Les interactions fondamentales que les physiciens ont comprises jusqu'au XXe siècle reposent sur la notion de champs de jauge. Initialement élaboré par H. Weyl comme une extension particulière de la Relativité Générale, ce cadre théorique nouveau a trouvé sa place en mécanique quantique puis en théorie des champs. Il a permis de modéliser et de réunir dans un même cadre conceptuel, au sein du modèle standard des particules élémentaires, toutes les interactions fondamentales connues à ce jour. L'exposé se propose de retracer l'évolution de cette idée et de montrer comment elle a changé notre concept de « forces à distance » en la notion d'« interactions entre particules ». Nous aborderons ainsi les principes sous-jacent à cette démarche, fondés sur la notion de symétrie, les avantages de cette approche, les problèmes soulevés, et les diverses formulations mathématiques, qui font l'objet de recherches actuelles.

Depuis les travaux d’Einstein sur la relativité générale au début du XXe siècle, nous savons que l’Univers ne peut pas être statique. L’espace est en expansion ou en contraction.
L’observation montre que les galaxies s’éloignent toutes les unes des autres avec une vitesse proportionnelle à leur distance, c’est la loi d’expansion de Hubble-Lemaitre.
De nombreuses observations n’ont fait que confirmer la théorie du « Big Bang », où l’Univers commence dans un état extrêmement chaud et concentré : la nucléosynthèse primordiale des éléments légers comme l’hélium ou le deutérium, la détection du fond cosmique micro-onde, corps  noir à 3°Kelvin, la découverte d’infimes fluctuations de densité dans ce fonds micro-onde,
400 000 ans après le Big-Bang, qui vont donner naissance aux galaxies. Depuis 1998, nous savons que l’expansion de l’Univers s’accélère, à cause d’une mystérieuse énergie noire.
Les grandes structures de l’Univers proviennent-elles des fluctuations quantiques du vide, rendues macroscopiques grâce à l’inflation originelle ?

Trois des quatre forces fondamentales de la nature sont décrites par la mécanique quantique avec une précision redoutable. La gravité quant à elle semble obéir à des règles différentes et incompatibles. La physique est ainsi aujourd'hui séparée en deux grandes théories qui décrivent bien le monde dans leurs domaines respectifs mais ne peuvent par principe en saisir l'ensemble.

Face à cette situation désagréable, les physiciens ont cherché depuis presque 50 à quantifier (c'est à dire à rendre quantique) la force gravitationnelle. Théorie des cordes et gravité quantique à boucle sont des exemples de telles tentatives. Face à la difficulté de ces entreprises et en l'absence de résultats expérimentaux, une alternative écartée il y a 50 ans est de nouveau considérée : et si la gravité était tout simplement différente ? Dans ce second cas, il faudrait malgré tout comprendre comment recoller les morceaux d'une gravité non quantique et d'une matière qui l'est. Cette tâche a longtemps semblé théoriquement impossible.

Notre objectif sera de comprendre les arguments en jeu, de voir comment ils peuvent être contournés théoriquement et les modèles obtenus finalement testés. Finalement, on cherchera à savoir si l'option d'une gravité fondamentalement non quantique est envisageable.

Illustration "semiclassical analogy", crédit : Antoine Tilloy

John Goodenough, Stanley Whittingham et Akira Yoshino sont les récipiendaires du Prix Nobel 2019 en Chimie pour le développement des batteries lithium-ions. Dans la justification du prix par le comité Nobel, il est noté que ces chercheurs « ont créé les bonnes conditions pour une société sans fils et sans combustibles fossiles et ont ainsi apporté le plus grand bénéfice à l’humanité ».

Dans cette présentation, nous présenterons le fonctionnement des batteries électrochimiques, l’historique de leur développement, les principales applications (ordinateurs et téléphones portables, véhicules électriques, mais aussi stockage d’énergie solaire ou éolienne) et enfin les problèmes à résoudre ainsi que quelques recherches en cours.

Inscriptions : https://www.cppm.in2p3.fr/confCPPM.php