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Lévitation pilotée grâce à un laser

Par Memophis

Une expérience de physique amusante et étonnante consiste à faire léviter une petite plaque de graphite grâce à des aimants permanents. Cette lévitation est assurée par la propriété diamagnétique des atomes. Le graphite est un des matériaux les plus diamagnétiques. L’eau est d’ailleurs diamagnétique et l'on peut s’en assurer en plongeant un gros et puissant aimant dans de l’eau de telle sorte que la surface est affleurante. Si l'on regarde ensuite le reflet d’une ampoule sur la surface, on constatera qu’il est déformé par le bourrelet d’eau. Ce bourrelet est le résultat du fait que les molécules d’eau, diamagnétiques, sont repoussées par le magnétisme de l’aimant. 
Ce diamagnétisme reste faible devant le ferromagnétisme et même le paramagnétisme (qui fonctionne en sens contraire, en attraction plutôt qu’en répulsion) de certains matériaux. Ainsi, il y a quelques années de cela, on avait montré qu’on arrivait — mais à quel prix (ou quels Teslas… puisqu’il fallait un aimant supraconducteur) — à faire léviter une grenouille, une souris ou une simple fraise par utilisation des propriétés diamagnétiques des matières organiques et de l’eau. 
Oui ! Comme la souris, on peut donc imaginer vous faire léviter par diamagnétisme, mais l’aimant supraconducteur sera alors tellement puissant qu’on lui trouvera certainement un meilleur usage… * 
La lévitation magnétique est également utilisée sous d’autres formes, par exemple pour les trains à lévitation. Pour la première fois au monde, des scientifiques viennent de trouver un moyen astucieux de déplacement. Ils ont repris l’expérience avec une plaque de graphite en lévitation au-dessus d’aimants, mais ils ont pensé à utiliser un laser pour chauffer la plaque. 

En effet, la hauteur de lévitation dépend de la température. Le laser peut chauffer le disque et le faire descendre. On peut aussi, comme vous pouvez le vérifier sur la vidéo, modifier la température d’une région du disque de graphite. On pourrait tout à fait imaginer ce procédé pour un moyen de transport (à long terme). 
Une autre possibilité est de faire tourner le disque (on a atteint 200 tours par minute lors des expériences). Toutes ces techniques sont très simples à mettre en œuvre. On pourra donc les mettre en œuvre non seulement pour le transport, mais aussi pour les loisirs ou tous types de systèmes de conversion de l’énergie lumineuse en énergie mécanique. Pourquoi pas des petites turbines dont la rotation est alimentée par la lumière ? 
Au niveau atomique, la modification de température par le laser est en réalité l’expression d’un effet photothermique. Plus il y a d’électrons dans le graphite, moins les propriétés diamagnétiques du graphite sont élevées. 
Pour qu’un objet lévite magnétiquement, il faut que la force soit répulsive et plus forte que la force de gravitation. On peut évidemment modifier la hauteur de lévitation ou le déplacement grâce à la source de magnétisme, mais on ne l’avait jamais encore fait en modifiant les paramètres dans l’autre sens : en changeant les propriétés du matériau diamagnétique. 
* Note : le chercheur qui avait publié ses expériences avait rapidement été contacté par une secte (non précisée) intéressée par la lévitation humaine, et dont la lettre mentionnait que l’argent n’était pour eux pas un obstacle…
Pour aller plus loin: Masayuki Kobayashi, Jiro Abe Optical Motion Control of Maglev Graphite. Journal of the American Chemical Society. DOI: 10.1021/ja310365k Journal reference: Journal of the American Chemical Society

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