Sciences

L'océan qui est mort au pied des Appalaches

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Lors d’un récent séjour à Berthier-sur-mer, quelle ne fut pas ma surprise d’observer des dépôts calcaires sur le sol, comme s’ils étaient orientés verticalement et non horizontalement. Généralement, je m’attendrais à voir de telles stratifications une par-dessus l’autre en regardant une paroi, comme j’en voyais dans mon enfance — j’ai grandi à proximité du fleuve aux Grondines. Comment les dépôts ont-ils pu s’accumuler de cette manière? Ont-ils été retournés par un cataclysme?» demande Daniel Guilbault, de Saint-Augustin-de-Desmaures.

Cela peut effectivement paraître étonnant puisque les roches que l’on voit à Berthier-sur-Mer — comme dans toutes les Appalaches — sont des roches dites sédimentaires: elles se sont formées par l’accumulation de débris divers (sable, coquilles, cadavres, algues mortes, etc.) au fond de l’océan, et ces sédiments ont par la suite été transformés en roche par la pression continue de l’eau. Alors forcément, les couches que l’on voit sur la photo ci-bas que m’a envoyée M. Guilbault se sont à l’origine empilées les unes sur les autres, pas une à côté de l’autre. Que s’est-il donc passé depuis?

Les roches des environs de Berthier-sur-Mer font partie d’une formation géologique nommée groupe de Saint-Roch, indique le chercheur en géologie de l’Université Laval Georges Beaudoin. Il s’agit de roches qui se sont formées il y a environ 500 millions d’années. À l’époque, note M. Beaudoin, les Appalaches n’existaient pas encore, et c’est justement ce qui s’est passé par la suite qui explique pourquoi les couches sont superposées autour de Grondines et juxtaposées à Berthier.

Comme on l’a déjà vu dans cette rubrique, les continents sont faits de plaques tectoniques, que l’on peut se représenter comme des espèces d’immenses «radeau» de pierre qui flottent sur la roche en fusion située sous la croûte terrestre, à plusieurs dizaines de kilomètres de profondeur. Comme il y a des mouvements dans cette roche en fusion, cela fait dériver les plaques tectoniques. Très lentement, soit, mais sur des centaines de millions d’années, les changements sont spectaculaires.

Ainsi, les roches de Berthier se sont formées au fond d’un océan ancien, Iapetus, qui était bordé (entre autres) par deux anciens continents nommés Laurentia et Baltica. Le premier, comme son nom l’indique, est grosso modo la plaque du Bouclier canadien avec les Laurentides actuelles, et le second forme maintenant le nord-ouest de l’Europe. Et quand on vous dit que la tectonique des plaques peut être spectaculaire, voyez plutôt: il y a un peu plus de 500 millions d’années, ces continents étaient situés sous les tropiques (!) de l’hémisphère sud (!!), c’est vous dire comme ils ont dérivés…

Sur une période d’environ 150 millions d’années, lit-on sur le site du Parc national de Miguasha, les continents qui entouraient Iapetus se sont rapprochés jusqu’à refermer complètement l’océan. Dans le processus, Laurentia et Baltica sont entrés en «collision», et les fonds marins qui gisaient entre les deux s’en sont trouvés (très) déformés, jusqu’à en relever hors de l’eau. C’est de cette manière que les Appalaches sont «nées», ou du moins ont «commencé à naître», puisque cette chaîne de montagnes s’est formée en plus d’une étape — mais c’est une autre histoire.

L’essentiel à retenir, ici, est qu’au cours de ce processus, certaines couches sédimentaires qui s’étaient jusque là tenue bien sagement à l’horizontale ont été soulevées jusqu’à en devenir verticale. C’est ce qu’a observé M. Guilbault à Berthier-sur-Mer.

En ce qui concerne la couleur des couches sur la photo (ci-bas), M. Beaudoin indique que «dans les strates rouges, on a simplement des couches qui se sont formées dans de l’eau plus oxydées ou qui se sont oxydées par la suite, et les couches plus grises semblent être des calcaires [moins riches en fer] ou des grès [ndlr: une roche faite de sable comprimé]».

Maintenant, cela peut sembler étonnant, mais ces redressements de roches sédimentaires ne sont pas particulièrement rares, du moins pas aussi exceptionnels qu’on serait tenté le penser a priori. Il suffit simplement pour s’en convaincre de prendre l’exemple du Rocher Percé: si l’on regarde attentivement la photo ci-haut, on se rend vite compte que le plus célèbre caillou du Québec est fait d’une série de strates orientées à la verticale. Ces couches se sont elles aussi formées à l’horizontale dans le fond d’un océan avant que la tectonique des plaques ne les soulève et ne les ré-incline à la verticale. Attention, avertit M. Beaudoin, ça ne s’est pas passé en même temps que la roche autour de Berthier-sur-Mer: la pierre du Rocher Percé est plus récente par plusieurs dizaines de millions d’années et s’est soulevée plus tard (ce fut une autre «étape» de la naissance des Appalaches). Mais le principe est le même et cela montre qu’il est relativement commun de voir des roches sédimentaires dont les couches sont orientées à la verticale.

Enfin, explique M. Beaudoin, les strates de la roche autour de Grondines sont à l’horizontale parce qu’elles font partie d’un autre ensemble géologique, les basses terres du Saint-Laurent. Ce sont elles aussi des roches sédimentaires, mais elles n’ont presque pas subi de déformations. «Le front de déformation [en ce qui concerne la formation des Appalaches], c’est ce qu’on appelle la faille de Logan», dit-il. C’est cette fameuse faille qui remonte le Golfe Saint-Laurent et bifurque vers le sud en amont de Québec.

Les roches sédimentaires au sud de cette faille ont été soulevées et peuvent être à la verticale dans certains secteurs (mais c’est loin d’être le cas partout); celles des basses terres, comme à Grondines, se trouvent au nord de la faille Logan n’ont pas subi de «cataclysme» et reposent toujours à l’horizontale.

Science

Cet étrange délai à la télévision...

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «J’aimerais que l’on m’explique comment il se fait qu’il y a souvent un délai, parfois important, dans les échanges au téléjournal lorsque le chef d’antenne parle à un journaliste qui n’est pas en studio. Si on peut parler et se comprendre instantanément au téléphone, il doit bien y avoir moyen d’éliminer cet agaçant délai, non ?» demande Yvan Dion, de La Malbaie.

Il est effectivement bien étonnant qu’en cette ère de connexion ultra-haute-vitesse, une technologie datant du même millénaire que le Moyen Âge transmette la voix plus rapidement (enfin, parfois) que le Web. Mais c’est pourtant bien ce qui se passe, du moins à l’occasion.

«En gros, c’est ce qu’on appelle la latence dans les réseaux, et elle peut venir de quatre sources différentes», explique Florent Parent, professionnel de recherche en informatique à l’Université Laval qui s’occupe également du réseau reliant les superordinateurs de Calcul Canada.

Le premier type de délai et sans doute le plus simple à comprendre, dit-il, est la propagation du signal. Même dans un réseau de fibre optique ou un réseau sans fil où les signaux voyagent essentiellement à la vitesse de la lumière, soit près de 300 000 kilomètres par seconde, cela peut faire une différence dans certaines circonstances.

«Par exemple, illustre l’informaticien, dans le réseau qui relie les universités [ndlr : la recherche implique souvent l’envoi d’énormes fichiers de données], si je me branche ici à l’Université Laval et que j’envoie un ping [ndlr : un petit signal qui fait un aller-retour afin de vérifier l’état d’une connection] à Montréal, on parle de 7 millisecondes (ms) de temps de retour. Ce n’est pas assez pour être perceptible dans une conversation puisque en bas de 100 ms, on ne s’en rend pas vraiment compte. Dans le cas des conversations à la télé, il doit y avoir d’autres sources de délai. Et une hypothèse qui me vient en tête, c’est que peut-être que quand les journalistes sont sur le terrain, ils utilisent un réseau sans-fil, et là la communication se fait par satellite. Et ça, ça va allonger le délai de propagation.»

Souvent, en effet, les satellites de télécommunication sont placés sur des orbites géostationnaires, ce qui signifie qu’ils mettent exactement 24 heures à faire le tour de la planète — par conséquent, ils demeurent toujours au-dessus du même point sur Terre, d’où le nom de géostationnaire. Or ces orbites sont situés à une altitude de près de 36 000 km, si bien que même à la vitesse de la lumière, l’aller-retour prend (36 000 km x 2) ÷ 300 000 km/s = 240 millisecondes. Dans le cas d’une conversation au téléjournal qui passerait par ce genre de satellite, c’est un délai suffisamment long pour qu’on s’en rende compte.

Mais il peut aussi y avoir autre chose, poursuit M. Parent : le délai de traitement. «C’est bien beau la vitesse de la lumière, dit-il, mais il faut compter aussi le fait qu’on a des appareil qui reçoivent la voix, qui la convertissent en numérique, (…et) il y a un traitement de ça et une compression qui vont être faites, ça va ensuite être mis dans des sortes de «paquets» sur des commutateurs [un appareil qui est le point de convergence d’un réseau, ndlr], et souvent il va y avoir une redondance qui va être ajoutée au cas où des paquets seraient perdus, C’est ensuite envoyé, et chaque commutateur qui se trouve dans le chemin, entre le point de départ et le point d’arriver, doit traiter ça, et tout ça  prend du temps, alors ça va ajouter un délai de traitement.»

Ces délais sont généralement minimes, mis pas toujours, et ils s’ajoutent aux autres.

Une troisième source de délai est la «mise en file d’attente», indique notre informaticien. «Ça, on ne peut pas vraiment l’estimer d’avance parce que ça dépend de la quantité de trafic sur le réseau. Quand tout va bien, le délai à peu près nul. Mais s’il y a un gros événement où beaucoup le monde veut des données en même temps (…) où s’il y a un sursaut ponctuel (burst, en anglais) d’activités sur le réseau, alors tout ne peut pas être traité instantanément, alors le système fait une file d’attente. Habituellement, c’est traité selon le principe du premier arrivé, premier sorti, mais il peut y avoir des priorités.»

Enfin, le dernier type de délai est celui de la transmission, qui dépend de la qualité de la carte réseau d’un ordinateur, explique M. Parent. Les meilleures disponibles permettent de transmettre autour de 100 gigabits (et même plus) par seconde, mais une carte de mauvaise qualité peut introduire des délais dans la communication.

En plus de la carte, le protocole de transmission peut aussi faire une différence. «Le protocole internet le plus utilisé et que les gens connaissent le plus, c’est le fameux TCP/IP. Ce qu’on sait moins, c’est que dans ce protocole-là, à chaque petit paquet de données qui est envoyé [ndlr : les données sont toujours divisées en «petits paquets» qui sont envoyés séparément], TCP doit avoir un accusé qu’il a été bien reçu pour assurer une fiabilité de transmission. Ça date des années 80, une époque où les réseaux étaient beaucoup plus lents que maintenant, et c’est pour ça que des modifications ont été apportées au TCP/IP pour augmenter la performance, mais ça reste un travail d’ingénierie à chaque bout du réseau pour maximiser la vitesse.»

Bref, c’est la somme de tous ces délais qui fait la «latence» dans les communications. D’un système à l’autre, d’une situation particulière à l’autre, ils peuvent varier énormément, si bien qu’il est impossible de dire exactement qu’est-ce qui s’est passé dans les cas qui ont tant agacé notre lecteur de La Malbaie. Mais quand on les additionne, on comprend pourquoi il arrive, de temps à autre, que la discussion entre les journalistes et les chefs d’antenne se fasse avec un petit délai.

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ÉCRIVEZ-NOUS Vous vous posez des questions sur le monde qui vous entoure? Qu'elles concernent la physique, la biologie ou toute autre discipline, notre journaliste se fera un plaisir d'y répondre. À nos yeux, il n'existe aucune «question idiote», aucune question «trop petite» pour être intéressante! Alors, écrivez- nous à  jcliche@lesoleil.com

Jean-François Cliche

De bombes et d'icebergs...

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Comme les ouragans prennent vie à partir des côtes africaines et gagnent en puissance en se nourrissant de la chaleur des eaux chaude de l’Atlantique, serait-il possible de les «intercepter» lors de leur formation pour à tout le moins, les affaiblir ? Par exemple, en s’inspirant des Émirats arabes qui songent à remorquer des iceberg pour s’approvisionner en eau douce, est-ce que de remorquer des mastodontes gelés au début de la trajectoire de formation des ouragans pourrait avoir une incidence quelconque ? C’est un peu farfelu j’en conviens, mais ça m’intrigue quand même», demande Simon Côté.

Supposons que l’on soit capable de remorquer un grand iceberg en forme de cube et de 100 mètres d’arête. Ce serait une sacrée commande, même en y mettant plusieurs remorqueurs, puisque notre «glaçon» pèserait environ 910 millions de kg, mais passons. Et supposons aussi que l’on parvienne à amener le colosse intact jusque dans les eaux tropicales à une température de –10°C.

Pour faire fondre toute cette glace, puis en chauffer l’eau jusqu’à 26 °C (on ne veut pas atteindre 26,5, rappelons-le), il faut de l’énergie. Beaucoup d'énergie : ce sont des montagnes de chaleur, littéralement, que notre iceberg drainerait autour de lui.

D’abord, chaque gramme de glace prend 2 joules d’énergie pour gagner 1°C (pour comparaison, une ampoule de 100 watts brûle 100 joules par seconde). Alors pour chauffer nos 910 millions de kg de glace de –10°C jusqu’à 0°C, il faut un total de 18 200 gigajoules (Gj). Ensuite, pour que la glace fonde, il ne suffit pas de l’amener à 0°C, contrairement à ce qu’on pense souvent. Il faut aussi lui fournir un petit surplus d’énergie nommé chaleur latente de fusion, qui sert grosso modo à rompre les liens qui tiennent les molécules d’eau ensemble dans la glace. Facture énergétique : 333 joules par gramme, pour un total de 303 000 Gj. Et enfin, pour chauffer cette eau de 0° jusqu’à 26 °C, il faut compter 4,2 joules par gramme, ou près de 100 000 Gj en tout.

Au final, notre cube de glace de 100 mètres de côté drainerait à peu près 420 000 Gj en fondant, puis en se réchauffant jusqu’à 26 °C. Ce qui serait suffisant pour refroidir de 1°C la température de 100 millions de m3 d’eau.

Maintenant, la question est : est-ce que cela suffirait à faire une différence ? Et la réponse est clairement «non, même pas proche». Les ouragans prennent généralement forme dans les eaux tropicales (de 8 à 20° de latitude) entre l’Afrique et l’Amérique du Sud, quand la température de surface est de plus de 26,5 °C. Il faut aussi que d’autres conditions soient réunies, notamment des caractéristiques de vent et d’humidité en altitude, mais concentrons-nous sur la température de l’eau.

Cette semaine, d’après les cartes de température [https://bit.ly/2QdSSzx] que l’on trouve sur le site de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), les eaux de surface de l’Atlantique dépassaient le seuil de 26,5 °C entre approximativement 8 et 13° de latitude et entre 60° et 30° de longitude ouest. Cela nous fait donc, de manière conservatrice, une superficie de près de 1,5 million de km2. En partant du principe que la «surface» inclut le premier mètre, on parle ici de 1500 milliards de mètres cubes d’eau à refroidir.

C’est donc dire qu’il faudrait 15 000 icebergs comme celui de notre exemple pour abaisser la température de toute cette eau de seulement 1°C. Et c’est sans compter le grand pan d’océan autour des Caraïbes, où les ouragans peuvent prendre beaucoup de force. Et cela fait abstraction du fait que les eaux de surface dépassent assez souvent les 26,5 °C par plusieurs degrés.

Bref, même en prenant un scénario très optimiste où notre iceberg ne fondrait pas avant d’arriver dans les Tropiques, il ne serait pas grand-chose de plus qu’une goutte d’eau dans l’océan…

* * * * *

«Je me demande pourquoi on n’est pas capable de briser un ouragan lors de sa formation, avant qu’elle ne devienne très forte. Y a t-il des sortes de bombe que l’on pourrait faire sauter dans l'œil dès sa formation pour la briser», demande Claude Duchesne, de Stoneham.

L’idée n’est pas neuve, loin de là. Elle a même fait l’objet de quelques travaux d’un chercheur américain dans les années 50, qui estimait qu’une petite bombe nucléaire bien placée pouvait faire le travail. Il a étudié l’effet atmosphérique de certains essais nucléaires de l’époque et fait quelques calculs, mais l’idée n’a jamais eu de suite vraiment concrète.

Et ce n’est peut-être pas une mauvaise chose, d’ailleurs. Au-delà du fait (assez gênant, merci) que ce «plan» impliquerait de saupoudrer des grandes quantités de radioactivité dans l’atmosphère et dans l’océan, il y a ce petit détail technique que cela a très, très peu de chances de fonctionner, pour deux raisons, lit-on sur le site de la NOAA.

D’abord, comme pour l’iceberg, il y a une question d’échelle : l’énergie relâchée par un ouragan équivaut grosso modo à faire exploser une bombe nucléaire de 10 mégatonnes… à toutes les 20 secondes. Alors on peut difficilement penser qu’en faire sauter 2 ou 3 changerait grand-chose.

Ensuite, ce qui fait la force d’un ouragan, c’est l’intensité de la basse pression dans son «œil» : plus cette pression est basse, plus l’air des alentours sera aspiré fortement, et plus les vents seront puissants. Pour affaiblir un ouragan, il faudrait donc ajouter de l’air en son centre. Encore une fois, on parle de quantités si astronomiques qu’elles interdisent l’espoir d’y arriver un jour : de l’ordre de 500 millions de tonnes d’air qu’il faudrait souffler dans l’œil d’un cyclone de force 5 pour qu’il tombe à une force 2, selon les calculs de la NOAA. Mais de toute manière, ce n’est pas ce que les bombes font. Une explosion ne déplace pas d’air, ou en tout cas pas tellement. Cela envoie surtout une onde de choc qui, une fois passée, laisse les pressions inchangées derrière elle.

Sources :

  • Central Pacific Hurricane Center, Myths About Hurricanes, NOAA, s.d., https://bit.ly/2xy2CdB
  • Mark Strauss, Nuking Hurricanes : The Surprising History of a Really Bad Idea, National Geographic, 2016, https://bit.ly/2MaW9w2

Chronique

Le corps humain, ce four

LA SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Pourquoi avons-nous chaud quand nous allons dehors, l’été, et qu’il fait 30 °C? Pourtant, notre corps a une température d’environ 37 °C, alors il me semble que ce n’est que lorsqu’il fait plus de 37 °C que nous devrions commencer à avoir chaud, non?» demande Frédérique Duquette, 12 ans.

C’est parce que le corps humain produit lui-même beaucoup de chaleur. À chaque instant, l’organisme doit brûler de l’énergie pour faire battre le cœur, inspirer et expirer de l’air, digérer, envoyer des signaux nerveux, faire fonctionner le cerveau et ainsi de suite — et c’est sans rien dire de nos activités physiques. Mine de rien, tout cela génère pas mal de chaleur.

Chronique

Sous les tropiques du Saguenay

CHRONIQUE / «J’ai remarqué qu’il fait souvent quelques degrés plus chaud au Saguenay-Lac-St-Jean qu’à Québec (sauf en hiver). Pourtant, c’est une région qui est située plus au nord. Alors existe-t-il des conditions particulières qui réchauffent le climat là-bas ?», demande Louise Angers, de Québec.

Il peut arriver, en effet, qu’il fasse plus chaud au «Saglac», comme on dit, mais la règle générale demeure qu’il y fait plus froid, comme le montre le graphique ci-dessous.

Science

De burqa et de vitamines

«À cause de leur habillement qui les couvre de la tête aux pieds, les femmes musulmanes sont-elle privées de la vitamine que le soleil fournit?» demande Pierre Courteau, de Cap-Rouge.

Le soleil ne «fournit» pas, à proprement parler, de vitamine. Cependant, la partie ultraviolette de son rayonnement transporte suffisamment d’énergie pour briser des liens chimiques dans certaines molécules — et c’est de cette manière que le soleil aide à fabriquer de la vitamine D. Nous avons un peu partout dans le corps une molécule poétiquement nommée 7-déhydrocholestérol, dont l’organisme se sert pour fabriquer des cholestérols. Quand les ultraviolets frappent les 7-déhydrocholestérol qui s’adonnent à se trouver dans notre peau, ils les brisent et les changent en «pré-vitamine D» — le corps se charge ensuite de compléter la transformation en «vraie» vitamine D. C’est pour cette raison que l’exposition de la peau au soleil est considérée comme une source importante de cette vitamine.

Il est évident que tout ce qui bloque le rayonnement solaire freine cette production, et plus la peau est cachée, moins elle peut fabriquer de vitamine D. Hormis quelques nuances importantes sur lesquelles je reviendrai tout de suite, des études ont démontré, sans grande surprise, que les femmes musulmanes qui portent le voile (surtout la burqa et le niqab, qui sont des voiles intégraux) ont en moyenne moins de vitamine D dans le sang que les autres. Par exemple, des endocrinologues américains ont analysé en 2009 le sérum (la partie liquide du sang) de 87 femmes vivant à Dearborne (Michigan), où vit une importante communauté musulmane. Les niveaux mesurés étaient plutôt bas pour toutes les participantes, mais davantage pour celles qui portaient le voile (4 nanogrammes par millilitre) que celles qui ne le portaient pas (8,5 ng/ml). Des résultats comparables ont été obtenus dans d’autres études, menées en Jordanie et en Inde.

Maintenant, la question est de savoir si le voile islamique peut vraiment être considéré comme un «problème» (je ne dis pas que c’est ce que M. Courteau avait en tête, mais, dans le contexte actuel, il s’en trouvera plusieurs pour sauter à cette conclusion), et la réponse est: non, pas vraiment.

Bien sûr, une carence en vitamine D vient avec une série de conséquences potentielles. Cela peut, par exemple, réduire la minéralisation des os et les rendre plus fragiles, cela peut provoquer des douleurs et une faiblesse musculaires (de même que des tressautements), cela peut causer de la pré-éclampsie chez les femmes enceintes et des malformations chez les enfants et, de manière générale, une carence en vitamine D augmente le risque de dépression. Bref, c’est pas jo-jo.

Mais si l’on décide de considérer le voile islamique comme un problème pour cette raison-là, alors il faut se préparer à gérer un sacré paquet d’autres soi-disant «problèmes». Les gens d’ascendance africaine, par exemple, doivent leur peau foncée à un pigment, la mélanine, dont la fonction est de bloquer les ultraviolets. Cela protège contre les coups de soleil, mais cela implique aussi que pour fabriquer une même quantité de vitamine D, leur peau doit être davantage exposée que celle des Blancs. Si bien que c’est sans grande surprise qu’une étude publiée en 2006 dans le Journal of Nutrition a trouvé que les Afro-Américains ont environ deux fois moins de vitamine D dans le sang que les «caucasien», soit 12 à 16 ng/ml contre 25 à 35 ng/ml (selon la saison).

Cela ne veut bien évidemment pas dire que la couleur de la peau est un «problème», mais simplement que les gens qui ont la peau foncée doivent s’assurer de compenser par l’alimentation.

Car l’exposition de la peau au soleil est loin d’être la seule source possible de vitamine D. Il existe toute une gamme de produits latiers enrichis de vitamine D, les viandes et les œufs en contiennent naturellement, et plusieurs sortes de poisson en sont d’excellentes sources. Et c’est une chance, d’ailleurs, parce que les musulmanes et les Noirs ne sont vraiment pas les seules personnes susceptibles de manquer de cette vitamine. Une étude albertaine parue l’an dernier montre en effet qu’environ 80 % des gens qui travaillent à l’intérieur et des travailleurs de nuit manquent de vitamine D, ce qui est beaucoup plus que ceux qui travaillent à l’extérieur (48 %). Notons qu’il y a un débat entourant le seuil à partir duquel on peut parler d’une carence en vitamine D, mais cela illustre que c’est beaucoup plus qu’une question vestimentaire.

Pour tout dire, en fait, deux dermatologues canadiens ont établi en 2015 qu’il est purement et simplement impossible de synthétiser assez de vitamine D uniquement par la peau en hiver à des latitudes et dans des climats comme les nôtres. Dans leur étude parue dans le Journal de l’Association médicale canadienne, Pavandeep Gill et Sunil Kalia ont consulté les archives d’Environnement Canada pour connaître l’indice ultraviolet d’heure en heure dans 13 villes, de 1991 à 2004. Et il appert qu’en janvier dans une ville comme Mont­réal, même pour quelqu’un qui a la peau pâle, il faut exposer le quart de son corps (visage, cou et bras en entier) pendant environ une heure au soleil, à l’extérieur, pour sécréter soi-même la quantité minimale de vitamine D dont le corps a besoin.

À la suite de quoi, j’imagine, il faut se rendre à l’urgence pour faire soigner son hypothermie et ses engelures — mais au moins, on peut alors dire aux médecins qu’on n’a pas besoin de vitamine D pour aujourd’hui...

Sources:
› Pavandeep Gill et Sunil Kalia, «Assessment of the feasibility of using sunlight exposure to obtain the recommended level of vitamin D in Canada», CMAJ Open, 2015, goo.gl/8kgXFd
› Daniel Sowah et al., «Vitamin D levels and deficiency with different occupations: a systematic review», BMC – Public Health, 2017, goo.gl/oMTMTH
› Susan Harris, «Vitamin D and African Americans», Journal of Nutrition, 2006, goo.gl/V1rFUz
› Raymond Hobbs et al., «Severe vitamin D deficiency in Arab-American women living in Dearborn, Michigan», Endocrine Practice, 2009, goo.gl/fXqbc8

Précision : une version antérieure de ce texte laissait entendre que les produits laitiers contiennent tous de la vitamine D. Or c'est faux : le lait est souvent enrichi de vitamine D, mais il n'en contient pas naturellement. Mes excuses.

La science au quotidien

Homosexualité, iPhone, et autres théories

«Je sais que c’est un sujet un peu épineux, mais c’est aussi tellement humain… Qu’est-ce que l’homosexualité? D’où vient-elle? Pourquoi est-elle à ce point rejetée alors que la plupart des homosexuels(les) ont un beau savoir-vivre et une riche personnalité?» demande Lucille Bouillé.

L’humanité n’a jamais été particulièrement bonne pour «gérer» sa propre diversité, que ce soit sur le plan sexuel, ethnique ou autre. Ce n’est pas une fatalité, remarquez bien, mais je ne vois pas d’autre raison pour expliquer le rejet historique quasi global de l’homosexualité.

Cela dit, voilà qui nous donne déjà un point de départ pour aborder LA grande question de Mme Bouillé: d’où vient-elle, cette attirance, pour les gens du même sexe? Car si elle est aussi largement réprouvée, cela implique forcément qu’elle soit présente partout, dans toutes les cultures et à toutes les époques. C’est toujours le fait d’une minorité, soit, mais peu importe que l’on cherche dans une société occidentale ou non occidentale, on trouve toujours quelques pourcents (moins de 5%, généralement) de gens qui sont principalement attirés par le même sexe — une proportion qui grandit pas mal si on tient compte du fait que l’attirance n’est pas toujours exclusivement hétéro ou homosexuelle. Il y a donc manifestement quelque chose d’universel dans cette affaire. Mais quoi, au juste?

Pour l’instant, on n’a pas de réponse définitive à cette question. Comme l’a bien illustré la porte-parole d’un groupe LGBT américain récemment, «les théories sur l’origine de l’homosexualité, c’est comme les iPhone: il en sort un nouveau modèle chaque année».

La seule chose qui semble bien établie, c’est que l’attirance pour un sexe ou l’autre n’est pas un choix, contrairement à ce que certains groupes d’inspiration religieuse laissent entendre. Un hétérosexuel ne peut pas choisir d’être attiré par le même sexe, c’est une évidence, et l’inverse est tout aussi vrai.

Il semble que dès l’enfance, gais et lesbiennes sont proportionnellement plus nombreux à ne pas se conformer à leur genre: certains futurs gais sont des garçons moins masculins, voire s’habillent en fille, et certaines futures lesbiennes sont plus tomboys. Et cela arrive même dans les familles qui appliquent à la lettre les normes de genre. Ce n’est évidemment pas une règle absolue, chose qui n’existe pas dans les comportements sexuels humains, mais tout cela suggère fortement que ce n’est pas la personne qui décide de son orientation sexuelle, mais bien l’orientation qui, avec l’âge, s’«éveille» en elle.

En outre, on trouve dans les études sur les fondements biologiques de l’homosexualité plusieurs éléments qui soutiennent cette idée, bien que les résultats ne soient pas toujours bien clairs. Il peut s’agir de gènes, mais il se peut aussi que les causes soient développementales.

Ainsi, en comparant des jumeaux identiques (qui partagent exactement les mêmes gènes) et des non identiques (qui ne sont pas plus pareils que des frères et sœurs), plusieurs études ont trouvé que lorsqu’un jumeau identique est homosexuel, l’autre a autour de 24% de chances de l’être lui aussi, contre seulement 15% de «concordance» chez les jumeaux non identiques. Ce genre d’écart est en plein ce que cherchent les études de jumeaux, parce que cela suggère fortement que les gènes jouent un rôle là-dedans. Des études subséquentes ont aussi identifié quelques gènes qui semblent être en cause.

Mais tout cela montre aussi qu’il doit forcément y avoir autre chose dans le portrait, puisqu’un jumeau identique homosexuel a quand même 76% des chances que son frère ou sa sœur ne partage pas ses préférences. C’est considérable.

Une autre avenue possible est que ce soient les processus qui différencient les sexes pendant le développement qui ne se déroulent «pas comme prévu». On sait par exemple que le niveau de testostérone auquel un fœtus est exposé va «structurer» son cerveau d’une manière plus masculine ou plus féminine. Et cette structure va se maintenir toute la vie durant.

On a d’ailleurs trouvé quelques petites différences entre le cerveau des «hétéros» et celui des «homos». Il existe au centre de notre cervelle une structure nommée hypothalamus, qui régule toutes sortes de choses, comme les cycles circadiens, la faim et, parlez-moi d’un bel adon, le désir sexuel. Dans les années 90, une étude a trouvé qu’une sous-région nommée «troisième noyau interstitiel de l’hypothalamus antérieur» (NIHA-3) était deux fois plus grosse chez les hommes hétérosexuels que chez les gais — dont le NIHA-3 était plus proche de celui des femmes hétéros. La clef de l’énigme pourrait en partie se trouver là.

Mais il faut bien garder à l’esprit, ici, que l’orientation sexuelle — et plus largement, l’attirance sexuelle — est selon toute vraisemblance déterminée par une foule de facteurs. Il n’y a pas un gène de l’homosexualité, comme il n’y a pas un niveau d’hormones qui fait systématiquement basculer tout le monde du même côté. Cela expliquerait pourquoi, malgré tous les efforts de recherche, on ne trouve que des bouts d’explication — et pourquoi l’attirance pour le même sexe est une question de degrés, pas une chose qui est 100% présente ou 100% absente. 

Source: J. Michael Bailey et al., «Sexual Orientation, Controversy and Science», Psychological Science in the Public Interest, 2016, goo.gl/xxCBMp

Science

Géométrie du lac Saint-Jean

CHRONIQUE / «L’été, au chalet que nous avons au lac Saint-Jean, nous assistons à de merveilleux couchers de soleil qui se noient dans le lac. Alors je me demande: quelle doit être la dimension d’un lac pour voir le soleil se coucher dans l’eau? J’ai souvenir que la traversée à la nage du Lac-Saint-Jean entre Péribonka et Roberval est d’une distance d’environ 32 km, mais existe-t-il une règle pour déterminer la distance en fonction d’un indice de courbure de la Terre? Et comme cette courbure n’est pas la même partout sur la planète, est-ce que cela change quelque chose?» demande Bernard Tremblay, de Sainte-Foy.

Il est vrai que la Terre n’est pas une sphère parfaite, étant légèrement «aplatie» aux pôles, mais la différence n’est pas énorme: son rayon à l’équateur est de 6378 kilomètres, alors qu’il est de 6357 kilomètres aux pôles. Pour le degré de précision dont on a besoin ici, cet écart de 0,3% peut être complètement ignoré, et je ferai pour la suite comme si la planète était sphérique.

Maintenant, quand on songe à tout cela en termes de «courbures» en trois dimensions comme semble le faire M. Tremblay, le problème peut sembler horriblement compliqué. Et il est vrai que cela pourrait l’être si on tentait de le résoudre en passant par là — ce que les mathématiciens appellent géométrie non euclidienne. Mais heureusement, il existe une manière infiniment plus simple de procéder. En fait, la seule chose dont on a besoin, c’est de ce bon vieux théorème de Pythagore que tout le monde apprend au secondaire.

Imaginons, en effet, une ligne qui partirait du centre du cercle et qui se rendrait jusqu’au pied de quelqu’un, comme le montre la figure ci-contre. Figurons-nous ensuite une ligne qui partirait des yeux de notre observateur et qui se rendrait jusqu’à l’horizon, soit le point le plus éloigné atteignable par une ligne droite (ce qui se trouve au-delà de ça est «caché» par la courbure de la Terre). Et ajoutons-y enfin une troisième ligne, qui part de cet horizon et qui retourne au centre de la planète.

Qu’est-ce qu’on obtient, en bout de ligne? Rien de plus compliqué qu’un triangle rectangle, dont on connaît déjà la longueur de deux côtés: l’un est égal au rayon de la Terre, et l’autre à ce même rayon plus la taille de l’observateur. Or le théorème de Pythagore — le fameux a2 = b2 + c2 — permet justement de trouver la longueur d’un triangle, très facilement d’ailleurs, si l’on connaît celle des deux autres côtés.

Ceux qui veulent jeter un œil au petit calcul qu’il faut faire peuvent se référer au calcul montré plus bas. Mais pour les autres, il n’y a qu’à savoir ceci: plus une personne est grande (ou est juchée sur une promontoire élevé), plus son horizon est éloigné. Dans l’exemple que j’ai calculé ci-contre, un gaillard mesurant 2 mètres (6 pieds, 6 pouces) qui se tiendrait sur une plage juste au bord du lac Saint-Jean verrait 5 kilomètres devant lui. Et cette mer intérieure du Québec est bien assez grande (24 kilomètres par 44) pour que le soleil «se couche dedans», pour ainsi dire.

Fait intéressant, cette histoire de hauteur signifie que si notre gaillard a une conjointe qui mesure 1,50 mètre, alors, aux yeux de celle-ci, l’horizon se trouve à 4,4 kilomètres. Et si le couple a un enfant qui ne fait que 1 mètre, pour lui l’horizon n’est qu’à 3,6 kilomètres.

Évidemment, il existe autour du lac Saint-Jean de petits promontoires relativement proches de l’eau — rien de bien haut puisque le lac est entouré de basses terres, mais cela peut donner 10-15 mètres d’élévation par rapport au niveau de l’eau. Et à 15 mètres du sol, l’horizon se trouve à 13,8 kilomètres, pour peu que l’air soit suffisamment clair et sec pour que l’on voit aussi loin — mais ça, c’est une autre histoire.

Source: Matthew Conroy, «How far away is the horizon», Math 120, s.d., University of Washington, goo.gl/YgsrUy

Science

Le pot de plus en plus fort

CHRONIQUE / «Lorsque j’étais adolescent, le pot que je fumais à l’occasion contenait tout au plus 2 % de THC, ce qui était suffisant pour rendre euphorique en plus d’être payant pour les restaurants Ashton aux petites heures du matin, mais ce n’était pas assez fort pour faire une crise d’anxiété. Par contre, la dernière fois où j’ai consommé de la marijuana (à 27 ans), c’était dans les premières années où on trouvait ce qu’on appelait à l’époque le fameux “Québec Gold” qui pouvait contenir jusqu’à 20 % de THC. Je me rappelle vaguement de la crise de panique qui s’est ensuivie, et je n’ai pas de misère à croire que le cannabis peut représenter des risques pour des jeunes plus fragiles. Or, dans tout le débat autour de la légalisation du pot, je ne me souviens pas avoir entendu quel pourcentage de THC allait être permis pour la vente de cannabis. Ce détail peut faire toute la différence… Ai-je manqué quelque chose?» demande Robert Leclerc, de Québec.

Comme toutes les plantes, la marijuana est composée d’une foule de molécules différentes, dont la plupart n’ont aucun effet sur notre cerveau. Ce que l’on appelle THC, acronyme pour tétrahydrocannabidiol, est l’ingrédient actif de la mari, la partie de la plante qui a un effet euphorisant.

Certaines personnes contestent l’idée que le pot d’aujourd’hui soit vraiment plus fort que celui de l’«époque des communes», mais le fait est qu’il existe beaucoup de données pour le prouver. Par exemple, une étude parue l’année dernière a analysé plus de 38 000 échantillons de cannabis saisi par la police américaine de 1995 à 2014, et a trouvé une augmentation constante de sa teneur en THC — de 4 % en moyenne à 12 % maintenant. Soulignons qu’il s’agit là de moyennes, ce qui implique évidemment des variations, et que cette étude a trouvé des teneurs supérieures à 25 % dans certains cas extrêmes.

Bien sûr, plus la mari contient de THC, plus l’effet est fort, mais cela vient avec des risques plus élevés aussi — crises de panique comme M. Leclerc en témoigne. Le pot est aussi un déclencheur connu de psychoses chez les schizophrènes et sa consommation fréquente à l’adolescence pourrait nuire au développement du cerveau.

Maintenant, le projet de loi déposé en avril par le gouvernement Trudeau pour légaliser le cannabis n’impose pas, à proprement parler, de limite aux teneurs en THC. Mais tout indique que cela viendra rapidement: le texte de loi contient des passages qui donnent au conseil des ministres le pouvoir de règlementer «la composition, la teneur, la concentration, la puissance, la pureté ou la qualité ou toute autre propriété du cannabis ou d’une catégorie de cannabis [mon soulignement]».

En outre, dans un document publié cette année, le Groupe de travail sur la légalisation et la réglementation de la marijuana (mis sur pied par Santé Canada) reconnaît que «les produits à concentration élevée [en THC] présentent plus de risques» et, parmi les manières de les réduire, propose d’imposer une limite à la teneur en THC.

Il serait donc assez étonnant que le fédéral n’agisse pas en ce sens. Reste à voir où il placera le seuil légal…

Source: Mahmoud A. El Sohly, Changes in Cannabis Potency over the Last Two Decades (1995-2014) — Analysis of Current Data in the United States, Biological Psychiatry, 2016

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«De combien d’éoliennes aurions-nous besoin pour obtenir les produits de consommation qui nous sont familiers?» demande Alphonse Willème.

J’interpréterai ici cette question comme revenant essentiellement à se demander de combien d’éoliennes on aurait besoin pour remplacer la production totale d’Hydro-Québec. Alors, prenons l’exemple de la première phase du parc éolien de la Seigneurie de Beaupré, inauguré en 2013. Il compte 126 éoliennes occupant 130 km2 de territoire et pouvant générer 272 mégawatts (MW) de puissance maximale.

Dans la plus pure des théories, c’est-à-dire si le vent soufflait toujours de manière forte et constante, ce parc éolien est capable de produire en un an: 272 MW X 24 h/jour X 365 jours/an = 2400 gigawatt-heure (GWh) environ. Pour remplacer la production d’électricité d’Hydro, qui était de 172 500 GWh en 2013, il faudrait donc 172 500 ÷ 2400 = presque 72 parcs éoliens comme la première phase de la Seigneurie de Beaupré.

Cependant, le vent ne souffle pas toujours fort, et encore moins de façon constante. Il y a toujours des périodes où il vente moins, voire pas du tout, si bien que les éoliennes ne produisent jamais autant qu’elles en sont théoriquement capables. Ainsi, d’après des chiffres d’Hydro-Québec, il y avait en 2016 près de 3300 MW de puissance éolienne «installée» (ou «théorique») au Québec, mais la société d’État n’a acheté que pour 8635 GWh d’énergie éolienne, soit environ le tiers du maximum théorique.

Pour remplacer toute l’électricité d’Hydro, il ne faudrait donc pas multiplier par 72 la phase 1 de la Seigneurie de Beaupré, mais bien par 72 x 3 = 216. Avec la même densité qu’à Beaupré, toutes ces éoliennes occuperaient près de 30 000 km2, soit une superficie à peu près équivalente à celle de la Gaspésie en entier — en présumant bien sûr que toute la région se prête bien à la production éolienne, mais c’est une autre histoire…

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L’aplatisseur de montagnes russes

CHRONIQUE / «En lisant votre chronique du 6 mai sur la dépression majeure, il m’est venu la question suivante : quel est le mécanisme d’action du lithium dans le traitement du trouble bipolaire?» demande Gaétan Lemieux.

Il arrive à tout le monde de traverser de «bonnes» et de «mauvaises passes», d’être de belle humeur des fois et de broyer du noir à d’autres moments. Cela fait partie de la condition humaine. Mais chez les gens qui souffrent d’un trouble bipolaire, aussi appelé maniaco-dépression, ces basculements d’humeur sortent de toute proportion, au point de les rendre dysfonctionnels en société.

Au cours d’un épisode de manie, qui peut durer plusieurs mois s’il n’est pas traité, la personne se sent exagérément bien, voire invulnérable, son estime de soi devient démesurément haute, ses pensées (et ses paroles) s’enchaînent souvent à une vitesse folle, et elle ressent une telle énergie qu’elle peut fonctionner sur seulement deux ou trois heures de sommeil par nuit. Dans cet état, la personne a tendance à être impulsive, à démarrer une foule de projets grandioses à la fois, à se lancer dans des dépenses inconsidérées (voyages, magasinage, investissements très risqués, etc.), à adopter des comportements dangereux (vitesse au volant, sexualité débridée et non protégée, etc.). Autant de choses qui peuvent complètement, rapidement et durablement chambouler une vie, et pas pour le mieux, si le ou la bipolaire n’est pas pris en charge.

En outre, ces épisodes de manie sont invariablement suivis par une dépression majeure et profonde avec tout ce que cela implique généralement (sentiment durable de malheur et de désespoir, pensées suicidaires, perte de confiance, d’estime de soi, d’intérêt pour son entourage ou pour toute activité, d’appétit, etc.). D’où, évidemment, le nom de bipolaire qu’on accole à la maladie. Inutile d’ajouter que l’une ou l’autre de ces phases peut à elle seule détruire une vie, alors imaginez leur enchaînement perpétuel.

Ce fut du moins le cas jusqu’à ce qu’on découvre que le lithium était remarquablement efficace pour, si l’on me prête l’expression, aplanir les montagnes russes que vivent entre 60 et 80 % des maniaco-dépressifs — les autres ne répondent pas bien à ce traitement-là. «C’est arrivé dans les années 50 et 60, qui a été l’époque d’une grande révolution pharmacologique où on a enfin découvert des médicaments qui fonctionnaient bien pour traiter la schizophrénie, le trouble bipolaire, etc. Par la suite, dans les années 70, la recherche a commencé à découvrir les cibles sur lesquelles ces médicaments-là agissaient, ce qui a permis de mieux les cibler en diminuant les effets secondaires. Mais le lithium est le dernier grand inconnu de cette révolution-là», indique Martin Beaulieu, chercheur en psychiatrie à l’Université de Toronto.

La protéine GSK3

En effet, on ne connaît pas encore avec certitude le mode d’action du lithium, sur quelle molécule du cerveau sur laquelle il agit. M. Beaulieu travaille depuis des années sur une protéine nommée GSK3, dont le rôle est d’activer/désactiver certaines autres protéines. Dans les neurones, GSK3 régule la stabilité de plusieurs protéines, explique M. Beaulieu, et serait impliquée dans la régulation de l’humeur. «Mais ce n’est encore qu’une hypothèse parmi d’autres, et on est loin d’avoir la preuve formelle que c’est bien comme ça que le lithium fonctionne», avertit-il.

Un des problèmes avec l’«hypothèse GSK3», c’est que l’effet du lithium (en présumant qu’il existe) semble être indirect : pour observer des effets directs du lithium sur cette protéine en labo, il faut des doses beaucoup plus grandes que ce qu’on donne aux personnes bipolaires — qui montrent pourtant une nette amélioration de leur état, malgré les quantités relativement petites qu’elles ingèrent. A priori, cela pourrait invalider cette avenue de recherche, mais il demeure possible que le lithium agisse autrement : en 2009, d’ailleurs, M. Beaulieu (alors à l’Université Laval) avait publié des résultats qui montraient que le lithium a pour effet de «défaire» un complexe de protéines, ce qui libère une molécule nommée Akt qui, elle, agit sur GSK3. L’action du lithium pourrait donc être indirecte ou amplifiée par d’autres molécules.

Mais au risque de se répéter : cela reste à prouver. Et comme me le disait M. Beaulieu lors d’une autre entrevue il y a quelques années, il est aussi possible que ce qu’on appelle «trouble bipolaire» soit en fait plusieurs maladies différentes, mais qui auraient les mêmes symptômes. 

Il faut espérer, tout de même, qu’on parviendra bientôt à élucider ce mystère. Car le lithium n’est rien d’autre qu’un ion, soit un atome qui possède une charge électrique, ce qui lui donne un effet assez diffus — façon polie de dire que sa consommation s’accompagne d’effets secondaires. On peut sans doute trouver des médicaments qui en ont de plus lourds, mais ceux du lithium, s’ils varient d’un individu à l’autre et sont très légers chez certains, peuvent tout de même inclure des problèmes rénaux, des difficultés de concentration, des tremblements de la main, des gains de poids, et ainsi de suite. Le jour où l’on comprendra enfin le mode d’action du lithium, on aura plus de chances de trouver des médicaments qui donnent les mêmes bénéfices (ou mieux) que le lithium, avec moins d’effets secondaires.