Une introduction à l'hydrodynamique cryogénique : une conférence de Philippe-E. Roche, chercheur au département MCBT (Matière Condensée et Basses Températures) de l'Institut Néel, qui s'intéresse à la turbulence des fluides et en particulier celle de l'hélium à très basse température.
Mot(s) clés libre(s) : hydrodynamique, cryogénie, hélium, basse température, turbulence, turbulence quantique, superfluide, convection, écoulement, cellule de Rayleigh-Bénard, transfert thermique, vortex, fluide

Depuis quelques années se développe aux Etats Unis et en Europe une nouvelle méthode non invasive pour étudier certaines pathologies des poumons. Elle est fondée sur l'imagerie par résonance magnétique (IRM) utilisant du gaz d'hélium 3 inhalé par le patient et préalablement polarisé par pompage optique. La polarisation nucléaire dans un gaz d'hélium 3 peut atteindre 80% avec les techniques existantes et les sources laser actuelles. Ceci correspond à une « hyperpolarisation » considérable, 105 fois plus grande que les polarisations thermiques obtenues dans les champs magnétiques élevés de l'IRM standard. Ce gaz hyperpolarisé peut être utilisé comme source de signaux de résonance magnétique nucléaire (RMN) avec un excellent rapport signal sur bruit. Parmi toutes les applications que ceci suggère dans des disciplines diverses, la possibilité de faire l'image des voies aériennes des poumons a immédiatement suscité un intérêt considérable. En effet l'IRM conventionnelle, fondée sur les protons des tissus, ne peut pas fournir d'image des espaces creux, ni même des tissus du parenchyme pulmonaire. L'hélium « hyperpolarisé » apparaît ainsi comme un outil clinique très prometteur. Il fournit des images de très bonne résolution et renseigne sur la ventilation des voies respiratoires : il donne accès à des images statiques pendant que le patient retient son souffle, à la dynamique de la ventilation pendant l'inspiration et l'expiration et aussi à l'imagerie fonctionnelle. Il permet des études sur l'asthme, l'emphysème, l'obstruction chronique des voies respiratoires, en particulier chez les grands fumeurs, et donne des informations précieuses en cas de chirurgie ou de greffe du poumon. Actuellement se déroulent simultanément des études cliniques sur des malades, des travaux sur des modèles animaux et des développements technologiques visant à adapter les méthodes optiques de polarisation du gaz à un environnement médical. Ces études très pluridisciplinaires associent étroitement physiciens, ingénieurs de la résonance magnétique, radiologues et médecins. Dans cette conférence on rappellera les principes de l'IRM conventionnelle, on expliquera la méthode du pompage optique pour l'hyperpolarisation nucléaire de l'hélium, on décrira les particularités de l'IRM avec hélium, on montrera des images pulmonaires statiques et dynamiques de volontaires sains et de patients atteints de diverses pathologies. Les potentialités cliniques futures seront enfin discutées.
Mot(s) clés libre(s) : hyperpolarisation de l'hélium, imagerie médicale, imagerie par résonance magnétique, IRM, pathologie des poumons, physique atomique, polarisation nucléaire, pompage optique

Le montage expérimental est tout d'abord présenté : à l'intérieur d'un cryostat à l'hélium liquide, un fil est monté pour une mesure à quatre points. Les paramètres qui interviennent sont : la surpression hydrostatique déterminée par la hauteur du liquide au dessus du fil la température du bain le flux de chaleur injecté dans le fil par effet Joule, rapporté à l'unité de surface. En augmentant le flux de chaleur, trois régimes ont été mis en évidence : 1°) une couche de gaz cylindrique entoure le fil (régime I) ; 2°) ensuite, cette couche se déforme. Il apparaît (régime II) des perturbations quasi-sinusoïdales à l'interface ; 3°) enfin, on atteint le régime III, dans lequel l'interface se rompt localement, entraînant un transfert de masse non nul entre le liquide et le gaz. Ce régime présente des analogies avec l'ébullition en film dans les fluides classiques ; Les régimes transitoires, obtenus par établissement et coupure brutale du courant, sont montrés. La transition est également observée par réchauffement du bain à flux de chaleur constant. Les deux géométries, correspondant à une disposition horizontale ou verticale du fil, ont été étudiées. Les prises de vues ont été effectuées en cinématographie haute vitesse (jusqu'à 2000 i/s) (voir le film "Les mécanismes de l'ébullition" dans le même thème.)GénériqueTitre : Modes stationnaires à l'interface hélium superfluide/gaz engendrée par un fil chaud Auteurs scientifiques : Fathi Jebali Jerbi et Maurice François Réalisateur : Alexis Martinet Producteurs : Institut de Cinématographie Scientifique Laboratoire de Thermodynamique des Fluides (Univ. P et M Curie Paris VI) CNRS-Audiovisuel Diffuseurs : ICS (ics@cnrs-bellevue.fr) CNRS Diffusion, vidéothèque, photothèque (videotheque@cnrs-bellevue.fr)
Mot(s) clés libre(s) : chaleur, changement de phase, ébullition, hélium superfluide, température, thermodynamique, transfert de masse

"Peut-on voir au moins une propriété quantique de la matière à l'oeil nu ? Oui, il suffit de regarder de l'hélium liquide à suffisamment basse température. Je montrerai un liquide qui cesse de bouillir, jaillit en fontaine lorsqu'on le chauffe, s'écoule sans viscosité hors des récipients où l'on tente de l'enfermer (d'où son nom de " superfluide ")... J'expliquerai ensuite comment ces propriétés surprenantes ont été associées au comportement collectif quantique des atomes, un phénomène connu sous le nom de " Condensation de Bose-Einstein ". Les différents états de la matière correspondent à différents degrés d'ordre ou de désordre. Lorsqu'un liquide cristallise, par exemple, c'est la position des atomes dans l'espace qui s'ordonne. Lorsqu'un fluide devient superfluide c'est leurs mouvements qui deviennent collectifs. De même qu'un superfluide coule sans viscosité, un supraconducteur conduit l'électricité sans résistance. La superfluidité est semblable à la supraconductivité des métaux. Connue depuis 1937 dans l'hélium, la superfluidité a été découverte en 1999 dans différentes vapeurs alcalines. Nous verrons que la rotation d'un superfluide est très particulière, parce que quantifiée. Dans l'hélium comme dans le rubidium, nous montrerons des images de tourbillons quantiques où la vitesse du fluide est reliée à la constante de Planck. Pour conclure, nous décrirons comment la superfluidité peut servir à mesurer la rotation de la terre, et pourquoi l'on pense que l'intérieur des étoiles à neutrons est superfluide."
Mot(s) clés libre(s) : basse température, condensation de Bose-Einstein, conductivité thermique, écoulement d'un liquide, état de la matière, fluide, hélium, mécanique des fluides, mécanique quantique, supraconductivité, tourbillon, viscosité

Une conférence de Sébastien Balibar, chercheur au Laboratoire de Physique Statistique de l'École Normale Supérieure de Paris, présentée dans le cadre des séminaires du département de physique de l'École Normale Supérieure de Lyon. Sébastien Balibar évoque de nombreux aspects de la physique de l'hélium liquide (normal ou superfluide) et solide. Il présente quelques propriétés surprenantes des cristaux d'hélium 4, comme la supersolidité.
Mot(s) clés libre(s) : hélium, hélium liquide, superfluide, superfluidité, hélium solide, supersolidité, supersolide, basses températures

Un article du dossier « La spectroscopie en astronomie ». Un exemple de spectres théoriques d'absorption, qui permettent de déterminer la température effective d'étoiles de type O par comparaison avec des spectres observés.
Mot(s) clés libre(s) : spectroscopie, spectre, étoile, étoile type O, température effective, atome d'hélium, ion hélium, atmosphère stellaire, modèle de spectre, raie spectrale

Série d'expérience filmées au Palais de la Découverte à Paris. Manifestations variées du phénomène de supraconductivité observées dans l'hélium liquide sur le plomb et l'alliage de Wood dans des conditions exceptionnelles de visibilité dues à l'emploi d'un dispositif cryostatique original conçu par le C.E.N. Saclay. Générique Réalisation : Christian Bouquegneau / Faculté Polytechnique de Mons, 1985
Mot(s) clés libre(s) : cryostat, hélium, Meissner, plomb, supraconductivité, Wood