Gyroscope    



Exemple de gyroscope avec trois degrés de liberté de rotation autour de trois axes. Le rotor (plateau central en rotation) gardera son axe de rotation fixe quelles que soient les orientations des cercles extérieurs.
Un gyroscope (du grec « qui observe la rotation ») est un appareil qui exploite le principe de la conservation du moment angulaire en physique (ou encore stabilité gyroscopique ou effet gyroscopique). Cette loi fondamentale de la mécanique veut qu'en l'absence de couple appliqué à un solide en rotation, celui-ci conserve son axe de rotation invariable. Lorsqu'un couple est appliqué à l'appareil, il provoque une précession ou une nutation du solide en rotation. Dans les capteurs : un gyroscope est un capteur de position angulaire et un gyromètre un capteur de vitesse angulaire. Le gyroscope donne la position angulaire (selon un, deux ou les trois axes) de son référentiel par rapport à un référentiel inertiel (ou galiléen).

Sommaire  [masquer]
        1 Effet gyroscopique
        2 Le gyroscope de Foucault
        3 Généralités
        4 Lois physiques
        5 Utilisations
        6 Notes et références
        7 Voir aussi
        7.1 Articles connexes
        7.2 Liens externes

Effet gyroscopique
L'essentiel du dispositif est une roue (ou tout objet correctement équilibré) tournant sur un axe qui, une fois lancée tend à résister aux changements de son orientation.
Une façon simple d'expérimenter cet effet consiste à tenir à bout de bras une roue de vélo par les écrous du moyeu et de la faire faire tourner rapidement par une autre personne. Lorsque l'on tente de pencher sur le côté la roue en rotation, on ressent une résistance. C'est la conservation du moment de rotation qui tend à s'opposer à ce mouvement.
Le gyroscope de Foucault
Le gyroscope fut inventé et nommé en 1852 par Léon Foucault pour une expérimentation impliquant la rotation de la Terre. La rotation avait déjà été mise en évidence par le Pendule de Foucault. Cependant Foucault ne comprenait toujours pas pourquoi la rotation du pendule s'effectuait plus lentement que la rotation de la Terre (d'un facteur :
Un autre instrument était donc nécessaire pour mettre en évidence la rotation de la Terre de façon simple. Foucault présenta ainsi en 1852 un appareil capable de conserver une rotation suffisamment rapide (150 à 200 rotations par seconde) pendant un laps de temps suffisamment long (une dizaine de minutes) pour que des mesures observables puissent être effectuées. Cette prouesse mécanique (pour l'époque) illustre le talent en mécanique de Foucault et de son collaborateur, Froment1,2.
Foucault se rendit aussi compte que son appareil pouvait servir à indiquer le nord. En effet, en bloquant certaines pièces, le gyroscope s'aligne sur le méridien. Le compas gyroscopique était né. On trouvera également ce dispositif pour le guidage inertiel des missiles et, par exemple, le pilotage vers la Lune lors du programme Apollo3. On en trouve également dans les satellites artificiels pour le contrôle de l'attitude.
Généralités
Le fonctionnement du gyroscope repose sur la conservation du moment angulaire (ou moment cinétique).
Les gyroscopes peuvent être utilisés pour construire des compas gyroscopiques qui complémentent ou remplacent les compas magnétiques (boussoles)- dans les navires, aéronefs et véhicules en général - ainsi que pour aider à la stabilité des motocyclettes, du télescope spatial Hubble et comme un dépôt pour le moment angulaire pour les roues inertielles. Contrairement à une idée répandue, le phénomène de précession est négligeable dans le cas de l'équilibre d'une bicyclette4.
Les effets gyroscopiques sont aussi la base de jouets comme les yo-yos, Powerballs et les toupies.
Le nombre de gyroscopes utilisés dans le monde explose dorénavant car ils équipent un nombre croissant de smartphones. Ils servent à repérer précisément la position et l'orientation de l'appareil dans l'espace.
Lois physiques


Exemple de mouvement de précession de l'axe d'un gyroscope.
L'équation fondamentale décrivant le comportement du gyroscope est :


où les vecteurs et sont respectivement le moment (ou couple) sur le gyroscope et son moment cinétique, le scalaire I est son moment d'inertie, le vecteur  est sa vitesse angulaire, et le vecteur  est son accélération angulaire.
Il découle de cela qu'un moment  appliqué perpendiculairement à l'axe de rotation, et donc perpendiculaire à , provoque un déplacement perpendiculaire à la fois à  et . Ce mouvement est appelé précession. La vitesse angulaire de la précession ΩP est donnée par

Le phénomène de précession peut être observé en plaçant un gyroscope tournant autour de son axe vertical et soutenu par le sol ou un point fixé au sol à une extrémité. Au lieu de tomber comme on peut s'y attendre, le gyroscope apparaît comme défiant la gravité en restant sur son axe vertical, même si un bout de l'axe n'est pas soutenu. L'extrémité libre de l'axe décrit lentement un cercle dans un plan horizontal. Les équations précédentes décrivent cet effet. Le moment du gyroscope est fourni par un couple de forces : la gravité pousse vers le bas le centre de la masse du dispositif, et une force égale la pousse vers le haut pour soutenir le côté libre. Le déplacement résultant de ce moment n'est pas vers le bas, comme l'intuition nous le fait supposer, mais perpendiculaire à la fois au mouvement gravitationnel (le bas) et l'axe de rotation (vers l'extérieur du point d'appui), c'est-à-dire dans une direction horizontale vers l'avant, faisant faire à l'appareil une rotation lente autour du point de support.
Comme démontre la deuxième équation, sous un moment constant dû à la gravité, la vitesse de précession du gyroscope est inversement proportionnelle à son moment cinétique. Cela signifie que, comme la friction fait ralentir le mouvement tournant du gyroscope, le taux de précession augmente. Cela continue jusqu'à ce que le dispositif ne puisse plus tourner suffisamment rapidement pour soutenir son propre poids, alors il arrête la précession et tombe hors de son support.
Utilisations
    •    Centrale à inertie, compas
    •    En aviation, l'horizon artificiel, le conservateur de cap, le coordonnateur ou indicateur de virage
    •    Boomerang, diabolo, powerball, toupie, yo-yo
    •    Stabilisateur de caméra lors d'une capture perturbée par le mouvement des vagues, le tangage d'un avion, etc.
    •    Les motocyclettes doivent une grande partie de leur stabilité à l'effet gyroscopique.
    •    Le gyropode (exemple Segway5), véhicule électrique monoplace utilise des gyroscopes pour assurer sa stabilisation de façon autonome.
    •    Les hélicoptères radiocommandés en possèdent un pour gérer le rotor anticouple, il peut même intégrer une fonction Head Lock qui lui fait garder son cap quelles que soient les conditions.
    •    L'iPhone 4, la PlayStation Vita, la Nintendo 3DS et l'iPod touch ainsi que le PlayStation Move et le Wii MotionPlus ont été les premiers appareils électroniques grand public à posséder un gyroscope à 3 axes. Cet équipement tend à se généraliser sur les smartphones.
    •    La Station spatiale internationale possède 4 gyroscopes qui permettent de contrôler son attitude lors de sa trajectoire orbitale autour de la Terre.
    •    Dans le domaine du forage pétrolier, pour déterminer la trajectoire d'un puits foré.

DOCUMENT      wikipédia    LIEN

RÉSEAUX D'AUTOMATES: TRENTE ANS DE RECHERCHE

Ma complicité avec ce sujet date de longtemps, pas tout à fait assez pour dire que j’y étais depuis le début, mais quand même.... Ainsi, je vais vous raconter comment on a obtenu, aux alentours de l'année 1979, les premiers résultats mathématiques sur la dynamique de ce qui s’appelle aujourd'hui les réseaux de neurones artificiels et qui font aujourd’hui partie du cursus classique de toute école d’ingénieurs. Puis, le succès de ces résultats m’a amené, à partir d’une étrange lettre que j’ai reçue au début de vacances à Grenoble, à me passionner pour les fourmis. Je suis quand même arrivé à tirer de certains modèles formels de ces séduisants insectes quelques résultats de complexité .... Et, s’il s'agit des fourmis, pourquoi pas les tas de sable? Beaucoup d’individus interagissant de façon simple, mais, avec des résultats globaux étonnants ? Et voilà que, à partir d'une suggestion que m’a faite le mathématicien L. Lovasz à un congrès à Sao Paulo vers la fin des années 1980 et les conversations que j’ai eues à Santiago et à Paris avec le cher feu Schutz (Marco Schützenberger), je me suis attaqué a ce sujet avec un tel succès que je peux dire sans trop me tromper que c’est moi qui ai inoculé cette maladie ou ce virus à un grand nombre de collègues français. Pour finir, si j’ai le temps, je voudrais vous faire rigoler un peu. Etant donné que je vous ai déjà parlé des fourmis je me permettrai de vous raconter mon histoire personnelle de cigale : je vous dirai pourquoi il y a des espèces qui ne chantent que tout les 17 ans et ... si jamais j’ai encore un petit brin de temps, je vous raconterai également comment des informaticiens et un physicien peuvent interpréter les phénomènes de ségrégation. Toute autre chose que je n’ai pas dite ici pourra être évoquée dans la conférence ou bien elle était inscrite dans la marge de ce cahier.

COLLOQUIUM JACQUES MORGENSTERN
Le but du colloquium est d’offrir une vision d’ensemble des recherches les plus actives et les plus prometteuses dans le domaine des Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication (STIC). Nouveaux thèmes scientifiques, nouveaux domaines d’application, enjeux sociaux et philosophiques. Les exposés couvrent une problématique suffisamment large pour intéresser tous les chercheurs, ingénieurs et étudiants concernés par l’avenir des STIC. Les orateurs, français ou étrangers, sont des personnalités de premier plan, informaticiens, mathématiciens ou spécialistes de domaines où l'informatique est appelée à jouer un rôle majeur. Le colloquium porte le nom de Jacques Morgenstern, professeur de mathématiques à l’université de Nice Sophia Antipolis, spécialiste de la théorie de la complexité algébrique et l’un des pionniers du calcul formel. Il a dirigé jusqu’à son décès tragique en 1994 une équipe commune à l’université de Nice, l’INRIA et le CNRS.

VIDEO       CANAL  U         LIEN

( si la vidéo n'est pas visible,inscrivez le titre dans le moteur de recherche de CANAL U )

LA PÂLE LUMIÈRE DE LA MATIÈRE NOIRE

Conférence donnée à l'IAP le 4 mars 2008, par Gianfranco Bertone, astrophysicien à l'IAP.

CONFÉRENCE       CANAL  U        LIEN

ENERGIE NOIRE ET MATIÈRE NOIRE

Conférence donnée à l'IAP le 5 avril 2011, par Nathalie Palanque-Delabrouille, astrophysicienne au CEA (Saclay). Energie noire, matière noire : l'univers invisible
        la lumière dans l'univers
        le mystère de la matière noire
        la face cachée de l'univers : l'énergie noire
        et si la réponse était ailleurs ?

CONFÉRENCE        CANAL  U        LIEN

Jean-Michel Prima - 1/07/2014
Le génome de la framboise sur Raspberry Pi

Des scientifiques viennent de parvenir à assembler les 400 millions de paires de bases du génome de la framboise sur un simple Raspberry Pi, un mini-ordinateur disposant seulement de 512 Mo de Ram. Objectif de cette performance : démontrer le très peu de mémoire vive nécessaire à la nouvelle génération de logiciels mis au point par Genscale, une équipe de bio-informatique au centre Inria Rennes - Bretagne Atlantique. Cette nouvelle technologie est mise à disposition des biologistes dans GATB, une boîte à outils entièrement dédiée à l'assemblage génomique.
Le séquençage génomique devient une opération de routine. Cela grâce à ce qu'on appelle les NGS, les séquenceurs de nouvelle génération. Relativement peu coûteux, ces appareils produisent des volumes de données jusqu'alors inconnus. La molécule d'ADN est exprimée en millions de suites de caractères où se succèdent les lettres A C G T. Problème : impossible d'exploiter directement ces données à la sortie des machines. Ce sont de petits fragments de textes qu'il faut ensuite comparer puis assembler pour recomposer la séquence. Ce travail de puzzle s'effectue à l'aide de logiciels spécialisés. Ce sont les assembleurs génomiques. Mais ces outils présentent encore un défaut : il leur faut un cluster pour pouvoir fonctionner. Du coup, face à une production de données désormais massive, la phase d'assemblage constitue le goulet d'étranglement dans la chaîne de production des biologistes.
“Le fond du problème c'est l'empreinte mémoire, ” résume Dominique Lavenier, responsable de GenScale, une équipe de recherche qui s'est donnée pour objectif d'améliorer les algorithmes utilisés par ce type de logiciels. Au terme d'un long travail portant sur l'optimisation du code, les scientifiques publient une suite d'applications capables de travailler avec très peu de Ram. “Environ 20 à 50 fois moins que les logiciels existants.” Le bond dans les performances est tel qu'il pourrait bien changer la donne pour les biologistes. “Ils vont pouvoir assembler sur des ordinateurs de bureau et non plus seulement sur des clusters. ”
Frugalité en Ram
Afin de démontrer la frugalité en Ram de leurs nouveaux algorithmes, les chercheurs sont allés jusqu'à tenter de faire fonctionner l'une des applications sur un Raspberry Pi, un ordinateur rudimentaire à peine plus gros qu'une carte de crédit et ne disposant que de 512 Mo de mémoire vive. “Guillaume Collet est le post doctorant qui a eu cette idée et s'est chargé de l'implémentation du logiciel sur un aussi petit ordinateur. ” La première vraie expérience a été menée sur C. Elegans . Le génome de ce ver de vase microscopique comporte 100 millions de paires de base. Il a été assemblé en 19 heures. “Cela n'a pas fonctionné du premier coup. Nous avons dû optimiser l'algorithmique encore davantage. Et ainsi, cela a fini par passer. ” Clin d'oeil au Raspberry, les scientifiques ont ensuite entrepris d'assembler le génome de la framboise. Soit 400 millions de paires de base. Environ un dixième du génome humain. Professeur à l'université Brigham Young, dans l'Utah, Joshua Udall s'est chargé de fournir les données issues du séquençage. L'assemblage a nécessité ensuite une bonne semaine. Mais l'opération a marché, ouvrant ainsi la porte à du fonctionnement en routine sur de simples ordinateurs de bureau.
Deux étudiants de thèse ont joué un rôle clé dans ces travaux. “Rayan Chikhi et Guillaume Rizk ont amené les idées fondatrices. Trois chercheurs en informatique de l'université Paris-Est Marne-la-Vallée ont aussi apporté une contribution très intéressante pour l'optimisation du code. Au bout d'un moment, il est devenu clair qu'il y avait dans ces résultats de recherche la base pour un vrai logiciel susceptible de rendre des services à la communauté scientifique. ”
Composer de nouvelles applications
L'ANR décide alors de soutenir cette idée avec un financement de 180 000 € pour transformer le prototype de recherche en un outil complètement opérationnel. Le but est aussi d'encourager un éventuel transfert de technologie vers l'industrie. Cette aide a permis le recrutement d'un ingénieur qui a d'ailleurs complètement repensé l'organisation du logiciel. “Erwan Drezen a restructuré en construisant des librairies qui deviennent les bases de nos applications. Avec du recul, c'est très pertinent. À l'aide de ces librairies, il suffit désormais de quelques jours de travail pour concevoir de nouveaux outils. ”
 
Ces librairies feront partie de la boîte à outils. Ce qui permettra donc aux programmeurs de composer eux-mêmes rapidement leurs propres applications d'assemblage haut-débit fonctionnant sur faible empreinte mémoire. “Et nous les encourageons d'ailleurs à le faire, indique Dominique Lavenier. En effet, l'assemblage d'une bactérie ou d'un mammifère requiert des approches différentes. Donc des outils différents. C'est pourquoi dans notre vision des choses, l'assemblage génomique devrait s'effectuer avec une multitude d'assembleurs spécialisés en fonction d'une cible précise. ”

DOCUMENT             inria.fr               LIEN