LA RUÉE VERS L`ÉNERGIE SOLAIRE

PHYSICA
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene USTHB
PHYSICA Magazine
Numéro 1 Avril 2017
LA RUÉE VERS
L’ÉNERGIE
SOLAIRE
Quelles perspectives pour l’Algérie ?
DOSSIER ORIENTATION
Tout sur les spécialités de Physique
UN ORDINATEUR
QUANTIQUE
Entre l’illusion et la réalité
L’ÉNIGMATIQUE
ANTIMATIÈRE
nous dévoile ses secrets
LES EXOPLANÈTES
De la fiction à la réalité
PHYSICA STORIES
Dans
toute
communauté
estudiantine, le rôle des associations
et des clubs est primordial. En effet ces
espaces permettent aux étudiants de s’organiser à
la tenue d’activités intra-universitaires, la participation de
telles structures est incontestablement une richesse pour toute
université.
Dans cette optique, au courant de l’année universitaire 2016-2017,
un groupe d’étudiants passionnés par la physique et ayant de grandes
ambitions, voulant apporter leur contribution au développement de leur
nation et de facto de leur université et soutenus par une large communauté
d’étudiants; ont décidé d’entamer les démarches afin de fonder un club qui
servira de base à la concrétisation de tout nos objectifs.
Nous sommes un groupe d’étudiants passionnés par la physique, notre nombre
aujourd’hui dépasse les 70 adhérents de différentes spécialités, nous aspirons
à créer un espace où règne harmonie et qui favoriserait l’esprit d’initiative et
encouragerait les étudiants à dévoiler leur créativité et différents talents, et
où nous pouvons partager notre amour pour la science et le transmettre à
l’ensemble de notre communauté universitaire.
Nous avons également pour but de démystifier la physique dans le milieu
estudiantin ainsi qu’auprès de la population.
Notre club ambitionne de donner une culture scientifique aux
étudiants suivant un cursus en physique et cela à travers plusieurs
activités qui complémenteraient la formation pédagogique
Parce
que
la
et cela conformément au système LMD.
physique est bien
plus qu’une science,
Président du PHYSICA CLUB
c’est une passion qui se vit
Youcef Samir KADIK
et se partage. Au Physica
Club, cette passion se
déline sous divers
Ateliers,
activités:
expériences et
travaux pratiques
Présentation
scientifiques et
conférences
Séances
d’entraide
estudientine et
de tutorat
Vulgarisation
scientifique
et animation de
journées portes
ouvertes et
évènements à
thèmes
Sorties
pédagogiques
Projection de
documentaires et
films scientifiques
Réalisation de
vidéos podcasts
scientifiques et
éducatifs
L’ÉDITO
‘Ne perdez
jamais
une sainte
curiosité’
Albert
Einstein.
L
’amour de la physique et le désir de partager cette
passion sont ce qui nous a poussés à créer Physica Club, et ce sont
ces mêmes motivations qui ont permis à Physica Magazine de voir
le jour.
Animés par une volonté inébranlable de comprendre
le monde qui les entoure et une soiffe intarissable de connaitre les
secrets de notre univers, les rédacteurs ont fait preuve d’une créativité
débordante. Ces quelques modestes pages n’ont pas pu englober
tout le fruit de leur enthousiasme infatigable. Enthousiasme qui,
nous en somme convaincus, produira bien plus, pour le plus grand
bonheur de nos lecteurs, mais aussi de nos rédacteurs. Car même si
la conception d’une revue peut s’avérer être ardue, ce n’est en rien
comparable au plaisir éprouvé en s’adonnant à cet exercice qui s’est
révélé des plus enrichissants.
L’immersion dans le monde de la physique peut être
enivrant, mais notre plus grand plaisir consiste à partager cette
expérience autour de nous, à échanger avec d’autres passionnés ou à
prendre par la main les spectateurs de notre monde et de les mener
vers les coulisses, en leur dévoilant les quelques rouages dont nous
avons la naïveté de prétendre comprendre. Cette revue s’adresse
donc à tous ceux qui ne sont pas insensibles au monde dans lequel
ils évoluent, qu’ils soient spécialisés en physique ou de simples
curieux.
Nous avons veillé lors de la conception de ce premier
numéro à balayer tout le spectre de la physique, à aborder une
majeure partie de ses domaines tout en essayent d’équilibrer
entre vulgarisation et rigueur scientifique. Mais Physica n’est pas
seulement de la physique. C’est avant tout un club estudiantin, et
une revue élaborée par et pour les étudiants. c’est dans cette optique
qu’on a intégré des rubriques telles que l’orientation et Physica
Stories ; pour que cet ouvrage puisse guider certains et inspirer
d’autres, en veillant à puiser au maximum de l’expériences et des
savoir-faire mis à notre disposition, afin de promouvoir une culture
scientifique et contribuer à faire évoluer l’université Algérienne.
Nos aspirations sont grandes mais tout à fait réalisables
grâce à l’ardeur de nos adhérents, de nos rédacteurs, et au concours
de nos professeurs, parrains et marraines qui nous encouragent
dans notre entreprise.
Pour finir, un seul mot d’ordre, croyez en vos passions
et vivez les pleinement : Per aspera ad Astra...
Rédactrice en chef
Djamila Sarah HARROUZ
SOMMAIRE
Rédactrice en chef
Djamila Sarah HARROUZ
Rédacteurs
Karina ABDESSLAM Faycel BENDEBICH - Maria BOUMBAR Yacer BOUMECHTA - Assia BOUZID Tamaâzouzt CHENNIT Djamila Sarah HARROUZ - Asma MANSOURI Sarra Asma ROUABHIA - Mohamed Slimane TATAOUI
Équipe du design
Oussama Korichi - Idris KOUADRI BOUDJELTHIADjamila Sarah HARROUZ
Photographes
Yaakoub MATI - Salaheddine GUESSOUM
Artiste
Maya KHELIF
Ont Participé Avec Nous
Seddik Mohamed OUACEL - Youcef Samir KADIK - Rokia
BELGACEM
Nous remercions pour leur contribution
Mme L. AMIROUCHE - Pr. A. BENDIB - Pr. M. BOUDJEMA Mlle. L. BOUZAR - Pr. A.C. CHAMI - Pr. H. DJELOUAH Pr. M. HAMHAMI - Mme. A.H. HAMICI - Pr. A. KELLOU Pr. A. RAHAL - Pr. Y. SALHI
ACTUALITÉ
La ruée vers l’énergie solaire...................................................................................... P06
L’énigmatique antimatière nous dévoile ses secrets........................................... P10
Les métamatériaux : Des propriétés hos du commun......................................... P13
Les ondes gravitationnelles........................................................................................ P18
L’ordinateur quantique :Entre l’illusion et la réalité.......................................... P22
Les exoplanètes : De la fiction à la réalité.............................................................. P28
ORIENTATION........................................................................................................... P32
MATHS
Les mathématiques et la physique, une histoire d’amour ?.............................. P40
The Gauss’s Law of Electrostatics.......................................................................... P43
Solution of the Brachistochrone problem............................................................. P45
PHYSICA STORIES................................................................................................... P49
HISTOIRE
Congrès de Solvay 1927 : Un choc entre deux Colosses.................................... P58
L’intrication Quantique............................................................................................. P60
Piotr Léonidovitch Kapitsa: À travers les ruelles du passé il a existé…......... P62
JEUX............................................................................................................................... P64
PHYSICA DAY............................................................................................................. P67
ACTU
Physica Magazine
La ruée vers l’énergie
solaire
Karina ABDESSLAM
Au
cœur de l’actualité énergétique et élément
phare des recherches d’aujourd’hui, les panneaux
solaires ne cesseront jamais de nous éblouir. Du silicium
monocristallin jusqu’aux boites quantiques, en passant
par les cellules du silicium amorphe, les recherches se
poursuivent essayant tant bien que mal de lier rendement
satisfaisant, normes sanitaires et économie.
Le silicium polycristallin :
Alors que les cellules d’un panneau solaire monocristallin
sont constituées d’un seul cristal de silicium de grande taille,
les cellules du panneau solaire polycristallin sont issues
de la fonte de chutes de silicium monocristallin.
Les morceaux sont chauffés, fondus puis refroidis
et assemblés pour créer une cellule. L’ensemble
des cellules rassemblées forme un panneau
polycristallin. La cellule est constituée d’une fine
couche formée d’une multitude de petits cristaux
de silicium, de couleur gris bleutée,de tailles et d’orientations
variées.Le rendement des panneaux solaires polycristallins
varie de 11 à 15 %. Leur montant est également moins élevé
en raison d’une fabrication plus simple.On peut les poser sur
tous types de toitures, du toit fortement incliné au toit-terrasse.
Le silicium Amorphe a-Si :
Le silicium intégré dans les cellules a-Si n’a pas fait l’objet
d’une cristallisation. Ses atomes sont donc agencés sans
réelle organisation, ce qui leur permet de mieux capter
la lumière (par rapport au silicium cristallin).
Problème : les charges générées ont plus
de difficulté pour se déplacer à cause de la
désorganisation de la matière, ce qui se traduit par un
mauvais coefficient de conversion.
Par conséquent, leur rendement est faible soit 13,4 %
en laboratoire.
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Les boites quantiques :
Le domaine des nanotechnologies bat son plein.
Les boîtes quantiques sont des nanocristaux
semiconducteurs mesurant moins de 10 nm.
Ces boîtes présentent deux caractéristiques importantes:
elles captent la lumière à différentes longueurs d’onde,
et sont faciles à produire à moindre coût. Les cellules à
boîtes quantiques se composent d’une plaque de verre
qui est recouverte par de l’oxyde d’étain dopé au fluor.
Un matériau semi-conducteur, comme le dioxyde de
titane ou l’oxyde de zinc, est alors posé sur cette couche,
avant d’être lui-même recouvert par les boîtes quantiques.
L’épaisseur totale du dispositif est d’environ 1,5 µm. Un
rendement record de 7 % est actuellement détenu par
des chercheurs de l’université de Toronto, au Canada.
Cependant, il serait théoriquement possible d’atteindre
des valeurs de 60 à 83 %.
7
ACTU
Physica Magazine
Des algues pour le photovoltaïque ?!
Quelles perspectives pour
l’Algérie ?
La consistance du programme en énergies renouvelables à réaliser pour les besoins du
marché national sur la période 2015-2030 est de 22 000 MW, dont plus de 4500 MW
seront réalisés d’ici 2020. Visant à promouvoir essentiellement les énergies renouvelables
notamment l’énergie solaire.
Accord algéro-japonais Sahara Solar
Breeder (SSB) :
Dans le cadre de la coopération algéro-japonaise
dédié au développement des technologies solaires,
l’Université des sciences et de la technologie d’Oran
Mohamed-Boudiaf (USTO-MB) a bénéficié de
l’acquisition d’un four à induction, équipement de
pointe pour la production de silicium à un niveau
inégalé de pureté entré en exploitation en juin 2015.
Cette opération hisse l’USTO-MB au rang de“premier
établissement universitaire algérien producteur de
silicium”, produit essentiel dans la composante des
cellules photovoltaïques. “Le succès obtenu aux
premiers tests du four à induction permet d’envisager, à
terme, la création d’une usine de fabrication de silicium
dans le cadre du partenariat avec le secteur industriel”,
s’est félicité le directeur du Laboratoire de microscopie
électronique de l’USTO-MB, Pr Saad Hamzaoui.
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Le principe de fonctionnement de cette machine réside
dans le traitement de la Silice contenue dans le sable
saharien ou la diatomée (roche dont le gisement est
situé à Sig dans la wilaya de Mascara, la réserve de
silicium est estimée à 06 millions de tonnes). Mélangée
au carbone, la silice est introduite dans le four où le
chauffage provoquera l’extraction de l’oxygène, afin
d’obtenir le produit recherché, le silicium qui servira à
la fabrication des cellules de panneaux photovoltaïques.
Lancé en 2011, SSB (Sahara Solar breeder, ou élevage
de fermes solaires) a donné lieu à l’étude de faisabilité
d’un projet d’envergure de production électrique à
partir du Sahara en vue de son acheminement vers le
nord du pays, via les câbles supraconducteurs.
Les diatomées sont des algues unicellulaires qui se parent
d’une coque de silice appelée frustule,véritable rempart
naturel contre le broutage, la mobilité, la flottabilité et
régulateur de l’activité photosynthétique.Les frustules de
certaines diatomées présentent des propriétés de cristal
photonique. Les pores y sont distribués de façon régulière sur
la paroi de silice formant un réseau bi ou tridimensionnelle
de symétrie hexagonale ou tétragonale. Les frustules de
silice focalisent la lumière aussi et se comportent comme
des lentilles qui modifient le rayonnement solaire pour
optimiser les processus de photosynthèse. Ces micro-algues
très facilement cultivables en laboratoire peuvent avoir
des applications potentielles en nanotechnologie pour la
réalisation de cellules solaires telles que les concentrateurs
solaires luminescents par exemple. Il est également possible
de modifier chimiquement les frustules de silice sans changer
leur forme en introduisant des éléments étrangers dans le
milieu de culture.
Des objectifs à en devenir optimiste ?
Malgré les inconvénients que posent les panneaux
solaires de part leur rendement faible ainsi que le
stockage nécessaire, l’investissement dans cette source
énergétique est devenue incontournable de nos jours.
L’exploitation des gisements de Diatomée
en grande quantité se trouvant le long du
littoral ouest du pays évaluée à 6 millions
de tonnes, soit une quantité pouvant
couvrir une production photovoltaïque
d’une centaine de gigawatts, serait une
alternative non négligeable. Le SSB est
“le plus ambitieux de tous les programmes
internationaux, pouvant à lui seul fournir
jusqu’à 50% de l’énergie dont la planète Sources :
* Analyse structural de la diatomée algérienne1Iron
a besoin”, soutient Pr Amine Boudghene
and SteelAppliedReseach Unit-Welding and Control
Stambouli, manager scientifique et Center, URASM-CSC,
technique du projet. De quoi devenir * Portail Algérien Des Energies Renouvelables
optimiste quant à l’avenir de la situation * Futura Science
économique et écologique algérienne.
* Diatoms, BiomineralizationProcesses and
Genomics. Mark Hildebrand, Chem. Rev. 2008,
108, 4855-4874.Diatoms as living photoniccrystals,
Fuhrmannet al.,App. Phys. B, 2004, 78, 257-260.
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ACTU
Physica Magazine
l’énigmatique antimatière nous dévoile
ses secrets
Djamila Sarah HARROUZ
Les physiciens de l’équipe ALPHA au CERN ont reporté décembre dernier avoir effectué
pour la première fois la mesure du spectre optique d’un atome d’antihydrogène, ceci
couronne 20 ans de recherche sur l’antimatière dans les laboratoires du CERN dont
le but est d’expliquer l’asymétrie matière-antimatière de l’Univers.
Paul Dirac (1902-1984)
Qu’est-ce que l’antimatière ?
Les atomes sont formés d’électrons qui gravitent
autour d’un noyau selon des orbites définies, lorsqu’un
électron change d’orbite il émet ou absorbe des photons
d’une longueur d’onde spécifique à chaque transition
électronique ; chaque élément à un spectre unique.
Ceci fait de la spectroscopie un outil fondamental
dans la détermination des caractéristiques de la
matière,et est utilisée dans plusieurs domaines de la
physique, l’astronomie et la chimie. Par exemple: la
spéctroscopie permet aux astrophysiciens de déterminer
la composition d’une étoile située à plusieurs centaines
d’année lumières de la Terre. Composé d’un électron
unique orbitant autourd’un seul proton, l’hydrogène est
l’élément le plus abondant de l’univers, l’étude de son
spectre a fait l’objet de recherches de grande précision.
D’un autre coté, l’antihydrogène reste encore méconnu,
car il se trouve que l’univers est essentiellement
constitué de ce qu’on appelle matière “ordinaire” et
l’antimatière s’y trouve en proportions très infimes.
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En 1928, le physicien Britannique Paul Dirac combina
la mécanique quantique et la relativité restreinte en
une équation décrivant le mouvement d’un électron
relativiste. Cette équation, qui lui a valu le prix Nobel de
Physique en 1933, posa un problème : elle admet deux
solutions distinctes (tout comme l’équation x²=4 admet
x=2 et x=-2 comme solutions) l’une correspondant
à un électron d’énergie positive, et l’autre pour un
électron d’énergie négative. La seconde n’a pas de
sens physique car l’énergie d’une particule (libre) doit
toujours être positive ! Dirac alors eu la brillante idée
de supposer que pour chaque particule correspond une
“antiparticule” identique en tout point sauf qu’elle
porte une charge opposée. L’antiélectron (chargé
positivement) est donc la particule qui correspond à la
seconde solution de l’équation de Dirac. En 1932 Carl
Anderson, un jeune professeur de Caltech (Californie
Institute of Technologie) étudiait les traces des
particules cosmiques dans une chambre à brouillard
Carl Anderson(1905-1991)
et a remarqué une trajectoire correspondant à une
particule portant la masse de l’électron mais chargée
positivement. Ce fut l’observation expérimentale de
l’antiélectron, qui sera baptisé également positron.
Cette découverte vaudra à Anderson le Prix Nobel de
Physique de 1936 conjointement avec Victor Hess.
Les rayonnements cosmiques ont été durant plusieurs
années la seule source d’antiparticules, et ont permis la
découverte de l’antiproton 22 ans après celle du positron.
Le développement des cyclotrons et des accélérateursde
particules a permis plus tard la découverte deplusieurs
autres antiparticules.
L’asymétrie matière-antimatière
Selon la théorie du Big Bang, ce dernier aurait vu se
créer de la matière et de l’antimatière à des proportions
égales. Les particules de matière et d’antimatière
sont toujours produites par paire et, lorsqu’elles
entrent en contact l’une avec l’autre, elles s’annihilent
mutuellement, ne laissant derrière elles que de l’énergie
pure. Au cours des premières fractions de seconde qui
ont suivi le Big Bang, des paires particule-antiparticule
ne cessaient d’apparaître et de disparaître. Si la matière
et l’antimatière sont créées et détruites ensemble,
l’Univers ne devrait contenir que de l’énergie résiduelle.
Mais notre Univers est fait essentiellement de matière.
L’un des plus grands défis de la physique moderne est
d’expliquer cette asymétrie..
L’antimatière artificielle :
Les premiers atomes d’antihydrogène ont été créés
au CERN en 1995 en assemblant un antiélectron avec
un antiproton grâce à un processus extrêmement
délicat, car tout contact avec la matière implique une
annihilation de l’échantillon. L’antimatière créée est
emprisonnée dans un champ magnétique particulier.
Le caractère magnétique de l’atome d’antihydrogène
augmente la complexité du processus. En 2011, la
collaboration ALPHA est parvenue à capturer des
atomes d’antihydrogène dans un champ magnétique
pendant 1000 secondes dans une expérience réalisée
au Décélérateur d’antiprotons du CERN.
Spectroscopie de l’antimatière
Les avancés technologiques dans la création, la capture
et la canalisation des atomes d’antihydrogène ont permis
d’exposer un échantillon à un faisceau laser permettant
une transition électronique. L’observation de la raie
spectrale de la transition 1S-2S de l’antihydrogène a
permis de comparer pour la première fois les spectres
de la matière et de l’antimatière. Cette dernière ne
montre aucune différence entre la raie détectée et son
équivalente de l’hydrogène, ce qui est consistant avec
ce que prédit le Modèle Standard de la physique des
particules.
11
ACTU
D’autres champs d’investigation
L’antimatière fait l’objet de plusieurs autres études et
projets expérimentaux visant à mieux la comprendre
et à traquer la moindre différence avec la matière aussi
subtile soit elle. Plusieurs équipes de recherche au sein
de CERN notamment mènent les investigations suivant
différents fronts. L’expérience AEGIS (Antihydrogen
Experiment: Gravity, Interferometer, Spectroscopy)
tante d’effectuer une mesure du champ gravitationnel
terrestre agissant sur un échantillon d’antihydrogène.
La gravité est aussi l’axe de recherche du projet GBAR
(Gravitational Behaviour of Antihydrogen at rest).
En juin 2014, l’équipe ALPHA Antihydrogen Laser
PHysics Apparatus) a pu mesurer la charge électrique
de l’antihydrogène. Les résultats ont montré que ce
dernier était neutre, tout comme l’hydrogène.
Physica Magazine
Pas plus tard que janvier 2017, la collaboration BASE
(Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) à pu
mesurer avec une précision de 0.8/1000000 le moment
magnétique de l’antiproton, qui est identiquement
opposé à celui du proton Ces équipes de recherche
travaillent à améliorer la précision avec laquelle sont
effectuées les mesures afin de tester au plus loin la
validité du modèle standard et d’en déduire les indices
qui permettraient d’expliquer l’asymétrie.
Sources:
CERN
American Physical Society First Spectrum of an
Antiatom
February 2017 (Volume 26, Number 2)
Nature 541 (26 January 2017) Published online 19
December 2016
LES MÉTAMATÉRIAUX
Des propriétés hos du commun
U
Asma MANSOURI
n revêtement phonique ultra-performant fin comme du papier à cigarette,une échographie
avec une résolution au-delà de la limite actuelle, des installations capables de protéger des
bâtiments contre les séismes ou des installations portuaires contre les tsunamis ? La solution
à l’ensemble de ces problématiques porte désormais un nom : métamatériaux. Vous savez,
ces matériaux rendus populaires car ils offrent la possibilité, du moins en principe, de réaliser
la cape d’invisibilité de Harry Potter. Plus prosaïquement, de se jouer des lois classiques de
propagation de la lumière et, par conséquent, de manipuler cette dernière à « l’infini ». Or les
équations qui régissent le comportement ondes lumineuses sont sensiblement les mêmes que
celles auxquelles obéissent les ondes mécaniques. Ainsi, ce qui est vrai pour la lumière l’est
également pour les ondes acoustiques, sismiques ou hydrodynamiques. Réalité à l’origine
d’avancées spectaculaires auxquelles participent activement les chercheurs.
12
13
ACTU
Un métamatériau est un matériau composite artificiel
qui présente des propriétés électromagnétiques qu’on ne
retrouve pas dans un matériau naturel. Il s’agit en général
de structures périodiques,diélectriques ou métalliques,
qui se comportent comme un matériau homogène
n’existant pas à l’état naturel. Il existe plusieurs types
de méta-matériaux en électromagnétisme, les plus
connus étant ceux susceptibles de présenter à la fois
une permittivité et une perméabilité négatives. Mais il
en existe d’autres : milieux d’impédance infinie, milieu
à permittivité relative inférieure à 1, etc. En réalité
les métamatériaux sont très anciens, puisqu’on peut
considérer par exemple les verres colorés utilisés dans
les vitraux des cathédrales comme des métamatériaux
optiques.
De même on peut considérer les cristaux photoniques
comme des métamatériaux. Les métamatériaux, comme
leur nom l’indique, sont des matériaux artificiels ayant
des propriétés physiques supérieures aux matériaux
naturels. « Meta » est un préfixe grec signifiant «
au-delà » ou « un niveau au-dessus », comme dans
métaphysique ou métalogique.Les métamatériaux sont
donc des matériaux ayant des propriétés « au-delà » de
ce que l’on peut espérer observer dans des matériaux
naturels. Ce concept peut se décliner dans tous les
domaines de la Physique. Plus précisément,
en électromagnétisme et en optique, les
métamatériaux présentent de propriétés
nouvelles susceptibles
d’exciter
l’imagination des chercheurs et des
ingénieurs comme un indice optique
négatif ou un effet Doppler inversé,
par exemple. Ces matériaux
ont vu leur développement
intervenir à partir de 1980
et sont actuellement des
sujets d’étude en plein
développement.
14
Physica Magazine
Suite à la
démonstration
de Veselago en
1968 qu’un indice de
réfraction optique peut
être négatif, un nouveau
domaine s’est ouvert pour
la propagation des ondes
électromagnétiques et acoustiques.
Pour atteindre ces propriétés « non
conventionnelles », et obtenir des
applications innovantes, on propose des
nouveaux matériaux à partir d’un assemblage
de 55 matériaux conventionnels.
Une super lentille à base de Dioxide de
Titane :
Depuis quelques années, les chercheurs espèrent mettre
au point une lentille capable de dépasser la résolution
spatiale d’un système optique classique. Comment?
En s’appuyant sur les propriétés surprenantes des
métamatériaux.
Et dans le dernier numéro de Science, des chercheurs
de la SEAS (Harvard John A. PaulsonSchool of
Engineering and Applied Sciences) annoncent avoir
touché au but.
Ils ont conçu une lentille plane agissant sur toute
la gamme du spectre visible et dont la résolution (la
distance minimale entre deux points distinguables) est
inférieure à la longueur d’onde de la lumière visible.
Rappelons que les lentilles classiques présentent une
forme incurvée et qu’il est parfois nécessaire d’en
empiler plusieurs pour réduire les distorsions et produire
des images nettes et claires. Résultat :des instruments
lourds, encombrants et délicats à fabriquer. L’idéal
serait de les remplacer par des superlentilles, planes et
ultraminces, construites à partir de métamatériaux.
Pour focaliser aussi bien la lumière rouge que la
lumière bleue ou verte, les auteurs de cette étude ont
cherché un matériau qui n’absorberait ni ne diffuserait
cette lumière, qui la concentrerait fortement, avec un
indice de réfraction élevé. Et pour que leur technologie
ne reste pas confinée au laboratoire, ils se sont tournés
vers un matériau déjà largement utilisé dans l’industrie
: le dioxyde de titane. On le trouve en effet un peu
partout, de la peinture aux crèmes solaires. L’équipe est
parvenue à mettre au point un réseau de nanostructures
- déposées sur un substrat en verre - capable de résoudre
des images plus petites que la longueur d’onde de la
lumière, de l’ordre de 400 nanomètres. Une prouesse
que l’on pensait, jusqu’à récemment, interdite par la
limite de diffraction. Le principe longtemps admis veut
qu’un système optique ne puisse visualiser des détails
dont les dimensions sont inférieures à la longueur
d’onde de la lumière avec laquelle on les observe.
Un écran antisismique
L’idée
?
Mettre
des
bâtiments à l’abri des séismes
en les plaçant au centre d’un
métamatériau façonné dans
le sol même. Comment ? En y
forant des trous de plusieurs mètres,
disposés en anneaux concentriques
autour de la zone à protéger. Ainsi,
les scientifiques ont réalisé un essai
grandeur nature en collaboration avec
l’équipe de Stéphane Brûlé, de la Société
Ménard, spécialisée dans les fondations et
le traitement des sols sur un terrain de 5 000
m2 sur lequel ils ont déclenché un microséisme
en y lâchant une masse de 17 tonnes depuis une
hauteur de 20 mètres ! Résultat : Le métamatériau
géant a agi comme une cape d’invisibilité en
déviant les ondes sismiques de part et d’autre de la
zone centrale à protéger. A Grenoble, on travaille sur
un projet de protection sismique non pas en structurant
le sol,mais en utilisant les forêts. De même, les
scientifiques ont récemment démontré, dans le canal
à houle de 17 mètres de Centrale Marseille, que des
poteaux verticaux savamment disposés agissaient telle
une cape d’invisibilité vis-à-vis de la houle.
Mais, dans la théorie, cette limite peut être franchie,
en partie grâce à l’indice deréfraction négatif que
présentent les métamatériaux.La superlentille qu’ils
ont développée présente en plus l’avantage d’être
facile à produire grâce à de simples méthodes de
lithographie. Et elle est particulièrement légère et peu
encombrante. Elle serait même « plus mince qu’une
feuille de papier », se vantent les chercheurs de la
SEAS. De quoi l’utiliser pour la conception de casques
de réalité virtuelle ou de réalité augmentée mais aussi
pour les lentilles de contact, les téléphones ou les futurs
télescopes spatiaux.
15
ACTU
Une cape d’invisibilité acoustique:
Un film élastomère de quelques millimètres d’épaisseur
criblé de micro-bulles et doté d’uncoefficient
d’absorption voisin de 100 % ! En jouant sur la
distance entre les bulles et la viscosité de l’élastomère,
on peut parvenir à absorber dansnotre matériau jusqu’à
50 % de l’énergie d’une onde incidente. L’onde retour
peut même être totalement annulée en profitant de
l’interférence destructive entre l’onde réfléchie par le
méta-matériau et l’onde réfléchie à la surfacede l’objet
protégé par cet écran. L’application la plus évidente
serait un « méta- écran » susceptible de rendre invisible
aux sonars un objet immergé qui en serait recouvert.
Mais les scientifiques ont également d’autres idées
en tête, tel le pilotage de micro-bulles circulant
dans des circuits microfluidiques élaborés dans le
métamatériau. Comment ? En envoyant certains sons
sur les bulles piégées dans l’élastomère dans lequel le
circuit est fabriqué, on crée des résonances susceptibles
d’engendrer des forces attractives ou répulsives sur
les bulles circulant dans le micro-circuit. Preuve que
les métamatériaux acoustiques n’ont pas fini de nous
surprendre !
Des lentilles pour l’échographie
Ce métamatériau a été mis au point grâce à la mise en
œuvre de procédés empruntés à la physique de la matière
molle et de la microfluidique, soit l’art de manipuler les
fluides aux échelles micrométriques. Il se présente sous
la forme de microbilles poreuses – fabriquées au Centre
de recherche Paul-Pascal du CNRS, dans l’équipe
d’Olivier Mondain-Monval – mises en suspension dans
une matrice aqueuse. Le procédé est adaptable
à différentes tailles de billes et donc à
différentes longueurs d’onde.
16
Physica Magazine
Mais surtout, c’est le premier qui permette de réaliser
un métamatériau acoustique tridimensionnel, c’est-àdire auquel on puisse donner la forme que l’on souhaite,
et à indice de réfraction négatif. Microbilles de silicone
poreux © CNRS Interdite par les lois de l’optique
conventionnelle,cette dernière propriété permet
d’envisager des lentilles acoustiques – l’équivalent visà-vis des ondes sonores des lentilles de l’optique – dites
parfaites, soit des dispositifs capables de résoudre une
image au-delà de la limite de diffraction, ce dont aucune
lentille standard n’est capable. Avec, par exemple, de
possibles applications dans le secteur de l’échographie
médicale.
Modélisation des Métamatériaux:
Les métamatériaux sont exploités par de nombreuses
technologies de pointe comme les lentilles parfaites
ou les antennes et les systèmes térahertz. Vu que leur
champ d’application ’étend, il devient de plus en plus
crucial de pouvoir les modéliser, tâche difficile en
raison de leur nature peu conventionnelle et de leurs
propriétés délicates. Le Journal of Computational
Physics annonce cependant qu’une équipe de l’EPFL
en suisse a réussi à créer des modèles de calcul
applicablesà un large spectre de métamatériaux. La
conception de nouveauxmétamatériaux adaptés aux
exigencestechnologiques requiert une compréhension
grandissante de leurs possibilités structurelles. La
meilleure manière de prédire l’ensemble de leurs
propriétés reste la modélisation informatique, qui
nécessite un certain degré d’abstraction mathématique.
Les concepteurs de métamatériaux doivent donc
trouver des solutions pour développer des outilsprécis
et efficaces afin de modéliser ces matériaux non
standard. Une équipe de recherche menée par
Jan S. Hesthaven de l’EPFL a conçu une
approche de calcul afin de résoudre
ce problème au moyen de la
méthode de Galerkin
discontinue,
une classe de méthodes numériques de résolution
des équations différentielles – soit des équations qui
traduisent le changement d’une variable en fonction
d’une autre, p.ex. la vitesse d’une voiture avec
le temps. La modélisation des métamatériaux
implique
un
ensemble
d’équations
différentielles connues sous le nom
d’équations de Maxwell, qui décrivent la
façon dont les ondes électromagnétiques
se propagent dans le temps et l’espace,
ainsi que des modèles détaillés
de réaction des métamatériaux
aux ondes électromagnétiques.
Ces équations se présentent
toutefois sous la forme de
fonctionscontinues et doivent
être transcrites en fonctions
discrètes ou discontinues
pour que le modèle
informatique fonctionne
– un détail pour les matériaux conventionnels, une
gageure dans le cas précis. Grâce à leurs travaux
antérieurs, les chercheurs de l’EPFL ont pu développer
une technique sur mesure pour résoudre les équations
de Maxwell nécessaires aux métamatériaux. Les
scientifiques ont ensuite testé cette méthode et montré
qu’elle pouvait être appliquée à certains modèles de
étamatériaux aux structures différentes. Ils ont obtenu
un résultat qui semble imiter le modèle continu, puis
ont utilisé les mathématiques pour démontrer que ce
modèle résoudrait effectivement l’équation continue si
l’on avait à l’utiliser en suivant le protocole d’usage.
Cette nouvelle méthode est susceptible d’améliorer
grandement la modélisation informatique des
métamatériaux, ce qui va permettre d’en découvrir,
concevoir et fabriquer avec de nouvelles formes et
structures à des vitesses accrues. La demande de ce
type de matière non conventionnelle étant en plein
essor, cette approche promet d’avoir un impact étendu
sur l’avenir des métamatériaux.
Conclusion
Quel que soit le domaine d’application, un métamatériau permet de développer des propriétés inaccessibles avec des
matériaux conventionnels.Toutefois des limites sont inhérentes à la construction de ces méta-matériaux.L’interaction
d’un méta-matériau avec une onde(électromagnétique ou acoustique) produit des propriétés intéressantes
pour des bandes de fréquences souvent restreintes au voisinage de fréquences de résonance. Ces fréquences
étant directement reliées à la taille de la structure périodique du matériau, les limites actuelles sont imposées par
les techniques de fabrication. Pour travailler dans le domaine du visible (environ 400 à 800 nm de longueur
d’onde), il faut des structures avec une périodicité d’environ 50 nm, ce qui est difficilement accessible avec les
techniques classiques d’usinage ou d’assemblage. Les laboratoires doivent donc développer la nano-ingénierie
qui va privilégier des techniques d’auto-assemblage et de croissance cristalline dirigée plutôt que des fabrications
mésoscopiques traditionnelles. Les méta-matériaux sont au centre d’un domaine de recherche en pleine expansion,
car soumis à une demande croissante en technologies révolutionnaires. Les avions militaires furtifs – donc invisibles au
radar – en sont un exemple type, mais ces matières sont également utilisées ans des systèmes intelligents d’énergie
solaire, en optoélectronique et nanoscience. Les métamatériaux sont en fait composés de pièces microscopiques
de substances usuelles comme le métal ou le plastique, qui leur confèrent leurs propriétés exotiques en étant
répartis selon des schémas répétitifs précis. Lorsque ces schémas sont conçus à des taillesinférieures aux longueurs
d’onde, ils peuvent par exemple influencer la lumière et les ondes sonores et permettent de les manipuler de façon
surprenante.
Sources:
* Métamatériaux: l’invisibilité réinventée Mathieu Grousson
CNRS le journal 18.02.2015
* Modéliser les métamatériaux et leurs propriétés étonnantes
EPFL 10.01.14
* Métamatériaux et invisibilité. Institut Fresnel
https://fr.wikipedia.org/wiki/Métamatériau
17
ACTU
Physica Magazine
LES ONDES
GRAVITATIONNELLES
Cent ans après la prédiction d’Albert Einstein, l’existence des
ondes gravitationnelles a enfin été confirmée. C’est le plus
bel hommage qui aurait pu être rendu à l’un des physiciens
qui a révolutionné la science.
Rédigé par Maria BOUMBAR
Corrigé par Lila BOUZAR
Einstein et les ondes
gravitationnelles.
Au cours de l’année 1920, A. Einstein rencontra à de
multiples reprises Paul Valéry. Un jour, le penseurpoète, persuadé que le père de la théorie de la relativité
produisait des idées à grand nombre, osa lui poser la
question qui lui brûlait les lèvres depuis longtemps : «
Lorsqu’une idée vous vient, comment faites-vous pour
la recueillir ? Un carnet de notes, un bout de papier…
? » La réponse le déçut sans doute, le physicien se Que se passe-t-il lorsqu’un corps plus petit passe à
contentant de lancer : « Oh ! Une idée, vous savez, c’est proximité de l’étoile ? Faisons rouler une bille sur le
tissu : la trajectoire est d’abord une simple ligne droite,
si rare ! »1
mais lorsque la bille passe à proximité de la pierre, elle
La modestie du grand Einstein n’estompe en rien le fait pénètre légèrement dans la dépression. Elle est alors
que des idées, il en a bien eu, et plus d’une ! C’est en déviée de sa ligne droite et sa trajectoire se courbe. Sur
1907, alors qu’il était à Berne, qu’il eût celle qui sera par ce tissu élastique, le mouvement de la bille n’est pas
la suite la pièce maîtresse de sa théorie de la relativité dicté par une force mais par la forme de l’espace ou
générale. « J’étais assis sur ma chaise au Bureau plus précisément, par la courbure de celui-ci.
fédéral de Berne, racontera-t-il. Je compris soudain que
si une personne est en chute libre, elle ne sentira pas son C’est en 1916, alors malade, qu’Einstein avait
propre poids. J’en ai été saisi. Cette pensée me fit une commencé à se demander si une masse en mouvement
grande impression. Elle me poussa vers une nouvelle accéléré pouvait rayonner des « ondes gravitationnelles
», de la même façon qu’une charge électrique qu’on
théorie de la gravitation. »1
accélère rayonne des ondes électromagnétiques. Il avait
Ce qu’Einstein venait là de comprendre, c’est que découvert rapidement des solutions à ses équations
lorsque nous tombons en chute libre, tout ce qui correspondant à des ondulations de l’espace-temps, se
est proche de nous, tombe comme nous puisque propageant à la vitesse de la lumière. Au cours de leur
l’accélération de chute des objets est la même pour trajet, elles devraient secouer l’espace-temps.
tous. Nous avons donc l’impression que la pesanteur
a disparu dans notre voisinage alors même que nous
sommes en train de subir sa loi. N’est-ce pas étrange ?
Tout se passe comme si l’accélération produite par la
chute effaçait le champ de gravitation local…
Einstein postula qu’il y aurait une sorte d’identité
formelle entre accélération et gravitation : si une
accélération peut effacer un champ gravitationnel réel,
alors elle doit pouvoir aussi créer l’apparence d’un
champ gravitationnel là où il n’y en a pas. C’est ce qui
sera par la suite appelé « principe d’équivalence » 1
En 1913, Einstein étudia avec l’aide de Marcel
Grossmann la géométrie des espaces courbes. Dans
un article rédigé à quatre mains, ils avancèrent l’idée
18
que la gravitation n’est pas une véritable force, mais
une manifestation locale de la courbure de l’espacetemps. Mais en fait, l’espace temps qu’est ce que c’est
? Pour mieux comprendre cette idée, faisons appel à
une analogie à deux dimensions. L’espace, en relativité
générale, peut être comparé à une sorte de tissu
élastique. La présence d’une étoile peut être simulée en
posant une pierre sur ce tissu. Celle-ci s’enfonce dans
le tissu, le déforme.
Simulation numérique d’ondes gravitationnelles © (Max
Planck Institute for Gravitational Physics)
19
ACTU
Physica Magazine
Comment et quand ces ondes sont-elles
détectées?
La détection des ondes a été précédée d’une première
étape, franchie en 1975 avec la découverte du pulsar
binaire PSR B1913+16. Russell A. Hulse et Joseph H.
Taylor, en mesurant l’évolution de sa période orbitale,
ont mis en évidence une courbe de décroissance de cette
Comment ces ondes sont-elles période correspondant précisément à ce que prévoit la
relativité générale en considérant que ce système perd
créées?
son énergie par émission gravitationnelle.
Comme un caillou jeté dans un lac, il faut apporter de Ce premier indice, indirect, en faveur de l’existence
l’énergie dans un système pour y créer un changement des ondes gravitationnelles valut aux deux chercheurs
local des conditions d’équilibre. Dans le cas de américains le prix Nobel de physique en 1993. 1
l’univers, le caillou doit être gigantesque pour pouvoir
en détecter les effets.
Par exemple : des étoiles qui explosent en supernova,
des collisions de galaxies ou encore des trous
noirs spiralant l’un autour de l’autre, ce qui est, en
astrophysique, appelé un « binaire ». Les propriétés des
ondes, amplitude et fréquence, créées par ces objets,
permettent d’en déterminer les masses et les distances.
Détecteurs Américains d’ondes gravitationnelles LIGO, situé à
Hanford (état de Washington) ©
Un trou noir est un objet céleste très massif (sa masse
peut aller de quelques dizaines de fois la masse solaire
jusqu’à des dizaines de millions de fois cette dernière). De
tels objets ne peuvent ni émettre, ni diffuser la lumière et
sont donc noirs. Cela est dû au fait que l’intensité de leur
champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou
de rayonnement de s’en échapper. 3
20
Les ondes gravitationnelles ont été réellement détectées
pour la première fois le 14 Septembre 2015 par
l’expérience LIGO (Laser Interferometer GravitationalWave Observatory) dotée de deux interféromètres
dont l’un est situé à Washington Image de synthèse
d’un trou noir et le second en Louisiane. Les signaux
détectés correspondent avec une grande précision à la
simulation, par supercalculateurs, de la coalescence de
deux trous noirs d’environ 30 masses solaires chacun et
situés à une distance d’environ 1,3 milliard d’annéeslumière. Lors de la coalescence, l’équivalent de trois
masses solaires a été converti en ondes gravitationnelles.
C’est le rapprochement d’une simulation arbitraire
(parmi de nombreuses autres) avec les courbes réelles
enregistrées qui permet aux scientifiques, là aussi avec
un grand niveau de confiance, de fournir les détails du
scénario à l’origine de l’onde détectée.3
Finalement, on peut dire que la découverte des ondes
gravitationnelles est le début d’une nouvelle ère pour
la cosmologie, elle laisse néanmoins en suspens la
question de l’existence du graviton.2
Référence :
(1) Journal Le Monde “ Les ondes gravitationnelles détectées un siècle après avoir été prédites” 17 février 2016
(2) Wikipédia (https:// fr.wikipedia.org/wiki/ Onde_gravitationnelle,
Dernière modification de cette page le 6 février 2017)
(3)Revue Nature (http:// www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-atlast-1.19361)
21
ACTU
Physica Magazine
D
L’ORDINATEUR
QUANTIQUE
ENTRE L’ILLUSION ET LA RÉALITÉ
Tamaâzouzt CHENNIT
“In natural science, nature
has given us a world and
we’re just to discover its
laws. In computers, we
can stuff laws into it and
create a world.”
Alan Kay
epuis la nuit des temps, l’homme ne cesse d’améliorer ses connaissances
et d’appréhender le monde qui l’entoure. Pour ce faire, il part à la recherche de
sciences nouvelles, lui permettant aujourd’hui de résoudre toute sorte de problèmes
exponentiellement plus vite qu’hier. C’est alors là qu’il élève deux géants qui, grâce
auxquels le monde dans lequel nous vivons ne saurait exister. Le premier c’est
l’informatique, qui dit informatique dit forcément intelligence artificielle, science de
l’économie, révolution industrielle, piratage, sécurité et enfin le monde des bits. Le second,
c’est la physique, qui dit physique dit forces fondamentales, bigbang, rayonnements,
exploration de l’espace et enfin le monde quantique, et si la fusion de ces deux géants
était enfin possible, que pourrait devenir notre future ?
Qu’est-ce que l’informatique ?
Qu’est-ce que la mécanique quantique ?
“Computer programming is an art form, like
the creation of poetry or music”
Donald Knuth
“Quantum mechanics: real black magic
calculus”
Albert Einstein
L’informatique est décrite comme le traitement
automatique de l’information. Ce dernier est
régi par des machines qui jouent à la fois le rôle
d’un fournisseur de données et d’un récepteur de
l’information traitée automatiquement. Les ordinateurs
classiques représentent un ensemble de transformations
logiques par un processus physique, qui manipulent des
éléments d’information élémentaires ; les bits, pouvant
avoir deux valeurs distinctes 0 ou 1, vrai ou faux, qui
représentent plus concrètement une quantité électrique,
courant ou tension. « S’il y a passage d’électron alors
il y a courant et tension, la machine signale 1 vrai, si
dans le cas contraire il n’y a pas de passage d’électrons,
la machine signale faux ce qui est associé à 0». Des
fonctions élémentaires de la logique classique sont
réalisées grâce à un réseau de portes fondé sur des
transistors. Le progrès des ordinateurs classiques dans
le monde de l’informatique, la médecine, l’économie
et bien plus encore est d’une importance indéniable. Il
existe néanmoins des problèmes difficiles auxquels ils
ne peuvent pas répondre efficacement.
La mécanique quantique à son tour, permet de décrire
la physique, à l’échelle des molécules, atomes et des
particules élémentaires. Ses pères fondateurs sont
M. Planck, M. Born, L. de Boglie, W. Pauli. N. Bohr
, W. Heisenberg , E. Schrödinger et P. Dirac. C’est
une science qui permet d’expliquer les collisions à
hautes énergie au C.E.R.N, les réactions nucléaires,
la structure de la matière, les propriétés de conduction
des matériaux et bien plus encore ainsi que les
origines de l’univers. La mécanique quantique a
permis des avancées technologiques considérables au
XXème siècle, partant des transistors, les diodes, les
lasers, les circuits intégrés, l’imagerie par résonance
magnétique, arrivant aux systèmes de navigation GPS
et aux horloges atomiques. Cette théorie est régie
par des phénomènes bien étranges tel l’intrication
quantique, la superposition, l’effet tunnel, le double
caractère des particules qui peuvent être à la fois des
ondes et des corpuscules. Ces derniers malgré leurs
étrangeté permettent enfin de donner une explication
morphologique des phénomènes macroscopiques.
« …les équations de la mécanique quantique permettaient de prévoir le comportement des systèmes microphysiques
avec une précision excellente et même avec une précision totale si l’en renonçait à tout espoir de retour vers une
ontologie matérielle. »(M. Houellebecq, les particules élémentaires, Flammarion 1998).
22
23
ACTU
Physica Magazine
Limites d’un ordinateur classique :
Les performances des ordinateurs classiques sont
limitées, cela se manifeste par la dissipation excessive
de chaleur dans l’environnement et le fait qu’ils
répondent au schéma de la machine de Turing classique.
Ils effectuent leurs calculs en séquences ce qui donne
résultat à une impuissance à démêler, dans un temps
raisonnable, un grand nombre de problèmes. En
outre, le temps d’exécution d’un calcul facile varie en
fonction de bits comme un polynôme, la factorisation
est en revanche difficile, le temps de calcul du meilleur
algorithme classique connu, augmente en exp(n^(1⁄3))
avec le nombre de bits.
24
De ce pas, les idées autour de la possibilité d’utiliser
la mécanique quantique pour effectuer des calculs sont
de plus en plus abordées au sein de la communauté
scientifique. Dans les années 1980 Richard Feynman,
propose d’utiliser les éléments quantiques, c’est ainsi
que l’idée révolutionnaire des ordinateurs quantiques
apparut, les lois auxquelles ces machines obéiraient
seraient des lois quantiques !
Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?
Défis à relever !
Un ordinateur quantique est une machine, généralement
décrite par en ensemble de qubits (Quantum Bits) sur
lesquels on agit par des transformations unitaires
appelées portes quantiques. Il s’agit d’un produit de
matrices unitaires élémentaires agissant sur un ou deux
qubits au lieu des bits. Les qubits sont des éléments
quantiques qui pourraient se trouver soit dans l’état 0,
soit dans l’état 1 comme les bits, soit dans un état de
superposition. En effet, l’état
Afin de pouvoir partir à la quête de construction d’un
ordinateur quantique il faut passer par quatre épreuves
initiales :
- Concevoir des systèmes qui auront le pouvoir
de réaliser des qubits.
- Construire des portes logiques.
- Mettre au point un algorithme quantique.
- Concevoir des méthodes pour éviter la décohérence
« la pertes des propriétés quantiques et le retour au
classique.»Portes logiques et concrétisation d’un qubit :
est considéré comme un autre état possible du qubit. Un
photon est par exemple, polarisé soit verticalement soit
horizontalement soit dans la superposition linéaire des
deux états.
Cependant, dès qu’un observateur entre en contact
avec le système la superposition disparait et un état
est fixé. Un qubit est alors un élément pouvant être
dans une multitude d’états, cet élément ne peut être
que quantique car la mécanique quantique est la seule
théorie qui peut décrire des étrangetés pareilles, il est
possible d’utiliser toutes les propriétés de la mécanique
quantique car à aucun moment la physique ne les a
interdites.
L’utilisation d’états non séparables appelés états
intriqués a vu son application dans un ordinateur
quantique. Ces états à deux qubits, ne se mettent pas
sousforme de produit d’états individuels de chaque
qubit mais il s’agit d’une liaison assez étrange entre
eux. Toute mesure réalisée sur une particule de la paire,
agit sur l’état de l’autre.
Il est néanmoins nécessaire de concevoir des
algorithmes quantiques judicieux, tel que l’algorithme
de Shor (1994) qui est sans doute le plus frappant. Il
permet de factoriser les nombres aussi efficacement
qu’on les multiplie. Si les bits de la mémoire d’un
ordinateur classique sont manipulés par un algorithme
classique, pareil pour un ordinateur quantique, un
algorithme quantique servira à contrôler les opérations
entre les qubits qui, à leurs tours utiliseront leurs
étrangetés pour effectuer des taches le plus rapidement
et le plus efficacement possible.Une recherche très
active a été déclenchée pour déterminer l’architecture
de l’ordinateur quantique et la construction de portes
logiques, ces dernières auront pour but d’agir sur les
qubits.
Les avancées expérimentales, sont très en retard
par rapport aux propositions théoriques, on ne
connait que quelques systèmes qui pourraient
servir de qubits.
L’un des premiers est la polarisation d’un photon, or
un deuxième problème surgit, c’est qu’on ne connait
pas encore des portes quantiques efficaces couplant les
états des deux photons ce qui empêche la manipulation
directe de leur intrication. Nous allons cependant
découvrir les trois premiers systèmes physiques ayant
réalisés des qubits, des portes logiques quantiques et les
manipulations élémentaires d’information qui ont pu
mettre en œuvre le premier ordinateur quantique.
1/Résonance magnétique nucléaire :
Un spin nucléaire forme un qubit idéal, son état
peut être manipulé par la résonance magnétique en
combinant deux types de champs, le premier statique, le
second oscillant. Dans une molécule les fréquences de
résonance des noyaux sont légèrement différentes, deux
spins voisins peuvent donc être intriqués, la fréquence
de transition d’un spin dépend de l’état quantique du
voisin, ces couplages sont les ingrédients de portes
logiques quantiques. L’algorithme de Shor a pu être
enfin vérifié grâce au spectromètre R.M.N en trouvant
que 5*3=15 cela a fallu 7 qubits et une dizaine
de portes logiques variées.
25
ACTU
2/ Ions piégés :
La première porte logique a été réalisée entre les
niveaux internes et de vibration d’un ion unique, idée
spectaculaire qui a valu le prix Nobel au chercheur
français Serge Haroche du laboratoire Kastler Brossel
à Paris en 2012. Un qubit est alors fourni par un ion
piégé codé sur les états (zéro) et (un quantum de
vibration phonon), un refroidissement par laser ou par
le condensat de Bose Einstein permet d’attribuer à l’ion
l’état zéro, ce qui est caractérisé par zéro phonon.
3/ Atomes et cavités :
L’électrodynamique quantique permet le couplage
rayonnement-matière. Un atome contenu dans la cavité
est couplé avec un champ électrique, l’interaction
cohérente atome/champ domine la décohérence et peut
donc être générée pour créer de l’intrication.
Malgré ses performances spectaculaires, un ordinateur
quantique reste néanmoins sujet à des phénomènes qui
le rendent moins apprivoisable tels que la décohérence,
pouvant être le résultat d’un champ parasite perturbant
le qubit ou bien un chauffage qui résulte de la vibration
des photons ou des ions. Le risque de la décohérence
augmente de plus en plus que le nombre de qubits
augmente, cependant les chercheurs font appel à
la supraconductivité qui aura pour but de refroidir
l’installation d’un ordinateur quantique ainsi que les
qubits pour améliorer leur interaction et par-dessus tout
permettre le phénomène d’intrication.
Physica Magazine
adéquate d’amplitude et de fréquence sur des temps
assez courts de quelques dizaines de femto seconde
comparables au périodes de vibration propres de la
molécule avec laquelle on veut déclencher une réaction
chimique. L’imagerie par résonance magnétique
(I.R.M), cet outil qui a permis d’aboutir à des diagnostics
très précis, pourrait s’améliorer avec les ordinateurs
quantiques. L’I.R.M fonctionne sur le principe de la
résonance magnétique comme son nom l’indique, des
atomes placés dans ce champ absorberaient une énergie
qui dépend du champ dans lequel ils sont plongés, en
mesurant la fréquence de résonance, on peut remonter
à la position de l’atome et déterminer sa position dans
l’espace ce qui nous permettrait d’obtenir une image
des tissus et des organes.
Avec un ordinateur quantique il est possible de
déterminer le profil du champ magnétique à appliquer
pour obtenir le meilleur contraste possible d’une image.
La naissance des ordinateurs quantiques ouvre des
perspectives intéressantes ces dernières permettraient
d’élever une nouvelle ère de la logique, en réalisant de
nouvelles fonctions de transmission, la cryptographie
et la téléportation sont déjà réalisées et sont fondées
sur des échanges de paires intriquées, cependant des
répéteurs quantiques pour des transmissions de clés
cryptographiques à grandes distances peuvent être
établis.
Crypter ou décrypter, nos boites e-mails seront enfin
en sécurité ? Ou bien faudrait-il faire attention aux
codes de nos cartes bancaires? Une décision pareille,
repose sur la conscience des hommes de science,
inventer pour bâtir ou bien détruire, une question
philosophique sur laquelle des générations, bien avant
la nôtre, n’ont pas su répondre. Les prouesses des
ordinateurs quantiques, ne sont qu’à leurs débuts, leurs
mystères, leurs faces cachées et les différents obstacles
qu’ils peuvent surmonter, leurs attribuent une attention
remarquable de la part de la communauté scientifique.
Un tel exploit couronnera plusieurs années de sacrifice
et triomphera dans les clairs-obscurs de nos parcours,
en tant que physiciens, ingénieurs, informaticiens, et
mathématiciens mais avant tout autre personne, en tant
que scientifique cherchant toujours ses origines, les
propriétés de ce qui l’entoure, les mystères et les secrets
que lui cachent le monde dans lequel il respire.
“…The quantum computer is the Philosopher’s Stone of our century…Matter will
do wonderful
things if asked to, but we must first understand its language…”
Chris Fuchs, Perimeter Institute for Theoretical Physics
Sources
-Bourdet, Julien. 2015. « les promesses du contrôle quantique ». CNRS le journal, 09 septembre
- Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang.2010. « Quantum computation and quantum information ». Cambridge
University Press.
-Article proposé par, Laboratoire Kastler-Brossel, CNRS/ENS.
- Stefanie Barz, Joseph F. Fitzsimons, ElhamKashefi& Philip Walther. 2013. Nature Physics,no9, p.727-731
Les promesses de l’ordinateur
quantique ?
L’ordinateur quantique bouleversera certainement
le quotidien de nos petites habitudes, avec ses
promesses de révolutionner le monde de l’informatique,
la biologie, la médecine, la recherche fondamentale
et l’exploration de l’espace. Un ordinateur quantique
permettra en aéronautique militaire d’optimiser les
trajectoires de montée en altitude des avions de chasse
et de trouver celles qui minimiseraient le plus possible
la consommation de carburant. Pour les chimistes,
les ordinateurs quantiques sont d’une importance
irréfutable, des simulations numériques sur des
ordinateurs quantiques permettraient d’identifier l’onde
26
27
ACTU
LES EXOPLANÈTES
De la fiction à la réalité
Sarra Asma ROUABHIA
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ACTU
Physica Magazine
LES EXOPLANÈTES
De la fiction
à la réalité
La Nasa a annoncé le 22 février dernier la
découverte du système Trappist–1 situé
à 39 années-lumière de la Terre. Trois
des sept planètes qui le composent
sont dans une zone dite “d’habitabilité”,
pouvant accueillir la vie
Qu’est-ce qu’une exoplanète?
Les exoplanètes ou planètes extrasolaires sont des
planètes qui ne font pas partie de notre système solaire
; en d’autres termes, qui n’orbitent pas autour de notre
soleil mais autour d’une autre étoile. Il ya environs 20
ans de cela, la potentielle existence de ces exoplanètes
n’était qu’un pur scénario de film de science fiction,
jusqu’au jour où les chercheurs ont réellement
commencé à s’intéresser à cette hypothèse et à la
question suivante : la terre est-elle unique ?
Comment les détecter ?
Ce n’est qu’en 1995 que les astronomes découvrent
une planète géante gazeuse appelée 51-Pégasi B. Elle
ressemble à Jupiter mais elle se trouve à 50 années
lumière de la Terre. Cette planète qui orbite autour
d’une étoile lointaine est la toute première exoplanète
que l’homme a découvert, grâce à des méthodes directes
et indirectes.Comme la méthode des vitesses radiales
consistant à mesurer la variation de la vitesse radiale
de l’étoile causée par le léger mouvement de recule de
30
celle-ci par sa planète. .
Néanmoins cette méthode très
efficace avec les géantes gazeuses, les
petites planètes de nature rocheuse comme
la Terre sont plus difficiles à détecter et c’est à ce
moment qu’intervient la méthode du transit qui identifie
une planète lorsque celle-ci passe devant son étoile en
mesurant l’affaiblissement de l’intensité lumineuse de
l’astre. Cette méthode permet non seulement de repérer
les planètes mais aussi leurs diamètres, les périodes de
révolution et de calculer le rayon de son orbite, pour
savoir si elle se situe dans une zone habitable ou non .
Il existe aussi de nombreux projets à venir concernant
des télescopes spatiaux et terrestres ultra précis, qui
permettront aux chercheurs de non seulement découvrir
des planètes plus facilement mais aussi connaitre les
caractéristiques chimiques et thermiques de chacune
d’elles.
Les Zones Habitables :
Grâce à d’impressionnantes avancées technologiques
les scientifiques ont enfin réussi à percer l’un des secrets
de la galaxie, la Terre n’est pas unique, des dizaines
de milliers de planètes potentiellement habitables sont
éparpillées dans toute la galaxie. Dans chaque système
solaire, il ya une zone habitable où la quantité d’énergie
reçue par la planète permet à l’eau d’exister sous forme
liquide.
la planète sur son axe car en l’absence de cette
Étant donné que l’eau est stabilisation la planète rencontrera d’importantes
considérée comme un élément variations physicochimiques de l’environnement, qui
indispensable a un écosystème compliquera l’apparition de la vie.
viable, la taille et la position
de la zone d’habitabilité dépendent L’homme sur une exo planète ?
naturellement de la puissance de l’étoile qui
Jusqu’à nos jours l’homme n’a pas encore la
émet le rayonnement lumineux.
technologie nécessaire pour effectuer un voyage vers
Si l’étoile est petite, la zone d’habitabilité sera beaucoup une exoplanète, les raisons principales étant la distance
plus proche que s’il s’agissait d’une étoile géante. Mais qui sépare la Terre de ces systèmes extrasolaires.
cela ne signifie pas que les planètes qui se trouvent dans Sachant que la plus proche planète habitable est à 4,2
cette zone sont habitables. Suffit-il qu’une planète se années lumières, le voyage durerait au moins 5 ans si la
trouve dans une zone habitable pour pouvoir abriter la fusée se déplace à la vitesse de la lumière irréalisable.
vie ?
Le manque de carburant et le risque de trouver une
Le fait qu’une planète soit située en zone habitable est planète hostile n’encourage pas les scientifiques à
une condition nécessaire à l’apparition de la vie, mais envisager un tel voyage. Mais lorsque la vie dans
elle est loin d’être suffisante. Par exemple, la planète notre système solaire deviendra impossible, quand
doit avoir une taille suffisante pour pouvoir retenir l’hydrogène ,commencera à diminuer dans notre
une atmosphère, car elle joue un rôle considérable soleil et que ce dernier deviendra une géante rouge
dans le changement de température de la planète. Si engloutissant tout sur son passage, ces exoplanètes
l’atmosphère de celle-ci est riche en CO2, un effet de seront alors un espoir pour l’humanité et sa survie.
serre va alors augmenter la température à sa surface
de plusieurs degrés. Autre élément indispensable pour
maintenir une atmosphère est la présence d’un champ
magnétique qui la protège des vents solaires et agit Sources:
comme un bouclier sur la planète contre les particules Nasa exoplanets exploration https://exoplanets.nasa.
chargées émises par le soleil. Dernier élément moins gov
indispensable que les autres : la présence d’une lune Wikipedia méthodes de détection des exoplanètes
autour de cette exoplanète pourrait être un facteur
favorable à l’apparition de la vie stabilisant ainsi
31
ORIENTATION
Physica Magazine
ORIENTATION
Djamila Sarah HARROUZ
Asma MANSOURI
Rokia BELGACEM
Pourquoi choisir la physique ?
Quelle spécialité me conviendrait le mieux ?
Quelles sont les perspectives professionnelles avec un diplôme
en Physique ?
Tant de questions que se posent les étudiants quand vient le
moment de choisir sa voie. Pour les aider à y voir plus clair,
nous avons réuni et résumé dans ce dossier Orientation les
informations essentielles à avoir entre les mains pour tracer
son projet d’études.
Qu’est-ce que la physique?
La physique est l’une des sciences fondamentales
pour appréhender le monde qui nous entoure.
Son champ d’investigation touche l’univers tout
entier. Observer et décrire de manière quantitative
et conceptuelle les composants de la matière,
leurs propriétés, les forces qui les gouvernent et
leurs effets, c’est ce qui passionne le physicien
et la physicienne. Mais la physique c’est aussi
découvrir de nouveaux phénomènes naturels et
prédire le comportement de composants jusqu’ici
inconnus. Aidé des mathématiques, le physicien
cherche à élaborer les modèles qui permettent
d’expliquer ce qui se cache aux confins de la
matière, de l’espace et du temps.
32
La physique est, avec les mathématiques, à
la base de toute formation en ingénierie. Elle
joue donc un rôle clé dans l’amélioration de la
qualité de vie. Beaucoup de domaines, tels que
la science des matériaux, la microtechnique ou
encore les biotechnologies dépendent de manière
croissante de la compréhension des phénomènes
physiques. Le développement de nouvelles
sources d’énergie est lui aussi étroitement lié à
la recherche fondamentale en physique, utilisant
et développant des moyens expérimentaux
modernes et les connaissances théoriques les
plus avancées.
Quelle spécialité de licence pour
la L3 ?
La deuxième année de Licence de Physique
est un tronc commun qui permet aux étudiants
d’aborder toutes les disciplines majeures de la
physique, de telle sorte que l’étudiant ait une
idée générale mais non moins claire sur
les spécialités proposées en L3 et plus
tard en Master.
La licence Physique fondamentale
La licence énergétique
est une formation académique qui couvre toute la
Physique de base qu’un Licencié devrait connaître
après trois années d’études. Elle a pour objectif de
faire acquérir des connaissances fondamentales dans
des domaines principaux de la Physique, à travers ses
aspects à la fois théoriques et expérimentaux.
Cette licence permettra à son titulaire d’exercer
comme enseignent(e) dans le moyen, intégrer le
secteur économique ou encore poursuivre un Master au
sein de la faculté de physique (Physique des matériaux,
Physique théoriques, rayonnement...) ou d’autres
facultés (Faculté d’Électronique et d’Informatique,
Faculté de Génie Mécanique).
quant à elle permet d’acquérir des connaissances
fondamentales dans les domaines de l’Énergétique et
de la Mécanique des Fluides, tant sur le plan théorique
qu’expérimental.
A l’issue de sa formation, les connaissances acquises
peuvent permettre au licencié d’intégrer le secteur
industriel
(pharmaceutique,
agroalimentaire,
hydraulique, hydrocarbure…) Les Masters de la faculté
de physique qui sont en adéquation avec cette licence
sont le master Dynamique des fluides et énergétique,
Sciences et Techniques des Hydrocarbures et Sécurité
Nucléaire. Des passerelles vers les spécialités Énergies
renouvelables et nouvelles, Génie Mécanique, Génie
Civil et Génie des Procédés sont possibles.
33
ORIENTATION
Physica Magazine
Master Matériaux et Composants
Master Physique théorique
Si pendant très longtemps, l’homme s’est contenté d’une exploitation directe et simple des matériaux
mis à sa disposition par la nature, les progrès scientifiques et technologiques ont considérablement
modifié son approche. Que ce soit pour le sport, la médecine, l’industrie automobile, les vêtements ou
encore les composants électroniques, les matériaux jouent aujourd’hui un rôle prépondérant. Il y a fort à
parier que le futur verra la prolifération des matériaux dits « intelligents », à savoir capables de modifier
leurs propriétés en fonction de leurs conditions d’utilisation. L’étude des matériaux est très variée
puisqu’elle porte sur des domaines aussi divers que les métaux et alliages, les matériaux optiques
et électroniques, les composites ou les matériaux du vivant. L’approche moderne de la science des
matériaux, repose sur la compréhension des questions fondamentales relatives à la mise en œuvre, à
la structure, aux propriétés et aux performances communes à l’ensemble des matériaux qui sont à la
base d’une utilisation intelligente. Le domaine des matériaux est la discipline-clé qui permet à tous les
autres secteurs de l’ingénierie de se développer.
Conditions d’accès : Les licences SM Physique
Matériaux
diélectriques &
Semi-conducteurs
Métallurgie
physique & Ultrasons
compréhension
des
dispositifs
électroniques et optoélectroniques
modernes : composants, cellules
solaires, câbles de haute tension, huiles
de transformteurs, condensateurs,
couches minces de passivation...
élaboration et mise en forme des
matériaux, traitements thermomécaniques,
évolution et stabilité, étude des propriétés
élastiques
et
viscoélastiques
des
matériaux, la maîtrise des techniques du
contrôle non destructif. techniques
ultrasonores en diagnostic et
en thérapie médicale
PERSPECTIVES
D’AVENIR
Recherche fondamentale
ou appliquée
Laboratoires
universitaires
34
Centres de
recherches : CRTI,
CRTSE, CDTA.
Milieu industriel
Ingénieur R&D
R&T
Ingénieur
d’études
Ingénieur
en production
L’aspect théorique et les formalismes mathématiques font partie intégrante du monde de
la physique, ce qui a donné lieu à la branche Physique théorique, Elle constitue un champ
d’études intermédiaire entre la physique expérimentale et les mathématiques, et a souvent
contribué au développement de l’une comme de l’autre. C’est dans ce
domaine que l’on crée les théories, les équations et les constantes
Théorie
en rapport avec la physique. La physique théorique essaie de
de la structure nucléaire
décrire le monde en réalisant des modèles de la réalité, utilisé
afin de rationaliser, d’expliquer et de prédire des phénomènes
L’étude des modèles microscopiques
physiques à travers une « théorie physique ». De la particule
appliqués aux noyaux atomiques, de
à la galaxie, du monde quantique à la relativité générale, la
leur comportement, la nature des
physique théorique s’intéresse à tout le spectre de la physique.
interactions et les propriétés résultantes
Conditions d’accès : Licence en physique ou en
telles que la Supraconductivité dans
mathématiques appliquées
les nanograins métalliques, l’étude des
Théorie
probabilités de transition bêta ou
et modélisation
encore les équations du gap
en physique des plasmas
dépendant de la
Information
température
Étude de la dynamique des plasmas,
et évolution quantique
des plasmas complexes ou encore
de fusion. Cette spécialité est en plein
Mesure Quantique moyennant
essor vu les applications diverses des
le formalisme des intégrales
plasmas dans l’industrie et l’ingénierie,
de chemin et la théorie
et les thèmes de recherche qui y sont
de la diffusion. Initiation à
dédiés, notamment dans la maitrise
l’informatique quantique. Les
des processus de fusion thermo
phénomènes quantiques
nucléaire
abordés sont essentiellement
Théorie
l’intrication quantique et la
du solide
superposition,
Étude de la physique des
surfaces
et
des
interfaces,
l’interaction rayonnement-matière, le
comportement de nouvelles structures
de matériaux et les théorie qui ont
PERSPECTIVES
trait aux propriétés de la matière
D’AVENIR
solide. C’est une spécialité qui vise à
modéliser les différentes propriétés
de la matière en corrélation
Recherche fondamentale
ou appliquée
Milieu industriel avec sa microstructure.
Laboratoires
universitaires
Laboratoire
de développement
en grandes
entreprises
ingénieur
d’études
35
ORIENTATION
Physica Magazine
Master Physique des Rayonnements
Master Physique medicale
L’énergie et sa propagation est sans doute l’un des thèmes phares de la physique. La Physique des
rayonnements est justement l’étude des processus d’émission ou de propagation d’énergie et de
quantité de mouvement. Les sciences nucléaires font partie intégrante de cette discipline.
La physique des rayonnements a pour principal sujet d’étude les noyaux nucléaires et les différentes
interactions qui s’y trouvent, ainsi que les interactions entre rayonnements ou encore avec la matière.
Elle s’intéresse également à la physique des lasers et la photonique. Elle assure les connaissances
théoriques et expérimentales essentielles aux domaines technologiques de pointe tels que l’exploitation
de l’énergie issue des réactions nucléaires, les lasers et leurs nombreuses applications dans la
recherche et l’industrie.
La physique est une science qui s’applique dans d’innombrables
À l’issue de cette
domaines, et la médecine n’est pas en reste. La présence de
formation les candidats
physiciens médicaux dans les services de santé utilisant les
auront
assimilé les connaissances
rayonnements ionisants à des fins diagnostiques ou
en
physique
des
thérapeutiques est incontestable de nos jours. Le physicien essentielles
appliquées
en
médical assure la protection du patient par la réalisation rayonnements
radiothérapie,
médecine
nucléaire,
de mesures physiques nécessaires au bon déroulement
du diagnostique et pour garantir une qualité de traitement radioprotection et dosimétrie. Quelques
aux standards internationaux. Par ailleurs, l’Algérie s’est notions de bases en anatomie, physiologie
sont également
lancée dans la réalisation dans un vaste programme de et radiobiologie
dispensées
mise en place de centres anti-cancer qui ne peuvent
fonctionner sans l’apport de physiciens formés.
Sciences
Nucléaires
Conditions d’accès : Licence en physique fondamentale.
Interactions
rayonnement matière
Mécanismes d’interaction des
différents types de rayonnement
corpusculaire (ions, électrons...)
ou électromagnétiques (rayons
X) avec la matière inerte
ou vivante.
Connaissances
approfondies
des noyaux atomiques et leurs
Laser Atomes
constituants
(neutrons, protons
Photonique
quarks) et de leurs interactions
Formation
spécialisée
couvrant les domaines de permettant d’aborder des recherches
en
physique
physique atomique et moléculaire, scientifiques
technologie des lasers ainsi que subatomique (physique nucléaire
et physique des particules)
l’optique et la photonique. elle
vise à former de futurs chercheurs
et experts en spectroscopie
atomique et moléculaire et dans
le domaine des lasers
PERSPECTIVES
D’AVENIR
Recherche fondamentale
ou appliquée
Laboratoires
universitaires
Centres de
recherches nucléaire :
(CRNA,CRND,CRNB°
CDTA.
Milieu
industriel
36
Milieu
hospitalier
Recherche
fondamentale
Laboratoires
universitaires
Connaissances
nécessaires en physique
atomique et nucléaire et en
rayonnement ainsi que des méthodes
d’analyse de données statistiques et de
simulation d’événements pour assurer au
mieux la protection des installations
radiatives. La formation est complétée par
un large ensemble d’enseignements
concernant les aspects techniques,
juridiques, HSE, organisationnels et
réglementaires de la fonction de
spécialiste en sécurité
Production
Concervation
d’énergie dans les
d’aliments
réacteurs et centrales
et amélioration de leur
nucléaires
qualité
Les
télécommunications
PERSPECTIVES
D’AVENIR
Conditions d’accès : Licence en physique
Installations
génératrices ou
utilisatrices de
rayonnements
ionisants
Médecine
Centres de
recherches nucléaire
CRNA
Médecine
nucléaire
service de
radiothérapie Imagerie
medicale
Master Sécurité Nucléaire
La sécurité nucléaire est l’ensemble des activités et techniques
ayant trait au maintien de l’intégrité des mécanismes, processus,
outils ou instruments contenant de la matière radioactive,
permettant de garantir l’absence de risques liés à la fabrication,
le transport, le stockage, l’utilisation et l’élimination de sources de
rayonnements ionisants sur les individus et l’environnement.
Conditions d’accès : licence scientifique ou équivalent
(physique, chimie, géophysique, biologie,électronique,…)
PERSPECTIVES
D’AVENIR
controle gestion
et prévention
Géologie Agriculture
Centre Pierre
et Marie Curie.
CHU de Mustafa
CHU de Bab el Oued
Générateur
et centrales
nucléaires
Domaines
militaires
Centres de
recherche
nucléaire
Commissariat
à l’energie
atomique
COMENA
37
ORIENTATION
Physica Magazine
Master Dynamique des fluides et énergétique
La mécanique des fluides et les transferts thermiques sont au cœur de nombreux métiers en lien
direct avec les grands défis sociétaux d’efficacité énergétique et de développement des énergies
renouvelables. Ces défis sont présents dans le domaine des transports (aéronautique, automobile),
de l’exploitation des énergies fossiles (pétrole) et renouvelables (éoliennes, hydroliennes), du bâtiment
ou encore des procédés industriels (agro-alimentaires). Au-delà de ces enjeux, la mécanique des
fluides constitue un domaine de recherche fondamentale très actif pour les sciences de la terre,
l’astrophysique ou les sciences du vivant. Le point fort de cette spécialité est l’équilibre entre approche
expérimentale, numérique et théorique, en parfaite adéquation avec les activités de recherche et le
secteur de l’industrie.
Conditions d’accès : Licence ou équivalent dans les spécialités suivantes : Licence en physique
énergétique ou Licence en physique pour le domaine Sciences de la matière
(SM) ou encore une Licence en mécanique – énergétique pour le domaine
Sciences et Techniques (ST)
Énergétique
Modélisations en énergétique et
transferts (combustion, changements
de phase liquide-vapeur, physique du
rayonnement, turbulences et mélanges).
Mener l’analyse critique des hypothèses
d’un modèle de systèmes mécaniques et
énergétiques, ou en développer un nouveau
et de proposer des méthodes d’analyse
de données numériques.
Laboratoires
universitaires
LMFTA et LTSE
Laboratoires de
grandes entreprises
SONATRACH
La formation dans les domaines pétroliers et gaziers s’est imposée d’elle même vu la richesse du sol
Algérien en hydrocarbures. L’exploration, l’exploitation, le raffinage, le transport et la commercialisation
des hydrocarbures ont leur part du lion dans l’économie et l’industrie Algérienne. Mais l’exploitation
prolongée de certains champs et puits ont fait que les pressions ont baissées et qu’il faut mettre en
œuvres de nouvelles techniques pour récupérer les hydrocarbures restants. L’objectif de cette spécialité
est de mettre en adéquation la formation proposée avec les problèmes rencontrés dans l’industrie
pétrolière et de répondre aux impératifs dictés par l’évolution technologique et scientifique dans ce type
d’industrie.
Conditions d’accès : Licence ou équivalent dans les spécialités suivantes : Licence en physique
énergétique ou Licence en physique pour le domaine Sciences de la matière (SM)
Mécanique
des fluides
Connaissances en Dynamique des
écoulements pulsés, Modélisation en
Mécanique des Fluides et notamment des
écoulements Turbulents. Modéliser et
simuler des systèmes fluides utilisant les
outils de calcul scientifique.
Sélectionner, tester et développer
le cas échéant les techniques de
métrologie
PERSPECTIVES
D’AVENIR
Recherche fondamentale
ou appliquée
Master Sciences et Techniques des Hydrocarbures :
Récupération assistée des Hydrocarbures
PERSPECTIVES
D’AVENIR
Recherche et
développement
Milieu industriel
Connaissances
dans quelques domaines
scientifiques et techniques relevant
des problèmes de l’industrie pétrolière,
à savoir : Écoulements dans les milieux
poreux, écoulements polyphasiques (incluant
les problèmes d’interface gaz/liquide ou liquide
/ solide dans les systèmes nanométriques),
modélisations mathématiques et méthodes de
simulation adaptées pour ces écoulements ;
chimie des polymères; récupération assistée
des hydrocarbures, hygiène Sécurité et
Environnement (HSE)
Entreprise
pétrolieire
(ex: SONATRACH)
Transports
fluides (pétrole,gaz
hydrocarbures)
Les industries
agro-alimentaires
Traitement des
eaux et l’hydrolique
Retrouvez plus de détails sur ces spécialités, les modules
enseignés et autres informations sur le site de la Faculté de
Physique de l’U.S.T.H.B
Froid et cryogénie
38
39
mathS
Physica Magazine
LES MATHÉMATIQUES ET LA PHYSIQUE,
UNE HISTOIRE D’AMOUR ?
Karina ABDESSLAM
Les mathématiques et la physique ont depuis toujours été étroitement liées. Il y a entre ces
deux disciplines une grande complémentarité. Cela peut sembler insensé que deux sciences
qui sont à priori totalement différentes puissent être en vrai aussi proches. Les mathématiques
sont connues pour être la science de l’abstrait tandis que la physique est celle du concret par
excellence.
Un rapport parfois compliqué
S’armer d’équations pour décrire le monde ou bien le
recréer grâce à elles. Faire usage de notions de base
et en déduire des absurdités. Théories indémontrables
par la science, incomplétudes et incertitudes sont
à l’honneur dans cette liste qui énumère et associe
tragédies scientifiques et rationalismes mathématiques.
Au cœur de la turbulence des fluides :
Les équations de Navier-Stokes modélisent un fluide
comme un milieu continu, c’est à dire
caractérisé par des grandeurs physiques définies en
tout point de l’espace et à tout instant. Censé décrire
l’écoulement de fluide, des simulations numériques
s’appuient sur ces équations notamment pour déterminer
les caractéristiques aérodynamiques d’une automobile,
train, avion etc. Cependant cette classe d’équations
soulève une difficulté majeure. Car la description d’un
fluide est fondée sur des fonctions de deux variables
au moins : la position décrite par une ou plusieurs
coordonnées, et le temps. En plus des dérivées par
rapport au temps qui proviennent, de la deuxième loi de
Newton, on a des dérivées par rapport aux coordonnées
de position, car l’état d’un fluide dépend de l’état au
point voisin, soit la notion de dérivées partielles.
Ces équations sont quasiment impossibles à résoudre
si le fluide présente de fortes perturbations (viscosité
faible, compressibilité variable) et si son état à l’instant
initial n’est pas suffisamment proche du repos. Cette
situation correspondrait à une concentration de l’énergie
du système au voisinage d’un seul point, la densité
d’énergie tendant ainsi vers l’infini soit un Blowup
(explosion).
Cette dernière notion signifie qu’à un certain instant
ultérieur, une des composantes de la vitesse va devenir
plus grande que n’importe quel nombre donné à l’avance
(on parle de singularité du champ de vitesse). Cela peut
paraître physiquement peu concevable. La signification
physique de ce fait est simplement qu’à partir d’un
certain instant, la vitesse du fluide devient très grande
et en particulier dépasse la vitesse du son. Mais alors
l’hypothèse d’incompressibilité du fluide ne peut plus
être satisfaite, et il faudra changer de modèle. D’un
point de vue physique, de telles solutions « explosives »
sont donc une indication que le modèle mathématique
choisi cesse d’être valable. D’une grande abstraction ce
problème fait partie des ‘sept problèmes du millénaire’,
proposés par l’institut Clay en l’an 2000.
Paradoxe de Banach-Tarski :
Prenez une sphère parfaitement ordinaire. Découpez-la
en 5 morceaux selon un plan bien défini. Réassemblez Par ailleurs la solution trouvée par Max Planck remit de
les morceaux, et vous obtenez deux sphères de même l’ordre en supposant que l’échange d’énergie entre le
rayonnement et la cavité est discontinu. La plus petite
volume que la sphère initiale. Irrationnel ?
quantité d’énergie (le quantum d’énergie) échangée par
un rayonnement de fréquence donnée est liée à celle-ci
par la relation :
Des considérations de découpages permettent des
transformations de figures paradoxales. Ainsi, on peut
démontrer mathématiquement qu’il est possible de
découper une boule en un nombre fini de morceaux
et de réorganiser ceux-ci - sans déformation - pour
reconstituer deux boules parfaitement identiques à la
première ! Ce résultat est connu sous l’appellation de
paradoxe de Banach-Tarski, il a été découvert au début
du XXe siècle. Ce découpage, qui est incompatible avec
la notion intuitive de volume, est impossible à réaliser
en pratique.
La catastrophe Ultraviolette :
En 1900, Rayleigh proposa d’analyser les propriétés
d’absorption et d’émission à l’intérieur du corps
noir en le modélisant par un ensemble d’oscillateurs
harmoniques pouvant absorber ou émettre la lumière
pour toutes les fréquences du rayonnement.
Basés sur la thermodynamique classique, les résultats
furent aberrants quant à l’énergie infinie des corps
émettant de basses longueurs d’onde. Divergence
ahurissante face aux résultats expérimentaux.
Où U : Densité d’énergie émise par unité de longueur
d’onde T : Température k : Constante de Boltzmann
40
41
mathS
Physica Magazine
Une complémentarité indéfectible
d’apprendre certaines notions mathématiques de façon
autodidacte, ce qui n’est certainement pas facile et cela
On peut citer de nombreux domaines où physique et reste tout de même un travail qui nécessite beaucoup de
mathématiques sont confondues, et où la frontière patience.
entre ces deux sciences est quasi inexistante, et on peut
constater cela même au niveau des scientifiques eux
Il est aussi intéressant de savoir que l’un des théorème
mêmes.
Newton a été celui qui a élaboré le calcul différentiel les plus basiques des mathématiques, le théorème de
dans son livre «Philosophiæ Naturalis Principia Pythagore, a une démonstration physique très élégante.
Mathematica» et cela a énormément contribué Cette dernière est simple : il suffit de prendre une boite
au développement des mathématiques même si de la forme d’un prisme de base d’un triangle rectangle
initialement cet ouvrage était dédié à la physique. et on la rempli d’eau. En la posant sur une surface
Newton avait tout d’un excellent mathématicien, et parfaitement lisse (frottements nuls) on remarque
pourtant si vous demandez à une personne qu’était alors que la boite reste immobile. Elle ne tourne ni
Newton il vous répondra sans hésitation « Un physicien ne glisse car la pression exercée sur les parois de la
boîte est équivalente à une force perpendiculaire à la
» et un physicien seulement.
paroi, s’exerçant au centre. Cela est vrai pour les trois
parois. Puisque la boîte ne tourne pas autour de l’axe
correspondant au point P, c’est que les moments de ces
trois forces vis-à-vis de cet axe s’annulent.
THE GAUSS’S LAW OF
ELECTROSTATIC
Where ε0 is the permittivity of free space and
is
the unit vector oriented from q to q’( from the source to
the test charge).
Eq.(1), may be rewritten as follows,
Written by Yacer BOUMECHTA
Reviewed by Pr R.ANNOU
Where,
Eq. (3) defines what is called the electric field,vector
that represents the effect of a charge q on the free space
itself.
In This article the gauss’s law of electrostatics
is derived. It was first formulated by Joseph
Louis Lagrange in 1773 , and after by Carl
Friedrich Gauss in 1813, it also represents one
of the Maxwell’s four equations in its integral
form .
For several point charges, say, q1,q2…qi…qn at
corresponding distances, r1,r2…ri…rn, from a point
M, the electric field in this point will be the sum of all
individual electric fields produced by each point charge
in the same point. It is the superposition principle, cast
as:
It is worthwhile recalling however, the basic ideas
Nous pouvons aussi observer le phénomène
inverse, comme le cas de David Hilbert, qui était un
grand mathématicien. Il a aidé à l’évolution de la
Topologie, une des branches les plus importantes des
mathématiques modernes. Et pourtant bons nombres de Il vous sera plus facile maintenant de
théories physiques ne fonctionnent que dans un espace constater que ces deux disciplines si
dit de Hilbert, qui est un espace Topologique.
distinctes n’en forment plus qu’une et
of electrostatics before we proceed. Indeed, the
electrostatics is the field of physics that deals with
interactions between electric charges at rest. For
instance, let be in free space two point charges q and q’
at rest with respect to each other, separated by a distance
r. According to the coulomb’s law of electrostatics q
exerts a force on q’, which also exerts in return an equal
in magnitude and opposite in sense force on q by virtue
of Newton’s third law.
In order not to lose in generality while deriving
Gauss’s law, we shall not discuss the continuous charge
distribution, which is a particular case of the discrete
distribution, from mathematical point of view.
The Gauss’s law:
The elementary flux dΦ of a
an elementary oriented surface
is defined by:
vector
through
avancent ensemble pour faire évoluer
Il est évident que pour exceller en physique il faut
la science et aider l’homme à percer les
aussi exceller en mathématiques, plusieurs professeurs
mystères de l’univers.
et chercheurs en physique déplorent la négligence de
la formation mathématique des jeunes étudiants, ce
qui pourra leur poser certains problèmes au cours de
leur carrière professionnelle. La plupart étant obligé
42
where
is the normal unit vector of
The force exerted on q’ by q is giving by:
43
mathS
So the total flux through S is:
Physica Magazine
Ultimately one obtains:
Now let be a closed surface( no matter if it’s real or
not), inside this surface rest a charge distribution; let’s
calculate the flux of
generated by the charge’s But what does dΣ represent ? it’s an element of surface
of course, which has a particular property, i.e., it’s
distribution through the closed surface (S).
that is a radial unit vector; hence, is
oriented along
always radially oriented. The only surface which has
such property is the sphere. Hence,
is an element of
a sphere’s surface.
If we chose the point where the charge qi is situated as
the origin of coordinates, e.g., in spherical coordinates,
an element of a sphere’s surface is given by:
Consequently,
where, θ Varies from 0 to π, and φ varies from 0 to 2π
(we have a closed surface)
Using Eq. (3) one finds:
We can permute the sign of the surface integral with the
sum sign because the integral of the sum is the sum of
integrals
That leads to:
Finally:
qi should get out of the surface integral (it’s a constant
number) so:
and in terms of the field
theorem, namely:
Let α be the angle between
cast as:
and
, one has the Gauss
, the flux may be
Suppose we have (dΣ) an elementary surface oriented The flux of an electric field through any
along
a projection of ds on the plane containing dΣ closed surface equals the sum of all electric
gives,
dΣ=ds.cosα
charges inside this surface
44
SOLUTION OF THE
BRACHISTOCHONE PROBLEM
2. Brachistochrone problem :
by Fayçal BENDEBICHE
(Student in undergraduate cycle, Bachelor in fondamental
Physics, USTHB)
1. Introduction :
Classical mechanics experienced a remarkable
development during the 17th and 18th centuries. Many
physicists contributed to its development. Newton
was one of the principal contributors in establishing
the fundamental laws of classical mechanics, which
in particular made it possible to explain the Kepler
Laws. Then Bernoulli, Lagrange, Euler and Hamilton
contributed to the development of classical mechanics
by a radically different approach based on the principle
of least action. Instead of determining the position and
velocity of a particle with the use of force laws and
initial conditions, it is rather the determination of the
trajectory between two points which is used with this
approach.
The aim of this work is to present the principle of least
action which represents one of the most relevant and
powerful results of physics. For this we have chosen to
present this principle through the famous application of
the brachistochrone. This principle was established by
Maupertuis in 1744. It is based on the determination of
the particle trajectory between two points by minimizing
the circulation of the momentum along this trajectory,
This approach is motivated by the
Fermat principle of least time or “natural economy”
applied to geometric optics. Lagrange and Euler, then
Hamilton formalized this concept in principle of least
action defined by the minimization of the Lagrangian
integral
where x is here the generalized
coordinate.
In this work the solution of the brachistochrone
problem using the principle of least action and the
Beltrami identity is presented. In Section 2 we define
the brachistochrone problem and section 3 is devoted
to its mathematical solution. Finally we give in a last
section the concluding remarks.
First we should start defining the brachistochrone
problem. The complicated word Brachistochone comes
from two Greek words namely, brachistos (the shortest)
and chrone(time). It refers to a question that have
been posed by one of the Bernoulli brothers (Johann
Bernoulli): If you imagine like a chute and there is
a particle moving down that chute, being pulled by
gravity without any initial velocity, what is the path
of the chute that connects two points and minimizes
the time? In other words, what’s the shortest path from
two endpointsA to B in term of time? (see Fig. 1)
So we are not looking for the shortest distance (which
obviously is the straight line) but we want the object to
travel fast within a specific curve. Instinctively, people
assume that the shortest path in term of distance would
give the shortest time; actually as we will see it is not
true. .Beside to be very attractive the brachistochrone
problem has led to new developments in mathematics
and classical mechanics.
Let us first let’s talk about the story behind this
mathematical physical problem, as mentioned above,
Johann Bernoulli posed this problem in 1696 and he
posed it as a challenge to mathematicians that time, in
particular he meant showing that he was the smartest
mathematician, better than his brother Jacob, and even
better than Leibnitz and Newton.The story says that
Newton was shown the problem and was not pleased
to be challenged, especially by someone he considered
beneath him. He solved the problem in one night and
sent it anonymously to the Philosophical Transactions
journal. Johann Bernoulli took two weeks to solve
it, and upon seeing, this anonymous solution said: “I
recognize the lion by his claw”.
45
mathS
Bernoulli created a harder version of the Brachistochone
Problem and developed new methods to solve it. These
methods were refined by Euler into what it was later
called (1766) “The calculus of variations” that we use
below to present the analytical solution of this problem.
3.3-The condition for obtaining an extremum
for S[y] :
The functional S[y] must have a stationary value for
the correct path relative to any neighboring path,
thus the difference between the correct path and a set
of neighboring paths is labeled by an infinitesimal
parameter α. Such a set of paths can be denoted by y(x,α)
3. Solution of the problem :
Before moving to the mathematical solution, we should with y(x,0) representing the correct path. We consider
that y(x) together with its first and second derivative are
firstly define some notions we are going to use.
well behaved (continuous and non singular in [x1;x2].
For a set of parametric curves, Eq. (1) becomes
3.1-Notion of functional:
A functional is a generalization of the notion of function,
instead of depending on one or several variables; a
functional depends on one or several functions. In
other words; it’s a function of functions. For the present As known in the familiar differential calculus, a function
problem we define the functional as the following has a stationary value if its derivative is equal to zero,
hence the condition for obtaining a stationary point
integral
Notice that Eq. (1) is in one-dimensional form, f(y,y’,x) Differentiating under the integral, we obtain:
is defined on a path y=y(x) between two values x1,x2,
and y’ is the first derivation of ywith respect to x.
Variational calculus will allow us tofind the path y(x)
such that the functional S[y] has an extremum with
y(x1) and y(x2) fixed whatever the path y(x). We shall
prove in the next paragraph that y(x) obeys to the
following condition for a stationary value of S[y]
3.2-Beltrami identity
If the function f doesn’t depend explicitly on the spatial
variable x, i.e., ∂f/∂x=0, Beltrami has shown that the
Euler-Lagrange equation can be greatly simplified and
he obtained the following identity
Physica Magazine
Integrating by part,the second integral in Eq. (5)
Now we use the condition that all the curves must pass
by the points x1,y1 and x2,y2, hence the partial derivative The problem now is to find a minimum of the integral
of y at x1 and y2 with respect to alpha must vanish, thus
Equation (5) can be recast as
46
where
Energy conservation theorem gives
The condition (4) is therefore equivalent to
The expression of the time becomes
We aregoing to use a famous lemma called The function under the integral does not depend
by”fundamental lemma of the calculus variations” explicitly on x thus we can use Beltrami identity
which says if
instead of solving differential equation (8)
with h(x) continuous in [x1,x2] and for every continuously Thus:
differentiable h(x) in [x1,x2] we have h(x1)=0 and
h(x2)=0 then u(x)=0 for x [x1,x2]. Such function h(x)
satisfying those conditions is called “test function” in
mathematics (function with compact support) where
u(x) in Eq. (8) is
and h(x) is
where c is a constant. Now this equation is a first order
differential equation which is clearly simpler than the
Euler-Lagrange equation and it will be used to solve the
brachistochrone problem.
3.4- Application to the Brachistochone:
Let v be the speed along the curve, the time required to
fall an arc length dl is
hence
satisfying the conditions mentioned above.
It therefore follows that S[y] can have a stationary value
only if Eq. (8) is fulfilled requiring that y(x) satisfies the
differential equation (2)
47
mathS
Putting y=Bsin2 θ we readily find
4.Discussion and conclusion :
In this work we presented the well-known
application of the brachistochrone which was the
subject of a scientific challenge between physicists of
the time that are mainly J. Bernoulli, Newton, Lagrange
and Euler. The result obtained is rather unexpected
since the trajectory which makes possible a minimum
time between any two points is not carried by a straight
line but rather by a cycloid. This theoretical result has
been successfully checked experimentally.
It’s the equation of an inverted cycloid
The scientific interest of this application is a reliable
verification of the principle of least action in classical
Finally we found that the path that any particle take mechanics. This principle is of central importance in
to travel fast in a gravitational field from a higher fixed physics. Indeed, it is a generalization of the Fermat
point to a lower one, is a cycloid given parametrically principle in optics, to the classical mechanics by using
by
the minimum action concept. Let us note that the
analogy with the Fermat principle is very striking since
the light also propagates in inhomogeneous medium
following a curved trajectory that can be determined by
the principle of least time.
PHYSICA
STORIES
This principle then became a fundamental principle
of physics by its generalization to many areas of
physics. In particular, it was used by Feynman to revisit
the formulation of quantum mechanics using the path
integral formalism. This new approach made it possible
to recover the well-known Schrödinger equation.
Figure -3References :
[1]Lecture notes on “Analytical Mechanics” by
A. Bendib, USTHB (2016).
[2] H. Goldstein, C.P. Poole, Jr. and J. L.Safko,
Classical Mechanics, Addison-Wesley(2001).
[3] D. T. Whiteside,Newton the Mathematician,
Springer (1982).
Figure -4We give in Fig. 3 the set up used to prove
experimentally the brachistochrone problem and in
Fig. 4 the cycloid path .
48
Acknowledgments:
The author would like to acknowledge Pr. A.
Bendib (Faculty of Physics, USTHB) for reading
the manuscript.
49
PHYSICA STORIES
En passant par
les couloirs de la
faculté de Physique de
l’USTHB, on ne peut s’empêcher
de lire les noms de ses nombreux
et divers laboratoires. On y croise nos
enseignants, qui se donnent à fond dans les
deux axes principaux de leur métier : L’enseignement
et la recherche scientifique.En tant qu’enseignants, ils
transmettent les connaissances issues des recherches conduites
dans leurs domaines de spécialisation aux étudiants, encadrent les
travaux de préparation des thèses des doctorants et assure le suivi des
mémoires des étudiants en Master. Ils participent à la diffusion des connaissances
scientifiques en publiant leurs travaux et en participant à des conférences et
des colloques. À partir de leurs lectures et de leurs recherches, ils s’interrogent,
émettent des hypothèses, conduisent des expériences, analysent, interprètent
et exploitent les résultats. Ils font le travail dont plusieurs d’entre nous en rêvent,
et ils ont travaillé très durs pour en arriver là. Nous avons rarement le temps ou
l’occasion d’aborder ces sujets avec eux. C’est pour cette raison, qu’une
équipe au sein du Physica club a activement travaillé à la réalisation
de cette rubrique. Ces enseignants ont aimablement accepté
de nous recevoir pour répondre à toutes nos questions.
Nous avons passé un agréable moment avec chacun
d’entre eux et nous les en remercions infiniment.
Voici donc les interviews, qui nous
l’espérons, apporteront des réponses
à vos questionnements, vous
inspireront,
et
vous
motiveront pour le
reste de votre
parcours.
50
Physica Magazine
FROM THE
EXPERIMENTAL
STRUGGLE TO THE
THEORETICAL ONE,
I BREATHED PHYSICS...
From the experimental struggle to the theoretical one,
I breathed physics...
Mrs. Lynda AMIROUCHE
Interviewed by Tamaazouzt CHENNIT
SONACOM in Rouiba, the University of Blida for the
experimental works’ hard ware, I spent 06 or 07 years
Her fascination for stars, planets and instead of 03 years for my magister thesis, I lost some
the mysteries of our galaxy since her years but it was a great experience. Then I decided to
switch to theoretical physics. I managed to publish and
childhood pushed her to investigate I had to wait until 2007 in order to get my doctorate
more, to explore the world of the matter. es-science. Now I’m trying to supervise PhD students,
she lets her inspiration leads her work, their back ground is poor in physics, English and
the most important thing for her when French, that’s why I have chosen to teach English by
she’s with her students is honesty and teaching this latter I hope I’m teaching so many things.
sharing, she shares her passion and her
2/After getting your magister thesis which was
ambition...
a purely experimental one, you decided to
1/Madam AMIROUCHE teacher researcher at
the University Science and technology Houari
Boumediene, can you please describe to us,
your trip in the USTHB from the student you
were, to the amazing teacher you are?
I get out from high school in 1983, 34 years ago, and
then I went to the university. I had my first year of
common studies between mathematics, chemistry and
physics, I had chosen physics, then I decided to go to
teach mathematics at the high school, it was a very nice
experience with teenagers. After that, I took an exam
here at the U.S.T.H.B I succeeded in it then I started
teaching here. There were so many things to do, from
teaching mathematics in the high school, studying
physics for my magister thesis, teaching physics in
the university and finally teaching physics to some
teenagers when I go back home, but unfortunately I was
not allowed to teach in two places in the same while
so I quitted teaching in the high school. Since I have
chosen to study experimental physics, I had to perform
some experimental work and go to many places like
present your doctorate es-science in 2007 in
theoretical investigations in material science.
Why this switch?
I wanted to study the theoretical aspect of my
experimental work and it is so difficult to perform
experimental works in Algeria, because we have to
go to different laboratories and so many places for
the experimental work hard ware, in some cases they
can collaborate with us, but in other cases they don’t.
3/Madam, you have 19 publications “until now”
all in material science. What do you think in
publishing articles, what are its advantages for
a teacher researcher and even for students?
The first thing you do by publishing is that you share
your work with the scientific community and even
with the large public, a researcher is always proud and
honored to publish, beside they get to be corrected by
some specialized scientists, they share their opinion with
you and you may learn so many things from them.
51
PHYSICA STORIES
Physica Magazine
aimer le métier d’enseignant, . L’enseignement est une
vocation. À mon avis la meilleure façon d’apprendre est
de discuter avec les collègues plus âgés. À l’USTHB on
a la chance d’avoir plusieurs générations d’enseignants
qui se côtoient , les jeunes enseignants ont toute la
latitude de bénéficier de l’expérience de leurs aînés.
4/Being a physicist, was it your dream since
your childhood?
When I was a child, my father used to explore space with
his telescope and teaches us at that time in weekends,
the way the stars move, the name of the planets we
were observing like Jupiter or Saturn. I was fascinated
by this world, so I said maybe the only way to explore
space and discover more is by studying physics. After
graduation from high school, I had some friends who
had chosen to study architecture, they asked me to go
with them but my father said no, and he asked me to
follow what I love the most. I really love art, painting
specially but I went chasing for my dreams by following
physics.
5/Madam have you been inspired by one of
your teachers or professors?
I was inspired by a German colleague, Mathis PLAPP he
is a physicist as well, when we work together we breath
and we speak only physics, there is also my quantum
mechanics’ teacher in 1984 Mr. BONNEVIEILLE from
France, thanks to him I liked quantum mechanics.
secrets of being a great teacher-researcher,
according to the organization of your time,
between your home duties and your work
ones?
I’m always late (laugh) I never manage to be on time, I
missed several flights in my life, but you should know
something, I believe in relativity in the sense of Baraka,
this is my own idea and I’m so pleased to share it
with my students. If you pray on time, if you spend
the required time with you creator, there will be some
Baraka in time. We take some science and energy when
we pray, human beings are programmed to know any
science and any language, we just have to look clearly
in our brains, and there is going to be some light in all
what we do.
8/Have you noticed any changes in students
level in the U.S.T.H.B?
I started teaching in 1988 and the level of the students is
decreasing because of the L.M.D system, I was against
that, this L.M.D system has been tried in Germany
for example but there, the high school is correct, the
lectures they give are complete this is why students can
6/What are the required qualities to be a good work on their own, here in Algeria unfortunately during
these recent years students are victims of this system of
teacher researcher?
In order to be a good teacher, you should be patient “Ataba”.
and honest with your students, you should prepare you
lectures and be sure of yourself when you meet your 9/What are your advices to the students in
students. To be a good researcher, you have to read physics “future physicists”?
a lot and the most important thing is to select your I advice them to don’t be dishonest, they should spend
readings in order to be able to determine if there are less time with internet, and try to read books, hard
copies of books not electronic versions, they should be
any divergences between scientists.
very patient and give the required time for what they
7/ From teaching vibrations, quantum love and work in a honest way. I advice them to use
mechanics,science computer to English and the energies that are present during the night, there is
since you are a woman, please tell us your some secret energies and science that can be discovered
during this period of time, this is also Baraka.
52
QUAND L’ENSEIGNEMENT
EST UNE PASSION
M. Hakim DJELOUAH
Interviewé par Djamila Sarah HARROUZ
Quand et comment vous êtes vous intéressé à
la physique ?
Dès le lycée, j’avais une certaine curiosité pour
les phénomènes physiques attisée par la lecture des
revues de vulgarisation (Science & Vie, ....), Cette
prédisposition a été encouragées par les professeurs de
grande qualité que j’ai eu la chance d’avoir au lycée
technique de Dellys où on nous a inculqué l’amour du
travail et des études.
Au début je me voyais bien comme professeur de
physique au lycée, ; pour cette raison j’avais choisi
de faire une licence de physique à la faculté d’Alger.
Certaines circonstances ont fait qu’après la licence j’ai
fait une thèse de Doctorat qui m’a permis d’enseigner
à l’université. Avec le temps et après avoir côtoyé
plusieurs générations d’étudiants je me dis que,
finalement je n’aurais pas pu faire un autre métier.
Voir une lueur d’intérêt dans les yeux des étudiants et
me rendre compte que j’ai réussi à leur expliquer des
notions de physique fondamentale est encore ce qu’il y
a de plus motivant dans ma carrière.
Mis à part l’enseignement, sur quel projet de
recherche travaillez vous ?
Après la licence j’avais envie de tout faire, : la
physique nucléaire, la mécanique des fluides... Un
concours de circonstances a fait que je m’inscrive
au DEA de Physique Acoustique qui venait d’ouvrir
à la Faculté d’Alger. Puis je me suis spécialisé dans
les Ultrasons. Mes premiers travaux de recherche ont
porté sur l’atténuation et la vitesse de propagation
des ultrasons dans les cristaux moléculaires , Par la
suite je me suis intéressé à l’étude des phénomènes de
diffraction d’impulsions ultrasonores de courte durée
et à l’application de l’acoustique ultrasonore dans
l’industrie (contrôle non destructif) et en imagerie
médicale.
Avez-vous constaté un changement par
rapport aux étudiants au fil du temps ?
Comparativement aux générations précédentes,
l’étudiant d’aujourd’hui accumule plusieurs lacunes
résultant des méthodes de travail acquises au lycée
mais également à cause de la diminution du volume
horaire des matières fondamentales imposée par le
système LMD. La philosophie du LMD est d’inciter
l’étudiant à travailler seul pour acquérir une certaine
autonomie intellectuelle. Malheureusement les
conditions pour l’inciter à effectuer ce travail
personnel et à le contrôler n’ont pas été mises
en place. Il faudrait que l’étudiant soit
dès la licence, incité à fournir un travail
Justement tous vos étudiants attestent personnel pour acquérir les aptitudes
que vous êtes un pédagogue hors pair, qui lui permettraient de réussir dans
quels conseils donneriez-vous aux futurs sa carrière professionnelle.
enseignants pour transmettre au mieux les
connaissances ?
Il faut aimer ou du moins faire l’effort d’apprendre à
53
PHYSICA STORIES
Physica Magazine
Que veut-on dire par “information quantique”
? Est-ce une théorie purement abstraite ?
L’information quantique c’est principalement le
traitement de l’information en utilisant le formalisme
quantique, les états quantiques, car il y’a des effets qui
apparaissent au niveau de la mécanique quantique qui
n’existent pas en classique, par exemple le principe
de superposition, l’intrication …ect , qui va permettre
d’aboutir en exploitant ces effets à des algorithmes de
calculs plus rapides. Non, la recherche est principalement
orientée vers l’application sur l’ordinateur quantique
‘quantum computer’ .
L’ENTHOUSIASME EST LA
SOLUTION DE L’ÉQUATION
Quels conseils donneriez-vous aux étudiants
qui seront les physiciens de demain ?
D’abord et avant tout, il faut apprendre à aimer la
physique. Il faut bien sûr de la motivation, mais ce
n’est pas suffisant, il faut également avoir les aptitudes
nécessaires. La maîtrise de l’outil mathématique
est fondamentale. L’outil informatique est aussi
incontournable il faut connaitre au moins deux langages,
un pour le calcul numérique et un autre pour le calcul
symbolique. Enfin la connaissance de la langue anglaise
est absolument indispensable.
Avec la curiosité, la motivation et le développement de
ses aptitudes personnelles on peut aller aussi loin que
l’on veut
Comment la physique influence-t-elle votre
quotidien ?
La physique nous apprend à aborder les problèmes en
les décomposant en problèmes élémentaires. J’applique
cette méthodologie à tous les aspects de ma vie
quotidienne. Après plusieurs années d’enseignement
on acquiert bien sûr une certaine déformation
professionnelle et on a tendance à vouloir tout expliquer
à ses interlocuteurs. Avec le temps un physicien
développe une grande rigueur scientifique accompagnée
toutefois de beaucoup d’humilité et tolérance. Je lis
quotidiennement le livre d’électromagnétisme de
Feynman depuis plus de 40 ans et je découvre à chaque
fois de nouvelles choses et je me rends compte que
j’avais peut-être mal compris certaines notions, alors
je ne peux qu’être tolérant avec un étudiant quand il se
trompe (rire).
54
Mme Amal Hiba HAMICI
Interviewée par Seddik Mohamed OUACEL
et Asma MANSOURI
Quel a été votre parcours académique ?
J’ai fait un DES en physique des rayonnements, puis
un magistère en physique théorique, pour terminer sur
un doctorat en physique théorique toujours.
.
Comment vous est venue votre passion pour
la physique ?
Alors là, ça a été il me semble durant les deux dernières
années de lycée. C’est mon professeur de Français
paradoxalement qui m’a donné le goût de la physique.
C’était quelqu’un qui nous incitait beaucoup à faire ce
qu’on voulait. Il nous a parlé de l’aspect très attractif
et prometteur qu’a la physique nucléaire surtout avec
l’avènement des énergies renouvelables. J’ai donc
fait une branche mathématique pour ça justement. Au
fur et à mesure de mon évolution à l’université, j’ai
commencé un peu à militer style Green Peace : Non au
nucléaire. Donc j’ai opté pour la physique théorique,
parce que j’aime tout ce qui est mathématique.
Avez vu déjà été inspirée par l’un de vos
enseignants ?
Oui par la suite, pendant mon parcours à l’USTHB, il y
a eu pas mal d’enseignants notamment monsieur Taleb.
Je n’ai pas eu la chance de travailler avec Mr Chami,
ou Mr Djelouah. Il y a aussi madame Ighzou pour le
goût de la physique.
Je me souviens aussi avoir eu un enseignant vietnamien
qui est venu durant un semestre nous enseigner la
mécanique analytique et la mécanique quantique, et
là c’était l’illumination pour la physique théorique : «
C’es bon, c’est ce que je veux faire ! »
Sur quel projet de recherche travaillez-vous en
ce moment ?
Ça fait déjà 4 ans que je fais partie d’une équipe
de recherche qui travaille sur tout ce qui est liée à
l’information quantique. Moi en particulier j’essaye de
travailler sur ce qu’on appelle le clonage quantique. Il
y a un théorème en mécanique quantique qui interdit de
« photocopier » un état quantique, vous prenez un état
quantique (un ket l ψ > ) le théorème dit que vous ne
pourrez pas à l’aide d’une transformation unitaire avoir
deux même état à la ‘ sortie ‘. ça fonctionne comme
le principe de la photocopieuse, vous avez un ket, une
feuille, vous faite une photocopie mais par contre à la
sortie vous n’aurez pas exactement le même Ket. C’est
comme si vous faites une photocopie de votre carte
d’identité mais à la place vous trouverez la photo de
quelqu’un d’autre. Donc le but est de chercher une
opération unitaire qui approcherait le plus possible de
l’état initial mais pas identique puisque c’est interdit
par le théorème (théorème d’impossibilité du clonage
quantique).
Quels conseils donneriez-vous aux étudiants,
les futurs physiciens de demain ?
Premier conseil : travailler, travailler, travailler. Là
c’est l’enseignante qui ressort. Et deuxièmement : c’est
de garder en quelque sorte son âme de jeune, je ne sais
pas si j’arrive à me faire comprendre.
Gardez votre enthousiasme, et surtout faites ce que
vous aimez. Ça c’est primordiale dans la vie en
général, et surtout pour les étudiants qui font physique
parce que ça devient quelque chose de difficile au fur
et à mesure qu’on étudie et on se rend compte que
finalement on ne sait toujours rien même quand on
avance de plus en plus. Donc il faut surtout et j’insiste
garder l’enthousiasme que l’on a et l’envie de travailler
jusqu’au bout. Il y a beaucoup d’inertie, on est dans
un environnement qui ne facilite pas la recherche. Et
puis c’est vrai qu’en étant enseignant-chercheur on
privilégie l’enseignement parfois. On a des étudiants
devant nous qui sont demandeurs, donc on est là, on
doit leur donner quelque chose le plus correctement
possible on espère. Donc vous verrez un jour si
vous avez l’occasion de faire de l’enseignement
et de la recherche, que l’enseignement se fait au
détriment de la recherche.
Je parle pour moi, je ne sais pas si
pour d’autres collègues qui ont des
collaborations, ça se passe différemment.
Mais malheureusement, on ne fait pas
assez de recherche à mon gout par
rapport ce qu’on aimerait faire.
Mais si c’était à refaire, je sais
que je referai la même chose.
55
PHYSICA
STO-
Labor omnia
vicit improbus*
M Ahmed Chafik CHAMI
Interviewé par Maria BOUMBAR
Asma MANSOURI
et Assia Bouzid
Quel a été, en résumé, votre parcours
scolaire ?
J’ai fait mes études au lycée Emir Abdelkader, à Beb
El Oued de l’année 1962 à 1969. Je suivais un parcours
littéraire jusqu’en seconde pour me tourner par la suite
vers une filière scientifique.
J’ai intégré l’université d’Alger en 1962, où j’ai obtenu
un DEA en physique nucléaire. J’ai par la suite été à
Grenoble où j’ai obtenu un doctorat de 3éme cycle. J’ai
eu un autre doctorat, après être rentré en Algérie.
Comment vous-êtes vous intéressé à la
physique ?
Après avoir étudié le latin jusqu’en seconde, j’ai
été attiré par des expériences d’électricité qui m’ont
fait pencher vers les sciences ; et qui m’ont poussé à
abandonner ma vocation littéraire pour me tourner vers
une formation scientifique. J’ai ensuite hésité entre les
maths et la physique pour finalement me tourner vers
une carrière de physicien.
Quelles sont pour vous les qualités requises pour
être un bon physicien/chercheur ?
Tout d’abord, il faut aimer ce que l’on fait car ce
domaine présente plus d’un inconvénient. C’est un
choix parmi d’autres qu’il faut assumer (ça demande
beaucoup de sacrifices par exemple). Aussi, il ne faut
56
Physica Magazine
jamais se décourager car le parcours d’un physicien est
long et difficile.
Y a-t’il des personnes qui vous ont
particulièrement inspiré ?
Mon enseignant au lycée, grâce à qui je me suis tourné
vers la physique. Ainsi que des personnes
avec qui j’ai collaboré, j’en citerai Monsieur
Bonnevieille et Monsieur Mentalecheta, premier
docteur d’état Algérien.
Sur quoi travaillez-vous en ce moment ?
Je travaillais au début dans le domaine nucléaire, je me
suis ensuite tourné vers la physique du solide puis en
ce moment je me retrouve dans la physique médicale
(physique des rayonnements)
Quels conseils donneriez-vous aux étudiants
d’aujourd’hui, physiciens de demain ?
Ne jamais se décourager car la physique est peut être le
domaine le moins simple à étudier, lire, toujours rester
motivé et avoir un niveau de travail élevé à un rythme
rigoureux.
*
Le travail opiniâtre vient à bout de tout.
GANBARU!*
Mlle Lila BOUZAR
Interviewée par Maria BOUMBAR
Quel a été votre parcours scolaire ?
J’ai eu une formation scientifique au lycée, j’ai obtenu
un bac en 2007. J’ai ensuite hésité entre la physique et
les mathématiques. J’adorais la beauté des maths, mais
je voulais aussi faire de la physique, car depuis toute
petite je lisais des revues de vulgarisation et je trouvais
ça tellement passionnant que j’ai fini par opter pour
une carrière de physicienne. J’ai obtenu ma licence à
l’université Mouloud Mammeri de Tizi Ouzou en 2010,
puis mon master en physique théorique à l’université des
sciences et de la technologie Houari Boumediene. J’ai
finalement obtenu mon doctorat en 2016 à l’USTHB, ma
Quelles sont les qualités requises pour être un
bon physicien/ chercheur ?
Je pense qu’il faut être passionné pour donner un sens
à ce que l’on fait. La première qualité que doit avoir un
chercheur à mon avis est la conviction que ce qu’il étudie
est important, a un sens. Une fois qu’on est persuadé que
ce que l’on cherche en vaut la peine, que notre contribution
aussi petite soit-elle fait avancer la science, on ne ménage
plus ses efforts, on peut travailler sans relâche jours et nuits.
Je pense que ce n’est qu’ainsi qu’on peut espérer avoir des
résultats de bonne qualité.
Y a t-il des personnes qui vous ont
particulièrement marquée ? Inspirée ?
Alors tout d’abord, il y a eu mon père, qui m’a inspirée
depuis toute petite, étant lui-même un physicien. J’ai
ensuite eu l’occasion de travailler avec un autre doctorant
qui m’a initié à la recherche, j’ai beaucoup appris de ses
méthodes de travail et ça m’a permis de retrouver ma vraie
passion pour la physique. Enfin, il y a eu mon directeur de
thèse, le docteur Martin Müller, qui m’a appris à aller au
bout de mes idées sans avoir peur d’échouer.
En ce qui concerne votre choix de spécialité ?
Mon rêve a toujours été de devenir une chercheuse hybride,
c’est à dire que si j’ai une problématique donnée, je devrais
être capable de développer une modélisation théorique,
d’élaborer un programme de calcul numérique ou de
simulation et de monter une manipulation pour confirmer ou
ajuster le modèle. Pour mon master, je me suis tournée vers
la physique théorique en voulant me
former d’abord pour devenir une bonne
théoricienne. Ma thèse a ensuite comporté
des développements de modèles théoriques
avec des calculs analytiques et numériques.
Maintenant que j’ai terminé ma thèse, j’essaie de
m’initier à la physique expérimentale pour enfin effectuer
des recherches hybrides entre théorie et expérience au sein
de l’équipe Diélectriques (du Laboratoire de Physique des
Matériaux), équipe qui développe justement ce genre de
recherches.
Quels sont vos projets en cours ?
Je travaille actuellement sur l’étude des propriétés
statistiques et diélectriques de certains bio-matériaux sous
la direction du Professeur Nadia Saidi ainsi que de mon
directeur de thèse le Docteur Martin Müller. J’étudie en
parallèle deux types de structures, les membranes lipidiques,
ce sont les bi-couches de phospholipides qui s’agencent en
films quasi-fluides, et les polymères en hélice, ce sont les
longues chaînes de monomères où chaque monomère est
lui même une molécule complexe. Pour les membranes
lipidiques, j’étudie actuellement comment celles-ci sont les
médiatrices d’interactions entre les molécules qui y sont
incluses. Pour les polymères, j’étudie les corrélations des
mouvements entre les différents monomères.
Avez-vous eu à faire face à des difficultés,
déceptions qui vous ont à un moment ou à un
autre découragée ?
J’étais toujours très stressée durant la période des examens
ou des interrogations. C’était très difficile à supporter, mais
je me disais que ça allait passer.
Quels conseils donneriez-vous aux étudiants
d’aujourd’hui ?
Je leur conseillerai de suivre ce qu’ils aiment et de donner
le meilleur d’eux même. Il faut garder en tête que vous êtes
actuellement en train de recevoir l’héritage de l’humanité
dans le domaine de la physique, vous devez faire de votre
mieux pour en prendre soin et l’enrichir à votre tour !
*verbe fréquemment utilisé au japon pour exprimer la
motivation et le courage
57
histoire
Physica Magazine
CONGRÈS DE SOLVAY 1927 : UN CHOC ENTRE DEUX COLOSSES
Med. Slimane TATAOUI
Qu’est-ce que le congrès de Solvay ? Pourquoi
celui de 1927 est-il aussi important que ça ?
Que s’est-il passé entre Einstein et Bohr dans
ce congrès-là ? Tout un tas de questions
auxquelles nous répondrons dans ce qui suit
de notre article.
Les Congrès Solvay (connu aussi comme conseils
Solvay et conférences Solvay) sont des comités
scientifiques en physique et en chimie organisés par
Mr Ernest Solvay, un chimiste et industriel belge et
cela depuis 1911 à Bruxelles en Belgique. Du début
du XXe siècle, ces conseils, réunissant les plus grands
cerveaux de la planète de l’époque, permirent des
avancées importantes en mécanique quantique. C’est
en octobre de l’année 1927, que le 5e Congrès Solvay
se tint à Bruxelles sur le thème “ Électrons et Photons“.
La conférence accueillit cette année-là 29 physiciens
parmi lesquels se trouvaient Albert Einstein, Marie
Curie, Hendrik Antoon Lorentz… Le sujet principal ?
La mécanique quantique. La rencontre fut immortalisée
par une photo qui allait devenir l’une des plus célèbres
de l’histoire de la physique. Parmi ces 29 scientifiques,
17 étaient ou devinrent prix Nobel. Cette conférence fut
caractérisée aussi par la présence de deux courants de
pensée opposés.
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Le premier est ceux de l’école de Copenhague «Bohr,
Heisenberg, Ehrenfest…» physiciens probabilistes et
statisticiens, et de l’autre côté les physiciens partisans
de l’idée que la physique quantique a un caractère
déterministe «Einstein, Schrodinger, De Broglie...». Ce
congrès est connu comme le bouleversement du monde
de la physique avec ce qu’il a apporté comme nouveaux
concepts.
Dualité Onde Corpuscule- principe d’incertitude
1926. Bohr et Heisenberg se posent la question :
comment la lumière peut-elle à la fois onde et matière?
Est-il possible que la nature soit aussi absurde qu’elle
semble l’être ? Cette dernière question donne le
principe d’incertitude d’Heisenberg qui stipule qu’on
ne peut connaître simultanément la position et la
vitesse d’une particule avec une précision supérieure
à un seuil limite. Pour Bohr, ce principe d’incertitude
est la manifestation d’un principe plus fondamental,
celui de complémentarité. Un objet quantique ne peut
manifester simultanément des caractéristiques d’onde
et de particule. Or la position est liée à la notion de
particule tandis que la longueur d’onde (à laquelle
on peut associer une vitesse, ou une quantité de
mouvement) est un aspect ondulatoire.
Pour un relativiste classique comme Albert Einstein la
mécanique quantique heurtait tous les principes de la
physique, il n’aima guère le caractère probabiliste et
donc rejeta en bloc cette théorie. Durant plusieurs années
l’Allemand et le Danois confronteront leurs points de vue
sur cette nouvelle vision du monde microscopique dans
des discussions restées célèbres. « Dieu ne joue pas aux
dés », observa Einstein, pour marquer son opposition à
l’interprétation probabiliste de la physique quantique.
« Qui êtes-vous, Albert Einstein, pour dire à Dieu ce qu’il
doit faire ? ». Répondit Niels Bohr.
Einstein, n’étant pas convaincu de la validité du principe
de complémentarité, essaye de le mettre en défaut en
reprenant l’idée de l’expérience de Young. Il imagine
qu’une des fentes est mobile et rattachée à un ressort. Quand
une particule passe par la fente, elle la touche et change
de direction avant d’atteindre l’écran, lui transmettant
ainsi un peu de sa quantité de mouvement (avec ou sans
le dispositif mobile) Pour Einstein, ce dispositif est le
détecteur de passage le plus subtil possible, qui mesure
seulement la quantité de mouvement transférée mais
n’altère pas par ailleurs la particule et donc n’influe pas sur
son évolution future. Einstein suggère donc que dans ce
dispositif, la figure d’interférence serait toujours présente.
Une telle mesure était cependant irréalisable avec les
moyens techniques de l’époque. Quelques années plus
tard John Stewart Bell proposa les inégalités qui portent
son nom « Inégalités de Bell » et c’est les relations que
devraient respecter les mesures sur des états intriqués dans
l’hypothèse et la supposition d’une théorie déterministe
locale à variables cachées. Ceci en revanche ouvre un
autre débat : le Paradoxe EPR et le problème de la mesure
quantique.
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histoire
Physica Magazine
L’INTRICATION QUANTIQUE : AUTRE SUJET DE CONTROVERSE ENTRE
EINSTEIN ET BOHR
Assia BOUZID
Le paradoxe EPR, abréviation de Einstein-Podolsky-Rosen, est une expérience
de pensée, élaborée par ces derniers, dont le but premier était de réfuter
l’interprétation de Copenhague qui s’oppose à l’existence d’un quelconque état
d’un système quantique avant toute mesure.
Qu’est-ce qu’un état quantique ?
En physique quantique l’état d’une particule est décrit par une fonction d’onde. Cette fonction est
la superposition de tous les états dans lesquels peut se trouver la particule. A chacun de ces états
possibles, la fonction d’onde nous donne quelle est la probabilité d’y trouver la particule à l’issue
d’une mesure. Par exemple, dans des expériences d’optique, des photons sont émis avec deux
polarisations possibles verticale et horizontale. Si la fonction d’onde du photon avant la mesure
nous dit que la polarisation est à 50 % verticale et à 50 % horizontale, lors de la mesure, la fonction
d’onde est réduite car juste après la mesure la polarisation prend l’une des deux valeurs, elle est soit
verticale à 100 %, soit horizontale à 100 %, selon l’orientation du polariseur.
Qu’est-ce que l’intrication quantique ?
L’intrication, est lorsque les états des particules sont liés, et qu’on ne peut décrire le système que
par une fonction d’onde du système dans son ensemble sans pouvoir séparer la fonction d’onde de
la particule 1 et de la particule 2. Par exemple, dans les expériences comme celle d’Alain Aspect,
une source émet des pairs de photons intriquées décrits par la fonction d’onde qui dit : « les deux
photons ont des polarisations à 50 % verticales toutes les deux, et à 50 % horizontales toutes les
deux ». En mesurant la polarisation de l’une on l’oblige à choisir une seule valeur possible et ça
affecte la polarisation de la deuxième particule instantanément qui prendra la valeur égale à celle
de la première particule.
Peu importe la distance qui sépare deux particules intriquées, la transmission de l’information se
fera instantanément, ce qui signifie qu’elle se fait à une vitesse dépassant la
vitesse de la lumière, une idée qu’Albert Einstein ne pouvait
que réprouver car rien ne peut dépasser la vitesse de la
lumière. D’après lui, il devrait y avoir des variables
cachées qui prédisent à l’ avance l’état du système lors
d’une mesure, comme en physique classique. A quoi
Niels Bohr rétorqua que les deux particules formaient
en elles-mêmes un système a part entier, qu’elles
ne pourraient être décrites séparément, donc le
phénomène d’intrications est un phénomène non local
qui ne dépend pas de la position des particules dans
l’espace-temps , mais ceci va a l’encontre du fondement
même de la théorie de la relativité restreinte.
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Qui avait raison ?
En 1964 John Bell propose le principe d’une expérience
qui prouvera que les inégalités de Bell sont respectées
en mécanique quantique, sachant qu’elles sont toujours
respectées en mécanique classique, et confirmera par la
suite le principe de localité et l’existence des variables
cachées.
Cette expérience a été réalisée pour la première fois
en 1982 par l’équipe d’Alain Aspect, de l’institut
d’optique, à Orsay, qui a mis au point un dispositif qui
utilise la polarisation des photons. Elle a montré que les
inégalités de Bell étaient violées, ce qui implique que
l’hypothèse des variables cachées d’Einstein est fausse
et que Bohr avait raison à propos de la non-localité de
la mécanique quantique, ce qui a valu à Alain aspect la
médaille Albert Einstein.
D’autres expériences plus élaborées ont été réalisées
par la suite, et elles n’ont fait que confirmer le résultat
déjà trouvé.
Alain Aspect 2012 © Société Albert-Einstein
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histoire
Physica Magazine
PIOTR LÉONIDOVITCH KAPITSA
À travers les ruelles du passé il a existé…
Tamaâzouzt CHENNIT
Piotr Léonidovitch Kapitsa est un savant universel, éminent physicien et ingénieur de génie.
Il est considéré parmi les élites de son domaine grâce à sa façon d’organiser la science, son
ingéniosité et les méthodes industrielles et équipements modernes qu’il utilisait pour ses
recherches scientifiques.
Qui est ce physicien ?
Piotr Léonidovitch Kapitsa naquit le 09 juillet 1894 à Kronstadt. Après avoir terminé l’école primaire supérieure où
il y manifesta un intérêt particulier pour la physique, Kapitsa entra à l’institut polytechnique de Saint-Pétersbourg.
En 1916 avant même d’avoir terminé ses études, la revue de la société physico-chimique russe publia le 1er article
scientifique de Kapitsa, intitulé « La fabrication de fils de wallastonite », il inventa un procédé fondamentalement
nouveau de fabrication de fils de quartz extrêmement fins utilisés dans les instruments de mesure physiques.
Kapitsa devint l’un des premiers chercheurs de l’institut physico-technique Ioffé de l’académie des sciences de
l’U.R.S.S fondé suite à la révolution d’octobre. Il fut nommé professeur de physique et de mécanique à l’institut
polytechnique en 1919. ,
Lorsque l’ingéniosité règne…
En 1921, le gouvernement soviétique prit la décision d’envoyer à l’étranger plusieurs
savants parmi eux P. Kapitsa, il arriva en Angleterre et fut accueilli par Rutherford
à Cambridge en qualité d’étudiant chercheur. Dans cet établissement de nombreux
jeunes chercheurs étudiaient les particules alpha découvertes au début du siècle
par Rutherford, Kapitsa s’occupa de mesurer l’impulsion de ces particules, pour
ce faire il fallait les faire dévier de leurs trajectoires et cela nécessitait un champ
magnétique extrêmement intense bien supérieur à celui dont se servait Rutherford
dans ses recherches.
À l’époque on pouvait à l’aide d’un électroaimant créer un champ magnétique atteignant 25000 (tesla)
valeur limite de l’intensité du champ magnétique quelle que soit
l’intensité du courant d’alimentation, cela est dû la saturation du
noyau de fer contenu dans l’électroaimant. P. Kapitsa pensa alors
(afin d’éliminer le problème de saturation) à utiliser un solénoïde
(bobine sans noyau de fer), grâce laquelle l’intensité du
champ magnétique augmente avec le courant électrique
‘pas de saturation cette fois-ci’. Mais un énorme obstacle
apparait encore une autre fois: l’accroissement thermique
faisait fondre le solénoïde.
Kapitsa résolut le problème d’une manière simple et
originale, il décida d’utiliser le même solénoïde et faisait
passer un intense courant électrique durant un laps
de temps assez bref qui n’excédait pas un centième de
seconde, il choisit donc la méthode des champs impulsifs
intenses.
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Pour le laboratoire Cavendish, les installations de Kapitsa furent comme
un tournant décisif, elles inaugurèrent une nouvelle ère dans son histoire.
Le problème du champ magnétique résolu, Kapitsa mesura l’impulsion des
particules alpha et étudia le comportement des métaux et des semi-conducteurs,
il établit que la résistance électrique de la plupart des métaux augmentait
linéairement à mesure que croissait l’intensité du champ magnétique.
(Loi linéaire de Kapitsa).
Du magnétisme à la supraconductivité…
En 1923 il obtint le prix Maxwell et l’année suivante il fut nommé adjoint
du directeur du laboratoire Cavendish pour les recherches magnétiques.
Kapitsa aborde le problème de l’élaboration des procédés de liquéfaction de l’hydrogène et de l’hélium et
construisit un appareil de liquéfaction, fonctionnant à basses températures (10’K), lui permettant par la suite la
découverte du phénomène de superfluidité. Les travaux de Kapitsa lui ont valu une renommée universelle et fut
élu membre titulaire de la société royale de Londres. En été 1934 Kapitsa rentra en U.R.S.S, Il s’intéressa ensuite
à l’électronique de grande puissance et à la formation des plasmas et travailla dessus durant une période de plus
de dix ans.
En janvier 1965, l’union des ingénieurs du Danemark décerna à Kapitsa la médaille Niels Bohr. il obtint cinq fois
l’ordre Lénine, deux prix d’état et deux fois le titre de Héros du travail socialiste après d’avoir risqué sa propre
liberté pour libérer son ami Landau emprisonné pour espionnage. En 1978 il fut nommé lauréat de la moitié du
prix Nobel pour ses découvertes dans le domaine de la physique à basses températures et ses innovations qui ont
secoué le monde de la recherche scientifique. Il s’éclipse le 8 avril 1984 a l’âge de 89 ans. Piotr Léonidovitch
Kapitsa a inauguré une nouvelle ère industrielle grâce à ses énormes installations et outils de mesure sans lesquelles
plusieurs de nos découvertes aujourd’hui n’auraient pas su exister, maintenant on se demande comment l’histoire
a-t-elle pu plier la mémoire de Piotr Léonidovitch Kapitsa dans les archives de l’omission.
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jeux
Physica Magazine
QUI EST CE PHYSICIEN ?
QUI EST CE PHYSICIEN ?
Physicien, mathématicien et ingénieur grec né vers 287 av J.C.
Spécialisé en hydrostatique et en mécanique statique. Il est reconnu
pour avoir mis au point plusieurs méthodes de calcul et outils
innovants comme le Vis qui porte son nom, le levier.. Il dit dans ce
contexte: «Donnez-moi un point d’appui et je soulèverai le monde »
pour illustrer le principe de fonctionnement de ce dernier. La légende
raconte qu’il a découvert le principe portant son nom en répondant à la
demande du roi Hieron II qui voulait s’assurer si sa couronne était en
Or massif. Réfléchissant à ce problème dans sa baignoire, il a eu l’idée
lumineuse de son principe. Très excité, il serait sorti nu dans la rue en
criant « Eurêka ! » (J’ai trouvé !)
Physicien soviétique, né en 1908. Dans les années 1920, lors de son
séjour avec Niels Bohr a Copenhague, il a pu tirer le rideau sur plusieurs
idées, mais il avait vocation beaucoup plus pour la théorie des matériaux
à très basses températures, il donna des explications sur le superfluidité
et pouvait enfin déduire les propriétés de l’hélium ce qui lui a valu le prix
Nobel en 1962, il établit alors la première théorie de la supraconductivité.
Ce qui est le plus surprenant c’est qu’aujourd’hui encore les mêmes
formules que celles qu’il imagina, il y a fort longtemps dans un domaine
tout autre ont servi de repères principaux sur la voie qui a conduit les
chercheurs du C.E.R.N à la découverte du boson de Higgs. Il est connu
par les étudiants du monde entier pour son cours de physique en dix
volumes. Après un grave accident de voiture en 1962 qui a détruit sa
personnalité et sa capacité à continuer de faire ce qu’il aime faire le plus,
il s’éclipse en 1968.
Mots Mêlés
1. Peut être restreinte ou générale
3. Assemblage d’étoiles, de gaz, de
poussières
6. Savant ayant donné son nom à l’unité
de l’activité radioactive
8. Composant qui à 3 pattes
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Solutions
Qui est ce physicien?
Lev Davidovitch Landau
Archimède de Syracuse
Vertical:
6. Becquerel
7. Adiabatique
8. Transistor
9. Quark
10. Heisenberg
2. Les 4 équations de...
4. Animal de Schrödinger
5. Enrichi, il devient 235
7. Transformation sans transfert de chaleur
9. Charmant ou étrange, haut ou bas...
10. Le principe d’incertitude porte son nom
Mots Croisés
1. Relativité
2. Maxwell
3. Galaxie
4. Chat
5. Uranium
Horizontal:
Mendeleïev
Interférences
Newton
Potentiel
Lagrange
Propagation
Fermion
Acoustique
Plasma
Supraconductivité
Boltzmann
Pression
Diffraction
Bohr
Énergie
Einstein
Superposition
Hydrogène
Dirac
Quantique
Solide
Laser
Andromède
Bernoulli
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humour
Physica Magazine
PHYSICA
DAY
Le 9 mars 2017 a eu lieu à la faculté de physique
l’évènement organisé par notre club: Le Physica
Pay, une journée consacrée à la découverte,
et même la redécouverte pour certain, de la
physique sous toutes des coutures.
La matinée fut consacrée à la tenue de 2
conférences présentées par des professeurs
de la faculté de Physique. La première sur la
photonique et ses applications, présentée par
Pr. Kellou qui nous a fait prendre conscience
de l’impact du développement du laser sur la
technologie et les différents aspects du quotidien.
Suivie par un Voyage de l’infiniment grand à
l’infiniment petit où nous a menés M.Benchouk.
Nous faisant passer de l’immensité du cosmos
jusqu’aux particules élémentaires.
Les conférences furent ponctuées par des quiz
savamment présentés par Salim Zenini avec
sa pointe d’humour et Tamâzouzt Chennit avec
son dynamisme.
La journée s’est enchainée sur les ateliers : Les
participants ont pu admirer les sublimes figures
d’interférences au laboratoire d’optique avec
M. Terniche, détecter des muons venus droits
du cosmos avec M. Benchouk, écouter de la
lumière avec M .Kellou, ou se sont décoiffés par
la plus grande soufflerie d’Algérie en compagnie
de M. Salhi.
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INFORMATIONS
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene
Sous Direction des Activités Culturelles et Sportives