalisations d’air (en caoutchouc J débouchent à gauche sur le pourtour du stator. Disposés en hexagone, six freins (4) sont fixés à un plateau dont te secteur à crém'aillère est actionné par une vis sans fin. Ces freins sont destinés à maintenir le rotor (enlevé sur la figure).
- biante (fig. 3). Au prix de tant de raffinements, il se pourra qu’au bout de quatre heures d’évaporation lente la fine pellicule détachée de son plateau natal et confiée à un berceau non moins préparé pour la recevoir, enclose dans un carter étanche, réponde aux espérances, plus exactement aux calculs de l’opérateur. Mais il n’en aura la certitude qu’après les essais méthodiques dont nous avons parlé, aboutissant aux courbes caractéristiques.
- Enfin, parvenu à pied d’œuvre, au laboratoire d’ultrafiltration, il convient d’appliquer à la membrane certain coefficient de correction qui tiendra compte, relativement à la grandeur des pores calculés, de la nature des préparations , à filtrer. Par l’effet d’adsorption, la membrane tendra à retenir dans ses pores les molécules d’une certaine dimension ; il ne faut pas que ce soient celles que, précisément, on désire filtrer ; mais, même si celles-ci passent, l’effet d’adsorption aura agi comme si les pores s’étaient rétrécis de 50 à 33 °/0.
- Toutes les corrections faites, alors seulement on pourra définir en millimicrons (de 10 à 20 mpi) les diamètres des nucléoprotéines qui auront traversé la membrafie.
- Utilisant enfin toutes les données, le savant osera passer outre à la simple notion d’un « diamètre de particules supposées sphériques », pour essayer de trouver par le calcul la forme plus ou moins allongée desdites particules. De cet allongement dépend en effet l’aisance avec laquelle les macromolécules « prennent la file » devant les pores de l’ultrafiltre. Nous verrons tout à l’heure quel parti l’ultracentrifugation tire de la même hypothèse, mais déjà l’ultra-filtre fournit de précieuses indications.
- En présence a’un tel perfectionnement, nous sentons bien que les possibilités de la méthode du filtre ont atteint leur limite.
- Et voici d’autres moyens d’investigation.
- L'ultracentrifugation
- Soumettons la matière fluide qu’il s’agit de différencier à ün champ de forces centrifuges.
- i
- FIG. 5. — LE ROTOR DE LA SUPERCENTRIFUGEUSE HUGUENARD-HENRIOT MODIFIÉE PAR P. LÉPINE
- Spécialement établi pour les expériences de l’Institut Pasteur, ce rotor comprend: 1° un boîtier conique en acier portant A sa face externe inférieure, et taillées dans sa masse, de véritables aubes de turbine, sur lesquelles viendront frapper les jets d’air moteurs du stator. Le boîtier se ferme par un couvercle d’acier qui se visse dans sa masse-2° un cône massif de duralumin qui prend place dans le boîtier. Il est percé de trois alvéoles dont les axes sont disposés suivant les rayons du rotor, et dans lesquels on insère la préparalion'à centrifuger soit au moyen de tiges métalliques du même calibre perforées de tubes capillaires, soit de cellules de plexiglass telles quëcelle qu’on aperçoit sur la photographie. La pince me au second plan sert au montage et au démontage de l’ensemble,
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- FIG. 6. — l’ultracentrifugeuse établie a l'institut
- PASTEUR PAR LE Dr PIERRE LEPINE SUR LE PRINCIPE DE HUGUENARD ET HENRIOT
- L’appareil tournant (dont le fonctionnement est détaillé dans les figures ci-jointes J est enfermé dans un épais carter de fonte hermétiquement clos (!) qui servirait de bouclier protecteur dans le cas d’une explosion du rotor, tout en permettant de raréfier l'atmosphère dans laquelle toiirne le rotor. On reconnaît sur cette photo les appareils: hétérodyne (2), amplificateur (3) et oscillographe cathodique (4) servant à évaluer la vitesse de rotation de la centrifugeuse (voir fig. 7 et 8). On aperçoit à gauche te compresseur d'air (5) et la vanne de réglage d’air comprimé (6). ,\
- Si la structure en est homogène et la pureté parfaite, l’application du champ de forces n’aura d’autre effet que de la tasser; Il ne se formera aucun dépôt à la périphérie du dispositif centrifugeur.
- Mais, comme la substance analysable est hétérogène par définition, les- éléments particulaires en suspension dans le liquide vont se mettre en mouvement dans le sens des forces mécaniques avec une accélération uniforme. La résistance visqueuse opposée par le milieu contrarie cette accélération en raison directe de la surface des particules et en raison inverse de leur densité. Une loi, formulée mathématiquement par Stokes, permet de calculer dans ces conditions la vitesse prise par chaque espèce de particule. En fonction de ces données, ^ette vitesse est proportionnelle à l’intensité du champ de forces, au carré du diamètre de la particule supposée sphérique et à la différence de densité entre cette particule et le liquide.
- Quand le champ de forces qui agit sur les particules en suspension dans le liquide est le champ de la pesanteur, ce champ étant de faible intensité et agissant sur des particules de faibles dimensions et de densité voisine de celle du liquide, les vitesses de chute de ces particules ont une valeur pratiquement négligeable, et leur sédimentation au fond du vase demanderait un temps infiniment long. Mais, si le champ de forces devient plusieurs milliers de fois celui de la pesanteur,- il n’en est plus de même, et la sédimentation tend à se produire, les particules les plus rapides se séparant des plus lentes.
- L’ultracentrifugation nous offre plusieurs possibilités. Si nous pouvons identifier aux divers moments de l’opération les diverses molécules parvenues à une distance donnée du centre de rotation,
- ;si nous connaissons la viscosité du milieu, la densité de la matière constituant les molécules, nous pouvons immédiatement déduire leur grandeur à partir de la formule de Stokes. Si nous connaissons leur taille, obtenue par d’autres procédés (notamment par ultrafiltration), nous pouvons inversement déduire leur densité et par là même leur masse. Lorsque'ces particules sont monomoléculaires et que cette masse est évaluée avec l’unité convenable (la masse de l’atome d’oxygène étant prise égale à 16), cette masse est la masse moléculaire de la substance étudiée.
- On aperçoit donc que le noifveau procédé ne supplante pas le précédent. Les deux techniques se complètent. Passons maintenant aux centrifugeuses chargées de fournir les champs de forces en question.
- Les deux ultracentrifugeuses de l'Institut Pasteur (Service du Dr Lépine)
- Ces machines utilisent presque toutes aujourd’hui la technique remarquable inventée en 1928 par Huguenard et Henriot pour obtenir des rotations ultrarapides. La principale difficulté était de fournir à ces rotations un pivot matériel, en raison des efforts très spéciaux (effets gyroscopiques, vitesses critiques) qu’elles
- infligent à l’axe. Nos- physiciens tournèrent la difficulté en créant l’élégante ./tgûrbine que nos lecteurs connaissent (1), donfUfe rotor flotte librement sur le jet aérien qui, de par ailleurs, le fait mouvoir.
- Taillé en forme de toupie dont le cône est sillonné de cannelures calculées, à la manière des aubeS de turbines, le rotor TÎüguenard-Hen-riot épouse un stator creux, d.àfprofil inverse, duquel s’échappent, à l’incidence voulue, de puissants jets d’air comprimé. Le système évoque la coquille d’œuf soutenue par le jet d’eau qui la fait tournoyer, mais la figure réalisée ici est singulièrement plus riche d’applications. Si, en effet, l’intervalle séparant le rotor du stator est suffisamment réduit, il se produit un effet bien connu en mécanique des fluides : au lieu que l’injection d’air repousse verticalement le rotor, comme il semblerait naturel à première vue, le tourbillon d’air qui se forme en
- (1) Voir : a La turbine qui doit tourner à un million de tours par minute » (Science et Vie, n°98, août 1925)
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- Rotor
- aimanté
- Bobine
- induite
- Générateur
- hétérodyne
- Oscillographe
- FIG. 7. — SCHÉMA DU « COMPTE-TOURS » DE L’APPAREIL DE LÉPINE
- A gauche, le rotor de l’ullracentrifugeuse, aimanté suivant l'un de ses diamètres, induit dans la bobine, latérale un courant alternatif de même fréquence que sa rotation. La tension induite, convenablement amplifiée, est appliquée à l’une des deux paires de plaques de l’oscillographe, dont l’autre paire est reliée à un générateur hétérodyne à fréquence réglable. La composition de deux fréquences impose au faisceau électronique de l’oscillographe (trait interrompu) un mouvement tel que le spot lumineux qui marque son impact sur l’écran décrit une courbe de Lissajous. En particulier (fîg. 8’), si les deux fréquences sont égales, la courbe est un cercle, une ellipse ou un
- ' segment de droite.
- dessous de l’axe du rotor présente en son centre un vide relatif. Ce vide a tendance à attirer le rotor, et cela jusqu’à ce que celui-ci atteigne une position d’équilibre extrêmement rapprochée du stator. Ainsi’, la liaison mécanique du rotor et du stator se trouve assurée beaucoup mieux que par un axe rigide.
- L’appareil établi sur ce principe, à l’Institut l’asteur, par le I)r Pierre Lé-pine, comporte un curieux perfectionnement (fig. -1) : un jet d’air supplémentaire, purement sustentateur, y est appliqué verticalement au rotor, concurremment aux jets obliques, moteurs. Ce jet supplémentaire a pour effet d’augmenter la vitesse;en évitant les effets de cavitation qui ie produiront avec des très hautes vitesses de rotation, et de permettre le démarrage et l’arrêt du rotor sans contact solide avec les parois du stator, ce qui permet d’éviter tout remous dans le matériel centrifugé.
- La difficulté propre au laboratoire de biologie consiste clans l’installation des substances étudiées à l’intérieur des rotors qu'il faut établir, en conséquence, aiissi volumineux que possible, tout en n'oubliant pas que la force centrifuge appliquée croît en1 même temps que le rayon au rotor et qu’elle risque à la fin de faire éclater celui-ci.
- La figure 5 montre en ses pièces détachées le rotor construit par le Dr Lépine ; il se compose d’un boîtier en acier muni d’un large couvercle à vis ; un cône de duralumin massif, perforé radialement de trois excavations cylindriques, s’insère exactement dans cette toupie d’acier. La substance à centrifuger est placée, en tubes capillaires, dans les excavations ra-
- FIG. 8. — UN ASPECT DES COURBES DE LISSAJOUS, QUI, SUR
- l’écran fluorescent de l'oscillographe, permettent de
- COMPARER LES PÉRIODES DE DEUX VIBRATIONS
- La courbe est ici une ellipse, ce qui correspond A deux vibrations de périodes égales. Si les deux périodes étaient extrêmement peu différentes, la courbe se déformerait lentement, à mesure que varierait le déphasage des deux vibrations, passant successivement par toutes les /ornes de l’ellipse, du cercle au segment de droite, puis de nouveau au cercle, et au segment de droite perpendiculaire au premier. On s’aperçoit qu’on a réalisé l’égalité parfaite de deux fréquences quand la courbe cesse de se déformer,
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- CONSTITUANTS INTIMES DE LA MATIÈRE VU ANTE
- 1 07
- FIG. 9. — L’ULTRACENTRIFUGEUSE DE SVEDBERG EN PLACE DANS LES CAVES DE
- L’INSTITUT PASTEUR
- Le cylindre étanche (1) contient le rotor d'expérience (voir fig. 10) qui, suspendu par une corde à piano à l'appareil mécanique proprement dit (2), tourne dans une atmosphère d'hydrogène raréfié entretenue grâce à la canalisation (3). L’étanchéité est assurée par un joint à huile que traverse la corde â piano. En (4) on aperçoit les tubes amenant l'air comprimé à l’appareil moteur. Le tube vertical (5) est destiné aux visées à travers les alvéoles du rotor d’expérience selon le principe décrit à la figure 11. La paroi (6) est le mur de la chambre bétonnée dans laquelle est enfermé l'appareil et qui protège l’opérateur contre un éclaleynent possible
- du rotor.
- diales. La centrifugation s’effectue sous un carter protecteur (fig. 6), ce qui permet de relâcher un peu les coefficients de sécurité touchant une explosion, toujours possible, du système tournant (les matériaux soumis par les métallurgistes à l’épreuve cen trifuge se sont révélés plus résistants que ne le laissaient prévoir les coefficients théoriques obtenus par les méthodes ordinaires, de traction).
- Au terme de l’expérience, le savant prélève successivement les couches stratifiées dans les capillaires et fixées par l’effet de capillarité.
- La mesure, très essentielle, de la vitesse angulaire est fournie, à tous les instants de l’expérience, d’une manière fort simple (fig. 7) : le rotor d’acier, préalablement aimanté suivant l’un de ses diamètres, provoque dans une bobine fixe qui lui est latérale la naissance d’un courant alternatif de-même période que sa rotation. La fréquence (80 000 tours par minute : 1 333 tours/seconde) de ce courant est assez élevée pour qu'il excite utilement un oscillographe cathodique monté en « hétérodyne ». Le courant venant de l'appareil excite l’une des paires de plaques qui, dans l’oscillographe, guident les mouvements du rayon cathodique : l’autre paire de plaques de l'oscillographe est excitée par un courant alternatif
- extérieur parfaitement étalonné et de fréquence réglable. Le mouvement du rayon cathodique et, par conséquent, le mouvement du spot sur l’écran est la composante de deux vibrations perpendiculaires. La tache décrit donc une courbe dite de Lissajous, qui peut être infiniment compliquée si les périodes des deux vibrations n’ont aucune commune mesure,
- vinus ou BACTÉRIOPHAGES ULTRACENTRIFUGATION ULTRAFILTRATION
- Poids moléculaire. Dimension en m h-. Année de la mesure. Dimension en 111 Poids moléculaire. Année de la mesure.
- Vaccine 2300 X 10° 125-175 2200 X 106
- Influenza ~ — 80-120 — 100-150 — —
- Sarcome de Roux 130 x 10e 70 1940 70-100 — î b?a
- Bactériophage staphylococcique. . . 200-300x106 61 1937 50-75 — 1932
- Fièvre jaune “ 18-70 ~ 18-27 1933
- Mosaïque 3 et 4 du concombre. . . . 43 x 10e _ 1938 75 170 x ÎO9 1937
- Mosaïque du tabac . . 43-52 x 106 16 X 300 environ 1937 15 1,5 X lû8 1935
- Ring-Spot du tabac 7,4 X 10e — 1937 19 2,8 X 10* 1935
- Rabougrissement de la tomate. . . . 8,8 X 10" 13,7 19-38 15-20 “ 1939
- TABLEAU I. — DIMENSIONS COMPARÉES DE QUELQUES VIRUS ET BACTÉRIOPHAGES
- Ces dimensions ont été calculées par Grabar et Lépine, d’après les résultats de l’ultracentrifugation et de l’ultra-
- filtration (travaux de Stanley et Loring).
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- SCIENCE ET VIE
- FIG. 10. — LE ROTOR DE L’APPAREIL SVEDBERG
- On aperçoit au centre l'écrou de serrage par lequel le rotor est lié à sa corde de suspension. Les alvéoles latéraux contiennent l’un (à gauche) une éprouvette d’eau distillée, et l’autre fà droite) l’éprouvette contenant la substance expérimentée. Le même faisceau lumineux confrontera les contractions apparentes de l’échelle optique insérée dans le circuit, en fonction des réfractions de son image: 1° à travers la substance à analyser; 20 à travers l’eau distillée, cette dernière image étant prise comme zéro de la mesure.
- mais qui devient une courbe simple si les périodes sont dans un rapport simple : cercle, ellipse ou segment de droite si les deux vibrations ont la même période (fig. 8), courbe en forme de 8 si les deux vibrations ont des périodes dans le rapport 1/2.
- En réglant l’bétérodyne, on peut se placer dans un de ces cas et, par conséquent, mesurer exactement le nombre de tours eil'ectués par seconde par le rotor.
- L’uliracentrifugeuse Svedberg et Pedersen
- L’ultracentrifugeuse originale de Svedberg et Pedersen, utilisée à l’Institut Pasteur, comme à Oxford, constitue l’appareillage le plus perfectionné existant à l’heure présente (fig. 9). Elle peut tourner à 600 000 tours par minute et produire de la sorte une accélération centrifuge égale à 90 000 g (g, accélération de la pesanteur). Voici le particularités de l’appareil construit à l’Institut Pasteur par le Dr Lépine, qui utilise le principe optique de Svedberg combiné à des détails de construction d’appareils américains adaptés à un but' analogue.
- Suspendu par une corde à piano à une turbine du type Huguenard, le rotor de Svedberg tourne dans une chambre cylindrique spéciale, dans une atmosphère raréfiée d’hydrogène, ce qui a pour efïet de diminuer les frottements.
- Appareil photographique
- Miroir
- ! \La chambre photographique est un
- tube d’une longueur de 2m50pour éviter les erreurs de parallaxe
- Objectif photographique donnant l'image de la cellule sur ta plaque
- Fenêtre. en quartz
- Jurbine
- ..Carter étanche
- Rotor
- Cellule
- témoin
- Cellule
- objet
- Aspiration vers le vide
- Fenêtre _ en quartz
- Condensateur
- Echelle
- ---fjf Miroir
- Collimateur \Lent/Ile Formant image
- > de l’échelle dans la cellule
- 1 Filtre
- FIG. II. — COMMENT ON SUIT LA MIGRATION DES MOLECULES SOUS L’ACTION DE LA FORCE CENTRIFUGE DANS
- l’appareil DE SVEDBERG-PEDERSEN
- ’.e liquide A étudier est placé dans la cellule objet entre deux lames de quartz. Du point de vue optique, il se préente donc, comme, une lame à faces parallèles. Sous l’action de la force centrifuge, il se. produit deux effets distincts: me compression du liquide, qui est d’autant plus forte que l’on s'éloigne de l’axe du rotor. Enfin, les molécules se éparcnl par sédimentation, et il en résulte, quand on s'éloigne de l'axe du rotor, des bandes d’indices différents, les deux effets déforment l’image photographique d’une graduation A'B’ observée à travers la lame A faces parallèles. °our délimiter la position des variations d’indice, on compare l’image défoimée de la graduation avec l’image obtenue dans les mômes conditions A travers une cellule témoin contenant de l’eau distillée.
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- CONSTITUANTS INTIMES DE LA MATIÈRE VIVANTE 199
- Photo
- La corde transmetteusc du mouvement traverse un joint étanche, à huile, pour rejoindre la turbine fonctionnant nécessairement hors de la chambre du rotor. Celui-ci (fig. 10) comporte deux alvéoles périphériques, cylindriques, qui le traversent de part en part, perpendiculairement au plan de rotation. C’est dans ces alvéoles que se placent les éprouvettes contenant la substance à centrifuger ; ce sont de petits cylindres en matière plastique transparente (plexiglass), dont l’axe coïncide, une fois mis en place dans l’alvéole du rotor, avec le rayon de celui-ci.
- Un système optique d’observation et de mesure photographique est agencé de telle manière qu’à chaque tour le rotor présente ses alvéoles cylindriques verticaux à un faisceau éclairant également vertical qui, après avoir traversé l’éprouvette transparente et son contenu, apporte directement l’image de la sédimentation en son état actuel, soit à l’œil, soit à la plaque photographique installée au terme du trajet optique (fig. 11 et 12).
- Avec un montage aussi ingénieux, l’expérimentateur peut choisir entre deux méthodes d’analyse. Dans la première, il vérifie le processus de sédimentation par son ombre portée, c’est-à-dire suivant l’absorption de la lumière par les différents niveaux en raison de leur densité, modifiée par l’effet centrifuge ; le choix de la lumière ultraviolette apporte alors des contrastes particulièrement précis en raison de son absorption par les matières organiques, mais les éprouvettes doivent être, dans ce cas, en quartz. Une seconde méthode consiste à mesurer les variations de l’indice de réfraction aux différents niveaux du sédiment, puisque cet indice est lui-même influencé par la densité du milieu traversé par la lumière. La mesure de l’indice de réfraction est effectuée en observant, sur les clichés photographiques, la distorsion apparente d’une échelle micrographique bien étalonnée, dont l’image est insérée dans le circuit lumineux, distorsion dont on suit le déplacement au cours de la centrifugation.
- Si séduisante qu’elleparaisse, la méthode photographique comporte des inconvénients.
- Elle exige que la substance soumise à la centrifugation soit extrêmement pure, sinon les renseignements optiques n’auraient de valeur qu’après l’identification des différentes couches sédimentaires. Or celles-ci se
- Lampe
- Air
- comprimé
- Aj] Marche
- ' VAccéléra
- 9U don Joi Sustenta-T" don
- o{| Graissage S-d ° Freinage
- FIG. 12. — l’appareil DE SVEDBERG-PEDERsEN vu PAR-DESSUS
- On aperçoit à l’intérieur de la chambre bétonnée de protection le carter circulaire contenant le rotor. Les diverses commandes viennent toutes aboutir en dehors de la chambre. Enfin, le dispositif optique décrit à la figure 11 se retrouve vu en projection verticale et coudé par une rotation de 000 de l’appareil photographique par rapport au collimateur.
- FIG. 13. — COUPE SCHÉMATIQUE DE L’APPAREIL A ELECTROPHORESE DU PROFESSEUR TISELIUS
- L’ensemble de l’appareil est rempli d’une solution saline dite « tampon » dont le pH, exactement mesuré, uniformise celui de la substance soumise à l’électrophorèse. Celle substance est placée dans le tube en U central. Les électrodes impolarisables, très volumineuses, sont plongées dans les récipients Ex et E2. Le courant électrique entraîne vers l’une des électrodes les colloïdes, dont les divers éléments prennent des vitesses différentes et se classent donc dans leur marche vers l’électrode suivant un certain nombre de pelotons situés les uns derrière les autres. Pour étudier ces différences de marche, on peut ou bien opérer des prélèvements aux différents niveaux du liquide, ou analyser optiquement le liquide. La première méthode se réalise au moyen de sectio?mements préparés d’avance sur le tube en U: I, II, Ili et IV, et que l’expérimentateur met hors circuit, le moment venu, au moyen de commandes pneumatiques P2 P2 P, schématisées sur la figure. La seconde se réalise par une photographie transversale du tube, de préférence en lumière ultraviolette (fortement absorbée).
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- SCIENCE ET VIE
- détruiront fatalement durant les quinze minutes nécessaires pour obtenir l’arrêt complet de la machine, e n utilisant les freins.
- L’expéri -mentateur, qui ne doit jamais être pris de court, se tire de la difficulté e n confiant à des matières absorbantes (buvard, gels spé-c i a u x ) la mission de recueillir, sur le culot des tubes centri-f u ge s, les corps élémentaires, virus ou protéines, objets de sa recherche. Une solution plus audacieuse consiste à congeler, le moment venu, la préparation et les tubes du plexiglass qui la contiennent par un jet d’air liquide. Une fois la machine stoppée, les tubes et leur contenu solidifié sont tranchés en coupes minces dont chacune révèle son contenu à l’examen microscopique, telle une préparation histologique.
- Nous comprenons maintenant à quel point de précision subtile sont parvenues les méthodes d’analyse de ces ultravirus que, il y a seulement vingt ans, tout le monde croyait devoir rester à jamais « invisibles », « insaisissables ». On les voit, on les saisit, on les soupèse. Et déjà le microscope électronique permet de distinguer leur comportement au sein des milieux biologiques oiii ls remplissent tantôt leur fonction pathogène destructrice, et tantôt leur fonction immuni-gène, celle de vaccins créateurs d’antitoxines.
- 11 est inutile d’insister sur l’importance des révélations que ces méthodes permettent d’espérer, touchant d’aussi profondes énigmes.
- L’électrophorèse
- Après l’ullrafiltre, complété et dépassé par rultracentrifugeu.se, il semblerait que le biolo-
- giste n’ait plus rien à désirer comme matériel d’analyse et de préparation. 11 n’en est rien. La méthode scientifique suit tous les chemins convergeant vers le même but. C’est pourquoi les biologistes utilisent encore le phénomène d'électrophorèse pour isoler les protéines et les ultravirus.
- Les substances de la chimie organique qu’étudie le biologiste ne sont pas des électrolytes. Pourtant elles ne sont pas électriquement neutres et présentent au contraire, tout comme les ions, une polarité électrique qui dépend du plus ou moins grand degré d’acidité ou d’alcalinité du liquide dans lequel elles baignent. Cet état s'exprime par le pH de la solution considérée (1). Pour une certaine valeur du pH appelée point isoélectrique, la solubilité de la substance est minimum. Pour les valeurs inférieures ou supérieures, la solubilité augmente, la substance prend une polarité.
- La raison pour laquelle la matière étudiée ne se comporte pas exactement comme un électrolyte est l’énorme dimension de ses molécules — qui ne peuvent se déplacer à une vitesse comparable à celle des ions de la chimie minérale pour gagner les électrodes. Pourtant, sous l’action du champ électrique, le mouvement est amorcé et les molécules se mettent en mouvement vers les électrodes (vers l’électrode positive si le pH est alcalin et vers l’électrode négative si le pH est acide) à une vitesse qui, ici encore, est fonction de leurs dimensions et de la force qui leur est appliquée, ce qui va permettre de les séparer (lig. 13).
- Cette caravane constitue un « front » — bovm-dary, disent les Anglo-Saxons — sur lequel les divers éléments se séparent, comme fait un peloton de coureurs se disputant le poteau. La photographie d’une coupe de ce front mouvant doit donc mettre en évidence chacun des éléments qui le composent, puisque aucun d’eux n’a la même vitesse.
- L’installation photographique, transversale à la branche montante du tube en U dans laquelle progresse le front mouvant en question, n’ofTre aucune difficulté. Par contre, c’est la distinction des différents strates à l’intérieur de ce front qui devient malaisée. Un « truc » d'optique, qu’il sera superflu de détailler ici (emploi (le lentilles cyclindriques), permet de transformer les ombres des strates horizontales en ondulations verticales dont les sommets correspondent à la largeur de la bande stratifiée (fig. 14). Chacune de ces bandes figure donc, en l’espèce, l'un des éléments recherchés.
- Mais l’électrophorèse apporte au biologiste d’autres espoirs : en sus du contrôle qualitatif toujours intéressant, il espère obtenir quelque jour des appareils d’électrophorèse suffisamment importants pour sélectionner en quantités massives les éléments qui l’intéressent. Il obtiendrait de la sorte des solutions biologiques à l’état pur et dans les quantités qu’exige leur bonne expérimentation au laboratoire.
- Jean Labadie.
- (1) Le pH d’une solution est fonction de sa concentration en Ions K (hydrogène), dont dépend l’acidité ou l’alcalinité de la solution. La neutralité correspond à pli égal à 7, l’acidité aux pli inférieurs à 7, l’alcalinité aux pli supérieurs à 7.
- Après 150 minutes
- Après 105 minutes
- Après 60 minutes
- FIC. 14. — LES INDICATIONS DU FRONT MOUVANT DE l’ÉLECTRO-PHORÈSE
- Le front de marche sur lequel se dissocient les divers éléments du colloïde « cataphorisé » est illuminé par un faisceau normal au tube en U (schéma précédent), ce qui permet d'en obtenir une photographie qui présente alors des bandes transversales correspondant aux indices de réfraction des diverses substances placées dans le champ électrique. Mais, par un système optique assez complexe (de lentilles cylindriques), on obtient que cette bande stratifiée horizontalement se transforme en une silhouette aux dénivellations verticales dont chaque pointe correspond dès lors aux éléments cherchés, et dont la hauteur est proportionnelle à la teneur de la solution en substance. Les autres s« différencient d’autant mieux que le temps d'application du courant d'électrophorèse est plus long, par suite des vitesses de migration différentes.
- Les fleures i. S. 4. 5. (i. 8. D. 10 sont des Photos Kilrosser.
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- LES PLANETES,
- LEURS ATMOSPHÈRES ET LES CONDITIONS DE VIE A LEUR SURFACE
- par Charles FABRY
- de l'Académie des Sciences
- Les planètes, de beaucoup nos plus proches voisines parmi tous les astres, ont joué un rôle éminent dans le développement de nos connaissances scientifiques générales. Les Anciens en connaissaient cinq : Vénus, Jupiter^ Mars, les plus brillants de tous les astres (le Soleil et la Lune mis à part), Saturne et Mefcure, encore de « première grandeur ». Elles se distinguent des étoiles par leurs déplacements à travers les constellations qui présentent, pour un observateur ordinaire, un ensemble de forme immuable. Toute l’astronomie, jusqu’à une époque relativement récente, fut l’astronomie planétaire qui conduisit à cette formidable découverte que la Terre n’est pas le centre du monde et fit admettre, avec Copernic, que les planètes, y compris la Terre, tournent autour du Soleil. Le perfectionnement des instruments d’optique permit de découvrir certains accidents de leur surface, quelques-uns de leurs satellites, la forme en croissant de Vénus, puis de Mercure à certains moments de leur course, enfin des planètes trop lointaines (Uranus, Neptune, Pluton) ou trop petites (les « petites planètes y), dont I $00 sont actuellement connues) pour être visibles à l’œil nu. Pourtant cette astronomie planétaire connut une certaine défaveur par la suite à cause des quelques déceptions auxquelles donna lieu l’étude physique de leur surface. Certes, dans un grand télescope, Jupiter avec ses « bandes de nuages » ; Mars, avec ses particularités qui ressemblent à des mers et des continents, voire même à des « canaux » ; Saturne, entouré de ses anneaux et escorté de ses satellites, offrent de magnifiques spectacles. Mais que recouvrent ces décors? La surface de ces astres, frères de la Terre, ressemble-t-elle à celle de notre planète? La vie y existe-t-elle ou même y est-elle possible? Questions éternellement posées auxquelles on ne répondait que par des œuvres littéraires dont on était un peu las. Mais voici qu’au cours de ces dernières années la question a changé d’aspect. Mettant en œuvre toutes les ressources de la physique, comme on l’avait fait avec succès pour l’étude des étoiles, les astronomes sont parvenus à des résultats d’une précision remarquable et parfois
- inattendus.
- Géométrie et mécanique des planètes
- appelons ces données qui restent à la base de l’étude des planètes. Tout d’abord, la mesure de la parallaxe (1) d’une planète par l’écart des positions apparentes qu’elle occupe dans le ciel pour deux observateurs différemment placés sur la Terre fait connaître la distance de cette planète à la Terre au jour de l’observation ; toutes les autres distances à tous les instants s’en déduisent par les lois de la mécanique céleste, et dès lors on peut tracer un dessin « à l’échelle » représentant la marche des planètes autour du Soleil.
- Une fois connue la distance, la simple mesure du diamètre apparent du disque d’une planète permet de trouver, par un calcul élémentaire, son diamètre vrai et, par suite, son volume.
- (1) Voir: «Les dimensions de l’Univers » (Science et Vie, n° 318, février 19U).
- D’autre part, la mécanique céleste permet de calculer la masse de chaque planète par l’action qu’elle exerce sur un corps voisin, sa-tellite-quand il y en a, corps plus éloigné pour les planètes qui en sont privées. Du volume et do la masse on déduit la densité moyenne, donnée importante pour essayer do deviner do quoi la planète est faite.
- Les deux groupes de planètes
- Les données ci-dessus (voir tableau I) montrent que les planètes se divisent nettement en deux groupes : les denses et les légères. Les premières (densité entie 3,8 pour Mars et 6,2 pour Mercure) sont les plus proches du Soleil et sont les moins grosses. La Terre (densité 5,5) en fait partie. Les planètes légères sont les plus grosses et les plus éloignées du Soleil. Parmi elles Saturne a une densité (0,7) à peine supérieure à celle du liège (fig. 1).
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- Distance moy En unités astronomiques (D une au Soleil En millions de kilomètres Durée de la révolution en années
- Mercure . . . 0,39 57 0,24 an
- Vénus 0,72 108 0,62
- La Terre .. 1,00 150 1,00
- Mars 1,52 228 1,88 '
- Jupiter .... 5,20 778 11,86 ans
- Saturne ... 9,55 1 425 29,46
- Uranus .... 19,21 2 868 84,02
- Neptune ... 30,11 4 494 164,77
- Lune (4) . . 0,0050 0,38 27 jours
- Soleil
- Durée de la rotation Diamètre (2) Masse (3) Densité par rapport à l’eau
- 0,24 an 0,37 0,05 6,2
- ? 0,97 0,82 5,0
- 23 h 56 mn 1,00 1,00 5,5
- 24 h 37 mn 0,54 0,11 3,8
- 9 h 50 mn 11,1 318 1,4
- 10 h 14 mn 9,4 95 0,7
- 10 h 7 mn 4,0 14 1,3
- 15 h 8 mn 4,3 17 1,2
- 27 jours 0,27 0,0123 3,3
- 26 jours 109 333000 L4
- TABLEAU I. — DONNÉES NUMÉRIQUES RELATIVES AU SYSTÈME SOLAIRE
- ( 1 ) En prenant comme unité le demi-grand, axe de l’orbite terrestre, sensiblement égal à la distance moyenne de la Terre au Soleil.
- (2) En prenant comme unité le diamètre de la Terre.
- (3) En prenant comme unité la masse de la Terre.
- (4) La distance et la durée de la révolution sont prises par rapport à la Terre.
- Cette grande différence de densité révèle certainement une profonde différence de structure et de composition chimique sur laquelle nous reviendrons un peu plus loin.
- Les atmosphères
- Bien que représentant une infime partie de la masse d’une planète (un millionième pour la Terre), son atmosphère (composition, température, mouvement) constitue un élément important, car elle conditionne l’aspect et les propriétés de la surface, do même que les possibilités de vie pour laquelle un milieu gazeux ou liquide est nécessaire (1). D’autre part, c’est l’atmosphère, avec ce qu’elle peut contenir, qui s’offre directement à notre étude. Ce n’est qu’à travers elle que nous pouvons voir la surface et les nuages qui peuvent y flotter.
- Mais ici se pose une question préalable : pourquoi l’atmosphère, par exemple celle de la Terre, dont nous ne p o u v o n s pas douter qu’elle existe, ne s’é-cha p p c -1 - e 11 e pas par le haut, où rien ne la retient, puisqu’un gaz occupe tout le vo-1 u m e qui lui est offert?
- Simple question d e mécanique céleste, où
- ( 1 ) Avec la vapeur qu’il émet et qui forme donc une atmosphère.
- chaque molécule joue le rôle d’un minuscule astéroïde soumis à l’attraction exercée par la planète.
- En l’absence de tout choc entre les molécules, cas le plus favorable pour la libération, un corps animé d’une faible vitesse retombe sur la planète après avoir décrit un arc d’ellipse ; si la vitesse est grande, le petit corps décrit un arc d’hyperbole et ne retombe pas. Sur la Terre, la vitesse critique qui sépare ces deux cas est d’environ 11 km/s. Or aucune molécule, même d’hydrogène, n’atteint cette vitesse (1) ; aucune molécule ne peut donc s’échapper. Il n’en est pas de même sur Mercure et sur la Lune, où la vitesse critique est beaucoup plus faible et où d’ailleurs, en certaines régions, la température est bien plus élevée que sur la Terre. Les petits astres n’ont pas la force de retenir leur atmosphère.
- Ainsi nous comprenons que certaines planètes ne puissent avoir d’atmosphère, mais ceci ne nous apprend rien sur la nature chimique et sur 1 e s conditions de celles qui existent. Les recherches ont porté sur l’ana-
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- Jupiter Saturne Uranus Neptune
- FIG. 1. — DIAMÈTRES COMPARÉS DES PLANÈTES
- Sur la ligne du haut, les planètes sont représentées avec les proportions réelles de leurs diamètres. Sur la ligne du bas, les diamètres sont représentés tels qu’ils seraient si, conservant les masses des planètes, on les ramenait toutes à la même densité. Cette opération aurait pour effet d’atténuer les écarts entre les diamètres, les planètes les plus grosses étant celles dont la densité est la plus faible.
- (f) Les molécules des gaz, en dehors des chocs qui se produisent au hasard, ont des vitesses continuellement variables, mais, pour un gaz donné et une température donnée, il y a une vitesse.
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- LES ATMOSPHÈRES DES PLANÈTES
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- lyse chimique et sur la température, celle-ci donnant d’ailleurs des ^indications pour l'étude chimique (1). Commençons donc par la température.
- Température des planètes
- De prime abord insoluble, cette question peut cependant être abordée soit par le calcul, soit par l'observation. ^
- Le calcul repose sur une base très simple : une planète, dans son ensemble, ne peut recevoir de chaleur que du rayonnement solaire, et n’en peut perdre que par son propre rayonnement, dont les lois sont bien connues, au moins lorsque la surface est un corps noir. On obtiendra la température d’équilibre en exprimant que la perte est égale au gain. On ne peut évidemment trouver ainsi qu’une température moyenne portant sur le jour et la nuit et sur l’ensemble des climats de la planète. Appliquée à la Terre, cette méthode un peu simpliste donne une température de + 10° C, ce qui n’est pas absurde pour une moyenne, comprenant la nuit comme le jour, les régions tropicales comme les régions polaires.
- Le tableau II résume les résultats du calcul que ce qui précède nous autorise à considérer comme une température moyenne des Pl an êtes. On y remarque d’abord l’abondance des valeurs extrêmes. Mercure est torride, et encore le calcul donne-t-il une moyenne qui n’existe pas, car Mercure montre toujours la même face au Soleil. Si l’on fait le calcul pour le milieu de cette face, point où le Soleil est toujours au zénith, on trouve -f 370° C ; l’autre face, qui ne reçoit jamais un rayon solaire, doit être à une température extrêmement basse, qu’il n’est pas possible de calculer ni pratiquement de mesurer. A partir de Jupiter, avec ses — 148°, on tombe dans la région des grands froids. Les conditions n’y ressemblent en rien à celles que nous trouvons sur la Terre, et en particulier l’eau ne peut y exister qu’à l’état solide. Il ne peut y être question de nuages formés de gouttelettes liquides, ni même de particules solides provenant de la condensation d’une vapeur qui n’existe pas.
- Entre ces extrêmes, Vénus', la Terre et Mars sont les seules où existent des températures habitables compatibles avec l’existence, en certains points, d’eau à l’état solide, liquide et gazeux.
- Toutefois, ces calculs, nous ne l’avons pas caché, sont un peu sommaires ; une mesure,
- moyenne parfaitement constante. Pour de l’oxygène à 0°C, elle est de 460 m/s. Les molécules les plus légères sont les plus rapides, de sorte que l’énergie cinétique est la même pour toutes. Pour l’hydrogène, elle est 1 840 m/s à 0° et de 5 300 m/s à 2 000° C.
- (1) Il est, par exemple, inutile de chercher de la vapeur d’eau ou du gaz carbonique dans une planète dont la température est à quelque 200° C au-dessous de zéro, où ces deux gaz n’existent pas.
- même grossière, serait la bienvenue et pourrait donner des indications sur les températures locales pendant le jour, au lieu des moyennes que donne le calcul.
- S’il ne peut être question de porter un thermomètre sur Mars ou sur la Lune, nous savons que les pyromètres (thermomètres à rayonnement) permettent de mesurer à distance les températures élevées des fours industriels. Le physicien américain W. W. Coblentz (spécialiste des mesures énergétiques de rayonnement) a résolu le problème pour les basses températures.
- Supposons qu’au jour de pleine Lune on veuille mesurer la température du sol’ lunaire en un point situé au centre du disque.
- Le rayonnement que nous recevons de la Lune se compose de deux parties : l’une est
- formée de lumière solaire réfléchie, l’autro provient de radiations émises par la Lune à cause de sa température (1).
- On mesure la somme de leurs énergies en projetant l’image de la Lune sur une minuscule pile thermo-électrique reliée à un galvanomètre très sensible. On sépare ensuite ce qui revient à chacun de ces rayonnements au moyen d’un filtre, tel qu’une cuve contenant de l’eau, qui laisse passer l’un des rayonnements et absorbe l’autre. La figure 2 représente le « thermomètre à rayonnement », qui se place au foyer d’un grand télescope où se projette l’image de l’astre étudié.
- C’est sur Mars que les résultats ont été les plus intéressants : comme sur la Terre, la température y varie de l’équateur au pôle et également au cours de la journée. Lorsque Mars est en opposition par rapport au Soleil, qu’il nous
- apparaît sous forme d’un disque rond entièrement éclairé, la partie centrale du disque qui a le Soleil au zénith atteint + 5°. Ce n’est pas encore très chaud pour une région « tropicale » à midi martien ; c’est que Mars ne reçoit que la moitié du rayonnement reçu par la
- Terre. C’est cependant habitable. Mais Mars, comme la Terre, tourne sur lui-même ; il y a donc un lever et un coucher du Soleil. Du premier côté la température est de — 45° C, du deuxième, de 0° C environ (2).
- Naturellement la température s’abaisse quand on s’éloigne des régions « tropicales ». C’est ainsi que les deux régions polaires sont occupées par deux calottes blanches attribuées avec juste raison à do la neige. On y trouve des températures de — 70°, nettement inférieures à
- (1) La première a une composition analogue à celle du rayonnement solaire direct ; les radiations visibles et celles du commencement de l’infrarouge y dominent ; ce sont des ondes courtes entre 0,4 microns et 3 microns. La deuxième comprend des ondes beaucoup plus longues entre 6 et 15 microns, radiations infrarouges invisibles.
- (2) Ces grands écarts de température sont dus à la ténuité de l’atmosphère de Mars qui est loin de jouer le rôle de matelas que remplit la nôtre.
- Mercure + 182°
- Vénus •. + 64°
- La Terre + 10°
- Mars — 42°
- Jupiter — O CO
- Saturne — 141»
- Uranus — 208°
- Neptune — 220°
- TABLEAU II. — TEMPÉRATURES MOYENNES CALCULEES POUR LES PRINCIPALES PLANÈTES (DEGRÉS CENTÉSIMAUX)
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- FIG. 2. — RADIOMÈTRE DE COBLENTZ DESTINÉ A l’ÉTUDE DU RAYONNEMENT DES ASTRES ET EN PARTICULIER DES PLANÈTES, POUR ÉVALUER LEUR TEMPÉRATURE
- L’organe sensible est une soudure thermo-électrique, composée de deux fils très fins, l’un de bismuth, l’autre d’argent, reliés à un galvanomètre de haute sensibilité, La soudure est placée dans le plan focal d'un grand télescope (non représenté). JCobserva-teur regardant par l’oculaire voit l’image de la planète sur laquelle se projette la soudure thermo-électrique. Il voit ainsi quel est le point du disque auquel se rapporte la mesure
- qu’il va faire.
- celles de nos régions arctiques pendant la nuit polaire alors que la température observée sur Mars est celle du jour. En résumé: températures plus basses que sur la Terre, mais non prohibitives pour la vie.
- Les observations sur la Lune, sans atmosphère et certainement sans vie, sont à la fois plus faciles et. moins intéressantes. La Lune présente toujours la même face à la Torre, mais non au Soleil. Par rapport à ce dernier, sa rotation est lente, environ vingt-sept jours. 11 faut donc s'attendre à des écarts de température considérables. On trouve, en effet, + 120° G au centre du disque de la pleine Lune, où le Soleil est au zénith, et cela concorde avec le calcul. Dès que le Soleil est couché, la température s’abaisse, comme on s’en aperçoit en visant le bord obscur, par exemple au dernier quartier.
- On a risqué le chiffre de — 100° G pour le côté dans l’ombre, et cela n’a rien d’invraisemblable.
- Sur Vénus, dont nous ne voyons pas la surface, on n’obtient. pas de résultats certains, tandis que, sur Jupiter et sui les autres planètes froides, le rayonnement est si faible que les mesures ne donnent rien.
- L’analyse chimique des atmosphères
- L'analyse dos atmosphères des planètes, problème con-
- sidéré comme insoluble par Auguste Gomte, a été cependant résolu grâce à l’analyse spectrale.
- La lumière des planètes étant de la lumière réfléchie, on trouve dans son spectre toutes les particularités du spectre solaire, spectre continu parsemé de nombreuses raies noires dues à l’absorption dans la lumière solaire, et cela ne nous apprend rien de nouveau. Mais, avant de nous parvenir, la lumière a traversé deux fois l’atmosphère de la planète ; si les gaz de cette atmosphère a b -sorbent certaines radiations, celles-ci n’existent plus ou sont affaiblies dans la lumière que nous recevons ; leur place reste noire dans le spectre et sera marquée par une bande sombre : on obtient un spectre d'absorption. La place des bandes peut servir à caractériser le gaz absorbant. Remarquons tout de suite que certains gaz ne manifestent aucune absorption dans la région spectrale accessible aux observations astronomiques, comme l’hydrogène, l’azote, l’argon, ^et ne peuvent être caractérisés par cette méthode. Mais, dès qu’une bande d’absorption existe, elle correspond à un gaz que l’on doit pouvoir identifier. Voyons ce que l’on sait, en commençant par les grosses planètes froides.
- Ges quatre grosses planètes qui sont, pal- ordre do distances croissantes au Soleil : Jupiter, Saturne, Uranus et Noptune, montrent des spec-
- FIG. 3. — RECHERCHE DE L’OXYGÈNE DANS l’aTMOSPHÈRE DE MARS, EN UTILISANT LE DÉPLACEMENT DES RAIES SPECTRALES DU A LA VITESSE RADIALE DE LA PLANÈTE PAR
- RAPPORT A LA TERRE
- Les trois spectres montrent la belle bande d’absorption de l’o.vggène (bande B) dans le rouge (commencement à gauche, à la longueur d’onde 0 867 angstrôms), due à l’absorption dans l'atmosphère terrestre et éventuellement dans celle de Mars. Le spectre au milieu (S) est celui de la lumière solaire directe, les deux extrêmes (M, et Mt) sont des spectres de Mars, mais en M, la planète s'approche de la Terre à raison de 13,76 hmls tandis, qu'en M, elle s’éloigne de 12,42 kmis. S'il y avait de l'oxygène dans Mars, les raies de l'oxygène seraient déplacées, à gauche dans l’un des spectres et à droite dans l'autre, par rapport au spectre S. Cet effet de déplacement se voit bien sur des raies marquées s, qui sont des raies d'origine solaire du nickel et du fer. L’effet de déplacement ne se produit pas pour les lignes d’absorption de l'oxygène; ce gaz n'existe pas, ou n'existe qu’en quantité très faible dans l’atmosphère de Mars.
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- très avec d’énormes bandes d’absorption, prin- L’ammoniac NIL, et le méthane CH4 étant cipalement dans l’orangé et le rouge. Signalées riches en hydrogène (H), et le premier en'azote
- depuis 1864 par l’astronome britannique Hug- (N), il est probable que ces deux gaz existent
- gins, leur véritable explication no fut donnée en fortes proportions dans les atmosphères des
- qu’en 1932 par R. Wildt : elles sont dues à grosses planètes, mais ils no produisent aucune
- deux gaz bien connus, mais que l’on no s’atten- bande d’absorption et le spectographe est im-
- dait pas à trouver avec une pareillo abondance : puissant à les déceler
- le gaz ammoniac et le méthane. Les bandes Parmi les petites planètes chaudes et denses, mystérieuses furent reproduites au laboratoire il en est une qui, elle aussi, a conduit à un résul-
- en faisant passer la lumière d’une lampe à tra- tat inattendu . c’est Vénus, dont l’atmosphère
- vers un long tube rempli de l’un ou de l’autre est composée surtout de gaz carbonique (C02),
- de ces gaz. Ces conclusions furent confirmées dont les bandes d’absorption, voisines de l’infra-
- en 1933 par Dunhain, qui réussit à résoudre les rouge, n’ont pu être explorées qu’après d’im-
- larges bandes en une multitude de lignes fines portants progrès dans la sensibilisation des pla-
- aussi bien dans le spectre de la planète que dans ques photographiques. Découvertes en 1932 par
- celui obtenu au laboratoire. Enfermant le gaz Adam et Dunliam à l’observatoire du mont
- dans un tube de 40 m de long, il montra la Wilson, elles ne purent être reproduites au
- concordance parfaite des deux spectres. laboratoire qu’en 1934 par Slipher et Adel, en
- FIG. 4. — VUE DE l’observatoire DU PIC DU MIDI PRISE LE 29 JUIN 1937 -, i Bien qu'on fût déjà en été, Iq. neige qui couvrait te pic était loin d’être fondue. On remarque la mer de nuages, d’où émergent le pic et quelques sommets voisins. Le Pic du Midi s’est révélé comme le meilleur endroit du monde
- pour l’étude de la surface des planètes.
- Mais les doux gaz ne se montrent pas sur les quatre planètes dans les mêmes proportions. L’atmosphère de Jupiter est riche en ammoniac, celle de Saturno beaucoup moins ; ce gaz est presque absent sur Uranus et il fait complètement défaut sur Neptune (1).
- ( 1 ) Ces différences s’expliquent immédiatement si 1 ’on considère les propriétés de l’ammoniac, gaz facilement liquéfiable, complètement gelé à l’état solide aux très basses températures avec une tension de vapeur pratiquement nulle. Le méthane, au contraire, le plus simple des hydrocarbures, le chef de file des hydrocarbures saturés* qui forment un élément important des combustibles, résiste sans prendre l’état solide aux très basses températures et conserve une forte tension de vapeur
- enfermant le gaz dans un tube da 45 m de long sous une pression de 47 atmosphères, ce qui équivaut à une longueur do 2 km de gaz à la pression atmosphérique, et enj, analysant la lumière d’une lampe après qu’plie a traversé cette épaisse colonne. Nous verrons que, dans l’atmosphère do Vénus, on n'a pu découvrir ni oxygène ni vapeur d’eau.
- Oxygène et vapeur d’eau
- Antérieure à la découverte des gaz inattendus (NH„ CH«, CO.,), l’idée do rechercher l’oxy-ène et la vapeur d’eau sur Mars et sur Vénus tait bien naturelle, car ces gaz existent dans
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- l’atmosphère terrestre, ils sont nécessaires à la vie telle que nous la connaissons, et d’autre part ils possèdent des bandes d’absorption bien connues. Mais une grave difficulté se présente, provenant justement do l’existence de ces gaz dans notre atmosphère. Ainsi, le spectre de Mars montre les bandes de l’oxygène, puisque sa lumière nous parvient à travers notre atmosphère ; le problème est de savoir si, en l’absence de notre atmosphère, ces bandes subsisteraient. L’idée la plus simple est de comparer le spectre de Mars avec celui d’un autro corps céleste d’où l’oxygène est absent, les deux astres étant à la même hau-tour au-dessus de l’horizon pour que l’épaisseur d’air terrestre traversé par la lumière soit la même dans les deux cas. Si l’atmosphère de Mars contient de l’oxygène, les bandes de ce gaz doivent être plus marquées dans son spectre que dans celui de l’astre do comparaison. La Lune est tout indiquée pour jouer le rôle de témoin. Or, en 1894, Campbell n’a trouvé aucune différence appréciable entre le spectre de Mars et celui de la Lune. 11 estime donc que, s’il y a de l’oxygène sur Mars, cela ne peut être qu’en faible quantité. Le résultat est le même pour la vapeur d’eau. Et cependant l'eau existe dans Mars, comme le montrent les calottes polaires, qui ne peuvent être que de la glace. Mais, comme l’atmosphère de Mars est très froide, la pression
- FIG. 5. — DESSINS DE LA PLANÈTE MARS, PAR M. GENTILI
- Ces dessins ont été faits au Pic du Midi, en 1941, à une épçque où la distance de la planète à la Terre n’était que de 61 millions de kilomètres. Tous les détails ont été vérifiés par M M. Lyot et Camichel. Sur chaque dessin on aperçoit en haut la calotte polaire, très faible parce que, sur le pôle visible, c’est le commencement de l’été.
- de la vapeur ne peut y être que très petite (1).
- Plus récemment, une autre méthode très remarquable a été mise en œuvre par les astronomes du mont Wilson ; elle est fondée sur l’effet Doppler-Fizeau (2), dû au mouvement relatif de la planète et de la Terre.
- Les raies spectrales d’origine terrestre ne sont aucunement affectées par la vitesse radiale qui résulte de ce mouvement, tandis que cette vitesse déplace légèrement les raies produites dans l’atmosphère de la planète et écarte légèrement de sa position normale la raie composite résultant de l’ensemble des deux absorptions. Le résultat de l’expérience s’exprime ainsi : s’il y a de l’okygène dans l’atmosphère de Mars, sa masse n’y atteint pas, à surface égale, la millième partie de ce qu’elle est sur la Terre (fig. 3).
- La même méthode appliquée* à l’étude de Vénus a conduit au même résultat. Nous verrons plus loin les réserves qu’il faut'faire sur l’inter-préparation do ce résultat, qui probablement n’est relatif qu’à une faible épaisseur de l’atmosphère située au-dessus du plafond des nuages qui nous cachent la surface de Vénus.
- Pour la vapeur d’eau, les observations sont plus difficiles ; sans risquer un chiffre, on peut dire que la vapeur d’eau n’existe sur Mars qu’en faible quantité et cependant l’absence complète
- do vapeur d’eau y - est inadmissible comme nous le montrerons. Sur Vénus, le spectre ne révèle pas de vapeur d’eau, mais il faut faire les mêmes réserves que pour l’oxygène.
- L’observation directe, visuelle ou photographique
- Les méthodes précédentes, qui utilisent tous les raffinements de la science du physicien, ne nous dispensent pas d’examiner directement la surface des planètes. Ce que nous a appris la physique nous aidera à interpréter, à comprendre ce que nous voyons.
- Tout d’abord, que pouvons-nous espérer discerner ? Pour Mars, par exemple, séparé de nous par 56 millions de kilomètres dans les conditions les plus favorables, et dont le
- (1) A — 50° C, la pression maximum de la vapeur d’eau n’est que de 1/20 000 d’atmosphère.
- (2) Voir : « Les dimensions de l’Univers » (Science et Vie, n° 318, janvier 1043).
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- FIG. 6. — PHOTOGRAPHIES « COMPOSITES » DE MARS OBTENUES AU PIC DU MIDI EN 1941
- Ces photographies résultent de la superposition de 1S images pour l’une et de 11 images pour l’autre (voir le texte). Remarquez la calotte polaire qui, sur la photographie des gauche, s’étend auteur du pôle sur un cercle d’environ 1 000 km de diamètre.
- diamètre apparent n’est que 25' (à peu près celui d’un disque de 12 cm vu à 1 km), les objets isolés, même les plus grands monuments, seraient invisibles, mais une Méditerranée, un continent pourraient certainement être vus.
- Malheureuseme n t, l’efficacité des instruments est bien loin de croître en proportion de leur diamètre.
- Un objectif de 12 cm parfaitement construit doit permettre de distinguer sur Mars un objet rond (lac par exemple) se détachant en noir sur fond brillant, s’il a-environ 200 km de diamètre. Un Objectif de 2,50 m devrait montrer des objets dix fois plus petits, comme un fleuve. très large. Or il n’en est rien ; la lunette de 83 cm de l’observatoire de Meudon ne montre pas beaucoup plus de détails qu’un objectif do 40 cm, et on en voit presque autant avec une lunette de 20 cm.
- Cette imperfection provient non de la construction des instruments, que les opticiens savent établir à un état de perfection remarquable, mais des mouvements des couches d’air d’inégale température que la lumière doit traverser. De ce point de vue, chaque lieu d’observation a ses défauts propres. Le Pic du Midi, que l’on avait condamné sans jugement, justement parce que c’est un pic, s’est révélé au contraire exceptionnellement favorable, ainsi qu’il résulte des observations de M. Lyot et de ses collaborateurs, M. Camichel et M. Gentili. Mais, même en cette situation favorable, les grands instruments n’ont pas leur pouvoir théorique, par suite des mouvements de l’air dans le tube même de l’instrument, dont les diverses parties ne sont pas à la même température. M. Lyot a eu l’idée hardie de construire un télescope dont le tube sera fermé aux deux bouts, en bas par le miroir, en haut par une lame de verre à faces exactement planes, et de faire de cet espace clos un véritable thermostat. Les premiers essais sont très encourageants et on peut espérer arriver à un instrument parfait qui montrera sur chaque planète des détails beaucoup plus fins que ceux actuellement connus.
- L’emploi de la photographie a donné lieu aussi à quelques déceptions pour l’étude des planètes, où elle n’a pas obtenu les mêmes magnifiques succès qu’en astronomie stellaire. Une plaque sensible parfaite devrait en effet posséder une extrême sensibilité et un grain d’émulsion extrêmement fin, conditions pour le moment incompatibles. MM. Lyot, Camichel et Gentili ont utilisé une très ingénieuse méthode pour faire disparaître le grain de la plaque, méthode utilisée déjà par M. Lyot dans ses études de la couronne solaire, et qu’il a appelée photographie composite. Sur la plaque, on’ prend un certain nombre d’images photographiques, par exemple neuf, en un temps assez
- court pour que la rotation de la planète n’introduise pas de changement appréciable. On fait de cet ensemble un agrandissement unique, en projetant successivement ces images exactement à la même place sur la plaque à grain très fin servant à la reproduction, on posant chacune 1/9 de la pose totale. Les grains, qui sont disposés au hasard, disparaissent dans l’ensemble et l’on obtient une image uniquo, très fine et très contrastée. La méthodo, appliquée récemment au Pic du Midi, a donné des résultats remarquables (fig. 6 et 8).
- Mercure
- Quittant le domaine dos généralités, voyons maintenant ce que l’on sait sur chacune des planètes (examinons-les dans l’ordre de leurs distances croissantes du Soleil).
- Sur Mercure, la plus proche du Soleil et la plus petite et la plus dense des anciennes planètes, on ne voit à peu près rien. Les astronomes ont cru y discerner quelques taches vagues qui leur ont permis de penser que sa rotation est lente et que la planète tourne toujours la même face vers le Soleil, comme la Lune vers la Terre. Le calcul donne 370° C pour la température du point où le Soleil est toujours au zénith, tandis que l’hémisphère qui est toujours dans l’ombre doit être très froid. Le spectograplie n’y révèle aucune atmosphère, et cela n’est pas surprenant, étant donné la faible valeur de la pesanteur à la surface et la température élevée qui règne en certains points. Mercure n’aurait pas la force de retenir une atmosphère.
- Vénus
- Vénus reste la grande énigme. Elle se présente dans les plus grands instruments et aux yeux des meilleurs observateurs comme une surface uniformément blanche, tantôt en croissant, tantôt en disque presque rond, selon les positions respectives de la planète', du Soleil et de la Terre. Mais sur cette blancheur uniforme on ne distingue rien, si bien qu’on ne sait même pas comment elle tourne. On a tendance à penser, d’après des observations spectrpscopiques incertaines, que sa durée .de rotation est de dix à quinze jours ; l’efiet dos marées a freiné la rota-
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- tion, mais pas assez pour obliger la planète à tourner toujours la même face au Soleil.
- Suant à l’aspect uniformément blanc de la ace, il fait penser à la mer de nuages que l’on voit souvent en montagne ou on avion. La surface de là planète nous serait entièrement cachée et nous ne verrions que des nuages par en dessus. Les études de M. Lyot sur la polarisation do la lumière de Vénus (dont on parlera lus loin) sont en bon accord avec cotte théorie, la condition que ces nuages soient formés de trè.s fines gouttelettes d’eau, d’un diamètre d’environ 2 microns, ce qui n’a rien d’invraisemblable. On devrait donc trouver de la vapeur d’eau au-dessus et on n’en trouve pas. Peut-on risquer la théorie suivante pour expliquer cela ? Les nuages en question seraient à très grande hauteur, mettons 15 ou 20 km ; ce seraient dos cirrus, formés de très fines particules de glace, de 2 microns de diamètre, à très basse température, par exemple à — 50° C. La pression de vapeur de la glace est alors extrêmement faible et il n’y a pratiquement pas do vapeur d’eau dans les couches d’atmosphère accessibles à nos études ; lâ vapeur d’eau, très abondante, serait au-dessous, entièrement cachée à nos regards par un plafond de cirrus. Reste à savoir si un cirrus vu par-dessus donnerait les effets de polarisation qu’observe M. Lyot sur les nuages de Vénus; de nouvelles expériences seraient nécessaires.
- Quant à l’absence d’oxygène et à la présence do quantités énormes de gaz carbonique, ce sont deux particularités qui . s’accordent bien ensemble. Les éléments carbone et oxygène se sont d’abord' combinés sous forme de CO., commç le suppose avec raison M. Dauvillier dans
- ses belles études sur la chimie des planètes.,La Terre a dû passer par ce stade et Vénus serait en retard sur nous. Beaucoup plus tard, le gaz carbonique sera décomposé par des actions chimiques et photochimiques et le monde 'végétal achèvera de produire l’oxygène qui existe dans notre atmosphère, tandis que le carbone sera mis en réserve dans le sol. Ges phénomènes se produiront vraisemblablement sur Vénus dans quelques millions de siècles. Pour le moment, Vénus n’est pas habitable, sauf peut-être par des végétaux très inférieurs.
- La Terre
- Si tous les secrets de la surface de la Terre nous sont connus, il est intéressant de se demander comment nous la verrions de l’extérieur avec les moyens dont nous disposons pour examiner les autres planètes.
- Le spectacle serait bien autrement varié et animé que celui que nous offre n’importe quelle autre planète. Choisissons un point de vue situé à la distance à laquelle se trouve Mars. La séparation de la surface en mors et continents sauterait aux yeux,, les grands lacs comme ceux de l’Amérique du Nord ou de l’Afrique centrale, les grandes îles comme l’Irlande ou la Grande-Bretagne seraient parfaitement visibles, les mouvements des grandes masses nuageuses seraient un phénomène d’un haut intérêt, ainsi que la formation et la disparition saisonnières des neiges. Mais il y a plus : les changements de tointe des grandes forêts ou des grands espaces cultivés comme la Beauce seraient visibles. Il est certain que la Terre est un centre vital autrement actif que n’importe quelle autre planète. •
- FIG. 7. — PLANISPHÈRE DE MARS RÉSULTANT DÊ TOUTES LES OBSERVATIONS VISUELLES ET PHOTOGRAPHIQUES FAITES
- AU PIC DU MIDI EN 1941
- Ce planisphère esl tracé suivant la projection de Mercator, souvent employée pour les cartes marines. Juste au milieu de la carte, on voit une formation bizarre qui rappelle tin bec de canard; la longueur dix bec est d’environ 300 km, ce qui fixe l’ordre de grandeur de l’échelle. La carte s’étend jusqu’à 70° de latitude de part et d’autre de
- l'équateur.
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- Mars
- C/est la planète que nous connaissons le mieux, dont la surface ne nous est pas cachée par son atmosphère très peu dense. Certes, les astronomes no sont pas toujours parfaitement d’accord pour interpréter les nombreux détails que nous y voyons. La règle devrait être de considérer comme réels seulement les objets ou les formes qui ont été vus ou dessinés de la même manière par plusieurs observateurs indépendants, ou, mieux, qui ont été fixés aussi par la photographie ; malheureusement, la plaque sensible n’est pas encore en état d’enregistrer tout ce que montre l’observation visuelle à l’oculaire de la lunette.
- Ce sont cos règles do prudence qui ont été suivies au Pic du Midi par MM. Lyot, Camichel et Gentili. La ligure 5 donne des dessins montrant les diverses régions de Mars et la figure 6 reproduit deux photographies composites de la planète. De tout cela on a fait un planisphère de Mars (fig. 7), qui est probablement la meilleure image et la plus sûre qui ait été obtenue ; d’autres sont plus détaillées, mais peut-être trop. Toute une science topographique martienne, qui a ses fanatiques, s’est constituée. La moindre tache reçoit un nom latin, parfois très alléchant. Do nombreux points noirs. d’aspect circulaire reçoivent en latin le nom de fons (fontaine ou source) ; un des derniers découverts par M. Gentili a reçu le nom de fons sapientiæ (fontaine de la sagesse). Que ne l’a-t-on découverte sur la Terre!
- Si nous ne savons pas interpréter ce que nous voyons, il est néanmoins intéressant d’en obsoi'ver les changements' qui peuvent nous mettre sur la voie d’une explication juste.
- Certains changements sont certains. Les plus remarquables sont les transformations des grandes taches blanches qui s’étendent autour des pôles et varient en étendue à chaque pôle avec les saisons (lig. 6). Ce sont certainement dos calottes de glace ou de neige. On a révoqué en doute cette explication, vu le peu de vapeur d’oau contenuo dans l’atmosphère de Mars. L’objection n’est pas valable : il ne faut pas beaucoup d’eau pour blanchir d’immenses espaces sous une mince couche de givre ou de neige. D’ailleurs, on voit assez souvent des brumes qui cachent les détails du sol : l’observation de Mars oxige le beau temps sur la 'ferre et sur la planète.
- On ne sait rien sur la nature des détails observés et les noms de mers, de fontaines, de fleuves n’ont qu’une utilité mnémonique. Par contre, une chose certaine est que des changements se manifestent dans la forme et la couleur de certains détails. On est tenté de les attribuer à des phénomènes de végétation, sans rien qui prouve une activité animale.
- Concluons en disant : la vie ne paraît pas impossible, ni même improbable sur Mars.
- L'essaim des astéroïdes entre Mars et Jupiter
- Il n’y a presque rien à dire sur la constitution physique de ces 1 500 « petites planètes » dont les orbites se situent, pour la plupart, entre celles de Mars ot de Jupiter. On sait cependant qu’elles sont vraiment très petites ; la plus grosse, Cérès, n’a que 650 km de diamètre, donc un volume 8 000 fois plus petit que celui de la Terre'; les plus petits- de cos astéroïdes n’ont que ^quelques kilomètres do diamètre. On ne sait rien de certain sur leur masse : on peut
- FIG. 8. — PHOTOGRAPHIES « COMPOSITES » DE JUPITER ET DE SATURNE
- On voit que l’anneau de Saturne est en réalité composé de deux^ anneaux concentriques, séparés par un intervalle. L'anneau intérieur est beaucoup plus brillant que l’extérieur; l’analyse polarimétrique montre qu’ils n'ont pas la même constitution.
- supposer que leurs densités sont celles des planètes lourdes ot admettre que la . masse totale de l’essaim no dépasse pas quelques millièmes de la masse do la .Terre.
- Il est très probable que d’aussi petits corps n’ont pas eu la force de retenir une atmosphère.
- Seuls les plus gros présentent un diamètre apparent perceptible dans les plus grands instruments, mais leur surface ne montre aucune tache qui permette de voir tourner la planète. Il y a cependant un cas où une variation périodique d’éclat décèle une rotation ; c’est celui de la planè.te Éros, intéressante parce qu’elle passe, à certaines époques, plus près de la Terre que toute autre planète. Eros montre d’importantes et rapides variations d’éclat, avec une période d’environ 5 h, et une variation dans le rapport de 1 à 4,8. On explique ce fait en admettant que la planète n’est pas sphérique ; dans un travail récent, M. Caillatto, do l’observatoire de Nice, a été conduit à admettre .qu’Eros a la forme d’un cigare tournant autour d’un axe perpendiculaire à sa longueur, axe qui peut d’ailleurs subir des oscillations. Selon la position de l’observateur par rapport à ce.t axe, l’amplitude dos variations d’éclat peut être petite ou grande. Cette forme bizarre, probablement assez irrégulière, fait penser à la vieille hypothèse de Olbers, d’après laquelle la poussière de petites planètes que nous connaissons serait le résultat de l’explosion d’une planète unique ayant possédé leur masse totale. Les fragments détachés à l’état solide pourraient être fort irréguliers et donner lieu aux variations d’éclat constatées sur Éros.
- Jupiter
- Nous entrons maintenant dans le domaine des grosses planètes de faible densité, qui est aussi celui des basses températures et, dans le cas tle
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- SCIENCE ET VIE
- Jupiter, des très hautes pressions, car la pesanteur à la surface étant 2,5 fois celle que nous trouvons sur la Terre, une même quantité de matière produit une pression 2,5 fois plus forte que chez nous. Il faut, en entrant dans ce domaine, abandonner toute idée préconçue, tout espoir d'explication par analogie avec ce que nous voyons sur la Terre, être décidé à ne s’étonner de rien, par exemple de nuages qui sont des îles d’ammoniac solide flottant sur un océan de méthane liquide, qui lui-même flotte sur de l’azote gazeux. La physicochimie de ce monde étrange a été abordée avec hardiesse par M. Dauvillier.
- On se souvient que Jupiter offre un disque sur lequel se détachent des bandes de « nuages » qui se modifient, très lentement, d’année en année. Le spectro-graphe montre la présence des gaz ammoniac et méthane ; dans los conditions physiques où l’on se trouve, l’ammoniac est solide et le méthane liquide, mais avec des tensions de vapeur importantes, surtout pour le méthane. Il y a, d’autre part, de bonnes raisons de penser que le gros de l’atmosphère est formé d’hydrogène ot d’azote, donnant une pression très élevée. Il ne peut Hltre question do vapeur d’eau ni d’eau liquide, ni, par suite, de nuages, formés par condensation de vapeur d’eau ; l’-eau est à l’état solide, et peut entrer en forte proportion dans le noyau de la planète. L’oxÿgène libre n’y existe pas, où très peu; il se combine soit à l’hydrogène, soit au carbone pour former du gaz carbonique solide, de la carbo-glace, qui est aussi dans le noyau.
- Il est donc probable que les nuages de Jupiter sont en réalité d’immenses glaçons d’ammoniac flottant sur un océan de méthane liquide. M. Dauvillier va jusqu’à admettre que ce liquide, qui est très léger, flotte lui-même sur de l’azote comprimé, qui ne peut se solidifier parce que sa température est supérieure à celle de son point critique. r‘
- Sur bien d’autres points, M. Dauvillier apporte des hypothèses hardies mais vraisemblables pour expliquer le'shdiverses particularités observées. Quant à la-'vraie surface solide, nous no la voyons pas ; nous ne voyons pas le sol, qui d’ailleurs n’existe pas.
- Saturne >
- Saturne a qhe composition chimique analogue à celle de Jupiter, mais la tension de vapeur de l’ammoniàc- solide y est presque nulle. La très faible dé/jsité de la planète (0,7 par rapport à l’eau) s’explique par les propriétés particulières de l’azote au voisinage de son point critique. l.n •
- On ne peut parlor de Saturne sans dire un mot de' son anneau, ou plutôt de ses anneaux qui sont un des beaux spectacles du ciel. Ces anneaux no §ont évidemment pas des objets rigides, qui tournent chacun tout d’une pièce ; le spectrographe montre que la vitesse periphé-tique diminue à mesure que le rayon grandit. Ce sont des dssàims de particules indépendantes,
- qui gravitent comme des satellites autour de la planète. Nous donnerons un peu plus loin quelques indications, déduites de l’observation des effets de polarisation, sur la nature de ces particules. "T
- Uranus et Neptune
- Uranus et Neptune offrent des températures de plus en plus basses. L’ammoniac y est entièrement à l’état solide ; le gaz n’est qu’à l’état de traces sur Uranus ; il est complètement absent sur Neptune. Sur cette planète, il ne faudrait plus parler de gaz ammoniac, mais d’une poudre cristalline ressemblant à du sel fin. Le méthane est un liquide formant une mer qui couvre probablement toute la surface de la planète, avec une tension de vapeur encore assez forte.
- Dans tout cela, on voit qu’à partir de Jupiter nous trouvons une chimie qui ne ressemble en rien à celle de notre atmosphère et de notre sol ; il ne semble pas y avoir la moindre place pour une vie présente, passée ou future.
- La polarisation de la lumière
- La lurhière qu’envoie le Soleil et qui éclaire les planètes n’est pas polarisée, semblable en cela à celle de la plupart de nos lampes. Il faut entendre par ces mots « lumière non polarisée » une lumière dont chaque rayon a la symétrie de révolution autour de lui-même, de telle sorte que tous les plans passant par le rayon aient, exactement les mêmes propriétés et ne se distinguent pas les uns des autres. Lorsque le rayon est polarisé, même partiellement, cette symétrie totale n’existe pas, il n’y a plus que deux plans de symétrie rectangulaires, dont l’un s’appelle le plan de polarisation. Ce passage de la lumière non polarisée à la lumière polarisée peut se faire de bien des mahières, en particulier par' réflexion : dans le cas de la réflexion vitreuse, c’est-à-dire de la réflexion suivant la loi classique de l’optique sur une surface polie transparente, le plan de polarisation n’est autre que le plan d’ijicidence, qui contient à la fois le rayon incident et le rayon réfléchi. Mais les objets qui nous entourent, comme la surface des planètes, n*ont pas de surfaces vitreuses ; les réflexions sont en réalité des réflexions diffuses ; pour un rayon incident donné, il y a une infinité de rayons réfléchis, la notion de normale à la surface disparaît, et les phénomènes sont plus complexes. Nous y reviendrons dans un instant, mais il est évident qu’ils doivent dépendre de la naturë de la matière qui forme le diffuseur, qu’ils ne doivent pas être les mêmes pour la lumière diffusée par un tas de cailloux, par une terre labourée, un champ couvert de maïs ou par un nuage. La comparaison entre ce qu’on observe sur la surface d'une planète avec ce que nous donne un sol artificiel donnera des indications précieuses sur l’état physique de la planète et de ses diverses parties.
- L’idée d’employer la polarisation de la luiffière comme méthode d’analyse des astres est loin
- p
- FIG. 9. — DÉFINITION DE LANGLE DE VISION
- Le Soleil étant en S, la Terre en T et ta planète en P, le plan ST P est le plan de vision ; l’angle V que le rayon PT allant de la planète à la Terre fait avec le rayon solaire qui éclaire la planète, pris en sens inverse, s’appelle l’angle de vision. Cet angle joue un rôle capital dans toutes les expériences sur la polarisation de la lumière des planètes.
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- LES ATMOSPHÈRES DES PLANÈTES
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- d’être nouvelle. Arago, en 1811, peu après les découvertes de Malus (1808) et ses propres découvertes sur les propriétés de la lumière polarisée., eut l’idée d’appliquer cette méthode. Mais, faute de moyens d’analyse assez délicats de la lumière polarisée et faute d’avoir confronté le résultat de ses observations sur les astres avec les propriétés des différents matériaux, les résultats ne furent pas très importants. C’est seulement avec les travaux de M. Lyot, publiés en 1929, que des résultats vraiment tntéressants ont été obtenus' Voici le principe de la méthode et les principaux résultats. ,
- Définissons d’abord les données géométriques d'une observation. Soit (fig. 9) S le Soleil,
- T la Terre, P la planète. Le plan qui contient .ces trois points s'appellera le' plan de vision et l’angle V que fait le rayon PT allant à la Terre avec le rayon incident SP pris en sens inverse est l’angle de vision ; c’est cet angle qui est la quantité variable définissant chaque observation. Dans les expériences de laboratoire où S est une lampe et P un'' corps que l’on velit étudier, rien n’est plus facilo que de faire varier cet angle.
- Dans les observations célestes, nous devons attendre que les mouvements de la Terre et de la planète le fassent varier ; les éphèmérides astronomiques permettent de le calpuler à chaque instant.
- La polarisation n’est que partielle, et le plus souvent le plan de polarisation se confond avec le plan de vision ; cependant , pour les petites valeurs do l’angle devision, le plan de polarisation est perpendiculaire au plan de vision.
- Chaque observation doit faire connaître la proportion de lumière polarisée que contient la lumière reçue par l’observateur ; cette proportion est considérée comme négative lorsque le plan de polarisation est perpendiculaire au plan de vision. La figure 11 donne un exemple de la courbe caractéristique de polarisation où les abscisses sont les valeurs de l’angle V et les ordonnées les proportions de lumière polarisée ; cette courbe est relative à là Lune ; nous y reviendrons. On y voit que le point d’inversion pour lequel le plan do polarisation change de 90° a lieu pour V = 23°.
- Pour les analyses de la lumière partiellement polarisée, M. Lyot a construit un polarimètre qu’il fixe au bout de la grande lunette de l’observatoire de Meudon, dont l’objectif a 83 cm de diamètre et la longueur focale 16 cm. La figure 10 donne la coupe du polarimètre. B est un tube qui prolonge celui de la lunette. L’oculaire est en O suivi d’un polariscope de Savart P, derrière lequel on place l’œil ; >i la lumière de la planète est polarisée, le polariscope donne sur l’image de
- la planète un système de franges ; il s’agit de mesurer avec précision la proportion de lumière polarisée et de déterminer l’orientation du plan de polarisation. A cela servent les deux lames transparentes Lj et L2 en verre mince ou, mieux, en celluloïd, épaisses de 0,01 mm, qui toutes deux peuvent être inclinées à volonté. Pour cela L! peut tourner autou >de l’axe DE et son angle d’inclinaison est lu par l’aiguille F sur le secteur gradué G. La lame L2 peut tourner autour de l’axe HI, qui peut prendre deux orientations définies par des butées : dans l’une, il est parallèle à DE, dans l’autre, il lui est perpendiculaire, et l’on passe instantanément de l’une des positions à l’autre en poussant du doigt la tige K. La mesure se fait en modifiant les angles jusqu’à ce que le passage d’une position à l’autre ne change pas l’aspect des franges. On arrive à déceler et mesurer des proportions de lumière polarisée bien inférieure à 3/1 000 ; comme preuve de la précision des mesures, on peut voir sur le diagramme (fig. 11) avec quelle précision les points se placent sur la courbe qui résume les observations faites sur la Lune pendant plusieurs années.
- Ayant tracé la courbe caractéristique do polarisation d’une planète où d’une petite région de son disque, ce qui exige des mois et parfois des années d’observations, il reste à découvrir quelque chose de terrestre, sol, nuage artificiel, etc., qui ait les mêlùes propriétés, c’est-à-dire qui donne une courbe caractéristique exactement superposable à celle de la planète ou de la portion de la surface qui a été étudiée. L’étude de l’objet terrestre se fera au laboratoire avec le même polarimètre, en remplaçant la lumière solaire qui éclairait la planète par celle d’une lampe et la surface planétaire par une surface artificielle convenablementpréparéo.
- Voyons quelques-uns fies résultats obtenus :
- Le cas le plus facile est celui de la Lune, à cause de son grand diamètre apparent et de l’absence totale d’atmosphère. Il n’y a pas d’autre inconnue à faire intervenir que la nature du sol. En fait, la courbe do polarisation fie la lumière lunaire (fig. 11) est à très peu près la même pour tpute la surface de notre satellite. Elle ressemble à celle de beaucoup ,fie minéraux terrestres non transparents, de couleur brune, tels que les laves, les basaltes, etc. ; il y a toutefois de petites différences dans la< fo: me des courbes qui excluent l’hypothèse d’une surface lunaire formée uniquement d’un de ces minéraux. Comme substance ayant exactement les propriétés do la surface lunaire, M. Lyot a trouvé seulement certaines cendres volcaniques jet il conclut que cette sûrface doit être entièrement
- FIG. 10. — POLARIMÈTRE DE LYOT
- Ce petit appareil se place au bout de la grande lunette de l’observatoire de Meudon (diamètre 83 cm; longueur focale, 16 m). L’oculaire O est suivi d’un polariscope de Savart P, qui fait apparaître des franges sur l’image de la planète si la lumière de celle-ci est polarisée. Les deux lames transparentes L. et Lt en celluloïd très minces (épaisseur, 0,01 mm) servent à déterminer la proportion de lumière polarisée (voir le texte).
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- SCIENCE ET VIE
- couverte de telles cendres, peut-être en couche mince. La couleur légèrement brune de ces cendres s’accorde bien avec ce que l’observation banale nous apprend : la lumière lunaire est plus rouge que celle du Soleil et, d’autre part, le pouvoir réflecteur de la surface de la Lune est faible, car seulement la fraction 0,14 des radiations visibles est réfléchie, le reste étant absorbé.
- Mercure donne exactement les mêmes' résultats que la Lune, les deux astres ont perdu leur atmosphère et n’ont plus trace d’eau ; la constitution de leur surface est la même.
- Mars est plus compliqué. Une grande partie de sa surface donne les mêmes résultats que la Lune ; on sait d’ailleurs que Mars se voit à l’œil nu commo une étoile rouge, dont la couleur ressemble beaucoup à celle de la Lune. Mais la surface est beaucoup moins uniforme que celle de la Lune, et, d’autre part, la présence d’une légère atmosphère complique les phénomènes observés.
- Les taches blanches des pôles donnent uno polarisation variable, comme s’il y avait fréquemment do la brume dans cos régions. Un fin, même en l’absence de brume, l’atmosphère de Mars doit nous envoyer, par diffusion moléculaire, do la lumière polarisée ; do ce que l’on observe, ou plutôt de ce qui ne se produit pas,- on peut déduire une limite do la densité de cet air. On trouve que la masse d’air sur Mars n’atteint pas 1/15 de la quantité analogue, à surface égale, sur la Torro ; et-comme la pesanteur à la surface do Mars n’est qjio la fraction 0,37 do celle qui agit sur nous, la. pression de l’air à la surface de Mars ne peut dépasser 1/40 d’atmosphère. On voit que tout concordé pour indiquer que Mars n’est pas dénué d’atmosphère ni d’eau, mais que cette atmosphère est extrêmement ténue.
- • Les observations sur les planètes éloignées, à partir de .Jupiter, ne peuvent donner des résultats très complets : l’angle de vision V (fig. 9) reste toujours petit ; sur Jupiter, il ne dépasse pas 11° et sut Neptune il n’atteint pas 2°, si bien que l’on ne peut tracer qu’une faible partie de la courbe do polarisation. Sur Jupiter, les résultats sont difficiles- à interpréter, à cause de la présence de matières dont les propriétés sont mal connues et à cause de l’influence d’une atmosphère dense:1
- Cependant des résultats ont été obtenus sur les anneaux do Saturne. Comme, on le sait, l’anneau est divisé en deux anneaux concentriques, dont l’intérieur est le plus brillant (fig. 8). Les propriétés optiques de celui-ci sont celles d’une collection do minuscules satellites, analogues aux fragments irréguliers d’un minéral que l’on aurait grossièrement concassé ; cela confirme la théorie d’après laquelle l’anneau est formé de fragments indépendants. Quant à l’anneau extérieur, il donne lieu à des phénomènes de polarisation bizarres, jusqu’ici inexpliqués.
- La vie sur les planètes
- On voit quelle variété do techniques il a fallu mettre en cèuvro pour arriver à une connaissance des planètes qui est loin d’être complète, mais qui n’est plus une œuvre de pure imagination.
- Comment peut-on conclure en ce qui concerne la vie ? De la manière la plus évidente, la vie est un phénomène exceptionnel et certainement a u c u n astre du système solaire n’offre une intensité et une variété do vie, un grouillement d’êtres vivants comparables à ce que nous voyons sur notro Terre. Les seules autres planètes sur lesquelles, la vie est possible sont Vénus et Mars. Sur Vénus , si la vie existe, ce ne peut être que sous une forme végétale rudimentaire. La décomposition du gaz carbonique en oxygène et produits hydrocarbonés par les végétaux est-elle commencée '? On serait plutôt porté à admettre quo Vénus en est encore au stade purement photochimique qui, d’après M. Dau-villier, doit précéder le stade biologique. Les végétaux, et peut-être les animaux, viendront plus tard. Quant à Mars, bien des indices font penser à l’existence d’une vie végétale ayant une certaine activité, mais la ténuité de l’atmosphère, l’absence d’oxygène, la rareté de l’eau rendent probable un état biologique assez maigre. C’est notre Terre qui reste le seul centre actif de la vie et, parmi tous les êtres vivants, l’homme, en dépit de ses imperfections et de ses tares, reste le grand chef-d’œuvre de la création On peut regarder comme certain qu’aucun autre exemple analogue n’existe dans le système solaire, et comme très probable que cette réussite est extrêmement rare dans l’ensemble de l’Univers.
- c c 20
- o c. Qi
- Angle de \/ision sur la Lune en degrés
- COURBE DE POLARISATION DE LA LUMIERE
- DE LA LUNE
- La valeur de /’antfie de vision V (voir fig. 9) est portée en abscisse; cette valeur varie de jour en jour au cours de la lunaison. En ordonnée, on porte la valeur de la proportion de lumière polarisée. On remarquera la précision avec laquelle les points se placent sur la courbe. Le maximum a lieu pour y = 100° (près du premier ou du dernier quartier) et la proportion de lumière polarisée est alors de 0,0C>r>. L’inversion se produit pour V = 23°; pour les valeurs de T inférieures, la polarisation est négative et atteint — 0,012. Ce phénomène de ('inversion et les ch'cons-tances qui l’accompagnent sont intéressantes pour définir la nature de la surface planétaire.
- C. Faüky.
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- LA PRISE EN REMORQUE D'UN PLANEUR PAR UN AVION EN VOL
- La guerre dans les jungles de la Birmanie et des îles du Pacifique, où bien souvent aucun aérodrome ne pouvait être aménagé et où pourtant l’envoi de renforts, de ravitaillement et l’évacuation des troupes se faisait'par la voie des airs, a exigé de l’avion des tâches tout à fait extraordinaires, entraînant parfois des manœuvres acrobatiques. L’une d’entre elles est maintenant de pratique courante : c’est la prise en remorque de planeurs par un avion en vol. Cette opération permet l’évacuation des blessés par la voie des airs, là où un avion ne pourrait pas se poser ni décoller à nouveau.
- Les photographies ci-dessous représentent la capture d’un planeur Waco « Hadrian II » par un avion de transport Douglas « Dakota » dans un camp d’entraînement anglais.
- Les deux problèmes qu’il faut résoudre dans la prise en remorque sont l’accrochage du câble de remorquage avec le câble de capture, et, d’autre part, la répartition d e l’accé 1 ér ation nécessaire a u décollage du planeur sur une période de temps suffisante, faute de quoi il se produirait un véritable choc qui pourrait rompre le câble ou provoquer des accidents dont seraient victimes soit le planeur, soit l’avion remorqueur, par suite d’une brusque perte de vitesse.
- La solution du premier problème ne présentait pas de difficultés ; 1 a
- capture au vol de certaines charges, en particulier du courrier, est de pratique courante dans l’aviation commerciale.
- Le remorquage du « Waco » s’effectue à l’aide d’une corde de nylon (qui possède une certaine élasticité) de 70 m de longueur. A l’extrémité de celte corde se trouve une boucle triangulaire dont on accroche deux sommets à l’extrémité de deux poteaux de 4 m de hauteur et distants de 7 m environ. Cette boucle sera saisie par l’avion remorqueur à son passage.
- Le dispositif de capture installé à bord du « Dakota », pèse au total 590 kg.
- Il comprend un câble d’acier de 350 m de longueur, enroulé sur un tambour freiné et à l’extrémité duquel se trouve le crochet qui saisira la boucle du planeur. Pour la capture du planeur, ce câble d’acier est légèrement déroulé, et le crochet est guidé par un bras métallique éclipsable placé au-dessous de l’avion. Après accrochage de la boucle par le crochet, l’etfort de traction qui s’exerce sur les deux câbles provoque le déroulement du câble d’acier. Ainsi le choc qui se produirait si l’attelage était rigide se trouve amorti, et le planeur est progressivement accéléré.
- Le Douglas « Dakota » est un avion de 16,5 t en pleine charge, muni de 2 moteurs de 1 200 ch. Le planeur Waco « Hadrian II » pèse 3 600 kg. La vitesse à laquelle vole normalement le « Dakota » au .moment de la prise en remorque est de 160 à 200 km /h, mais le « Waco » décolle à partir de 115 km/h. Le décollage s’effectue
- en 70 m environ. Dans ces conditions, s i l’on admet que le mouvement du planeur est uniformément accéléré, l’accélération est de l’ordre de 6 m /s et la traction exercée sur le câble serait de l’ordre de 2200 kg, compte non tenu du freinage exercé par le sol sur le planeur. De toute façon, cette traction ne dépasse pas normal ement 3 000 kg.
- Le câble d’acier est ensuite enroulé de nouveau sur son tambour grâce à un petit mo-' leur électrique de 2,5 ch.
- Des sécurités sont prévues pour le cas où, pour une cause quelconque, un des deux appareils se trouverait en difficulté. Le câble de nylon présente en elïet un point faible dont la rupture se produit quand la traction vient à dépasser la valeur de 7 t. Enfin, il est possible de couper instantanément le câble d’acier à l’aide d’une petite charge d’explosif dont on commande la détonation si le tambour du câble vient à fonctionner de façon défectueuse.
- LA CAPTURE DU CABLE DE REMORQUAGE D’UN PLANEUR WACO « HADRIAN II » PAR UN AVION DE TRANSPORT DOUGLAS « DAKOTA »
- En haut, l’avion arrive en passant à côté du planeur. En bas, la boucle qui termine le câble de remorquage est saisie par le crochet qui l’attellera à l’avion.
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- COMMENT
- ON ESSAIE SCIENTIFIQUEMENT LES INSECTICIDES AGRICOLES
- par L. BONNEMAISON
- Chef du Laboratoire de Chimiothérapie à la Station Centrale de Zoologie Agricole
- Les insectes constituent pour l’homme une menace permanente, soit qu’ils transportent les germes de maladies infectieuses, soit qu’ils s’attaquent à ses cultures, à ses réserves alimentaires et même à son habitation. Les dégâts occasionnés par les insectes grèvent chaque année l’agriculture française de 20 milliards de francs. Un tel chiffre suffit à mesurer l’importance de la lutte contre ces animaux. Depuis quelques années, la gamme des insecticides s’est considérablement étendue, et l’on a découvert des produits satisfaisant de mieux en mieux aux conditions extrêmement variées qui leur sont imposées, toxicité vis-à-vis des insectes, innocuité pour l’homme et les plantes, persistance de l’action. Le choix de ces produits parmi les centaines de milliers que nous offre la chimie nécessite des essais nombreux et méthodiques effectués parfois pendant des années tant au laboratoire qu’aux champs.
- Les diverses sortes de produits insecticides
- Les insectes exercent leurs dégâts de diverses manières. Certains, comme le Doryphore, les Chenilles, rongent les feuilles sur toute leur épaisseur ; d’autres ne s’attaquent qu’à l'épiderme supérieur ou inférieur de celles-ci (larve de la Tenthrèdo, Limace du Poirier).
- Les Punaises, los Pucerons, les Thrips se nourrissent d’une manière différente : leurs pièces buccales, transformées en minuscules lames chitinisées, appelées stylets, perforent les tissus végétaux et permettent, à ces insectes d’aspirer le contenu des cellules végétales.
- Chez d’autres insectes, les femelles déposent leurs œufs à la surface ou dans de petites anfractuosités, préparées à l’avance, des feuilles (Pégomyie de la Betterave), des rameaux (Cèphc du Poirier), des ileurs (Anthonome du Pommier, Hoplocampes), des fruits (Carpocapse, Mouches dos Cerises) ou des troncs (Scolytes). Les larves qui émergent do ces pontes pénètrent le plus souvent directement à l’intérieur des tissus de la plante.
- Suivant le mode d’alimentation de l’animal, on sera'-nmené à employer :
- — Soit des substances toxiques qui, réparties sur les plantes, seront absorbées par l’insecte en même temps que les tissus végétaux et amèneront la mort de celui-ci par empoisonnement (insecticides d’ingestion, par exemple : arsenicaux) ;
- — Soit des' substances qui seront projetées sur les plantes afin d’être mises directement en contact avec les parasites (insecticides de contact) ; ceux-ci agissent do diverses manières : en recouvrant l’insecte d’une mince pellicule qui obture les orifices respiratoires ou stigmates de l’insecte (huiles minérales, animales et végétales) ; en pénétrant à l’intérieur du corps par l’intermédiaire des stigmates ; en traversant les téguments au niveau des parties amincies (base des pores d’où émergent les poils sensoriels, membranes intersegmontaires) ;
- — Soit des matières qui dégagent des gaz toxiques (insecticides gazeux) : acide cyanhydrique, sulfure de carbone, oxyde d’éthylène, bromure de méthyle, etc...) ; leur emploi est limité à la désinfection des matières végétales entreposées, du sol, des arbres et arbustes fruitiers des serres ;
- ' — Soit des produits que l’on mélange aux
- •'grains et qui amènent la mort des insectes en diminuant la teneur de leurs tissus en eau (in-secticidcs déshydratants).
- On peut ajouter à cela les substances dites « insectifugcs » qui dégagent des odeurs déplaisant à l’insecte et qui en provoquent l’éloignement.
- A vrai dire, les insecticides déshydratants mis à part, la distinction entre le mode d’action des divers insecticides est bien délicate : il a été constaté depuis peu que des insecticides d’ingestion aussi typiques que las arsenicaux exerçaient également une action toxique par contact.
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- FIG. 1.
- LA CHENILLE DU BOMBYX NEUSTRIEN (Photo Le Charles)
- Composition chimique et pouvoir insecticide
- La sensibilité dos insectes aux insecticides d’ingestion et de contact est des plus fantaisiste ; ce phénomène s’observe fréquemment pour des substances même très simples (arsenicaux) : deux produits de composition chimique identique et ayant une teneur en arsenic équivalente peuvent faire preuve d’une ellicacité très différente (fig. 2). De même, des substances plus complexes et de nature chimique très voi-
- sine peuvent avoir une action très variée. C’est ainsi que, chez trois substances isomères, telles que l’ortho, le méta et le paradichiorobenzène (fig. 3), l’ortho est aussi peu toxique que le méta, alors que le para a fait preuve, dans certains cas, d’un bon effet insecticide.
- Il n’est donc pas possible de juger de la valeur insecticide, même approximative, d’une substance d’après sa composition chimique.
- Il y a quelques années encore, les produits insecticides de base étaient, en nombre très limité: arséniates de plomb et de chaux, fluo-
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- SCIENCE ET VIE
- •<u 70
- o 50
- Témoin
- Jours après le traitement
- FIG. 2. — EFFICACITÉ COMPARÉE DE QUATRE
- ARSÉNIATES DE PLOMB
- Les quatre produits, de marques A, B, C et D, ont la même teneur en arsenic. On les fait agir tous les quatre sur des élevages « standard » de Doryphore et on compte à la fin de chaque jourhéequi suit l’application du poison le pourcentage des insectes morts. Un élevage témoin (auquel on n’administre pas d’arsé-niate), placé dans les mêmes conditions que les quatre premiers élevages, sert à vérifier que la mort est bien imputable à l’insecticide. On voit sur les courbes .4, B, C, D que la teneur en arsenic n’est pas le seul facteur déterminant la toxicité du produit. Celle-ci ne poxivait pas être prévue d’après la formule chimique et doit être déterminée expérimentalement.
- silicate de baryum, fluosilicate de soude, nicotine, bouillie sulfocalcique, huile d’anthracènc.
- Depuis pou, leur nombre s’est accru d’une manière prodigieuse par l’utilisation de matières d’origine minérale (huiles), végétale (roténonc, pyrèthre) et surtout de composés organiques réalisés par voie de synthèse (hexachlorocyclo-hexane, dinitrocyclohexylphénol, tiodiphényl-aminc, dichlorodiphényltnchloréthaneou D. D.T., etc. (1). On conçoit aisément que le nombre de substances que l’on peut réaliser de la sorte est pour ainsi dire illimité : le chimiste peut ainsi accumuler des corps de nature chimique variée, mais dont on ignore tout de leur pouvoir insecticide. Celui-ci ne pourra être déterminé que par l’expérimentation directe du produit sur les insectes.
- L'essai du pouvoir insecticide
- • En raison de la petite quantité de matière active dont on dispose et des difficultés techniques soulevées par l’application directe de la substance présumée insecticide, sur une culture fortement infestée, les ‘essais sont généralement réalisés en trois échelons, les deux premiers étant des essais de laboratoire et le troisième ayant lieu en plein air (essai de plein champ).
- Les essais de laboratoire portent toujours sur un petit nombre d’insectes ; or, la résistance de ceux-ci aux substances insecticides varie dans de très fortes proportions suivant l’espèce d’insecte, et, pour une même espèce, suivant l’état de développement des individus, leur âge, leur vigueur, etc.
- Pour que les essais soient vraiment comparables, on a.donc été amené à n’opérer que sur
- (1) Voir : « Le, IL D. T., formidable moyen de destruction des insectes nuisibles » (Science et Vie, :i° 335, août 19.45).
- quelques espèces d’insectes soigneusement choisies en vue d’un but déterminé et que l’on désigne sous le nom d’« insectes-standard ». Cela ne suffît pas. Il est indispensable que tous les animaux mis aux essais soient sains, rigoureusement identiques en âge, en taille, en poids, si possible frères et sœurs, c’est-à-dire qu’ils appartiennent à la même lignée germinale.
- Le ramassage des insectes d’une même espèce dans la campagne ne permet pas de satisfaire à ces diverses conditions.
- Il est indispensable d’avoir recours à l’élevage artificiel des « insectes-standard », ce qui permet, en outre, d’obtenir des insectes à contre-saison et de hâter par conséquent la réalisation des essais de laboratoire.
- L’élevage artificiel des insectes
- L’élevage artificiel des insectes semble être une opération d’une extrême simplicité, alors qu’en réalité il requiert des soins attentifs et aboutit fréquemment à des échecs complets.
- Dans la nature, l’insecte peut se déplacer facilement et rechercher l’aliment qui lui convient le mieux, l’habitat qui lui paraît le plus judicieux. Élevé dans un local, l’insecte est placé dans des conditions d’« ambiance » tout à fait différentes et ne reçoit plus qu’une nourriture de nature parfois éloignée de celle qu’il a l’habitude de consommer et d’un état de fraîcheur qui laisse toujours à désirer : il n’est donc pas étonnant que son organisme supporte mal ces nouvelles conditions d’existence.
- Les insectes sont élevés dans une pièce bien éclairée, orientée est-ouest si possible.
- Des tables ou des planches posées sur des tréteaux sont disposées à l’intérieur de ce local et supportent les cages d’élevage. Celles-ci peuvent être de forme variée : le plus souvent, ce sont des parallélépipèdes rectangles revêtus d’un fin grillage sur la plupart de leurs grandes faces. Une vitre coulissant dans des rainures fait office de porte (fig. 4).
- Les insectes ne peuvent vivre qu’entre certaines limitesde température(tem pératures minimum et maximum de développement). Entre ces deux extrêmes-se trouve une température optimum variable suivant les espèces, mais qui, pour les insectes les plus courants, est comprise entre 22° C et 28° C.
- Cl Cl Cl
- A«. /\ /\
- V V ‘ V
- Cl
- Ortho Mêta Para
- FIG. 3. — LES TROIS ISOMÈRES DU DICHLOROBENZENE
- De ces trois corps de formule très voisine, seul le paradichlorobenzène a un pouvoir insecticide appréciable.
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- LES INSECTICIDES AGRICOLES
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- Cette température est obtenue par le chauffage modéré des salles et par la mise en place d’une ou deux lampes électriques à l’intérieur de chaque cage ; ces lampes élèvent de quelques degrés la température de la cage par rapport à celle de la salle et, par leurs radiations, favorisent le développement de l’insecte.
- Nous prendrons comme exemple d’élevage celui du Doryphore qui, en raison des déprédations qu’il commet, de sa proliflcité, de sa grande résistance aux maladies cryp-togamiques et à virus, de sa quasi-immunité vis-à-vis des parasites animaux, constitue un sujet de choix.
- Des Doryphores adultes sont récoltés au printemps, dans les champs de Pommes de terre, et mis en observation au laboratoire pendant quelques jours ; on constitue ensuite des lots de dix couples et l’on place un lot par cage.
- L’alimentation est assurée par des rameaux feuillus de Pommes de terre placés dans des flacons à large ouverture; ces flacons sont remplis d'eau et l’on dispose un tampon de coton tout autour des rameaux afin d’éviter la noyade des Doryphores. Les rameaux sont renouvelés tous les Jours ou tous les deuxjours afin d’assurer aux insectes une nourriture suffisamment fraîche (flg. 5).
- En plein air, les Doryphores se tiennent sur les touffes de Pommes de terre, c’est-à-dire dans un « microclimat » à très haut degré hygrométrique ; l’atmosphère des salles d'élevage et des-cages est toujours trop sèche, et il est indispensable de veiller à ce que l’humidité relative aes cages soit au moins de 80 à 90 %.
- On y parvient en disposant dans les salles d’élevage de grands bacs renfermant de la sciure mouillée ou des « humidificateurs » sur les radiateurs de chauffage central, en arrosant fréquemment le sol, en pulvérisant deux ou trois fois par jour de l’eau en un fin brouillard à l’intérieur des cages, en plaçant dans celles-ci une cuvette renfermant de l’eau recouverte d’une mousseline.
- La ponte moyenne d’un Doryphore est d’em viron 500 œufé ; ces œufs longs de 1,2 mm, jaune vif, sont déposés sur les feuilles par petits paquets de 50 à 60. Les folioles porteuses d’une ponte sont coupées et placées dans un petit cris-tallisoir; on y ajoute quelques folioles qe Pomme
- de terre afin de maintenir une humidité satisfaisante dans le fond du récipient. Les cristalli-soirs sont placés dans une « éleveuse », simple caisse de bois munie de deux portes vitrées présentant plusieurs étages à claire-voie et chauffée par une ou deux lampes électriques de 50 à 60 W.
- Les œufs éclosent au bout de six à dix jours, selon la température ; les jeunes larves sont alors transférées à l’aide d’un petit pinceau dans un autre cristallisoir dont le fond est tapissé de
- deux ou trois feuilles de papier buvard destiné à absorber les gouttelettes d’eau et les déjections ; l’alimentation est assurée par quelques folioles.de Pomme de terre.
- Les larves grossissent rapidement ; elles « muent » trois fois avant d’atteindre leur taille maximum, c’est-à-dire qu’à trois reprises elles rejettent leur vieille enveloppe pour en revêtir une nouvelle qui leur permet d’atteindre une plus grande dimension.
- ’ Arrivées au terme de leur croissance, les larves ne mangent plus ; c’est le moment où, normalement, elles vont en terre pour se « nymphoser », c’est-à-dire pour se transformer en adulte. Au laboratoire, ces larves sont placées dans de grands crlstallisoirs renfermant plusieurs épaisseurs de papier buvard légèrement humidifié; les larves se nymphosent sans difficulté dans le papier qu’elles ont au préalable déchiqueté. L’adulte apparaît huit à dix jours plus tard.
- Des techniques différentes sont employées
- Doryphores
- adultes
- Pontes
- Couche de terre-ou de sable
- fig. 4 et 5. — l'élevage artificiel des insectes au laboratoire
- A gauche: cage verticale pour élevage des insectes en local isolé (Trouvelot). Cette cage qui enferme les plantes nourricières des insectes est fermée sur quatre faces par un grillage métallique (g) à mailles fines et, sur une de ses faces verticales, par une vitre coulissante (v). La cage s'encastre à sa partie.inférieure sur un cadre de zinc (z)
- ?ue l’on enfonce dans la terre d'une serre ou d’un gros pot de fleurs. Deux ouvertures ermées par des manchons de mousseline (m) permettent de prendre commodément les insectes. La cage est éclairée et légèrement chauffée par une lampe à sa partie supérieure. A droite : cage d’élevage contenant dix couples de Doryphores. Les tnsecles sont élevés sur des rameaux de Pommes de terre baignant dans l'eau d'un flacon. L’atmosphère de la cage est humidifiée et réchauffée artificiellement (lampe électrique) pour donner aux insectes des conditions de développement comparables à celles qu'ils rencontrent dans la nature. Les pontes sont récoltées tous les jours.
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- FIC. 6 ET 7. — LE DORYPHORE A GAUCHE ET LE PUCERON NOIR DE LA FÈVE A DROITE (Photo Le Charles)
- pour l’élevage d’autres insectes-standard ; toutes s’inspirent du mode de vie normal de l’insecte dans la nature.
- Les insectes-standard varient d’aîHeurs suivant les pays. Les Anglo-Saxons utilisent de préférence le Puceron noir de la Fève, la larve de la Mouche domestique, la Blatte, les Bruches du Haricot et du Pois, le Charançon du Riz, la Punaise des lits, los Poux pour les essais d’insecticides de contact, la chenille du Ver à soie pour les insecticides d’ingestion.
- Les Allemands se servent de la larve du Moustique commun pour les insecticides de contact, de la chenille du Bombyx neustricn et d’un Orthoptère exotique (Dixippus inorosus Br.) pour ceux d’ingestion.
- En France, les essais de poisons d’ingestion sont faits avec la larvo de* Doryphore et la chenille de la Piéride du Chou, les essais d’insecticides de contact avec diverses espèces de Pucerons.
- Les essais de laboratoire et les micro-essais
- /
- Les essais delaboratoire comportent deux échelons.
- Au premier échelon, on cherche à déterminer la toxicité intrinsèque du produit vis-à-vis d’un insecte-standard (essais toxicologiques). On y parvient en expérimentant directement et comparativement sur des lots comprenant un petit nombre d’insectes obtenus par l’élevage artificiel.
- Les techniques varient suivant que l'on a affaire à des insecticides de contact, d’ingestion, déshydratants ou gazeux. Toutes visent à opérer les dilïérents essais dans des conditions rigoureusement similaires : insectes de même espèce, do môme âge, même quantité d’insectes-tests, de liquide ou de poudre pour tous les essais, pression identique, égale distance de l’orifice du pulvérisateur ou de. la poudreuse, température et humidité relative de l’air identiques.
- Pour l’étude des insecticides de contact, l’appareil de Tattersfield est un des plus employés («g- 8).
- Il consiste en un cylindre de verre supportant à sa partie supérieure un jet spécial
- assurant une très fine pulvérisation de l’insecticide ; ce dernier est placé dans un petit tube gradué. Une pression toujours égale est assurée par une bouteille à air comprimé munie d’un détendeur et d’un manomètre. Les insectes, le plus souvent des Pucerons, sont placés dans une petite cupule de verre. Une parfaite horizontalité de l’appareil est obtenue au moyen de vis de réglage.
- Les résultats obtenus avec cet appareil sont excellents ; ils permettent de comparer l’action insecticide de divers produits soumis aux essais et de dresser la courbe de toxicité d’un produit à diverses concentrations.
- Une autre méthode consiste à placer par lots de dix les insectes dans des tubes que l’on réunit ensuite dans une salle ou une étuve à température constante. Les divers insecticides sont alors versés dans les tubes que l’on bouche à l’aide d’un tampon de coton afin qu’aucun insecte ne surnage. Au bout d’un certain temps, les tubes sont vidés dans un large récipient et les insectes sont transférés à l’aide d’un petit pinceau sur des feuilles de papier filtre qui absorbent l’excès de liquide. On note ensuite le pourcentage de mortalité.
- La courbe de toxicité peut être déterminée :
- 1° Soit en utilisant l’insecticide à une concentration variable et on immergeant les tests pendant un temps constant ;
- 2° Soit en immergeant les tests pendant un temps variable dans une solution insecticide à concentration constante (fig. 9).
- Des difficultés particulières se présentent pour les essais avec des poisons stomacaux : il est indispensable de connaître la quantité de poison ingérée par les insectes-tests pour pouvoir en déduire le taux de toxicité.
- On a tout d’abord eu l’idée de verser, à l’aide d’une microburette, une quantité précise d’une solution toxique sur les pièces buccales des insectes-tests ; cette technique est d’une réalisation délicate et manque de précision.
- Beaucoup d’insecticides sont employés sous forme de poudres ; les essais de laboratoires sont réalisés le plus souvent avec des appareils dérivant de celui de Campbell (fia. 10).
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- LES INSECTICIDES AGRICOLES
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- , Un poids connu de poudre est placé dans le réservoir r obturé par une boule de paraffine b. Le réservoir est obturé par un bouchon percé de deux petits tuyaux ; la pression est donnée par une bouteille à air comprimé qui projette violemment la poudre dans la cloche. Les particules les plus lourdes se déposent rapidement alors que les légères flottent dans la cloche. Au bout de dix secondes, la cloche est enlevée et placée sur une plaque de verre recouverte d’un papier ; sur celui-ci, on a disposé des rondelles de feuilles, ainsi que des lamelles de verre pesées à l’avance et ayant la mémo surface que les rondelles. La poudre fine se dépose d’une manière suffisamment homogène sur les lamelles et les rondelles de feuilles. Par la pesée en fin d’opération des lamelles, on déduit la quantité d’insecticide déposé sur chaque rondelle. On découpe par ailleurs d’autres rondelles de feuilles non traitées ; une face de ces rondelles est enduite de colle et appliquée sur la partie recouverte de poudre insecticide ; de cette manière, la couche de substance toxique se trouve maintenue entre les deux foui des. On obtient ainsi un « sandwich « qui est donné aux insectes utilisés comme tests. La quantité de feuille empoisonnée consommée par chaque sujet est déterminée par la photographie ou le décalque sur un papier millimétrique des sandwiches avant et après l’opération. '
- En divisant la quantité de produit toxique ingérée par le poids du ou des insectes, on détermine la dose minimum mortelle du poison par gramme de l’insecte en expérience. Cette méthode donne on réalité des chiffres trop élevés, car l’insecte consomme un poids de substance toxique (à condition que celle-ci n’exerce pas un effet répulsif) supérieur à la dose mortelle, le poison n’agissant généralement que plusieurs heures après son ingestion.
- Il est plus logique, quand cela est possible, de doser directement la quantité de poison existant dans le corps des animaux tués ; mais on rencontre un certain nombre de difficultés dues à de grandes différences de sensibilité entre les insectes d’une même espèce et de même âge et aussi au rejet par les sujets
- fig. 8. — l’appareil de tattersfield pour les essais d’insecticides LIQUIDES DE CONTACT
- Les insectes sont placés dans une cupule sous le pulvérisateur des produits insecticides. Les produits comparés sont pulvérisés en quantités égales et sous une pression constante indiquée par le manomètre, ce qui donne des gouttelettes de liquide identiques. On compte le pourcentage des insectes tués par chaque produit (fig. 2). En cartouche, la coupe du jndvérisateur de l'appareil.
- d’une partie du poison qui les a intoxiqués.
- Les essais de laboratoire au premier échelon ne visent qu’à opérer une sélection très sommaire parmi les produits à expérimenter : ils sont faits sur un très petit nombre d’individus-standard choisis plutôt en fonction de leur commodité d’obtention que de leur importance économique ; ils permettent seulement de préciser les propriétés pharmacodynamiques des produits aux essais.
- Ce qu’il importe de fixer, c’est la valeur insecticide pratique qui est d’une détermination beaucoup plus délicate, car elle dépend de" lac-teurs complexes : toxicité intrinsèque du produit, causticité vis-à-vis des végétaux, facilité de préparation des suspensions, persistance d’action, etc...
- Les essais au deuxième échelon seront donc réalisés sur des insectes nuisibles à l’agriculture ; ils porteront sur un plus grand nombre d’espèces et une plus grande quantité d’individus que les essais au premier échelon : l’action des produits sur les végétaux sera spécialement étudiée, ainsi que la durée de leur efficacité et l’influence des agents climatique's ; ils seront tous réalisés en comparaison avec un lot-témoin qui n’aura reçu aucun traitement et un lot-étalon sur lequel on aura appliqué un insecticide rigoureusement dosé, dont l’action insecticide pratique est bien connue.
- Ces essais seront de deux ordres : les uns seront réalisés au laboratoire suivant des techniques très analogues à celles employées dans, les essais toxicologiques, les autres consisteront
- dans l’étude de l’action de l’insecticide en plein air sur de très petites surfaces de cultures (microessais).
- Les essais comparatifs do laboratoire portent pour des lots (le dix à cent insectes de même âge et de même provenance. Pour augmenter la précision des essais, il est nécessaire de les répéter, soit dans les mêmes conditions de milieu, soit dans des conditions nettement différentes. L’action des insecticides varie, en effet, d’une manière considérable suivant la température, l’humidité de l’air, ètc... : les produits fluorés, par exemple, se fnontrent nettement plus actifs
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- par temps chaud que par temps froid ; il en est de même, quoique à un moindre degré, pour les arséniates.
- Raucourt, Trouvelot et Bégué ont mis récemment au point une technique qui utilise les larves de Doryphores. Chaque lot comprend dix larves au troisième âge qui sont soumises pendant vingt-quatre heures avant l’essai à un contrôle de vigueur et d’alimentation, ce qui permet d’éliminer les individus malades ou consommant moins que la normale ; ceux-ci sont remplacés par des larves tenues en réserve et également soumises au contrôle.
- Si nous avons, par exemple, six produits à expérimenter, la série comprendra huit lots : six constitués pour les produits, un lot-témoin, un lot-étalon ; il faudra donc 80 larves.
- Des parcelles de Pommes de terre sont traitées avec les insecticides à essayer et l’insecticide étalon ; chaque larve est placée dqps une petite boîte de verre (boîte de Pétri) et reçoit une foliole provenant d’un rameau prélevé dans chaque parcelle. Toutes les vingt-quatre heures et pendant quatre jours de suite, les folioles consommées sont remplacées par des folioles fraîches provenant des mêmes parcelles. Au moment du remplacement des folioles, on note la surface foliacée consommée par les larves et le nombre de larves mortes. Les résultats sont alors reportés sur un graphique (1). Afin de tenir compte de la mortalité des larves dans le lot témoin, on retranche du nombre des animaux morts empoisonnés le nombre des animaux morts de mort naturelle dans le lot témoin.
- La détermination du pourcentage de mortalité des insectes-tests n’est pas toujours chose aisée ; quelques espèces peuvent simuler la mort pendant plusieurs jours ; la petitesse de certaines d’entre elles rend les comptages extrêmement délicats.
- On a cherché à tourner la difficulté par divers subterfuges. Plusieurs espèces de Cochenilles (petits insectes recouverts d’un «bouclier » long de 0,5 à 5 mm leur donnant
- (1) Afin de tenir compte de la mortalité des larves dans le lot-témoin, on applique aux chiffres obtenus la formule d’Abbot : --------- X 100, où y
- y
- représente le nombre d’insectes restant vivants dans le lot témoin et x le nombre d’animaux vivants dans le lot traité à la fin de l’expérience.
- l'aspect de minuscules tortues et qui se trouvent en quantités parfois prodigieuses sur les écorces, les feuilles et les fruits) ont la particularité de rejeter des gouttelettes de liquide très sucré, appelé miellat, qui tombent sur le sol.
- Grosso modo, la quantité de gouttelettes émises est proportionnelle au nombre de Cochenilles. Pour les essais, on choisit parmi des rameaux d’un diamètre de 8 mm environ présentant sensiblement le même nombre de parasites.
- Chaque lot de un ou plusieurs rameaux reçoit un traitement avec une des substances à l’essai. Les rameaux ainsi traités sont placés dans des ballons reposant sur une cuvette de bois (fig. 11). On peut admettre que la quantité de gouttelettes émises est proportionnelle au nombre de Cochenilles vivantes ; l’efficacité des insecticides sera donc inversement proportionnelle au nombre de gouttelet-'tes de miellat émises en un temps donné. Le comptage des gouttelettes ost facilité en plaçant un papier noir sous la plaque do verre ou en projetant une poudre colorée sur celle-ci.
- L'innocuité pour la plante
- Un nombre assez important de produits chimiques ont la propriété, même à une très faible concentration, de provoquer sur les plantes des lésions parfois bénignes (mouchetures), mais parfois aussi extrêmement graves, pouvant aller 'usqu’à la chute totale du feuillage ou la stéri-isation des fleurs : on dit que le produit « brûle ».
- La détermination de la causticité des insecticides à l’égard des plantes est très délicate : elle dépend, en effet, de plusieurs facteurs :
- — de l’espèce végétale considérée : la Pomme de terre est peu sensible aux brûlures, ainsi que le Poirier, le Cerisier ; au contraire, le Pommier, le Pêcher, le Haricot sont des plantes très délicates ;
- —- de l’état de développement de la plante: les très jeunes feuilles qui possèdent un revêtement pileux et les feuilles âgées sont moins sensibles que les feuilles en pleine croissance ;
- — des conditions climatiques existant au moment du traitement ou dans les heures qui suivent : la nicotine appliquée par temps ensoleillé «brûle» fréquemment.
- Durée de l'immersion en minutes
- FIG. 9. — COURBES DE MORTALITÉ DU PUCERON DE LA FÈVE PAR IMMERSION DANS DEUX SOLUTIONS DE NICOTINE
- La courbe (A) est obtenue en immergeant les Pucerons dans la nicotine alcaloïde, et la courbe (S) en les immergeant dans le sulfate de nicotine, les deux solutions ayant la même richesse en nicotine.
- FIG. 10. — l'appareil DE CAMPBELL POUR LES ESSAIS DE TOXICITÉ DES INSECTICIDES EN POUDRE
- Les insectes qui, servent û l’essai des poudres insecticides sont placés dans une cage de verre (c). Dans le plancher de cette cage débouche un tube de verre dont un renflement (r) renferme la poudre insecticide de poids connu. Le renflement est obturé à sa partie inférieure par une boule de paraffine (b). On insuffle dans ce tube un courant d’air qui soulève la boule (b) et entraîne la poudre dans la cage (c.).
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- FIG. 11. — UNE ÉVALUATION INDIRECTE DU NOMBRE DE COCHENILLES VIVANT SUR UN RAMEAU
- (gradojevic)
- Les Cochenilles vivantes secrétent des gouttelettes d'un liquide sucré (miellat) qu’on recueille sur un plateau et qu’on met en évidence en le saupoudrant d’un produit coloré. En comptant avant et après l’application du produit le nombre de gouttelettes de miellat produites dans le même temps, on obtient le pourcentage des insecte s tués.
- Les micro-essais consistent à pulvériser ou à saupoudrer avec l’insecticide une plante ou un fragment de végétal. Il n’est pas nécessaire de traiter une grande surface, mais il est bon de répéter l’essai sous diverses conditions climatiques (temps chaud, couvert, pluvieux...).
- Les adjuvants
- C’est à ce stade qu’il convient d’essayer les adjuvants destinés à assurer l'émulsion (au sens
- fig. 12. — la répartition inégale des insectes
- DANS LES CULTURES, SOURCE D’ERREUR DANS LES ESSAIS AUX CHAMPS
- Les insectes (figurés par des pointillés) sont fréquemment répartis par « taches » dans les champs. Si on se contente d’appliquer cinq insecticides différents A, B, C, D, E, sur les parcelles correspondantes, on conclura à tort que les produits A et E sont excellents, puisqu'il ne reste plus d’insectes vivants dans ces parcelles.
- large du mot) de l’insecticide au sein de l’eau ou à délayer la matière active dans une substance inerte afin de l’utiliser sous forme de poudrage.
- Pour être de bonne qualité, une bouillie insecticide doit faire preuve d’un bon pouvoir d’étalement, c'est-à-dire qu’elle doit s’étaler en une pellicule extrêmement mince et continue et non rester à la surface des végétaux en gouttelettes relativement grosses qui finissent par tomber sur le sol.
- Les bouillies préparées spécialement en vue de la destruction d’insectes dont le corps est revêtu d’une matière cireuse devront renfermer des composés ayant la propriété de dissoudre cette cire afin de mettre l’insecticide au contact direct des téguments.
- Les insecticides doivent aussi adhérer à la plante, c’est-à-dire rester fixés au support végétal en dépit du vent et de la pluie.
- Bien que l’on parle couramment de produits adhésifs, en réalité très peu de substances améliorent l’adhérence (il serait préférable de dire la « ténacité ») des bouillies.
- Le choix des adjuvants, leur dosage néces-
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- FIG. 13. — LA MESURE DE l’eFFICACITÉ d’uN INSECTICIDE PAR LA MÉTHODE DES COUPLES
- Pour éliminer l'erreur provenant de l’inégale répartition des insectes dans le champ, on divise celui-ci en un grand nombre de parcelles de même dimension auxquelles on applique un certain traitement, soit 1, 2, 3 avec les produits à étudier et E avec le produit-étalon. Un certain nombre de parcelles-témoins sont laissées sans aucun traitement. Dans la méthode des couples, le nombre de parcelles-témoins est tel que toute parcelle 1, 2. 3, E est contiguë à une parcelle T et peut lui être comparée. La précision est très satisfaisante.
- sitent des essais d’ordre chimique et physique et finalement des essais biologiques particuliers destinés à vérifier l’amélioration de la qualité des bouillies consécutive à l’addition des divers adjuvants.
- Les émulsifs les plus utilisés sont l’albumine du sang, le caséinate d’ammoniaque, la glu, le lait desséché, la gomme arabique, la bento-nite (1).
- Les mouillants sont des savons do soude et et de potasse, des sels biliaires, des éthers sulfuriques d’alcools supérieurs, des savons de résine.
- Les essais de plein champ
- Les essais de plein champ constituent les essais au troisième échelon ; ils ont pour but d’opérer la sélection ultime parmi les quelques produits dont les essais au deuxième échelon ont démontré la valeur.
- (1) La bentonite est une argile colloïdale possédant de remarquables propriétés adsorbantes, émulsifiantes et détersives et qui est aussi un àgent gélifiant de grande valeur. On l’emploie en savonnerie et comme excipient pour la fabrication de certaines pommades. .
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- FIG. 14. — LES ESSAIS D'EFFICACITÉ d’iNSECTICIDES PAR LA MÉTHODE DU RANG
- Les parcelles recevant les produits à essayer 1, 2, 3 et le produit-étalon E, ainsi que la parcelle-témoin T sont disposées les unes à la suite des autres et toujours dans le même ordre, ce qui simplifie la réalisation des expériences. La méthode du rang, si elle est d'une application plus aisée que celle des couples, est d’une précision très inférieure.
- Ces essais sont réalisés sur des cultures normalement infestées, d’une superficie assez considérable. Outre l’action insecticide et l’action sur les végétaux, ils permettront de connaître divers facteurs qui n’avaient pu être estimés jusque-là ou connus seulement d’une manière incomplète : facilité de préparation de la bouillie et d’épandage, mouillabilité, persistance d’action, prix de revient.
- Les insectes ne sont pas répartis uniformément dans les cultures, mais souvent groupés en de petits îlots ; on conçoit que, si l’on procède à un simple essai comparatif comme le représente la figure 12, les résultats obtenus seront erronés.
- Les chances d’erreurs sont diminuées en effectuant des essais suivant des techniques particulières.
- Comme pour les essais de laboratoire, les
- i T 1 2 3 E T 1 2 3 E T
- E 3 T 2 1 T 1 2 T 3 E
- FIG. 15. — LA MÉTHODE DE L’ÉCHIQUIER
- Le ' nombre de témoins est ici le même que dans la méthode du raiig, mais la disposition est différente. Les parcelles-témoins sont, en général, contiguës sur leurs quatre faces à des parcelles non témoins et par conséquent servent de référence à un nombre deux fois plus grand de ces parcelles.
- essais de plein champ comporteront une parcelle-témoin, ne recevant pas de traitement, ou une parcelle-étalon traitée avec le produit-étalon. Chaque fois que cela sera possible, les essais comporteront à la fois une parcelle-témoin et une parcelle-étalon.
- Il existe différentes méthodes d’essais :
- 1° La méthode dite «des couples» ne peut être employée que lorsque l’on dispose de surfaces étendues (fig. 13).
- 2° La «méthode, du rang» évite la répéti-
- tion trop fréquente des témoins (fig. 14), mais donne des résultats imprécis.
- Ces deux méthodes, d’une réalisation facile, sont à recommander pour les essais de démonstration destinés à la vulgarisation.
- 3° Une amélioration est apportée par la « méthode de l’échiquier » qui réduit considérable ment l’erreur systématique existant dans la méthode du rang (fig. 15).
- 4° La dernière méthode, dite du « carré latin », repose sur les conclusions des travaux du statisticien anglais R.-A. Fisher ; elle est d’une très grande précision, mais d’un emploi délicat (fig. 16).
- FIG. 16. LA MÉTHODE DU CARRÉ LATIN
- Dans un carré divisé en autant de rangées et de colonnes qu’il y a de traitements plus une (prévue pour les parcelles-témoins), on place les numéros 1, 2, 3,
- qui désignent les divers produits à essayer et la lettre T qui désigne les parcelles-témoins de telle sorte que les signes soient disposés au hasard dans les rangées et dans les colonnes et qu’ils ne s’y répètent pas. On supprime ainsi l’erreur qui pourrait provenir d’une inégalité systématique de la répartition des insectes dans les champs d’expériences.
- T 3 2 1
- 2 1 T 3
- 3 T 1 2
- 1 2 3 T
- Les résultats des traitements sont notés par le comptage du nombre de fruits attaqués, de boutons parasités, etc. Par le calcul et remploi de tables, on vérifie si les résultats peuvent être retenus et ensuite si les différences d’efficacité obtenues dans los essais sont significatives.
- Presque toujours des essais portant seulement en un endroit ne suffisent pas ; il est bon de répéter ces essais do plein champ en diverses localités et, dans la mesure du possible, pendant deux ou trois ans ; il arrive fréquemment, en effet, qu’un produit supérieur à un autre dans la plupart des cas se révèle inférieur à celui-ci dans certaines conditions particulières qu’il importe de connaître.
- Les méthodes d’essais qui viennent d’être indiquées ont permis d’améliorer d’une manière sensible la qualité des produits antiparasitaires à usage agricole ; cela s’est traduit tout d’abord par une économie de substances pour l’obtention d’un résultat équivalent contre? les insectes nuisibles, puis, par le remplacement d’insecticides toxiques pour l’homme, et, de ce fait, d’un emploi très limité, par des produits nouveaux inolîensifs pour notre organisme et bien plus actifs contre un grand nombre d’espèces.
- L. Bonnemaison.
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- LES A-COTÉ DE LA SCIENCE
- INVENTIONS, DÉCOUVERTES ETCURIOSITÉS
- A propos de l’éclipse de Lune
- du 18 décembre 1945
- Voici quelques précisions sur l’aspect que présentera en France la prochaine éclipse totale de Lune que nous avons signalée dans notre dernier numéro (1). Si le temps est clair, les observateurs qui n’hésiteront pas à se lever au
- milieu de la nuit pourront voir le disque de la pleine Lune envahi peu à peu par l’ombre portée par la Terre de 0 h 37 mn à 1 h 40 mil ; l’éclipse sera totale pendant plus d’une heure (1 h 37 mn à 3 h 2 mn) ; enfin la Lune sortira de l’ombre entre 3 h 2 mn et 4 h 3 mn.
- Ces heures sont naturellement indiquées en temps uAi-versel et auraient été valables si nos horloges avaient marqué, comme prévu, l’heure normale d’hiver qui coïncide avec ce temps universel. Comme le décret qui prévoyait le retard
- (1) Voir : * Eclipses de Soleil, éclipses de Lune « (Science et Vie, n* 337, octobre 1945).
- par V. RUBO*
- de nos pendules d’une heure a été abrogé récemment, il faut majorer d’une heure les temps indiqués pour s’accorder à l’heure civile.
- La pleine Lune aura passé au méridien de Paris à 22 h 38 mn. Donc, pour toute la France, l’éclipse s’observera pendant que la Lune descendra vers l’horizon ouest.
- La grandeur de l’éclipse sera 1,348, c’est-à-dire que le bord de la Lune passera très sensiblement par le centre de l’om-
- bre de la Terre (le rapport AM : AB étant de 1,35 ; voir fig.). On en déduit facilement que la durée de la totalité sera de 1 h 20 mn environ.
- On sait que, même en pleine éclipse totale, la Lune ne disparaît pas complètement : l’atmosphère terrestre réfracte assez de lumière pour éclairer fencore, plus ou' moins, notre satellite. Les variations de teinte de la Lune sont belles et instructives : on la voit passer, selon le cas, du jaune-paille au cuivre clair ou au marron foncé. En réalité, ces teintes correspondent à l’état, pendant l’éclipse, de l’atmosphère terrestre plus ou moins nuageuse, transparente ou quasi opaque aux rayons du Soleil.
- L ’école des saumons
- La construction de barrages sur le cours de certains fleuves compromet dangereusement la reproduction du saumon. On sait, en effet, qu’un instinct mystérieux oblige le saumon à revenir au lieu de sa propre naissance pour pondre ses œufs. C’est ainsi que le grand saumon Chinook, qui naît dans les affluents du cours supérieur du fleuve Columbia et vit dans le Pacifique (où l’on en pêche 17 000 t par an), remonte le Columbia pour aller se reproduire dans les Montagnes Rocheuses où il est né. La construction en 1937 du barrage de Bonneville, haut, de 52 m, rendait déjà ces migrations fort difficiles. Toutefois, un certain nombre de saumons s’arrangeaient pour passer par les échelles et élévateurs aménagés à côté du barrage, de sorte que la propagation de l’cspècc restait assurée. Il n’en fut plus de même lorsque fut édifié, à 720 kilomètres en amont du précédent, le barrage de Grand Goulee qui a 108 m de haut. La population salmo-niennc du fleuve se trouva coupée en deux zones séparées par une ligne de démarcation infranchissable.
- C’est alors que les services piscicoles des États-Unis mirent au point un plan d’« éducation» des saunions. 11 s’agissait de faire perdre à ceux-ci le souvenir de leur pays natal et de les amener à se reproduire dorénavant en aval de la zone des barrages. Une première expérience, réalisée sur une échelle réduite, montra que la chose était possible.
- En 1939, pendant la construction du barrage de Grand Coulee, des experts du service piscicole tendirent des pièges aux saumons qui remontèrent la rivière, et amenèrent par camion ceux qu’ils capturèrent à Leavenworth (Washington), où fut établi ce
- TRAJECTOIRE DE LA LUNE A TRAVERS L’OMBRE PORTÉE PAR LA TERRE AU
- cours de l’éclipse prochaine
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- SCIENCE ET VIE
- qu’on appelle « l’école des poissons d'oncle Sam ». Là, loin de leur pays natal, les saumons furent reproduits artificiellement, en ouvrant les femelles pour en sortir les œufs et en répandant sur ceux-ci la laitance des mâles. Une fois éclos, les jeunes saumons furent marqués (en rognant une nageoire), puis lâchés en liberté en aval des barrages du Columbia, d’où ils gagnèrent le Pacifique.
- Les saumons atteignent l’âge adulte en quatre ans. Aussi les guetta-t-on anxieusement le long du Columbia en 1943. Comme on l’espérait, ils renoncèrent à franchir les barrages, et déposèrent leurs œufs à l’endroit même où ils avaient été lâchés dans le fleuve quatre ans plus tôt.
- La sensibilité de l'oreille à l'intensité des sons
- Une des propriétés les plus remarquables de l’oreille humaine est d’être également sensible à des sons d’intensités extrêmement différentes. Un violon joué avec douceur ne dissipe en ondes sonores qu’une puissance de quatre millionièmes de watt, tandis qu’un orchestre au complet rayonne environ 80 watts, soit vingt millions de fois plus. Et, pourtant, les auditeurs, dans la même salle, goûtent un égal plaisir à l’un et à l’autre son.
- L’oreille humaine est sensible aux sons s’étendant sur une gamme d’intensités allant de zéro à 130 phones. Une voix chuchotante correspond à environ 10 phones, une voix basse à 20 phones. Les sons habituels ont des intensités de 30 à 80 phones. Ainsi le cri d’un nourrisson correspond à 60 phones.
- Le phone étant un repère physiologique et non une unité physique, l’intensité totale de deux sons égaux émis simultanément n’a pas, exprimée en phones, une valeur double de celle d’un seul de ces sons. Ainsi, alors que le cri du nourrisson a une intensité de 60 phones, le cri sumultané de deux nourrissons n’atteint que
- 63 phones. Pour atteindre la limite des sensations sonores audibles (130 phones), il faudrait réunir deux millions de nourrissons criant ensemble. Au delà de cette limite, les sensations sonores font place à des- sensations douloureuses.
- Semailles par avion
- Les pays où les exploitations agricoles, au lieu d’être morcelées à l'extrême comme en France, sont au contraire de très grande étendue justifient l’emploi d’instruments de culture à très gros rendement. L’avion lui-même est parfois utilisé pour répandre les engrais, les insecticides, etc. Pour les semailles de certaines graines lourdes, l’emploi de l’avion ne présente pas de difficulté :. c’est le cas du riz, par exemple. Au contraire, avec des graines légères et qui tombent sur un sol plus consistant que celui des rizières, la semence ne pénètre pas dans le sol et reste exposée aux intempéries et aux “animaux destructeurs. De plus, le vent introduit des inégalités dans leur répartition à la surface des terres.
- Un Américain, le Dr Lytle Adams, a eu l’idée d’enrober les graines dans des boulettes de boue ou d’argile, qui sont peu sensibles à l’action du vent et, en raison de la vitesse u’elles acquièrent au cours e leur chute, facilitent la pénétration de la graine dans le sol. La graine est protégée par son revêtement d’argile qui se désagrège ensuite et ne nuit pas à la germination de la graine. La distribution des boulettes peut être réglée avec précision de telle sorte qu’on distribue exactement la quantité de graines nécessaires par hectare ; elle s’effectue par un distributeur inventé par le Dr Adams. C'est une sorte de roue sans jante dont les rayons sont creux et répandent les boulettes d’argile. Ce procédé permet d'ensemencer 8 000 hectares à l’heure avec un seul appareil et on comprend qu’en raison de sa rapidité et du peu de main-d'œuvre qu’il nécessite il soit beaucoup plus économique que tous les moyens classiques.
- La toilette des mammifères
- Les mammifères sont tous dotés de dispositifs anatomiques plus ou moins perfectionnés leur permettant d’entretenir leor dentition et leur pelage dans un état de propreté d’un degré généralement élevé. Le professeur Wood Jones s’est particulièrement intéressé aux « objets de toilette naturels » des mammifères et leur a consacré une étude approfondie.
- Les dents de la plupart des mammifères sont maintenues propres par de petites proéminences tapissant l’intérieur des joues et le pourtour de la langue. Ces aspérités frottent contre les dents pendant la mastication et empêchent les fragments d’aliments d’y adhérer. L’homme seul est dépourvu de ce dispositif et doit y suppléer par des instruments de sa fabrication. On le trouve toutefois à l’état rudimentaire chez les enfants en bas âge.
- La propreté du pelage est généralement assurée par léchage : l’humidité de la langue et les aspérités dont elle est garnie en font un instrument fort bien approprié à cet usage chez les animaux de petite taille. Certains d’entre eux, comme le lièvre sud-africain, ont même la face inférieure de leur langue munie de poils longs et durs lui permettant d’exercer un effet de brossage. D’autres, comme le lémur et le aléopithèque, ont leurs dents isposées en forme de peigne et peuvent s’en servir pour nettoyer leur fourrure.
- Du point de vue du grattage, qui joue un rôle important dans la toilette des mammifères, on peut classer ceux-ci en deux catégories, selon qu’ils se grattent avec l’extrémité des membres postérieurs (chien, chat) ou avec les doigts de la main (singe, homme). D’une façon générale, on remarque que la direction dans laquelle sont plantés les poils correspond à celle dans laquelle agissent les or-anes de nettoyage, de façon assurer à ceux-ci un maximum d’efficacité.
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