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    Des neutrons pour chercher des univers

    parallèles

     

    Selon certains physiciens, un univers parallèle autoriserait certaines particules à sortir de notre univers pour y rentrer à nouveau. Des neutrons pourraient ainsi jouer les passe-murailles. L’idée a été testée avec le réacteur nucléaire de l’institut Laue Langevin à Grenoble.

     

     

    La lumière bleue que l’on voit sur cette image provient du rayonnement Cherenkov produit dans l’eau par la radioactivité du réacteur de l’Institut Laue Langevin à Grenoble. Ce réacteur produit aussi des neutrons utilisés pour toutes sortes d’expériences. © Institut Laue Langevin

    La lumière bleue que l’on voit sur cette image provient du rayonnement Cherenkov produit dans l’eau par la radioactivité du réacteur de l’Institut Laue Langevin à Grenoble. Ce réacteur produit aussi des neutrons utilisés pour toutes sortes d’expériences. © Institut Laue Langevin

     
     

    Quand la première révolution de la théorie des supercordes est arrivée au milieu des années 1980 grâce à Michael Green et John Schwarz, un fait curieux a intrigué certains physiciens. La version la plus prometteuse de la théorie reposait sur le produit de deux groupes de symétries identiques, à savoir E8 par E8. Chacun de ces groupes de Lie contient comme sous-groupes ceux du modèle standard, ce qui a permis de spéculer sur l’existence d’une sorte de second monde miroir du nôtre qui ne l’influencerait qu’au niveau de la gravité.

     

    En effet, aucune des particules des deux mondes ne semblait pouvoir passer de l’un à l’autre, sauf, peut-être, les gravitons, ce qui donnait une solution élégante au problème de la masse manquante. La matière noire que l’on commençait à considérer sérieusement faisait peut-être partie de cet autre univers parallèle.

     


    Film de présentation générale de l'institut Laue-Langevin, leader mondial en sciences et techniques neutroniques, situé à Grenoble. © ILL Laue Langevin

     

    La seconde théorie des cordes, apparue au milieu des années 1990, a considérablement stimulé les théoriciens en leur permettant d’élaborer des scénarios compliqués et variés de mondes parallèles à l’aide des dimensions spatiales supplémentaires de la théorie des cordes ou de la théorie de la supergravité de Kaluza-Klein. L’idée que notre univers, et d’autres, était l’équivalent d’une feuille flottant dans l’espace a permis d’imager le concept d’univers membrane en 3D plongé dans un espace en 4 voire 10 dimensions.

     

    Là aussi, des mécanismes décrits par la théorie des cordes pouvaient expliquer pourquoi les particules du modèle standard semblaient confiner à notre univers-membrane, un peu à la façon dont les quarks et les gluons sont confinés dans les hadrons en théorie quantique des champs. Une autre approche d’unification de la physique, la géométrie non commutative d’Alain Connes postule, elle aussi, pour expliquer l’existence du champ de Brout-Englert-Higgs, une sorte de deuxième feuillet d’univers dédoublant le nôtre.

     

    Sur ce schéma, notre univers est représenté par une membrane (our brane) plongée dans un espace plus grand où se trouver un autre univers ressemblant au notre mais caché (hidden brane). Un neutron pourrait parfois voyager dans cet espace par effet tunnel quantique puis se retrouver sur l'autre membrane.
    Sur ce schéma, notre univers est représenté par une membrane (our brane) plongée dans un espace plus grand où se trouve un autre univers ressemblant au nôtre mais caché (hidden brane). Un neutron pourrait parfois voyager dans cet espace par effet tunnel quantique puis se retrouver sur l'autre membrane. © Michael Sarrazin, Guillaume Pignol, Jacob Lamblin, Fabrice Petit, Guy Terwagne, Valery V. Nesvizhevsky

     

    Des neutrons qui sautent d’un univers à un autre

     

    Mais comment tester de telles spéculations débridées des théoriciens ? On a espéré à la fin des années 1990 que plusieurs de ces théories incluant des dimensions spatiales supplémentaires modifiaient nos idées sur la fameuse masse de Planck, le niveau d’énergie où la gravitationquantique et l’unification de toutes les forces se manifestent le plus clairement. On pouvait peut-être sonder ces théories à des énergies accessibles au LHC alors que l’on pensait avant qu’un collisionneur de la taille de la Voie lactée était nécessaire. Il semble malheureusement qu’il n’en soit pas le cas. Bien que rien ne soit certain, n’existerait-il pas malgré tout des phénomènes à basses énergies que l’on pourrait observer et qui donneraient du poids à l’hypothèse que notre univers soit une sorte de membrane ?

     

    Plusieurs chercheurs le pensent, particulièrement en France et en Belgique. C’est ainsi qu’au début des années 2010, Michaël Sarrazin, Fabrice Petit et leurs collègues ont commencé à envisager que par effet tunnel quantique, certaines particules du modèle standard, en l’occurrence des neutrons, pouvaient parfois sauter d’une membrane à une autre si leur distance n’est pas trop importante et si notre univers est en fait formé de deux membranes proches dans un espace plus grand baptisé le «bulk ». On trouve une hypothèse similaire dans le fameux modèle de Randall-Sundrum à la base du scénario d'Interstellar.

     

    La source de neutron de l'ILL est isolée par un mur de béton (concrete wall). Mais un flux de neutrons partis dans un univers parallèle (hidden neutron flux) où il voyage temporairement pourrait émerger à nouveau dans un détecteur bien protégé d'un flux de neutrons extérieur.
    La source de neutron de l'ILL est isolée par un mur de béton (Concrete wall). Mais un flux de neutrons partis dans un univers parallèle (Hidden neutron flux) où il voyage temporairement pourrait émerger à nouveau dans un détecteur bien protégé d'un flux de neutrons extérieur. © Michael Sarrazin, Guillaume Pignol, Jacob Lamblin, Fabrice Petit, Guy Terwagne, Valery V. Nesvizhevsky

     

    Pour l’instant, RAS...

     

    Ces sauts seraient rares ce qui expliquerait pourquoi ils restent inobservables dans la vie de tous les jours et au laboratoire. Mais selon les chercheurs, ils pourraient malgré tout être mis en évidence de la façon suivante. On commencerait par utiliser une source de neutrons comme celle disponible à Grenoble à l’institut Laue-Langevin. Un flux de ces neutrons serait enfermé dans un bloc de béton de sorte qu’un détecteur placé à l’extérieur, convenablement calibré pour ne pas tenir compte du flux de neutrons naturel, ne devrait pas pouvoir détecter ceux produits par la source intense à proximité.

     

    Mais si les sauts quantiques entre univers-membrane sont réels, certains neutrons de la source pourraient sortir de notre univers, voyager dans le second puis revenir dans le nôtre de sorte que le détecteur devrait voir un flux anormal de neutrons. L’intensité de ce flux étant reliée à la distance séparant les deux membranes, on aurait de cette façon un moyen de la mesurer.

     

    Les chercheurs ont réalisé cette expérience et ils viennent d’exposer les résultats obtenus dans un article que l’on peut trouver sur arXiv. Pour le moment ils sont négatifs.

     

    Physique:  Des neutrons pour chercher des univers parallèles +  vidéo

     

     

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    Première mondiale : la chaleur filmée au

    cœur d’un matériau

     

     

    Grâce aux performances exceptionnelles de leur microscope électronique ultrarapide, des chercheurs américains sont parvenus à filmer des mouvements de chaleur au cœur de la matière, ralentis un milliard de fois. Cette première mondiale devrait permettre de préciser le rôle joué dans ce domaine par les structures nanométriques. De quoi, certainement, concevoir des matériaux plus efficaces.

     

     
     

    Comprendre comment la chaleur se propage au cœur des matériaux pourrait permettre d’augmenter de manière considérable l’efficacité de bon nombre de technologies. © prapann, Shutterstock

    Comprendre comment la chaleur se propage au cœur des matériaux pourrait permettre d’augmenter de manière considérable l’efficacité de bon nombre de technologies. © prapann, Shutterstock

     
     

    Pour tirer le meilleur parti d’un phénomène, il est indispensable d’en comprendre les mécanismes les plus intimes. Et pour comprendre un mécanisme, rien de tel que de l’observer. Pour les mouvements de chaleur, l'exercice est difficile car le phénomène se joue à des échelles et sur des laps de temps inaccessibles aux instruments classiques de la physique. Pour contourner le problème, des chercheurs de l’université du Minnesota (États-Unis) ont eu l’idée d’exploiter les performances hors du commun d’un microscope électronique ultrarapide mis en service depuis quelques mois seulement. Le résultat, une vidéo de quelques secondes, dépasse presque leurs espérances.

     

    Pourquoi tant d’intérêt pour les mouvements de chaleur ? Parce que la question des mouvements de chaleur impacte toutes les technologies qui nous entourent. Le secteur de l’électronique, soumis au fameux effet Joule, en est un exemple marquant. C’est en effet sous forme de chaleur que se produisent les plus importantes déperditions d’énergie. Autre exemple : dans une voiture, pas moins 70 % de l’énergie apportée par l’essence est perdue sous forme de chaleur. Dans ce cas précis, comprendre comment cette énergie thermique circule au cœur des matériaux pourrait donc aider à considérablement augmenter l’efficacité des moteurs.

     

    Or, pour observer un phénomène, il faut – à quelques approximations près – mettre en œuvre un instrument aux dimensions, spatiales et temporelles, semblables à celles du phénomène que l’on souhaite étudier. Exemple : mesurer l’épaisseur d’un cheveu à l’aide d’une règle d’écolier. C’est mission impossible ! Pour observer les mouvements de chaleur au cœur de la matière, il fallait donc compter sur un microscope capable de sonder la matière à l’échelle de l’atome et sur des duréesde seulement quelques femtosecondes, une unité qui vaut 10-15 ou 0,000 000 000 000 001 seconde.

     

    Cet instantané a été capturé par l’équipe de l’université du Minnesota. Ce cliché en fausses couleurs figure des zones plus ou moins chaudes dans un cristal semi-conducteur. © University of Minnesota, College of Science and Engineering
    Cet instantané a été capturé par l’équipe de l’université du Minnesota. Ce cliché en fausses couleurs figure des zones plus ou moins chaudes dans un cristal semi-conducteur. © University of Minnesota, College of Science and Engineering

     

    Une vidéo filmée au microscope électronique ultrarapide

     

    Un microscope de ce type (basé sur un principe qui valu, en 1999, le prix Nobel de chimie à Ahmed Zewail) a justement été installé dans les locaux de l’Université du Minnesota en novembre 2013. Alors qu’un microscope optique classique utilise la lumière – avec des longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nanomètres – pour former des images d’un échantillon, un microscope électroniqueutilise un faisceau d’électrons haute énergie, aux longueurs d’onde de quelque 0,001 nm. De quoi améliorer grandement son pouvoir de résolution. Et un microscope électronique ultrarapide – qui utilise des paquets d’électrons uniques – permet en plus d’observer les évolutions des phénomènes, en temps réel et sur des échelles de temps très courtes. De l’ordre de celles de l’impulsion optique à l’origine des électrons en question.

     

    Dans leur expérience, les chercheurs américains ont eu recours à une brève impulsion émise par un laser femtoseconde pour exciter les électrons et ainsi chauffer très rapidement des cristaux semi-conducteurs comme du diséléniure de tungstène ou du germanium. Sur les captures vidéo, ralenties plus d’un milliard de fois, ils ont alors observé les ondes résultant des déplacements de chaleur au cœur des cristaux. « Un rêve devenu réalité ! », témoigne David Flannigan, professeur à l’université du Minnesota.

     

    Les vidéos prises par l’équipe montrent des vagues d’énergie, semblables aux vagues que créerait un caillou tombé dans de l’eau et se déplaçant à environ six nanomètres par picoseconde. Voilà une drôle d’unité... Une conversion vers les échelles de notre quotidien est plus parlante : ces vagues filent à quelque 6.000 mètres par seconde, soit 21.600 kilomètres par heure ! « Avec des dimensions aussi petites et des vitesses aussi grandes, l’observation des déplacements de chaleur dans les matériaux est longtemps restée hors de portée. À partir de maintenant, nous allons pouvoir sonder dans les moindres détails les mouvements d’énergie thermique et déterminer ainsi, par exemple, quelles sont les conséquences de la présence, au sein des matériaux, d'imperfections à l'échelle nanométrique », promet David Flannigan.

     

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    Inversions magnétiques de la Terre :

    pourquoi une telle régularité ?

     

    Contrairement aux inversions magnétiques les plus fréquentes, les superchrons sont des périodes longues lors desquelles le champ magnétique de la Terre ne s'inverse pas pendant plus de 10 millions d'années. On n'en connaissait que peu depuis moins de 2 milliards d'années, mais une nouvelle étude en révèle la présence d'une douzaine pendant cette période. Cela questionne notre compréhension de la géodynamo et de l'histoire du noyau terrestre.

     

     
     

    Sous l'eau, au niveau des dorsales océaniques, les laves basaltiques s'épanchent en donnant des laves en coussins comme celles sur cette photo. En se refroidissant, elles s'aimantent et gardent la mémoire de la polarité et de l'intensité du champ magnétique terrestre. © University of Washington

    Sous l'eau, au niveau des dorsales océaniques, les laves basaltiques s'épanchent en donnant des laves en coussins comme celles sur cette photo. En se refroidissant, elles s'aimantent et gardent la mémoire de la polarité et de l'intensité du champ magnétique terrestre. © University of Washington

     
     

    Les inversions magnétiques ont été découvertes il y a un peu plus de 100 ans. Pendant les années 1960, elles ont révolutionné la géologie grâce à une jeune discipline des géosciences : l’étude du paléomagnétisme. Ces inversions ont été enregistrées dans les basaltes des fonds océaniques grâce aux particules magnétiques s’orientant dans le sens du champ magnétique local des lavesen train de se refroidir. Elles ont accrédité la théorie de la dérive des continents – devenue rapidement celle de la tectonique des plaques, qui a également reçue une confirmation avec les expéditions menées dans la dépression de l’Afar par Haroun Tazieff et ses collègues.

     

    En fait, les géophysiciens étudient le champ magnétique de la Terre depuis le XIXe siècle et ils ont même proposé une théorie pour expliquer son origine, celle de la dynamo auto-excitatrice. Elle a d’abord été explorée analytiquement puis numériquement avec la montée en puissance des ordinateurs. Finalement, c’est l’expérience VKS qui a permis de démontrer que l’on comprenait bien dans les grandes lignes les origines des inversions magnétiques. C’est dans le noyau liquide, composé essentiellement de fer et de nickel, que des courants de convection turbulents, influencés par la rotation de la Terre, amplifient de faibles champs magnétiques générant des courants qui, à leur tour, produisent de tels champs.

     


    Entretiens avec Yves Gallet, chercheur IPGP-CNRS, et des membres de l'équipe de recherche sur le paléomagnétisme. © Chaîne IPGP, YouTube

     

    Depuis lors, les paléomagnéticiens continuent de fouiller les archives de la Terre pour mieux comprendre son histoire et les géophysiciens raffinent leurs modèles de la géodynamo et de l’intérieure de la Terre pour mieux comprendre notre planète. Une équipe de chercheurs états-uniens vient ainsi de publier les résultats de leurs travaux sur ces questions dans Earth and Planetary Science Letters. Ils se sont intéressés aux superchrons.

     

    Dix superchrons pendant 1,3 milliards d'années

    Plusieurs types d’inversions magnétiques sont connus et leur répartition dans le temps apparaît comme plus chaotique que périodique. Ainsi, Il y a 72 millions années (Ma), le champ s'est inversé cinq fois en un million d'années mais, pendant quatre millions d'années, il y a 54 Ma, seulement dix inversions se sont produites. Quant aux superchrons, ce sont des périodes de l’histoire de la Terre lors desquelles le champ magnétique ne s’inverse pas pendant une durée supérieure à 10 millions d’années. Jusqu’à présent, l’existence de deux périodes de ce type faisait consensus et une troisième restait controversée.

     

    Le superchron appelé Cretaceous Normal a duré près de 40 millions d'années, il y a donc de 120 à 83 millions d'années, c'est-à-dire pendant le Crétacé. Le superchron Kiaman (le nom Kiaman dérive du village australien de Kiama, où les premières preuves géologiques de l'existence de ce superchron ont été trouvées en 1925) a quant à lui duré approximativement de la fin du Carbonifère à la fin du Permien, plus précisément d’il y a 312 à 262 millions d'années.

     

    Des superchrons sont représentés sur ce shéma chronologique s'étendant sur les deux derniers milliards d'années. Les deux couleurs grises indiquent des polarités différentes du champ magnétique. Plus les barres sont hautes, plus l'existence du superchron est probable. On voit aussi les étapes supposées de la croissance de la graine (inner core) du noyau (core) de la Terre.
    Des superchrons sont représentés sur ce schéma chronologique s'étendant sur les deux derniers milliards d'années. Les deux couleurs grises indiquent des polarités différentes du champ magnétique. Plus les barres sont hautes, plus l'existence du superchron est probable. On voit aussi les étapes supposées de la croissance de la graine (inner core) du noyau (core) de la Terre. © Nasa

     

    Cependant, selon Peter Driscoll, de l’institution Carnegie, et David Evans, de l’université de Yale, il y aurait eu dix superchrons pendant le Protérozoïque, une période s’étendant d’il y a 540 millions d’années à 2,5 milliards d’année. S’ils ont raison, la découverte pose problème car ces superchrons semblent être survenus de façon relativement régulière. Or, selon les géophysiciens, c’est aussi pendant cette période, il y a environ un milliard d’années, que la graine de la Terre, la partie solidedu noyau découverte par Inge Lehman, a commencé à cristalliser. Selon les simulations numériquesde la géodynamo, la quasi périodicité des superchrons n’est pas crédible puisqu'elle aurait dû être perturbée par le début de la genèse de la graine.

     

    Il semble que l’on soit alors devant une alternative : soit la formation de la graine est en réalité plus ancienne, soit le fonctionnement de la géodynamo est plus stable que ne le laissent supposer les simulations numériques et il n’a été que peu affecté par le début de la cristallisation de la graine. Compte tenu des modèles du refroidissement de la Terre qui prédisent cette cristallisation, il semble que la seconde hypothèse soit la bonne.

     

     

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    Une nouvelle imagerie médicale combine

    laser et ultrasons

     

    De vieilles découvertes en physique peuvent soudainement révolutionner des technologies quand on les combine avec d'autres plus récentes. C'est ce qui est advenu avec l'effet photoacoustique qui, grâce au laser, fournit maintenant une nouvelle technique d'imagerie médicale appelée la tomographie photoacoustique ou PAT.

     

    Ce cerveau de souris a été imagé in vivo, sans agent de contraste, par microscopie photoacoustique (PAM). Les chercheurs ont utilisé l'hémoglobine dans les globules rouges du sang pour fournir le contraste (image de gauche). Les niveaux de saturation en oxygène dans l'hémoglobine dans le même cerveau de souris révèlent les artères et les veines corticales (image de droite). © Junjie Yao et Lihong Wang, WUSTL

    Ce cerveau de souris a été imagé in vivo, sans agent de contraste, par microscopie photoacoustique (PAM). Les chercheurs ont utilisé l'hémoglobine dans les globules rouges du sang pour fournir le contraste (image de gauche). Les niveaux de saturation en oxygène dans l'hémoglobine dans le même cerveau de souris révèlent les artères et les veines corticales (image de droite). © Junjie Yao et Lihong Wang, WUSTL

     
     

    2015 est l’année internationale de la lumière. Un bon exemple de l’importance des études portant sur les applications potentielles des technologies basées sur l’interaction matière-lumière peut être donné par une technique d’imagerie médicale originale qui se développe depuis le début du XXIesiècle. Il s’agit de la tomographie photoacoustique (photoacoustic tomography ou PAT en anglais). Elle est notamment développée par une équipe de recherche de l’université Washington de Saint-Louis (États-Unis), déjà connue pour la mise au point d’une nouvelle technologie appeléephotoacoustic flowoxigraphy (que l'on pourrait traduire par oxygraphie photoacoustique de flux en français). Cette technique d'imagerie médicale permet de mesurer le taux d’oxygène sanguin dans tous les vaisseaux en temps réel.

     

    Remarquablement, la PAT est une application d’un phénomène découvert au XIXe siècle parAlexander Graham Bell, l’inventeur du téléphone. Il s’agir de l’effet photoacoustique. Tout a commencé en 1880 quand Bell faisait des expériences pour transmettre des messages avec de lalumière recueillie par un récepteur fait de sélénium. L’ingénieur mit en évidence la génération d’ondes sonores sous l’effet de l’absorption de paquets d’ondes lumineuses dans le sélénium qu’elles chauffaient localement. Il montra aussi que le même phénomène se produisait avec d’autres matériaux et pas seulement avec de la lumière visible. Plus tard, John Tyndall et Wilhelm Röntge ont démontré que cet effet photoacoustique existait aussi dans les liquides et les gaz. Il faudra toutefois attendre l’essor de la technologie du laser pour que l’on réalise le potentiel de cet effet en médecine.

     


    Bien que les globules rouges se déplacent très rapidement, l’oxygraphie photoacoustique de flux permet d'observer le flux de globules rouges en temps réel grâce à des impulsions laser. © Lihong Wang, université Washington de Saint-Louis

     

    La tomographie photoacoustique, un complément

    de l'IRM

     

    De nos jours, on peut considérer l’imagerie basée sur l’effet photoacoustique comme une version améliorée de l'imagerie par échographique, notamment parce qu’elle permet de discriminer chimiquement la matière vivante. Ainsi, en excitant les tissus avec différentes longueurs d'onde, on peut déterminer si des globules rouges contiennent de l’oxygène ou non. Il est aussi possible de faire la différence entre plusieurs acides gras présents dans ces tissus. Les applications les plus intéressantes sont sans doute celles qui permettent de distinguer plus facilement des tumeurscancéreuses ou des plaques présentant un risque de rupture d'anévrisme.

     

    Comme le dit Lihong Wang de l'université Washington de Saint-Louis, l’un des pionniers de la PAT, ainsi que d’une technique voisine appelée microscopie photoacoustique (PAM), on a combiné de la physique très ancienne avec un concept d’imagerie moderne. Pour faire de la PAT et de la PAM on envoie en effet des faisceaux d’impulsions laser à travers des tissus biologiques. Ces impulsions laser génèrent des ultrasons que l’on peut détecter avec des capteurs adéquats. Un ordinateur et des algorithmes de traitement du signal permettent alors de reconstituer des images à haute résolution, par exemple de l’intérieur d’un cerveau humain en pénétrant à une profondeur d’environ 7 cm dans la boîte crânienne.

     

    Bien que la PAT et la PAM soient encore principalement utilisées dans des expériences de laboratoire, Wang et d'autres chercheurs travaillent sur des applications cliniques, par exemple l’étude de la trajectoire de cellules sanguines dans le cerveau. Les deux techniques sont aussi potentiellement complémentaires de l’IRM et de la tomographie avec PET Scan (Tomographie par émission depositrons ou TEP en français).

     

    À découvrir en vidéo autour de ce sujet :


    Le laser est né durant les années 1960, depuis il est petit à petit devenu incontournable dans beaucoup d’applications. Unisciel et l’université de Lille 1 nous expliquent durant cet épisode de Kézako le fonctionnement de cette invention révolutionnaire.

     

    Physique:  Une nouvelle imagerie médicale combine laser et ultrasons + 2 vidéos

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    Une nouvelle filamentation laser pour faire tomber la foudre

     

    Des impulsions laser ultracourtes peuvent servir à provoquer la formation de gouttes de pluie, mais aussi à déclencher des éclairs. Des travaux dans ce sens, faisant intervenir ce qu'on appelle la filamentation laser, sont conduits depuis des années, notamment par des chercheurs français. Un groupe de physiciens états-uniens vient d'apporter une nouvelle contribution à ce domaine dans un article de Nature Photonics.

     

     
     

    Image d'un orage avec des éclairs, que l'on peut trouver sur le site de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Ce phénomène garde encore probablement quelques surprises en réserve pour les géophysiciens. On se demande s'il n'est pas possible de le provoquer à la demande à l'occasion d'un orage avec des lasers ultracourts. © NOAA

     

    Image d'un orage avec des éclairs, que l'on peut trouver sur le site de la National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA). Ce phénomène garde encore probablement quelques surprises en réserve pour les géophysiciens. On se demande s'il n'est pas possible de le provoquer à la demande à l'occasion d'un orage avec des lasers ultracourts. © NOAA

     
     
     

    Dans S.O.S. Météores d’Edgar P. Jacobs, les célèbres personnages Blake et Mortimer sont confrontés à une technologie permettant de contrôler le climat, en déclenchant à volonté orages et tempêtes de toutes sortes. L’une des explications données dans l’album de bande dessinée fait intervenir des faisceaux d’ondes capables de chauffer des masses d’air ou de changer leur état. Selon des chercheurs états-uniens, la réalité pourrait bien être sur le point de rejoindre en partie la fiction, comme ils l’expliquent dans un article publié dans Nature Photonics.

     

    Dans celui-ci, comme d’autres physiciens avant eux, ils explorent la possibilité de faire pleuvoir ou de provoquer des éclairs en braquant des faisceaux laser en direction des nuages. On sait que la condensation des gouttes d’eau et l’apparition des éclairs sont étroitement liées à la présence de particules chargées dans les nuages. Le passage d’impulsions laser adéquates pourrait en théorie être aussi efficace pour entraîner la pluie ou la foudre que le déclenchement d’une avalanche à la suite d’une légère perturbation. Mais avant d’en arriver là, il faut disposer d’impulsions laser de haute intensité capables de voyager sur de longues distances.

     

    Filament autoguidé de lumière blanche produite par un laser femtoseconde. Certains de ces filaments sont capables de se déplacer sur de longue distance, mais ne peuvent servir à provoquer la foudre. On peut aussi utiliser de telles impulsions laser pour déclencher la formation de gouttes de pluie.
    Filament autoguidé de lumière blanche produite par un laser femtoseconde. Certains de ces filaments sont capables de se déplacer sur de longue distance, mais ne peuvent servir à provoquer la foudre. On peut aussi utiliser de telles impulsions laser pour déclencher la formation de gouttes de pluie. © J. Kasparian (Lasim, Lyon)

     

    La filamentation laser pour déclencher des précipitations

     

    En effet, des impulsions laser ultracourtes vont ioniser les atomesd’oxygène et d’azote sur leur passage, provoquant la formation d’un plasma. Une fois formé, il aura tendance à disperser un faisceau d’impulsions laser et à dissiper l’énergie qu’il contient. Il se forme alors un « filament de lumière » (on parle de filamentation laser) qui disparaît assez rapidement. Dans ces conditions, il n'est pas facile d’atteindre des nuages à plus d'un kilomètre du sol, et si l’opération est menée à partir d’un avion, les risques d’être frappé par l’éclair suivant le tube de plasma formé ne sont pas négligeables.

    Afin de contourner ces obstacles, les chercheurs proposent d’utiliser un second faisceau laser de moindre intensité entourant le filament de lumière. Ce second faisceau non seulement limite la dissipation d’énergie du premier, mais il lui en injecte continuellement, permettant ainsi au filament de lumière de se propager sur de plus longues distances. Les expériences déjà réalisées dans ce sens sont encourageantes.

     

    À défaut de vraiment pouvoir déclencher des précipitations ou faire tomber la foudre, ce genre de faisceau laser peut aussi être utilisé pour réaliser des analyses chimiques à distance, par exemple pour faire de la télédétection de la pollution atmosphérique.

     

    Sciences-Physique:  Une nouvelle filamentation laser pour faire tomber la foudre

     

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