La Terre est un atome.

La Terre est un atome.

Conte astrophysique rigolo, inspiré d'une réflexion à partir d'un rêve contrôlé, en date du jeudi matin 28 mars 2013

Attention, malgré son déroulement sérieux, ce conte se veut divertissant.

Je suis parti d'une démonstration que je faisais à un auditoire imaginaire, alors que j'expliquais le fonctionnement d'un transformateur, en mettant en relief qu'un tel instrument ne fonctionne que sur le courant alternatif. La fréquence importe peu. Je rappelle ici que j'ai rêvé tout cela.

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J'établissais le rapport entre le circuit primaire, celui qui reçoit l'alimentation, et le ou les circuits secondaires, qui transforment l'alimentation du circuit primaire selon leurs propres configurations.

Avant de parler du transformateur il faut expliquer ce que c'est. En électricité tout comme en électronique, le transformateur remplit essentiellement un rôle de bloc d'alimentation. Il en est le principal élément, avec les résistances, les condensateurs, les disjoncteurs-fusibles, et ainsi de suite.)

En Amérique le courant du secteur (les prises de courant de votre maison) essentiellement appelé C.A. (pour courant alternatif) 220 et 110 volts,  est acheminé par des fils suspendus qui portent ce courant sur de très grandes distances. Le C.D. (ou courant direct qu'on appelle aussi courant continu), celui que l'on retrouve dans les accumulateurs de voitures par exemple, ou dans toutes ces petites piles qui sont d'usage courant, ne peut pas être transporté sur de longues distances, sous peine de voire son énergie complètement absorbée et dissipée par les fils, qui vont chauffer et réduire à néant l'énergie fabriquée ainsi.

La raison en est qu'avec du courant continu, les fils chauffent, parce que le courant y est intense. Il est difficile de fabriquer du courant à très haute tension en continu. On a donc recours au courant alternatif. Pour cela il faut le transformer. On commence par l'alternateur couplé à la centrale. Le courant qu'il produit est envoyé tel quel à une bobine entourée d'un noyau de fer doux, dans lequel il va circuler et changer de polarité (+-) soixante fois par seconde. En Europe c'est 50 fois. C'est ce qu'on nomme le cycle (exprimé en hertz).

Le courant qui passe dans cette bobine est pareil tout au long de son passage. Si on laisse la bobine comme telle, elle va chauffer, étant en court-circuit, et va brûler. En fait elle finirait par fondre.

Par contre si par-dessus on y met un autre enroulement, une autre bobine, qui en est proche, mais isolée par des plaques de fer doux, à chaque alternance de courant, l'électricité de la bobine primaire va induire dans la seconde, un courant semblable, mais qui aura des caractéristiques particulières, lesquelles dépendront du nombre  d'enroulements du fil.

Ainsi une bobine primaire de 100 tours de fil, et une bobine secondaire de mille tours de fil. La bobine primaire si elle a un volt et un ampère, va induire dans la seconde un courant de 10 volts et .1 ampère. Dans un transformateur, le rapport dans les bobines est d'un voltage directement proportionnel au nombre de tours de fil, et pour le courant d'un nombre inversement proportionnel au nombre de tours de fil. Dans un transformateur, le fil du primaire sera dix fois plus gros que le fil du secondaire, mais leurs poids seront équivalents. On comprend alors qu'en élevant considérablement le voltage dans le transformateur, on abaisse considérablement le courant dans ce même fil, et ainsi on peut utiliser un fil plus mince et beaucoup moins dispendieux, pour le transport de l'électricité sur de longues distances, parce que le voltage est très élevé et le courant très bas.

C'est un peu comme si vous utilisiez un tuyau très fin pour transporter de l'eau à une grande distance. Avec un petit tuyau et une pression énorme, vous pouvez acheminer une quantité d'eau considérable avec un matériel léger, du moment que la pression y est très élevée. Dans cette image le diamètre du tuyau représente le courant électrique et la pression le voltage. Je vous épargne des tas de détails concernant le redressement des courants à haute tension, et leurs fonctions en outillage, soudure, plasma et autres choses éminemment complexes, qui n'ont par leur place dans un conte.

À la suite de quoi ces fils ne chauffent presque plus. On peut alors transporter cette énergie sur de très longues distances, avec une perte minimale. À l'arrivée, on repasse ce haut voltage dans un transformateur inverse, et il réduit le voltage en augmentant le courant, de manière que l'on retrouve ainsi la tension et le voltage original, fourni par l'alternateur de la lointaine centrale. On aura ainsi compris qu'on peut évidemment transformer ce courant alternatif, jusqu'à lui faire donner des mesures aussi différentes que l'industrie le réclame, pour toute sorte de raisons.

À savoir qu'il y a trois sortes de transformateurs principaux. Ceux qui augmentent la tension (le voltage) et par conséquent abaissent le courant (l'ampérage). Ceux qui abaissent la tension, et par conséquent augmentent le courant. Puis les transformateurs d'isolation qui ne transforment rien, mais qui permettent d'isoler un circuit d'un autre, tout en alimentant les deux en même temps. Ces transformateurs sont en quelque sorte, des fusibles de protection. Qui peuvent soit bruler lors d'une surcharge, ou bien être couplés avec des disjoncteurs qui neutralisent l'un ou l'autre circuit en cas de surcharge. On peut aussi faire des transformateurs avec bobines secondaires variées afin d'obtenir autant de tensions et de courant nécessaires à des travaux différents.

Puis mon esprit s'est attardé à expliquer qu'en fait un transformateur, redonne à partir de son primaire, la même énergie à son secondaire, tout en en modifiant les paramètres de courant et de voltage, mais sans ajouter ou diminuer la puissance (exprimée en watts), qui doit se retrouver intacte au secondaire, et égale à la puissance émise par le primaire.

Mais est-ce bien vrai ?

La réponse est non. Pourquoi ?

Parce que quoiqu'on fasse, lorsque le courant circule entre le primaire et le ou les secondaires, il se fait une perte d'énergie. Celle-ci est due à la résistance de l'ensemble. Cette résistance s'exprime en ohms, mesure de toute résistance, de quelque appareil que ce soit, en électricité et en électronique. Cette énergie perdue est présente sous forme de calories (de la chaleur).

La preuve qu'il se fait une perte, est que tous les transformateurs chauffent, qu'ils dissipent de l'énergie. On peut réduire cette perte d'énergie en augmentant la qualité du transformateur, et en utilisant des métaux conducteurs moins résistants.

Un transformateur fait avec des fils de cuivre (comme c'est généralement le cas) va chauffer plus, parce qu'il résiste plus au passage du courant, qu'un autre fait avec du fil d'or par exemple. En effet l'or est bien meilleur conducteur que le cuivre. Il y a aussi moyen de ramener cette perte énergétique à presque rien, en utilisant des circuits refroidis à des températures approchant le zéro absolu.

Poursuivant cette démonstration je me suis attardé à la notion d'énergie qui est calculée en joules (quant à la mesure de cette énergie), et en coulombs quant au passage de cette énergie au niveau atomique, dans un conduit, ou si vous voulez un circuit.

Maintenant vous me direz pourquoi un transformateur pour expliquer que la Terre est un atome ? Bonne question. Je vous signale que j'ai dit au départ que j'avais construit ce conte sur un rêve, et chacun sait bien que les rêves sont illogiques et biscornus. Mais bon il y a une filière quand même. D'autant plus que la Terre est un énorme transformateur qui est entourée d'un formidable champ magnétique qu'elle génère.

Partant de là j'en suis arrivée à m'interroger sur le principe d'incertitude formulé par Max Planck, qui énonce en résumant sommairement, que lorsque l'on étudie en physique quantique un atome quelconque, il est impossible de connaître à la fois la vitesse et la localisation de ses électrons, et aussi des particules qui s'agitent dans le noyau de l'atome. Ce qui interdit de pouvoir déterminer avec exactitude, le poids d'une particule, et sa situation dans un espace donné. On peut peser l'atome, qui effectivement a un poids atomique, mais pas ses composantes prise individuellement.

On peut faire l'un ou l'autre, mais pas les deux en même temps. Ce qui fait que selon la théorie de Newton, un corps lancé dans l'espace acquiert avec sa vitesse une masse encore plus considérable, du fait de cette vitesse. Ainsi un poids d'une livre par exemple, lancé dans l'espace à 100 kms/heure, brusquement arrêté par un mur sur lequel serait posée une balance, affichera un poids considérablement plus élevé pour cette livre que son poids à l'arrêt. Mais il y aura un rapport direct entre le poids stationnaire, et sa masse lorsqu'il s'écrasera sur le mur, laquelle sera calculée en fonction du poids original et de sa vitesse précise.

Mais si cela fonctionne pour un objet qui se meut dans un espace newtonien, cela ne fonctionne plus dans un espace quantique, où la physique examine des particules qui se déplacent aux alentours de la vitesse de la lumière. Nous entrons ici dans la physique einsteinienne. C'est la relativité. C'est considérablement plus complexe et aussi assez rigolo.

Bref en examinant ainsi mon transformateur, je me suis mis à considérer la Terre, comme étant une énorme particule en orbite autour de son noyau le Soleil. C'est l'explication de Niels Bohr de l'atome, tirée de la vision de cet atome établit par Ernest Rutherford.

Dans ce modèle en effet, l'atome est vu comme un système planétaire, avec le noyau au centre (comme un soleil) et les électrons en orbite autour (comme autant de planètes) sur des cercles concentriques, qui vont du plus proche au centre, au plus lointain sur la périphérie, au fur et à mesure que cet atome se complexifie. Chaque planète ainsi considérée est un électron en orbite autour de son noyau (le Soleil), mais qui reste sur sa couche concentrique, son orbite.

Le plus simple modèle étant l'atome d'hydrogène, qui a un seul électron en orbite autour de son noyau, jusqu'aux atomes plus lourds comme celui de l'uranium, en passant pas tous les atomes du tableau de Mendeleïev.

J'ai alors compris en riant, ce qui m'a éveillé sans que je perde le souvenir de cette rêverie, que notre situation d'êtres vivants pensants, accrochés à notre particule terrestre, était pour le moins étonnante, et ne manque pas de piquant, voir d'humour.

En effet, pour continuer dans cette veine, nous sommes des sortes de sous particules qui nous animons de façon chaotique par milliards sur cette énorme particule qu'est notre Terre, laquelle nous emmène en voyage autour de notre noyau, le Soleil.

Or nous arrivons à supputer (à partir de notre organisation chaotique cérébrale, tout aussi électrique que la composition de notre Terre qui est notre énorme électron), les lois physiques qui déterminent la composition chimique, donc électromagnétique de la Terre, et de notre propre agglomérat d'atomes qui forment notre conscience.

De quoi sont composés non seulement notre électron (la Terre) et son noyau (le Soleil), mais tous les autres gros électrons composites de notre galaxie, que sont ces autres systèmes planétaires récemment découverts, et ces énormes noyaux que sont les galaxies et les amas de galaxies, jusqu'à englober l'univers tout entier.

C'est fort! Très fort. Remarquons par contre que pas un seul d'entre nous au cours des âges n'aurait été capable d'un tel exploit de réflexion, ni même d'en comprendre les outils que nous avons pourtant forgés pour en arriver là.

Ce qui saute aux yeux, est que cette compréhension des choses que nous avons, vient de cette capitalisation intellectuelle qui fait que chacun de nous, peut emmagasiner dans son étrange cervelle, toutes les données morcelées en myriades d'informations, glanées au cours des millénaires, et ainsi arriver à saisir, même confusément (parce que cette aventure-là est loin d'être simple), la composition de notre univers.

Seul nous ne somme rien, et ce rien-là que nous sommes, arrive à réagir et à agir, comme un plus grand tout. Du moment que l'on emmagasine assez d'information pour provoquer chez chacun de nous, une sorte d'illumination-émergence qui vient justement de cette accumulation de données, lesquelles prises une par une ne veulent absolument rien dire de significatif. Alors qu'une fois assemblées elles prennent une dimension cohérente de toute beauté.

C'est très très  fort!

Je me suis réveillé en calculant ensuite le poids de la Terre autour de son Soleil, et je me suis dit que comme elle était en mouvement (et comment !) il faudrait pour en connaître la masse, l'immobiliser. J'ai tout-de-suite vu que cette immobilisation est impensable dans notre univers, où tout bouge autour de tout…

Qu'en somme nous ne connaissons pas du tout la masse de notre Terre, ni celle du Soleil, et encore moins la taille, le poids et l'énergie de ce dernier. Ainsi jamais nous n'arriverons, même avec les théories les plus pointues, à nous situer physiquement (comme dans la physique) dans cet univers, et même seulement sur notre Terre.

Du moment qu'elle bouge (et elle bouge beaucoup, étant animée aux dernières nouvelles de plus de 80 mouvements connus), nous sommes face au principe d'incertitude, et nous y sommes cantonnés pour l'éternité.

Mais ça n'empêche absolument pas qu'on puisse tripper collectivement, en multipliant les données, en fomentant à partir de formules extraordinairement merveilleuses, des théories extravagantes comme le BIG BANG, ou l'expansion de l'Univers.

Déjà qu'on comprend que les lois ''fondamentales'' de notre physique ne sont que quatre, et qu'elles ne s'appliquent qu'à moins de 5% des composantes de notre univers. Étrangement ici la biologie rejoint la physique, alors que je vous fais remarquer que notre composition chimique repose elle aussi sur quatre composantes dans notre ADN. Pour le moment du moins.

Quant à tout le reste d'inconnu, nous avons devant nous de fort beaux jours à jouer les supputateurs, et à nous bercer de la formidable illusion que nous sommes quelque chose.

''Être ou ne pas être comme disait l'autre?''

En fait nous sommes des riens-du-tout songés, dans un univers extravagant, qui n'est peut-être qu'un rêve comme le pensait l'Empereur Marc Aurèle. Rêve éveillé qui émane de nos cervelles individuelles et collectives. Nous serions donc d'extraordinaires rien-de-rien qui baignons dans un vaste et incommensurable GRAND TOUT, où il fait bon penser et rêver.

J'adore être vivant !

Comme aurait dit Raymond Devos :

''Rien c'est rien, mais moins que rien c'est déjà quelque chose !

Que penser de ce quelque chose lorsqu'il est deux fois rien ?

Là, on avance.

Et puis ensuite trois fois rien c'est plus que deux fois rien !

Alors là c'est du délire !

Ce qui fait que trois fois rien multiplié par trois fois rien, c'est rien de neuf."

Je me dois d'ajouter ici pour les physiciens les plus avancés, que ce modèle d'atome est aujourd'hui complètement dépassé. De là à ce qu'on s'aperçoive un jour, lorsqu'on aura identifié les composantes de la matière sombre et de la matière noire, que notre modèle planétaire est lui aussi complètement dépassé malgré son évidente apparence, il n'y a qu'un pas (un gros) à franchir.

L'astrophysique est une mystique extraordinairement exaltante.

Julien Maréchal

Montréal