Actu Atelier Lecture n°1 janvier 2017

Le 24 janvier 2017, l’Atelier Lecture n°1 s’est intéressé à « La mort à Venise » de Thomas Mann. La discussion fut très dens , s’accordant à penser ce livre riche, si riche que nous n’avons pass été en mesure d’en faire le tour.

Nous avons la chance d’avoir parmi nous une germanophile parlant et lisant l’allemand qui possède une version bilingue du livre. Nous avons eu l’occasion de comparer différentes traductions plus ou moins proche de l’original et de ses nuances poétiques.

Pour le 21 février, nous avons choisi de lire les « Insatiables » de Gila Lustiger, un autre roman allemand, tout récent sorti en septembre 2016.S’inspirant de faits réel, il est dédié au journalisme d’investigation.

Albert EINSTEIN par Pierre Berlivet

Albert EINSTEIN

2017 CR Enstein Albert par P Berlivet

par Pierre BERLIVET

«La logique vous mènera d’un point A à un point B, l‘imagination vous mènera absolument partout.»
«Seules deux choses sont infinies. L’univers et la stupidité de l’homme. Et encore, je ne suis pas certain de l’infinité de l’univers».
« Placez votre main sur un poêle une minute et ça vous semble durer une heure. Asseyez-vous auprès d’une jolie fille une heure et ça vous semble durer une minute. C’est ça, la relativité. » Albert Einstein

1) Formation

Albert Einstein nait le 14 mars 1879 à Ulm, dans une famille juive non pratiquante.
Einstein présente un parcours scolaire atypique. Très tôt, le jeune homme s’insurge du pouvoir arbitraire exercé par les enseignants, et est dépeint par ces derniers comme un mauvais élément, très étourdi.

Il commence sa scolarité à Munich et en est renvoyé à l’âge de 15 ans pour indiscipline, malgré d’excellents résultats en mathématiques. Après un passage en Italie, la famille s’installe en Suisse.

En 1896, après avoir été une première fois recalé, il intègre l’École polytechnique fédérale de Zurich (sans avoir de bac) où il se lie d’amitié avec le mathématicien Marcel Grossmann, qui l’aidera plus tard en géométrie non euclidienne. Il y rencontre aussi Mileva Maric, sa première épouse. Il obtient de justesse son Lire la suite

Les OEM (Ondes Electromagnétiques) et leurs APPLICATIONS CRn°5 Roger MEVEL

Atelier Sciences – Roger MEVEL
CR de la Séance n°5 du 18/01/2017

Atelier Sciences du 18-01-2017

Les OEM (Ondes Electromagnétiques) et leurs APPLICATIONS

1 –  Les 4 premières séances

Une onde électromagnétique comporte à la fois un champ électrique et un champ magnétique oscillant à la même fréquence. Ces deux champs, perpendiculaires l’un par rapport à l’autre se propagent dans un milieu selon une direction orthogonale (figure ci-dessous).
La propagation de ces ondes s’effectue à une vitesse qui dépend du milieu considéré. Dans le vide, la vitesse de propagation est égale à 3.108 m/s. 1

Une onde électromagnétique est caractérisée par plusieurs grandeurs physiques : La période (T) : elle représente le temps nécessaire pour que l’onde effectue un cycle. L’unité est la seconde. La fréquence (f) : inverse de la période, elle traduit le nombre de cycles par unité de temps.
Elle s’exprime en Hertz (Hz) – un Hz équivaut à une oscillation par seconde – La longueur d’onde (λ) : elle exprime le caractère oscillatoire périodique de l’onde dans l’espace.
C’est la longueur parcourue par l’onde pendant une période T dans l’espace (figure ci-dessus) donc la distance séparant deux crêtes successives.
Nous avons donc la relation suivante : λ = c T ou encore λ= c/f car f = 1/T Les échanges d’énergie portée par le rayonnement électromagnétique ne se font pas de manière continue, mais de façon discrète, sous forme de paquets d’énergie, véhiculés par des corpuscules élémentaires immatériels, les photons. La relation suivante exprime la quantité d’énergie (E) associée à un photon en 2 fonction de la fréquence de l’onde : E = h f ou h est la constante de Planck (6,625.10-34 J.s).

Les ondes radio AM (Amplitude Modulation) et FM (Frequency Modulation)
1 -Les grandes ondes (GO) ou ondes longues (OL), Long Waves (LW en anglais) (30 kHz à 300 kHz[ ) se propagent par onde de sol et sont utilisées par les stations de radio en modulation d’amplitude, pour des communications à moyenne distance (500 à 1 000 km). Un seul émetteur LW couvre à peu près tout le territoire national.
2 – Les petites ondes (PO) ou ondes moyennes (OM), Medium Waves (MW en anglais) (300 à 3 000 kHz) se propagent également par onde de sol.
3 – Les ondes courtes (OC) ou Shortwave (SW en anglais) (3 MHz et 30 MHz) se propagent par réflexions successives entre le sol et l’ionosphère avec donc une portée de plusieurs milliers de kilomètres (domaine entre autres des radioamateurs).
4 – Les très hautes fréquences (very high frequency/VHF) est la partie du spectre radioélectrique s’étendant de 30 MHz à 300 MHz. Ces ondes se propagent en vue directe (en ligne droite). La radio FM (pour Frequency modulation) correspond à la bande 87,5 – 108 MHz souvent appelée « bande FM » .
5 – La modulation sert à transmettre le signal utile S(t) (le son ici) fourni par le microphone à l’aide d’un autre signal P(t) (porteuse) d’une fréquence nettement plus élevée qui est l’Onde ElectroMagnétique. A la réception il suffit alors de démoduler le signal pour avoir accès à l’information d’origine que l’on applique à un haut-parleur.
La modulation d’amplitude : AM Dans ce type de modulation le signal source fait varier l’amplitude de la porteuse. La modulation d’amplitude est très sensible aux perturbations électromagnétiques qui peuvent modifier l’amplitude de la porteuse et donc du signal source lors de la démodulation.
La modulation de fréquences : FM En modulation de fréquences le signal source fait varier la fréquence de la porteuse La modulation de fréquences est peu sensible aux perturbations électromagnétiques. Le signal démodulé est donc identique à celui de la source.

Global Positioning System (GPS)
Le GPS (Global Positioning System) est un système de géolocalisation fonctionnant au niveau mondial et reposant sur l’exploitation de signaux radio émis par des satellites dédiés. Le système GPS permet de se situer où qu’on soit dans le monde depuis 1995.

Composition
1 – Segment spatial La constellation est organisée autour de 24 satellites. Disposés sur six plans orbitaux (4 satellites par plan) ayant une inclinaison d’environ 55° sur l’équateur . Ils suivent une orbite quasi-circulaire de rayon 26 600 km environ (soit une altitude de 20 200 km) qu’ils parcourent en 11 h 58 min 2 s, soit un demi-jour sidéral.

Comparaison entre jour sidéral et jour solaire :
la planète positionnée en 1 met un jour sidéral (23 H 56’ 4’’) pour arriver en 2 et un jour solaire (24 H) pour arriver en 3
.
2 – Segment de contrôle
C’est la partie qui permet de piloter et de surveiller le système. Il est composé de cinq stations au sol. Leur rôle est de mettre à jour les informations transmises par les satellites (éphémérides, paramètres d’horloge) et contrôler leur bon fonctionnement.

3 – Segment utilisateur Le nombre maximum d’utilisateurs GPS est illimité. En 2014, le nombre total de récepteur GPS est estimé à 3,6 milliards. Les smartphones avec GPS intégré sont les plus nombreux avec 3,08 milliards, suivi par les 260 millions d’assistants de navigation pour des applications routières. Le nombre restant d’appareils est réparti entre des applications variées : autres transports (aviation, ferroviaire, maritime), topographie, agriculture, infrastructure critique.
Principe de fonctionnement
1 – Calcul de la position

Le positionnement GPS fonctionne grâce à un moyen que vous connaissez sûrement : la triangulation (qui consiste à utiliser uniquement les distances pour localiser un objet). Toutes les millisecondes, les satellites émettent des signaux codés sous forme d’onde radio.
Le récepteur calcule le temps mis par l’onde émise par le satellite pour lui parvenir. La vitesse de propagation du signal étant connue, le récepteur détermine une sphère sur laquelle est nécessairement sa position. (distance = temps x vitesse). Avec un deuxième satellite, l’intersection des deux sphères forment un cercle. Puis avec un troisième satellite, deux points. On élimine l’un des deux points car il ne se trouve pas sur Terre mais à une position absurde (à l’extérieur de la constellation des satellites GPS ou dans les profondeurs de la Terre, par exemple). Trois satellites suffiraient donc pour connaître notre position sur le globe.
Cependant, pour la synchronisation de l’horloge du boîtier GPS, il faut la précision d’une horloge atomique. Votre boîtier GPS et votre téléphone n’en ont évidemment pas. Ils vont donc utiliser l’horodatage produite par une horloge atomique à bord d’un quatrième satellite.
Pour pouvoir utiliser le GPS, il faut donc un minimum de quatre satellites : trois pour la position, et un supplémentaire pour la synchronisation.
2 – L’horloge du satellite
La nécessité des horloges atomiques vient du fait qu’on cherche à avoir une précision très importante sur la position : de l’ordre de quelques mètres sur la surface de la Terre. Il faut donc une très grande précision dans les informations transmises à votre boîtier GPS. Pour donner une idée : une différence d’une microseconde (1 µs) correspond à une erreur de 300 mètres sur la position !

3 – Synchronisation de l’horloge du récepteur
La base de temps des récepteurs GPS provient d’oscillateurs à quartz qui ne sont pas assez précis pour être utilisables pour le positionnement. Le récepteur est donc synchronisé sur le temps des horloges atomiques des satellites.

2 – C-R séance du 18/01/2017

1 – GPS et théorie de la relativité

Le GPS est l’application concrète la plus courante, dont le fonctionnement est lié avec la théorie de la relativité. Si ses effets n’étaient pas pris en compte, la navigation par GPS serait entachée d’erreurs trop importantes. Deux effets principaux de la relativité sont à considérer :

* la dilatation du temps issue de la relativité restreinte (1905) affirme que le temps s’écoule plus lentement pour un objet se déplaçant à grande vitesse (14.000 km/h ici). L’horloge du satellite retarde donc par rapport aux horloges au sol de 7 μs par jour
* la relativité générale (1915) stipule que le temps s’écoule plus rapidement pour un objet subissant un champ de gravité plus faible. L’horloge du satellite avance donc par rapport aux horloges au sol de 45 μs par jour
L’horloge d’un satellite GPS vue du sol×× avance donc de 45-7 = 38 μs par jour ce qui conduirait sans correction à une erreur de 38×300 = 11.400 m ou 11,4 km !
Historiquement, en 1977, lors de la première mise en orbite d’une horloge atomique au Césium dans le premier satellite GPS, les effets de la relativité avaient été calculés, mais certains doutaient de la véracité des effets relativistes. Après vingt jours en orbite, l’horloge atomique en orbite a été mesurée dérivant de l’ordre de 764µs par rapport au sol, ce qui était proche du calcul théorique de l’époque donnant 771 µs (environ 20×38). Par la suite, le synthétiseur a été activé de manière permanente.

2 – Les sources d’erreurs


Les mesures de la distance entre récepteur et satellites sont entachées d’erreurs de3 types :

* les erreurs dues aux satellites (trajectoire, horloge)

* les erreurs dues au récepteur (horloge, bruit électronique, chemins multiples, variation du centre ce phase de l’antenne)

* les erreurs engendrées par la transmission du signal (ionosphère, troposphère).
Un certain nombre de ces erreurs peuvent être compensées ou modélisées afin de les corriger, ceci dépend du type de récepteur et du mode de mesure. * les erreurs dues aux satellites (trajectoire, horloge) sont corrigées à partir des stations au sol. * les erreurs engendrées par la transmission du signal (ionosphère, troposphère). L’ionosphère modifie la vitesse de propagation du signal. La plupart des récepteurs intègrent un algorithme de correction, mais en période de forte activité solaire, cette correction n’est plus assez précise. Pour corriger plus finement cet effet, certains récepteurs bi-fréquences utilisent le fait que les deux fréquences L1(1,5 G )et L2 (1,2 G ) du signal GPS ne sont pas affectées de la même façon et recalculent ainsi la perturbation réelle. Rappel : v = c/n avec n indice de réfraction et n augmente avec la fréquence n = 1 + Constante× La présence d’humidité et les modifications de pression de la troposphère modifient l’indice de réfraction n et donc la vitesse de propagation du signal radio. Les récepteurs courants intègrent un modèle de correction.

3 – Inconvénient du GPS

Enfin, pour terminer, ajoutons que le système GPS est américain et est géré par le département de la défense des USA. L’usage de ce système par tous les autres pays que les États-Unis est souvent considéré comme une dépendance qui ne plaît pas toujours (pour des raisons géopolitiques). Ainsi, différents états prévoient leur propre système de positionnement par satellite :
La Russie a son système Glonass ;
L’Europe met actuellement en place les satellites du système Galileo.
La Chine a son système Beidu
L’Inde et le Japon ont également en projet leur système régional.

Le système Glonass devient opérationnel en 1996 mais la crise financière et économique qui frappe la Russie à la fin des années 1990 ne lui permet plus de maintenir un nombre de satellites suffisant. Le service complet n’est restauré qu’au cours des années 2010.

 

4 – Le système européen de navigation par satellite Galileo entre en service

Les satellites sont placés en orbite terrestre moyenne à une altitude de 23 222 km, également répartis sur 3 plans orbitaux inclinés à 56° du plan équatorial. Chaque orbite circulaire comprend 8 satellites actifs plus deux satellites de secours, pour un total de trente satellites (24 actifs et 6 de secours).

Avec 18 satellites en orbite sur les 26 que comptera la constellation à partir de 2018, Galileo est aujourd’hui capable de fournir ses premiers services, appelés « services initiaux », avec un engagement de la Commission européenne sur la fiabilité et la disponibilité du signal et l’assurance que les satellites et l’infrastructure sol de Galileo sont opérationnels.
A partir du jeudi 15 décembre 2016, Galileo offre gratuitement les services suivants :

* Navigation plus précise pour les citoyens avec l’OS (Open Service), pour les utilisateurs déjà équipés d’une puce Galileo sur leur smartphone ou à bord de leur véhicule,

* Appui aux opérations d’urgence, avec le service SAR (Search & Rescue) le temps de localisation d’un appel de détresse étant maintenant ramené à moins de 10 minutes, (les balises de détresse Cospas-Sarsat (à 406 MHz, bien connues des navigateurs marins et aériens, ainsi que des explorateurs)).

* Meilleure synchronisation pour les infrastructures critiques, pour permettre une meilleure gestion des transactions financières, des télécommunications et des réseaux de distribution d’énergie,

* Sûreté accrue pour les pouvoirs publics avec le PRS (Public Regulated Service) et de nouveaux outils, plus précis et sûrs, pour la protection civile, les services d’aide humanitaire, ou encore les douanes ou les forces de police. GALILEO sera en pleine capacité opérationnelle à partir de 2020. L’investissement est conséquent, avec 13 milliards d’euros de fonds publics engagés par Bruxelles. Malgré les six ans de retard sur le calendrier initial, les Européens sont convaincus que les avancées technologiques feront la différence. La précision est meilleure, dix fois supérieure à celle du GPS : moins d’un mètre contre dix mètres.
Pourquoi Galileo sera plus précis que le système GPS américain :

* les horloges atomiques européennes embarquées dans les satellites sont plus récentes, donc plus précises, que les américaines

* Les signaux de Galileo sont aussi censés mieux résister aux perturbations dues à leur passage dans l’ionosphère. La constellation utilise pour cela deux fréquences distinctes pour chacun des cinq niveaux de services prévus quand le GPS n’en a qu’une.

* Le phénomène est encore atténué par l’orbite de 23222 kilomètres choisie, plus élevée que celle des GPS (20200km) et Glonass (19100km) et qui réduit ainsi la vitesse de rotation des satellites par rapport à celle de ses rivaux. En la 3ème loi de KEPLER dit que × a = constante

Les objets connectés sont aussi de plus en plus nombreux à passer par les satellites pour communiquer, comme le capteur proposé aux personnes âgées et qui envoie un SOS en cas de chute, le collier qui surveille la santé de votre chat, la balise qui permet de retrouver vos clés ou localiser vos enfants à tout moment… Quelque 10% du PIB européen dépend aujourd’hui des systèmes de positionnement par satellites, et d’ici 2030 ce pourcentage pourrait grimper à environ 30%, selon le Cnes, l’agence spatiale française.
avec en particulier, le développement de la voiture autonome et des objets connectés. De plus, beaucoup d’applications à venir sont encore inconnues, l’imagination dans ce domaine étant sans limite.

5 – Le différentiel pour améliorer la qualité

1 – Le GPS différentiel      (en anglais Differential Global Positioning System : DGPS)

est une amélioration du GPS. Il utilise un réseau de stations fixes de référence qui transmet l’écart entre les positions indiquées par les satellites et leurs positions réelles connues. En fait le récepteur reçoit la différence entre les pseudo-distances mesurées par les satellites et les véritables pseudo-distances et peut ainsi corriger ses mesures
Il existe 3 systèmes de différentiels au monde mais heureusement tous compatibles. Le WASS couvre les Etats-Unis, l’EGNOS couvre l’Europe centrale et le MTSAT (ou MSAS) est au-dessus du japon. Sur nos GPS, cela se traduit par un paramétrage dans le menu, que l’on active ou non (au choix). Les GPS derniers nés ont tous cette option.

Opérationnel depuis 2011 EGNOS améliore la précision et la fiabilité du positionnement GPS dans toute l’Europe.
* EGNOS est l’acronyme de European Geostationary Navigation Overlay Service, c’est-à-dire “ Service Européen de Navigation par Recouvrement Géostationnaire
Fonctionnement :
1 Le véhicule est équipé d’une antenne GPS qui reçoit les signaux des satellites
2 Le service EGNOS dispose de récepteurs GPS au sol recevant les mêmes signaux que le véhicule
3 Les récepteurs calculent l’erreur de position et envoient l’information au satellite géostationnaire
4 Le satellite géostationnaire renvoie la correction au récepteur embarqué du véhicule
Le signal GPS n’offre qu’une précision officielle garantie de 10 mètres en zone dégagée quand EGNOS affiche une précision moyenne d’un mètre
Pour réaliser cette prouesse, EGNOS s’appuie sur 40 stations européennes au sol, qui captent les signaux de toute la constellation GPS. Elles transmettent ensuite ces données à 4 centres de contrôles européens qui en affinent la précision. Ces données améliorées sont ensuite envoyées aux récepteurs des utilisateurs d’EGNOS, tels les pilotes d’avion, via une constellation de 3 satellites géostationnaires européens. En particulier, le système simplifie et sécurise les phases d’approches des avions équipés. Un progrès de taille quand on sait qu’aujourd’hui, les pilotes doivent effectuer des manœuvres délicates pour capter les signaux radios. A terme, EGNOS devrait même permettre d’effectuer des atterrissages entièrement automatiques. Et une fois couplé au futur système global de géolocalisation européen Galileo, qui va compléter le système GPS, EGNOS devrait atteindre une précision de l’ordre de 10 cm. De quoi permettre de nouvelles applications, comme la signalisation des trains ou le guidage efficace et rapide des secours en montagne ou dans un immeuble en flamme…

2 – La Cinématique temps réel (Real Time Kinematic, en anglais ou RTK)

Les systèmes satellitaires existants (GPS Américain, GLONASS Russe, BEIDOU Chinois ou Galileo européen) peuvent être complétés par des systèmes dits d’augmentation de performance qui délivrent en temps réel des corrections permettant d’accroître la précision ainsi que des informations garantissant l’intégrité de ces corrections. Le principe de ces systèmes est qu’une ou plusieurs stations au sol mesurent en permanence l’erreur et transmettent un signal de correction aux utilisateurs via liaison GSM (opérateur de téléphonie classiques : ORANGE, BOUYGUES, SFR…) par l’accès à des réseaux spécifiques (TERIA, ORPHEON, SATINFO).
Ce système plus communément appelé RTK permet d’obtenir une précision de l’ordre du centimètre dans les conditions optimales d’utilisation. La société Geodata Diffusion a été créée en 2006 afin d’étudier, dimensionner, puis piloter le déploiement national du réseau Orphéon. Orphéon est un système d’augmentation de précision permettant aux utilisateurs de se positionner avec une précision centimétrique en temps réel, en utilisant un seul capteur. L’enjeu est énorme puisque sans être exhaustive, la liste suivante reprend les principales catégories professionnelles directement utilisatrices des services :

• Les géomètres (établissement de plans à grande échelle pour l’aménagement et l’urbanisme, la gestion du patrimoine foncier etc.)

• Les gestionnaires de réseaux (localisation des réseaux d’eaux, d’assainissement, de gaz, d’électricité, de télécoms etc.)

• Les entreprises de travaux publics (implantation de projets, plans de recollement, surveillance des ouvrages d’art, guidage d’engins)

• Les collectivités locales via leur département SIG (obtention d’une vision précise et exhaustive de la géométrie d’un territoire et de son mode d’occupation permettant de déboucher sur des études multicritères par croisement de données)

• Les instituts de cartographie (entretien de réseaux géodésiques, création et mise à jour de bases de données spatialisées, notamment dans le cadre des référentiels grandes échelles) • Les services cadastraux pour la bonne gestion du patrimoine foncier (délimitation parcellaire servant de base à l’imposition)

• Les gestionnaires de flottes de véhicules demandeurs d’un service de localisation de meilleure qualité, notamment en terme de disponibilité (transporteurs privés et publics pour localiser leurs mobiles, services de secours (police, pompiers, ambulances, sécurité civile) pour se diriger sur les lieux d’intervention, etc.)

• * Et enfin l’agriculture de précision afin de prendre en compte l’hétérogénéité de chaque parcelle dans les interventions culturales en modulant la gestion des intrants (semences, eau d’irrigation, engrais, fongicides, herbicides, insecticides en fonction des caractéristiques des sols, de la topographie, des attaques parasitaires, de la présence des mauvaises herbes) afin d’optimiser les résultats agronomiques tout en limitant leur impact environnemental.

La relativité du temps dans le Système GPS
Albert Einstein
Le GPS est un système de positionnement très précis qui n’a pu voir le jour seulement grâce aux avancées technologiques telles les satellites ou les horloges atomiques mais aussi grâce aux découvertes scientifiques sur les ondes électromagnétiques (Maxwell dans les années 1880) et sur la relativité du temps (Einstein en 1905 et 1915).

Le temps n’est donc pas une valeur absolue. Tout d’abord Maxwell prouve que la lumière est une onde électromagnétique se déplaçant à la vitesse absolue (vitesse de la lumière c = 3 ms-1). De par ses équations il énonce le postulat que la vitesse de la lumière dans le vide, est égale à c quel que soit le mouvement qui anime le référentiel. De ce fait la relativité bouleverse quelque peu nos conceptions :
Le temps n’est pas absolu, il peut se dilater (le temps passe moins vite) = relativité restreinte
Les dimensions de l’espace ne sont pas constantes, elles peuvent être déformées.
De ce fait le temps n’étant pas absolu et l’espace pouvant se dilater notre univers n’est pas en 3 dimensions mais en 4 avec : x, y, z, t = relativité générale
Relativité restreinte 1905 (liée à la vitesse)
Pour NEWTON (le père de la mécanique classique) le temps était absolu alors que pour EINSTEIN il est RELATIF. Lorsque 2 horloges H1 et H2 parfaitement identiques et parfaites sont synchronisées à un instant To, si l’une H1 reste par exemple au repos au sol et que l’autre H2 prend une vitesse V par rapport à H1, alors les 2 horloges ne mesurent plus les mêmes durées T1 ou T2 pour un même phénomène. Posons ΔT = T1-T2
On peut facilement calculer la dilatation du temps : ΔT/T = ½
Comme la vitesse des satellites servant au GPS est de v = 3870 m/s (14.000 km/h) et c = 300.000.000m/s ΔT =0.00000000008 Ainsi au bout de 24h, les horloges terrestres et satellitaires ne sont plus synchronisées. L’horloge H2 du satellite est en retard de 0,00000000008 × 24 × 3.600 = 0,000006,9 s soit 6,9 µs sur l’horloge H1 au sol. Relativité générale 1915 (liée à la gravitation) La relativité générale est une théorie physique développée par Albert Einstein entre 1905 et 1915. Au terme de 10 ans d’efforts, Einstein parvient à formuler une théorie relativiste de la gravitation. Il doit pour cela abandonner l’idée que deux masses s’attirent sous l’effet d’une force de gravitation (Newton). Il suppose que l’attraction résulte de la courbure de l’espace-temps.
La théorie de la relativité générale a été confirmée par des observations astronomiques dès 1919 (arthur Addington lors de l’éclipse totale de soleil), assurant la célébrité à Albert Einstein. Si elle est indispensable pour calculer la trajectoire des fusées et des satellites, elle n’a trouvé d’application grand-public que récemment avec le GPS.
En développant ses idées sur les conséquences du principe d’équivalence, Einstein aboutit à une nouvelle vision de la gravitation qui devait remplacer celle d’Isaac Newton : la relativité générale. L’aspect le plus important de cette théorie est la disparition du concept de force de gravitation.
Pour Einstein, le mouvement d’un corps n’est pas déterminé par des forces, mais par la configuration de l’espace-temps. Par exemple, d’après Newton la Terre tourne autour du Soleil car celui-ci exerce une force gravitationnelle sur notre planète. Pour Einstein, c’est une perturbation de l’espace-temps introduite par la masse du Soleil qui est à l’origine du mouvement de la Terre.
Pour mieux comprendre cette idée, faisons appel à une analogie à deux dimensions. L’espace, en relativité générale, peut être comparé à une sorte de tissu élastique. La présence d’une étoile peut être simulée en posant une pierre sur ce tissu. Celle-ci s’enfonce dans le tissu, le déforme et y crée une dépression.
Que se passe-t-il lorsqu’un corps plus petit passe à proximité de l’étoile ? Faisons rouler une bille sur le tissu : la trajectoire est d’abord une simple ligne droite, mais lorsque la bille passe à proximité de la pierre, elle pénètre légèrement dans la dépression. Elle est alors déviée de sa ligne droite et sa trajectoire se courbe. Sur ce tissu élastique, le mouvement de la bille n’est pas dicté par une force mais par la forme de l’espace ou plus précisément, par la courbure de celui-ci.
La relativité générale abandonne la notion de force et la remplace par le concept de courbure de l’espace-temps. Les corps célestes adoptent des trajectoires aussi droites que possibles, mais ils doivent se soumettre à la configuration de l’espace-temps. Loin de toute distribution de matière, la courbure de l’espace-temps est nulle et toutes les trajectoires sont des lignes droites. Près d’un corps massif comme le Soleil, l’espace-temps est déformé et les corps se déplacent sur des lignes courbes. Pour être complète, la théorie de la relativité générale doit également donner un moyen de calculer la courbure de l’espace-temps créée par une distribution de masse. Elle le fait par l’intermédiaire d’un système très complexe de formules mathématiques, les équations d’Einstein, qui relient courbure de l’espace-temps et distribution de masse. Ce système est si complexe qu’il n’a été résolu que dans quelques cas de figure très simples, par exemple autour d’une étoile isolée. La vision du monde d’Albert Einstein est donc très différente de celle proposée par Isaac Newton. Néanmoins, la plupart du temps les deux théories donnent des résultats pratiquement identiques. Les divergences n’apparaissent que dans des conditions extrêmes, soit pour des corps se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, soit pour des corps qui engendrent des champs de gravité très puissants. Ce qui n’est pas le cas sur Terre dans la vie de tous les jours. C’est pourquoi les automobilistes et les piétons vieillissent au même rythme, ainsi que les habitants du rez-de-chaussée et du dernier étage d’un immeuble
Ondes gravitationnelles

Lorsqu’ Albert Einstein a publié la forme finale de sa théorie de la relativité générale en 1916, il était déjà conscient que les équations qui y décrivaient le champ de gravitation comme une manifestation de la courbure de l’espace et du temps devaient contenir comme solutions des analogues des ondes électromagnétiques. Le tissu de l’espace-temps devait donc pouvoir se déformer et être le lieu de la propagation d’ondes gravitationnelles. En 1918, Einstein montra finalement que, de même que des charges accélérées émettent de la lumière, il était possible pour certaines configurations de matière en mouvement, d’émettre de l’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles. La présence de ces solutions dans les équations d’Einstein n’a été admise d’un point de vue théorique qu’à partir de la fin des années 1950 environ et s’est posée alors la question de leur détection.

Découverte des ondes gravitationnelles : une révolution pour l’astronomie

C’est un événement extraordinaire, qui n’arrive jamais, ou presque Un document historique : les ondes gravitationnelles, émises par la fusion de deux trous noirs (il y a 1,3 milliard d’années lumières), enregistrés ensemble le 14/09/2015 par les deux interféromètres de l’observatoire américain Ligo, situés à 3000 kilomètres l’un de l’autre.
Cette observation ouvre un champ nouveau d’observation de l’univers à grande échelle, d’autant que les ondes gravitationnelles ne sont pas arrêtées par la matière. En revanche elle laisse encore ouverte la question de l’existence du graviton.
Se rappeler qu’à une onde est associée une corpuscule (André RIO nous l’a souvent dit et redit = dualité onde-particule) ( Ce concept fait partie des fondements de la mécanique quantique) : le photon pour l’onde électromagnétique et donc le graviton pour l’onde gravitationnelle

 

 

 

 

LE PARADOXE DU MIROIR PLAN par M RIO André

LE PARADOXE DU MIROIR PLAN

118-1897_img 

Le miroir plan donne d’un objet une image inversée. On pense habituellement que, si un observateur se trouve devant un miroir, l’image de sa main droite est une main gauche. Comment se fait-il que le miroir n’inverse pas de la même façon le haut et le bas ?

La réponse n’est pas immédiate. La première pensée qui vient à l’esprit est celle d’un observateur debout devant un miroir vertical. L’image aussi est debout. Si maintenant le miroir est horizontal, au dessus ou au dessous de l’observateur debout, l’image a bien les pieds en haut et la tête en bas, mais sa main gauche est toujours l’image de la main droite de Lire la suite

L’électrification des campagnes bretonnes par Jérôme Lucas

Jérôme LUCAS – auteur

L’électrification des campagnes bretonnes

Conférence animée  par Jérôme Lucas, « passeur de mémoire »

La collecte de témoignages auprès d’une centaine de personnes âgées se souvenant des débuts de l’électricité dans les campagnes bretonnes et les recherches effectuées dans les archives départementales, permettent de découvrir le défi relevé en Bretagne de 1920 à 1960 et de comprendre le changement radical du quotidien des habitants suite à l’électrification de leur maison, de leur village qui fut l’un des bouleversements majeurs de leur vie.

1 Un défi à relever

Les départements de l’Ouest, et plus particulièrement ceux de la Bretagne, furent les plus difficiles à électrifier. Les raisons en sont nombreuses : une population très dispersée et répartie sur toute la commune, de petites exploitations qui pratiquent la polyculture et l’élevage, des bâtiments agricoles et des fermes de taille modeste, un grand nombre d’exploitations affermées et morcelées, un obstacle physique sérieux à l’établissement des lignes de distribution dû aux nombreux talus plantés d’arbres et de haies et surtout une absence presque totale de grandes centrales hydroélectriques ou thermiques, absence de grands besoins Lire la suite

Goal « qui perd » (Keeper) de Marcel Mescam

GOAL « qui perd » (keeper)

 

de Marcel Mescam

Novembre 2009

Les dimanches sont des jours bénis pour le football, c’est la fête. On joue à « l’extérieur » ou  à « domicile ». De ces années d’enfance les souvenirs affluent, des noms ressuscitent ! Il y a là : Jopic, Nadine, Laisse-tout, P’tit tank, Jean bibi, Chouï, Tante Fine… et autres vedettes  locales.

Quand on part en déplacement, l’équipe réserve jouant à 13 heures trente, il faut prendre le car à midi et demi, voire à midi. Ce qui oblige les joueurs et accompagnateurs à se mettre à table très tôt. Cela ne fait pas toujours le bonheur des cuisinières. L’équipe première ne joue qu’à quinze heures, aussi quelques particuliers partent-ils plus tard en voiture.

Le départ du car est au bourg, avec des arrêts à  Créachcaouet et Kerdanet ou Kerjeanne, selon la direction à suivre. Jean-Pierre H est le chauffeur attitré. Son béret basque rivé sur la tête, la cigarette roulée à la bouche, emmitouflé dans sa canadienne marron au col de fourrure noire, il retrousse son pantalon de velours côtelé, s’asseoit sur le siège et ôte ses galoches pour conduire.

Un grand vroum ! Et le Berliet jaune s’élance.

C’est la joie des retrouvailles d’un mélange intergénérationnel où la gent masculine est majoritaire. À l’aller règne un certain calme, le trac d’une défaite éventuelle s’installe ; on entonne seulement une chanson pour se donner le moral afin de remporter la victoire.

Au retour, en cas de victoire, il y a de l’ambiance. Les refrains s’enchaînent – « Qui c’est les plus forts »… « On les a vus chez Barbereau boire du Pernod avec des seaux, non, non, non, non, Carantec n’est pas mort, non, non, non, non, car il gueule encore, car… ». C’est la liesse. Le béret de Jean-Pierre passe de main en main, ce jour-là il a un bon pourboire.

En cas de défaite plane un silence de mort, et le trajet semble interminable.

Pour les rencontres à domicile, pas besoin de car, tout le monde se retrouve au Meneyer dans la minuscule maison mise gracieusement à disposition de l’Étoile Sportive Carantécoise par Gaby, le bossu, qui officie souvent comme arbitre de touche.

Sa petite taille provoque inévitablement quelques moqueries « Gaby, lève ton drapeau, on le voit pas ! ». L’étage est affecté aux visiteurs, le rez-de-chaussée en terre battue aux accueillants. Ici, l’espace est très restreint, chacun se débrouille pour se changer, on s’amuse, on échange vivement.

Les tenues sont fournies et entretenues par l’association. Elles sont utilisées par l’équipe réserve et première ! Les chaussures sont personnelles ; sur des barrettes de cuir sont fixés six crampons à pointes qu’il faut changer régulièrement afin de ne pas blesser l’adversaire. On entretient le cuir à la graisse de phoque.

Et le ballon ! En cuir, lui aussi, entretenu de la même façon, il se ferme par un lacet. Par temps pluvieux il n’y a pas que le terrain qui est lourd, le ballon également. Il faut bien le frapper du front, sinon vous avez l’impression que votre tête se désolidarise du cou.

Les pièces embaument le Dolpic, utilisé en massage, pour l’échauffement des muscles et, éviter les crampes. Les joueurs prêts, ils rejoignent l’aire de jeu toute proche, pas toujours en parfait état, mais jamais parsemée de trous de taupe à Carantec, comme c’est parfois le cas sur certains terrains.

En cas de derby, c’est-à-dire la rencontre de deux équipes de communes voisines, c’est l’effervescence, il y a concours de pronostics. L’enjeu est important pour les parieurs. Les chauvins stimulent leurs poulains, les encouragent, inquiets du résultat final.

À la mi-temps les sportifs reviennent aux vestiaires et reçoivent des rondelles de citron et une orange. L’entraîneur prodigue ses conseils. Puis c’est la reprise.

Si on mène, tout va bien, dans le cas contraire ça se gâte : la galerie des supporters et supportrices ne se prive pas d’invectiver les joueurs, et beaucoup de noms d’oiseaux fusent.

Après le coup de sifflet final, les équipes rejoignent les vestiaires, penauds ou joyeux, selon le résultat. En cas de victoire c’est la fête, dans le cas contraire c’est l’abattement. Les joueurs se changent rapidement, certains n’iront même pas boire le vin chaud offert, l’hiver, dans un café de la commune, où sont affichés au tableau, les résultats des autres rencontres du groupe.

Les moments forts et les plus distrayants ont lieu le lundi de Pâques. Tout le monde attend cette journée avec impatience. Il y a deux rencontres importantes de football. La première, à ne manquer sous aucun prétexte. C’est celle qui oppose les vétérans à une sélection d’autres joueurs. La seconde, est le match des mariés contre les célibataires.

Quand je dis vétérans, je précise que plusieurs, ont largement dépassé l’âge de jouer en seniors de 40 ans.

Il y a nos vedettes locales. Deux lascars qui patientent toute l’année, pour recueillir ce jour leurs instants de gloire. Il faut voir le cinéma qu’ils font, chacun dans sa spécialité ! Ces êtres si frêles, au passé et au présent, de personnes qui n’ont pas « une tête à sucer de la glace », paradent autour du stade en levant les bras, tels le boxeur après sa victoire. Leurs maillots sont trop larges et, des bretelles retiennent leurs shorts immenses. Ils exhibent leurs mollets de coq de leurs gambettes de héron pleines de varices, pour le plus grand bonheur du public. Une énorme casquette à carreaux, à visière, repose sur la tête de notre goal volant ; ses gants sont trois fois trop grands.

Les ovations fusent, le public en redemande. Hourra ! Les deux cabotins prennent le temps de discuter avec leurs fans, parfois même de boire un coup.

Après le tour de piste des artistes, la partie de rigolade se poursuit, avec la complicité de l ‘arbitre. En toute logique les vétérans sont moins véloces que leurs adversaires, ils n’ont aucune chance de gagner. Mais le jeu consiste, pour les chouchous du public, à pousser leurs adversaires à commettre une faute dans leurs seize mètres. Ils obtiennent alors réparation.

Ssss ! L’arbitre désigne le point de pénalty.

Là, interviennent nos deux experts, les spécialistes du tir au but. Jean J, pour son coup de pied magistral, et Jean B, dans la cage, pour son aptitude à se saisir du ballon.

Quand le spécialiste du « péno » se met en place, c’est du délire. Le rideau du théâtre peut s’ouvrir. Le paroxysme est atteint si son shoot ne propulse le ballon qu’à deux ou trois mètres, ou bien s’il frappe à côté de la balle. C’est granguignolesque.

Si le préposé aux plongeons spectaculaires encaisse un but, il va se plaindre auprès de l’arbitre pour lui signifier qu’il a été gêné par le soleil, ou quelque autre excuse. Alors, bien souvent le pénalty est tiré une deuxième fois, voire trois. Et là ! Le goal volant, d’un écart de côté, se saisit du ballon que l’adversaire a pris soin de diriger dans ses bras. C’est à pisser de rire. Les deux compères se retrouvent pour recueillir les bravos, et sont portés en triomphe. C’est la promesse d’une belle troisième mi-temps.

Les OEM (Ondes Electromagnétiques) et leurs APPLICATIONS (CR 4)

Atelier Sciences – Roger MEVEL (06 07 86 84 63)

CR de la Séance n°4 du 4/12/2017 

Les OEM (Ondes Electromagnétiques) et leurs APPLICATIONS

1 – Ce qu’il faut (ou faudrait…) retenir des 3 séances de 2016

Une onde électromagnétique comporte à la fois un champ électrique et un champ magnétique oscillant à la même fréquence. Ces deux champs, perpendiculaires l’un par rapport à l’autre se propagent dans un milieu selon une direction orthogonale (figure ci-dessous).
La propagation de ces ondes s’effectue à une vitesse qui dépend du milieu considéré. Dans le vide, la vitesse de propagation est égale à 3.10
8 m/s. 1

Une onde électromagnétique est caractérisée par plusieurs grandeurs physiques : La période (T) : elle représente le temps nécessaire pour que l’onde effectue un cycle. L’unité est la seconde. La fréquence (f) : inverse de la période, elle traduit le nombre de cycles par unité de temps.
Elle s’exprime en Hertz (Hz) – un Hz équivaut à une oscillation par seconde –
La longueur d’onde (λ) : elle exprime le caractère oscillatoire périodique de l’onde dans l’espace.
C’est la longueur parcourue par l’onde pendant une période T dans l’espace (figure ci-dessus) donc la distance séparant deux crêtes successives.
Nous avons donc la relation suivante : λ = c T ou encore
λ= c/f car f = 1/T Par conséquent, plus la longueur d’onde est petite, plus la fréquence est élevée, et réciproquement. Les échanges d’énergie portée par le rayonnement électromagnétique ne se font pas de manière continue,2

mais de façon discrète, sous forme de paquets d’énergie, véhiculés par des corpuscules élémentaires immatériels, les photons. La relation suivante exprime la quantité d’énergie (E) associée à un photon en fonction de la fréquence de l’onde : E = h f ou h est la constante de Planck (6,625.10-34 J.s).
Ainsi, les rayonnements électromagnétiques de courte longueur d’onde ou de fréquence élevée véhiculent davantage d’énergie que les rayonnements de grande longueur d’onde (basse fréquence).

Le spectre électromagnétique représente la répartition des ondes électromagnétiques en fonction de leur longueur d’onde, de leur fréquence ou bien encore de leur énergie (figure ci-dessous).

En partant des ondes les plus énergétiques, on distingue successivement :

  • Les rayons gamma (ɤ) : ils sont dus aux radiations émises par les éléments radioactifs.
    Très énergétiques, ils traversent facilement la matière et sont très dangereux pour les cellules vivantes.
    Leurs longueurs d’onde s’étendent d’un centième de milliardième (10
    -14 m ou 0,01pm) à un milliardième (10-12 m ou 1 pm) de millimètre.
  • Les rayons X : rayonnements très énergétiques traversant plus ou moins facilement les corps matériels et un peu moins nocifs que les rayons gamma, ils sont utilisés notamment en médecine pour les radiographies, dans l’industrie (contrôle des bagages dans le transport aérien), et dans la recherche pour l’étude de la matière (rayonnement synchrotron).
    Les rayons X ont des longueurs d’onde comprises entre un milliardième (10
    -12 m ou 1 pm) et un cent millième (10-8 m ou 10 nm) de millimètre.
  • Les ultraviolets : rayonnements qui restent assez énergétiques, ils sont nocifs pour la peau. Heureusement pour nous, une grande part des ultraviolets est stoppée par l’ozone atmosphérique qui sert de bouclier protecteur des cellules.
    Leurs longueurs d’onde s’échelonnent d’un cent millième (10
    -8 m ou 10 nm) à quatre dixièmes de millième (4.10-7 m ou 0,4 µm) de millimètre.
  • Le domaine visible : correspond à la partie très étroite du spectre électromagnétique perceptible par notre œil. C’est dans le domaine visible que le rayonnement solaire atteint son maximum (0,5 μm) et c’est également dans cette portion du spectre que l’on peut distinguer les 7 couleurs de l’arc en ciel (violet-indigo-bleu-vert-jaune-orange-rouge). Il s’étend de quatre dixièmes de millième (4.10-7 m ou 0,4 µm) –  lumière violette  – à huit dixièmes de millième (8.10-7 m ou 0,8 µm) de millimètre –  lumière rouge.
  • L’infrarouge : rayonnement émis par tous les corps dont la température est supérieure au zéro absolu (-273°C).
    En télédétection, on utilise certaines bandes spectrales de l’infrarouge pour mesurer la température des surfaces terrestres et océaniques, ainsi que celle des nuages.
    La gamme des infrarouges couvre les longueurs d’onde allant de huit dixièmes de millième de millimètre (8.10
    -7 m ou 0,8 µm) à un millimètre (10-3 m ou 1 mm).
  • Les ondes radar ou hyperfréquences : Cette région du spectre est utilisée pour mesurer le rayonnement émis par la surface terrestre et s’apparente dans ce cas à la télédétection dans l’infrarouge thermique, mais également par les capteurs actifs comme les systèmes radar.
    Un capteur radar émet son propre rayonnement électromagnétique et en analysant le signal rétrodiffusé, il permet de localiser et d’identifier les objets, et de calculer leur vitesse de déplacement s’ils sont en mouvement. Et ceci, quelle que soit la couverture nuageuse, de jour comme de nuit.
    Le domaine des hyperfréquences s’étend des longueurs d’onde de l’ordre du centimètre jusqu’au mètre.
  • Les ondes radio : Ce domaine de longueurs d’onde est le plus vaste du spectre électromagnétique et concerne les ondes qui ont les plus basses fréquences. Il s’étend des longueurs d’onde de quelques cm à plusieurs km.
    Relativement faciles à émettre et à recevoir, les ondes radio sont utilisées pour la transmission de l’information (radio, télévision et téléphone). La bande FM des postes de radio correspond à des longueurs d’onde de l’ordre du mètre. Celles utilisées pour les téléphones cellulaires sont de l’ordre de 10 cm environ.

Les ondes radio AM (Amplitude Modulation) et FM (Frequency Modulation)

Les grandes ondes (GO) ou ondes longues (OL), Long Waves (LW en anglais) (30 kHz à 300 kHz –longueur d’onde de 10 km à 1 km[ ) se propagent par onde de sol et sont utilisées par les stations de radio en modulation d’amplitude, pour des communications à moyenne distance (500 à 1 000 km). Un seul émetteur LW couvre à peu près tout le territoire national.

Les petites ondes (PO) ou ondes moyennes (OM), Medium Waves (MW en anglais) (300 à 3 000 kHzlongueur d’onde de 1 km à 100 m) ) se propagent également par onde de sol.

Notons que pour ce qui est de la « radio » la disparition de la modulation d’amplitude, programmée pour 2016 et 2017, devrait permettre à Radio France de réaliser 13 millions d’euros d’économies. Elle signe la fin d’une époque. Finie, la réception de France Inter en ondes longues (LO), sur la fréquence 162 kHz. Terminée, la captation de France Bleu et France Info en ondes moyennes (OM, entre 525 kHz et 1605 kHz). Cependant de nombreuses autres applications subsistent (radiolocalisation – balises de détresse …)

Les ondes courtes (OC) ou Shortwave (SW en anglais) (MHz et 30 MHz – longueur d’onde de 100 m à 10 m) se propagent par réflexions successives entre le sol ou la mer et l’ionosphère avec donc une portée de plusieurs milliers de kilomètres (domaine entre autres des radioamateurs).

La bande des très hautes fréquences (very high frequency/VHF) est la partie du spectre radioélectrique s’étendant de 30 MHz à 300 MHz, soit de 10 à 1 m de longueur d’onde. Ces ondes se propagent en vue directe. La radio FM est un procédé de radiodiffusion de programmes radiophoniques en modulation de fréquence (ou FM pour Frequency modulation) dans la gamme des très hautes fréquences (VHF). Dans la plupart des pays, c’est plus précisément la bande 87,5 – 108 MHz souvent appelée « bande FM » dans le grand public.

2 – C-R séance du 4/01/2017

La modulation sert à transmettre le signal utile S(t) (le son ici) fourni par le microphone à l’aide d’un autre signal P(t) (porteuse) d’une fréquence nettement plus élevée. Il est évident que tous les postes émetteurs de radio utilisent une plage de fréquences audibles pour nous faire entendre leurs programmes. Donc si tous les émetteurs envoyaient directement ces fréquences, nous n’aurions que du bruit à la réception. En attribuant à chacun une porteuse différente, à la réception nous choisissons le programme voulu en sélectionnant sa porteuse (elle peut être définie par sa fréquence ou parfois par sa longueur d’onde). Il suffit alors de démoduler le signal pour avoir accès à l’information d’origine que l’on applique à un haut-parleur. La modulation est également utilisée pour des liaisons numériques (ordinateurs, fax). On parle alors de modem (modulateur – démodulateur). 

La modulation d’amplitude : AM Dans ce type de modulation le signal source fait varier l’amplitude de la porteuse. On dit aussi que la source est l’enveloppe de la porteuse. Cette modulation est utilisée en radio AM. La modulation d’amplitude est très sensible aux perturbations électromagnétiques qui peuvent modifier l’amplitude de la porteuse et donc du signal source lors de la démodulation.

Modulation de fréquences : FM

  En modulation de fréquences le signal source fait varier la fréquence de la porteuse.

La modulation de fréquences est peu sensible aux perturbations électromagnétiques, car ces dernières provoquent des variations d’amplitude du signal mais pas de sa fréquence. Le signal démodulé est donc identique à celui de la source.

 

Spectre des fréquences à transmettre (cas de la parole)

 

Global Positioning System (GPS)

Le Global Positioning System (GPS) (en français Géo-positionnement par satellite) est un système de géolocalisation fonctionnant au niveau mondial et reposant sur l’exploitation de signaux radio émis par des satellites dédiés. Le système GPS permet de se situer où qu’on soit dans le monde.

Histoire

À l’origine, le GPS était un projet de recherche de l’armée américaine. Il a été lancé dans les années 1960 à la demande du président Richard Nixon. Le premier satellite est lancé en 1978 par une fusée Delta IV. En 1995, le déploiement des 24 satellites opérationnels (plus 4 en réserve) est achevé. Le système devient alors fonctionnel avec une précision limitée à une centaine de mètres pour un usage civil En 2000, le président Bill Clinton autorise une diffusion non restreinte des signaux GPS, permettant une précision d’une dizaine de mètres

Composition []

Segment spatial La constellation est organisée autour de 24 satellites principaux qui assurent la disponibilité mondiale du GPS, ce qui suppose d’avoir au moins quatre satellites visibles du sol partout dans le monde. Il y a toujours plus de satellites en orbite afin de maintenir ces 24 emplacements complets même en cas de panne. Les satellites évoluent sur six plans orbitaux ayant une inclinaison d’environ 55° sur l’équateur. Ils suivent une orbite quasi-circulaire de rayon 26 600 km environ (soit une altitude de 7 20 200 km) qu’ils parcourent en 11 h 58 min 2 s, soit un demi-jour sidéral. Ainsi, les satellites, vus du sol, reprennent la même position dans le ciel au bout d’un jour sidéral.

Un jour sidéral est la durée que met une planète pour faire un tour sur elle-même, indépendamment de sa révolution autour du Soleil. Le jour sidéral terrestre dure un petit peu plus de 23 h 56 min 4 s. C’est en raison de la révolution de la Terre autour du Soleil en même temps qu’elle tourne sur elle-même que le jour solaire dure quelques minutes de plus, soit 24 heures en moyenne (exactement puisque c’est ainsi qu’était définie l’heure avant les horloges atomiques).

Comparaison entre jour sidéral et jour solaire :
la planète positionnée en 1 met un jour sidéral pour arriver en 2 et un jour solaire pour arriver en 3

Les satellites sont la plupart du temps entourés d’une 9 couverture dorée, très visible. Cette couverture est nommée Multi-Layer Insolation (MLI), en Français isolation multicouches. Elle est composée de nombreux matériaux légers mais fortement réflecteurs, l’objectif étant de limiter les échanges radiatifs avec l’extérieur.

Un satellite, lorsqu’il est exposé au Soleil, peut avoir un côté à +150°C et un autre à -150°C

Segment de contrôle

C’est la partie qui permet de piloter et de surveiller le système. Il est composé de cinq stations au sol. Leur rôle est de mettre à jour les informations transmises par les satellites (éphémérides, paramètres d’horloge) et contrôler leur bon fonctionnement.

 

 

Segment utilisateur Le segment utilisateur regroupe l’ensemble des récepteurs GPS militaires et civils qui reçoivent et exploitent les signaux des satellites GPS pour calculer des données de position, de vitesse ou de temps. Comme les utilisateurs ne font que recevoir (ils n’émettent pas vers les satellites), le système ne peut être saturé et le nombre maximum d’utilisateurs GPS est illimité. En 2014, le nombre total de récepteur GPS est estimé à 3,6 milliards. Les smartphones avec GPS intégré sont les plus nombreux avec 3,08 milliards, suivi par les 260 millions d’assistants de navigation pour des applications routières. Le nombre restant d’appareils est réparti entre des applications variées : autres transports (aviation, ferroviaire, maritime), topographie, agriculture, infrastructure critique.

Principe de fonctionnement

Calcul de la position Le positionnement GPS fonctionne grâce à un moyen que vous connaissez sûrement : la triangulation (qui consiste à utiliser uniquement les distances pour localiser un objet ). Toutes les millisecondes, les satellites émettent des signaux codés sous forme d’onde radio émises sur deux fréquences différentes (1,6 et 1,2 GHz) qui se propagent à la vitesse de la lumière.

Le récepteur calcule le temps mis par l’onde émise par le satellite pour lui parvenir. La vitesse de propagation du signal étant connue, le récepteur détermine une sphère sur laquelle est nécessairement sa position. ( distance = temps x vitesse).

Avec un deuxième satellite, l’intersection des deux sphères forment un cercle.

 

Puis avec un troisième satellite, deux points.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En théorie il nous faut donc un quatrième satellite pour savoiroù on se trouve. En pratique on élimine l’un des deux points car il ne se trouve pas sur Terre mais à une position absurde (à l’extérieur de la constellation des satellites GPS ou dans les profondeurs de la Terre, par exemple). Trois satellites suffiraient donc pour connaître notre position sur le globe.

Cependant, pour la synchronisation de l’horloge du boîtier GPS, il faut la précision d’une horloge atomique. Votre boîtier GPS et votre téléphone n’en ont évidemment pas. Ils vont donc utiliser l’horodatage produite par une horloge atomique à bord d’un quatrième satellite.
Pour pouvoir utiliser le GPS, il faut donc un minium de quatre satellites : trois pour la position, et un supplémentaire pour la synchronisation.

L’horloge du satellite

La nécessité des horloges atomiques vient du fait qu’on cherche à avoir une précision très importante sur la position : de l’ordre de quelques mètres sur la surface de la Terre. Il faut donc une très grande précision dans les informations transmises à votre boîtier GPS. Pour donner une idée : une différence d’une microseconde (1 µs) correspond à une erreur de 300 mètres sur la position !

Le principe de l’horloge atomique repose sur un principe quantique15 fondamental : un atome ne peut exister que sous différents niveaux d’énergie bien quantifiés dépendant de la nature de cet atome. Lorsqu’il est « illuminé » par un faisceau de photons à la bonne énergie, l’atome peut chasser un électron d’une couche interne ; afin de conserver l’énergie, l’atome réagit en émettant un photon correspondant exactement à la différence d’énergie entre ces couches.

Le principe d’une horloge atomique devient donc « simple » : il suffit de compter la fréquence émise par un atome bien particulier comme elle est constante, elle devient une base de temps.

 Le Segment de Contrôle (dont la station principale est la Schriever Air Force Base dans le Colorado) établit le temps GPS à partir d’un ensemble d’horloges atomiques gérées par l’US Naval Observatory. Chaque satellite embarque une horloge atomique de précision, mais qui présente une dérive à long terme non négligeable. Pour éviter une désynchronisation du temps GPS entre les différents satellites, les paramètres de correction des horloges sont maintenus par le Segment de Contrôle et transmis dans le message de navigation de chaque satellite.

Synchronisation de l’horloge du récepteur

La base de temps des récepteurs GPS provient d’oscillateurs à quartz, qui peuvent aller d’un simple composant électronique fournissant du 10 MHz pour un appareil de type GPS pour l’automobile, à des oscillateurs plus performants compensant la dérive en température (OCXO ou TCXO). Mais, dans tous les cas, ces oscillateurs ne sont pas assez précis pour être utilisables pour le positionnement. Le récepteur est donc synchronisé sur le temps des horloges atomiques des satellites.

Stabilité de différents types d’horloge et d’oscillateur

Source de référence

Dérive par jour
(ordre de grandeur)

Montre à quartz 1 seconde
Oscillateur à quartz
contrôlé en température
(
TCXO)
10 millisecondes
Oscillateur à quartz
thermostaté (
OCXO)
0.1 milliseconde
Horloge atomique
d’un satellite GPS
10 nanosecondes
Horloge atomique
PHARAO
10 picosecondes

 

Jusqu’en 1956 la seconde était une fraction du jour solaire (1/86400) puis de 1956 à 1967 la seconde a été définie comme une fraction de l’année tropique (365,2422 jours solaires, intervalle de temps pour que le soleil retourne à la même position). Mais ce n’était pas assez précis, aussi à partir de 1967, la seconde a été définie à partir d’horloges atomiques

 

 

C’est à partir de 1967 que la seconde va être définie comme la durée de 9.129.631.770 périodes de la radiation correspondant à la transition de deux niveaux hyperfins de l’état fondamental du Cs 133.

Aimons la musique ensemble Décembre 2016

Séance du 05 Décembre 2016
L’une d’entre nous, au cours d’un voyage en Arménie s’était beaucoup intéressée à la musique propre à ce pays. Elle nous a fait partager ses souvenirs assortis de documents dont des CD de musique religieuse et de musique folklorique.

Prochaine séance lundi 09 Janvier à 14 h00 au local rue Poulfanc ou sera présentée la 2nde partie « les femmes musiciennes au cours des siècles »

les lectures d’Annette de Décembre 2016

Soudain j’ai entendu la voix de l’eau

 

de Hawakami Hironi
Ce livre aborde un sujet rare, du moins au cours de mes lectures. L’amour entre frère et sœur. Il est ici en dehors de toute diabolisation. J’aurais envie d’écrire : il coule de source, il est assumé.
Ils le vivent dans une sorte d’accomplissement, avec intensité, constance, bonheur. Le regard des autres ne semble pas les affecter profondément, même s’ils ont conscience de le subir.
L’attentat au gaz sarin a beaucoup marqué les personnages, bien qu’ils n’en aient pas été victimes directement.
Importance de la mère, du temps qui s’écoule. Nous passons constamment du présent à l’évocation des souvenirs.
Amour synonyme de profondeur et de secrets, d’incertitudes.
Discrétion, subtilité, beauté me semblent des mots clefs pour définir ce livre.

Les QUANTA par M RIO André

COMMENT  LES  QUANTA ONT REVOLUTIONNE  LA PHYSIQUE

 

M André RIO
M André RIO

 

Au début du vingtième siècle, la physique croyait avoir tout compris : les lois de Newton expliquaient le mouvement des astres, l’électromagnétisme rendait compte de tous les phénomènes électriques, magnétiques et optiques, la thermodynamique les transformations entre la chaleur et les autres formes d’énergie. Les physiciens pouvaient se reposer, leur mission accomplie, à l’exception de quelques faits gênants qui ne devaient pas tarder à être résolus. Ils l’ont été en effet, mais au prix d’une révolution.

Si tout s’était interprété jusque là par le bon sens et la pensée logique, à partir de notions conformes à notre intuition, il a fallu tout remettre en question. La première difficulté qui est  apparue concerne ce qu’on appelle le rayonnement du corps noir. Imaginez un four fermé à l’exception d’une petite ouverture qui permet d’observer l’intérieur. Au départ, le four est froid, et il y fait noir, comme dans un four évidemment. Cependant, si on l’examine avec un dispositif sensible à l’infra rouge, on constate que ses parois rayonnent : comme la lumière et les ondes radio, l’infra rouge est un rayonnement électromagnétique, et le rayonnement observé est formé d’un spectre continu de longueurs d’onde réparties de Lire la suite