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Clichés d'astéroïdes

(C) ESO/Vernazza et al. Dans le sens des aiguilles d’une montre en partant du haut à gauche, les astéroïdes Amphitrite, Bamberga, Pallas et Julie.

Les observations

L'instrument SPHERE (Spectro-Polarimètre à Haut contraste dédié ...

Des signaux électriques chez les bactéries

(C) By Lamiot - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20798283

Depuis la fin des années 1970, les microbiologistes savent que, chez de nombreux microorganismes, la vie communautaire passe par la production d’une matrice adhésive extracellulaire constituée ...

Oumuamua, un astéroïde venu d'ailleurs

L'observation

Un objet en forme de cigare, se déplaçant à très vive allure a été détecté en octobre 2017 au télescope Pan-STARRS de Haleakala (Hawaï). Sa trajectoire s'est vite avérée aussi inhabituelle que sa forme allongée (400 ...

Bioacoustique et applications

Cat CC BY 2.0 via Wikimedia Commons

Le cri d'alarme des ailes

En 1871, Charles Darwin signalait l’existence de signaux non vocaux chez certains oiseaux, produits par leurs plumes, lors de leurs parades amoureuses. Des chercheurs de l’université nationale d’Australie ...

Du plastique numérique

Des chercheurs ont réussi à inscrire et lire plusieurs octets d'information stockés sur des polymères synthétiques. C'est-à-dire à une échelle 100 fois plus petite que celle des disques durs actuels.

La piste des plastiques numériques

Cela ...

Marie Curie (1867-1934)

Une scientifique d'exception

Née en Pologne à Varsovie en 1867, Marie Curie a mené toute sa carrière scientifique en France. Après de brillantes études en physique et en mathématiques, à la Sorbonne, éprise de "science pure", elle se lance dans ...

La foudre et les neutrons

(C) Thomas Bresson - Eclairs, CC BY 2.0

On sait depuis près de soixante ans que sous l’impact des « rayons cosmiques » - essentiellement des protons de haute énergie dont l’origine reste inconnue - les noyaux des atomes percutés à haute altitude éclatent en ...

Le délai de Newton-Wigner

(C) Wikimedia

Une avancée récente devrait permettre une meilleure maîtrise de la transmission de l’information par fibre optique

Un peu de réflexion
Dans une fibre optique, la lumière est guidée et transmise d’un bout à l’autre de la fibre par de multiples réflexions. Examinons le phénomène de plus près. De manière générale, lorsqu’un faisceau lumineux aborde l’interface séparant deux milieux transparents, il se divise en deux. L'un quitte le premier milieu et passe dans le second avec changement de direction, c’est la réfraction. L’autre est renvoyé dans le premier milieu : il « rebondit » à l’interface avec un angle égal à l’angle d’incidence, c’est la réflexion. Si deux conditions sont réunies, la part réfractée peut être nulle, toute la lumière étant réfléchie, l’interface jouant le rôle d’un miroir. On parle alors de « réflexion totale ». C’est grâce à elle que la lumière voyage dans une fibre optique. Pour qu’il y ait réflexion totale, il faut que la lumière se propage moins vite dans le premier milieu (indice de réfraction plus élevé) que dans le second (indice moins élevé), et il faut aussi que le faisceau aborde l’interface sous un angle (par rapport à la verticale) supérieur à un angle critique qui dépend du rapport des deux vitesses, c’est l’angle de réflexion totale. On peut facilement observer cet effet miroir, en regardant de près l’interface eau-air, en étant dans l’eau, dans une piscine par exemple. Il faut être près de la surface de manière à ce que l’angle sous lequel le regard est porté soit supérieur à 49 degrés. Cette « optique géométrique » était connue dès le XVIIe siècle, notamment par Snell et Descartes.

L'onde évanescente
Cependant, Newton remarque que lors de la réflexion totale, la lumière semble quitter le premier milieu sur une très courte distance avant de revenir en arrière. Tout se passe comme si l’onde lumineuse se réfléchissait non à l’interface, mais un peu au-delà, dans le second milieu d’indice plus faible. Cette onde qui quitte le premier milieu avant de rebrousser son chemin est appelée « onde évanescente ». A cause de ce phénomène dont l’analogue quantique est appelé « effet tunnel », le faisceau réfléchi est très légèrement décalé par rapport à celui que prévoit l’optique géométrique, et il est également un petit peu en retard par rapport à lui. Le décalage spatial a été mesuré en 1947 par Goos et Hänchen. Quant au décalage temporel, étudié théoriquement par Wigner en 1955 et appelé « délai de Newton-Wigner », de l’ordre de 10-14 s, il vient d’être mesuré de manière indiscutable par des chercheurs rennais.
Le délai de Newton-Wigner
On comprend que ces décalages spatiaux et temporels affectent la transmission de l’information dans les fibres. Au-delà de son intérêt théorique, la meilleure compréhension de la réflexion totale devrait améliorer la technologie des fibres optiques.  
Publié le 17/10/1017

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Du plastique numérique
Une piste à l'étude pour stocker de l'information sur des polymères

Des chercheurs ont réussi à inscrire et lire plusieurs octets d'information stockés sur des polymères synthétiques. C'est-à-dire à une échelle 100 fois plus petite que celle des disques durs actuels.

La piste des plastiques numériques

Cela fait maintenant plusieurs années que l'on travaille à mettre au point des méthodes pour inscrire de l'information numérique sur des molécules, généralement des longues chaînes. Les travaux sont désormais bien avancés sur les molécules comme l'ADN ou l'ARN. Pour ce qui est des polymères synthétiques constituant des matières plastiques, les tentatives se sont heurtées à des difficultés pour la lecture de l'information. Des travaux menés au sein de deux instituts du CNRS (Institut Charles Sadron de Strasbourg et Institut de chimie radicalaire à Aix Marseille Université) pourraient changer la donne. En effet, les chimistes viennent de réussir à lire plusieurs octets d'information grâce à des techniques de spectrométrie de masse usuelles. Et c'est d'ailleurs un record du monde de lecture en terme de séquence moléculaire analysable par cette méthode.

Des bits 100 fois plus petits

Afin de lire et d'inscrire facilement des données sur un polymère, les chercheurs ont créé une molécule dont la structure était adaptée à leur objectif : coder de l'information sous forme binaire (0 ou 1), c'est-à-dire sous forme de bit, lequels sont regroupés par huit pour former un octet. Ils ont donc sélectionné deux monomères, chacun représentant le 1 ou le 0. Un bit moléculaire de ce type est cent fois plus petit qu'un bit inscrit sur un disque dur actuel. Tous les 8 monomères, il ont introduit un séparateur moléculaire (sous la forme d'une liaison NO-C). Et chaque octet est pourvu d'une « étiquette massique », une structure moléculaire dont la masse va servir de marqueur pour bien individualiser chaque octet et connaître sa place dans la séquence finale.

Grâce à cette conception, la lecture peut s'effectuer par spectrométrie de masse. Une première étape consiste à briser les liaisons des séparateurs, qui sont fragiles, pour diviser l'information en octets repérés grâce à leurs étiquettes massiques. Lors de la seconde étape, chaque "octet" subit une fragmentation classique de manière à déchiffrer la séquence de 8 monomères. Dans cette expérience, les chimistes avaient choisi de coder le mot « Sequence » en langage ASCII. Dans ce langage, utilisé pour les traitements de texte par exemple, chaque lettre ou signe est codé par un octet d'information.

Un record du monde prometteur ?

Bien sûr, on est encore très loin de disposer d'un disque dur à base de plastique numérique ! En effet, bien que la lecture de ce polymère par spectrométrie de masse, une technique de routine dans la chimie d'aujourd'hui, constitue un record du monde, ce record est encore très modeste : 8 octets déchiffrés seulement (contre des disques durs aujourd'hui qui stockent des gigaoctets couramment). D'autant que la lecture a dû se faire par une analyse manuelle des données numériques et a duré quelques heures ! Cependant, les chercheurs travaillent à un logiciel de lecture pour réduire ce temps à quelques millisecondes. Ils espèrent sous peu réussir à stocker plusieurs kilooctets grâce à des méthodes d'écriture robotisées et à un temps de lecture court. Ainsi, s'ouvrira réellement une nouvelle voie de stockage de l'information numérique. Et potentiellement plus facile à mettre en œuvre et plus stable que sur des biomolécules comme l'ADN. Pourquoi ? Parce qu'il n'y a pas besoin d'étapes préalables de digestion, purification ou séparation et que ces molécules sont stables dans le temps et peuvent être facilement stockées à des températures ambiantes.

Publié le 11/11/2017

Sophie Hoguin
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