Défi Sciences 1: L'eau

Sujet dans 'Sciences, Nature et Ecologie' lancé par nagio, le 13 avril 2016.

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Quel thème pour le défi 2?

  1. Le ciel

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  2. La couleur

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  3. L'énergie

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  4. Le mouvement

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  1. nagio

    nagio
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    Scientifiques en herbe ou avertis, curieux et curieuses, bienvenus!
    Toutes les semaines, des Madz de tout les domaines partagent leurs sciences sur un thème établi, pour le plus grand plaisir de nos neurones frétillants.

    Pour la première édition, le thème c'est l'eau!
    Vous vous êtes toujours demandé comment une plante pouvait bien boire? Vous n'avez pas compris grand chose aux solvants en cours de chimie? Vous voulez connaitre les bienfaits de l'aquagym? Vous ne vous êtes jamais posé ces questions mais vous avez 5 minutes à perdre? C'est par ici!

    Vous voulez participer mais vous ne savez pas trop par ou commencer? Venez nous rejoindre .
    Vous avez envie de ramener votre science mais ça ne rentre pas le thème? C'est ici.

    MesdmoiZelles, émerveillons nous! :rainbow:
     
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  2. Kleiner Apfel

    Kleiner Apfel
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    Coucou, alors j'apporte ma contribution en eau et agronomie avec THE question: Pourquoi une plante a besoin d'eau ?

    Et je finis sur les besoins d'eau en agriculture (dans le spoiler parce que c'était trop long sinon :cretin:, ou vous pouvez aussi regardr le pdf, y'a des photos !) , par l'irrigation, et par un petit apport sur le débat entre élevage et consommation d'eau (je ne suis pas experte de cette question, je viens juste apporter une petite contribution pour nuancer certaines études choc, en rappelant que tout n'est jamais tout noir ou tout blanc, vous pouvez bien sur me faire part de vos remarques sur ce que je dis :v: )

    Bonne lecture :banana: (j'ai pas trouvé plus approprié qu'une banane pour parler des plantes, voila )



    L’eau en agronomie


    Pourquoi la plante a besoin d’eau ?

    L’eau est un important constituant des cellules de tout être viv ant.
    Cette molécule sert à énormément de choses : elle intervient dans des réactions biochimiques, elle peut servir à transporter des nutriments, etc.

    Dans le cas des végétaux, on peut lui trouver quelques fonctions indispensables et très spécifiques. Je vais ainsi détailler son rôle dans la photosynthèse, dans ce qu’on appelle la turgescence, et dans la constitution de la sève, avant d’aborder l’origine de l’eau.


    L’eau dans la photosynhtèse

    Par exemple, dans la photosynthèse, cette réaction biochimique qui permet de produire de l’énergie à partir des rayons du soleil (en effet, on dit d’un végétal qu’il est AUTOtrophe, c’est à dire qu’il peut produire son énergie seul, alors qu’un humain est HETEROtrophe, donc on ne peut synthétiser notre énergie qu’à partir de notre alimentation, en gros).

    Sans aller jusqu’à détailler la photosynthèse, on sait qu’il faut 6 molécules de CO2 + 12 molécules d’eau + 6 photons (particule énergétique apportée par les rayons lumineux), pour produire du glucose et d’autres composés, glucose qui est donc un nutriment indispensable. Et oui, comme chez les animaux, le glucose est une des principales sources d’énergie d’un organisme !

    (D’ailleurs, savez vous ce qu’est l’amidon ? L’amidon, c’est une énooooooorme molécule, composée de plein de molécules de glucose, comme si chaque glucose était un lego, et qu’on assemblait plein de legos ensemble. Et l’amidon, et bah on le trouve dans les plantes ! C’est une façon pour les plantes de stocker les molécules de glucose produites par la photosynhtèse).

    Rôle de l’eau dans le mécanisme de turgescence

    L’eau est indispensable pour la photosynthèse. Mais elle l’est également pour un autre mécanisme, appelé la turgescence. Cela permet à la plante de respirer, car comme tout être vivant, il y’a des échanges de gaz (oxygène, dioxyde de carbone). Dans le cas d’une plante, ces gaz passent par une ouverture appelée stomate, qui peut se fermer ou s’ouvrir à volonté, comme une bouche. Mais contrairement à notre bouche, il n’y a aucun muscle ! Comment la plante peut donc ouvrir et fermer ses stomates à volonté ? Je vais donc vous expliquer le mécanisme de la turgescence, qui ne fonctionne que grâce à l’eau.

    Mais d’abord, définissons ce qu’est un stomate. Il est constitué de 2 types de cellules végétales, tout d’abord 2 cellules de garde, qui « gardent » l’entrée, car ce sont elles qui assurent l’ouverture ou la fermeture. Et autour, il y’a des cellules épidermiques.
    Point important, c’est au niveau des stomates que se passe la photosynthèse ! Comme la photosynthèse a besoin des rayons du soleil mais aussi de CO2, les stomates doivent donc être situés dans les parties de la plante qui sont exposées au soleil ; c’est pourqoi ils sont disposés en surface des feuilles.

    Donc vous l’avez compris, les stomates sont un support pour la photosynthèse et ils permettent de réguler les échanges de gaz, en se fermant ou s’ouvrant. Bref, la plante respire.

    Maintenant, voyons comment cette ouverture fonctionne.
    Les cellules épidermiques (les cellules les plus externes du stomate)sont pleines d’eau, elles sont donc toutes gonflées : on dit qu’elles ont une forte turgescence. Imaginez des ballons qu’on aurait gonflés.
    Les cellules de garde, (celles qui déterminent l’ouverture ou non du stomate) vont avoir plus ou moins d’eau, donc elles seront plus ou moins gonflées : leur turgescence va être plus ou moins forte. C’est l’eau qui détermine le niveau de gonflement de ces cellules, c’est à dire leur turgescence. Si elles ont une faible turgescence (elles sont comme des ballons dégonflés), elles vont être faibles face aux cellules épidermiques. Elles vont plier sous leur force. En effet, les cellules épidermiques très gonflées vont pousser sur ces cellules de garde. Cela entraine la fermeture du stomate.
    Si elles ont une très forte turgescence (elles sont très gonflées), elles sont rigides, elles vont résister à la pression exercée par les cellules épidermiques : elles vont réussir à maintenir le stomate ouvert.
    Ces mécanismes sont fondamentaux car ils régulent beaucoup d’échanges gazeux, mais aussi de vapeur d’eau.


    L’eau entre dans la composition de la sève

    Vous connaissez la sève, vous savez, c’est le liquide qui circule dans toute la plante via des vaisseaux spécialisés, pour transporter les nutriments nécessaires à tous les organes du végétal (les racines, les feuilles, les fleurs, etc), tout comme notre sang transporte l'oxygène et les nutriments.

    Il y’a deux types de sève, la sève brute et la sève élaborée. La sève élaborée est produite là où il y’a de la photosynthèse, c’est à dire dans les parties aériennes d’une plante. Elle est constituée d’eau, et des nutriments (dont le glucose évoqué) produits par la photosynthèse.
    La sève brute se forme au niveau des racines : elle est constituée d’eau et de minéraux, absorbés à partir du sol. L’eau entre ainsi dans la composition des 2 types de sève.


    L’eau est indispensable pour le métabolisme de la plante… Mais d’où vient-elle ?

    L’absorption de l’eau se fait par les racines. Elles aspirent l’eau présente dans le sol, via une structure appelée poils absorbants : ce sont des filaments très fins, à travers lesquels passent les molécules d’eau. C’est par là également que sont absorbés de nombreux minéraux. Ainsi, on obtient la sève brute.
    Mais pour être utile et nourrir toute la plante, la sève brute ne doit pas rester au niveau des racines !

    Pour qu’elle puisse monter, il existe un phénomène appelé le potentiel hydrique.
    Ce potentiel existe grâce au gradient de potentiel hydrique : c’est à dire qu’il y’a une différence de concentration en eau, entre le bas de la plante et le haut de la plante. Dans les racines, il y’a beaucoup d’eau, alors que dans les feuilles, il y’en a moins. Ce gradient de potentiel hydrique permet une aspiration de l’eau, des racines jusqu’aux feuilles.

    Mais si la sève brute monte, l’eau se retrouve ainsi dans les feuilles ; comment se fait-il qu’il y’ait quand même moins d’eau dans les feuilles que dans les racines ? Cela est du à l’évapotranspiration, c’est à dire la sortie de vapeur d’eau par les stomates. Sans cette évapotranspiration il n’y aurait pas ou peu de gradient de potentiel hydrique (donc de différence de concentration en eau), donc pas d’aspiration possible.
    C’est ainsi que la sève brute va circuler dans toute la plante, pour apporter l’eau et les minéraux nécessaires.


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    Pièces jointes:

    #2 Kleiner Apfel, 13 avril 2016
    Dernière édition: 14 avril 2016
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  3. Rikkanima

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    L’eau dans le BTP (Bâtiments et Travaux Publics)


    L’eau dans les sols

    La nappe phréatique est une couche d’eau située dans les sols, et sa profondeur dépend de la zone géographique et des précipitations qui ont eues lieu plus ou moins récemment. Il est très important de la considérer lors de l’étude des sols avant la réalisation d’un ouvrage car elle va faire varier la portance du sol en place (la portance étant la capacité que le sol a pour porter une charge). Si on parle un peu technique, le sol est composé de trois éléments : les grains, les vides (l’air) et l’eau. Selon leur quantité respective, le poids volumique (force (voir plus loin pour rappeler ce que c’est) divisée par volume, en gros quel poids a un objet s’il fait un mètre cube) va varier, et plus il est élevé, plus la contrainte limite va augmenter.

    Tu es perdue ? C’est normal, je vais vulgariser (comme je peux) : la contrainte, c’est la force divisée par la section de sol (dans notre cas) concernée. Ca traduit les efforts qui sont repris par un matériau : par exemple, si on prend une règle en plastique et qu’on place dessus un objet léger (une bille en verre), elle va être capable de reprendre la force appliquée par l’objet. Par contre, si on place un objet lourd (un sac rempli de pierre), la règle ne pourra plus rien porter et elle va se casser car elle sera incapable de reprendre les efforts. Et bien c’est la contrainte qui va nous dire si la règle peut supporter une certaine charge.

    Pour celles et ceux qui ne savent plus ce qu’est une force (exprimée en Newton ou N), c’est la masse (en Kilogramme ou Kg) d’un objet multiplié par une constante (l’accélération (par raccourci = la gravité)). En gros, 10N = 1kg.

    L’eau a un poids volumique assez faible par rapport aux grains en place. Donc plus il y a d’eau, moins le poids volumique du sol en place est élevé, et moins on pourra placer d’éléments sur ce sol en question car il sera incapable de reprendre les charges appliquées dessus.

    Il est alors primordial de connaître la composition du sol et la hauteur de la nappe phréatique lors de la construction d’un ouvrage. Pour l’exemple d’un immeuble, on va devoir choisir quel type de fondations on va construire : fondations superficielles (à quelques mètres de profondeur) ou fondations profondes (à une dizaine de mètres de profondeur). On place la base de la fondation là où le sol est capable de reprendre toutes les charges appliquées sur celle-ci. Tu comprendras donc l’intérêt de connaître la portance de ton sol et tes quantités d’eau !

    Le gel, ce gros bâtard

    Encore une fois, démontrons pourquoi on aime pas beaucoup l’eau dans le BTP !

    Lorsqu’il fait froid, l’eau contenue dans les sols va se mettre à geler. En gelant, l’eau va faire bouger le sol, et déstabiliser les fondations et donc le bâtiment. Idem quand l’eau dégèle, le sol bouge à nouveau.

    C’est pourquoi il est important de prendre en compte une hauteur « hors gel » lors des études de fondations. Cette hauteur varie selon la zone géographique et l’altitude de l’ouvrage. Par exemple, si on a une hauteur hors gel de 0,70m, on sera obligée de placer la base de la fondation au minimum à 0,70m de profondeur (si le sol en surface a déjà une bonne portance).

    Prenons un exemple : on veut construire un bâtiment sur un sol bien costaud. On serait tenté de mettre les fondations juste en dessous de la surface du sol. Mais s’il pleut, puis que les températures extérieures deviennent négatives, l’eau infiltrée dans le sol va geler, et donc faire bouger les fondations, et ça, c’est pas top. Du coup, on place les fondations plus profondément pour éviter qu’elles ne soient en contact avec l’eau !

    Idem pour les routes : parfois, certaines routes peuvent être bloquées lors du dégel, car elles risquent de craquer sous le poids des véhicules à ce moment (on voit souvent ce phénomène en montagne).

    L’eau dans le béton, on l’aime un peu mais pas trop non plus

    Le ciment, c’est une poudre blanche qui est obtenue après moult processus compliqués et chiants. En gros, ça provient d’une mélange d’argile et de calcaire.

    En France, on adore mettre du béton de partout. Du coup, on va rappeler un peu ce qu’on peut faire avec le ciment :

    Ciment + eau = pâte de ciment

    Ciment + eau + sable = mortier

    Ciment + eau + sable + gravier = béton

    Donc dorénavant, tu ne diras plus qu’on met du ciment entre les parpaings, mais du MORTIER (cordialement) !!

    Je vais pas te faire un cours sur les dosages de chaque élément du béton (parce que premièrement c’est pas le sujet et parce que deuxièmement j’ai la flemme), mais je vais juste t’expliquer l’importance de l’eau dans le béton.

    L’eau est essentielle pour la prise du ciment : grâce à elle, le ciment va réagir chimiquement et devenir un liant : le sable et le gravier vont être liés à cette pâte, et une fois un temps suffisamment long et une température assez élevée, ce joyeux mélange va durcir et être capable de reprendre les efforts appliqués sur les éléments en béton.

    Il faut donc une quantité suffisante d’eau pour que tout le ciment puisse réagir. De plus, l’eau va augmenter la maniabilité du béton frais, il sera donc plus facile de le couler dans les coffrages prévus.

    Dans ce cas, pourquoi ne pas mettre des tonnes d’eau pour que tout soit plus facile, me diras-tu (ou pas) ? Et bien l’eau diminue la résistance du béton, car l’eau prendra beaucoup de place, et les graviers et sables ne seront plus assez nombreux pour reprendre les charges. Si on veut vraiment que le béton soit très fluide, on peut rajouter ce qu’on appelle des adjuvants, mais on évite si possible car ça revient vite cher.

    En gros, c’est comme le café : plus on met d’eau, moins il est fort ! Bah c’est pareil pour le béton !

    Les constructions et la pluie

    Encore un point sur lequel on aime pas l’eau (on est des vrais chats dans le BTP, et ouais ma gueule) !

    La pluie nous cause pas mal de problèmes : déjà, elle fait remonter les nappes phréatiques. Du coup je te laisse relire l’article au début si tu comprends pas pourquoi c’est un problème. Mais en plus, elle aime bien s’infiltrer de partout (cette coquine ;) ) ! Lors de la conception du bâtiment, il faut bien faire attention à la couverture (comprend par là le toit) pour éviter de se retrouver avec des fuites de partout. Si tu veux en savoir plus sur les charpentes, fais-moi un petit signe que je fasse une explication dessus (sinon, ici, ça va être trop long (oui je sais que mon article est déjà méga long)) !

    Il y a aussi le problème de la neige ! Lorsqu’elle tombe sur les toits, elle reste accrochée et cela amène des charges supplémentaires. Il ne faut donc pas l’oublier lorsque l’on dimensionne les toitures.

    Egalement, l’eau va s’attaquer aux aciers présents dans les ouvrages en béton armé (béton armé = béton + aciers). Du coup, pour éviter que ça se produise, on prévoit une épaisseur d’enrobage pour éviter que l’eau accède aux aciers et ne les corrode, ce qui entraînerait une diminution de leur résistance. L’enrobage, c’est l’épaisseur de béton entre les aciers et le nu de ton élément (mur, poutre, poteau, etc).


    En conclusion, l’eau dans le BTP, c’est rarement quelque chose qu’on apprécie car elle nous apporte beaucoup de problème. Mis à part dans la confection du béton, elle reste un paramètre très contraignant et difficilement prévisible! (Et encore, j'ai zappé quelques autres points pour lesquelles on ne l'aime pas beaucoup! ^^)
     
    #3 Rikkanima, 13 avril 2016
    Dernière édition: 14 avril 2016
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  4. pitikoala

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    Voilà le mien :

    Qu'est ce que le pH ?

    Le pH est l’une des propriétés essentielles lorsqu’on parle de l’eau. En effet certaines réactions chimiques ne peuvent avoir lieu que dans une gamme de pH très précise.

    Il faut savoir que l’eau contient en permanence deux molécules chargées (ou ions) : H+ et OH- qui sont responsable de la valeur du pH. De très faibles quantités de H2O forment en permanence des ions H+ et OH- et vice-versa : on parle d’équilibre chimique. Dans ce cas, l’eau est neutre et le pH est à 7. Cependant, si l’un ou l’autre des ions est en excès, le pH peut varier entre 0 et 14. Entre 0 et 7, on dit que l’eau est acide. Cela signifie qu’elle contient davantage d’ions H+ que d’ions OH-. Entre 7 et 14, c’est l’inverse et on dit qu’elle est basique.

    La variation du pH avec la concentration des ions n’est pas linéaire, elle suit une loi logarithmique. Cela signifie que si la solution devient dix fois plus acide, le pH diminuera seulement d’une unité (de 6 à 5 par exemple). Si elle devient 100 fois plus acide, le pH diminuera de deux unités (de 6 à 4). Cela est également valable pour les solutions basiques.

    Lorsqu’une substance acide est diluée ou dissoute dans l’eau, elle libère des ions H+ qui acidifient l’eau. Si c’est une substance basique, ce sont des ions OH-. Plus la base ou l’acide sont forts, plus la réaction sera rapide, libérera davantage d’ions et dégagera de la chaleur. Les substances acides auront également tendance à réagir avec des substances basiques et inversement.

    Les exemples de produits acides ou basiques dans votre quotidien sont nombreux : le jus de citron est acide (pH=2), le café (pH=5) et le lait (pH=6) légèrement acides également alors que le savon est plutôt basique (pH entre 9 et 10).

    Une eau acide sera irritante, agressive voir corrosive alors qu’une eau basique sera calcaire voir caustique. L’eau courante que l’on a chez soi est légèrement basique, sinon elle risquerait d’endommager les canalisations. Lorsqu’on se plaint d’avoir une eau calcaire, c’est de ça qu’il s’agit !

    La méthode la plus simple pour mesurer le pH est le papier pH. Il suffit d’appliquer quelques gouttes du produit à tester sur le papier, qui change alors de couleur. Une échelle très simple permet de déterminer le pH en fonction de la couleur obtenue. C’est assez simple d’utilisation et très rapide. En laboratoire, on préférera utiliser un pH-mètre pour des analyses plus poussées. C’est une sonde que l’on trempe dans le liquide et la valeur du pH est immédiatement affichée de manière digitale. C’est le genre d’appareil notamment utilisé pour contrôler la qualité de l’eau que vous buvez.

    upload_2016-4-14_9-34-40.png
    Papier pH
     
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  5. nagio

    nagio
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    L'eau en physiologie

    Que se passe-t-il lorsqu'on arrête de boire de l'eau?

    En ce beau samedi matin, après un réveil frais et pimpant à base de quinoa et de jus de carotte (on est hype ou on ne l’est pas) tu décides d’aller te sentir bien dans tes baskets en allant faire un jogging dans le parc à coté. Ta mère/ton mec/ton fils passant par là, te voyant moulée dans ta tenue d’athlète, te glisse : « N’oublie pas de boire de l’eau ! ». Evidemment après 10 minutes de course effrénée, le soleil décide de se faire la malle et tu te retrouves trempée en moins de deux. Commençant à sentir pointer le coup de froid, tu appelles mamie qui est toujours de bon conseil : « Pense à t’hydrater ma chérie ». Après une journée mi figue mi raisin, tes amis te proposent d’aller boire un verre. Malgré ton nez qui coule, tu les rejoins. L’enjaillement entrainant l’enjaillement tu te retrouves avec le verre de trop à la main, que tu avales sans plus y penser. Au moment de rentrer, soit au début du le lendemain difficile, ta pote compatissante te rappelle : « Bois de l’eau avant de te coucher ! ».
    Alors là tu te dit, les conseils à 2 balles ça va 5 minutes, c’est décidé à partir de demain, t’arrête de boire… de l’eau !


    Qu’est ce qu’il se passe si on arrête de boire de l’eau ?

    Le corps s’en rend compte rapidement. Plutôt que de contrôler la quantité d’eau qu’il contient, il régule l’osmolalité. L’osmolalité c’est la concentration en particules osmotiquement actives par kg de soluté. Dans le corps humain, c’est la concentration en ions et en protéines dans l’eau extracellulaire (le plasma, dans le sang) et l’eau intracellulaire (le cytoplasme, dans les cellules). Lorsqu’on arrête de boire, on continue d’uriner et de transpirer. Donc la quantité d’eau dans le corps diminue, la concentration en ions augmente, et cela est ressenti au niveau des osmorecepteurs carotidiens. Ces récepteurs envoient un message au cerveau qui déclenche immédiatement la sensation de soif (la bouche s’assèche) et la sécrétion de l’hormone antidiurétique (ADH) par l’hypophyse. Le corps met en place des mécanismes pour garder le plus d’eau possible.

    L’ADH va stimuler les cellules rénales pour qu’elles réabsorbent l’eau. Il y a diminution de la production d’urine, celles ci sont donc plus concentrées, plus foncées. Le cerveau va ensuite être affecté, il diminue en volume, ce qui cause des difficultés d’attention et de concentration. Les symptômes s’aggravent par un arrêt de la production d’urine, des spasmes musculaires, des nausées, et des atteintes graves des fonctions cérébrales qui vont de la confusion, au délire jusqu’au coma. Après 3 à 5 jours sans eau, le corps arrête d’envoyer du sang aux extrémités ce qui vous donne un joli teint gris/bleu puis les organes cessent de fonctionner.

    Ces troubles sont très rares dans nos pays, bien que certaines personnes âgées en souffrent car elles ressentent moins la soif. Mais l’accès à l’eau est loin d’être aussi évident partout. (Futures) Scientifiques de ce monde, il est temps de s’attaquer à ce problème ! Comme cet ingénieur qui a inventé la bouteille qui filtre n’importe quelle eau et la rend potable (si si) : http://www.ted.com/talks/michael_pritchard_invents_a_water_filter
     
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  6. nagio

    nagio
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    L'eau en physiologie

    Peut-on boire trop d'eau?

    Évidemment, le lendemain matin, après avoir avalé ton poids en café instantanée, tu réalises que ta résolution d’arrêter l’eau était aussi bonne que celle de rappeler ton ex. D’après ton entourage, l’eau ressemble au remède universel, et en plus c’est bon pour le teint. Alors pourquoi ne pas en user voir en abuser ?


    Entre 1,5L, 2L, 8 verres, difficile de savoir combien d’eau il faut boire par jour pour rester en bonne santé. Du coup que ce passe-t-il si jamais il nous arrive d’en boire trop ?

    Comme dit dans le post précédent, le corps régule les concentrations globales d’ions et de protéines présentes dans le corps. Mais il régule également les concentrations entre les compartiments extra cellulaire et intracellulaire. En effet les concentrations en osmoles dans ces 2 compartiments sont maintenues égales. Si on boit trop d’eau, le compartiment extra cellulaire devient plus dilué, alors pour maintenir l’égalité des concentrations, de l’eau passe dans le compartiment intra cellulaire. Et les cellules gonflent. Malheureusement, si nos mains peuvent se boudiner, notre cerveau n’a pas la place de se dilater. Cela entraine un œdème cérébral, soit des maux de crâne, des nausées et des troubles de la conscience qui peuvent aller jusqu’au coma.

    Pour s’en prévenir, notre corps (ce héro) est en capacité d’ajuster les sorties d’eau aux entrées. Quand ton boit plus que nécessaire, l’entrée d’eau entraine une baisse de la concentration en ions, une baisse de l’osmolalité. Cela stimule les osmorecepteurs carotidiens qui inhibent la libération d’ADH par la post hypophyse. Il n’y a donc pas de résorption d’eau dans le rein ce qui entraine une diurèse augmentée. En résumé, plus tu bois plus t’urines.

    A part dans le cas de maladie du rein, pour surpasser les capacités d’élimination rénale il faut boire beaucoup trop d’eau (comme dans la potomanie, trouble psychiatrique) ou avoir un apport en ions trop faible comparé à la quantité d’eau ingurgitée (syndrome tea and toast de son petit nom). Alors, rassurez vous, la cuite à l’eau c’est pas pour demain.
     
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  7. Kleiner Apfel

    Kleiner Apfel
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    (question pratique, du coup j'ai mis mon mini article en laissant en fichier pdf, vous préférez qu'on mette tout en post sur le forum ? )

    Sinon c'est cool de vous lire, on apprend plein de trucs :top::free:
     
  8. Rikkanima

    Rikkanima
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    Je pense que mettre directement le texte dans le post, c'est plus simple à lire.
    Mais d'un autre côté on peut avoir une belle mis en page et insérer facilement des photos!
    Donc j'ai envie de dire : c'est toi qui voit!
     
    Kleiner Apfel a BigUpé ce message
  9. Kleiner Apfel

    Kleiner Apfel
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  10. Dhakri

    Dhakri
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    À mon tour de poster ma contribution ! :caprice:

    La saviez-vous ? L'eau est un détecteur de particules extrêmement efficace !
    Où l'on parle de Sheldon Cooper, de piscines, et de cygnes :lunette:
    (Si si, j'vous jure !)​

    Le 6 octobre 2015, le prix Nobel de Physique est attribué à deux physiciens des particules, Arthur B. McDonald et Takaaki Kajita pour la découverte d’un phénomène fascinant (mais dont nous ne parlerons pas ici) : l'oscillation des neutrinos. Cette découverte découle des résultats de deux expériences, reliées à deux détecteurs de particules différents. L'un d'eux est le détecteur Kamiokande (puis Super-Kamiokande depuis 1996), installé au Japon. Un détecteur à la pointe de la technologie... dont l'élément principal est l'un des plus courant qui soit : l'eau.

    Détecter des particules, à quoi ça sert ?

    La physique des particules étudie les composants élémentaires de la matière (électrons, photons, etc), appelés particules élémentaires, et leurs interactions. Le but ? Comprendre notre monde et les interactions fondamentales qui permettent à notre Univers d’exister tel qu’il est. L’étude des particules nous renseigne non seulement sur la structure de la matière qui nous entoure, mais permet également d’obtenir des informations sur l’Univers et son Histoire.
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    Problème : ces particules, exceptées les photons (particules de la lumière), ne sont pas visibles. Alors comment étudier quelque chose qu’on ne peut pas voir ? En trouvant un moyen de détecter leur passage, de pouvoir dire “telle type de particule est passé à tel endroit, à tel instant, avec telle énergie”. La détection de particules est la base de la recherche dans ce domaine, ce qui a poussé les physicien.ne.s à développer des technologies de détection de plus en plus poussées, parmi lesquelles celle dont je vais parler ici : les détecteurs Cherenkov.

    Principe de détection : L’Effet Cherenkov

    Le principe de détection est basé sur un effet physique appelé effet Cherenkov (ou Tcherenkov, ou Čerenkov, ou Vavilov-Tcherenkov, ou Mallet-Tcherenkov #ChoisisTonCamp).

    On a tou.te.s appris qu’il est impossible d’aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide. En revanche, cette vitesse est modifiée dans certains milieux : parmi ces milieux, l’eau. Ainsi, il est possible d’aller plus vite que la lumière dans l’eau. L’effet Cherenkov est simple : lorsqu’une particule chargée électriquement (comme un électron) traverse un milieu (ici l’eau) avec une vitesse supérieure à celle de la lumière dans le milieu, alors elle produit une lumière bleutée le long de son passage. Cet effet est particulièrement visible auprès des réacteurs nucléaires, dont le cœur, plongé dans une piscine d’eau, est entouré d’un halo de lumière bleue !
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    Plus précisément, la particule produit un cône de lumière bleue. Si vous voulez vous faire une image de cet effet, pensez à un cygne avançant à la surface de l’eau, et aux vaguelettes qui se forment sur son passage : elles forment un cône. Tout comme les particules chargées traversant un volume d’eau forment un cône de lumière.
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    Les détecteurs Cherenkov sont en réalité d’immenses piscines d’eau tapissées de milliers de petits détecteurs de lumière. Et quand je dis immense, je pèse mes mots. Super-Kamikande contient 50 kilotonnes (soit 50 000 tonnes) d’eau, remplissant une cuve cylindrique de 40m de diamètre et 40m de haut.
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    Pourquoi une lumière bleue ?


    Les ondes lumineuses sont caractérisée par leur longueur d’onde. Or l’oeil humain n’est sensible qu’à une certaine gamme très restreinte de longueur d’onde (ce qui explique qu’on ne puisse pas voir les ondes radios par exemple, puisqu’elles se situent en dehors du domaine visible). Dans le visible, la longueur d’onde détermine la couleur que l’oeil va percevoir, allant du violet (faibles longueurs d’ondes) au rouge (grandes longueurs d’onde). La lumière Cherenkov est émise en majorité dans l’ultra-violet, mais s’étend jusqu’au bleu. Ainsi, l’oeil humain ne perçoit qu’une partie du spectre de la lumière Cherenkov : les photons émis dans le bleu, ce qui donne un halo bleuté.
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    C’est bien beau tout ça, mais qu’est-ce qu’on voit concrètement ?

    Si vous interceptez ce cône avec une surface plane, vous observerez un anneau (circulaire ou en forme d’ellipse suivant l’orientation de la surface plane), or, la surface de la cuve remplie d’eau est tapissée de petits détecteurs activés par la lumière, appelés photomultiplicateurs. Ces détecteurs sont sensibles à une large gamme de longueurs d’onde, c’est pourquoi la cuve doit être entièrement plongée dans le noir, pour que les photomultiplicateurs ne détecte que la lumière Cherenkov.
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    Dans le cas ou il n’y a pas de lumière parasite, seuls les photomultiplicateurs interceptant le cône s’activent : ils forment donc un anneau que l’électronique d’acquisition enregistre. La taille de cet anneau, son intensité (le montant de lumière collectée) et sa forme nous renseigne sur l’énergie, la direction, et la nature de la particule détectée. C’est ensuite aux physicien.ne.s des particules de jouer ensuite pour analyser les différents anneaux, et identifier la particule en question !

    Les détecteurs d’aujourd’hui…

    Kamiokande n’est pas le seul détecteur de particules utilisant cette technologie. Parmi les détecteurs actuels, on peut citer l’expérience Antares installé au large de la Seyne-sur-Mer (car non, le monopole des expériences classes n’est pas détenu par le Japon et les USA ! #Cocorico), à 2.5 km de profondeur. Il est composé de lignes de photomultiplicateurs plongées dans l’eau de mer. C’est donc l’eau de la Méditérranée qui joue ici le rôle de milieu de détection.

    Autre expérience d’envergure : le détecteur IceCube (littéralement, Cube de Glace. Ou Glaçon, mais c’est moins classe.) installé au Pôle Sud, transformant la glace de la banquise en gigantesque détecteur de particules fonctionne sur le même principe qu’Antares : des puits de 2450m de profondeur, creusés dans la glace, accueillent 5160 photomultiplicateurs. Utilisant un volume de glace de 1km2 il s’agit actuellement du plus grand détecteur de neutrinos (un type de particule élémentaire) au monde.

    … Et ceux de demain.

    L’utilisation de l’eau dans les détecteurs de particules est loin d’être terminée ! Les physicien.ne.s se tournent déjà vers de nouveaux projets encore plus ambitieux. Un exemple ? Le projet Hyper-Kamiokande, qui devrait remplacer Super-Kamiokande (oui, les physicien.ne.s sont doté.e.s d’une imagination sans limites quand il s’agit des noms de détecteurs...) dans le futur, sera composé d’1 Mégatonne d’eau (1 million de tonnes).

    Au-delà de l’eau

    Je n’ai parlé ici que de détecteurs Cherenkov utilisant de l’eau. Évidemment, l’eau n’est pas le seul milieu propice à l’effet Cherenkov, et les physicien.ne.s des particules en utilisent beaucoup d’autres : l’atmosphère par exemple. C’est le cas des télescopes H.E.S.S, ou du futur projet CTA (Cherenkov Telescope Array) qui étudient les photons de haute énergie nous arrivant du ciel.
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    Mais pourquoi je ne vois rien dans mon verre d’eau/ma baignoire/ma piscine ?

    Je ne vous apprendrai rien en disant que lorsqu’on regarde un verre d’eau, on n’y voit pas un halo bleuté. Pourtant, nous sommes en permanence baignés dans un flux de particules ininterrompu. Alors comment ça se fait qu’on ne le voit pas autour de nous, alors qu’on le voit bien autour des réacteurs ?

    Les réacteurs nucléaires émettent un flux très élevé et très énergétique de particules, ce qui donne une lumière intense bien visible à l’oeil. Dans le cas des particules qui bombardent la Terre, les flux de particules chargées arrivant sur terre sont moins élevés et/ou moins énergétiques : la lumière est émise en quantité trop faible pour que l’oeil puisse la discerner.

    J’ai également mentionné tout à l’heure que la majorité de la lumière émise se situait dans l’ultra-violet, un domaine que l’oeil humain ne peut pas percevoir. Ainsi, l’oeil humain loupe la plus grande partie des photons Cherenkov. C’est comme si vous vous trouviez au bord d’une rivière, dont vous ne percevriez que quelques embruns. Vous passez à côté de la plus grande partie de la lumière émise !

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    Pièces jointes:

    #10 Dhakri, 14 avril 2016
    Dernière édition: 20 avril 2016
    nagio, Balsamique et Kleiner Apfel ont BigUpé ce message.
  11. Balsamique

    Balsamique
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    J'fais du transat en solitaire.

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    #11 Balsamique, 14 avril 2016
    Dernière édition: 8 juillet 2016
    Dhakri et Kleiner Apfel ont BigUpé.
  12. Hales

    Hales
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    Enfin :yawn:
    Merci @Kleiner Apfel por sa relecture :jv:

    De l’intérêt de faire des sports aquatiques
    NB : Je n’ai pas pour but de dénigrer les autres sports, étant donné que ma spécialité est la biomécanique, je m’intéresse à comment notre corps interagit avec son environnement, ici dans le cadre d’une pratique sportive. Mon but n’est pas de faire la morale, c’est pas parce qu’un sport est moins bon dans certaines conditions qu’il l’est pour tout le monde et/ou qu’il faut se l’interdire !


    Faire du sport, c’est bien. C’est bon pour le moral, pour la santé, pour le stress. Manger, bouger, tout ça.

    Trouver un sport qui convient à ses goûts, à ses attentes et à son corps, c’est encore mieux. C’est bien pour ça que certains veulent faire un sport d’équipe, quelque chose de plus calme ou que sais-je encore.

    Problème : En voulant bien faire, on peut se faire mal, ponctuellement ou plus durablement. C’est pourquoi, particulièrement quand le premier but est de perdre du poids, on recommande usuellement des sports aquatiques. Mais pourquoi ? Et quels pourraient-être les dangers de la course à pied par exemple ?

    Physiologiquement parlant lorsque l’on fait du sport, notre rythme cardiaque s’accélère et notre système musculaire se met en route : l’ensemble de ces éléments nous permet de nous mouvoir sans tomber dans les pommes. Or, qui dit mouvement dit également impacts sur les articulations. Mais si, vous savez, ces zones anguleuses qui nous permettent de faire des choses merveilleuses, comme se laver les dents par exemple. Notre corps en compte en moyenne 350, ce qui nous confère un éventail de mouvements possibles plutôt fou, et autant de dangers. Et oui, on n’est jamais vraiment à l’abri d’une entorse de l’orteil et je ne dis pas ça pour te faire peur (mais un peu). Car qui dit articulation, dit également zone particulièrement vulnérable, car sujette à plusieurs “dangers”, comme une torsion inhabituelle. Elles sont en effet un point de rencontre de plusieurs efforts.

    Sur le plan biologique, il faut savoir qu’une articulation se situe à l’interface entre deux os (qu’elle permet d’articuler entre eux, tiens, si c’est pas fort ça). Pour que le mouvement se fasse sans heurts, les extrémités des os sont recouvertes de cartilage : c’est un tissu biologique qui permet, avec la synovie (un liquide biologique) à tes os de ne pas grincer entre eux telle une porte mal huilée. C’est donc très important et il faut en prendre soin : quand on parle de personnes âgées faisant de l’arthrose, c’est notamment un problème au niveau du cartilage qui se dégrade et qui fait que l’os frottent entre eux. Spoiler : ça fait mal. Par ailleurs, les articulations peuvent se mouvoir grâce aux ligaments et aux tendons, qui les relient aux muscles.

    Lorsque l’on fait du sport, donc, on soumet notre corps à plus de contraintes que dans les actions de la vie quotidienne. Vous prenez plus de risques qu’en vous lavant les dents, vu que vous bougez plus vite, que vous faites des mouvements généralement plus amples et avec plus de vitesse, et que vos muscles, qui agissent sur vos os et vos articulations, sont en pleine activité.

    Il faut en effet savoir que lorsque vous courez par exemple, chacun de vos genoux supporte jusqu’à deux fois le poids du corps comprenant le poids de ton corps (normal parce qu’il le porte) et le poids que représente l’action de tes muscles et de ton élan. Si tu pèse 60kg, ça veut dire qu’à chaque foulée, c’est comme si chaque genou porte 120 kg ! Ce nombre peut augmenter si le sport est particulièrement violent pour les genoux : c’est le cas du ski, pour lequel on peut monter jusqu’à 8 fois le poids du corps. Je vous rassure, le corps humain est suffisamment bien fait pour pouvoir encaisser ce genre de contraintes. Cela représente cependant un effort non négligeable pour le cartilage et d’autant plus de risques pour l’articulation de faire un faux mouvement, de se “désaxer” par exemple. Cela peut résulter en une entorse ou en une rupture des ligaments ou des tendons si le choc est vraiment violent (ce qui est heureusement plutôt rare).

    C’est là l’avantage de faire un sport aquatique ! En effet, il se passe une chose merveilleuse lorsque l’on plonge dans l’eau : c’est l’eau qui porte notre corps. Et oui, c’est le principe de la poussée d’Archimède. Pour celles et ceux pour lesquel-le-s ce nom ravive des souvenirs de cours de physiques pas très jouasses le principe est simple : en gros selon le principe de la première loi de Newton, si deux forces égales sont exercées dans la même direction (c’est-à-dire selon la même ligne) mais dans des sens opposés, et bien rien ne bouge ! Si on prend du tir à la corde par exemple, si de chaque côté chacun tire exactement avec la même force, il ne se passe pas grand chose. Dans l’eau, c’est pareil : quand tu patauges, l’eau exerce une force verticale sur toi, qui va vers le haut, et qui dépend de la masse de volume d’eau qui a été déplacée. C’est ça qu’on appelle la poussée d’Archimède. Il suffit donc d’exercer en retour une force égale qui va vers le bas pour équilibrer le tout, et ça, la gravité (la force qui nous attire vers le sol) s’en charge. Donc on flotte !

    Pas besoin que nos jambes supportent notre poids, et même si nos articulations bougent (à moins de faire la planche, dont l’intérêt sportif est limité, vous en conviendrez), la seule charge qu’elles auront à subir sont celles des muscles qui se mettent en activité. C’est pour cela que l’on recommande, pour les personnes ayant des problèmes articulaires, et des personnes en surpoids, de commencer par nager (ou privilégier la marche rapide) avant de faire de la course à pieds. Il y a beaucoup de risque de mettre ses articulations à rudes épreuves. Car ce petit malin de cartilage à également la bonne idée de ne pas être innervé, c’est-à-dire exclu du système nerveux. En gros, s’il est dans le rouge, il le dit pas, jusqu’à ce qu’il le soit dramatiquement et de manière irréversible. Certaines douleurs peuvent donc être le résultat de plusieurs années de mauvaises pratiques. C’est la raison pour laquelle on insiste sur l’importance du matériel, notamment pour la course à pied, qui peut bien sûr être pratiquée sans risque avec des baskets adaptées. On entend par là des chaussures qui correspondent à votre morphologie du pied et qui amortissent votre type de foulée. En gros, elles sont faites de telle sorte qu’elles encaissent une grande partie du choc lors de la course à la place de vos articulations.

    En résumé, les sports d’eau sont une une super solution pour limiter les traumatismes que peuvent représenter le sport sur le corps humain (même s’ils en ont pas le monopole non plus). Mais l’important est évidemment de trouver sport à ses articulations (comme chaussure à son pied, tu l’as ?) pour que celles-ci ne viennent pas se rebeller un beau matin. Le mieux est encore de tout tester !
     
    nagio, Dhakri, Balsamique et 1 autre membre ont BigUpé ce message.
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