La physique pour mieux comprendre le monde

La physique
pour mieux comprendre le monde
4 novembre 2014
UTL Cambrai
Daniel Hennequin
Physicien
Chercheur CNRS
Laboratoire PhLAM
Président SFP NPdCP
La Physique pour mieux comprendre le monde – Daniel Hennequin – UTL Cambrai – 4 nov. 2014
Qu’est-ce que la physique ?
La physique est la branche de la science qui s’intéresse à la nature, à la
structure et aux propriétés de la matière, depuis la plus petite échelle, celle des
particules élémentaires, jusqu’à l'Univers dans son ensemble.
La physique s’appuie sur l’expérience et la théorie, et exige à la fois de la
recherche fondamentale, guidée par la curiosité, et de la recherche appliquée,
liée à la technologie. La physique fournit souvent les bases d'autres disciplines,
et joue un rôle central dans de nombreux secteurs de l'industrie.
La Physique pour mieux comprendre le monde – Daniel Hennequin – UTL Cambrai – 4 nov. 2014
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3800
milliards d’euros
En 2010, les industries basées sur la
physique ont généré 3,8 billions d’euros
de chiffre d'affaires, ce qui représente
plus de 15% du chiffre d'affaires total de
l'économie marchande de l'Europe. Le
chiffre d'affaires par personne employée dans le secteur de la physique
surpasse sensiblement le BTP
et le commerce
de détail.
15,4
millions
47
milliards d’euros
Le secteur de la physique européenne
est très actif en R&D. Les dépenses
de R&D dans le secteur de la physique
a dépassé 47 milliards d’euros chaque
année sur la période 2007-2010.
Les niveaux d'investissement
en R&D de 2010 ont
dépassé ceux
de 2007.
EN UN
COUP
D’ŒIL
En 2010, les industries de la physique
ont employés 15,4 millions de personnes.
C'est plus de 13% de l'emploi total dans
l'économie marchande de l'Europe. En
outre, pour chaque emploi créé dans
l'industrie de la physique, un total de
2,73 emplois sont pris en charge
dans l'ensemble de l'économie par ces industries.
44,9%
La valeur ajoutée brute (VAB) mesure
la valeur produite par un secteur de
l'économie. La VAB générée par la
physique est diversifiée. 44,9%
proviennent de la fabrication, mais plus
de 50% est réparti entre l'information et
la communication, les activités professionnelles, scientifiques et techniques, les activités pétrolières
et gazières, et la production
d'énergie.
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L’importance de la physique
Dans les économies européennes
Productivité,
exprimée en VAB
par employé, dans
quelques secteurs
de l’économie
européenne
(moyenne 2007-2010)
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Qu’est-ce que la physique ?
La physique est la branche de la science qui s’intéresse à la nature, à la
structure et aux propriétés de la matière, depuis la plus petite échelle, celle des
particules élémentaires, jusqu’à l'Univers dans son ensemble.
La physique s’appuie sur l’expérience et la théorie, et exige à la fois de la
recherche fondamentale, guidée par la curiosité, et de la recherche appliquée,
liée à la technologie. La physique fournit souvent les bases d'autres disciplines,
et joue un rôle central dans de nombreux secteurs de l'industrie.
La physique est aussi à l’origine de la démarche scientifique.
Alhazen (Ibn al-Haytham) : premier véritable scientifique
1000ème anniversaire
de la parution du
Traité d’Optique
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Qu’est-ce que la physique ?
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La physique au quotidien…
… à cambrai
Mais comment un avion vole-t-il ?
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Comment un avion vole-t-il ?
kezako.unisciel.fr
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Comment un avion vole-t-il ?
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LA route du rhum
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LA route du rhum
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Les voiles
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Les voiles
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Voler dans l’eau…
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Voler dans l’eau…
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L’effet gyroscopique
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L’effet gyroscopique
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La physique au quotidien…
… à cambrai
Blériot XI. Surface alaire 14 m².
Vitesse max : 100 km/h
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La physique au quotidien…
… à cambrai
Mirage 2000C. Surface alaire 41 m².
Vitesse max : 2300 km/h (Mach 2.2 à 15 000 m)
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La vitesse du son
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Le mur du son
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L’effet Doppler
• mesurer la distance des étoiles (lumière)
• détecter les exoplanètes (lumière)
• détecter les excès de vitesse (micro-ondes)
• mesurer la vitesse du vent (lumière et micro-ondes)
• mesurer le flux sanguin (ultrasons)
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La physique au quotidien…
… à cambrai
Canal Seine - Nord
Diagnostics archéologiques à Marquion
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La physique au quotidien…
… à cambrai
Canal Seine - Nord
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Comment un bateau flotte-t-il ?
Et un sous-marin ?
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LA route du rhum
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Spindrift 2
Spindrift 2 : les chiffres de la démesure
C'est le géant de cette Route du Rhum : 40 mètres de long pour 23 de large, 21 tonnes et plus de 800 m2 de surface de
voilure max. Dans ses mensurations, Spindrift 2 défie les capacités physiques du marin solitaire.
Son skipper Yann Guichard en est conscient. « Je ne me dis pas que j'ai le plus gros bateau avec le plus gros potentiel.
Par contre, c'est un méga défi, le plus gros que j'ai à relever depuis longtemps ». Antoine Carraz, responsable de l'équipe
technique, était notre guide, hier, pour un petit tour de propriétaire. L'occasion de prendre la mesure de cette démesure.
Quelques chiffres évocateurs :
• 48 nœuds : la vitesse de pointe du bateau
• 35 nœuds : sa vitesse de « croisière »
• 3000 et 4000 litres : la contenance des ballasts d'inertie au portant et au près. « Le bateau est tellement puissant qu'il est
très difficile de le freiner. Si le vent monte momentanément, il est plus simple et rapide pour un seul homme de remplir les
ballasts d'eau que de réduire la toile. Tu charges ton bateau au lieu de réduire »
• 30 minutes : le temps qu'il faut pour larguer un ris
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Voler grâce à la poussée
D’Archimède
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Pourquoi le rideau de douche
Colle à la peau ?
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Pourquoi le rideau de douche
Colle à la peau ?
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Le prix Ig Nobel de physique
2014 : [Japon] Kiyoshi Mabuchi, Kensei Tanaka, Daichi Uchijima and Rina Sakai, pour avoir mesurer la
friction entre une chaussure et une peau de banane, et entre une peau de banane et le sol, quand une
personne marche sur une peau de banane
2013 : [Italie, UK, Danemark, Suisse, Russie, France] Alberto Minetti, Yuri Ivanenko, Germana Cappellini,
Nadia Dominici, and Francesco Lacquaniti, pour avoir découvert que certaines personnes pourraient être
physiquement capables de courrir à la surface d’un étang — si ces personnes et cet étang se trouvaient à
la surface de la Lune.
2012 : [USA, UK] Joseph Keller, Raymond Goldstein, Patrick Warren, et Robin Ball, pour avoir calculer
l’équilibre des forces qui interviennent dans la queue de cheval humaine.
2011 : [France, Pays Bas] Philippe Perrin, Cyril Perrot, Dominique Deviterne and Bruno Ragaru, et
Herman Kingma, pour avoir déterminer pourquoi les lanceurs de disques ont la tête qui tourne, et pourquoi
ce n’est pas le cas pour les lanceurs de marteau.
2010 : [Nouvelle Zélande] Lianne Parkin, Sheila Williams, et Patricia Priest, pour avoir démontrer que, sur
les chemins glacés en hiver, on glisse et on tombe moins souvent si on met des chaussettes à l’extérieur
des chaussures.
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Le prix Ig Nobel 2014
Neuroscience : [Chine, Canada]: Jiangang Liu, Jun Li, Lu Feng, Ling Li, Jie Tian, et Kang Lee, pour avoir
essayer de comprendre ce qui se passe dans le cerveau des personnes qui voient le visage de Jésus
dans une tartine de pain grillé.
Psychologie : [Australie, UK, USA]: Peter K. Jonason, Amy Jones, et Minna Lyons, pour avoir démontré
que les gens qui se lèvent tard sont, en moyenne, plus narcissiques, plus manipulateurs, et plus
psychopathes que les personnes qui se lèvent tôt.
Santé publique : [République tchèque, Allemagne, Zambie] Jaroslav Flegr, Jan Havlíček et Jitka
Hanušova-Lindova et David Hanauer, Naren Ramakrishnan, Lisa Seyfried, pour leurs enquêtes visant à
déterminer s’il est mentalement dangereux pour un être humain de posséder un chat.
Médecine : [USA, Inde] Ian Humphreys, Sonal Saraiya, Walter Belenky et James Dworkin, pour le
traitement de saignements du nez “incontrôlables” en utilisant la méthode consistant à farcir de tranches
de bacon les cavités nasales.
Nutrition : [Norvège, Allemagne] Eigil Reimers et Sindre Eftestøl, pour leur étude intitulée « Analyse des
propriétés de bactéries lactiques, isolées dans les selles de bébés et destinées au démarrage de cultures
probiotiques potentielles de saucisses fermentées ».
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Le prix Ig Nobel de physique 2001
David Schmidt
Les équations de l’hydrodynamique
pression, température, vitesse
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Les équations de Navier-Stokes
 : masse volumique
v : vitesse
p : pression
 : viscosité
Régit l’écoulement des fluides
• les masses d’air à l’échelle de l’atmosphère
• l’écoulement autour d’un avion ou d’une voiture
• la dynamique des océans
• le sens d’écoulement de l’eau dans un lavabo
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Force de Coriolis
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Les équations de Navier-Stokes
 : masse volumique
v : vitesse
p : pression
 : viscosité
Régit l’écoulement des fluides
• les masses d’air à l’échelle de l’atmosphère
• l’écoulement autour d’un avion ou d’une voiture
• la dynamique des océans
• le sens d’écoulement de l’eau dans un lavabo
• l’écoulement des voitures sur une autoroute !
• le climat ?
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Le climat
Il est déterminé par l’équilibre entre les flux d’énergie entrant et sortant.
Comment ces flux d’énergie détermine le climat ?
les saisons
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Les saisons
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Le climat
Il est déterminé par l’équilibre entre les flux d’énergie entrant et sortant.
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L’effet de serre
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Le réchauffement climatique
Les plantes consomment du CO2 par photosynthèse
Elles ont besoin de glucose (comme nous) pour se développer
6CO2 + 6H20 + lumière
C6H12O6 + 6O2
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Le réchauffement climatique
Les plantes ont besoin de glucose pour se développer
mais elles ont aussi besoin de se reproduire !
La plupart du temps, une plante ne peut pas s’autoféconder
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Le réchauffement climatique
Les plantes ont besoin de glucose pour se développer
mais elles ont aussi besoin de se reproduire !
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Les abeilles
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Le réchauffement climatique
Les plantes ont besoin de glucose pour se développer
mais elles ont aussi besoin de se reproduire !
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La couleur des papillons
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Le bleu du ciel
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Le bleu du ciel
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