Christophe.colombier

Dans Star Wars, que voit Han Solo lorsque son Faucon Millenium plonge dans l'hyperespace en vitesse lumière ? © davnes007, YouTube, capture d'écran

Tous les fans de Star Wars se souviennent bien de la fameuse scène de l’épisode IV, Un nouvel espoir, (le premier opus de la saga par sa date de sortie) lorsque Han Solo décide de passer en « vitesse lumière » pour fuir les forces de l’Empire. Les étoiles fixes dans la Voie lactée vues à travers le cockpit du Faucon Millenium se mettent à défiler en traçant des segments de rayons lumineux. Des étudiants en physique du master de l'University of Leicester (Royaume-Uni) ont cherché à déterminer si les effets spéciaux du film de George Lucas respectaient bien les lois de la théorie d’Einstein, en se basant sur la théorie de la relativité restreinte.

La question de savoir ce qu’on verrait si l’on se déplaçait à la vitesse de la lumière ou presque est ancienne. C’est à partir d’elle qu’Albert Einstein, à l’âge de 16 ans, a commencé à s’engager dans l’aventure intellectuelle qui l’a mené à la découverte de la théorie de la relativité restreinte. Une vidéo a même été réalisée il y a quelques années montrant comment les étoiles apparaîtraient à un voyageur accélérant progressivement pour s’approcher de la vitesse de la lumière.

Deux versions de la fameuse scène de Star Wars montrant le passage en « vitesse lumière ». © davnes007, YouTube

L'optique relativiste dans Star Wars

Il n’y avait donc rien de radicalement nouveau dans les travaux publiés en 2013 dans le journal des étudiants du Department of Physics and Astronomy de l’University of Leicester. Seul l’est le lien avec la physique de Star Wars. En outre, cela montre qu’il n’y a pas besoin d’être docteur en physique théorique pour explorer quelques-unes des implications fascinantes de la physique moderne, dignes des rêves de la science-fiction.

Avant de prendre connaissance des résultats des apprentis Jedi-physiciens de Leicester, rappelons tout de même que lorsque Han Solo déclare qu’il va passer en « vitesse lumière », il doit nécessairement vouloir dire qu’il va se déplacer d’une façon ou d’une autre au moins des centaines de milliers de fois plus vite que la vitesse de la lumière. En effet, même en imaginant que le Faucon Millenium atteigne vraiment la vitesse de la lumière, il faudrait en moyenne quelques années pour voyager d’une étoile à une autre de la Voie lactée.

Certes, un voyage à une vitesse presque égale à celle de la lumière, en réalité inatteignable pour des particules de matière, pourrait ne durer que quelques minutes pour des Terriens voyageant jusqu'à l’exoplanète en orbite autour d’Alpha du Centaure du fait de la dilatation relativiste. Mais, pour des observateurs restés sur Terre, le retour aurait lieu 8 ans après le départ. La situation, en effet, est celle du fameux paradoxe des jumeaux de Langevin. Ce n’est clairement pas ce qui se passe dans Star Wars.

William Unruh est un physicien canadien. Il est célèbre pour ses travaux sur le rayonnement des trous noirs et la théorie des champs quantiques. © University of Toronto

Une autre vitesse de la lumière dans un monde parallèle ?

Ainsi, les images des films de George Lucas nous montreraient plutôt une technologie permettant de voyager dans un trou de ver, ou dans des dimensions spatiales supplémentaires ce qui, en pratique, permettrait de s’affranchir du paradoxe des jumeaux de Langevin tout en avalant en quelques heures des milliers d’années-lumière. Ou alors, il faudrait admettre que Star Wars se déroule dans l’un des nombreux univers parallèles envisagés par la physique moderne, avec une vitesse de la lumière au moins 100.000 fois supérieure à celle de notre univers observable.

Contrairement à ce qui est montré dans Star Wars, un vaisseau se déplaçant presque à la vitesse de la lumière ne permettrait pas à ses voyageurs de voir des étoiles à travers un cockpit. La seule manifestation visible serait cette vision d'une sorte de brouillard, correspondant au rayonnement fossile, rendu visible par l'effet Doppler-Fizeau relativiste. © University of Leicester

L'éblouissant rayonnement fossile

Dans notre univers, se déplacer à 0,9999995 fois la vitesse de la lumière, comme le proposent nos jeunes physiciens, aurait deux effets : tout d’abord, en raison de l’effet Doppler-Fizeau relativiste, un décalage spectral important vers le bleu pour toutes les étoiles, et pas de décalage vers le rouge ; en second lieu, les angles apparents des astres sur la sphère céleste subiraient des changements importants du fait du phénomène d’aberration relativiste, en fonction de la vitesse des observateurs.

Au final, la lumière visible des étoiles subissant un décalage spectral vers le bleu passerait dans le domaine des rayons X. En outre, l’ensemble des objets sur la sphère céleste occuperait alors une fraction de celle-ci, rassemblé dans un cône d’observation faiblement ouvert. En fait, la seule chose vue par les voyageurs serait une sorte de tache de lumière visible correspondant au rayonnement fossile, normalement dans le domaine des micro-ondes.

Nos apprentis Jedi n’en parlent pas mais un autre effet relativiste doit se produire si les voyageurs subissent (ce qui est improbable) de très fortes accélérations pour atteindre rapidement la vitesse de la lumière. Du fait du principe d’équivalence à la base de la relativité générale, l’accélération subie sera indiscernable de celle exercée par un trou noir pour qui s'approche de son horizon. Les voyageurs pourraient donc détecter l’analogue du rayonnement de Hawking avec un spectre de corps noir, un effet découvert en 1976 par William Unruh et indépendamment un peu plus tôt par Stephen Fulling et Paul Davies.

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Le laser est déjà utilisé dans le domaine médical mais refroidir un liquide grâce au laser est une première qui pourrait ouvrir la porte à de nombreuses applications. © National Cancer Institute, Wikimedia Commons, DP

Cette année 2015 est marquée par le centenaire de la découverte de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Dans deux ans, ce sera l'occasion de fêter la découverte des principes de l’effet laser, toujours par le génial physicien. Remarquablement, une équipe de chercheurs de l’université de Whashington vient d’utiliser un laser pour refroidir de plus de 21 °C un liquide tout en mesurant cette baisse de température à l’aide du mouvement brownien, lui aussi théorisé par Einstein, comme elle l’explique dans un article sur arXiv.

Refroidir un corps à l’aide d’un faisceau de lumière, qui plus est produit par effet laser nous semble contre-intuitif tellement nous associons lumière et chaleur. Et pourtant, dès 1929, après la constitution officielle de la théorie quantique en 1927 lors du fameux congrès Solvay, le physicien Peter Pringsheim avait prédit une telle possibilité. Elle a été réalisée une première fois avec un solide en 1995 par une équipe du célèbre laboratoire de Los Alamos, aux États-Unis.

Sur cette image, le liquide émettant une lumière verte est refroidi par effet laser en exploitant le phénomène de déplacement anti-Stokes. © Dennis Wise, University of Washington

Mais comment peut-on expliquer un tel phénomène ? Il faut savoir que lorsqu'un corps est soumis à un rayonnement centré sur une raie spectrale bien particulière, il arrive que les photons émis soient plus énergétiques que les photons incidents et donc aient une fréquence plus élevée. C’est le phénomène inverse en quelque sorte de celui qui est appelé le déplacement de Stokes et qui se produit lorsque la raie de nouveau émise par un système atomique ne correspond pas à celle absorbée avec une fréquence plus basse.

La lumière peut refroidir grâce au déplacement anti-Stokes

L’autre processus est appelé fort logiquement déplacement anti-Stokes ; il peut emporter l’énergie thermique initialement sous forme de phonons dans un solide cristallisé et donc refroidir ce dernier – rappelons que les phonons sont l’équivalent des photons mais pour les ondes élastiques dans un solide. De la chaleur s’y retrouve sous cette forme puisque l’agitation thermique fait osciller les atomes autour de leurs positions d’équilibre dans un cristal. Dans un réseau cristallin très pur comprenant des atomes d’ytterbium sous forme d’ions, ces derniers peuvent donner lieu à un phénomène de fluorescence anti-Stokes particulièrement important. Les chercheurs s’en sont rapidement servi pour atteindre des températures assez basses, par exemple 208 K (-65 °C).

Si les physiciens de l’université de Whashington ont tant voulu refroidir des liquides par effet laser, c'est avant tout à cause des nombreuses applications qui en découleraient. Dans le cas des solides, l’une des plus évidentes seraient de refroidir des semi-conducteurs, plus exactement des puces d’ordinateurs, afin de booster leurs performances. On sait en effet que l’élévation de température des composants électroniques à cause de l’augmentation de la fréquence des calculs limite cette même augmentation.

Albert Einstein s'est vu attribuer un prix Nobel pour ses travaux sur l'effet photoélectrique. Ils allaient le conduire à la découverte de l'effet laser en 1917. © InformiguelCarreño, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

Dans le cas des liquides, pouvoir refroidir des cellules, au moins localement, devrait permettre de mieux comprendre les processus biochimiques à l’œuvre, par exemple ceux qui permettent la division cellulaire. Qui sait quels bénéfices nous pourrions en tirer pour lutter contre des maladies comme le cancer ?

Nous n’en sommes par encore là. Tout ce que les chercheurs ont réussi à faire c’est synthétiser à plus bas prix un nanocristal à base d’ytterbium pouvant être refroidi dans un liquide en utilisant un laser dans le domaine de l’infrarouge (un tel laser émet un rayonnement qui est moins destructeur pour des cellules vivantes). Ils se sont servis de ce nanocristal pour refroidir également des solutions salines et d’autres utilisées comme milieu de culture en biologie cellulaire et pour la génétique.

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Le laser est présent dans de nombreux appareils de notre quotidien. Lecteurs de CD, imprimantes, systèmes de mesure etc., tous fonctionnent avec ce procédé. Mais au juste, comment fonctionne un laser ? Découvrez, avec la collection vidéo Tout est quantique, l'incroyable pouvoir des atomes sur la lumière...

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Les deux structures ressemblant à des pingos (PLF, pour Pingo Like Formation) découvertes en mer de Kara, entre la Russie et l'océan Arctique. Les deux contiennent du méthane mais en quantités très différentes. © Pavel Serov

Les « pingos » sont de curieuses formations circulaires ou elliptiques des régions arctiques sur les sols gelés en permanence, le pergélisol, ou permafrost. L’an dernier, un phénomène étrange avait été rapporté, dont l’un de ces pingos semblait être la cause : une profonde cavité, à l’orifice circulaire et aux bords très nets, découverte en Sibérie, dans la péninsule de Yamal (voir notre article sur ce « trou géant », sans oublier la discussion qui s’en est suivie sur le forum). Les géologues expliquent ces collines à la forme si régulière par des accumulations d’eau dans le sol qui, en gelant, augmentent de volume, repoussant la terre au-dessus d’elles. Le phénomène serait très lent. En revanche, des accumulations de méthane pourraient s’y produire et conduire à des suintements, ou même à des explosions, dues à la pression du gaz. C’est l’hypothèse avancée pour le mystérieux trou découvert en Sibérie.

Mais d’où vient le méthane ? Il peut être d’origine géologique, et ancienne, ou bien biologique (produit par des micro-organismes), et récente. Dans ce pergélisol, qui a commencé à geler au Pléistocène, il y a 1,8 million d’années, du méthane (CH₄) a en effet été figé dans des cages de molécules d’eau : les clathrates, ou hydrates de gaz. Le dégagement éventuel de ce méthane si le pergélisol fond davantage en été à cause du réchauffement climatique pose question car il est un puissant gaz à effet de serre. Ces émissions pourraient aussi venir des mers. Des émissions de bulles de méthane ont en effet déjà été observées au fond de l’océan Arctique. Quand le niveau des mers a grimpé il y a 19.000 ans, une partie de ces régions se sont retrouvées sous l’eau.

Descente dans un cratère nouvellement creusé dans le pergélisol en Sibérie. De telles formations semblent pouvoir dégager du méthane et existent peut-être sous la mer sur le plateau continental en Arctique. © RT, YouTube

Ces pingos sous-marins contiennent du méthane

C’est là, dans la mer de Kara, qui entoure la péninsule de Yamal, que des chercheurs norvégiens du CAGE (Center for Arctic Gas Hydrate, Environment and Climate), ont étudié deux formations sous-marines ressemblant à des pingos par environ 40 m de profondeur. Mais leur origine est-elle la même ? Sont-ils simplement des pingos terrestres submergés ? Leur travail, qui date du mois d’août, est décrit dans un communiqué du CAGE et dans un article du Journal of Geophysical Research.

Des études par ondes sismiques ont permis de réaliser des images, montrant une taille plus grande que les pingos terrestres. Des analyses géochimiques ont clairement montré des concentrations de méthane, mais elles sont très différentes sur les deux sites. Elle est faible dans l’un d’eux (14 à 55 ppm, parties par million) et l’origine est géologique (sans doute caractérisée par le rapport carbone 12 sur carbone 13). L’autre site est au contraire riche en méthane (plus de 120.000 ppm), qui est d’origine biologique. Pourtant, paradoxalement, la quantité de matière organique dans le sédiment y est faible. D’après les auteurs, les micro-organismes méthanogènes responsables de cette production seraient donc installés plus profondément.

Les coupes des deux structures sous-marines ressemblant à des pingos, découvertes en mer de Kara par environ 40 m de fond. © Pavel Serov

De la difficulté de naviguer sur des bulles

Mais alors quel rapport avec le triangle des Bermudes ? Dans une édition de novembre, le magazine Siberian Times, qui expliquait le travail de Pavel Serov, post-doctorant au CAGE, et ses collègues, a exhumé cette explication du soi-disant mystère des disparitions de bateaux et d’avions dans cette région de l’Atlantique, située dans la mer des Sargasses, entre les Bermudes, les Bahamas et Haïti. Des explosions sous-marines, dégageant de grandes quantités de méthane, enverraient vers la surface une montagne de bulles et un navire autour duquel surgirait cette mousse coulerait immédiatement, comme sur du champagne effervescent.

L’explication avait déjà été avancée dans le livre de Charles Berlitz, publié en 1974 dans un best-seller, Le triangle des Bermudes, et traitant de ces mystérieuses disparitions. Même si la meilleure analyse de la situation était celle des assureurs – il n’y a pas davantage d’accidents maritimes ou aériens dans cette zone qu’ailleurs –, le sujet avait beaucoup plu et l’histoire des bulles de méthane est physiquement possible. Le Siberian Times évoque le cas du Bavenit, un navire de forage (apparemment toujours en activité) qui, en 1995, a été touché par un de ces brutaux dégagements de méthane. En 2009, Futura-Sciences rapportait les affirmations de Anatoli Nesterov, de l'Académie des sciences russe, qui avançait la même implication des hydrates de carbone.

Mais il en faudrait une production énorme pour couler un bateau, d’autant que les fonds, dans cette région, se trouvent vers 4.000 m et que le gaz a toutes les chances de se dissoudre avant d’atteindre la surface. D’ailleurs, Pavel Serov et ses collègues se posent cette question pour les deux « simili-pingos » qu’ils ont étudiés et qui ne se trouvent qu’à 40 m. Dans le communiqué de l’université, ils évoquent le risque éventuel pour les engins de forage car il y a des gisements fossiles dans ces régions.

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Les capteurs de l'expérience Borexino. © INFN/Gran Sasso.

Les diamants sont éternels, assurait le titre d'un des films mettant en scène le personnage de James Bond. N'était-ce pas une affirmation audacieuse ? Et si l'inerte avait une durée de "vie" ? La question implique d'entrer un instant au cœur de la matière, c'est-à-dire au niveau des particules qui forment les atomes – qu'ils soient du diamant ou de la cacahuète. Dans certaines conditions, les protons peuvent se transformer en neutrons (et vice-versa), quand un des trois quarks qui les constituent change de "saveur". Mais, si l'on met de côté ces métamorphoses, le modèle standard de la physique des particules voit les éléments du noyau atomique comme stables. Il en va de même pour les électrons que l'on trouve autour du noyau. Toutes les conditions semblent donc réunies pour dire que, en l'absence de toute réaction nucléaire, les diamants ont de bonnes chances d'être éternels.

Néanmoins, comme le rappelle une étude internationale publiée le 3 décembre par les Physical Review Letters (PRL), certaines théories voulant aller au-delà du modèle standard font l'hypothèse que l'électron puisse se désintégrer. Ce qui n'est pas sans poser un problème de taille : l'électron étant la plus légère des particules dotées d'une charge électrique, son éventuelle désintégration – en un neutrino et un photon, deux particules non chargées – violerait le principe de conservation de la charge électrique, point fondamental du modèle standard. D'où l'envie, chez les physiciens, qui n'ont de cesse de mettre à l'épreuve ledit modèle, de tester cette hypothèse révolutionnaire avec les instruments les plus sensibles dont ils disposent.

Les auteurs de l'article des PRL ont un de ces instruments sous la main puisqu'ils travaillent sur l'expérience Borexino, un détecteur de neutrinos produits par le Soleil,  installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso, en Italie. Il s'agit d'une grosse sphère pleine de près de 300 tonnes d'un liquide particulier, un hydrocarbure extrêmement pur qui se met à scintiller lorsqu'un neutrino interagit avec lui. Cette sphère est entourée de plus de 2 200 photomultiplicateurs capables de repérer et mesurer cette étincelle. L'idée des chercheurs a consisté à "détourner" Borexino de sa mission première et à surveiller le liquide pendant une longue période pour voir si, par extraordinaire, un des très nombreux électrons présents dans le liquide allait spontanément se désintégrer. Si c'était le cas, le photon émis, doté d'une énergie bien spécifique, serait immédiatement détecté par l'armada de capteurs.

Pendant exactement 408 jours, de janvier 2012 à mai 2013, Borexino a donc enregistré tous les événements qui se produisaient dans la sphère autour de ce niveau d'énergie. La partie la plus délicate du travail a consisté à séparer le bon grain de l'ivraie, c'est-à-dire à ôter tous les signaux parasites singeant la désintégration d'un électron. Cela pouvait être, bien sûr, la marque d'un neutrino solaire – après tout, cet instrument avait été conçu pour cela... – ou le signe de la désintégration d'éléments radioactifs présents à l'état de traces dans le liquide. Une fois ce fastidieux travail de nettoyage effectué, les physiciens ont dû se rendre à l'évidence : l'ivraie retirée, il ne restait pas le moindre grain. Pas la moindre désintégration d'électron ne s'était produite.

Connaissant le nombre important d'électrons présents (presque 200 000 milliards de milliards de milliards...) ainsi que le temps d'observation, les chercheurs ont pu faire quelques statistiques et poser une "contrainte" sur la durée de vie minimale de ces particules. Selon leurs calculs, si jamais les électrons meurent, ce n'est pas avant d'avoir vécu au moins 66 milliards de milliards de milliards d'années. L'expérience fait reculer ce seuil d'un facteur 100 par rapport à la précédente estimation. Pour rappel, notre Univers, qui nous semble très vieux, n'affiche même pas 14 milliards d'années au compteur – un jeunot finalement... Et comme les expériences menées sur les protons ont donné des seuils minimaux de vie encore plus hauts que pour les électrons, on peut dire que la matière a de beaux jours devant elle.

Pierre Barthélémy (suivez-moi ici sur Twitter ou bien là sur Facebook)

Post-scriptum : puisqu'on parle de physique et qu'on est en pleine séquence Star Wars, je signale que le livre de Roland Lehoucq, Faire des sciences avec Star Wars, est en téléchargement gratuit ici.

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Une équipe de chercheurs canadiens envisage d’alimenter les moteurs de nos voitures à l’aide de poudres métalliques, fines comme de la farine. © JaulaDeArdilla, Flickr, CC by-NC-ND 2.0

Les combustibles fossiles ont vécu : voici un point sur lequel à peu près tout le monde semble s’accorder. Même si la majorité des véhicules roulent encore aujourd’hui au pétrole, chercheurs et ingénieurs travaillent à trouver un ou plusieurs remplaçants à ce combustible émetteur de gaz à effet de serre et dont les sources pourraient se tarir à plus ou moins court terme. L’idée soulevée par des chercheurs de l’université McGill (Canada) dans une étude publiée dans la revue Applied Energy, consiste à produire des poudres métalliques – celles-là même qui sont utilisées pour la fabrication des feux d’artifices, par exemple – à partir de sources d'énergie renouvelables et à utiliser ensuite ces poudres pour faire fonctionner des moteurs à combustion externe.

Lorsque l’on parle transition énergétique, il est beaucoup question d’électricité propre, produite à l’aide de panneaux solaires ou d’éoliennes. Sans doute des solutions d’avenir lorsqu’il s’agit de chauffer des bureaux ou une maison, même si les technologies demandent encore à être améliorées. Lorsque l’on aborde la question de la mobilité, les choses se compliquent encore. Bien sûr, on commence à voir sur les routes quelques voitures électriques mais leur autonomie laisse toujours à désirer. Les piles à combustibles et autres biocarburants pourraient également avoir leur rôle à jouer même si, là aussi, des innovations sont encore à attendre.

Dans ce contexte, Jeffrey Bergthorson, professeur à l’université McGill, estime que « l’utilisation de poudres métalliques comme carburant représente une solution des plus prometteuses ». Celles-ci servent d’ores et déjà d’agent propulseur à des fusées à combustibles solides. Son équipe vient en effet de démontrer, grâce à un brûleur conçu sur mesure, que les flammes issues de la combustion de fines particules métalliques – de la taille des grains de farine ou de sucre en poudre – peuvent être stabilisées et ressemblent à s’y méprendre à celles que l’on obtient en brûlant des hydrocarbures, les émissions de CO₂ en moins. Car en brûlant, les poudres métalliques réagissent avec l’air pour former des oxydes solides, non toxiques et, qui plus est, recyclables.

Quelques exemples de flammes stabilisées produites par la combustion de poudres métalliques (fer, aluminium, bore-aluminium et zirconium) au contact de l'air et la comparaison avec une flamme produite par la combustion de méthane. © Alternative Fuels Laboratory, université McGill

En revanche, pour utiliser des poudres métalliques comme carburants, il faudra passer des moteurs à combustion interne, qui équipent aujourd’hui nos voitures, à des moteurs à combustion externe, bâtis sur le principe de ceux qui faisaient avancer les locomotives à vapeur d’antan. « Les densités d’énergie et de puissance qu’afficheront les éventuels moteurs alimentés par des métaux devraient être semblables à celles des actuels moteurs alimentés par la combustion interne de combustibles fossiles. Par conséquent, cette technologie sera attrayante pour une société cherchant à réduire son empreinte carbone », assure Jeffrey Bergthorson.

Les chercheurs canadiens tiennent pour cela leur candidat idéal : le fer. En effet, les industries métallurgique, chimique et électronique utilisent déjà des millions de tonnes de poudre de fer chaque année et les technologies de recyclage du fer sont éprouvées. Ne reste plus qu’à rendre plus vertes les techniques traditionnelles de fabrication de ces poudres.

Après le succès des expériences menées en laboratoire, il faudra tout de même que l’équipe de McGill passe le test du prototype industriel d’un brûleur fixé à un moteur thermique. David Jarvis, responsable de la stratégie et des nouvelles technologies à l’Agence spatiale européenne, s’enthousiasme déjà : « Cette technologie nous intéresse au plus haut point puisqu’elle ouvre la porte à de nouveaux systèmes de propulsion dont nous pourrons tirer profit dans l’espace et sur Terre. La combustion de métaux peu coûteux, comme la poudre de fer, représente une solution de rechange avantageuse à l’essence et au diesel. Si nous sommes en mesure de produire, pour la première fois, un moteur alimenté au fer émettant une quantité presque nulle de dioxyde de carbone, nous estimons que cette découverte pourrait ouvrir la voie à d’autres innovations et permettre une réduction des coûts à court terme ».

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La composition des entrailles de la Terre reste assez méconnue et, sous la croûte terrestre, les zones intermédiaires avant le noyau conservent une bonne partie de leur mystère.

La mission SloMo se propose d'aller forer la croûte terrestre sur plusieurs kilomètres de profondeur dans les fonds de l'océan indien pour tenter pour la première fois au monde d'atteindre le Moho, une zone de transition entre l'écorce terrestre et la première couche du manteau, découverte dans les années 1900 par Andrija Mohorovicic.

Ce dernier avait constaté à ce niveau une accélération des ondes sismiques marquant un changement des propriétés des roches profondes. La mission SloMo va donc tenter de définir plus précisément les éléments de cette interface dont la composition fait l'objet de plusieurs hypothèses.

Le choix du site est lié au fait qu'à cet endroit l'écorce terrestre mesure moins de 10 kilomètres d'épaisseur quand elle en fait en moyenne autour de 40 kilomètres d'épaisseur sur les zones continentales. Le blog Passeur de Sciences détaille les différentes étapes de la mission et les espoirs apportés par les échantillons qui pourront être remontés.

De nombreuses disciplines scientifiques pourront ainsi trouver des réponses (et sans doute formuler encore plus de questions) sur le fonctionnement des différentes couches du manteau terrestre, dans le domaine de la géologie, bien sûr, mais aussi de la microbiologie en milieux extrêmes.

L’image, en fausses couleurs, montre le plasma chauffé à presque un million de kelvins obtenu le 10 décembre 2015 dans le stellarator Wendelstein 7-X. © Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP

Comme nous l'expliquions dans un précédent article, la construction, en Allemagne, du stellarator Wendelstein 7-X a été menée à terme en 2014. Il s’agit d’un concurrent sérieux aux tokamaks sur la voie menant, on l’espère, à la production industrielle d’énergie en utilisant la fusion contrôlée. En effet, du début des années 1950 jusqu’à la fin des années 1960, ce ne sont pas les tokamaks russes qui semblaient porteurs des meilleurs espoirs pour contrôler la fusion thermonucléaire, opérant au cœur des étoiles. Le grand astrophysicien états-unien Lyman Spitzer (1914-1997) avait montré qu’il devait être possible de corriger les problèmes de dérive des particules de plasma confinées magnétiquement dans un tore en utilisant plutôt une forme en bretzel. La machine proposée a reçu le non évocateur de stellarator.

En creusant la question, les ingénieurs et les physiciens ont en effet réalisé qu’il faut réaliser un bobinage avec des aimants à la forme précise mais tourmentée pour que le champ magnétique confine de façon vraiment stable le plasma au sein duquel se dérouleraient des réactions de fusion. Mais la réalisation de ces aimants s’est heurtée à des problèmes presque insurmontables avec la technologie du XX^e siècle. Bien que pas totalement abandonnées, les recherches sur les stellarators sont passées au second plan.

Le stellarator Wendelstein 7-X fera-t-il mieux qu’Iter, et plus tôt ? Espérons-le ! © Euronews, YouTube

Les stellarators se piloteraient plus facilement que les tokamaks

Pourtant, les stellarators permettraient en théorie de gérer bien plus efficacement le problème des « disruptions », des instabilités spontanées qui peuvent se produire dans certains régimes de fonctionnement du plasma magnétiquement confiné. De façon imagée, on pourrait se le représenter comme les analogues de la brusque apparition des éruptions solaires à la surface de notre étoile. Ces disruptions pourraient endommager la paroi d’un tokamak. Il existe cependant des moyens de lutter contre leur apparition en pilotant correctement le fonctionnement d’un tokamak comme celui d'Iter. Ce risque semble absent par construction dans le cas des stellarators.

Aujourd'hui, il semble possible que les stellarators soient finalement la meilleure solution pour atteindre le Graal de l’énergie propre et abondante dont notre civilisation a besoin pour éviter de s’effondrer si l'on en croit Jean-Marc Jancovici. Cette possibilité technique sera jaugée dans les années à venir car les membres de l’institut Max-Planck de physique des plasmas (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP) près de Greifswald ont obtenu leur premier plasma avec le stellarator Wendelstein 7-X (W7-X).

Un time-lapse montrant la réalisation du stellarator Wendelstein 7-X. © YouTube, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Le stellarator aura nécéssité un million d’heures de travail

W7-X est le fruit de presque 20 années de recherche et sa construction a nécessité plus d’un million d’heures. La machine a coûté environ un milliard d’euros et la mise au point des 50 aimants supraconducteurs pesant 425 tonnes au total s’est révélée très délicate. Il aura fallu attendre ce 10 décembre 2015 pour la mettre en fonctionnement alors que son démarrage était prévu dans le courant de l’année 2006. L’utilisation des supercalculateurs a été cruciale pour le succès des opérations.

Selon l’un des chercheurs impliqués dans le fonctionnement de W7-X, Hans-Stephan Bosch : « Tout s’est passé comme prévu. Nous sommes très satisfaits ». Environ un milligramme d’hélium, le gaz le plus adapté aux premiers tests de production et de confinement du plasma, a bien été ionisé en formant un plasma chaud à une température d’un million de degrés pendant un centième de seconde.

À terme, le plasma produit devra rester stable durant 30 minutes. Dès l’année prochaine, l'hélium sera remplacé par de l’hydrogène, un préalable avant de tenter d’allumer de vraies réactions de fusion. Mais avant cela, il faut déjà étudier comme se déroule le chauffage du plasma d’hélium avec des micro-ondes, car il faut passer d’un million de degrés à plus de 100 millions de degrés pour que les réactions de fusion soient efficaces.

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Double Fine, le studio de Tim Schafer, a déjà ressuscité Grim Fandango, célèbre point & click qui a marqué la fin du genre chez LucasArts. Révélé pour la première fois l'année dernière, Day of the Tentacle Remastered se présente comme le prochain titre qui passera entre les mains du studio de développement pour améliorer son rendu visuel.

Pour ceux et celles qui n'ont jamais essayé ce titre depuis sa sortie en 1993, sachez qu'il s'agit d'un des meilleurs titre de son genre, mettant en avant un humour décapant et un gameplay de qualité bien que certaines énigmes se révèlent vraiment tirées par les cheveux.

Double Fine a fraîchement publié un premier trailer de la remasterisation de la suite de Maniac Mansion, mettant en avant quelques extraits de la version initiale, avant de mettre l'accent sur les graphismes lissés. Comme il avait été le cas avec Grim Fandango Remastered, il sera possible de passer de la version de 1993 à la version de 2006 avec une simple touche. Les commentaires des développeurs pourront aussi être écoutés en cours de partie.

Day of the Tentacle Remastered sera commercialisé en mars 2016 sur PC, Mac, PS4 et PS Vita.

Un groupe de chercheurs du CNRS et du CEA vient de présenter son prototype de batterie sodium-ion créée au format industriel 18650. Il s'agit là d'un cylindre de 1,8 cm de diamètre pour 6,5 cm de hauteur, un format déjà utilisé avec la technologie Lithium-ion, et qui indique que la batterie ici présentée pourrait rapidement s'intégrer dans le milieu industriel.

La particularité de cette batterie est de remplacer le lithium par du sodium, un élément très abondant sur Terre, notamment sous la forme du chlorure de sodium, l'autre nom du sel.

Premier avantage pour cette batterie donc : elle pourrait être produite en masse, à très faible cout sans dépendre des mines de lithium d'autant que ce dernier est également particulièrement toxique et instable (à l'air libre), ce qui en fait une solution parfois dangereuse de stockage énergétique.

Toutefois, si le lithium est aujourd'hui préféré dans les batteries, c'est qu'il permet d'atteindre une plus grande tension électrique ainsi qu'une plus forte densité énergétique ( 200 Wh/kg contre 90 Wh/kg pour la batterie au sel présenté). Malgré tout, l'équipe de chercheurs indique qu'il ne s'agit là que d'un prototype, et rappelle que le prototype de batterie lithium-ion proposait une densité énergétique de 110 Wh/kg, la marge de progression pourrait donc permettre à la technologie Sodium-ion d'évoluer jusqu'au niveau de son homologue.

L'autre avantage de la batterie sodium-ion est sa durée de vie : elle a atteint 2000 cycles de charge et de décharge tout en proposant des caractéristiques comparables à la technologie lithium-ion. En outre, son processus de fabrication est similaire, ce qui permettrait d'adapter les chaines de production très rapidement.

De par sa densité énergétique limitée pour l'instant, la batterie sodium-ion pourrait particulièrement intéresser les réseaux de production d'énergie renouvelable comme les parcs éoliens ou les fermes photovoltaïques.

De par l'arrangement de ses atomes de carbone, le diamant est actuellement le matériau naturel le plus dur connu sur notre planète, ce qui fait qu'ils sont particulièrement utilisés dans certaines machines industrielles.

Mais les choses devraient changer grâce à la découverte d'une équipe de recherche de l'Université de Caroline du Nord. Les chercheurs ont ainsi mis au point le G-Carbon, un nouveau matériau qui pourrait augurer une révolution industrielle.

Actuellement, il est très complexe de synthétiser des diamants, et du fait de leur rareté sous forme naturelle, l'utilisation de ces derniers est particulièrement onéreuse pour les industries. Ce n'est pas le cas du Q-Carbon qui se veut à la fois plus résistant que le diamant naturel, et plus simple à fabriquer.

Les chercheurs ont réussi à fabriquer cette nouvelle matière en recouvrant une plaque de verre d'une couche de carbone amorphe (sans structure cristalline), puis cette couche a été bombardée à l'aide d'un laser puissant pendant une durée de 200 nanosecondes. Lors de l'impulsion, le carbone a atteint une température de 3 727 °C, puis il a été immédiatement refroidi pour donner forme au Q-Carbon, la troisième phase solide de carbone connue à ce jour.

La particularité de ce nouvel assemblage est d'offrir une dureté supérieure à celle du diamant, d'être magnétique, et d'être également plus brillant.

Pour l'instant, le processus de fabrication ne permet que de réaliser de très fines couches de Q-Carbon, de l'ordre de 40 à 500 nanomètres d'épaisseur. Il faudra multiplier les expérimentations pour permettre de déboucher à une application concrète de ce super matériau.

La situation est particulièrement ironique pour Adobe, qui après avoir défendu Flash pendant des années, et spécialement face aux critiques d'Apple, souhaite désormais passer à autre chose et appelle à un abandon progressif de son produit.

Adobe amorce ainsi la transition entre sa technologie Flash et le HTML 5. Il faut dire que le HTML 5 offre aujourd'hui l'ensemble des fonctionnalités de Flash sans aucune de ses contraintes, sans aucune limitation de plateformes, mais aussi sans les scandales sécuritaires dont a souffert le module d'Adobe ces dernières années.

Flash Professional CC va ainsi être renommé Animate CC d'ici l'année prochaine, il permettra par ailleurs de créer des animations en HTML 5, le support de Flash devenant une partie moindre.

En effaçant le nom de Flash, Adobe espère donner un petit coup de jeune à son outil de création, tout en affichant une ouverture sur plus de systèmes et d'outils. La firme encourage d'ailleurs "les créateurs de contenus à utiliser les nouveaux standards web", dont Flash ne fait visiblement plus partie.

Summary: The total size of a webpage, measured in bytes, has little to do with its load time. Instead, increase network utilization: make your site preloader-friendly, minimize parser blocking, and start downloading resources ASAP with Resource Hints. (4697 words/23 minutes)

There's one universal law of front-end performance - less is more. Simple pages are fast pages. We all know this - it isn't controversial. Complexity is the enemy.

And yet, it's trivial to find a website whose complexity seems to reach astronomical levels. ¹¹ Literally. The Apollo Guidance Computer had just 64 KB of ROM, but most webpages require more than 1MB of data to render. There are some webpages that are actually 100x as complex as the software that took us to the moon. It's perhaps telling that media and news sites tend to be the worst here - most media sites in 2015 take ages to load, not to mention all the time you spend clicking past their paywall popups (NYTimes) or full-page advertisements (Forbes).

"Dear Adobe: Flash is a dumpster fire. Love, Steve." Remember when Steve Jobs said Apple's mobile products would never support Flash? For a year or two there, it was a bit of a golden age in web performance - broadband was becoming widespread, 4G started to come on the scene, and, most importantly, websites started dropping Flash cruft. The "loading!" screens and unnecessarily complicated navigation schemes became something of yesteryear.

That, is, until the marketing department figured out how to use Javascript. The Guardian's homepage sets advertising tracking cookies across 4 different partner domains. Business Insider thought to one-up their neighbors across the pond and sets cookies across 17 domains, requires 284 requests (to nearly 100 unique domains) and a 4.9MB download which took a full 9 seconds to load on my cable connection, which is a fairly average broadband ~20 megabit pipe.
"They think Business Insider is a news site and not just an ad delivery mechanism? That's rich!" Business Insider is, ostensibly, a news site. The purpose of the Business Insider is to deliver text content. Why does that require 5 MB of things which are not text?

Unfortunately, it seems, the cry of "complexity is the enemy!" is lost on the ones setting the technical agenda. While trying to load every single tracking cookie possible on your users, you've steered them away by making your site slow on any reasonable broadband connection, and nearly impossible on any mobile connection.

Usually, the boogeyman that gets pointed at is bandwidth: users in low-bandwidth areas (3G, developing world) are getting shafted.

4 divided by 20 isn't 9... But the math doesn't quite work out. Akamai puts the global connection speed average at 3.9 megabits per second. So wait a second - why does Business Insider take 9 seconds to load on my 20 megabit pipe, when it's only 4.9MB? If I had an average connection, according to Akamai, shouldn't Business Insider load in 2 seconds, tops?

The secret is that "page weight", broadly defined as the simple total file size of a page and all of it's sub-resources (images, CSS, JS, etc), isn't the problem. Bandwidth is not the problem, and the performance of the web will not improve as broadband access becomes more widespread.

The problem is latency.

Most of our networking protocols require a lot of round-trips. Each of those round trips imposes a latency penalty. Latency is governed, at the end of the day, by the speed of light. Which means that latency isn't going anywhere.

DNS lookup is, and always will be, expensive.²² I'm being facetious, of course. In 10 years, we may have invented some better protocols here. But it's fair to say we have to live with the current reality for at least a decade. Look at how long it's taking us to get on board with IPv6.

TCP connections are, and always will be, expensive.

SSL handshakes are, and always will be, expensive. We're going to be doing more of them over the next 10 years. Thanks NSA.

Each of these things requires at least one network round-trip - that is, a packet going from your computer, across the network, to someone else's. That will never be faster than the speed of light - and even light takes 30 milliseconds to go from New York to San Francisco and back. ³³ Thanks to the amount of hops a packet has to make across the internet backbone, usually the time is much worse - 2-4x. What's worse is that these network round-trips must happen sequentially - we have to know the IP address before we start the three-way handshake for TCP, and we have to establish a TCP connection before we can start to negotiate SSL.

Setting up a typical HTTPS connection can involve 5.5 round-trips. That's like 165 milliseconds ⁴⁴ In the hypothetical NY-to-SF scenario. Usually it's better than this in the US because of CDNs. But 150ms per connection isn't a bad rule of thumb - and on mobile it's much worse, closer to 300. per connection on a really really good day.

The smart ones among you may already see the solution - well, Nate, 165 milliseconds per connection isn't a problem! We'll just parallelize the connections! Boom! 100 connections opened in 165 milliseconds!

The problem is that HTML doesn't work this way by default.
Business Insider's network utilization over time - hardly pegged at 100%.

We'd like to imagine that the way a webpage loads is this:

1. Browser opens connection to yoursite.com, does DNS/TCP/SSL setup.
2. Browser downloads the document (HTML).
3. As soon as the browser is done downloading the document, the browser starts downloading all the document's sub resources at the same time.
4. Browser parses the document and fills in the necessary sub resources once they've been downloaded.

Here's what actually happens:

1. Browser opens connection to yoursite.com, does DNS/TCP/SSL setup.
2. Browser downloads the document (HTML).
3. Browser starts parsing the document. When the parser encounters a subresource, it opens a connection and downloads it.
   Parse the document? Nah man, I'm gonna wait for this script to download and execute. If the subresource is an external script tag, the parser stops, waits until it the script has downloaded, executes the entire script, and then moves on.
4. As soon as the parser stops and has to wait for an external script to download, it sends ahead something called a preloader. The preloader may notice and begin downloading resources if it understands how to (hint: a very popular Javascript pattern prevents this).

Thanks to these little wrinkles, web page loads often have new connections opening very late in a page load - right before the end even! Ideally, the browser would open all of those connections like in our first scenario - immediately after the document is downloaded. We want to maximize network utilization across the life of the webpage load process.

There's four ways to accomplish this:

• Don't stop the parser.
• Get out of the browser preloader's way.
• Utilize HTTP caching - but not too much.
• Use the Resource Hint API.

Glossary

I'm going to use a couple of terms here and I want to make sure we're all on the same page.

• Connection - A "connection" is one TCP connection between a client (your browser) and a server. These connections can be re-used across multiple requests through things like keep-alive.
• Request - A browser "requests" resources via HTTP. 99% of the time when we're talking about requesting resources, we're talking about an HTTP GET. Each request needs to use a TCP connection, though not necessarily a unique or new one (see keep-alive).
• Subresource - In browser parlance, a subresource is generally any resource required to completely load the main resource (in this case, the document). Examples of subresources include external Javascript (that is, script tags with a src attribute), external CSS stylesheets, images, favicons, and more.
• Parser - When a browser tries to load your webpage, it uses a parser to read the document and decide what sub resources need to be fetched and to construct the DOM. The parser is responsible for getting the document to one of the first important events during a page load, DOMContentLoaded.

Sometimes the parser has to stop and wait for an external resource to download - 99% of the time, this is an external script. When this happens, the browser starts something called a preloader. The preloader is a bit like a "parser-lite", but rather than construct the DOM, the preloader is more like a giant regex that searches for sub resources to download. If it finds a subresource (say an external script at the end of the document), it will start downloading it before the parser gets to it.

You may be thinking this is rather ridiculous - why should a browser stop completely when it sees an external script tag? Well, thanks to The Power of Javascript, that external script tag could potentially wreak havoc on the document if it wanted. Heck, it could completely erase the entire document and start over with document.write(). The browser just doesn't know. So rather than keep moving, it has to wait, download, and execute. ⁵⁵ All in the HTML spec.

Browser preloaders were a huge innovation in web performance when they arrived on the scene. Completely unoptimized webpages could speed up by 20% or more just thanks to the preloader fetching resources!

That said, there are ways to help the preloader and there are ways to hinder it. We want to help the preloader as much as possible, and sometimes we want to stay the hell out of it's way.

Stop inserting scripts with "async" script-injection

It's just one more script tag! The marketing department says you need to integrate your site with SomeBozoAdService. They said it's really easy - you just have to "add five lines of code!". You go to SomeBozoAdService's developer section, and find that they tell you to insert this into your document somewhere:

var t = document.createElement('script');
t.src = "//somebozoadservice.com/ad-tracker.js";
document.getElementsByTagName('head')[0].appendChild(script);

There are other problems with this pattern (it blocks page rendering until it's done, for one), but here's one really important one - browser preloaders can't work with this. Preload scanners are very simple - they're simple so that they can be fast. And when they see one of these async-injected scripts, they just give up and move on. So your browser can't download the resource until the main parser thread gets to it. Bummer! It's far better to use async and defer attributes on your script tags instead, to get this:

<script src="//somebozoadservice.com/ad-tracker.js" async defer></script>

Kaboom! There are some other advantages to async that I get into in this other post here, but be aware that one of them is that the browser preloader can get started downloading this script before the parser even gets there.

Here's a list of other things that generally don't work with browser preloaders:

• IFrames. Sometimes there's no way around using an iframe, but if you have the option - try not to. The content of the frame can't be loaded until the parser gets there.
• @import. I'm not sure of anyone that uses @import in their production CSS, but don't. Preloaders can't start fetching @imported stylesheets for you.
• 
  Design department: "But we need these 90 fonts to spice up the visual interest of the page!" Webfonts. Here's an interesting one. I could write a whole article on webfont speed (I should/will!), but they usually aren't preloaded. This is fixable with resource hints (we'll get to that in a second).
• HTML5 audio/video. This is also fixable with resource hints.

I've heard that in the past, preloaders wouldn't scan the body tag when blocked in the head. If that was ever true, it is no longer true in Webkit based browsers.

In addition, modern preloaders are smart enough not to request resources that are already cached. Speaking of HTTP caching...

HTTP caching

The fastest HTTP request is the one that is never made. That's really all HTTP caching is for - preventing unnecessary requests. Cache control headers are really for telling clients "Hey - this resource, it's not going to change very quickly. Don't ask me again for this resource until..." That's awesome. We should do that everywhere possible.

Yet, the size of the resource cache is smaller than you might think. Here's the default disk cache size in modern browsers:

Not as large as you might imagine. And you read that right - Mobile Safari does not have a persistent, on-disk cache.

Most browser resource caches work on an LRU basis - last recently used. So if something doesn't get used in the cache, it's the first thing to be evicted if the cache fills up.

A pattern I've often seen is to use 3rd-party, CDN-hosted copies of popular libraries in an attempt to leverage HTTP caching. The idea is to use Google's copy of JQuery (or what have you), and a prospective user to your site will already have it downloaded before coming to yours. The browser will notice it's already in their cache, and not make a new request. There's some other benefits, but I want to pick on this one.

This sounds good in theory, but given the tiny size of caches, I'm not sure if it really works in practice. Consider how few sites actually use Google-hosted (or Cloudflare-hosted, or whatever) JQuery. Even if they did - how often is your cached copy pushed out of the cache by other resources? Do you know?

Consider the alternative - bundling JQuery into your application's concatenated "application.js" file (Rails' default behavior).

In the best case, the user already has the 3rd-party CDN-hosted JQuery downloaded and cached. The request to go and get your application.js doesn't take quite as long because it's ~20kb smaller now that it doesn't include JQuery. But remember what we said above - bandwidth is hardly the issue for most connections (saving 20kb is really saving <100ms, even on a 2MB/s DSL connection).

But consider the worst case scenario - the user doesn't have our 3rd-party JS downloaded already. Now, compared to the "stock" application.js scenario, you have to make an additional new connection to a new domain, likely requiring SSL/TLS negotiation. Without even downloading the script, you've been hit with 1-300ms of network latency. Bummer.

Consider how much worse this gets when you're including more than 1 library from an external CDN. God forbid that the script tags aren't async, or your user will be sitting there for a while.

In conclusion, 3rd-party hosted Javascript, while a good idea and, strictly speaking, faster in the best-case scenario, is likely to impose a huge performance penalty to users that don't have every single one of your 3rd-party scripts cached already. Far preferable is to bundle it into a single "application.js" file, served from your own domain. That way, we can re-use the already warm connection (as long you allowed the browser to "keep-alive" the connection it used to download the document) to download all of your external Javascript in one go.

Resource hints

There's another way we can maximize network utilization - through something called resource hints. There are couple of different kinds of resource hints. In general, most of them are telling the browser to prepare some connection or resource in advance of the parser getting to the actual point where it needs the connection. This prevents the parser from blocking on the network.

• DNS Prefetch - Pretty simple - tell the browser to resolve the DNS of a given hostname (example.com) as soon as possible.
• Preconnect - Tells the browser to open a connection as soon as possible to a given hostname. Not only will this resolve DNS, it will start a TCP handshake and perform TLS negotiation if the connection is SSL.
• Prefetch - Tells to browser to download an entire resource (or subresource) that may be required later on. This resource can be an entire HTML document (for example, the next page of search results), or it can be a script, stylesheet, or other subresource. The resource is only downloaded - it isn't parsed (if script) or rendered (if HTML).
• Prerender - One of these things is not like the other, and prerender is it. Marking an <a> tag with prerender will actually cause the browser to get the linked href page and render it before the user even clicks the anchor! This is the technology behind Google's Instant Pages and Facebook's Instant Articles.

It's important to note that all of these are hints. The browser may or may not act upon them. Most of the time, though, they will - and we can use this to our advantage.

Browser support: I've detailed which browsers support which resource hints (as of November 2015) below. However, any user agent that doesn't understand a particular hint will just skip past it, so there's no harm in including them. Most resource hints enjoy >50% worldwide support (according to to caniuse.com) so I think they're definitely worth including on any page.

Let's talk about each of these items in turn, and when or why you might use each of them:

DNS Prefetch

<link rel="dns-prefetch" href="//example.com">

In case you're brand new to networking, here's a review - computers don't network in terms of domain names. Instead, they use IP addresses (like 192.168.1.1, etc). They resolve a hostname, like example.com, into an IP address. To do this, they have to go to a DNS server (for example, Google's server at 8.8.8.8) and ask: "Hey, what's the IP address of some-host.com?" This connection takes time - usually somewhere between 50-100ms, although it can take much longer on mobile networks or in developing countries (500-750ms).

When to Use It:
"Stop trying to make dns-prefetch a thing!" But you may be asking - why would I ever want to resolve the DNS for a hostname and not actually connect to that hostname? Exactly. So forget about dns-prefetch, because it's cousin, preconnect, does exactly that.

Browser Support: Everything except IE 9 and below.

Preconnect

<link rel="preconnect" href="//example.com">

A preconnect resource hint will hint the browser to do the following:

• Resolve the DNS, if not done already (1 round-trip)
• Open a TCP connection (1.5 round-trips)
• Complete a TLS handshake if the connection is HTTPS (2-3 round-trips)

The only thing it won't do is actually download the (sub)resource - the browser won't start loading the resource until either the parser or preloader tries to download the resource. This can eliminate up to 5 round-trips across the network! That can save us a heck of a lot of time in most environments, even fast home Wifi connections.

When to Use It: Here's an example from Rubygems.org.

Taking a look at how Rubygems.org loads in webpagetest.org, we notice a few things. What we're looking for is network utilization after the document is downloaded - once the main "/" document loads, we should see a bunch of network requests fire at once. Ideally, they'd all fire off at this point. In a perfect world, network utilization would look like a flat line at 100%, which then stops as soon as the page loads completely. Preconnect helps us to do that by allowing us to move some network tasks earlier in the page load process.

Notice these these two resources, closer to the end of the page load:

Two are related to gaug.es, an analytics tracking service, and the other is a GIF from a Typekit domain. The green bar here is time-to-first-byte - time spent waiting for a server response. But note how the analytics tracking service and the Typekit GIF have teal, orange, and purple bars as well - these bars represent time spent resolving DNS, opening a connection, and negotiating SSL, respectively. By adding a preconnect tag to the head of the document, we can move this work to the beginning of the page load, so that when the browser needs to download these resource it has a pre-warmed connection. That loads each resource ~200ms faster in this case.

You may be wondering - why hasn't the preloader started loading these resources earlier? In the case of the gang.es script, it was loaded with an "async" script-injection tag. This is why that method is a bit of a stinker. For more about why script-injection isn't a great idea, see Ilya Grigorik's post on the topic. So in this case, rather than adding a preconnect tag, I'll simply change the gaug.es script to a regular script tag with an async attribute. That way, the browser preloader will pick it up and download it as soon as possible.

In the case of that Typekit gif, it was also script-injected into the bottom of the document. A preconnect tag would speed up this connection. However, p.gif is actually a tracking beacon for Adobe, so I don't think that speeding that up will provide any performance benefit to the user.

In general, preconnect works best with sub resources that are script-injected, because the browser preloader cannot download these resources. Use webpagetest.org to seek out sub resources that load late and trigger the DNS/TCP/TLS setup cost.

In addition, it works very well for script-injected resources with dynamic URLs. You can set up a connection to the domain, and then later use that connection to download a dynamic resource (like the Typekit example above). See the W3C spec:

The full resource URL may not be known until the page is being constructed by the user agent - e.g. conditional loading logic, UA adaptation, etc. However, the origin from which one or more of these resources will be fetched is often known ahead of time by the developer or the server generating the response. In such cases, a preconnect hint can be used to initiate an early connection handshake such that when the resource URL is determined, the user agent can dispatch the request without first blocking on connection negotiation.

Browser Support: Unfortunately, preconnect is probably the least-supported resource hint. It only works in very modern Chrome and Firefox versions, and is coming to Opera soon. Safari and IE don't support it.

Prefetch

<link rel="prefetch" href="//example.com/some-image.gif">

Go get the resource, Chrome! Go get it, boy! A prefetch resource hint will hint the browser to do the following:

• Everything that we did to set up a connection in the preconnect hint (DNS/TCP/TLS).
• But in addition, the browser will also actually download the resource.
• However, prefetch only works for resources required by the next navigation, not for the current page.

When to Use It: Consider using prefetch in any case where you have a good idea what the user might do next. For example, if we were implementing an image gallery with Javascript, where each image was loaded with an AJAX request, we might insert the following prefetch tag to load the next image in the gallery:

<link rel="prefetch" href="//example.com/gallery-image-2.jpg">

You can even prefetch entire pages. Consider a paginated search result:

<link rel="prefetch" href="//example.com/search?q=test&page=2">

Browser Support: IE 11 and up, Firefox, Chrome, and Opera all support prefetch. Safari and iOS Safari don't.

Prerender

Prerender is prefetch on steroids - instead of just downloading the linked document, it will actually pre-render the entire page! Obviously, this means that pre rendering only works for HTML documents, not scripts or other subresources.

This is a great way to implement something like Google's Instant Pages or Facebook's Instant Articles.

Of course, you have to be careful and considerate when using prefetch and prerender. If you're prefetching something on your own server, you're effectively adding another request to your server load for every prefetch directive. A prerender directive can be even more load-intensive because the browser will also fetch all sub resources (CSS/JS/images, etc), which may also come from your servers. It's important to only use prerender and prefetch where you can be pretty certain a user will actually use those resources on the next navigation.

There's another caveat to prerender - like all resource hints, pretenders are given much lower priority by the browser and aren't always executed. Here's straight from the spec.

The user agent may: * Allocate fewer CPU, GPU, or memory resources to pre rendered content. * Delay some requests until the requested HTML resource is made visible - e.g. media downloads, plugin content, and so on. * Prevent pre rendering from being initiated when there are limited resources available.

Browser Support: IE 11 and up, Chrome, and Opera. Firefox, Safari and iOS Safari don't get this one.

Conclusion

We have a long way to go with performance on the web. I scraped together a little script to check the Alexa Top 10000 sites and look for resource hints - here's a quick table of what I found.

So many sites could benefit from liberal use of some or all of these resource hints, but so few do. Most sites that do use them are just using dns-prefetch, which is practically useless when compared to the superior preconnect (how often do you really want to know the DNS resolution of a host and then not connect to it?).

I'd like to back off from the flamebait-y title off this article just slightly. Now that I've explained all of the different things you can do to increase network utilization during a webpage load, know that 100% utilization isn't always possible. Resource hints and the other techniques in this article help complex pages load faster, but thanks to many different constraints you may not be able to apply them in all situations. Page weight does matter - a 5MB page will be more difficult to optimize than a 500 KB one. What I'm really trying to say is that page weight only sorta matters.

I hope I've demonstrated to you that page weight - while certainly correlated with webpage load speed, is not the final answer. You shouldn't feel like your page is doomed to slowness because The Marketing People need you to include 8 different external ad tracking services (although you should consider quitting your job if that's the case).

TL;DR:

• Don't inject scripts.
• Reduce the number of connections required before reducing page size.
• HTTP caching is great, but don't rely on any particular resource being cached.
• Use resource hints - especially preconnect and prefetch.

Want a faster website?

I'm Nate Berkopec (@nateberkopec). I write online about web performance from a full-stack developer's perspective. I primarily write about frontend performance and Ruby backends. If you liked this article and want to hear about the next one, click below. I don't spam - you'll receive about 1 email per week. It's all low-key, straight from me.

Le Li-Fi est un protocole de communication sans fil qui ne repose pas sur la réception d'ondes radio, mais sur la lumière. Pour faire simple, un éclairage traditionnel pourrait être modifié à l'aide d'une puce pour transformer chaque ampoule en émetteur.

Les données sont échangées sous la forme de code binaire par un scintillement imperceptible à l'oeil nu entre les ampoules ( à LED) et un récepteur branché à un smartphone, un PC ou tout autre terminal compatible.

Les avantages du Li-Fi ont été mis en avant par la société estonienne Velmenni, qui a équipé des bureaux d'un de ses clients après avoir mené ses propres tests en interne. Il en résulte une vitesse de transfert réelle atteignant 1 GBit/s, soit 100 fois plus que l'actuel Wi-Fi ac.

Grâce à ces taux de transfert, on pourrait transférer un film en HD en 0,3 seconde d'un appareil à un autre... Mais la technologie Li-Fi apporte d'autres avantages.

Le Li-Fi permet de créer des zones d'échange, puisque la lumière ne traverse pas les murs. On pourra ainsi cibler des réseaux par pièce, et utiliser cette technologie de façon très ciblée dans les magasins par exemple : devant un produit en particulier, un projecteur pourra émettre des données et caractéristiques directement aux smartphones des clients.

Pour que le Li-Fi se démocratise, il faudra que les modules compatibles s'installent dans les ordinateurs, smartphones et tablettes.

Généralement, l'utilisation de lasers est souvent associée à la création de chaleurs, la découpe, la lecture d'informations ou des usages médicaux divers. Mais pour la première fois, il a été possible de faire chuter la température d'un liquide à l'aide d'un rayon laser.

L'expérience menée par des chercheurs américains a ainsi permis de refroidir de 21°C un liquide grâce à la lumière produite par effet laser. Un phénomène décrit sous sa forme théorique en 1929 par Peter Pringsheim. En outre, le procédé avait déjà été utilisé pour refroidir un élément solide en 1995.

Le procédé est très énergivore et repose sur le déplacement anti-Stokes qui permet de faire déplacer de l'énergie thermique sous forme de phonons dans un solide cristallisé. Pour l'expérience, les scientifiques ont utilisé un laser à haute puissance dirigé vers un nanocristal unique en suspension dans un liquide.

Les applications concernant le refroidissement par laser sont énormes. Pour le refroidissement des solides, on peut ainsi envisager des intégrations dans des systèmes informatiques nomades ou fixes, un processeur appuyé par un laser capable de le refroidir pourrait permettre d'envisager de nouvelles puissances et fréquences de fonctionnement.

Le refroidissement d'un liquide pourrait être appliqué aux cellules de façon locale pour permettre d'observer et de mieux comprendre certains processus biochimiques, il pourrait également servir à lutter contre certaines maladies.

Grâce au graphène, les détecteurs thermiques pourraient être simplifiés, miniaturisés et produits à moindre coût. © Nadya Peek, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Les propriétés conductrices du graphène, tant pour l’électricité que la chaleur, en font un matériau de prédilection pour la détection infrarouge. Des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont créé un capteur thermique en combinant des thermopiles au graphène et un Mems (Micro Electro-Mechanical Systems, dispositif électromécanique miniature) à base de silicium. Ce capteur traite le signal thermique et le convertit en un signal électrique. Cette configuration permet d’envisager l’utilisation de ce type de capteur pour les imageurs thermiques, l’imagerie de corps noirs ainsi que la détection de la signature thermique humaine.

Le recours au graphène joue également un rôle clé pour la dissipation de la chaleur. En effet, il permet de filtrer les bruits thermiques parasites sans passer par un système de refroidissement, comme c’est le cas des équipements actuels, qui sont pour la plupart encombrants et coûteux. Pour dissiper la chaleur, des bandes de graphène servent à suspendre le capteur dans le vide afin de l’isoler du reste de l’équipement et ainsi éviter d’avoir à refroidir l’ensemble. Lors de ses essais, l’équipe du MIT a pu détecter la signature thermique d’une main humaine à température ambiante sans utiliser un réfrigérant.

À gauche, le schéma montre le capteur thermique composé de quatre bandes de graphène supportant le récepteur d'ondes infrargouges, au centre, réalisé avec les techniques de fabrication des Mems. La surface sensible, de 100 microns de large, est composée de nitrure de silicium. À droite, l’image thermique du logo du MIT, obtenue par un scan d'une pièce d'acier sur laquelle des trous ont été percés pour écrire le strois lettres. © Massachusetts Institute of Technology, American Chemical Society

La capacité du graphène à améliorer la dissipation de chaleur dans les composants électroniques a été démontrée il y a déjà plusieurs années par une équipe réunissant des spécialistes du CEA en France et de l’université du Texas à Austin (États-Unis). Dans leur article scientifique publié par la revue Nano Letters, les chercheurs du MIT expliquent que la très grande mobilité des charges électriques dans le graphène lui confère des performances intrinsèques qui surpassent les meilleurs imageurs à thermopile. Selon eux, cette innovation permet d’envisager la création d’imageurs thermiques « à bas coût, transparents et flexibles ». À terme, ce type de capteur pourrait être intégré dans des terminaux mobiles type smartphones ou tablettes tactiles.

« Par exemple, à l’avenir, nous pourrons intégrer des détecteurs à infrarouges dans chaque téléphone mobile et ordinateur portable. Ce qui veut dire que dans le futur, vous pourrez contrôler ces appareils simplement en bougeant la main en face d’eux », assure Tomás Palacios, l’un des auteurs de cette étude citée par Live Science. Bien que des systèmes de détection des mouvements basés sur des caméras (comme Leap Motion ou Kinect) existent déjà, ils nécessitent une importante puissance de calcul. L’imagerie d’un corps en mouvement par détection thermique est techniquement plus simple car elle détermine les contours en se basant sur la différence de température par rapport au reste de l’environnement.

Le chercheur envisage également que ce type de capteur puisse être intégré dans les parebrises des automobiles pour offrir une vision nocturne en temps réel sans entraver la visibilité. Dans sa conclusion, l’article scientifique évoque également mais sans entrer dans le détail des applications possibles pour l’inspection des matériaux ou dans le domaine de la biologie.

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