L'homme a toujours cherché à observer le monde de l'infiniment petit qui l'entoure, le monde invisible à l'oeil nu. Pour cela, il invente la loupe (XVe siècle), puis le microscope optique (XVIIe siècle) pour observer des cellules sanguines ou des bactéries, mais il semble impossible d'observer les éléments ultimes dont est faite la matière : les atomes. Il faut attendre la découverte de la mécanique ondulatoire pour que l'espoir renaisse. Les particules qui constituent la matière peuvent se comporter comme des ondes de longueur d'onde très petite : 0,1 nm (10-10 mètre), c'est-à-dire de la taille d'un atome. De cette dualité onde-corpuscule va naître le microscope électronique - où l'éclairage par une source lumineuse utilisé dans le microscope optique est remplacé par une source d'électrons. L'observation d'atomes reste encore indirecte et s'appuie sur des phénomènes de diffraction. Mais voici, qu'en 1982, un nouveau type de microscope - le microscope à effet tunnel, est inventé par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, ouvrant un champ très vaste d'investigations scientifiques et des nouveaux horizons technologiques. Cette nouvelle technique utilisant une sonde très locale permet l'observation directe et aisée d'atomes et de structures atomiques de surfaces conductrices dans une large variété d'environnements (air, eau, huile, vide). Depuis l'invention du microscope tunnel, d'autres microscopies à sonde locale ont été développées, et notamment le microscope à effet de force atomique (1986) qui permet d'imager non seulement des surfaces conductrices mais aussi des surfaces isolantes. En plus, les progrès les plus récents ont montré la possibilité de manipuler les atomes à l'aide de ces microscopes - ainsi les premières structures artificielles à l'échelle atomique ont été élaborées. Ces inventions préfigurent peut-être l'aube d'une révolution " nano " industrielle.
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, infiniment petit, longueur d'onde, microscope à force atomique, microscope électronique, microscopie optique en champ proche, nanotechnologie, spectroscopie

A travers les siècles, l'homme a toujours cherché à observer le monde de l'infiniment petit qui l'entoure, le monde invisible à l'oeil nu. Pour cela, il invente la loupe (XVe siècle), puis le microscope optique (XVIIe siècle) pour observer des cellules sanguines ou des bactéries ..., mais il semble impossible d'observer les éléments ultimes dont est faite la matière : les atomes. Il faut attendre la découverte de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie(1923) pour que l'espoir renaisse. Les particules qui constituent la matière peuvent se comporter comme des ondes de longueur d'onde très petite : 0,1 nm (10-10 mètre), c'est-à-dire de la taille d'un atome. De cette dualité onde-corpuscule va naître le microscope électronique en 1933 (E.Ruska) - où l'éclairage par une source lumineuse utilisé dans le microscope optique est remplacé par une source d'électrons. L'observation d'atomes reste encore indirecte et s'appuie sur des phénomènes de diffraction. Les applications de la microscopie électronique sont nombreuses et le développement instrumental est aujourd'hui très sophistiqué que ce soit au niveau des appareillages ou au niveau du traitement informatique des données. Les domaines explorés sont très divers,la biologie moléculaire et cellulaire ,la cristallographie, la métallurgie, et les sciences des matériaux.La résolution des microscopes électroniques permet d'atteindre l'échelle atomique mais il faut noter un point fondamental,on n'observe pas le relief des surfaces observées mais une vue projetée.Les ondes associées aux électrons qui permettent l'obtention d'images sont des ondes progressives et l'on se trouve dans le cadre du champ lointoin.Cet inconvénient est entièrement levée dans le cas des microscopies en champ proche. En 1982, un nouveau type de microscope - le microscope à effet tunnel, est inventé par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, ouvrant un champ très vaste d'investigations scientifiques et des nouveaux horizons technologiques. Cette nouvelle technique utilisant une pointe très fine terminée par un atome permet l'observation directe et aisée d'atomes et de structures atomiques de surfaces conductrices dans une large variété d'environnements (air, eau, huile, vide). Depuis l'invention du microscope tunnel, d'autres microscopies à sonde locale ont été développées, et notamment le microscope à effet de force atomique (1986) qui permet d'imager non seulement des surfaces conductrices mais aussi des surfaces isolantes.Enfin une autre microscopie en champ proche optique donne des images pour lesquelles les critères de Rayleigh. En plus, les progrès les plus récents ont montré la possibilité de manipuler les atomes à l'aide de ces microscopes - ainsi les premières structures artificielles à l'échelle atomique ont été élaborées.Toutes ces techniques d'observation et d'élaboration de nanostructures ont données naissance à une nouvelle physique,la nanophysique et aussi à de nouvelles nanotechnologies qui préfigure l'aube d'une révolution "nano" industrielle. Au cours de cette exposé nous présenterons les différents types de microscopes électroniques et les résultats les plus spectaculaires obtenus dans le domaine des sciences puis les trois familles de microscopies en champ proche et les applications surlesquelles elles débouchent naturellement.
Mot(s) clés libre(s) : effet tunnel, infiniment petit, longueur d'onde, microscope électronique, microscopie à force atomique, microscopie en champ proche, résolution d'image, sonde électronique, spectroscopie

Le montage de l'intérferomètre de Michelson est expliqué avec ses notions de figure d'interférence, de longueur de cohérence et de teinte plate. Puis un exemple d'utilisation est présenté au travers de la tomographie optique qui permet d'analyser ici la coupe de l'oeil d'un tétard.Vidéo issue du projet VideoManip dont l'objectif est la réalisation de courtes séquences filmées, montrant des expériences réelles, qui seraient à la fois trop complexes pour être montées et montrées en amphi, et pas assez riches d'enseignement pour justifier un TP de plusieurs heures. Les sciences de l'ingénieur consistent à utiliser un phénomène physique pour construire un objet répondant à un besoin donné. Cela suppose de la part des scientifiques, des (futurs) ingénieurs et des (futurs) enseignants qui les forme(ro)nt une connaissance assez intime des phénomènes physiques exploitables. Dans le processus d'acquisition de cette connaissance, rien ne remplace la confrontation directe au phénomène étudié au travers de l'expérimentation. La "manip de cours" ou "manip d'amphi" (expérimentation par le professeur pendant le cours magistral) permet de confronter immédiatement les étudiants au phénomène étudié sans avoir à attendre qu'ils aient acquis suffisamment de compétence pour pouvoir manipuler eux-mêmes. Ce genre d'illustration représente un investissement important, tant pour la mise en place de l'expérimentation elle-même que pour celle des dispositifs annexes permettant de la faire visualiser par un grand auditoire.
Mot(s) clés libre(s) : différence de marche, figure d'interférence, interféromètre de Michelson, lame séparatrice, longueur d'onde, longueur de cohérence, OCT, Optical Coherence Tomography, optique, teinte plate, tomographie

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Mot(s) clés libre(s) : acoustique, longueur d'onde, physique microscopique, piézoélectricité, propagation des ondes, renversement du temps, réverbération sonore, réversibilité

Le laser, outil privilégié du chirurgien et du soudeur, est souvent associé à l'idée de chaleur. Depuis une vingtaine d'années, on sait pourtant l'utiliser pour refroidir les atomes d'un gaz à une température extrêmement basse, de l'ordre du microkelvin. A cette température, la vitesse d'agitation thermique des atomes devient très faible, de l'ordre du centimètre par seconde, à comparer aux centaines de mètres par seconde des molécules de l'air qui nous entoure. Selon la relation découverte par Louis de Broglie, la longueur d'onde associée aux particules augmente lors du refroidissement, et peut même atteindre la distance moyenne entre atomes voisins. Les atomes perdent alors leur individualité, s'accumulent dans un même niveau quantique, et le gaz bascule vers un état aux propriétés spectaculaires, état prédit en 1925 par Einstein à partir des travaux de Bose, mais qui n'a pu être observé qu'à partir de 1995. L'exposé présentera les principes physiques à la base de la manipulation et du refroidissement des atomes. Il décrira également quelques expériences mettant en évidence les propriétés de cohérences très spéciales de ces condensats de Bose-Einstein, pour conclure sur les perspectives ouvertes par ces systèmes, aussi bien dans le domaine des mesures de haute précision qu'en physique statistique
Mot(s) clés libre(s) : basse température, boson, condensation de Bose-Einstein, échelle macroscopique, état de la matière, fermion, longueur d’onde, mécanique quantique, refroidissement laser, refroidissement par évaporation, superfluidité, supraconductivité

Nicolas Boisset s’intéresse ici particulièrement au fonctionnement de cet instrument et utilise la cryomicroscopie de macromolécules biologiques comme champ d’application. L’apport le plus important de la Cryo-MET 3D, est qu’elle fournit une structure à haute résolution globale des assemblages macromoléculaires, préservés dans leurs conditions physiologiques d’activité. Pour cela, les échantillons sont instantanément congelés dans leurs conditions environnementales habituelles (hydratation, pH, sels, détergents, cofacteurs, analogues de l’ATP, ARN, ADN, etc.....) par plongement rapide des grilles d’échantillons dans l’éthane liquide. Dans de telles conditions, la formation de cristaux de glace qui endommageraient l’intégrité des assemblages est évitée, et les échantillons sont préservés en les fixant dans une glace vitreuse. Les grilles de spécimen sont alors maintenues à la température d’azote liquide, au cours de leur insertion et observation dans le microscope électronique, sans emploi d’agent colorant ou de fixation chimique. Nous avons maintenant accès à deux JEOL de haute résolution 2100 et 2100F , équipés de caméras CCD de 4K et de 2K Gatan Ultrascan, utilisées pour la collection automatisée d’images, et nous employons également les films photographiques Kodak So163 pour les données de résolutions les plus élevées. Selon l’hétérogénéité structurale des échantillons, des groupes de 10.000 à 200.000 images individuelles de particules peuvent être employées pour obtenir une carte 3D à des résolutions en dessous du nanomètre.
Mot(s) clés libre(s) : canon à électrons, cryomicroscopie, longueur d'onde, microscope électronique, résolution d'image, sonde électronique

Cette expérience dangereuse ne doit se faire qu'en présence d'un adulte, mais elle en vaut la peine car l'effet comique est garanti : Vous voulez faire parler quelqu'un avec une voix nasillarde, comme celle de Mickey ? Faites-lui donc respirer de l'hélium !
Mot(s) clés libre(s) : fréquence, hauteur d’un son, longueur d’onde, physique à main levée, son complexe, Son simple, spectre de fréquences, timbre, tpe, vibration, vitesse du son

Kezako, la série documentaire qui répond à vos questions de science, aborde cette fois-ci la question "Pourquoi le ciel est bleu ?".
Mot(s) clés libre(s) : diffusion, rayleigh, bleu, blue, sky, light, ciel, longueur d'onde, lumière, wevelengh