Numéro complet - Reflets de la physique

www.refletsdelaphysique.fr Revue de la Société Française de Physique
n°47-48
mars 2016
La lumière :
sources et ressources
www.sfpnet.fr
Article disponible sur le site http://www.refletsdelaphysique.fr

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Reflets de la Physique n° 47 - 48
Sommaire
4 Avant-propos – La lumière : sources et ressources
M. Spiro, C. de Novion, M. Leduc et O. Dulieu
7
Actualité – La SFP salue la détection interférométrique des ondes gravitationnelles
M. Spiro, M. Leduc et O. Dulieu
8
Quel avenir pour la physique ?
Entretien de S. Haroche avec M. Leduc
16 Les théories de la lumière dans une science en mouvement
B. Maitte
24 Lumière et gravitation : une préhistoire classique de la relativité générale
J. Eisenstaedt
28 La lumière et l’éther au XIXe siècle
J. Lequeux
32 La masse vint… et la lumière fut – Un nouveau paradigme des origines
M. Spiro
36 Des pinces optiques pour piéger des atomes un par un...
A. Browaeys
41 Piéger la lumière pour explorer le monde quantique
J.-M. Raimond
46 Saïda Guellati-Khélifa : à la recherche de la lumière pure
M. Grousson
47 Mémoire quantique cristalline pour la lumière
T. Chanelière
54 Diodes émettrices de lumière bleue : le prix Nobel de physique 2014
C. Weisbuch
60 Apollon : le laser de l’extrême
F. Amiranoff et l’équipe de projet CILEX-Apollon
66 L’émission de lumière par le vivant, curiosité biologique et mine biotechnologique
J.-P. Henry
71 Étranges phénomènes lumineux et bouffées de rayons gamma observés au-dessus des orages
J.-L. Pinçon et S. Célestin
78 L’E-ELT : un œil géant pour scruter l’Univers
D. Rouan
84 ALMA : l’Univers en interférométrie millimétrique
Interview de P. Cox par M. Leduc
86 Lumière et obscurité : comment (mieux) décoder l’Univers
D. Burgarella
91 La lumière des meilleures horloges accessible par les fibres du réseau Internet
A. Amy-Klein, O. Lopez, C. Chardonnet, É. Camisard, G. Santarelli et P.-É. Pottie
95 Miniaturiser les antennes pour la lumière visible
S. Bidault et N. Bonod
100 Lumière et art, ou comment (perce)voir l’invisible
L. Beck
106 La lumière pour une imagerie chimique des peintures
L. de Viguerie, M. Alfeld et P. Walter
112 « 2015, Année de la Lumière en France » est un immense succès !
C. Subran
Histoire des théories de la lumière
Lumière et physique quantique
Sources de lumière
Observer et analyser avec la lumière
4p. 52
© RSPB.
4p. 34
© Paul-Éric POTTIE/LPL/CNRS Photothèque.
4p. 14
© Dicklyon.
Comité de rédaction
Président : Stefano PANEBIANCO
Membres : Michel BELAKHOVSKY - Jean-Marie BROM - Irène BUVAT - Fabienne CASOLI -
David CÉBRON - Jean-Michel COURTY - Nicolas DELERUE - Olivier DULIEU - Titaina GIBERT -
François GRANER - Étienne GUYON - Jean-Pierre HULIN - Agnès JACQUESY -
Michèle LEDUC - Arnaud LE PADELLEC - Charles de NOVION - Marios PETROPOULOS -
Laurence RAMOS - Sophie REMY - Christiane VILAIN - Paul VOISIN
Ce numéro a été préparé avec la participation de l’Institut de Physique du CNRS.
Directeur de la publication : Jean-Jacques BÉNATTAR
Rédacteur en chef : Charles de NOVION
Conception : Lætitia MORIN - Keith VILLEMEUR
Réalisation graphique : Lætitia MORIN - web : laetitiamorin-graphiste.fr
Suivi de rédaction : Agathe CYMER
Service publicité : Jessica EKON - [email protected]
Dépôt légal : 1er trimestre 2016 - ISSN : 1953-793X – e-ISSN : 2102-6777 -
© SFP - Édité à 3350 exemplaires
Imprimerie Jouve
11, bd de Sébastopol, 75036 Paris Cédex 01 - Tél. : [phone]
Société Française de Physique
33, rue Croulebarbe, 75013 Paris - Tél. : [phone] - Fax : [phone]
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SFP Bulletin, Institut Henri-Poincaré,
11, rue Pierre-et-Marie Curie, 75005 Paris - e-mail : [email protected]
Serveur : www.refletsdelaphysique.fr
© Landscapes by Kris Williams
4p. 76
© Stephantom.
Vagues bioluminescentes
et aurore boréale
4La lumière : sources et ressources

Nous sommes tous des enfants des Lumières, ce 18e siècle
de révolution intellectuelle qui voulut placer la raison au
cœur des actions humaines, dépassant les habitudes et les
conformismes, contre les superstitions et plus encore
contre les fanatismes. Les Lumières sont plurielles. Elles
nous incitent à penser que nous avançons dans la
connaissance et la maîtrise du monde tel qu’il nous
apparaît, dans la lumière que la science projette sur les
phénomènes, mais laissant dans l’ombre ceux que nous
ne savons comment aborder, voire dont nous n’imaginons
même pas l’existence. Les scientifiques aujourd’hui sont
devenus à la fois modestes, sachant que leur travail
n’éclaire qu’un pan restreint du grand chantier de la réalité,
mais aussi ambitieux, car ils espèrent aider à relever les
défis auxquels nos sociétés ont aujourd’hui à faire face.
Ce numéro spécial de Reflets de la physique, « La lumière :
sources et ressources », est une contribution de la Société
Française de Physique à la célébration de l’Année inter-
nationale de la lumière proclamée par l’ONU pour 2015,
cent ans après la théorie de la relativité générale d’Einstein
qui mit la lumière au centre du concept d’espace-temps.
Michel Spiro
Président de la Société Française de Physique
Charles de Novion
Rédacteur en chef de Reflets de la physique
Michèle Leduc et Olivier Dulieu
Coordinateurs de ce numéro
Les articles présentés dans ce numéro, évidemment trop peu
nombreux, apportent des contributions très diverses au champ
des connaissances qui se construit avec et autour de la lumière.
Les auteurs sont des physiciens, des chimistes, des astronomes,
des historiens des sciences, des spécialistes de la peinture. Nous
espérons que cette variété aiguillonnera la curiosité des lecteurs
familiers ou non des thèmes abordés.
Dans un entretien accordé à Reflets de la physique, Serge
Haroche, le plus récent des prix Nobel de physique français,
projette des lumières très personnelles sur l’état actuel de notre
discipline et sur ses perspectives : quels en sont les enjeux,
a-t-elle suffisamment de moyens, comment la situer en France
par rapport à l’Allemagne ou aux États-Unis, pays que l’auteur
connaît bien ? Et surtout : où se dirige-t-elle, où porter les
efforts de demain ? Il s’exprime avec franchise à l’intention de
ses collègues mais aussi des politiques qu’il conseille, sortant
délibérément des sentiers battus.
La connaissance de la lumière, onde ou particule, en
constante évolution, a une histoire. Les conceptions du
monde s’y affrontent en même temps que celles de la science,
au fil des siècles où les plus grands esprits étaient autant philo-
sophes qu’astronomes, géomètres ou opticiens. Bernard
Maitte nous raconte comment les découvertes successives
depuis l’an mille ont été dépendantes à la fois des croyances,
du perfectionnement des instruments d’observation et du
développement des théories, ce que confirme la recension des
récentes rééditions des ouvrages de Newton et Huygens,
commentés par Michel Blay. Jean Eisentaedt ajoute à ce pano-
rama historique un corpus de travaux peu connus de la fin du
18e siècle sur l’interaction de la matière avec les corpuscules
lumineux, préambule prémonitoire de la relativité générale.
James Lequeux déroule le fil des expériences et des théories
qui ont marqué tout le 19e siècle, avec les questions récur-
rentes et obsédantes : de quoi dépend la vitesse de la lumière,
et si c’est une onde, quel est ce milieu appelé éther dans lequel
elle se propage ? Remontant jusqu’aux âges les plus reculés de
l’Univers, Michel Spiro recadre l’ensemble de nos connais-
sances sur la lumière avec la vision fascinante du physicien des
particules, familier des grands programmes cosmologiques.
Reflets de la Physique n° 47 - 48
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La lumière : sources et ressources
« La clarté, c’est une juste
répartition d’ombres
et de lumière »
Goethe, Maximes et réflexions

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Reflets de la Physique n° 47 - 48
Avant-propos
À partir des années 1970, les expériences de pensée de la
première moitié du 20e siècle deviennent réalité : la lumière
fournit l’outil qui permet de voir l’univers microscopique à
l’échelle des particules individuelles. Antoine Browaeys nous
montre comment piéger avec des pinces laser des atomes
froids un à un pour les intriquer au sens de la mécanique
quantique. Capter des photons uniques dans des cavités de
grande finesse devient possible dans les expériences d’une
spectaculaire habileté décrites par Jean-Michel Raimond. Très
quantiques aussi sont les mesures de constantes atomiques
d’une précision extrême réalisées par Saïda Guellati-Khélifa,
dont un portrait tout en finesse est brossé par Mathieu Grousson.
S’ouvre alors le fascinant monde en plein développement des
technologies quantiques, riches d’applications pour le domaine
des communications qui seront sans doute elles aussi quantiques,
comme l’annonce Thierry Chanelière dans sa présentation de
mémoires optiques à base de cristaux de terres rares.
Mais revenons aux sources... Les sources de lumière sont aussi
ressources. La lumière baigne la vie des êtres vivants sur Terre.
C’est ce que démontrent les explications de Claude Weisbuch
sur l’émission des LEDs bleues, merveilles d’intelligence
technologique et porteuses de progrès immenses pour l’éclairage
des régions déshéritées du monde. Le laser femtoseconde
géant de 10 pétawatts du projet Apollon, présenté par François
Amiranoff, permettra d’ouvrir de nouveaux champs de
recherche, comme la physique des champs forts et celle des
plasmas relativistes. Le vivant offre lui aussi des ressources
insoupçonnées : Jean-Pierre Henry met en lumière la bio-
luminescence de certaines espèces qui, au-delà de la curiosité
à élucider, est un filon à exploiter pour les biotechnologies.
Les sources de lumière peuvent aussi se faire énormes :
Jean-Louis Pinçon et Sébastien Célestin nous surprennent avec
ces gigantesques bouffées lumineuses générées par les orages et
la physico-chimie complexe de l’atmosphère qui s’y déroule.
De l’infiniment grand à l’infiniment petit, la lumière est l’outil
de choix pour observer le monde et détecter ses plus infimes
soubresauts, comme viennent de le démontrer brillamment les
détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO, qui font l’objet
d’un article court dans ce numéro (p. 7). Braqués vers le ciel,
les télescopes, toujours plus grands et sophistiqués, fournissent
des informations sur les objets qui peuplent l’Univers, des plus
petites planètes aux galaxies les plus monstrueuses. Daniel
Rouan nous fait rêver avec les performances surpassant celles
de Hubble du futur télescope géant européen E-ELT, qui sera
pourvu d’une optique adaptative de conception très originale.
Pierre Cox, l’actuel directeur du grand interféromètre submil-
limétrique ALMA au Chili, confie son enthousiasme pour la
beauté des résultats obtenus et raconte la vie au quotidien des
personnels travaillant en haute altitude. Pourtant, l’astronomie
a autant besoin d’ombre que de lumière : Denis Burgarella,
dans un article aux illustrations éloquentes, met en garde
contre la pollution du ciel nocturne par les activités urbaines,
handicapant les astronomes et privant les hommes du plaisir de
contempler le ciel. À l’opposé de ces recherches sur les
grandes structures de l’Univers, l’extrême miniaturisation des
méthodes de fabrication des composants électroniques offre des
possibilités d’applications inédites pour la vie pratique, comme
les nano-antennes optiques décrites par Sébastien Bidault et
Nicolas Bonod. La mesure du temps est parvenue à une exac-
titude incroyable avec les horloges atomiques : l’équipe
d’Anne Amy-Klein nous entraîne à transférer sans erreur ces
repères de temps sur des centaines de kilomètres à travers le
réseau Internet, une révolution pour la métrologie.
Si nos lecteurs sont passionnés de science, ils sont certainement
aussi amoureux des arts, comme l’indique le compte-rendu
enthousiaste de Costel Subran sur l’Année de la lumière en
France, dominée par des événements « art et science ». Ce numéro
se conclut par deux brillants articles merveilleusement illustrés
de reproductions de tableaux : Lucile Beck d’une part,
Laurence de Viguerie, Matthias Alfeld et Philippe Walter d’autre
part, nous révèlent tout ce que la lumière, utilisée avec les
technologies les plus élaborées, peut apporter à la connaissance
des substrats ou des pigments d’un tableau. Ils nous font ainsi
pénétrer au cœur des mystères de l’élaboration de l’œuvre, de
l’intention de l’artiste et de la beauté du monde.
Michèle Leduc ([email protected])
Directrice de recherches émérite au CNRS, Laboratoire Kastler Brossel, Paris
Olivier Dulieu ([email protected])
Directeur de recherches au CNRS, Laboratoire Aimé Cotton, Orsay
Composés organophosphorés émissifs pour le développement de diodes organiques électroluminescentes (OLED).
© Kaksonen/CNRS Photothèque
4La lumière : sources et ressources