This is the kit ! Donated to the Museum by Parks Canada in March 2013.
Photo: CSTMC/T.Alfoldi

Trousse d’études de la neige de George Klein

Mes recherches sur le dévelopement des sciences de la neige et des avalanches au Canada a débuté en décembre 2012 après avoir fait plusieurs demandes de renseignements quant à l’emplacement d’une trousse d’étude de la neige développé par George Klein.

Trousse des sciences de la neige de Klein, 1947-2013
Manufacturier : Conseil national de recherches Canada, Division of Building Research
Endroit : Lieu historique national du Canada du Col-Rogers, C.-B., Parcs Canada, Parcs nationaux du Mont-Revelstoke et des Glaciers
No. d’artefact no. : 2013.0059.001-.010

Un pionnier du programme du satellite Alouette et membre du Panthéon canadien de la science et du génie, Klein est considéré comme l’un des inventeurs les plus prolifiques au Canada. Il a développé une trousse des sciences de la neige dans les années 1940. Mais où était-elle, et comment pourrait-on la recueillir ?

Ces trois instruments provenaient d’une des trousses originales de Klein. Ils furent utilisé dans les années 1950 pendant la construction de l’autoroute Transcanadienne au Col-Rogers par deux pionniers de la recherche sur les avalanches au Canada – Noel Gardner et Peter Schaerer, un scientifique du CNRC.

Piqué par la curiosité, et connaissant bien les liens possible avec la recherche sur les avalanches au pays, j’ai décidé de faire enquête. Mais qui pourrait m’aider ? Des contacts ont été établis, me menant à avoir eu plusieurs discussions avec des gens du CNRC à Ottawa, avec le Centre d’avalanche de la Haute Gaspésie au Québec, le centre canadien des avalanches (CAC) à Revelstoke, Parcs Canada, et finalement, avec le programme ASARC de l’Université de Calgary.

La persévérance a porté fruit ! C’est en janvier 2013, avec l’aide indispensable du Dr John Woods, un naturaliste de Parcs Canada à la retraite, et un étudiant au doctorat du programme ASARC de l’Université de Calgary, qu’ils ont pu localiser une de ces fameuses trousses. Plus de soixante ans après avoir été conçue, elle servait encore, à la station de recherche du mont Fidelity dans le Parc national des glaciers du Canada, en Colombie-Britannique.

C’est lors de ma visite au Lieu historique national du Canada du Col-Rogers en mars 2013 que Jeff Goodrich et Jacolyn Daniluck de Parcs Canada ont fait don au Musée d’une seconde trousse d’études de la neige. Marqué par l’usure du temps, celle-ci (ci-dessus), et en utilisation jusqu’à récemment, comprenait quatre instruments d’origine de Klein : une balance à fléau estampé « NRC / DBR », un couteau à échantillonnage de la neige, un bol, ainsi qu’une jauge de densité de la neige.

Plot d’études de la neige,
Mont Fidélité, Parcs Canada, 1965, Parc national des Glaciers
Fred Schleiss tient une carte d’identité de cristal de neige et identifie le type et la taille des grains de neige. Vu accroché à la poignée de la pelle, la balance à fléau de Klein et le petit seau sont certains des instruments de bases servant à déterminer la densité de la neige aux divers profondeurs de ce plot d’étude.
Photo : Reproduit avec la permission de Parcs Canada.

Ces instruments furent développé dans les années 1940 par George Klein pour études visant à avancer ses recherches sur le dévelopement de trains d’atterissage-skis pour avions. Les recherches de Klein dans ce domaine ont contribué à l’établissement d’un standard internationale de classification de la neige aussi bien qu’aux études d’avalanches pendant la planification et la construction de la Route transcanadienne.

Merci à Johan Schleiss pour une visite de ce plot d’études de la neige.
Lieu historique national du Canada du Col-Rogers, C.-B.
Photo de l’auteur, mars 2013

Clickez ici pour voir VIDÉO « Chasse-neige sur la route Transcanadienne »

Vidéo pris du stationnement Bostok Creek au pied du mont Fidélité dans le Parc national du Canada des Glaciers, en Colombie Britannique.
Situé à une élévation de 1 900m, la station de recherche du Mt. Fidélité est une station de météo et sciences de la neige pour le controle des avalanches. Avec une accumulation moyenne de 14 mètres (42 pieds), c’est l’emplacement le plus enneigé au Canada et le 3e emplacement le plus enneigé au monde.
Photo/vidéo de l’auteur, février 2011.

 

Resources :

Terres des neiges en furie

http://www.landofthunderingsnow.ca/index-fra.php

Centre d’avalanche de la Haute Gaspésie

http://www.centreavalanche.qc.ca/

Le Panthéon canadien des sciences et du génie

http://cstmuseum.techno-science.ca/fr/pantheon/le-pantheon-george-j-klein.php

Lieu historique national du Canada du Col-Rogers

http://www.pc.gc.ca/fra/lhn-nhs/bc/rogers/index.aspx

Parc national du Canada des glaciers

http://www.pc.gc.ca/fra/pn-np/bc/glacier/index.aspx

Renseignements d’avalanche dans l’arrière pays

http://www.pc.gc.ca/fra/pn-np/bc/glacier/visit/a9.aspx

 

Remerciements :
Merci à Parcs Canada (Jeff Goodrich, Jacolyn Daniluck, et Johan Schleiss) pour le don de la trousse de Klein et autres objets au Musée. Au Dr John Woods, Wildvoices Consulting et Mike Conlan, Programme ASARC, Université de Calgary pour avoir trouvé les instruments de Klein encore en usage, et de nous avoir dirigé dans la bonne direction. Au Conseil national de recherches du Canada (CNRC) pour l’utilisation de la photo du kit, et à M. Dick Bourgeois-Doyle pour avoir répondu aux nombreuses questions que j’avais sur George Klein.

Sources :

Bourgeois-Doyle, R., George Klein: The Great Inventor, National Research Council Press, Ottawa, Canada, 1994.

Klein, G.J., Method of Measuring the Significant Characteristics of a Snow-Cover, Report No. MM-192, National Research Council of Canada, Ottawa, November 1946.

Klein, G.J., Canadian Survey of Physical Characteristics of Snow-Covers, For presentation at the Oslo Conference of the International Union of Geodesy and Geophysics, National Research Council of Canada, Ottawa, June 1948.

Proceedings of 1947 Conference on Snow and Ice, Associate Committee on Soil and Snow Mechanics. Technical Memorandum No. 10 of the Associate Committee on Soil and Snow Mechanics, NRC, Ottawa, October 1947.

The International Classification for Snow, Issued by the International Association of Hydrology. Published as Technical Memorandum No. 31 by the Associate Committee on Soil and Snow Mechanics. National Research Council of Canada, Ottawa, August 1954.

 

Musée des sciences et de la technologie du Canada

http://cstmuseum.techno-science.ca/fr/pantheon/le-pantheon-george-j-klein.php

SMSTC / 2014

The Manitoba II , Physics Department, University of Manitoba

Notes de Terrain: La spectrométrie de masse à l’Université du Manitoba

Le 1er et le 2 octobre, j’ai visité le département de physique de l’Université du Manitoba pour pour en savoir davantage sur son programme en spectrométrie de masse. Il a été plus de cent ans depuis que les scientifiques britanniques ont développé des méthodes pour dévier les ions (particules chargées) de masses différentes afin d’étudier la composition des matériaux. Les scientifiques de l’U du M sont depuis devenus maîtres de ces effets ; Ils ont apporté des contributions importantes dans deux domaines de la spectrométrie de masse : la détermination des unités de masse fondamentaux, et l’analyse de grandes molécules biologiques. Des chercheurs, ingénieurs et fabricants d’instruments à l’échelle mondiale utilisent le produit de ces découvertes et technologies en physique, en chimie, en sciences de la santé, ainsi que dans divers domaines industriels.

Pourquoi Winnipeg? J’ai trouvé des réponses dans quelques instruments originaux, et bien sûr, auprès des gens qui les ont conçus, qui les ont fabriqués et qui les utilisent.

Le « Manitoba II » est le point d’ancrage des études en spectrométrie à l’Université du Manitoba; il s’agit d’un spectromètre de masse à haute résolution de la dimension d’une pièce, qui a établi la norme internationale pour déterminer les masses atomiques. Il est constitué d’un rail courbe électromagnétique d’un rayon d’un mètre suivi d’un gros électroaimant pour dévier et détecter les ions (particules chargées). Le physicien R.C. Barber a conçu le Manitoba II, qui comporte de nombreuses petites pièces de précision fabriquées dans l’atelier d’usinage du département dirigé par Bob Batten, un technicien de formation britannique. Il a remplacé le « Manitoba I» que l’Université du Manitoba a reçu au début des années 1960 de l’Université McMaster à l’arrivée du professeur H.E. Duckworth.

Le Manitoba II, département de physique, Université du Manitoba

Le Manitoba II, département de physique, l’Université du Manitoba

La pièce et l’instrument documentent plus de 40 années de labeur et de triomphe – des tablettes sont remplies de journaux, de pièces abandonnées, d’outils, de panneaux, de nombreuses feuilles de tableau, de documentation spécialisée, de documents, et de vieux tirés à part. L’instrument montre d’innombrables modifications, des inscriptions, des mises en garde, des traces de chaleur, et du ruban – des tonnes de ruban. « Il est vraiment fabriqué à partir de rien », explique le directeur du département de physique, Kumar Sharma qui était un étudiant du professeur Barber au début des années 1970 lorsque l’instrument a été fabriqué. L’équipe du Manitoba a fabriqué les pièces de l’analyseur électrostatique en collaboration avec la Canadian Westinghouse à Hamilton. L’acier inoxydable du boîtier a été découpé et plié à cet endroit et le soudage réalisé par un atelier situé à King Township, Ontario.

M. Sharma se rappelle que l’instrument était couvert de suie noire lorsqu’il est arrivé au laboratoire. On a dû l’électropolir pour éviter que des contaminants indésirables ne pénètrent à l’intérieur de la chambre à vide poussé. Laboratoire de Manitoba II « C’est le meilleur vide avec lequel j’ai jamais travaillé », se rappelle M. Sharma, « rendu  possible grâce aux joints d’étanchéité métalliques maison ». La chambre à vide poussé a dû être fabriquée,  tempérée et quelques surfaces aplanies.

De nombreuses carrières semblables à celles de M. Sharma se sont bâties autour de cet instrument. Le professeur Barber a été formé sous la supervision de H.E Duckworth, lequel a été formé à Chicago par A.J. Dempster (de la fameuse boulangerie de Toronto). M. Sharma travaille actuellement sur la prochaine génération de l’instrument au piège de Penning canadien (« Canadian Penning Trap » ou CPT) au laboratoire national d’Argonne à l’extérieur de Chicago.

À la fin des années 1970, la déviation des ions s’est transformée en vol direct lorsque Ken Standing et son étudiant postdoctoral, Brian Chait, ont conçu une méthode pour analyser de grosses molécules organiques à l’aide de la spectrométrie à temps de vol (TOF-MS). Le spectromètre à temps de vol avait été inventé plus tôt, mais MM. Standing et Chait ont conçu une méthode pour mesurer précisément le vol de grosses molécules produites par bombardement d’ions. Werner Ens s’est joint à M. Standing comme étudiant au doctorat au moment où cet instrument a commencé à fonctionner, et grâce à la participation de nombreux autres collaborateurs, il s’en est suivi une succession de percées qui ont mené à d’importants brevets et retombées dans l’industrie. Leurs travaux constituent un élément fondamental du champ émergent des protéomiques, à savoir l’étude de la quantité de protéines et de la structure des formes vivantes. M. Ens s’est joint à la faculté en 1987, et en 2010, MM. Standing et Ens ont remporté le prix d’innovation Manning pour leurs réalisations.

M. Standing attribue sa réussite à ses bons étudiants. « J’ai tendance à laisser mes étudiants à eux‑mêmes », explique‑t‑il. En fait, M. Ens se rappelle que son premier emploi a consisté à rebâtir un filament (pour l’ionisation de surface d’une source d’ions) à partir de rien. Une des premières journées où il travaillait dans le laboratoire, il a brûlé un filament que M. Chait avait passé des semaines à préparer et à tester. « Je n’étais qu’un jeune diplômé sans expérience », se rappelle‑t‑il. M. Standing est passé par cette approche pédagogique de façon honnête; au début des années 1950, son superviseur, le physicien Rubby Sherr de Princeton, est parti en congé et l’a laissé seul dans un des meilleurs laboratoires nucléaires au monde. « J’ai été chanceux de penser à faire quelque chose, et je l’ai fait ».

Le premier spectromètre à temps de vol de l’Université du Manitoba de 1979. Ce n’est qu’un tuyau » explique Ken Standing. Débarras au département de physique, Université du Manitoba.

Le premier spectromètre à temps de vol de l’Université du Manitoba de 1979. « Ce n’est qu’un tuyau » Ken Standing dit en plaisantant. Photo: Débarras au département de physique, Université du Manitoba.

La beauté de la collecte de données en physique est que les variables les plus abstraites telles que le temps et l’espace deviennent des éléments concrets, locaux et sensoriels. Dans les laboratoires de spectrométrie à temps de vol, j’ai étudié un vaste échantillon de matériel électronique qui a transformé les temps de vol des molécules en données numérisées accessibles. Au début des années 1980, M. Ens a consacré beaucoup d’énergie à l’élaboration d’un logiciel pour se raccorder à des convertisseurs numériques temporels – un élément essentiel de leurs innovations en mesure précise du temps.

Ken Standing avec l’appareil « TOF3 » qui représente les principaux éléments de «TOF-MS» à l’Université du Manitoba.

Une production précise de vide est fondamentale en spectrométrie de temps de vol. Lorsqu’on visite le laboratoire, on entend continuellement le vrombissement de pompes à vide qui s’appliquent à créer avec précision des conditions de vide expérimentales. Ken Standing m’a emmené dans les coulisses de leur laboratoire pour voir le spectromètre de temps de vol original datant de 1979. J’avais de la difficulté à l’entendre et à l’enregistrer tellement les pompes à vide étaient bruyantes, chacune d’elles étant reliée à différents appareils dans le laboratoire.

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Partie de « TOF3 » spectromètre construit à l’Université du Manitoba, c. 1994. Le TOF3 combiné trois innovations – injection orthogonale, techniques MALDI et de refroidissement par collision.

De nombreux facteurs ont contribué à l’élaboration du spectromètre de masse à l’Université du Manitoba – après la Deuxième Guerre mondiale, de solides recherches effectuées dans plusieurs domaines au département (p. ex., le nucléaire) ont attiré des professeurs et des étudiants non seulement de la région mais aussi de partout dans le monde; il y avait les bons fabricants d’instruments – « à un moment donné, on pouvait entendre plusieurs accents britanniques dans les ateliers d’usinage », se rappelle M. Standing; il y avait les liens créés avec les physiciens de Chicago grâce à MM. Duckworth et Dempster; il y avait l’influence marquante des Russes (des Soviétiques) importée par M. Standing à la suite d’une visite fortuite qu’il avait faite en vue d’une conférence possible; et il y avait un penchant pour l’entrepreneuriat qui a ouvert la porte à de fructueuses collaborations commerciales (AB SCIEX).

Enfin, il y avait des questions locales dérivant de l’agriculture. Au milieu des années 1970, MM. Standing et Chait ont utilisé le nouveau cyclotron de l’Université du Manitoba pour analyser les niveaux de protéines dans les grains. « Ils cherchaient de nouvelles applications pour le cyclotron », explique M. Ens. « C’est ce qui les a fait entrer dans le monde de la biologie, et ils ont commencé à voir que la spectrométrie de masse était peut‑être une meilleure façon d’examiner ces protéines ».

Références:

Connor, R. D. and University of Manitoba. Dept. of Physics and Astronomy. (2004). The Expanding World of Physics at Manitoba: A Hundred Years of Progress: Department of Physics and Astronomy, University of Manitoba. Winnipeg, Dept. of Physics and Astronomy, University of Manitoba

Hughes, Jeff. « Making Isotopes Matter: Francis Aston and the Mass-Spectrograph, » Dynamis: Acta Hispanica ad Medicinae Scientiatumque Historiam Illustrandam 29, (2009), 131–166

Nier, Keith A. “A History of the Mass Spectrometer,” Instruments of Science: An Historical Encyclopedia. Robert Bud and Deborah Jean Warner, editors. 1998. New York & London: The Science Museum, London, and The National Museum of American History, Smithsonian Institution, in association with Garland Publishing, Inc. Pages 552-56.

Sharma, K. S. (2013). « Mass Spectrometry—The early Years. » International Journal of Mass Spectrometry 349–350(0): 3-8.

Standing, K. G. (2000). « Timing the Flight of Biomolecules: A Personal Perspective. » International Journal of Mass Spectrometry 200(1): 597-610.