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Le Monde selon la PHYSIQUE ( Physics world -W12-13):deuxième partie !

Publié le 07 avril 2014 par 000111aaa

En  vous présentant cette seconde partie composée surtout de mes résumés  ,j y adjoins  une traduction complète et très intéressante  faite en France  et quelques  autres nouvelles fraiches  ….Venues d’ailleurs  en 3 eme partie

New material offers angular control over light

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Filter could be used in cameras and thermal solar systems

Un nouveau matériau qui filtre la lumière en fonction de sa direction de déplacement a été développé par des physiciens aux États-Unis et  en Chine. Fait de couches de deux matériaux transparents différents en alternance, la structure a seulement 8 um d'épaisseur et offre un nouveau  et extrêmement simple moyen de contrôler la direction dans laquelle la lumière se propage. Selon ses inventeurs, le matériau pourrait être utilisé dans une  large gamme d'applications, de la photographie jusqu’à l'énergie solaire.

La lumière, les micro-ondes et autres ondes planes électromagnétiques sont caractérisées par trois propriétés fondamentales: la polarisation, la fréquence et la direction de propagation. Les matériaux qui filtrent la lumière en fonction de sa polarisation sont courants, alors que les cristaux photoniques  qui peuvent être utilisées pour sélectionner la lumière en fonction de sa fréquence  le sont moins. Pour ce qui concerne la sélection de la lumière en fonction de sa direction de propagation, cela est possible en utilisant des lentilles, des miroirs et des collimateurs, mais la miniaturisation de tels composants optiques pour la réalisation d’un  dispositif pratique est parfois  difficile

Shen, Marin Soljacic et ses collègues de l'Institut de technologie du Massachusetts et de l'Université de Zhejiang ont contourné ce problème en créant un matériau stratifié transparent à la lumière incidente sous  un angle spécifique, mais  qui reflète la lumière venant de tous les autres angles. Le fonctionnement du dispositif repose sur le fait que la lumière sous un angle d'incidence spécifique est transmise complètement au moyen d'un matériau transparent. Connue sous le nomd’ "angle de Brewster", sa valeur  est liée au rapport des indices de réfraction du matériau et le milieu environnant

Mon commentaire

Ce fut un des étonnements de mes études que l’extinction brewstérienne ! Alors j’en rappelle a mes lecteurs le principe : Lorsque l'on envoie un faisceau lumineux sur   une surface séparant deux milieux transparents d'indices de réfraction différents   , on observe en général une réflexion partielle. Si le faisceau est incliné d'un angle nommé angle de Brewster, la réflexion partielle disparait, à condition que la lumière envoyée  soit polarisée dans le plan d'incidence :tout est transmis !!!! . Dans le cas contraire, le faisceau réfléchi est complètement polarisé.

Et les applications sont grandes : Dans les lasers dont le milieu amplificateur est séparé des miroirs de cavité, les surfaces délimitant ce milieu sont inclinés à l'angle de Brewster pour éliminer les pertes par réflexion partielle. Et surtout les lunettes polarisantes polarisées verticalement permettent de supprimer la lumière naturelle réfléchie sur des surfaces horizontales à l'angle de Brewster. Elles permettent d'atténuer fortement les réflexions parasites voisines de cet angle

Physicists link neutron stars to earthbound alloys

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Calculations suggest neutron-star crusts have rich and varied structure

Les étoiles à neutrons pourraient partager certaines similitudes improbables avec des alliages métalliques présents ici sur Terre . C'est la conclusion de deux physiciens en Scandinavie , qui ont effectué des calculs qui révèlent que les noyaux et les neutrons dans la croûte extérieure de ces étoiles jouent un rôle similaire à celui des différents métaux présents  dans un alliage . Cette découverte pourrait fournir des indications sur certaines propriétés observables des étoiles à neutrons , y compris les sursauts gamma , certaines anomalies de rotation et l emission  des ondes gravitationnelles .

Les étoiles à neutrons sont des sphères denses avec un rayon de juste 11-12 km dans lequel la pression gravitationnelle  au moment de sa formation a été  si forte que les électrons ont fusionné avec les protons pour former une structure qui serait presque entièrement composé de neutrons . Les étoiles à neutrons sont soupçonnées présenter une croûte externe environ 1-2 km d'épaisseur qui se comporterait plutôt différemment du reste de l'étoile . La croûte est censé contenir encore  des protons qui s'agglutineraient avec des neutrons pour former  essentiellement des noyaux riches en neutrons tandis que  les électrons survivants  formeraient la  charge de fond résiduelle  .Quand  les neutrons ne sont pas liés à des noyaux , ils pourraient alors   se déplacer librement sur ​​la croûte . Le point de vue conventionnel est que si ces neutrons libres ont peu d'effet sur ​​la croûte , le résultat pourrait être  que les noyaux se rangent dans une  structure cubique centrée ( BCC ) cristalline   présentée  par de nombreux métaux . Cependant , Dmitry Kobyakov de l'Université d'Umeå en Suède et Chris Pethick de l'Institut Niels Bohr au Danemark et Nordita à Stockholm affirment maintenant que ces neutrons libres jouent en fait un rôle important  . Ils permettent une sorte de  mélange cristallin solide  de métaux tel qu on les trouve dans divers alliages ferreux  métalliques  ETC

Mon commentaire

Il n’est pas très favorable : ces étoiles à neutrons sont des «  bidules » qui seraient  restées complètement invisibles si leur fort pouvoir LOCAL  de gravité (   un cube de sucre de matière pèserait  400 milliards de tonnes !)   et des émissions de radio  bizarres  ne les avaient pas mises  en évidence ….. C’est à ces irrégularités de comportement d’émission  qu’elles doivent d’avoir été étudiées et peu à peu mieux  cernées……. .Et je ne souscris pas très favorablement aux suppositions «  cristallines »  de ces auteurs  car la formation  de CETTE  croute  superficielle   résulte (en dehors du principe d’exclusion de  PAULI)  d’une accumulation  d’ hypothèses (sur les résidus d’ une supernova )  qui très détaillées vous feraient tomber de votre fauteuil !!!!!

Seismic cloak could minimize earthquake damage

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Transformation seismology tested in France

Des bâtiments vulnérables pourraient un jour être mis  à l'abri de séismes destructeurs en les entourant d’une  sorte de " capes d'invisibilité sismiques " . Un premier prototype d'une telle cape a été testé expérimentalement par des chercheurs en France . En principe , le concept pourrait être étendu pour  créer des barrières de protection qui détourneraient l'énergie d’un tremblement de terre en dehors   d’ installations sensibles telles que les centrales nucléaires

L’Ingénierie traditionnelle  mise en œuvre contre les  tremblements de terre est basée sur l'amortissement et la dissipation de l'énergie absorbée par un bâtiment quand il est frappé par des ondes de choc .Récemment  ,un  physicien  Sébastien Guenneau et ses collègues de l'Institut Fresnel et la société de la géo-ingénierie Ménard ont adopté une approche différente qui consiste à modifier le sol autour d'un bâtiment de manière  à détourner les ondes sismiques , en diluant efficacement la structure de l'énergie destructrice d'un tremblement de terre. Ils ont également effectué des tests préliminaires sur le terrain sur l'efficacité de cette  conception de la protection de tremblement de terre.

Leur conception repose sur  la dernière extension de la notion de métamatériaux , lesquels  ont d'abord été suggérés pour les ondes électromagnétiques en 1968 par le physicien soviétique Victor Veselago . Les premiers métamatériaux ont été construits en 2006 par une équipe composée de John Pendry de l'Imperial College de Londres et David Smith de l'Université Duke en Caroline du Nord . Pendry , Smith et ses collègues  qui ont créé des matériaux artificiels avec des indices de réfraction négatif - propriétés qui n'existent pas normalement dans des matériaux naturels . Pendry et d'autres ont également développé un outil mathématique appelé optique de la transformation pour pouvoir  décrire comment un métamatériau devrait être structuré de manière à présenter  les propriétés souhaitées

La  plus célèbre application de l'optique de transformation est la cape d'invisibilité , qui guide les ondes électromagnétiques autour d'un objet et ainsile  fait apparaître «  invisible » ! . Dans des travaux antérieurs , Guenneau et ses collègues ont montré que les transferts de transformation optiques ‘appliquent  facilement à la sismologie . Tout comme  les ondes électromagnétiques partagent leur énergie  entre  champs électriques et magnétiques , les ondes sismiques partagent  leur énergie entre l' énergie potentielle emmagasinée dans la déformation de la croûte terrestre et l'énergie cinétique contenue dans son mouvement . Si le terme de permittivité électrique est remplacé par la densité du sol et la perméabilité magnétique par un  module d'élasticité ,alors  la transformation optique devient une  transformation de  sismologie .

C'est là en effet  la théorie, mais en fait réaliser une structure de dissimulation pratique qui fonctionne pour toutes sortes d’ ondes sismiques destructrices est diaboliquement difficile . Ceci résulte du fait  qu’ à la fois la densité du sol et le module élastique de l'environnement doivent être contrôlés simultanément . En outre, le module d'élasticité doit être différente pour des  cas de déformations dans des directions différentes .C  ‘est à des défis similaires  qu’ont été confrontés les constructeurs des premières capes électromagnétiques , qui ont travaillé autour du problème en créant des manteaux qui ont travaillé en 2D plutôt que 3D . Il s'avère que cette simplification fonctionne  aussi pour la protection de tremblements de terre car  le plus  de dommages est causé par des ondes se propageant directement sur ​​la surface de la Terre .

Photograph of the seismic cloak test site

Putting the cloak to the test

Comme  simple test de l'hypothèse , Stéphane Brûlé et ses collègues de Ménard ont enterré une source vibrante à 50 Hz – c’est  l'extrémité supérieure de la fréquence des ondes de surface d’un tremblement de terre - juste en dessous de la surface d'un bassin sédimentaire . Plusieurs mètres plus loin  ,  la vitesse à laquelle la terre vibrait était  enregistrée par des  capteurs cartographiant  de fortes oscillations . Les chercheurs  se sont ensuite ennuyé à  placer  stratégiquement, des trous de 5 m de profondeur pour modifier la densité et le module d'élasticité du sol , comme leur calcul  l avait jugé  nécessaire . Avec ces trous en  place , certaines régions de l'autre côté des forages ont  enregistrés moins de 20% de l'amplitude d'oscillation , montrant ainsi que le sol avait effectivement a modifié beaucoup de l'énergie des ondes  .

Pendry décrit la recherche comme « une approche totalement nouvelle " , mais il souligne que ce  type de manteau aurait besoin d'un espace similaire à la région à  masquer . «Et ce n'est pas quelque chose que vous allez faire à Manhattan , " dit-il. " Mais d'autre part , ce  pourrait être quelque chose que vous pourriez  faire si vous aviez un objet stratégique de très haute valeur , comme un réacteur nucléaire . "L’ Expert Andrea Alu dit aussi que ce travail est "pur " , mais il voit un écueil potentiel avec le bouclier simple démontré  . " Quoi que vous fassiez si vous  transmettez pas ,alors vous le   réfléchissez , " dit-il, «Et si vous êtes dans un environnement encombré , vous pouvez provoquer des problèmes pour les autres bâtiments . "

Les chercheurs reconnaissent ouvertement cette limitation . Ils sont en train de construire  un manteau complet , qui devrait contrôler le flux des ondes  , en veillant à ne pas endommager les structures voisines . Gunneau conclut que l'implication de la société de génie civil Ménard montre que  la recherche " est susceptible d'avoir des applications réelles " . «Ce n'est pas juste pour le plaisir , " dit-il.

La recherche sera publiée dans un prochain numéro de Physical Review Letters .

À propos de l'auteur :Tim Wogan est un écrivain de science basée au Royaume-Uni

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Mon commentaire : je vous encourage a lire le forum ou les physiciens  s’écharpent  sur les différences de structures entre ondes mécaniques et autres ondes !je me dis que cette recherche française   pourrait se montrer applicable pour des bâtiments isolés ou un peu a l’écart  et probablement  pas en ville


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