Podcast n°3 – Concentrer la lumière
Ils sont au cœur de la recherche. Leurs travaux oscillent entre la physique fondamentale et l’optique. En nous accueillant dans leurs laboratoires, ces chercheurs nous montrent certains des échantillons sur lesquels ils ont travaillé pour qu’ils puissent être photographiés. Phénomènes étranges et intrigants à la beauté singulière, le podcast revient brièvement sur la physique qui se cache derrière l’image.
Nous continuons avec Lisa Lopez pour la troisième photographie de la série « Concentrer la lumière » dans les locaux de l’Institut d’Optique. Dans la mesure où nous commencions à avoir fait le tour de ses travaux les plus visuels, elle me montra quelque chose de légèrement différent. Prenant le contre-pied de ce qu’elle avait fait avant, elle voulut cette fois-ci me présenter une expérience qui n’avait pas abouti. Elle me raconta ainsi que tout ne marchait pas parfaitement du premier coup. Cela était tout à fait normal. Il était néanmoins toujours intéressant de comprendre ce qui ne fonctionnait pas pour aboutir à quelque chose qui fonctionne bien. Elle sortit alors d’une petite boîte un minuscule diamant de synthèse de quelques millimètres de côté, bien plus petit que tout ce que j’avais pu voir auparavant. A la lumière, sa couleur rouge profonde presque rose contrastait avec la surface noire sur laquelle nous l’avions posé. Elle tenta de l’éclairer avec une lampe blanche mais rien de comparable à ce que nous avions vu avant ne se produisit. Le diamant n’émettait qu’une très faible lueur, à peine visible, ce qui semblait décevoir Lisa au plus haut point. Elle m’expliqua le problème qu’elle avait rencontré dernièrement. A l’intérieur, une multitude d’atomes de carbone sont organisés très proches les uns des autres. On parle parfois de carbone haute densité pour décrire le diamant. Le sien est un peu particulier. Elle s’est arrangée pour qu’il manque un atome de carbone à certains endroits et à côté de ce vide, un autre a été remplacé par de l’azote. Cette structure très particulière qu’on appelle un centre NV absorbe la lumière bleue et verte des lampes et émet en échange une légère couleur rouge. L’étrange teinte rose de notre diamant venait en réalité de là. Comme dans le cas des précédents concentrateurs, cette lumière est guidée dans le concentrateur de lumière. Mais ici, la lumière rouge n’arrive pas vraiment à sortir en raison des propriétés optiques du diamant. De la même manière qu’un morceau de verre reflète un peu la lumière qui lui arrive (c’est ce qu’on observe lorsqu’on voit son reflet dans une vitre), le diamant reflète une très grande partie de la lumière qui arrive à l’interface entre lui et l’air ambiant. Finalement, très peu de lumière s’échappe et le concentrateur emprisonne la lumière au lieu de la restituer vers l’extérieur. Conscient de cette difficulté, nous l’avons malgré tout éclairé pour en faire une image. Très peu de teintes s’échappait si bien que les poussières qui l’entouraient semblaient émettre presque plus de lumière que le diamant lui-même. Cela ne m’a pas découragé de prendre une photo qui permet malgré tout de se rendre compte de la couleur délicate qui émanait du matériau.
Une réalisation Art in physics, sur la base des recherches de Lisa Lopez, Maxime Nourry et François Balembois, textes librement inspirés des prises de vues et des photographies d’Hippolyte Dupont.
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Pour en savoir plus
Pour voir comment fonctionne la fluorescence : La fluorescence expliquée avec mes étagères, Julien Bobroff
Pour comprendre la couleur : Qu’est-ce que la couleur ? Science étonnante
Un autre exemple de lumière guidée dans un petit espace : la fibre optique et la fontaine laser, Immersion labos La fibre optique (4:40), Laboratoire INPHYNI