La lumière

La lumière a constitué depuis l'Antiquité un objet central de recherche. Cependant ce n'est qu'au XVIIe siècle que les théories physiques de la lumière, c'est-à-dire l'étude de la lumière et des couleurs au sens où nous l'entendons encore aujourd'hui, connurent leur véritable essor. Nous présenterons donc tout d'abord le cadre historique, conceptuel et expérimental à l'intérieur duquel se sont constituées les théories de la lumière et des couleurs au XVIIe siècle. Nous nous attacherons ensuite à suivre à travers l'analyse des principaux phénomènes (interférence, diffraction, polarisation) les enjeux du débat entre théories ondulatoires et corpusculaires. Nous consacrerons la dernière partie aux aspects contemporains des théories de la lumière dans leur rapport avec la structure atomique et la mécanique quantique.

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Le logiciel, objet de notre quotidien

Il y a à peine trente ans, le logiciel était l'apanage des systèmes de gestion ou de communication des grandes entreprises. La micro-informatique, les ordinateurs embarqués et les réseaux ont centuplé ses applications, révolutionnant la bureautique, le design industriel ou artistique, les transports, et maintenant les objets du quotidien, du téléphone au stimulateur cardiaque en passant par tout l'audiovisuel, les jeux, et bien sûr Internet. On assiste en fait à la mise en place d'un nouveau système nerveux logiciel, avec lequel nous sommes sans cesse en contact. Or, le logiciel reste un objet mystérieux pour la plupart des gens. Il est purement immatériel, ne se voit pas, ne pèse rien. Pourtant, il produit des tas d'ennuis allant de l'inconfort des interfaces homme-machine mal conçus aux problèmes de sécurité des réseaux en passant par des crashs catastrophiques de fusées ou de satellites. La qualité du logiciel devient un des points faibles de notre société. Pour les spécialistes, ce n'est pas étonnant. Le logiciel est un objet purement intellectuel d'une très grande complexité, qui ne se laisse pas appréhender pas des approches naïves. Un logiciel est formé de millions d'ordres élémentaires à une machine ultra-rapide et quasi-infaillible mais parfaitement stupide, le microprocesseur. De minuscules erreurs peuvent avoir de grandes conséquences et on ne sait pas encore se protéger. Nous essaierons de mieux faire comprendre la nature profonde de l'objet logiciel, et nous présenterons les approches scientifiques modernes qui permettront de construire des logiciels plus sûrs et d'en assurer la correction.

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Thermodynamique, le concept d'énergie et ses vicissitudes

En un siècle et demi, le concept d'entropie a pris des formes diverses qui ont étendu son champ d'application depuis la physique vers la chimie, l'informatique, la biologie ou l'économie, et permis de dégager progressivement sa signification. L'entropie fut initialement introduite comme une grandeur thermodynamique dont l'augmentation au cours du temps sert à caractériser l'irréversibilité des processus d'évolution. L'élaboration à la fin du XIXe siècle de la théorie cinétique, qui explique les propriétés macroscopiques des gaz à partir de leur structure à l'échelle atomique, conduit à lui donner une interprétation probabiliste : elle s'identifie à une mesure du désordre existant à petite échelle en raison du nombre immense de configurations que les molécules sont susceptibles de prendre, et elle s'exprime en fonction des probabilités associées à ces configurations. En 1948 est créée la théorie de la communication, où la quantité d'information transmise par un message est définie en s'inspirant de l'expression mathématique de l'entropie. Celle-ci acquiert en retour, peu après, son interprétation moderne : c'est l'information qui nous manque à l'échelle microscopique sur un système parce que nous ne connaissons que ses caractéristiques macroscopiques ; ou encore, c'est la mesure de la complexité de l'état du système. Cette interprétation est corroborée par l'analyse des échanges d'entropie qui accompagnent les transferts d'information ; elle confère à l'entropie un caractère partiellement subjectif.

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Paris, 8 septembre 2011

Supraconductivité : le puzzle prend forme !

En affaiblissant la supraconductivité avec un fort champ magnétique, les électrons d'un supraconducteur dit « à haute température » s'alignent en filaments linéaires. C'est ce que viennent de montrer les chercheurs du Laboratoire national des champs magnétiques intenses du CNRS (1). Publiés dans Nature le 8 Septembre 2011, ces résultats apportent une nouvelle pièce au puzzle que les physiciens de la matière tentent d'assembler depuis près de vingt-cinq ans.
Découverte il y a cent ans, la supraconductivité(2) est un phénomène spectaculaire qui interroge toujours autant les chercheurs. Les supraconducteurs dits « à haute température » intéressent tout particulièrement les scientifiques, notamment la famille des cuprates, des oxydes de cuivre dont la température maximale de supraconduction est d'environ -140°C. Comment, dans ces cuprates, les électrons parviennent-ils à s'organiser en une même onde, permettant ainsi au matériau de devenir supraconducteur? C'est la question à laquelle les chercheurs tentent de répondre depuis vingt-cinq ans.

C'est dans ce contexte que l'équipe du Laboratoire national des champs magnétiques intenses, en collaboration avec des scientifiques de Vancouver, a soumis des échantillons d'un cuprate surnommé « YBaCuO »(3) à des champs magnétiques particulièrement intenses (des milliers de fois plus puissants que ceux des petits aimants sur les portes des réfrigérateurs ménagers). Grâce à la technique de résonance magnétique nucléaire(4), les chercheurs ont sondé ce supraconducteur à l'échelle de l'atome et ont découvert que les électrons, sous ces champs intenses, tendent à s'ordonner en filaments rectilignes ou « stripes ».

Un tel alignement des charges n'a été observé jusqu'à présent que dans les matériaux non ou faiblement supraconducteurs, jamais chez des matériaux où la supraconductivité est robuste. Cette découverte permet de comprendre pourquoi : il faut qu'un fort champ magnétique affaiblisse la supraconductivité pour observer l'effet. Les résultats suggèrent aussi que cette tendance à l'alignement pourrait être sous-jacente à tous les cuprates. Reste néanmoins à comprendre si cette nouvelle pièce du puzzle a un quelconque rapport avec le mécanisme de supraconductivité de ces matériaux.

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