Conférence de Christophe Salomon, Laboratoire Kastler Brossel, École Normale Supérieure de Paris, lauréat du prix Louis D 2012

Les gaz d’atomes dilués constituent aujourd’hui des systèmes modèles très utiles pour aborder les problèmes complexes de physique à N corps rencontrés en physique du solide, en physique nucléaire ou en astrophysique. A très basse température, la longueur d’onde de Broglie des particules devient de l’ordre de la distance moyenne entre atomes et les effets quantiques collectifs se manifestent de façon spectaculaire. Pour les particules de spin entier, les bosons, la condensation de Bose-Einstein d’un gaz dilué se produit autour du microkelvin et le système devient superfluide. Pour les particules de spin demi-entier, les fermions, le régime de dégénérescence quantique est moins spectaculaire lorsque les fermions n’interagissent pas entre eux. En revanche, en présence d’interaction attractive, les fermions peuvent s’apparier et former une phase superfluide. Pour les électrons d’un métal refroidi à basse température, l’on observe le phénomène de supraconductivité dont on a fêté récemment le centième anniversaire de sa découverte. Nous montrerons comment les atomes ultrafroids offrent la possibilité de régler l’amplitude et le signe de la force des interactions entre atomes. On accède ainsi à un régime de corrélations fortes, très difficile à décrire théoriquement, en particulier pour les fermions. Nous décrirons quelques expériences récentes sur la thermodynamique des gaz de fermions fortement corrélés. La superfluidité se produit à une température rapportée à l’énergie de Fermi remarquablement élevée et présente des analogies avec les systèmes solides supraconducteurs à haute température critique. Malgré plusieurs dizaines d’ordres de grandeur entre les paramètres des gaz froids et des étoiles à neutrons, les quantités thermodynamiques mesurées en laboratoire permettent d’en déduire l’équation d’état de la couche externe des étoiles à neutrons.

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Conférence de Philippe Bouyer, directeur du laboratoire LP2N, Institut d'Optique Graduate School, Bordeaux, lauréat du prix Louis D 2012

Grâce au refroidissement d'atomes à des températures avoisinant le zéro absolu, on peut réaliser, contrôler et visualiser des ondes de matière. À ces températures extrêmement basses, en effet, les atomes ne se comportent plus comme des particules matérielles, mais comme des ondes dont la propagation peut conduire à des phénomènes d'interférence. Cet exposé présentera comment il est possible, à partir d'un ensemble d'atomes à quelques nanokelvins, d'observer des interférences qui reproduisent des phénomènes que l'on retrouve, par exemple, dans des semi-conducteurs. Il présentera aussi comment utiliser ces même interférences pour construire des appareils de mesure extrêmement précis et les utiliser pour se guider, étudier le sous-sol ou tester de grandes lois de la physique.

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Conférence de Didier Roux, membre de l'Académie des sciences

Après avoir rappelé quelques principes généraux sur l'énergie solaire, nous présenterons les technologies permettant de transformer l'énergie du soleil en électricité soit par l'intermédiaire de la chaleur (centrales solaires à concentration), soit directement (modules photovoltaïques). Leurs évolutions potentielles seront décrites en insistant plus particulièrement sur les technologies photovoltaïques qui évoluent rapidement. Les différences entre les technologies photovoltaïques de première, deuxième et troisième génération seront décrites en insistant sur les questions techniques qui se posent dans une perspective de développement industriel et en faisant ressortir en quoi la science fondamentale peut soutenir cette évolution. Nous présenterons une comparaison économique des différentes technologies en mettant en perspectives l'énergie solaire en comparaison à d'autres sources énergétiques. Ceci permettra de tirer quelques conclusions sur le moyen et le long terme ce qui aidera à mieux comprendre les enjeux du débat actuel sur la transition énergétique.

Vidéo réalisée par la cellule Webcast CC-IN2P3 du CNRS

Conférence de Serge Haroche, membre de l'Académie des sciences, prix Nobel de physique 2012

Le prix Nobel de Physique 2012 a distingué des travaux sur le contrôle et la manipulation non destructive de particules de matière ou de lumière, réalisant au laboratoire certaines des expériences de pensée que les fondateurs de la théorie quantiques avaient imaginées, mais jugeaient pratiquement infaisables. David Wineland et son équipe du National Institute of Standards and Technology de Boulder étudient des atomes isolés et piégés en les manipulant à l'aide de lumière laser. Notre groupe de recherche, au laboratoire Kastler Brossel de l'Ecole Normale Supérieure, réalise en quelque sorte l'opération inverse : nous contrôlons sans les détruire des photons piégés entre deux miroirs ultra-réfléchissants en les mesurant à l'aide d'atomes traversant un à un le montage expérimental. Ces deux types d'expérience permettent de mettre en évidence la logique contre-intuitive du monde quantique. Elles nous ont en particulier conduit à préparer de petits systèmes de quelques photons dans des superpositions quantiques d'états appelés "chat de Schrödinger", par référence à la fameuse expérience de pensée que le physicien autrichien avait imaginée pour exprimer l'étrangeté du monde microscopique. Dans mon exposé, je présenterai de façon générale le contexte de ces travaux, j'évoquerai mon parcours dans cette exploration du monde quantique et je décrirai quelques expériences faites à l'ENS, avant de conclure sur les applications possibles de ces recherches fondamentales.

Vidéo réalisée par la cellule Webcast CC-IN2P3 du CNRS