Posté : jeu. 7 juin 2007 08:14
par Pedro
Le Père Noël à l'épreuve de la Science
Vous croyez que l'existence du Père Noël, n'a pas à ètre discutée? Que c'est un conte auquel les enfants croient, ou ne croient pas ?
Détrompez vous, l'existence du Père Noël est un problèmeSCIENTIFIQUE!
Si!
Non seulement la croyance au père Noël donne matière à étude sociologique, non seulement l'histoire de cette croyance, de St Nicolas au père Noël, via Santa Claus, donne matière à analyse historique, mais le travail auquel il se livre la nuit de Noël, donne prise à l'investigation scientifique.
La distribution des jouets par le Père Noël est un processus parfaitement décrit:
La nuit du 24 au 25 décembre, L'entité que nous nommons Père Noël, remplit un gros sac de jouet, l'installe sur son traineau, y attelle huit rennes, qui se nomment Dasher, Dancer, Donner, Vixen, Comet, Cupid, Prancer et Blitzen. Puis il attelle en tête Rudolf, un renne à la truffe rouge et luminescente, et prend la voie des airs pour distribuer ses jouets aux enfants. Il arrète son traineau au dessus de chaque maison, ou au moins un enfant attend ses cadeaux, descend par la cheminée, remplit les chaussettes ou les souliers, distribue les cadeaux restants sous le sapin, éventuellement mange les gâteries laissées pour lui par les enfants, remonte par la cheminée, puis embarque dans son traîneau pour aller jusqu'à la maison suivante.
A condition de fournir les valeurs numériques appropriées, la réalité d'un tel processus est testable dans le cadre des lois physiques connues.
En conséquence, l'existence du Père Noël est falsifiable, et est donc un problème scientifique selon le philosophe Karl Popper, dont le critère permet désormais de décider ce qui est scientifique, et ce qui ne l'est pas (et l'extinction du Popperisme n'est pas pour demain)
Une première tentative d'approche scientifique a été faite en 1972, par Carl Sagan, en se basant sur le seul territoire américain, et en tenant compte de l'indépassabilité de la vitesse de la lumière par le traineau du père Noël . ( 1 ).
En 1988, le jeune Vernon P. Templeman, confirma brillamment l'impossibilité de la mission du père Noël ( 2).
Le voyage du père Noël prit alors le nom de TSP (Travelling Santa Problem)
D'autres coups furent encore portés au TSP,en 1990 par Richard Waller ( 3 ). Il remarquait qu'on ne connaissait pas de rennes volants, qu'il faudrait que le père Noël emporte plus de 300 000 tonnes de jouets, et qu'à 3000 fois la vitesse du son, la résistance de l'air ferait disparaitre l'attelage en flammes. Sa conclusion: Le père Noël est mort
Cette version du TSP, continue d'ètre reproduite chaque année, dans les journaux, revues, sites Web ou blogs. ( 4 )
Nous allons ici passer en revue tous les paramètres du modèle et les tester à l'aune des lois physiques connues
Les rennes
Que les rennes portent un nom ne posent aucun problème, puisque les humains ont l'habitude de donner des noms à leurs animaux familiers.
Que le renne de tête ait la truffe luminescente ne permet pas de réfuter son existence puisque divers animaux sont luminescent, à commencer par les lucioles. Certes, ce sont des insectes, mais on a obtenu des fluorescences chez des mammifères par manipulation génétique. On en conclut simplement que le renne Rudolf est un mutant
Plus génant est le fait que les rennes sont volants. On connait bien des mammifères volants, mais ils ont des ailes et sont de petite taille, ce qui n'est pas le cas des rennes. Invoquer une mutation ne servirait à rien: dans le règne animal, pas d'ailes, pas de vol
Le vol des rennes du Père Noël transgresse donc les lois de la zoologie. Nous allons voir plus loin qu'il transgresse aussi les lois de la physique
Le sac de jouet
Il y a deux milliards d'enfants (d'âge inférieur à 18 ans) dans le monde.
Mais puisque le Père Noël ne semble pas s'occuper des enfants Musulmans, Hindous, Juifs et Bouddhistes, la charge de travail se voit réduite à 15% de ce total, soit 300 millions selon le US Population Référence Bureau. En supposant une moyenne ( recensement ) de 3,5 enfants par foyer, cela fait 85 millions de foyers.
Si l'on suppose que tout les enfants recoivent des jouets, qui font en moyenne quatre décimètres-cube et pésent un kilo, le Père Noël doit emporter 1 200 000 mètres-cube de jouets pour un poids de 300 000 tonnes. Il lui faut vraiment un très grand sac.
Le volume de jouets correspond alors à une sphère de 132 mètres de diamètre, ce qui implique qu'au centre du sac, les jouets forment une pile de 132 m, et avec les volumes et poids supposés, la pression sur les paquets du dessous atteint 3.2 bars. Les paquets fragiles sont donc écrasés.
D'autre part, on imagine très mal le père Noël prendre à chaque arrèt ce sac de 300 000 tonnes sur son dos, encore moins descendre avec dans un conduit de cheminée. On doit donc supposer que le sac reste sur le traineau. Le père Noêl -ou les lutins qui sont censé l'aider- doit simplement avoir un plan de chargement très précis, pour trouver toujours les jouets au dessus du sac, sans avoir à jouer les spéléologues sous plusieurs dizaines de mètres de jouets
Si nous suppossons que le père Noël empile les jouets de sorte qu'il puisse toujours les atteindre, et compte tenu de la largeur du traineau, les 1 200 000 mètres-cube de jouets nécessitent un traineau de 600 kilomètres de long! Cette fois, ce sont les virages qui sont difficiles à négocier
L'attelage
En admettant que le traineau du Père Noël soit bien tiré par des rennes, et qu'un renne ne peut pas tracter plus de 150 kilogrammes, le nombre de rennes est à revoir. Il faut pas moins de 2 millions de rennes pour tracter le traineau et ses 300 000 tonnes de jouets, ce qui nous fait un attelage d'environ 2 000 kilomètres de long!
Pas facile à garer! Et puis, ça ne doit pas passer inaperçu. A moins d'admettre que non seulement les rennes sont volants, mais en plus, invisibles
De plus, le traineau doit être volant lui aussi, sans quoi, il ne suivrait pas derrière l'attelage, mais pendouillerait lamentablement dessous. Alors? Lévitation? Antigravitation? Le traineau du père Noël garde son secret, les rennes aussi, d'ailleurs
Autre problème, pour se faire entendre de Rudolf, le renne de tête qui est à 2 000 kilomètres de lui, et qui, du fait de la courbure de la Terre, est sous l'horizon, le Père Noël doit avoir une fameuse voix!
Ce n'est pas tout. La vitesse du son étant ce qu'elle est, quand le Père Noël crie (non, hurle) "En route!" à Rudolf, celui ci ne l'entend ( s'il l'entend ) que 1 heure 40 minutes après, ce qui impose au traineau un stationnement de la même durée. De même quand il s'égosille à hurler "Halte", l'attelage a eu le temps de faire du chemin, surtout aux vitesses que le traineau doit atteindre pour que le Père Noël puisse faire toute sa distribution. Malheureusement, à 1 heure 40 minute par cheminée, le Père Noël ne pourrait en visiter que 19. Donc le Père Noël ne communique pas par voie sonore avec ses rennes. En admettant qu'il communique avec Rudolf par radio, il faut encore 6.67 millisecondes pour que Rudolf entende l'ordre "En route", et autant pour qu'il entende "Halte", or nous allons voir que c'est encore trop
Le temps de travail
On pourrait croire que le Père Noël dispose de 12 heures pour effectuer sa tournée. En fait, comme il fait sa distribution dans tous les fuseaux horaires, on s'accorde à calculer qu'il a 31 heures pour effectuer son travail, en supposant qu'il voyage d'est en ouest (ce qui semble logique). Ce n'est pas de trop quand on pense qu'il à 85 millions de cheminées à visiter, soit 762 par seconde! Cela lui fait donc 1.3 milliseconde pour se garer, sauter du traîneau, prendre les jouets, descendre dans la cheminée, remplir les chaussettes, distribuer les cadeaux restants sous le sapin, éventuellement manger les gâteries laissées pour lui par les enfants, remonter par la cheminée, sauter dans son traineau et foncer jusqu'à la maison suivante.
chute
Le temps de descente pose un problème à lui tout seul: avec une cheminée bien large d'une hauteur de 5 mètres, et s'il se laisse simplement tomber, le Père Noël, pour respecter la loi de la chüte des corps, doit gaspiller 1 seconde entière, alors qu'il ne dispose que de 1.3 milliseconde.
Si on lui accorde 300 micro secondes pour disposer les jouets, il lui resterait au plus 500 microsecondes pour descendre et autant pour remonter. Il devrait donc s'élancer pendant 2.5 m et 250 µs, puis se freiner, ce qui lui ferait encaisser une accélération de 16 millions de g, auquel aucun organisme humain ne résisterait. Encore ne lui resterait il plus une microseconde pour rejoindre la cheminée voisine. Force est de constater que le Père Noël n'est pas humain
La cheminée
Ca fait longtemps qu'on ne fait plus de cheminées capable de laisser passer le gros ventre du Père Noël. Aujourd'hui, il lui faudrait une sacrée cure d'amaigrissement pour réussir à passer par des conduits de 15 cm de diamètre, et tout ça pour aboutir à une chaudière de chauffage central! Pire, il a maintenant des immeuble qui n'ont plus de cheminée du tout.
En pratique, les seules cheminées qui pourraient laisser passer l'embonpoint du père Noël sont les cheminées des centrales thermiques, à ce détail près qu'elles font jusqu'à 100 mètres de haut!
Cependant, même avec une cheminée bien large, le Père Noël doit ètre un sacré atllète pour la franchir d'un seul bond, dans les deux sens, d'autant que son embonpoint augmente à chaque visite
En effet, si l'on suppose que dans chaque foyer, le Père Noël passe quelques microsecondes à grignoter 10 g de friandises, à l'issue de sa tournée, son embonpoint aurait augmenté de 850 tonnes!
La longueur du parcours
Pour estimer la longueur du parcours, nous devons connaitre la répartition des cheminées. Faute de la connaitre exactement, il nous faut supposer une répartition uniforme sur une surface donnée. En tenant compte qu'aucune cheminée ne se trouve dans l'océan, et qu'il y a des pays et des continents que le Père Noël ne visite pas, nous pouvons estimer que la surface visitée est approximativement celle de l'europe, de l'amérique et de l'australie, soit environ 61 millions de km².
85 millions de cheminées répartis sur 61 millions de km² cela nous donne environ 1.4 cheminées au km², et une distance moyenne de 850 m par foyer à visiter, soit un parcours d'une longueur totale de 72 millions de km
On comprend que le lendemain, le Père Noël se sentent un peu fatigué
La vitesse
Les 72 millions de km devant ètre parcouru dans le temps réglementaire de 31 heures, impliquent une vitesse moyenne de 645 km/s, et encore ce calcul suppose que le Père Noël consacre tout son temps à ses déplacements à l'inverse de ce que nous supposions pour son déplacement dans les cheminées. Dans l'hypothèse, plus raisonnable, où il consacre la moitié de son temps, soit 650 µs par foyer, à ses déplacements, et l'autre à s'introduire dans les cheminées et distribuer les jouets, la vitesse moyenne de déplacement serait de 1290 km/s soit Mach 3910!. Or non seulement cette vitesse dépasse de loin la vitesse de libération, mais elle dépasse d'encore plus loin la vitesse ou les satellites se désintègrent en rentrant dans l'atmosphère. Encore n'avons nous pris en compte que la vitesse moyenne, et pas la vitesse maximum!
Conclusion: non seulement le passage de l'attelage produirait un monstrueux bang sonique, mais surtout le frottement atmosphérique réduirait le Père Noël, ses 2 millions de rennes et ses 300 000 tonnes de jouets en fumée, et quelle fumée!
Autant dire que l'arrivée du Père Noël ne passerait pas inaperçue
L'énergie nécessaire
Dans le calcul précédent nous n'avons tenu compte que de la vitesse moyenne. Or d'une maison à l'autre l'attelage démarre accélère, décélère et s'arrète. En supposant que, pour limiter les dégats, le Père Noël impose à son attelage une accélération constante sur la moitié du parours, suivi d'une décélération constante, nous trouvons que le traineau, accélère sur 425 m, en 325 µs, et décélère dans le même temps sur la même distance.
boum
Ceci nous permet de calculer que l'accélération est de 8 milliards de m/s², ou 800 millions de g! De plus cette accélération s'inverse brutalement à mi-parcours. On comprends que même si le Père Noël était capable de résister, les jouets devraient ètre écrabouillés
Quant à la vitesse maximum, elle atteint 2 615 km/s, soit Mach 7920. A une telle vitesse l'énergie cinétique des 300 000 tonnes de jouets est de l'ordre de 10^21 joules, et équivaut à l'énergie de 273 milliards de tonnes de TNT, soit 19 millions de bombes d'Hiroshima!
Oui, vous avez bien lu. Ceci nous fait environ 15 milliards de bombes d'Hiroshima à la seconde. Le père Noël est donc un danger public!
Quand aux malheureux rennes, qui tirent 150 kg chacun, ils doivent exercer une force de 1200 milliards de newtons pour accélérer le traineau, et la même force pour freiner. On se demande quelle potion magique le père Noël peut bien admistrer à ses rennes pour multiplier leur force par environ 500 millions. Enfoncé le druide Panoramix! Enfoncé!
Ainsi l'attelage du père Noêl, qui, ne l'oublions pas fait 2000 km, doit donc accélérer à 800 millions de g, atteindre Mach 7920, décélérer à 800 millions de g, y dépenser une énergie de 2*10^21 joules, et tout ça pour faire 850 malheureux mètres
Heureusement que la masse du traineau diminue en cours de distribution, (quoique la masse propre du Père Noël augmente de 850 tonnes, pour cause de friandises) mais même ainsi l'énergie totale à dépenser est de 85 millions de fois l'énergie à dépenser à mi-parcours, soit 1.74*10^29 joules, soit 8.7*10^22 joules par renne
Or, pour respecter l'équation e=mc², la dépense d'énergie de chaque renne doit s'accompagner d'une perte de masse, qui est de 11 grammes à chaque maison visitée. Il y a donc deux solutions:
- Soit les rennes disparaissent en route, au bout de quelques milliers de maison visitées, et le père Noël se retrouve comme un con, en pleine nuit et en pleine nature, avec son sac de 300 000 tonnes de jouets
- Soit chaque renne, est, au départ, suffisamment lourd pour supporter un amaigrissement de 960 tonnes. Mais alors au départ, le poids total de l'attelage est de 300 000 tonnes de jouets augmenté de 1 933 millions de tonnes de rennes. Mais alors nos calculs précédents sont faux, l'attelage est plus de 6 400 fois plus lourd que prévu. Mais alors il faudra 6 400 fois plus d'énergie aux rennes pour mouvoir le traineau. Mais alors il faudra qu'il soient 6400 fois plus lourds...
Dans cette seconde hypothèse le calcul diverge. La mission est comme dans le premier cas, impossible à réaliser
La légalité
Nous venons de voir que dans sa distribution de jouets, le père Noël viole nombre de lois physiques connues, et peut être même inconnues. Ses rennes volant sans ailes violent les lois de la zoologie. Son équipage viole les règles de circulation aérienne, et si le père Noël n'a jamais été "descendu", c'est qu'il va plus vite que les avions de chasse et même que leurs missiles.
Hé bien, cela ne lui suffit pas, car il viole aussi les lois civiles
En effet s'introduire nuitamment dans une maison, ne fut ce que pendant quelques microsecondes, constitue une violation de domicile caractérisée. Or ceci est un délit dans pratiquement tous les pays visités et expose le père Noël à affronter les foudres de toutes les justices du monde occidental, a ètre recherché par toutes les polices du même monde, voire à recevoir du plomb de gros calibre de certains citoyens du middle west, particulièrement chatouilleux sur la notion de propriété. Heureusement pour lui, il va plus vite que les balles. D'ailleurs,le temps qu'un brave gendarme, opérant en uniforme et conformément aux ordres de ses chefs, prononce la formule sacramentelle: "Au nom de la loi, je vous arrète", le père Noël est déja 1500 maisons plus loin
Néanmoins, si le père Noël existait, il devrait, en toute logique, figurer dans les fichiers d'Interpol
L'hypothèse du réapprovisonnement
Plutôt que d'admettre que le Père Noël effectue sa distribution en une seule fois, on peut tenter l'hypothèse que, dès que son sac est vide, il se réapprovisionne en jouets à sa base du pole Nord. On supprime alors le problème du poids du traineau et donc, du nombre de rennes
Mais en admettant que le sac de jouets suffise pour 20 enfants, le malheureux Père Noël doit alors effectuer pas moins de 15 millions de réapprovisionnements. La distance à sa base variant beaucoup de la Norvège à l'Australie, comptons environ 15000 km, aller et retour. Cela lui fait donc une distance de 225 milliards de km à parcourir en 31 heures, donc à une vitesse minimum de plus de 2 millions de km/s, soit plus que la vitesse de la lumière.
L'hypothèse du réapprovisonnement est donc réfutée elle aussi
L'hypothèse des sosies
Avec la méthode des sosies, on supprime la plupart des problèmes précédents. Non seulement le sac ne fait plus 300 000 tonnes, mais les sosies du Père Noël ont tout leur temps pour sa garer à coté de la cheminée, descendre du traineau, sortir le sac de jouets, s'introduire dans la cheminée, descendre par le conduit, remplir les chaussettes et les souliers, distribuer les cadeaux restant sous le sapin, manger les gateries laissées par les enfants, remonter par la cheminée, remonter dans leur traineau, répéter plusieurs fois l'opération avec les cheminées suivantes jusqu"à ce que le sac soit vide, puis rentrer au dépot central à vitesse subsonique.
En admettant toujours que le sac de jouets suffise pour 20 enfants, il nous faut quand même une armée de 15 millions de sosies du Père Noël, montés sur autant de traineaux, tirées par 135 millions de rennes
collision
Ca doit poser quelques problèmes de circulation aérienne, surtout quand on pense qu'aucun de ces 15 millions d'attelage n'a déposé de plan de vol, et ne respecte probablement pas les règles de circulation aérienne, d'ou augmentation drastique du risque de collision, cette nuit là
Ca pose aussi des questions sur la sécurité aérienne, quand on pense que cette nuit là, 15 millions d'attelages de 9 rennes se promènent librement dans les airs, sans qu'aucun radar, aucun satellite, aucun observatoire n'en ait jamais détecté un seul
A la sortie du dépot central. la file de 15 millions de traineaux fait environ 300 000 km de long, et dispose de 31 heures pour sortir. Le portier doit donc laisser passer 134 traineaux à la seconde... au grand galop, puisque les attelages doivent sortir à la vitesse minimum de 2.68 km/s, c'est à dire à Mach 8. On retrouve le problème de vitesse maximum des rennes volants et de la résistance de l'air
Quant au pauvre portier, il faudrait qu'il encaisse 15 millions de bang soniques cette nuit là
Le grand soir, dans l'attente de l'heure H, il y a des problèmes de stationnement: pour garer les 15 millions d'attelage, il faut un parking de 600 km²... qui de plus, doit ètre indétectable par les humains
Entre temps, il y a des problèmes de nourriture pour nourrir ces 135 millions de rennes, surtout si on ajoute que la base du père Noël est supposée ètre au pole Nord
Quand au problème des rennes volants, il n'en devient que plus aigu, puiqu'au lieu de 9 rennes volants, il faut en supposer 135 millions, alors qu'on n'en a jamais observé un seul
L'hypothèse des enfants sages
Un dernier espoir nous est apporté par la restriction de la distribution de jouets aux seuls enfants sages. Cette hypothèse fut émise dès 1989 par Matthew Davies et Martin Slaughter.
Effectivement la probabilité de trouver un enfant vraiment sage, étant du même ordre que celle de trouver un cochon à cinq pattes dans une synagogue, le nombre de jouets à distribuer s'en trouve drastiquement réduit. Avec des critères suffisamment draconiens, on peut espèrer que le père Noël n'ait plus à distribuer de jouets qu'à une vingtaine d'enfants, ce qui lui permet de faire un seul voyage avec un sac qu'il puisse prendre sur son dos.
Oui, mais...
Cette vingtaine d'enfants est supposée ètre répartie dans les deux hémisphères, alors que la base du père Noël est au pole nord, ce qui impose au père Noël, une tournée d'une longueur qui ne peut être moindre que celle de la circonférence terrestre. Or cette longueur doit être parcourue en 31 heures, ce qui implique une vitesse supérieure à 1290 km/h, donc supérieure à celle du son. Or le voyage du père Noël s'effectue dans la plus grande discrétion, donc sans bang sonique. Et même si le traineau du père Noël utilisait la MHD, ses rennes ne pourrait éviter de produire une onde de choc. Pour le zoologue le plus tolérant, des rennes volants, c'est déja dur à admettre, mais des rennes à MHD, non!
Le dernier espoir vient de s'envoler, l'hypothèse des enfants sages ne tient pas la route non plus...
Adieu
Conclusion
C'est bien triste à constater, mais dans quelque perspective qu'on l'étudie, l'existence du père Noël ne supporte pas l'investigation scientifique. Nos parents nous ont menti quand nous étions petits, les médias aussi: le Père Noël n'existe pas...
Adieu Papa Noël...
1) Carl Sagan,"UFO's: The Extraterrestrial and Other Hypotheses," in UFO's: A Scientific Debate, ed. Carl Sagan and Thornton Page (New York: Cornell University Press, 1972), p. 266.
2) Vernon P. Templeman, "Please may I have a bike for Christmas, Daddy", (J. Appl. Window Shopping, December 1988, vol 7, p 1-122).
3) Richard Waller,"Is There A Santa Claus?", Spy magazine, January 1990.
je vais suivre ce topic avec attention... 
) m'avait parler d'un gars qui avait sa thèse sur: Pourquoi la tartine beurrée tombe toujours du côté beurré?