Les sciences en vacances

L’été, c’est le temps des vacances! On en profite pour se changer les idées, voir d’autres paysages. La Faculté des sciences s’invite dans vos vacances et vous propose de courts textes qui démontrent que la science fait partie de votre vie quotidienne. Elle vous suggère même quelques activités pour profiter encore plus de ce temps privilégié! 

La biologie en vacances : admirer la nature


Camille Guy-Desgreniers et Émilie Desjardins, étudiantes au baccalauréat en écologie, lors d'une sortie terrain à l’Île du marais de Ste-Catherine-de-Hatley.

Pendant la période estivale, la végétation s’éveille et nous charme. Il est facile de faire un lien entre le temps des vacances et notre Département de biologie, puisque l’écologie est une des disciplines qu’on y enseigne. L’écologie en vacances, cela peut paraître bien simple : ce sont les enfants qui sont fascinés par des grenouilles, les insectes et plusieurs autres bestioles, les adultes qui pratiquent l’ornithologie par plaisir, le jardinage.
C’est pourquoi le Département de biologie propose, pour les vacances, de simplement vous promener dans la nature et d’admirer, écouter et sentir ce qui se trouve autour de vous.  Vous trouverez ci-dessous des endroits très intéressants où faire de l’observation. Ce sont des lieux où nos étudiantes et étudiants réalisent des travaux pratiques et acquièrent de l’expérience sur le terrain.

1. Le Parc du Mont Bellevue

Accessible à l’année.

Bien entendu, ayant la chance d’avoir un campus universitaire littéralement voisin d’un parc municipal de 200 hectares, une grande partie de la communauté universitaire profite de ses sentiers et des diverses activités qui peuvent être pratiquées dans le Parc du Mont Bellevue. Les participants aux cours d’écologie y font de la télémétrie d’animaux (raton laveur), permettant de faire le suivi des déplacements des individus en contexte péri-urbain.

2. Le Parc écoforestier de Johnville

Accessible à l’année, de 8 h au coucher du soleil.

L’Université de Sherbrooke est copropriétaire du boisé de Johnville, d’une taille de 180 hectares. Les sentiers, en majorité dans des forêts matures, permettent de découvrir notamment une tourbière, écosystème fragile et rare à cette latitude. Il est possible d'admirer la faune active en hiver, notamment le cerf de Virginie et le lièvre. Des inventaires d’animaux (comme des micromammifères, des polatouches, oiseaux de la tourbière) et des inventaires floristiques ont permis de démontrer la richesse de ce lieu d’un point de vue de biodiversité.

3. L’Île du marais de Ste-Catherine-de-Hatley

Accessible à l’année, du lever au coucher du soleil, à pied seulement.

Située à l'extrême sud du Lac Magog, l'île du Marais est au centre d'un milieu humide de plus de 65 hectares. Quatre kilomètres de sentiers parcourent le site et donnent un accès privilégié au cœur de cet écosystème. C’est un haut lieu de l’observation d’oiseaux, les ornithologues de la région s’y réunissent pour y observer plusieurs espèces associées aux milieux humides. Les écologistes en formation de l’Université de Sherbrooke y étudient plus particulièrement les tortues (chélydre serpentine et tortue peinte) en identifiant les individus échantillonnés et en mesurant certaines caractéristiques, pour un suivi à long terme. Plusieurs autres espèces peuvent être observées sur place.

4. Le Parc national du Mont-Orford

Ouvert à l’année. Il y a des frais pour accéder au parc.

Le Parc national du Mont Orford fait partie du réseau de la Société des établissements de plein air du Québec (SEPAQ). Il offre plusieurs activités en été comme en hiver, incluant du camping. Les étudiantes et étudiants du programme d’écologie y réalisent leurs travaux de terrains sur les milieux aquatiques. Aux lacs Fraser et Stukely, ils découvrent l’ichtyologie (l’étude des poissons), le phytoplancton et le zooplancton, ainsi que la physicochimie. À l’étang aux Cerises, ils s’instruisent sur les invertébrés aquatiques et les benthiques.

L’admiration de la biodiversité peut se faire pratiquement partout sur le globe. Il est à souligner que les chercheurs du Département de biologie (professeurs et étudiants) élargissent nos connaissances sur des écosystèmes variés, du Mont Mégantic aux Rocheuses, de l’Australie à la Corse. 

Les mathématiques en vacances : le manège!

Photo : banque d'images
Animation : Kevin Thouin. Cliquez sur l'image pour accéder à l'animation.

L'été, c'est la saison des fêtes foraines et des parcs d'attractions, où les plus jeunes comme les plus vieux s'adonnent à des tours de manèges. Une bonne partie de ces manèges effectuent un mouvement qui est plutôt intéressant à étudier, par exemple, il y a ce manège appelé « tasse ».

Il s'agit de tasses géantes dans lesquelles sont assis des passagers. Les passagers peuvent faire manuellement tourner leur tasse sur elle-même. De plus, les tasses sont disposées en petits groupes circulairement sur des plateaux secondaires, qui sont en rotation. Les plateaux secondaires sont eux-mêmes regroupés circulairement sur un plateau principal qui tourne dans le sens inverse de ceux-ci. Les tasses subissent donc trois mouvements de rotation : celle du plateau principal, celle du plateau secondaire de la tasse et enfin celle de la tasse sur elle-même, effectuée par la force des passagers.

Le mouvement des tasses causé par les plateaux principaux et secondaires est intéressant, car il est assez complexe. En effet, contrairement à un mouvement circulaire simple, la vitesse et l'accélération des tasses ne sont plus constantes (en termes de norme). En raison de la configuration des vitesses angulaires habituelles du plateau principal et des plateaux secondaires, lorsqu'une tasse se situe vers l'intérieur la vitesse causée par le plateau principal s'additionne à la vitesse causée par son plateau secondaire. Alors que lorsqu'une tasse se trouve à l'extérieur, ces deux vitesses vont se soustraire.

Il est même possible qu'une tasse s'arrête complètement une fraction de seconde, si ces deux vitesses sont égales. Pour d'autres configurations de vitesses angulaires, il se produit généralement le même genre de phénomène : les deux vitesses vont alternativement s'additionner et se soustraire. L'animation créée sur le site « Géogebra » montre le mouvement du manège. On peut voir en orange le vecteur vitesse et en bleu celui d'accélération. En ajustant les paramètres, on peut obtenir divers autres mouvements qui sont plus ou moins similaires à celui du vrai manège. Ce qui est aussi intéressant, c'est lorsque le rapport de la vitesse angulaire du plateau principal et des plateaux secondaires est entier, ou au moins rationnel.

Chaque tasse dessine alors un joli parcours, car après un nombre fini de tours, les deux plateaux reviendront simultanément à leur position d'origine. Il y a plusieurs configurations qui sont intéressantes :

• (Configuration par défaut) : les tasses ont une vitesse nulle aux pointes

• (R=2, r=0.5, k=2) : les tasses ont un mouvement rectiligne (accélération nulle) une fraction de seconde

• (k=0 ou k=1) : les tasses ont un mouvement circulaire (on voit bien l'accélération centripète)

Pour rendre les choses encore plus intéressantes, on pourrait, à la place d'avoir seulement un plateau principal et des plateaux secondaires, supposer qu'il y ait des plateaux tertiaires positionnés circulairement sur les plateaux secondaires et sur lesquels seraient installées les tasses. Le mouvement des tasses suivrait un mouvement fort fascinant, voyez par vous-même!

Une chose est indéniable : on peut créer des objets mathématiques complexes et fascinants à partir de choses aussi simples qu'un mouvement de rotation.

Kevin Thouin, étudiant au baccalauréat en mathématiques et stagiaire dirigé par Pre Virginie Charette. 
Département de mathématiques

La chimie en vacances : une bonne bière sur une terrasse!

Étienne Levert, M.Sc, étudiant au doctorat et Directeur à la recherche et au développement à la microbrasserie Siboire.
Photo : Michel Caron

Schéma: la réaction chimique de la fermentation. Étienne Levert, M.Sc.

Avec l’été vient l’ouverture des terrasses. Impérativement, on s’imagine profiter de la chaleur du soleil avec diverses boissons rafraîchissantes. Tout en haut de cette liste trône la bière. Qu’elle soit blonde, rousse, ambrée ou noire, les amateurs de ce doux nectar ont l’embarras du choix pour assouvir leur soif. Qu’est-ce qui rend la bière aussi attrayante? Quelles particularités lui confèrent cette propriété si rafraîchissante? Au fait, c’est quoi la bière?

Du point de vue de la chimie, dans sa plus simple expression, la bière est une solution composée d’eau, de sucre provenant des céréales et d’alcool issu de la fermentation alcoolique par les levures. Ce type de solution qui possède trois composants est appelée solution ternaire.

Mais encore? Décortiquons-la davantage.

La bière compte plus de mille composés aromatiques provenant du houblon, dont une dizaine apportant une contribution à l’amertume. Le houblon est une vigne sur laquelle pousse une fleur gorgée de résine et d’huile essentielle utilisée dans le brassage.

La bière est un liquide dont la couleur peut varier du jaune clair au noir impénétrable. Cette coloration provient des céréales maltées utilisées dans la conception de la recette. Le maltage consiste à faire germer la céréale pour libérer les enzymes nécessaires à l’extraction du sucre emmagasiné dans l’amidon qu’ils contiennent. À la suite de cette germination, il faut sécher la céréale pour arrêter la germination. Ce séchage peut se faire à différentes températures pour obtenir un malte pâle, le malte de base de toutes les bières; un malte caramélisé comme on retrouve dans les bières rousses et ambrées; et un malte rôti utilisé dans les bières noires. La coloration de ces différents maltes provient d’une réaction activée par la chaleur entre le sucre et les protéines que la céréale contient. On appelle cette réaction la réaction de Maillard, la même réaction responsable de la coloration de la croûte du pain ou du brunissement des grillades sur le BBQ.

La bière, c’est finalement le produit de réactions biologiques et biochimiques complexes toutes orchestrées par les levures au moment de la fermentation. La fermentation génère l’alcool, le gaz carbonique et une panoplie d’esters, des molécules très aromatiques. Elle est également vêtue d’un beau collet de mousse. Les bulles proviennent justement du gaz carbonique par un équilibre complexe entre le gaz carbonique dissous et l’acide carbonique qui picote la langue. Cette mousse, une émulsion, persiste grâce à la stabilisation qu’apportent certaines protéines du malt et molécules du houblon.

Du point de vue du brasseur, la bière est un équilibre parfait que l’on atteint en dosant ingénieusement tous les ingrédients qui la composent. Plusieurs éléments sont à considérer pour y arriver. Le choix des céréales permet d’aller chercher une complexité au niveau des sucres, du goût et des arômes. Le choix des houblons confère l’intensité de l’amertume et des saveurs allant des fruits tropicaux à la résine de conifères. Finalement, le choix de la levure permet au brasseur de réellement définir le style de sa bière. En effet, dépendamment des régions d’où proviennent les levures, leurs caractéristiques seront différentes. Les levures belges proposent des saveurs épicées et fruitées tandis que les levures américaines ont une signature beaucoup plus neutre amplifiant les arômes du houblon!

Sur la terrasse, la majorité des amateurs de bières choisiront une bière plus sèche, c’est-à-dire une bière avec moins de sucre résiduel. Une myriade de styles de bières répond à cette qualité. Certains opteront pour une « lager » d’inspiration tchèque, d’autres pour une « pale ale » américaine bien houblonnée. Certains amateurs exploreront des bières plus acidulées, avec ou sans fruits, alors que d’autres, se moquant du soleil et de la chaleur, choisiront des styles plus lourds, plus alcoolisés et sucrés.

Peu importe les goûts, avec plus de 120 styles de bières historiques répertoriés de concert avec l’imagination sans limites des artisans brasseurs, il y a de quoi satisfaire les plus fins palais.

Étienne Levert, M.Sc.
Étudiant au doctorat sous la direction de Pr Armand Soldera et Pr Serge Lacelle
Directeur à la recherche et au développement à la microbrasserie Siboire

Département de chimie

La physique en vacances : observer cette obscure clarté qui tombe de la Lune

Photo: lune cendrée (banque d'images)
Figure : la lumière reflétée de la Terre sur la Lune (ici pour une lumière cendrée observée durant le crépuscule du soir), par Yves Grosdidier, Ph.D.

Dans l’Acte 4, Scène 3 du Cid de Corneille, Rodrigue évoque la fameuse « obscure clarté qui tombe des étoiles ». L’alliance des mots opposés « obscur » et « clarté » était un effet littéraire qui avait pour but de rendre l'atmosphère d'attente pesante qui précédait une bataille militaire nocturne. Tout est bien affaire de contrastes : les étoiles procurent en effet une certaine clarté puisqu'elles éclairent quelque peu le lieu de la bataille, mais elles sont également obscures comparativement à la grande luminosité du jour...  

Le 1er juillet 2016, ne manquez pas la lumière cendrée, une obscure clarté qui cette fois tombe de la Lune. La lumière cendrée est la lumière du Soleil réfléchie par la Terre vers le côté sombre de la Lune. Cette pâle clarté est visible sur la partie de la Lune non éclairée par le Soleil et donc fait luire la Lune au-delà de son mince croissant brillant. 

Les meilleurs moments pour observer la lumière cendrée sont toujours au crépuscule 3-4 jours après la nouvelle Lune, ou bien à l’aube 3-4 jours avant la nouvelle Lune. Le 1er juillet 2016 sera prochainement le meilleur moment pour observer la lumière cendrée de la Lune juste un peu avant le lever du Soleil (5h04), en direction de l’Est. Il vous faudra être couche-tard ou bien lève-tôt pour observer le phénomène puisque ce sera vers 4h du matin que celui-ci sera le plus aisément observable si les nuages sont absents de l’horizon. Si les nuages vous ont joué des tours, vous aurez une seconde chance de voir ce spectacle le 30 juillet 2016 aux mêmes heures du matin.

Ce phénomène, observé dès l’Antiquité, n’obtint ses premières explications valables que bien plus tard avec Léonard de Vinci (1452-1519) et Galilée (1564-1642). Dans son Codex Leicester écrit vers 1510, Léonard de Vinci fut le premier à expliquer de façon correcte le phénomène. Même s’il imaginait que la Lune était recouverte d’océans qui réfléchissaient la lumière, il vit juste en invoquant les réflectances (ou albedos) combinées de la Terre et de la Lune. Plus tard, Galilée a fourni une explication identique tout en réfutant une idée alors en vogue : la Lune étant en cristal, la lumière cendrée serait produite par les rayons du Soleil qui passent à travers elle... Pour Galilée cette explication n’était pas valable puisqu’il était convaincu, depuis ses propres observations à la lunette astronomique, que la Lune est faite de roches et non de cristal. De plus, la lumière cendrée ne peut pas être produite par la Lune elle-même sinon comment expliquer qu’elle n’est pas visible durant les éclipses de Lune ?

La lumière cendrée et le climat de la terre 

Au-delà de sa beauté, notons que la lumière cendrée permet aussi d’estimer indirectement l’albedo terrestre. La lumière cendrée est plus intense de part et d'autre de la Nouvelle Lune car cet instant correspond à une brillante « Pleine Terre » vue depuis la Lune. Mais si d’une Nouvelle Lune à l’autre la couverture nuageuse de la Terre varie, il en résulte également une variation de son albedo puisque les nuages sont souvent plus réfléchissants que les océans et les continents. L’étude de la lumière cendrée peut donc en premier lieu être utilisée pour montrer comment la couverture nuageuse de la Terre varie au cours du temps.

D’autre part, rappelons que les températures terrestres résultent d'interactions complexes notamment entre les apports énergétiques solaires perturbés par les cycles de l'orbite terrestre, de l'albedo terrestre, des courants de convection dans l'atmosphère et les océans et enfin du cycle de l'eau. Ainsi les changements dans la couverture nuageuse entraînent des modifications de l’albedo terrestre et une variation de la transmission du rayonnement infrarouge solaire au travers de l’atmosphère et donc, finalement, de l’effet de serre.

Ainsi, ce phénomène céleste observé depuis des centaines d’années n’a pas fini de nous transmettre de l’information sur notre propre planète et ses changements.  

Yves Grosdidier, Ph.D.
Département de physique