Loin d’être silencieux, les fonds marins peuvent se révéler particulièrement bruyants, et parasiter les sonars sous-marins. La cause principale de ce vacarme ne mesure pas plus de 5 cm : ce sont des crevettes de la famille Alpheidae, plus couramment appelées « crevettes-pistolet ». D’étranges animaux auxquels les militaires se sont intéressés de près. Elles ont la particularité de posséder une pince de très grande taille, leur permettant, en la refermant à une vitesse très élevée, de générer une brève bulle de gaz. En implosant, cette dernière provoque un bruit sourd et puissant. Une colonie de crevettes pistolets, et c’est la cacophonie assurée.

Eric Goncalves, professeur à l’Isae-Ensma (École nationale supérieure de mécanique et d’aérotechnique) effectue ses recherches sur cet intriguant phénomène physique, appelé cavitation, qu’il cherche à modéliser de la meilleure façon. « La cavitation se produit lorsqu’apparaît une diminution rapide de la pression dans un milieu liquide, provoquant le passage de l’eau d’un état liquide à un état gazeux, sans qu’il n’y ait de hausse de température », explique-t-il. Se forment alors des bulles de vapeur, qui peuvent s’accumuler en agglomérat, puis implosent.

Les pâles des hélices des sous-marins elles-mêmes peuvent générer de la cavitation. De quoi être repéré par l’ennemi, comme l’évoque le film À la poursuite d’Octobre rouge. Mais les nuisances sonores ne sont pas la seule complication rencontrée par les sous-mariniers. En implosant, les bulles génèrent d’importantes ondes de choc. C’est d’ailleurs l’effet recherché par la crevette-pistolet, qui assomme ainsi ses proies. Il peut donc y avoir l’apparition de déformations sur les matériaux avoisinants, qui, par effet de répétition, creusent de micro-cratères et provoquent de l’érosion.

Hors de l’océan également, la cavitation engendre quelques complications, en particulier dans les machines hydrauliques (pompes, turbines) où elle est étudiée depuis longtemps. Idem dans le domaine spatial : une fusée japonaise a connu un sort funeste en 1999, non pas en raison de l’érosion, mais à la suite de vibrations destructives provoquées par la cavitation dans la pompe à carburant. Cet incident poussera la Jaxa, l’agence spatiale japonaise, à travailler sur ce phénomène.

Une nouvelle approche

La cavitation, phénomène limitant dans la conception de différents systèmes, reste encore aujourd’hui un sujet d’étude important. Se déroulant sur une micro-seconde, l’implosion de bulles s’avère très difficile à observer d’un point de vue expérimental, et la simulation numérique se présente comme un moyen complémentaire pour l’étudier.  Des recherches se développent pour estimer l’impact de l’implosion des bulles sur les parois solides à proximité. Depuis une dizaine d’années, l’idée est de coupler la mécanique des fluides avec la mécanique des matériaux pour analyser l’endommagement des parois. Cette démarche a fait l’objet, au laboratoire Pprime, d’une thèse financée par la direction générale de l’armement (DGA), qui soutient des recherches aval, mais aussi amont. À l’inverse des couplages simples, une approche numérique fortement couplée permet de réaliser des calculs sur les deux aspects simultanément, afin de prendre en compte la rétroaction de la déformation du solide sur le fluide.

Les simulations effectuées pour le moment se font majoritairement en 2D, bien que l’idéal serait de modéliser le phénomène en 3D pour mieux appréhender ce dernier. Néanmoins, le coût des calculs reste très important (il faut pour une simulation en trois dimensions utiliser des supercalculateurs possédant des milliers de processeurs fonctionnant en parallèle).

Depuis février, une nouvelle thèse Cifre a été lancée en collaboration avec Safran Aerosystems, portant sur la modélisation de la cavitation dans les pompes hydrogène, pour de potentiels projets d’avions décarbonés. L’objectif de cette thèse est d’une part de contribuer à la modélisation du changement de phase en condition cryogénique (l’hydrogène est stocké sous forme liquide à  – 250 °C) et d’autre part d’estimer par simulation numérique les pertes de performance et les dégradations causées par la cavitation sur une pompe, afin de dimensionner celle-ci pour en minimiser les effets. 

Vaste champ d’études

Tout en cherchant à pallier les désagréments que la cavitation peut provoquer, on en explore également ses possibilités d’utilisation. Des « torpilles supercavitantes » ont ainsi été étudiées à Grenoble au Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, dans le cadre d’un projet ASTRID piloté par la DGA  en collaboration avec Pprime, entre 2018 et 2022. L’idée n’est pas nouvelle, et a notamment fait l’objet de projets russes comme la torpille VA-111 Chkval : il s’agit d’utiliser la cavitation pour faire apparaître une grande poche de bulles autour de la torpille, l’entourant complètement, et réduisant la friction avec l’eau, ce qui lui permet d’aller plus vite.

Des chercheurs grenoblois ont réalisé différentes micro-géométries ; des versions miniatures des torpilles de l’ordre du millimètre, en faisant varier la forme pour maximiser la poche de cavitation. Du côté de Pprime, il s’agissait de développer des méthodes numériques et des modèles adaptés à la simulation de la supercavitation.

Le champ d’étude de la cavitation est encore vaste, et s’élargit à des domaines autres que militaires. C’est par exemple le cas de la médecine, où une application de son effet destructeur pourrait être trouvée en lithotripsie, pour l’élimination des calculs rénaux, ou encore pour délivrer des médicaments au sein du patient via des capsules. Cependant, cela n’est pas sans danger, puisqu’il faut réussir à maîtriser la génération de la cavitation par des ultrasons.

Quant aux crevettes pistolets, la défense américaine cherche même à profiter du bruit qu’elles provoquent. Au-delà de parasiter les sonars, il pourrait être utile dans une nouvelle manière de réparer les ennemis en approche, grâce à l’étude des signaux d’alerte transmis par ces animaux.

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Par Brice Etoundi Ondoa, Elsa Fleur Miyo’o Mintsa, Fatima-azahrae Tairi

Nicole Pignier est professeure d’écosémiotique à l’université de Limoges et auteure de Paysages nourriciers, un dialogue entre cultures et de savoirs (Connaissances et savoirs, 2023). Dans cet ouvrage, elle explore ce qui, de la graine au paysage, fait lien nourricier entre les humains, la terre/Terre et tous les vivants. Partant de ses recherches participatives liées aux initiatives paysannes contemporaines, elle apporte des indicateurs nouveaux pour faire (agri)culture nourricière de paysages, de relations, de créativité, d’une économie à la mesure de la terre/Terre et non plus dans la démesure. Portrait d’une chercheuse scientifique au parcours atypique et dont la connaissance des paysages nourriciers a des racines profondes.

Nicole Pignier a grandi dans les campagnes limousines : « Ce sont les lieux paysans qui m’ont élevée. C’est au pied des arbres que j’étudiais la philosophie. » Elle contribue aux travaux de la ferme familiale, vit les tensions entre résistance paysanne forte de ses savoirs situés mais dépendante d’intermédiaires et adoption de la logique agro-industrielle fondée sur le profit à tout prix. Cette dernière impose ses volontés aux plantes, en partant des semences, appauvrit le sol, incite les exploitants à oublier les complexités vivantes qui les relient à la terre/Terre. Au lieu de cela, pour chaque arbre qu’ils coupent, les paysans qui tentent de résister portent un point d’honneur à en planter d’autres, ils expriment un avis critique sur l’arrachage des haies, l’utilisation massive des engrais et produits de synthèse. Elle se souvient d’ailleurs d’Amédée, ce paysan qui disait en parlant de certains voisins : « Ils nous feront bouffer de la merde ! » avec un son accent typique du Limousin. Cette réalité va semer en Nicole Pignier la graine de ses recherches en écosémiotique.

Une carrière à contre-courant

Au parcours nourri de multiples passions, la chercheuse débute en littérature en tant qu’enseignante de Lettres dans le secondaire, dans le Nord-Pas-de-Calais. Elle rédige un mémoire de maîtrise sur l’imaginaire dans la trilogie de Pan de Jean Giono puis un mémoire de DEA en littérature médiévale. De retour en Limousin, elle fait un doctorat en sémiotique littéraire. Sa thèse questionne la manière dont les correspondances épistolaires amoureuses de philosophes des Lumières épris de liberté, justice, sciences et art renouvellent le romanesque. Par la suite, enseignante de communication à l’Institut universitaire de technologie du Limousin, elle s’intéresse à l’expression de l’ethos des artistes dans le design graphique des sites web. Devenue enseignante-chercheuse à la Faculté des lettres et des sciences humaines de Limoges, elle développe une sémiotique du design numérique. Elle fonde en 2012 la revue internationale Interfaces numériques où l’évolution consumériste des technologies est en question.

Ces années-là, elle lit Les Battements du temps puis Retrouver l’Aube. Ces deux ouvrages du biologiste Jean-Claude Ameisen provoquent un déclic :  le désir de comprendre ce qui, dans nos aptitudes perceptives, nous relie à l’oikos, terme grec qui a donné le préfixe « éco » désignant notre maison terrestre, vivante. Nicole Pignier développe alors un courant français de l’écosémiotique, une discipline qui questionne les bases vivantes de nos aptitudes perceptives ; les dynamiques organiques, corporelles comme notre verticalité, nos échanges sensoriels avec l’extérieur, les rythmes… Son compagnonnage en lieux paysans l’a conduite à cette découverte : un paysage anthropisé (re)devient nourricier pour les humains et la terre/Terre quand nous nous ajustons à lui en laissant s’exprimer notre base vivante au lieu de la nier, de l’oublier en nous enfermant dans des mondes techno-symboliques d’où émergent un non-sens, une anesthésie.

L’écosémiotique revisite le lien entre science et société

Si Nicole Pignier n’est pas militante, elle a la conviction profonde que l’avenir de notre monde dépend du soin que nous portons à nos aptitudes perceptives qui nous permettent de « co-énoncer avec le vivant » sans anthropomorphisme. Pour ce faire, elle sonde le lien à l’oikos dans les initiatives paysannes, qui, entre Limousin et Béarn, cultivent des semences paysannes et élèvent des espèces animales rustiques. S’inspirant pour sa méthodologie de François Laplantine, sociologue, et de Tim Ingold, anthropologue, elle travaille en compagnonnage avec les paysannes, paysans. Elle s’imprègne des actes, des lieux fréquentés, des paroles des paysans, elle mise sur le temps long, parfois plus de dix ans de coopération, elle est attentive aux porosités entre les mondes paysans, culturels, éducatifs, elle coopère à des rencontres paysannes dans des théâtres, cinémas, lieux publics, déambulations extérieures comme les sentiers mégalithiques. Elle fait alterner moments d’imprégnation, d’analyse où elle explore les limites, les ambiguïtés, les forces résilientes, de restitution et reprise. Elle est attentive aux cheminements individuels et collectifs, en accord avec le processus de la vie ; jamais fixé dans une identité stable mais en perpétuel devenir. 

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Selon les dernières données recueillies par la Banque mondiale, une majorité des pays du monde (167) ont complètement fermé les portes des écoles pour contrer la propagation de l’épidémie de Covid-19. Afin de permettre une continuité pédagogique, les élèves peuvent garder un lien avec leurs enseignants et suivre des cours sur internet par télé-enseignement comme cela peut être proposé en France. Cependant, profiter de cette continuité pédagogique suggère de disposer d’un ordinateur et de maîtriser les outils informatiques pour les enseignants, les élèves et leurs familles mais surtout de posséder une connexion à internet. Même si en France, la population est relativement bien connectée (82 % de la population est connectée selon la Banque mondiale), le Ministère de l’Éducation nationale rapporte entre 4 % et 8 % des élèves n’ayant toujours pas eu le moindre contact avec leurs enseignants ou l’institution depuis la fermeture des écoles. Si tout ne peut pas être mis sur le compte de la fracture numérique*, des élèves déjà en difficulté semblent démissionner plus facilement, risquant d’accroître leurs difficultés futures. Et que dire des pays du Sud, notamment en Afrique et en Asie du Sud qui ayant eux aussi fermé leurs écoles, n’ont pour la majorité aucune solution ni pour permettre aux enseignants et aux élèves de suivre la classe depuis chez eux, ni même avoir une ouverture sur le monde.
Finalement, comme pour toute catastrophe, la crise sanitaire que l’ensemble de l’humanité traverse aujourd’hui semble bien révéler et creuser des inégalités en France comme partout sur Terre.

Sources (Banque mondiale) :

• Utilisateurs d’Internet (% de la population)
• World Bank Education and COVID-19

Accéder à l’ensemble des données de la Banque mondiale.

* Des initiatives de collectivités locales, du monde associatif et de l’État se sont développées pour fournir des tablettes et des ordinateurs aux élèves dans le besoin, il n’en reste pas moins la nécessité d’avoir accès à internet.

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