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Prototypes, recherche, innovation

Une démarche collaborative

Dans le domaine de la recherche, la réalisation des expériences scientifiques requiert souvent de nouveaux instruments, plus perfectionnés, plus sensibles, plus puissants ou tout simplement adaptés à des conditions expérimentales particulières. Ces prototypes de laboratoire sont le fruit ...

Quarks : une combinaison à quatre

Par Ranjithsiji — Travail personnel CC BY-SA 4.0

Le légo des quarks

Contrairement au proton et au neutron, les quarks sont des particules élémentaires, c’est-à-dire des particules qui ne sont pas elles-mêmes constituées d'autres « briques ». L’électron est élémentaire aussi, comme ...

La foudre bat des records

CC BY SA André Karwath aka Aka

Les éclairs et la foudre sont parmi les phénomènes naturels les plus spectaculaires. On estime que chaque seconde l’atmosphère terrestre est traversée par une cinquantaine de ces décharges électriques. En effet, ...

Un moteur moléculaire à effet tunnel

Credit: Empa
Un moteur quantique
Comme d’autres moteurs moléculaires de cette échelle, le fonctionnement de ce nanomoteur conçu à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), met en jeu la mécanique quantique. Mais l’originalité de ce nouveau moteur réside dans le fait que la cause-même ...

Photo-ionisation

A photo of the COLTRIMS reaction microscope built by Alexander Hartung as part of his doctoral research in the experiment hall of the Faculty of Physics. Credit: Alexander Hartung.

La quantité de mouvement de la lumière

Bien que de masse nulle, la lumière possède une quantité de mouvement ...

Vers de nouvelles technologies de chargeurs

Image Vedecom - DR

Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, grâce à l’accélérateur LHC (le plus puissant du monde) qui fait 27 km de circonférence, les protons se percutent avec une vitesse égale à 99,999999 % de la vitesse de la lumière. En réalité, les protons sont pré-accélérés dans d’autres machines plus petites avant de pénétrer dans le LHC et subir leur accélération ultime. Par ailleurs, pour diverses applications, notamment médicales, des accélérateurs de particules plus modestes sont également nécessaires pour produire certains rayonnements employés en radiothérapie.

Les particules sont accélérées à l’aide de champs électromagnétiques, un peu comme des surfeurs avançant sur leurs vagues. L’énergie des particules augmente grâce aux ondes électromagnétiques qui leur en fournissent. Souvent, ce sont des microondes qui sont employées. Or, l’énergie du photon associé à l’onde est proportionnelle à la fréquence ou - ce qui revient au même - inversement proportionnelle à la longueur d’onde.

Ondes plus courtes, accélérateurs plus petits

L’idée que des chercheurs de l’université de Stanford aux Etats-Unis ont poursuivie consiste justement à accélérer des électrons avec des impulsions lasers infrarouges dont la longueur d’onde est de l’ordre de 1000 à 100 000 fois plus courte que les microondes. Cela signifie aussi des dimensions autant de fois plus petites. La taille d’un accélérateur comme le LHC devrait donc pouvoir être réduite à quelques dizaines de mètres, voire à moins d’un mètre. Pour le moment, les physiciens sont parvenus à accélérer des électrons à 1 keV (mille électronvolts) sur une distance de 25 micromètres. En effet, le « tube » de l’accélérateur a été dessiné sur une puce en silicium de 25 micromètres de long : il s’agit d’un sillon de 0,25 micromètre de large. C’est dans ce sillon que les électrons ont été accélérés à mille volts, grâce à 100 000 impulsions lasers par seconde traversant le sillon perpendiculairement. Afin que l’énergie des électrons atteigne 1 MeV soit 94% de la vitesse de la lumière, il faudrait mille tubes de ce type, soit une longueur de 25 mm. Compte tenu de l’exploit réalisé, les accélérateurs ultra-miniaturisés devraient voir le jour prochainement.

En savoir plus 
Sur l'utilisation des lasers pour accélérer les particules
https://home.cern/fr/news/news/physics/nobel-work-shines-light-particle-physics

Publié le 20/05/2020
 

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La radio
Les ondes radio sont partout : télévision, internet, téléphonie, GPS. L'allocation du spectre radio revêt une importance stratégique.

Répartition des fréquences radio aux Etats-Unis. (C) NASA

Une révolution radiophonique ...

A la fin du XIXe siècle, Guglielmo Marconi (1874-1937) construit un oscillateur, sur le modèle de ce que Heinrich Hertz avait fait avant lui, et un détecteur fondé sur les travaux d'Édouard Branly. Muni de cet émetteur et de ce récepteur, il arrive en 1895 à établir une communication sans fil sur une distance d'un kilomètre, à l'heure où le télégraphe règne encore sur le télécommunications.

Mais son invention n'intéressant pas le gouvernement italien, il décide de partir au Royaume-Uni, où il crée la première entreprise de communication sans fil (1897). Il y devient un riche homme d'affaire, car son invention permet de communiquer depuis le sol britannique avec les bateaux de la Royal Navy. En 1909, Marconi reçoit le prix Nobel pour ses travaux, alors que des communications sans fil sont déjà établies entre l'Europe et l'Amérique.

À l'origine de l'allocation réglementaire du spectre

Dans son désir de détenir le monopole commercial de l'utilisation des fréquences radio, Marconi est en butte avec les États qui voient là un enjeu de sécurité et de souveraineté nationale. Cette opposition se solde en 1906, lors de la première conférence radiotélégraphique internationale, par l'instaure de principes d’interopérabilité, de liberté d’intercommunication, de priorité absolue pour les appels de détresse, etc. Depuis cette époque, ce sont les États qui contrôlent l'accès aux bandes de fréquences d'émission radio. Le spectre radioélectrique est en effet une ressource finie et son allocation s'effectue dans le cadre d'un processus réglementaire qui comprend deux niveaux :

  • la répartition des bandes de fréquences, qui décide de la destination d’usage des bandes, avec de usages gouvernementaux et des usages civils et commerciaux ;
  • l'autorisation de l’utilisation des fréquences pour la fourniture de services de communication.

L'attribution à des entreprises de télécommunications de licences d'utilisation du spectre radio fait l'objet d'appels d'offres organisés par la puissance publique. L'objectif est d'abord d'éviter les problèmes techniques tels les interférences et de gérer au mieux la ressource, mais aussi d'engendrer des recettes non négligeables pour l'État.

Publié le 13/02/2018

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