Mais avant d'y arriver, et puisque c'est pertinent pour mon propos, permettez-moi de vous rappeler où et comment j'ai récemment vu réapparaître cette histoire.
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Tout commence dans le numéro de novembre dernier de la revue Physics World . Richard P. Crease y signait un très intéressant article sur ce qu'il appele les «légendes de la physique». Il s'agit en quelque sorte de «légendes urbaines» de la science, et donc d'histoires spectaculaires mais de source difficilement assignable et à la vérité incertaine.
Ces histoires sont pourtant inlassablement contées, notamment à des fins hagiographiques (elles font l'éloge du génie d'une personne) ou didactiques (elles aident à faire comprendre un point de théorie particulier).
Des exemples? En voici.
Galilée laissant tomber des boulets à la Tour de Pise afin de réfuter la théorie aristotélicienne du mouvement des corps; ou encore, Newton apercevant une pomme tombant d'un arbre dans la pommeraie familiale et en déduisant la gravitation universelle; et aussi : la condamnation du zéro et des chiffres arabes par l'Église Catholique; ou le fait que le physicien Donald Arthur Glaser aurait inventé la Chambre à bulles en 1953 (pour laquelle il a reçu le Prix Nobel de physique en 1960) en débouchant une cannette de bière un soir dans un bar.
À chaque fois, bien entendu, il s'agit de dire si l'histoire est vraie, fausse ou partiellement vraie. Prenez celle concernant Glaser: bien que très amusante, elle est fausse et comme il vit toujours, on peut le savoir simplement en l'appelant pour le lui demander — ce qu'a justement fait Crease.
On peut comprendre que ces histoires, partiellement vraies ou même fausses, continuent d'être contées: après tout, ce sont souvent de bonnes histoires (c'est peut-être ce qui explique que persiste la légende autour de l'effet Coriolis) ou qui peuvent même aider à fixer un concept dans l'esprit.
Cette histoire sur l'effet coriolis? La voici. On assure ici qu'en vertu de cet effet , l'eau — typiquement, on dira: dans un bain, un évier ou une cuve de toilette — s'écoule dans des directions opposées dans l'hémisphère nord et dans l'hémisphère sud. Cette histoire a été contée un nombre incalculable de fois, par un nombre incalculable de gens — y compris par des personnes en qui on aurait tendance à avoir une grande confiance, comme I. Asimov . Un épisode des Simpsons (Bart vs. Australia) la prend même pour thème. Qu'en est-il?
Crease le rappelle avec raison: dans les éviers, les bains etc. l'effet est si faible que d'autres facteurs l'annulent.
J'aurais cru qu'on en resterait là. Mais son texte lui a valu un abondant courrier, qu'il évoque dans le numéro de Février de Physics World. Une des choses qui est alors rapportée par des lecteurs ou lectrices est d'avoir assisté à une démonstration de l'effet Coriolis dans des cuvettes. La scène se passe évidemment à l'équateur — ici , en l'occurrence, à Quito, au Pérou, au Monument Équatorial (La Mitad del Mundo).
Un bassin est placé à une certaine distance au nord de la ligne de l'équateur et l'eau qu'on évacue d'un bassin tourne dans une direction; puis, lorsqu'on place le bassin au sud de cette même ligne, l'eau s'écoule ... dans la direction opposée! Mieux: si on dépose le bassin sur la ligne, l'eau s'écoule directement, sans tourbillonner. Tout cela est pas mal spectaculaire, il faut le dire. Un autre lecteur, ayant assisté au même phénomène, raconte pour sa part avoir noté, grâce à son GPS (Système Mondial de Localisation) que l'équateur se trouvait en fait à une centaine de mètres de l'endroit où on l'avait fixé pour les besoins de la démonstration!
L'effet Coriolis ne peut produire ces effets; mais quelque chose se produit cependant. Quoi donc, demande Crease. Qu'est-ce qui se passe à Quito? Je n'ai pas vu de mes propres yeux comment on s'y prend à Quito, mais grâce à Philip Plait qui y consacre un chapitre de son excellent livre Bad Astronomy , je sais comment on s'y est pris à Nanyuki, au Kenya. (Plait tient d'ailleurs un blogue sur l'astronomie ici.)
La personne qui propose cette attraction aux touristes à Nanyuki prend un contenant carré de quelque 30 cms de côté et l'emplit d'eau. Elle y dépose des allumettes afin de rendre plus visible l'effet qu'elle va produire. Elle se dirige ensuite d'un coté de la ligne et, se retournant vers son auditoire, elle retire un bouchon, ce qui permet à l'eau de s'échapper. Au nord de l'équateur, on constate que l'eau s'écoule dans le sens des aiguilles d'une montre; on passe ensuite au sud, on répète l'expérience, et l'eau s'écoule dans la direction opposée.
La démonstration apparaît plausible à bien des gens parce que l’effet coriolis est bien réel. On s’y était intéressé notamment parce qu’on avait noté depuis longtemps le phénomène intriguant qu’un boulet de canon tiré dans un axe nord-sud tendait à dévier — vers l’ouest, s’il est tiré vers le sud, vers l’est s’il est tiré vers le nord. Permettez-moi de reprendre ici l’explication qu’en donne Plait — et comme je nesuis pas physicien, on me corrigera si je dis des bêtises.
Si je me tiens debout à l’Équateur, la rotation de la Terre m’amène vers l’Est et, un jour plus tard, j’aurai parcouru un grand cercle dans l’espace, de rayon égal à celui de la Terre. À l’Équateur, cela signifie qu’on a fait un joli petit voyage de 40 000 kms.
Par ailleurs, si je me trouve exactement au Pôle Nord (géographique), au bout de 24 heures, cette fois, j’aurai simplement effectué une rotation autour du point où je me trouve — sans avoir bougé.
Partez à présent de l’Équateur pour aller vers le Nord. À l’Équateur, vous allez vers l’Est à environ 1, 670 kms/h (40 000 kms/ 24h). Puis, progressivement, tout au long de votre périple, cette vitesse décroît, jusqu’au Pôle Nord.
Imaginons maintenant que vous arrêtez votre voyage à une latitude de 27 degrés Nord (à cet endroit, vous allez vers l’Est à environ 1 500 kms/h). Un ami resté à l’Équateur lance une balle plein Nord vers vous. En allant vers le Nord, sa vitesse vers l’Est relativement au sol augmente. Relativement à vous, la balle se déplace à quelque : 1 670 km/h – 1 500 km/h = 170 km/h vers l’Est. Cette balle lancée vers vous va donc vous manquer, et par une grande distance.
Bien des éléments entrent ensuite dans le calcul et les choses se compliquent pas mal, mais arrêtons ici.
Au total, si on tire un boulet vers le Nord, l’artificier devra tirer un peu vers l’Ouest pour compenser; si on tire vers le Sud, c’est l’inverse. L’effet a été analysé dès le XIXème siècle — en 1835, plus précisément, par Gustave-Gaspard Coriolis, qui lui a donné son nom ( Mémoire sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps, Journal de l'école Polytechnique, Vol 15, pp. 142-154). Dans les circonstances où il a le temps et les distances pour se manifester, cet effet coriolis peut avoir des effets dramatiques — et il permet de comprendre des phénomènes comme les cyclones, les anti-cyclones, les ouragans etc.
Mais voilà : il ne produit ces effets mesurables que sur de grandes distances et de longues périodes de temps, et un évier ou un bain sont trop petits et se vident trop rapidement pour être visiblement affectés par lui. Quant aux cuves de toilettes, elles sont justement fabriquées pour que l’eau y soit injectée de manière à tourner en un sens donné, toujours le même — que ce soit à Montréal ou à Sydney.
Reste donc à expliquer le mystère de l’attraction à touristes. Au Kenya, du moins, le phénomène a été filmé et on peut voir comment on s’y prend. Rappelons ce qu’on a dit plus haut. La ligne de l’Équateur est tracée au sol. La personne qui fait la démonstration — appelons la Paul — remplit d’eau son bassin et y dépose des allumettes. Elle marche ensuite avec le bassin vers le Nord et se tourne rapidement à droite et fait face au public … Nous y voilà. C’est ce mouvement qui explique que l’eau, libérée, va s’écouler comme elle va s’écouler. Quand Paul va vers le Sud, il se tourne rapidement, mais cette fois vers la gauche.
Plait rappelle pour finir, ce qui ne manque pas de saveur, que l’effet coriolis devrait … faire tourner l’eau dans le sens contraire des aiguilles d’une montre au Nord et dans le sens des aiguilles d’une montre au Sud : bref, justement le contraire de ce que Paul démontre!
