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RECHERCHE : La lumière pour éviter les catastrophes, un travail de physiciens de Dijon

16/04/2019 10:56Imprimer l’article
Une équipe de physiciens du laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne a vu ses récents travaux de recherche publiés dans la prestigieuse revue scientifique Physical Review X. Et s'il l'on pouvait prédire des tremblements de terre, des crises financières ou des vagues scélérates… Avec de la lumière ?
Une légende existait chez les marins : celle d’une vague gigantesque, apparaissant subitement et détruisant les bateaux qui croisaient son passage.

Ce phénomène extrême a été appelé «vague scélérate». La légende est devenue réalité lorsqu’en 1995 des scientifiques ont observé ce phénomène pour la première fois. Et s’il était possible de prédire ces vagues à l’avance pour éviter aux navires de s’y briser ? C’est ce qu’une équipe du laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) essaie d’établir… Et ce, grâce à la lumière !

En collaboration avec des collègues des universités de Lille et du Chili, leur publication commune dans la revue Physical Review X établit un modèle universel dans lequel un état stable et ordonné s’écroule à la suite d’une transition chaotique et turbulente, donnant alors naissance à de rares évènements extrêmes, à l’image des vagues scélérates, mais aussi d’un tremblement de terre ou d’une crise financière.

Leur modèle est confirmé par une expérience qui consiste en la propagation d’ondes lumineuses dans un résonateur optique en anneau. Cet appareil est un circuit en forme de boucle avec une seule entrée, par laquelle la lumière envoyée va faire des tours successifs et interagir avec elle-même. « Si la source de lumière à l’entrée du dispositif, qui peut par exemple être un pointeur laser rouge, est continue, alors la lumière dans le résonateur formera spontanément une onde modulée périodiquement », précise Bertrand Kibler, un des co-auteurs de l’article. Autrement dit, le système est stable, il s’auto-organise.
Or, en augmentant légèrement l’énergie lumineuse à l’entrée du résonateur, les chercheurs ont constaté que l’onde à l’intérieur changeait sa périodicité, puis adoptait un comportement instable. « Au fur et à mesure, la périodicité disparaît complètement et surgissent alors des ondes aléatoires qui prolifèrent, s’accompagnant de flashs lumineux de plus en plus rares et intenses », explique Bertrand Kibler. Ce sont des ondes extrêmes. Le système s’écroule (voir illustration).

Les ingrédients nécessaires à leur observation étant identifiés, les chercheurs ont alors analysé les flashs lumineux les plus intenses. De manière surprenante, ils se présentent souvent sous la même forme... et la raison reste pour l’instant encore inconnue !

Ces résultats mettent en évidence la manière dont les expériences modernes en optique peuvent être utilisées pour développer une compréhension des dynamiques complexes dans de nombreux domaines liés à la science, la société et la nature en général, et pour lesquels les événements extrêmes, eux, semblent universels.

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