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1 juin 2016 3 01 /06 /juin /2016 07:06

La Recherche hors-série 14 : La Lumière

Les sources incandescentes

(Jean-Jacques Greffet, Patrick Bouchon, François Marquier)

 

Le laser connut de spectaculaires développements mais d'autres moyens existent pour dompter la lumière. Une recherche fondamentale ouvrant la voie, entre autres, au développement de l'information quantique.

 

La lumière blanche que nous envoie le soleil contient l'ensemble des couleurs visibles mais également les rayons ultraviolets ou infrarouges. Nos systèmes d'éclairages visent à reproduire cette clarté par l'incandescence, c'est-à-dire, la propriété des corps à émettre de la lumière quand il sont chauffés. Celle-ci est également diffusée dans toutes les direction et son spectre large ne dépend que de la température. Pour l'éclairage ce système est médiocre puisque la plus grande partie de son énergie se perd dans l'infrarouge, d'où le retrait des lampes incandescentes.

Des solutions alternatives existent, utilisant tubes fluorescents ou diodes électroluminescentes, celles-ci présentent un faible rayonnement infrarouge et, donc, une meilleure utilisation de l'énergie qu'elles reçoivent. Pour autant ce rayonnement, s'il est inutile pour l'éclairage, est utile pour la production d'énergie thermo-photovoltaïque. Il s'agit de convertir de la chaleur en rayonnement thermique afin d'éclairer une cellule photovoltaïque possédant une efficacité de conversion optimale à cette longueur d'ondes. Il est donc souhaitable d'émettre un rayonnement aux fréquences et directions souhaitées. Cela se fait par la création d'une ''métasurface'' présentant des propriétés n'existant pas dans la nature afin de faciliter l’absorption de la lumière. Un miroir peut présenter cette qualité mais également un semi-conducteur comme l'arséniure de gallium (GaAs) permettant la fabrication de puits quantiques confinant les électrons dans de fines couches de GaAs, séparées par des couches d'arséniure de gallium-aluminium (AlGaAs). Pour cela il faut que la surface absorbe la lumière sans la réfléchir, des métasurfaces présentent cette qualité.

 

Course à la vitesse

(Pascal Salières, Thierry Ruchon, Bertrand Carré)

 

La persistance des images sur la rétine, quelques dizaines de millisecondes, nous empêche de suivre des phénomènes tels la progression d'une décharge électrique dans les nuages. Pour briser cette barrière l'homme a développé les instruments permettant de mesurer des évolutions toujours plus rapides. Eadweard Muybridge, photographe, voulu décrire les mouvements d'un cheval au galop, il prit des photos à intervalles réguliers le long d'une piste avec un temps d'exposition suffisamment court pour figer le mouvement. Technique reprise depuis, améliorée par le laser, au point de diminuer la durée d'exposition à seulement quelques femtosecondes. Cette durée étant celle du mouvement des atomes dans les molécules, permettant d'observer les déplacement des atomes lors des vibrations des molécules ou lors de leur dissociation.

Les électrons sont mille fois plus rapides, leur observation demande une vitesse de l'ordre de l'attoseconde. Une limite de la technologie laser, l'impulsion ne peut être plus brève que la période de l'onde électromagnétique qui la porte, environ 2 femtosecondes, pour descendre au niveau demandé il faut une période plus courte, celle des rayons X. pour produire celle-ci il faut synchroniser les ondes harmoniques produites à un instant donné.

 

Trois applications requièrent cette rapidité :

La Spectroscopie moléculaire : le moyen de contrôler la dissociation de la molécule de dihydrogène lorsqu'un électron lui est arraché.

La dynamique des biomolécules : induire des mouvements électroniques ultrarapides dans un acide aminé, la migration de charge d'une extrémité à l'autre de la molécule en 2 femtosecondes a ainsi été détectée, ouvrant la perspective d'une chimie plus ''contrôlée'' dans des molécules d'intérêt biologiques.

La physique du solide : la manipulation de signaux électroniques à l'échelle du petahertz, accélérant les possibilités de la nanoélectronique de plusieurs ordres de grandeur.

 

L'attoscience permettra de suivre lors d'une réaction l'évolution de la probabilité de présence dans l'espace des électrons participant aux liaisons chimiques. En France ATTOLab viendra compléter les installations existantes, ensemble qui permettra aux physiques et chimistes de combiner une résolution temporelle attoseconde et une résolution spatiale à l'échelle du dixième de nanomètre. Une voie permettant l’étude de nombreux phénomènes fondamentaux du cœur de la matière.

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Publié par Lee Rony - dans J'ai lu Science
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Chenzen, le seul 04/06/2016 20:26

Bonjour Lee.

Magnifique article sur un phénomène que nous ne voyons pas mais qui est cependant vital. En définitif, lorsque l'on arrive à photographier un atome, a-t-on également réussi à figer le Temps, même une nanoseconde ? Lumière et Temps sont donc liés. Le tout serait de pouvoir se maintenir dans ce Tempes figé ; mais pour quelles applications ?

Lee Rony 07/06/2016 19:36

Et surtout, dans cette situation, que resterait-il de notre aptitude à bouger, de nos capacités mentales ? Ne serions-nous pas figés, une photo et rien de plus ?

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