Florence Braunstein • Jean-François Pépin

La Culture générale pour les Nuls Vite et bien

« Pour les Nuls » est une marque déposée de John Wiley & Sons, Inc.

« For Dummies » est une marque déposée de John Wiley & Sons, Inc.

© Éditions First, un département d’'Édi8, 2017. Publié en accord avec John Wiley & Sons, Inc.

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ISBN : 978-2-412-03108-7

ISBN numérique : 9782412034736

Dépôt légal : octobre 2017

Rédaction : Émeline Guibert

Recherche iconographique : Émeline Guibert

Correction : Anne-Lise Martin

Maquette : Emilie Guillemin

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LES AUTEURS

Florence Braunstein, docteur ès lettres, et Jean-François Pépin, professeur agrégé d’histoire, enseignent en classes préparatoires aux grandes écoles. Dans la même collection, ils sont également les auteurs de La Culture générale pour les Nuls et des Grandes civilisations pour les Nuls (First, 2008).

Le big bang

L’expression big bang (de l’anglais big, grand, et de l’onomatopée « bang ») a été utilisée la première fois par Fred Hoyle, chroniqueur de la BBC, dans un exposé de 1950, intitulé « The Nature of Things ».

Elle désigne une explosion provoquée par un échauffement de l’Univers, avec une température de plusieurs milliards de degrés, qui s’est produite il y a 16 milliards d’années. Selon cette théorie, il est possible de retracer l’histoire de l’Univers à partir de la constatation de l’éloignement mutuel des galaxies. En utilisant la théorie de la relativité générale d’Einstein, on parvient à l’idée que plus l’Univers était jeune, plus il était à la fois chaud et dense. Les modifications ultérieures de température et de pression permettent alors de définir les âges, ou phases d’expansion, de l’Univers.

La théorie du big bang permet également de dater l’apparition d’un temps, en fonction de ses phases. En effet, le big bang lui-même se produit à 10⁻⁴³ seconde, puis est suivi de plusieurs étapes : à 10⁻³⁵ s apparaît la matière ; à 10⁻³³ s la température s’abaisse ; à 10⁻⁴ s l’annihilation prend le pas sur la création de particules. Puis le temps s’accélère, à + 3 minutes, un quart des protons et des neutrons se combinent en noyaux d’hélium ; à + 2 milliards d’années, les galaxies se forment.

Même si elle domine dans la communauté scientifique moderne, la théorie du big bang se heurte toujours à une limite restée à ce jour non franchie, celle du temps. Notre connaissance s’arrête en effet à un moment très précis, à savoir 10⁻⁴³ seconde après le big bang, au tout début du refroidissement, au moment où les quatre forces fondamentales (gravitationnelle, électromagnétique, nucléaire faible, nucléaire forte) s’individualisent.

L’Univers

Né il y a 16 ou 17 milliards d’années, l’Univers infini est une création récente. Pendant longtemps, il a été perçu comme une voûte ou un espace plan, avec la Terre au centre. Or, nous savons aujourd’hui qu’il est formé de matière, depuis les plus petits éléments jusqu’au gigantisme des galaxies.

La conception de l’Univers, avant la mise au point de la méthode scientifique, au XVIIe siècle, relève d’une vision théologique : des dieux, puis un Dieu, mettent en place planètes et étoiles, puis donnent naissance aux hommes, après avoir prévu sur Terre tout ce qui est nécessaire à leur survie.

Le XXe siècle procure les moyens de vérifier, de manière expérimentale, la structure et la naissance, puis le développement de l’Univers. Les scientifiques peuvent alors proposer différents modèles.

Jusqu’à une époque assez récente, quatre théories s’affrontaient :

L’Univers en expansion : né d’une explosion gigantesque il y a 16 milliards d’années, le fameux big bang, il est en expansion continue et ne connaît aucune limite.

L’Univers en pulsations : il est en expansion continue aussi, mais jusqu’au point où il va se contracter pour reprendre son espace d’origine, et exploser de nouveau. C’est ce que l’on appelle le big crunch.

L’Univers multiple : il existerait une infinité d’univers, chacun étant en phase de big bang ou d’expansion selon les moments.

L’Univers stationnaire : en dépit de possibles modifications, l’Univers serait celui que nous connaissons, infini et éternel.

La théorie de l’Univers stationnaire, soutenue notamment par le physicien Albert Einstein, a prévalu jusque dans les années 1960. Mais aujourd’hui, la majorité des scientifiques s’est ralliée au modèle du big bang.

Un chanoine belge, Georges-Henri Lemaître (1894-1966), astrophysicien et mathématicien, a été le premier à élaborer un modèle de l’Univers en expansion.

La galaxie

Une galaxie est un ensemble d’étoiles et de gaz, né du refroidissement de l’Univers, selon la théorie du big bang.

Notre galaxie, appelée la Voie lactée, est une gigantesque concentration d’étoiles en forme de spirale. On y retrouve l’ensemble de notre système solaire en gravitation : le Soleil, les planètes (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, Pluton), les satellites de ces planètes, ainsi que des astéroïdes et des comètes.

Les caractéristiques de la Voie lactée

Âge : 12 milliards d’années

Temps de rotation : 200 millions d’années

Diamètre : 100000 années-lumière

Masse totale : 100 milliards de fois celle du Soleil

Nombre total d’étoiles : 100 milliards environ (dont notre Soleil)

Longueur : 34000 parsecs. Elle est si vaste que la lumière met 100000 ans à la parcourir d’une extrémité à l’autre.

Objet de nombreuses études et de nombreux fantasmes, la galaxie nourrit les théories de la fin des temps :

1re hypothèse : l’Univers est ouvert. D’ici 1000 milliards d’années, les étoiles auront consommé tout le gaz et mourront à leur tour, comme les planètes. Dans un ultime jaillissement de lumière, les étoiles s’effondreront dans un trou noir hypergalactique dans 10²⁷ ans. L’extinction de la dernière étoile annoncera le temps de la nuit et du froid. Dans 10¹⁰⁰ ans, les trous noirs à leur tour s’évaporeront en énergie, répandue dans le vide, qui demeurera seul, en l’absence de toute matière.

2e hypothèse : l’Univers est fermé. Dans 50 milliards d’années, l’expansion se ralentira, avant de s’inverser. L’Univers se contractera, les galaxies se rapprocheront. Un dégagement de chaleur à son point extrême provoquera une fusion de la masse entière de l’Univers et son effondrement, c’est le big crunch.

Quant à savoir quelle hypothèse est la bonne, seul l’avenir le dira !

Héliocentrisme & géocentrisme

La théorie héliocentrique, ou héliocentrisme, est une théorie physique qui place le Soleil au centre de l’Univers.

Dans la cosmologie des premiers philosophes grecs (vers 600 av. J.-C.), la Terre est plate. Plus tard, les philosophes Platon et Aristote placent la Terre sphérique au centre de l’Univers, c’est ce qu’on appelle la théorie géocentrique.

Au cours de la Renaissance, émerge l’idée que notre planète ne serait pas au centre de l’Univers : c’est la naissance de la théorie héliocentrique de Copernic, défendue par Galilée.

Nicolas Copernic (1473-1543), même s’il ne l’invente pas à proprement parler, propose en effet un modèle d’héliocentrisme qui inclut la Terre et toutes les planètes connues à l’époque. Il est pour cela condamné par l’Église, mais entraînera tout de même l’abandon progressif du géocentrisme. Galilée (1564-1642) se charge plus tard de justifier la thèse de Copernic grâce à ses observations astronomiques et aux premiers principes mécaniques. Cela coûtera à ce brillant scientifique les foudres de l’Église et un procès en hérésie.

Au début du XVIIe siècle, l’Allemand Johannes Kepler confirme la thèse de Copernic, en précisant les trajectoires elliptiques des planètes : c’est ce qu’on appelle les lois de Kepler, qui seront démontrées par Isaac Newton et sa théorie de la gravitation en 1687.

Siècle après siècle, les choses se précisent : le Soleil n’est que le centre du système solaire au sein de notre galaxie (la Voie lactée), parmi d’autres galaxies. Les dimensions de l’Univers ne cessent ainsi de s’élargir, ce qui renforce l’idée de l’existence du big bang.

Le système géocentrique selon Ptolémée.

Les mots de l’astronomie

Amas : groupe d’étoiles physiquement liées par la gravitation.

Année-lumière : distance parcourue par la lumière en une année, soit environ 9,46 mille milliards de kilomètres.

Superamas : groupe d’amas.

Galaxie : ensemble d’étoiles.

Trou noir : corps céleste qui se forme après la mort d’une grande étoile, très dense. Sa densité est si grande que sa vitesse de libération est supérieure à celle de la lumière. Pris dans son attraction, rien ne peut s’en échapper.

Étoile : formation qui naît de la contraction d’une nébuleuse de gaz et de sa poussière interstellaire.

Astéroïde : corps céleste (astre) du système solaire, qui n’émet pas de lumière et tourne autour du Soleil.

Comète : astre possédant un noyau composé d’un mélange de glaces et de roches, entouré d’une nébulosité, comme un amas de nuages.

Neutrino : comme le neutron, particule électriquement neutre, mais beaucoup plus petite. Elle est émise par les réactions nucléaires du Soleil.

Les étoiles filantes sont d’infimes poussières qui pénètrent dans l’atmosphère terrestre à grande vitesse, et qui se désintègrent par frottement. En se consumant, elles dessinent dans le ciel des séries de stries lumineuses. Ce sont des traînées lumineuses qui apparaissent brusquement au milieu des étoiles. Elles paraissent s’écouler sur la voûte céleste, puis disparaissent, parfois presque aussi vite qu’elles sont apparues. Leur couleur et l’intensité de leur éclat sont très variables. Elles apparaissent à des altitudes de 120 km et disparaissent vers 90 km. Leur vitesse de déplacement est de l’ordre de 70 km/s. Ce phénomène survient en permanence, même s’il est plus facile à observer par une belle nuit d’été. D’après la tradition, lors de leur passage, il faut prononcer un vœu qui ne manquera pas d’être exaucé dans l’année !

La comète Halley.

Les constellations

Les constellations sont des groupes d’étoiles brillantes voisines que l’on peut observer depuis la Terre. Leur liste a été dressée par l’Union astronomique internationale (UAI) et publiée en 1930. Elle comprend 88 constellations et définit chacune d’entre elles comme l’une des 88 régions divisant le ciel. La division s’est effectuée à partir de lignes droites ascendantes imaginaires, tenant compte de la déclinaison : c’est l’ascension droite (AD), équivalent dans le ciel de la longitude pour la Terre. Elle est mesurée en heures, minutes et secondes.

Conventionnellement, une constellation est désignée par son nom latin. Représentées par des figures constituées d’une succession de points reliés entre eux, elles se répartissent entre l’hémisphère Nord et l’hémisphère Sud. Trois d’entre elles étant invisibles dans un hémisphère donné, on en compte 85.

En fonction de leur position sur la sphère céleste, les constellations sont dites boréales, australes ou zodiacales :

Les constellations boréales (hémisphère Nord) : au nombre de 39, elles comprennent notamment la Grande Ourse, la Lyre, le Cygne, Cassiopée, Pégase et Andromède.

Les constellations australes (hémisphère Sud) : au nombre de 46, elles comptent parmi elles Orion, la Carène, la Croix du Sud, la Baleine.

Les constellations zodiacales : au nombre de 12, ce sont le Bélier, le Taureau, les Gémeaux, le Cancer, le Lion, la Vierge, la Balance, le Scorpion, le Sagittaire, le Capricorne, le Verseau et les Poissons.

Représentation de la constellation de la Grande Ourse (Ursa Major), tirée d’Uranographia de Johannes Hevelius, 1690.

Les étoiles

Une étoile est une boule de gaz, surtout de l’hydrogène, porté à incandescence, qui évolue au fil de réactions de fusion nucléaire, et dégage de la chaleur et de la lumière. Elles naissent à partir de la contraction de nuages de matière interstellaire de très grande étendue, mais de faible densité. La seule force de la gravitation suffit à réunir ce nuage en une boule de matière. Plus cette masse se contracte, plus sa température s’élève.

On distingue plusieurs types d’étoiles :

La géante rouge est une étoile qui, ayant épuisé en son cœur tout l’hydrogène disponible, brûle son oxygène. Quand la combustion de l’oxygène est achevée, elle a atteint sa plus grande taille.

La naine blanche est une ancienne géante rouge, une étoile en fin de vie qui a consumé toutes ses réserves de combustible nucléaire, mais n’atteint pas la taille d’une nova (étoile invisible, puis très brillante, puis de moins en moins) et s’effondre sur elle-même, sous l’effet de la gravitation, au fur et à mesure qu’elle perd son énergie.

La naine brune est un corps céleste resté à un stade intermédiaire, entre nuage gazeux et étoile. Son rayonnement est nul.

La naine noire est une naine blanche morte, après avoir perdu toute son énergie. Elle n’émet donc plus aucun rayonnement.

La nébuleuse est un nuage (nebula en latin) de gaz et de poussières accumulées. S’il se contracte suffisamment, il peut engendrer une étoile.

La protoétoile est une étoile en cours de formation.

La nova est la phase d’explosion d’une étoile (elle est appelée supernova si elle est très massive), qui se traduit par un intense rayonnement lumineux.

De toutes les étoiles, la plus lumineuse serait Carinae, 6 millions de fois plus lumineuse que le Soleil, mais elle est située à 6 400 années-lumière, donc nous ne voyons pas son éclat. La plus éloignée serait dans la galaxie C 11358 62, située à 13 milliards d’années-lumière, identifiée en 2001 par une photographie du télescope spatial Hubble.

Le Soleil

Le Soleil est l’étoile de notre système solaire qui, apparu il y a 4,5 ou 5 milliards d’années, appartient à la Voie lactée. Il représente 99 % de toute la matière du système solaire.

Le Soleil est composé des éléments suivants :

Le noyau, au centre, où se déroulent les réactions thermonucléaires.

L’enveloppe, où se produit le transfert d’énergie vers la surface.

L’atmosphère, divisée en trois couches : la photosphère, couche la plus profonde qui émet la majeure partie du rayonnement ; la chromosphère, moins lumineuse et animée d’une intense activité de projections de matière de plusieurs milliers de kilomètres ; la couronne, que nous voyons à l’œil nu, autour du disque.

Son diamètre est équivalent à 109 fois la Terre.

L’énergie solaire naît au cœur du Soleil, à une température de 15 millions de degrés et une pression 340 milliards de fois supérieure à celle qui existe sur la Terre. L’énergie ainsi amassée se déplace ensuite vers la surface et est libérée sous forme de chaleur et de lumière. Cette opération prend environ un million d’années.

Phénomène visible qui fascine, une éclipse du Soleil désigne le moment où la Lune se trouve placée entre le Soleil et la Terre, événement qui ne survient que lors d’une nouvelle Lune. Une partie de la Terre se trouve de ce fait être dans l’ombre de la Lune.

Il existe en réalité trois sortes d’éclipses :

L’éclipse partielle : le soleil n’est qu’en partie recouvert par la Lune.

L’éclipse annulaire : la Lune recouvre le soleil, mais pas complètement, laissant un rond lumineux en forme d’anneau.

L’éclipse totale : la Lune recouvre totalement le Soleil.

Les vents

Espérés, redoutés, les vents rythment la vie des hommes depuis l’aube des temps. Chacun est désigné selon sa localisation et ses caractéristiques :

Les alizés sont des vents réguliers, du nord-est dans l’hémisphère Nord et du sud-est dans l’hémisphère Sud. Ils soufflent à environ 20 km/h.

L’anticyclone est une zone de pression élevée, les nuages sont renvoyés en hauteur, il fait beau.

Le cyclone est une dépression tropicale qui se déplace sur la mer vers l’ouest. Au centre se trouve l’œil, zone calme (environ 30 km de diamètre), où les vents soufflent faiblement (0 à 30 km/h). Autour, des vents tourbillonnants dévastateurs peuvent atteindre 400 km/h. Dans l’hémisphère Nord, les vents tournent dans le sens rétrograde, à l’inverse des aiguilles d’une montre ; dans l’hémisphère Sud, ils tournent dans le sens des aiguilles d’une montre.

Le hurricane est le nom du cyclone dans la zone américaine. Il devient, en français, l’ouragan.

La mousson est un courant atmosphérique. Pour la mousson d’hiver, le terme désigne le vent sec qui souffle du continent (plus froid) vers les mers (plus chaudes) d’octobre à avril. Lors de la mousson d’été, il désigne le vent chargé d’humidité qui souffle des mers et océans, vers le continent, de mars à septembre.