Grand, petit, complexe

Par Louis Alexandre, professeur de physique au Cégep en début de carrière, ensuite ingénieur de projet (en énergie solaire puis à Hydro-Québec) et membre du Groupe sciences. Louis Alexandre s'est toujours intéressé à la science, aux énergies renouvelables et à l'environnement. Il a aussi complété une maîtrise en aménagement du territoire et développement régional (2007-2010), spécifiquement sur le transport urbain et les émissions de gaz à effet de serre. Il a enfin donné quelques séminaires sur le transport urbain et l'environnement lors d'un microprogramme de deuxième cycle.

La cosmologie étudie le très grand.

La physique des particules et la chimie, le très petit.

Biologie, neurosciences, médecine,... étudient le complexe.

À quel point est-ce GRAND, PETIT ou COMPLEXE?

On estime qu'il y aurait environ 200 milliards d'étoiles dans notre galaxie, la Voie lactée. Mais combien y a-t-il de galaxies? Entre le 24 septembre 2003 et le 16 janvier 2004, le télescope Hubble a pris cette photo où les astronomes ont compté environ 10 000 galaxies :

Source (et autres magnifiques photos) : ESA Science & Technology - Hubble Space Telescope 

La photo a été prise sur une petite portion du ciel (0,04° d’arc). Pour donner une idée, imaginez que vous teniez un grain de sable à bout de bras, gros comme une mine de crayon de 0,5 mm. Chaque portion de ciel caché par ce grain de sable contiendrait en moyenne 10 000 galaxies.

En faisant un calcul pour tout le ciel, il y aurait environ 200 milliards de galaxies dans l’univers observable (des estimations récentes parlent de dix fois plus…).

100 milliards, c'est 100 000 000 000, un nombre avec 11 zéros. En notation scientifique on écrit : 1 x 10¹¹.

Comment se représenter de tels nombres?

Imaginez qu'on représente une étoile par un petit grain de sable 0,2 mm d'épaisseur. C'est un peu moins que la moyenne du sable fin.

Source : Clef d'identification visuelle des grains de sable, Pierre Bédard, Polytechnique Montréal, 2014.

Pour donner une idée, c'est la grosseur moyenne des grains du papier sablé #80 ou encore l'épaisseur de deux feuilles de papier. Si on comptait ces grains de sable, on en trouverait environ 100 dans un mm³ (j'ai arrondi). Puisqu’il y a 1 milliard de mm³ dans un mètre cube (1 000 mm x 1 000 mm x 1 000 mm), 1 mètre cube contiendrait environ 100 milliards de ces petits grains de sable.

Et donc, 200 milliards d'étoiles seraient représentées par 2 mètres cubes de sable. C’est assez pour remplir deux carrés de sable de 2 m x 2 m par 25 cm de haut (environ 6' 7" x 6' 7" x 10" de haut) où chaque grain de sable serait une étoile de notre Galaxie. Puisqu’il y a aussi 200 milliards de galaxies, chaque grain de sable pourrait aussi représenter une galaxie… formée de 200 milliards d’étoiles!

Source : Zen Garden

Allons plus loin

L'estimation « basse » du nombre d'étoiles dans l'univers visible est : nombre d'étoiles dans une galaxie moyenne (comme la nôtre) multiplié par nombre de galaxies = 200 milliards x 200 milliards = 2 x 10¹¹ x 2 x 10¹¹ = 4 x 10²² (nombre avec 22 zéros).

Si on peut représenter le nombre d'étoiles dans la Voie lactée par deux mètres cube, le nombre minimum d'étoiles dans l'univers visible serait équivalent à une immense plage de sable de 100 mètres de large sur 10 mètres de haut sur... 400 000 km de long. Soit assez pour faire 10 fois le tour de la terre! (40 000 km).

Source : J. Ben Beach Art.

Nous vivons autour d'un de ces petits grains de sable, sur cette immense plage...

Dans une cuillerée à soupe d'eau, il y a 15 ml d’eau (donc 15 g d'eau), soit environ 5 x 10²³ molécules d'eau (12 fois et demi plus grand que le calcul précédent). Si chaque molécule d'eau était représentée par un grain de sable, on pourrait représenter le nombre de molécules d'eau dans une cuillerée à soupe par une plage de 10 mètres de haut par 100 m de large sur... 5 000 000 km de long (125 fois le tour de la terre).

Notre cerveau a environ 86 milliards de neurones hyperconnectés entre eux avec en moyenne 10 000 synapses (connexions) par neurone. C'est 860 mille milliards (8,6 x 10¹⁴) de connexions. Notre corps a environ 30 000 milliards de cellules (3 x 10¹³ cellules) et est associé avec des milliers d'espèces de petits êtres vivants (microbes, bactéries, etc.) qui forment plusieurs microbiotes sans lesquels nous ne pourrions pas survivre.

En référence, voir l’excellent dossier « Les vrais pouvoir des microbiotes sur notre santé », Pour la Science, Hors série no 109, novembre 2020.

Chaque cellule humaine contiendrait en moyenne 10 000 protéines différentes, dont le nombre varie de 100 copies à quelques 10 millions de copies (chaque globule rouge a environ 280 millions de protéines d'hémoglobine).

Qu'est-ce qu'une protéine? (vidéo en anglais sur Youtube)
 

Image d'une molécule d’hémoglobine tirée de Wikipédia.  Source de l'image : Par Deposition authors: Fermi, G., Perutz, M.F.;visualization author: User:Astrojan — http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=3hhb, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=48714519

Et tout ceci interagit dans une danse complexe, à chaque instant...

Bonnes réflexions!