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Le monde quantique au quotidien : la micro et opto-électronique

Par Emmanuel Rosencher, Directeur scientifique de la branche physique à l’Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA)

La mécanique quantique, est un cercle vertueux qui lie une discipline scientifique au bouleversement technologique dont sont issus Internet, les ordinateurs, les téléphones portables... De Thomas Young au XIXe siècle aux potentielles applications des térahertz aujourd’hui, Emmanuel Rosencher revient sur les prémices de la mécanique quantique et ses applications actuelles.
Cette communication avait lieu dans le cadre des conférences inaugurales de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées à la rentrée 2009.


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Emmanuel Rosencher a choisi de débuter son exposé par la remise en question de la nature corpusculaire de la lumière en 1803 par Thomas Young.
A l'époque, le britannique fait passer un faisceau lumineux à travers un deuxième écran, percé de deux trous relativement proches l’un de l’autre. Il regarde l’image projetée ce cette source lumineuse sur un écran et observe des granges périodiques noires et claires, qui ne peuvent pas s’expliquer par un formalisme corpusculaire.

Sa déduction bouleverse la science à cette époque : la lumière est une onde.

Augustin Fresnel ajoutera à cette déduction une autre information capitale : ces champs électriques s’ajoutent et forment un espace vectoriel.

Comme l’œil, la plaque photographique et les caméra ccd des téléphones portables sont des détecteurs quadratiques. Ils détectent les carrés des champs électriques.
Fresnel expliquait alors à l'époque que ces interférences étaient dues à l’additivité des champs électriques.

Premier trouble-fête : Heinrich Hertz

Heinrich Hertz réalise l'expérience suivante : il prend deux plaques métalliques, les mets dans une enceinte à vide et applique une tension. Rien ne se passe en l’état.
Hertz a alors l’idée d’éclairer les plaques avec des ondes rouges. Aucun courant ne passe. Il décide dans un second temps d’envoyer de la lumière bleue. Et là, le courant passe !
Conclusion de Hertz : Il semble y avoir un rapport entre l’énergie des électrons qui sont émis et la fréquence de la lumière excitatrice. En mesurant l’énergie émise, il constate que plus la longueur tend vers le bleu, plus l’énergie des électrons est élevée.


Deux autres trouble-fête : Maxwell et Lord Rayleigh

« Quelle est l’énergie émise par ces corps noirs, en fonction de la longueur d’onde ? »
En utilisant les théories mécaniques, Maxwell et Lord Rayleigh pensent que plus la lumière a une longueur d’onde faible, plus l’intensité de lumière doit être importante.

Max Planck y met alors lui aussi son grain de sel :(...)


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