Un voilier, ça avance parce que le vent pousse dans les voiles.
Logique imparable. Et de cette logique découle une certitude tranquille : un bateau ne peut pas dépasser le vent qui le pousse, pas plus qu'un ballon de plage ne distance la brise qui le fait rouler sur le sable.

Sauf que c'est faux. Les meilleurs voiliers de course filent à deux, trois, parfois cinq fois la vitesse du vent. Sorcellerie ? Mouvement perpétuel ? Pas du tout : juste un peu de physique mal racontée.

Commençons par vous donner raison. Si vous naviguez vent arrière, le souffle pile dans le dos et la voile tendue comme un parachute, alors oui, vous êtes coincé. La voile ne ressent que la différence entre la vitesse du vent et la vôtre : plus vous accélérez, moins le vent vous rattrape, et le moment où vous atteignez sa vitesse, il n'y a plus le moindre souffle sur la toile. Plus de poussée, plus d'accélération. Comme une feuille morte emportée par la bourrasque, vous ne ferez jamais mieux que le vent lui-même.

Le secret, c'est de ne pas aller dans le sens du vent. Tournez le nez du bateau en travers, et tout change. La voile cesse de se comporter comme un parachute qui encaisse un coup : creusée par l'air, elle devient une aile. Le vent qui la contourne y crée une force de portance, exactement comme sous l'aile d'un avion⁽¹⁾. À ceci près qu'ici, la portance ne tire pas vers le haut, mais vers l'avant et le côté.
« Vers le côté ? Mais alors le bateau part en crabe ! » Bien vu. C'est là qu'intervient la quille (ou la dérive), cette grande lame sous la coque : elle s'oppose au glissement latéral comme un rail retient un wagon. Sur les deux composantes de la force, l'eau n'en laisse donc passer qu'une seule : celle qui pousse vers l'avant.

Et voici le coup de génie : en avançant, le bateau fabrique son propre vent, celui que vous sentez à vélo dans un air parfaitement immobile. Ce vent-là s'additionne au vrai : les marins appellent cette somme le vent apparent. Plus le bateau accélère, plus ce vent apparent forcit et bascule vers l'avant ; donc plus l'aile-voile génère de portance ; donc plus le bateau accélère encore. Un cercle vertueux qui ne s'interrompt que lorsque la résistance de l'eau finit par équilibrer la poussée. Et rien n'oblige cet équilibre à se trouver en deçà de la vitesse du vrai vent.

Pas de magie pour autant, ni de mouvement perpétuel : il existe bien une loi de conservation de l'énergie, mais aucune loi de conservation de la vitesse⁽²⁾.
Jusqu'où peut-on aller ? Tout est affaire de frottements. Sur l'eau, le détenteur du record absolu, le Vestas Sailrocket 2 de Paul Larsen, a dépassé en 2012 les 121 km/h dans une brise d'environ 46 km/h, soit près de trois fois le vent. Mais les vrais champions sont les chars à glace : posés sur des patins qui ne frottent presque pas, ils filent couramment à quatre ou cinq fois la vitesse du vent, et jusqu'à dix fois par souffle léger. Pensez à respecter vos distances de sécurité !

1. ⁽¹⁾ ↑ C'est rigoureusement la même physique : nous avons déjà expliqué comment un avion tient en l'air.
2. ⁽²⁾ ↑ Le bateau ne crée rien ; il prélève de l'énergie au vent.

Si vous avez déjà nourri des goélands sur une plage (au mépris des avertissements des municipalités, vilain lecteur !), vous l'avez peut-être remarqué : sous leur bec jaune trône une petite tache rouge vif. Pas un défaut de fabrication, pas une blessure : ce petit point a un rôle bien précis, et il a même valu un prix Nobel à celui qui l'a étudié.

Le responsable de cette découverte est Nikolaas Tinbergen, éthologiste néerlandais, dans les années 1940. Intrigué par le comportement des poussins de goéland argenté, il remarque que les nouveau-nés, dès leur sortie de l'œuf, picorent avec insistance le bec de leur parent. Ce picorage n'est pas anodin : il déclenche chez l'adulte un réflexe de régurgitation qui permet au poussin de se nourrir. Mais qu'est-ce qui, exactement, dans le bec parental, attire l'attention du petit ?
Tinbergen va alors mener une expérience d'une simplicité redoutable : présenter aux poussins toute une série de fausses têtes de goéland en carton, en faisant varier la forme, la couleur du bec, la présence ou l'absence du point rouge. Les résultats sont sans appel : les poussins picorent surtout les becs longs, fins et porteurs d'une tache rouge contrastée. La couleur générale de la tête, elle, n'a pratiquement aucune importance ; on peut peindre la tête en vert fluo, tant qu'il y a un point rouge sur un bec allongé, le poussin s'active.

Plus fort encore : Tinbergen découvre qu'un simple bâton de bois, peint en jaune avec trois bandes rouges (au lieu d'une seule tache), déclenche plus de picorages qu'un véritable bec de goéland. Il vient d'inventer ce qu'on appelle un stimulus supranormal : une version exagérée d'un signal naturel qui provoque une réaction encore plus forte que l'original. Le poussin n'a pas appris à reconnaître ses parents ; il réagit mécaniquement à un signal très simple (un point rouge sur une tige allongée) gravé dans son cerveau dès la naissance.

Cette découverte a profondément changé notre regard sur le comportement animal. Avant Tinbergen, on imaginait volontiers que les animaux étaient guidés par une sorte d'intelligence ou d'apprentissage. Lui a montré qu'une grande partie de leurs comportements relève de déclencheurs très précis : des formes, des couleurs, des mouvements qui activent automatiquement une réponse innée. Pas besoin de comprendre que l'on a faim, ou que le bec rouge appartient à maman : un réflexe suffit.

Le concept de stimulus supranormal a depuis trouvé de nombreuses applications, parfois inattendues. Certains coucous pondent des œufs aux couleurs plus marquées que ceux de leurs hôtes, qui les couvent alors préférentiellement. Des papillons mâles préfèrent s'accoupler avec des leurres en carton plus colorés que les vraies femelles. Et nombre d'éthologues n'hésitent pas à appliquer cette grille de lecture à notre propre espèce : la malbouffe ultra-sucrée, le maquillage exagérant des traits sexuels, les dessins animés aux grands yeux ronds… autant de signaux qui semblent appuyer un peu trop fort sur des boutons biologiques bien enfouis.

Quand j'étais petit, je pensais que les sables mouvants seraient un grand problème dans ma vie d'adulte…
Hollywood en a fait son fonds de commerce. Indiana Jones, Tarzan, Lucky Luke, La Chèvre… à chaque génération, son film où un personnage malchanceux pose le pied au mauvais endroit et finit englouti, bras tendus vers le ciel, par une masse de boue traîtresse. Le sable mouvant fait partie de notre imaginaire collectif comme le crocodile dans les égouts ou la mygale dans le yucca.

Sauf que tout cela est faux. Ou presque.
Commençons par le commencement : qu'est-ce qu'un sable mouvant ? Il ne s'agit pas d'un type de sable particulier, mais d'un mélange bien précis. Prenez du sable ordinaire, ajoutez-y de l'argile, saupoudrez d'eau salée, et vous obtenez la recette de base. L'argile forme un fragile réseau de plaquettes microscopiques qui, à l'image d'un château de cartes, donne au tout une apparence de solidité. On peut marcher dessus sans problème… jusqu'au moment où l'on appuie un peu trop fort. Le château s'effondre, le mélange se liquéfie, et l'imprudent se retrouve enlisé jusqu'aux mollets.
Le sable mouvant est ce que les physiciens appellent un fluide non-newtonien, dont la viscosité dépend de la contrainte qu'on lui applique. Le yaourt fonctionne de la même façon : ferme dans son pot, il devient liquide dès qu'on le remue à la cuillère. Le sable mouvant, c'est un peu un yaourt à l'échelle d'un humain⁽³⁾.

Premier mythe à démonter : non, on ne se noie pas dans du sable mouvant. La densité du corps humain est d'environ 1 g/cm³ (à peu près celle de l'eau, ce qui explique que nous flottions plus ou moins). Celle d'un sable mouvant tourne autour de 1,85 g/cm³, soit presque le double. La bonne vieille poussée d'Archimède fait donc son office : impossible de s'enfoncer au-delà du bassin ou de la taille. Le pauvre Indiana Jones qui disparaît tout entier dans la fosse n'est qu'une licence cinématographique.

Deuxième mythe à démonter, en partie cette fois : « Il ne faut pas se débattre dans les sables mouvants, c'est bien connu ! » comme le disait Pierre Richard dans La Chèvre. C'est vrai… au début. Plus on s'agite, plus on brise le réseau d'argile et plus on liquéfie le mélange autour de soi, ce qui accélère l'enlisement. Mieux vaut rester calme et tenter de répartir son poids en s'allongeant doucement.

Là où le mythe se complique, c'est pour en sortir. Une fois enfoncé, l'argile fait ventouse autour des jambes et le sable se tasse à mesure que l'on bouge. L'équipe du physicien Daniel Bonn, qui a étudié ces matériaux à l'École normale supérieure de Paris, a calculé que pour arracher un simple pied coincé, il faudrait exercer une force comparable à celle nécessaire pour soulever une voiture. Autant dire que tirer comme un sourd n'est pas la bonne stratégie. La technique recommandée consiste à faire pivoter lentement le membre coincé pour laisser l'eau s'infiltrer entre la peau et le sable, et progressivement reliquéfier la zone.

Alors, sans danger, les sables mouvants ? Pas tout à fait. Le piège, c'est que ces zones se forment principalement dans les estuaires, les marais et les baies — autrement dit là où la mer vient et revient. Vous l'avez deviné : si l'on reste coincé jusqu'à la taille et que la marée monte, le risque n'est plus de s'enfoncer dans le sable, mais bien de se noyer dans l'eau qui arrive. C'est probablement de là que vient toute la légende. La baie du Mont-Saint-Michel, célèbre pour ses marées spectaculaires et ses sables traîtres, en a englouti plus d'un au fil des siècles⁽⁴⁾.

Hollywood pourra continuer à nous faire peur ; de mon côté, j'ai enfin pu tester en tant qu'adulte avec du sable jusqu'au nombril : on s'en sort finalement assez facilement, tant qu'on n'est pas pressé par la marée montante !

1. ⁽³⁾ ↑ Je n'aurais pas pensé que je serais amené à écrire ce genre de phrases…
2. ⁽⁴⁾ ↑ Plus rarement, certains sables mouvants dits « secs » existent dans le désert et se comportent différemment, mais ils restent une curiosité rare.

Une famille est au bord d'une piscine, ou sur une plage.
Les enfants jouent dans l'eau, les parents discutent quelques mètres plus loin, l'œil distrait. Soudain, le maître-nageur traverse le bassin à toute vitesse, plonge, et ressort de l'eau un enfant qui se noyait. Juste sous le nez des parents, qui n'avaient absolument rien vu venir.

Comment est-ce possible ? La réponse est simple, et un peu terrifiante : une noyade ne ressemble pas du tout à une noyade.
Conditionnés par les films et les séries, on s'attend à de grands cris, des bras qui s'agitent, des éclaboussures spectaculaires, des « AU SECOURS ! » théâtraux. Or, dans la réalité, une personne en train de se noyer ne fait pratiquement aucun bruit, n'agite pas les bras et n'appelle pas à l'aide. C'est ce que le Dr Francesco A. Pia, ancien sauveteur et chercheur, a baptisé la réponse instinctive à la noyade, ou Instinctive Drowning Response.

Cette discrétion trompeuse s'explique par plusieurs mécanismes physiologiques. Tout d'abord, une personne qui se noie ne peut tout simplement pas crier. Notre appareil respiratoire est conçu pour respirer ; la parole n'est qu'une fonction secondaire, qui passe après. Quand le corps lutte pour survivre, il consacre toutes ses ressources à inspirer de l'air, pas à former des phrases. Et comme la bouche de la victime fait des allers-retours rapides au-dessus et en dessous de la surface, elle a tout juste le temps d'inspirer-expirer avant de replonger. Pas le temps de hurler.
Ensuite, une personne qui se noie ne peut pas agiter les bras pour faire signe. Instinctivement, ses bras s'écartent latéralement et s'appuient sur l'eau pour pousser son corps vers le haut, afin de sortir la bouche à la surface. Ce mouvement est involontaire et incontrôlable : la victime ne peut pas s'en empêcher pour, par exemple, attraper une perche ou faire un grand signe au sauveteur. Tout son corps reste vertical, sans battement de jambes pour se propulser. Comme si elle essayait de grimper à une échelle invisible.

Sans intervention, une victime ne reste à la surface qu'entre 20 et 60 secondes avant de couler définitivement. Une minute, montre en main, pour réagir.
D'où l'importance de savoir reconnaître les signes : tête basse dans l'eau avec la bouche au niveau de la surface, tête renversée en arrière, regard vitreux ou yeux fermés, cheveux devant le visage, corps strictement vertical, hyperventilation, mouvements de nage qui n'avancent pas. Et si vous avez un doute sur quelqu'un dans l'eau, posez-lui simplement la question : « ça va ? » : s'il vous répond, tout va bien. S'il vous fixe sans rien dire, il est temps d'agir…

Une dernière chose, particulièrement valable pour les parents : les enfants qui jouent dans l'eau font du bruit. Beaucoup de bruit. Quand ils deviennent soudainement silencieux, il faut aller voir pourquoi. Aux États-Unis, la noyade est la deuxième cause de mort accidentelle chez les moins de quinze ans, et dans environ 10 % des cas, un adulte assiste à la scène sans se rendre compte qu'un drame est en train de se jouer sous ses yeux.

À noter qu'il existe aussi une phase préalable, appelée détresse aquatique, durant laquelle la victime peut encore appeler à l'aide et coopérer à son sauvetage. Mais cette phase est courte, et n'est pas systématiquement présente avant la noyade proprement dite. Autant dire : ne comptez pas dessus.
Bref, la prochaine fois que vous serez au bord de l'eau, méfiez-vous du calme.

Regardez le logo d'une Citroën garée dans votre rue. Deux chevrons empilés, pointant vers le haut, sobres et reconnaissables entre mille. La plupart des gens y voient un V stylisé, ou peut-être deux flèches symbolisant la vitesse. En réalité, ce logo raconte une histoire bien plus mécanique : il représente, vu de face, deux dents d'un engrenage très particulier. Pour comprendre pourquoi, il faut faire un détour par l'histoire des machines.

Imaginez deux roues dentées qui s'engrènent. La forme la plus intuitive consiste à tailler des dents droites, parallèles à l'axe de la roue : c'est l'engrenage classique des dessins d'enfants. Simple à fabriquer, peu coûteux, efficace… mais aussi terriblement bruyant. À chaque tour, les dents s'entrechoquent brutalement sur toute leur largeur en même temps. C'est exactement ce bruit caractéristique que vous entendez quand une voiture passe la marche arrière : les boîtes de vitesses utilisent en effet une denture droite pour cette marche, contrairement aux autres rapports.

Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont eu une idée maligne au cours du XIX^e siècle : et si l'on inclinait les dents par rapport à l'axe ? On obtient alors un engrenage hélicoïdal, dont les dents forment une sorte de spirale autour de la roue. L'astuce est élégante : au lieu d'entrer en contact d'un seul coup, les dents s'engagent progressivement, de la pointe vers la base. C'est comme si l'on remplaçait un claquement par un glissement. Résultat : un fonctionnement beaucoup plus silencieux, moins de vibrations, et une capacité à transmettre des charges plus importantes parce que plusieurs dents restent en contact simultanément.

Le diable, comme toujours, se cache dans les détails. En inclinant les dents, on a involontairement créé un nouveau problème : une force axiale. Quand les deux roues tournent, leurs dents inclinées poussent l'une contre l'autre en glissant le long de l'axe, ce qui tend à faire sortir les arbres de leur logement (sur le côté). Il faut alors ajouter des paliers de butée robustes pour contenir cette poussée, et toute la structure devient plus complexe et plus coûteuse.
C'est là qu'intervient un éclair de génie : pourquoi ne pas mettre deux hélices opposées sur la même roue, en forme de V ? Les forces axiales générées par chaque moitié vont alors s'annuler mutuellement, comme deux personnes qui poussent un mur dans des directions opposées. On obtient le meilleur des deux mondes : le silence et la douceur de l'engrenage hélicoïdal, sans la poussée axiale gênante. Ce type d'engrenage s'appelle un engrenage à chevrons, ou engrenage hélicoïdal double.

Et c'est ici que notre histoire rejoint celle d'un certain André Citroën. En 1900, ce jeune polytechnicien de 22 ans, fraîchement diplômé, part en Pologne pour rendre visite à la famille de sa mère, récemment décédée. Au cours de ce voyage, il découvre dans un atelier local des engrenages en bois à dentures en chevrons, utilisés notamment dans les moulins à grain. Le jeune ingénieur comprend immédiatement le potentiel industriel : ces engrenages cumulent tous les avantages, et personne ne les exploite encore à grande échelle.
Citroën rachète le brevet pour une bouchée de pain (les sources hésitent d'ailleurs entre brevet polonais et brevet russe, et certaines vont jusqu'à douter que le brevait ait réellement existé). De retour à Paris, il fonde dès 1901 son entreprise d'engrenages avec deux associés, et perfectionne le procédé : alors que les modèles polonais étaient en bois, lui les fabriquera en acier. L'affaire prospère, au point que sa société produira un jour des engrenages monstrueux de 5,4 mètres de diamètre, pesant 48 tonnes, capables de transmettre l'équivalent de 4 000 chevaux.

Quand André Citroën se lance enfin dans l'automobile en 1919, le choix du logo s'impose de lui-même : ce sont les chevrons à qui il doit toute sa fortune. Il en place donc deux, vus de face, qui reproduisent fidèlement la silhouette d'une dent d'engrenage à chevrons. Plus de cent ans plus tard, ils ornent toujours les capots de millions de voitures dans le monde, sans que la plupart de leurs propriétaires soupçonnent qu'ils roulent, en quelque sorte, sous le signe d'une petite révolution industrielle découverte par hasard, lors de vacances familiales en Pologne.

L'Everest, du haut de ses 8 849 mètres, fascine. Tant et si bien qu'une question vient naturellement à l'esprit du curieux : pourquoi diable la plus haute montagne du monde ne fait-elle « que » cette hauteur ? Pourquoi pas 15 kilomètres ? 30 ? 100 ?

Après tout, l'Himalaya gagne encore quelques millimètres par an. Pourquoi s'arrêter en si bon chemin ?
La réponse tient en un mot : l'isostasie.

Imaginez : vous posez un livre épais sur un matelas mœlleux. Le livre s'enfonce un peu, et plus il est lourd, plus il s'enfonce. C'est pareil sur Terre : la croûte terrestre, sur laquelle nous nous tenons fièrement, flotte sur le manteau, une couche bien plus dense et qui, à l'échelle des temps géologiques, se comporte comme un fluide visqueux⁽⁵⁾. Quand une montagne pousse vers le ciel, son poids fait s'enfoncer la croûte sous elle, qui développe ce que les géologues appellent une racine. Plus la montagne est haute, plus la racine est profonde.
Ce mécanisme est rigoureusement le même que celui d'un iceberg flottant sur l'océan : la partie émergée n'est qu'une petite fraction du volume total.

L'histoire ne s'arrête pas là. Le problème, c'est que la roche, même la plus solide, n'a qu'une résistance finie. Empilez-en suffisamment, et la pression à la base devient telle que la roche se met à fluer : elle se déforme, s'étale, et la montagne s'effondre sous son propre poids. Un calcul de coin de table⁽⁶⁾ basé sur la résistance des roches et la gravité terrestre donne une hauteur maximale d'environ b{10 kilomètres}. L'Everest, avec ses 8,8 km, n'est plus très loin du plafond physique.

Ajoutez à cela l'érosion — pluie, vent, et surtout les glaciers — qui rognent en permanence les sommets, et vous comprenez que les montagnes terrestres sont condamnées à rester dans une fourchette raisonnable.

Mais alors, comment expliquer Olympus Mons ?
Sur Mars, le volcan Olympus Mons culmine à environ 22 kilomètres, soit deux fois et demi l'Everest. Cela vous paraît incompréhensible ? La réponse est dans la gravité. Mars étant beaucoup plus petite que la Terre, sa gravité ne vaut que 38 % de la nôtre. Or, le poids d'une montagne est directement proportionnel à la gravité. À résistance de roche équivalente, on peut donc empiler beaucoup plus haut avant que la base ne cède.
À cela s'ajoutent deux facteurs aggravants (pour la taille du volcan) : Mars n'a pas de véritable tectonique des plaques, ce qui permet à un point chaud volcanique de cracher sa lave pendant des milliards d'années au même endroit ; et l'érosion y est bien plus faible, faute d'eau liquide et de glaciers.

Construisez un Everest sur la Lune, et il pourrait théoriquement faire 50 kilomètres !

1. ⁽⁵⁾ ↑ C'est aussi pour ça qu'un corps humain flotte sur la lave. Ne testez pas.
2. ⁽⁶⁾ ↑ La limite élastique d'une roche typique est d'environ \(3 \times 10^8 N/m^2\), sa densité d'environ \(3 \times 10^3 kg/m^3\). En divisant par l'accélération de la pesanteur \(g \approx 9.8 m/s²\), on obtient une hauteur maximale d'environ 10 000 mètres.

Vous vous êtes déjà demandé pourquoi les vestiges des grandes civilisations du passé ne sont souvent que des ruines tristement à l'abandon ? Les aqueducs romains, par exemple : certains alimentaient Rome en eau sur plus de 90 kilomètres, traversant vallées et collines avec une précision d'ingénieur diplômé. Et puis, à partir du IX^e siècle, plus rien. Les canaux se bouchent, les arches s'écroulent, l'eau ne coule plus. Personne pour réparer.
Oh, les Romains n'avaient pas perdu les plans ! Par contre, ils n'avaient… plus les sous.

En 1988, l'anthropologue américain Joseph Tainter publie The Collapse of Complex Societies. Il étudie une vingtaine de civilisations disparues (dont les Romains, les Mayas ou les Chacoans d'Amérique du Nord) et propose une théorie unifiée pour expliquer leur fin.

Sa thèse tient en une phrase : une société s'effondre quand le coût de sa propre complexité devient insoutenable.
Au départ, tout va bien. Une société naissante rencontre un problème⁽⁷⁾ et invente une solution : une bureaucratie, une armée, un réseau d'irrigation. Chaque couche de complexité ajoutée rapporte gros pour un coût modeste. Les bénéfices sont énormes, la société prospère.

Mais Tainter s'appuie sur un concept d'économiste : les rendements marginaux décroissants. En clair, plus on ajoute de complexité, moins chaque ajout rapporte (et plus il coûte cher). Les solutions faciles ont déjà été trouvées ; il ne reste que les difficiles. La première légion militaire était décisive, la dixième déjà moins, la vingtième devient un gouffre financier. Le premier aqueduc révolutionne Rome, mais le onzième n'apporte plus grand-chose, sinon une facture d'entretien gigantesque.

Eh oui, il y a un piège : tout ce que l'on construit, il faut ensuite l'entretenir. Les routes s'usent, les aqueducs se fissurent, les fonctionnaires veulent être payés, les soldats nourris. Et la maintenance ne produit rien de neuf ; elle se contente de préserver l'existant. À mesure que la société accumule ses infrastructures, le coût de la simple conservation grignote une part croissante des ressources disponibles.
Arrive un moment où toute nouvelle difficulté⁽⁸⁾ devient insurmontable. Non parce qu'elle est particulièrement terrible, mais parce que la société n'a plus de marge. Tout est déjà consommé par l'entretien de ce qu'elle a déjà.
L'effondrement, alors, n'est pas une catastrophe : c'est une simplification. On abandonne ce qu'on ne peut plus se payer. Les Romains ont cessé d'entretenir leurs aqueducs, leurs routes, leur administration tentaculaire. Et, détail savoureux que relève Tainter, les populations locales ont souvent accueilli les barbares en libérateurs : être délesté d'un empire trop coûteux, c'était aussi être libéré d'impôts écrasants.

Les Mayas, eux, ont abandonné leurs cités monumentales pour retourner à des modes de vie plus simples. Les habitants de l'île de Pâques ont cessé de dresser des moaïs. Partout, le même schéma : quand la complexité ne rapporte plus assez, on la démonte.

Cette théorie a évidemment quelque chose d'inquiétant quand on la retourne vers notre époque. Nos infrastructures vieillissent, les coûts de maintenance explosent, les rendements des investissements dans la recherche, la santé ou l'éducation semblent plafonner malgré des dépenses records. Tainter lui-même note que nos sociétés modernes présentent tous les symptômes de la courbe descendante.
Mais contrairement à Rome, nous avons à notre disposition des sources d'énergie nouvelles et d'immenses possibilités d'innovation. Tant qu'on arrive à faire reculer la courbe et à obtenir plus avec moins, on gagne du temps.
Et sinon, il nous restera toujours la solution maya : tout laisser tomber, et retourner cultiver nos jardins.

1. ⁽⁷⁾ ↑ Une sécheresse, une invasion, un voisin un peu trop entreprenant…
2. ⁽⁸⁾ ↑ Une épidémie, une mauvaise récolte, une incursion barbare…

Le petit-déjeuner traditionnel de l'astronaute – steak et œufs, pauvre en fibres – rend hommage à la plus ancienne et la plus sage des stratégies pour aller aux toilettes dans l'espace : faire tout son possible pour éviter d'y aller.

Car sur Terre, la gravité fait le gros du travail. Elle vous plaque confortablement sur la cuvette, elle tire les déchets loin du corps, et elle les séquestre sous une couche d'eau qui bloque les odeurs. En apesanteur, rien de tout cela ne fonctionne. Tout flotte. Tout.

Les premiers astronautes du programme Gemini et Apollo n'avaient d'ailleurs aucune toilette digne de ce nom : ils se contentaient de sacs en plastique et de manchons à urine. Le confort était si désastreux que les équipages mangeaient moins de la moitié de leur nourriture pour limiter les passages obligés. Sur Gemini 7, Frank Borman a tenu neuf jours sans aller à la selle dans une capsule de la taille d'une cabine téléphonique. Quand il a finalement craqué, son coéquipier Jim Lovell lui a fait remarquer qu'il ne restait que cinq jours de mission. L'encouragement n'a pas suffi.

Le premier vrai progrès est arrivé avec Skylab en 1973. La station avait des ambitions médicales et voulait collecter les échantillons de l'équipage. Il fallait donc un vrai système. Le siège était monté verticalement, sur un mur : on y faisait ses besoins à la manière de Spider-Man. Mais avant de l'envoyer dans l'espace, il fallait le tester en gravité zéro, dans un avion volant des paraboles de vingt secondes. La NASA a donc dû recruter des volontaires capables de performer sur commande. L'histoire officielle de Skylab note sobrement que deux jours de tests ont produit neuf points de données exploitables.

Depuis, le principe de base n'a pas changé : on remplace la gravité par de l'aspiration. Un puissant flux d'air attire les déchets vers le bas (ou ce qui en tient lieu). Pour l'urine, les astronautes utilisent un entonnoir relié à un tuyau aspirant – avec des embouts différents pour les hommes et les femmes. Pour les solides, ils s'installent sur un siège minuscule, d'environ dix centimètres de diamètre. Oui, dix centimètres. L'étroitesse est nécessaire pour que l'aspiration soit efficace, mais elle impose un alignement… précis. Pour s'entraîner, les astronautes s'exercent sur Terre avec une réplique équipée d'une caméra placée au fond de la cuvette, et doivent centrer leur anatomie dans un réticule affiché sur un écran. Sous les encouragements de leurs collègues.

L'urine est recyclée : sur l'ISS, environ 98 % de l'eau est récupérée, y compris celle issue de l'urine et de l'humidité ambiante. Oui, les astronautes boivent leur pipi recyclé. Les matières solides, elles, sont empaquetées dans des sacs individuels, entassées dans un conteneur, puis chargées dans un cargo qui sera largué dans l'atmosphère⁽⁹⁾.

Le système fonctionne, mais il reste imparfait. L'odeur chronique à bord est l'une des théories avancées pour expliquer pourquoi les astronautes mangent systématiquement moins que prévu sur l'ISS. Et les pannes sont fréquentes : l'une des premières missions de Thomas Pesquet à bord de la station a été de réparer les toilettes. Pour couronner le tout, la dernière génération de WC spatial, l'Universal Waste Management System installé en 2020, a coûté la modique somme de 23 millions de dollars⁽¹⁰⁾.

Et pour les futures missions vers Mars ? Le défi devient colossal. Six mois de voyage aller, 700 jours sur place, six mois de retour. Il faudra des toilettes fiables sur une durée inédite, capables de fonctionner en gravité partielle (Mars n'a que 38 % de la gravité terrestre), et un moyen de stocker ou traiter les quelques trois à quatre tonnes de déchets que produiront quatre astronautes en deux ans. Une solution prometteuse s'appelle la torréfaction : on chauffe les déchets à 200-250 ℃ pour les transformer en charbon inerte et inodore, tout en récupérant l'eau. Les résidus pourraient même être compactés en briques servant de blindage anti-radiations pour l'habitat.

Telles sont les gloires de la conquête spatiale !

1. ⁽⁹⁾ ↑ Si vous avez un jour observé une étoile filante particulièrement lumineuse, elle transportait peut-être un chargement… peu romantique.
2. ⁽¹⁰⁾ ↑ C'est le trône le plus cher de l'histoire de l'humanité.

En 1958, pendant que la NASA s'échine à développer des fusées chimiques toujours plus grosses pour envoyer quelques kilos en orbite, une poignée de physiciens travaille en secret sur un projet autrement plus ambitieux : propulser un vaisseau spatial de plusieurs milliers de tonnes… à coups de bombes atomiques.

Le projet s'appelle Orion. Et dans le concept, il marchait !

L'idée, proposée dès 1947 par le physicien Stanislaw Ulam (l'un des pères de la bombe H), est d'une simplicité désarmante. On prend un vaisseau spatial. On fixe à sa base une énorme plaque d'acier, appelée pusher plate. Puis on éjecte derrière le vaisseau de petites bombes nucléaires (pas des très grosses ! ), à raison d'une par seconde environ. Chaque explosion projette un plasma brûlant contre la plaque, qui pousse le vaisseau vers l'avant. Un système d'amortisseurs géants, semblables à des pneus gonflés, lisse les à-coups pour que l'équipage ne soit pas réduit en bouillie. Ok, ça semble complètement délirant.

L'équipe, menée par le concepteur d'armes nucléaires Ted Taylor et le physicien Freeman Dyson (qui quitta Princeton pour l'occasion), travaillait chez General Atomics à San Diego. Et pour prouver que le concept n'était pas une lubie de savants fous, ils construisirent un modèle réduit d'un mètre de diamètre, baptisé Hot Rod. Le 14 novembre 1959, propulsé par six charges d'explosif conventionnel (du C4, pas du nucléaire, rassurez-vous), le Hot Rod s'éleva à une centaine de mètres d'altitude avant de redescendre en parachute, intact. La preuve était faite : un vol propulsé par des explosions successives pouvait être stable.

Mais pourquoi se donner tant de mal ? Parce que les performances d'Orion étaient tout simplement stupéfiantes. Le problème fondamental des fusées chimiques, c'est qu'elles doivent emporter leur propre carburant, qui est lourd, ce qui nécessite encore plus de carburant, et ainsi de suite⁽¹¹⁾. Un moteur à impulsion nucléaire, lui, tire son énergie de réactions des millions de fois plus puissantes que la combustion chimique. Résultat : là où la fusée Saturn V peinait à mettre 130 tonnes en orbite basse, le design de référence d'Orion – un vaisseau de 4 000 tonnes – pouvait en placer 1 600 en une seule fois. Dix fois plus, tranquille. Et avec une impulsion spécifique (la mesure de l'efficacité d'un moteur-fusée) de 2 000 à 6 000 secondes, contre environ 450 pour les meilleurs moteurs chimiques actuels.

Concrètement, la NASA avait chiffré un aller-retour vers Mars en 125 jours avec un équipage de huit personnes, là où les projets actuels⁽¹²⁾ tablent sur deux à trois ans. Freeman Dyson, lui, visait carrément les lunes de Saturne avant 1970. Quant au coût, Orion était estimé à 1,5 milliard de dollars de l'époque, soit environ quinze fois moins que les 25,8 milliards qu'aura coûté au total le programme Apollo. Wernher von Braun lui-même calcula qu'un seul lancement de Saturn V emportant un module Orion pouvait accomplir ce qui nécessiterait six à douze fusées avec des moteurs classiques.

Le design le plus extrême, le Super Orion, faisait rêver : un vaisseau de huit millions de tonnes (une petite ville, quoi), propulsé par des bombes à hydrogène d'une mégatonne, capable d'atteindre quelques pourcents de la vitesse de la lumière. Une véritable arche interstellaire, constructible avec les matériaux disponibles en 1958.

Alors pourquoi ne vivons-nous pas aujourd'hui dans une base sur Titan ?

Plusieurs raisons se sont liguées contre Orion. D'abord, le problème des retombées radioactives : un lancement depuis le sol équivalait, en termes de fallout, à l'explosion d'une bombe de dix mégatonnes dans l'atmosphère. Ensuite, personne au gouvernement américain ne voyait l'intérêt de mettre des milliers de tonnes en orbite. L'Air Force ne trouvait pas d'application militaire. La NASA, peuplée d'ingénieurs habitués aux fusées chimiques, était hostile à l'idée. Et surtout, en 1963, les États-Unis, l'URSS et le Royaume-Uni signèrent le Traité d'interdiction partielle des essais nucléaires, qui interdit toute explosion atomique dans l'atmosphère et dans l'espace. Les Américains tentèrent bien de négocier une exception pour la propulsion spatiale, mais les Soviétiques, craignant des applications militaires, refusèrent.

Le projet s'éteignit en 1965, après sept ans et seulement onze millions de dollars dépensés. Freeman Dyson déclara plus tard qu'il s'agissait de la première fois dans l'histoire moderne qu'une avancée technologique majeure était supprimée pour des raisons politiques.

Le Hot Rod, lui, est toujours visible au Smithsonian National Air and Space Museum. Modeste témoignage d'un rêve un peu fou : celui d'un temps où l'humanité aurait pu explorer le système solaire aussi facilement qu'on traverse un océan. En pétant des bombes nucléaires.

1. ⁽¹¹⁾ ↑ C'est ce que les ingénieurs appellent la tyrannie de l'équation de Tsiolkovski. 90 % du poids d'une fusée, c'est son carburant.
2. ⁽¹²⁾ ↑ Pas ceux de 1960 hein, vraiment ceux de 2020-2030 !

On raconte que les forgerons scandinaves incorporaient des os humains et animaux dans leurs lames pour y transférer l'esprit des morts. Ce qui est fascinant, c'est que cette pratique rituelle aurait effectivement amélioré la qualité de leurs armes – mais pas tout à fait de la manière dont on le raconte habituellement sur Internet.

Commençons par rétablir un détail important : il ne s'agissait pas des os d'ennemis vaincus, mais plutôt de ceux d'ancêtres et d'animaux. Des fouilles archéologiques ont révélé la présence de fragments d'os calcinés dans de nombreuses forges à travers la Scandinavie. L'archéologue norvégien Terje Gansum, dans un article de 2004 intitulé Role the Bones – from Iron to Steel, a proposé que ces os provenaient parfois de tumulus funéraires voisins : les forgerons auraient délibérément récupéré les restes de leurs aïeux pour les intégrer au métal.

Pourquoi ? Pour comprendre, il faut savoir que le fer dont disposaient les Scandinaves de l'âge du fer était du fer des marais (bog iron en anglais) : un minerai mou et impur, formé par des bactéries dans les tourbières. Pas terrible pour fabriquer une épée digne de ce nom. Contrairement à leurs voisins du sud qui avaient accès à des minerais de meilleure qualité, les forgerons nordiques devaient trouver des astuces pour durcir leur métal.

C'est là qu'intervient la magie – au sens propre. Dans la culture nordique, la forge était un lieu sacré, et le forgeron tenait autant du prêtre que de l'artisan. En brûlant des os dans un environnement pauvre en oxygène, on obtient du charbon d'os, un peu comme on fait du charbon de bois à partir de troncs. Or, les os contiennent du carbone. Et le carbone, c'est précisément ce qui transforme le fer en acier. Des expériences modernes ont montré que le carbone issu du charbon d'os pouvait pénétrer le fer jusqu'à 3 millimètres de profondeur – suffisamment pour renforcer significativement une lame.

Voilà donc l'histoire telle qu'elle circule, et elle est séduisante : des forgerons qui, croyant invoquer la puissance spirituelle de leurs ancêtres, faisaient en réalité de la chimie sans le savoir. Arthur C. Clarke aurait aimé : toute technologie suffisamment avancée est indiscernable de la magie.

Mais – car il y a un mais – tout n'est pas aussi simple. En 2023, le journal d'archéologie expérimentale EXARC a publié une critique importante de cette théorie. D'abord, le charbon d'os industriel moderne ne contient que 8 à 11 % de carbone, soit bien moins que le charbon de bois classique. Si l'objectif était simplement d'ajouter du carbone au fer, le bois aurait été plus efficace. Ensuite, les fragments osseux retrouvés dans les forges n'ont que rarement été identifiés par espèce, et encore moins comme étant d'origine humaine. Certains chercheurs suggèrent même que c'est le phosphore contenu dans les os, et non le carbone, qui aurait pu modifier les propriétés du métal.

L'histoire vraie est donc probablement plus nuancée que la légende : oui, des os étaient utilisés dans les forges scandinaves ; oui, cela avait une dimension rituelle forte ; et oui, cela modifiait les propriétés du métal. Mais l'idée d'une « fabrication d'acier accidentelle par magie ancestrale » est sans doute un peu romancée. Ce qui ne l'empêche pas d'être une sacrée bonne histoire.