Podcast n°1 – A la conquête de l’infrarouge
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.
L’ensemble de la série «A la conquête de l’infrarouge» sera en lien avec mes propres travaux de recherche à l’Institut d’Optique. De la même manière qu’il est possible de réaliser des lasers visibles, il est également possible d’en réaliser dans le moyen infrarouge : une lumière qui n’est pas visible à l’œil nu mais qu’il est néanmoins possible de détecter à l’aide d’instruments. L’intérêt de ces lueurs est de pouvoir détecter des polluants comme le dioxyde de carbone ou le méthane dans l’air ou de faire des mesures de glycémie dans le sang. Grâce à elles, tout un champ des possibles s’ouvre à nous en termes d’identification de molécules.
Dans mon cas, des ions terres rares qu’on appelle thulium ont été placés à l’intérieur d’un cristal de forme cubique. Un faisceau laser de très petit diamètre traverse l’ensemble. Il n’est pas visible. Sa couleur se situe au tout début de l’infrarouge, assez proche du rouge que nous pouvons voir à l’œil nu. Il est constitué de petits grains de lumière infrarouge ( ie des photons ) avec chacun une certaine quantité d’énergie bien précise. Lorsque ceux-ci rencontrent un ion thulium, ils sont absorbés par les ions terres rares qui passent d’un état non excité à un état excité. En se désexcitant, l’ion émet un photon dans le moyen infrarouge contenant moins d’énergie.
Et pourtant, là où passe le laser, une étrange lumière bleue est visible qui n’était pas prévue dans le modèle que je viens de décrire. La physique n’étant jamais simple, d’autres phénomènes ont lieu en même temps. Lorsque deux grains infrarouges apportent de l’énergie à deux ions pour les faire passer chacun dans leur état excité, l’un des ions peut donner toute son énergie au second qui devient extrêmement excité. En se désexcitant, il émet un photon bleu qu’il nous est possible de voir. Par ce procédé, deux photons infrarouges ont été utilisés pour créer un unique photon bleu.
Ce trait bleu dans le cristal rend visible le passage des lasers et vient tracer au milieu d’un cube droit, un trait qui l’est tout autant. Sur les bords d’un miroir circulaire, la lumière bleue vient se diffuser avec douceur. L’ensemble du cristal se trouve entouré ainsi de cet étrange halo circulaire bleuté. Trouvant cette composition intrigante, je décidai de la prendre en photo pour pouvoir expliquer mes travaux à l’avenir.
Une réalisation Art in physics, sur la base des travaux d’Hippolyte Dupont et de Frédéric Druon, textes librement inspirés des prises de vues et des photographies d’Hippolyte Dupont.
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Pour en savoir plus
Pour comprendre ce qu’est la couleur, Qu’est-ce que la couleur ? Science étonnante
Pour comprendre la fluorescence, La fluorescence expliquée avec mes étagères, Julien Bobroff
Pour comprendre le principe que laser : Un laser avec des clémentines, Julien Bobroff
Pour avoir une plus grande explication sur les lasers : Laser, C’est pas sorcier