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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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Bioacoustique et applications
Certains sons émis par les pigeons d'Australie méritent le détour.

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 viennent d'étudier une autre forme de ces signaux, chez une espèce de pigeon, la Colombe lophote (Ocyphaps lophotes) reconnaissable à sa huppe et qui vit justement en Australie. En cas de danger, l’oiseau fuit en battant des ailes plus vigoureusement qu’en temps normal. Ce battement produit un son très particulier, un sifflement plus aigu qu’un vol habituel, phénomène qui a d’ailleurs valu à l’oiseau le surnom de « pigeon à sifflet ». Les chercheurs ont montré que ce son de haute fréquence est produit par l’une des rémiges primaires, ces grandes plumes qui forment la pointe de l’aile ou « fouet ». Plus précisément, c’est la huitième rémige qui est en cause. Pour preuve, lorsque cette plume est retirée, le son aigu n’est plus produit si bien que même en cas de danger, les autres oiseaux de l’espèce se contentent de regarder leur congénère partir sans s’alarmer. Par ailleurs, les chercheurs ont enregistré les deux sons A et B produits par les battements des ailes, respectivement en présence et en absence d’une menace. Alors que la diffusion du son A provoque la fuite, celle de B laisse les oiseaux indifférents. Ce n’est pas la première fois que des chercheurs étudient le son produit par les battements des ailes. De nombreuses études ont déjà été effectuées et des recherches se poursuivent pour mettre au jour les mécanismes précis de production des sons ou au contraire ceux en jeu dans les vols très silencieux des chouettes. Cela se fait en étudiant les plumes placées en soufflerie.

Applications biomimétiques

Outre l’intérêt purement fondamental de ces recherches qui permettent de mieux comprendre les phénomènes aérodynamiques et aéroélastiques, la classification des sons produits par les ailes et les mécanismes en jeu constitue une approche qui contribue à établir des liens de parentés entre les espèces et à dresser des arbres phylogénétiques. Par ailleurs, la meilleure compréhension de l’origine des sons lors du vol et des astuces retenues par l’évolution permet aux ingénieurs de s’en inspirer dans l’objectif d’une mise en application dans les avions, les voitures, les drones, les hélicoptères…

Publié le 15/11/2017

 

 

Kamil Fadel
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