Depuis le début du siècle dernier, l’astronomie s’est considérablement enrichie en étendant la gamme en longueur d’onde aux ondes radio et aux rayons X et gamma à haute énergie. Depuis une dizaine d’années, nous assistons à une révolution dans notre façon de faire de l’astronomie en ajoutant les ondes gravitationnelles, les neutrinos et les rayons cosmiques. Ces messagers sont les signaux des quatre grandes forces qui régissent notre Univers : les rayonnements électromagnétiques, les ondes gravitationnelles, les neutrinos et les rayons cosmiques (e.g. les protons et les noyaux). Lors d’événements cataclysmiques dans l’Univers (l’explosion d’une étoile massive en fin de vie, une fusion d’étoiles à neutrons ou de trous noirs, etc.), une quantité gigantesque d’énergie est émise dans ces différents messagers. Chaque messager amène une partie de l’information comme dans un puzzle. La détection simultanée de ces messagers permet d'acquérir différentes informations sur les sources et ainsi de compléter ce puzzle géant.

Cette astronomie multi-messagers est encore à son balbutiement mais les premiers résultats sont extraordinaires. En août 2017, les interféromètres LIGO et Virgo ont détecté une onde gravitationnelle, GW170817, provenant d’une fusion de deux étoiles à neutron dans la galaxie NGC 4993. Une contrepartie électromagnétique a été détectée 1,7 secondes après en rayon X-gamma par les satellites INTEGRAL et Fermi puis 11 heures après par des télescopes optiques au sol. Rapidement, cet événement est devenu une des sources transitoires la plus étudiée à ce jour. Toujours pendant l’été 2017, IceCube, un télescope à neutrino géant, a annoncé la détection d’un signal de neutrinos de haute énergie en provenance d’un noyau actif de galaxie, TXS 0506+056. Juste après, cette source a aussi été vue en rayons gamma au-dessus de 100 MeV par le Fermi-LAT et au-dessus de 100 GeV par le télescope Cherenkov MAGIC. Ces deux premiers exemples nous montrent clairement la voie à suivre pour développer l’astronomie du futur qui nécessite une collaboration mondiale de tous les chercheurs en astronomie reliés en temps réel quelque soit l’endroit sur Terre.

Illustrations : An artist’s impression of a blazar. Image credit: DESY / Science Communication Lab.

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

Appliquant un principe Copernicien, on peut penser que la vie, y compris intelligente, est très répandue dans l’Univers. Ainsi, de nombreuses civilisations technologiques ont pu émerger bien avant la nôtre et donc disposer de tout le temps nécessaire pour explorer et même coloniser la Galaxie. Se présente alors le paradoxe posé par le grand physicien E. Fermi dès 1950 : « Où sont-elles ? ». C’est un sujet qui peut paraître amusant mais qui peut être pris très au sérieux (ou bien un sujet sérieux que l’on peut trouver amusant d’aborder). Le but de cette conférence est d’essayer de faire le point sur cette question qui est en fait très complexe, à partir de la vaste littérature sur le sujet. Celle-ci s’est enrichie récemment à la suite des dernières découvertes sur les exoplanètes, les travaux en exobiologie, l’histoire de la Galaxie, etc. On verra que, si certaines solutions au paradoxe sont assez simples (et frustrantes), d’autres nous interpellent quant à l’avenir d’Homo Sapiens.

La mission spatiale européenne Gaia observe depuis 2014 plus d'un milliard d'étoiles de la Voie lactée et mesure leurs positions, distances, mouvements et propriétés physiques avec une précision inégalée. Gaia apporte ainsi une moisson inédite d’informations sur notre Galaxie, permettant une étude détaillée de sa structure en trois dimensions, de sa cinématique, de son origine et de son évolution. Je présenterai comment Gaia nous fourni ces données et comment elles sont en train de révolutionner nos connaissances de la Voie lactée.

Crédit de l'illustration : ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

Physique attoseconde...
Atto vient de "atten" en danois, ce qui signifie dix-huit. Une attoseconde est 0, 000 000 000 000 000 001 s. Depuis le début du millénaire, les physiciens savent comment générer des impulsions lumineuses de durée attoseconde permettant ainsi d’avoir accès à cette échelle temporelle incroyablement courte. Une nouvelle physique s'ouvre, celle de la dynamique "ultra-rapide" des électrons dans la matière. La durée des impulsions attosecondes est du même ordre de grandeur que, par exemple, le temps caractéristique de l'effet photoélectrique, précédemment considéré comme instantané. Les impulsions attosecondes peuvent être utilisées comme flashes d'une caméra ultra-rapide pour capturer le mouvement des électrons. Dans ce régime, cependant, les électrons en mouvement ne sont pas seulement des particules mais aussi des ondes et pour les caractériser, il faut mesurer leur amplitude et leur phase (la position des maximas de l’onde). En tant que physiciens, nous nous approchons lentement de l’un de nos rêves : suivre en temps réel l’évolution d’un paquet d’ondes de mécanique quantique.

Légende de l'illustration : Exemple de mesure de dynamique attoseconde

Résumé :

La Lune est un corps planétaire qui a préservé beaucoup de vestiges de son histoire géologique très ancienne, ce qui en fait un objet essentiel pour comprendre l'histoire des planètes solides (Terre, Vénus, Mars et Mercure). Nos connaissances sur la Lune ont beaucoup progressé grâce aux missions d'exploration in situ du programme Apollo entre 1969 et 1972 et grâce aux sondes orbitales: Clémentine (1994), Lunar Prospector (1998-1999), SELENE (2007-2009), Chandrayaan-1 (2008-2009) et LRO (en cours). Cependant beaucoup de questions fondamentales restent posées à propos de sa formation et de son évolution, notamment sur la mise en place de la croûte et le volcanisme. La Lune est un objet plus complexe qu’il n’y parait. Aujourd’hui, un retour sur la Lune est nécessaire pour faire de nouvelles avancées scientifiques. Cette exploration future de la Lune par des robots et des humains présente des défis technologiques qu’il nous faut relever si l’on veut aussi explorer un jour la planète Mars. Au cours de la conférence on fera le point sur les questions importantes qui se posent encore et sur les méthodes d’exploration qui seront employées dans le futur pour y répondre.

Résumé :

La présentation du 21 juin à Marseille est le résultat d’un travail en équipe de 4 chercheurs physiciens de l’ESPCI et d’un ouvrage construit autour de 3 mots quotidien, merveilleux et élégance.

Nous avons  recherché dans un quotidien proche de nous des constructions humaines ou naturelles dont l’élégance nous a émerveillés et souvent surpris. Une banale boulette de papier froissé cache ainsi dans la circonvolution de ses plis qui paraît chaotique au premier abord mais qui cache une forme d’universalité. Saviez-vous que nos batteries du futur pourraient être équipées de nano-boullettes de graphène (une feuille monoatomique de carbone) ?

Chacune de nos « petites histoires » est généralement le fruit de rencontres avec des collègues scientifiques, mais également des artisans ou des artistes : couturière de génie, maître plisseur, violoncelliste, souffleur de verre… 

Nous avons enfin privilégié une approche expérimentale et l’observation. Chacun des 35 exemples présentés est ainsi complété d’une expérience illustrée réalisable chez soi.

Nous proposons de discuter quelques exemples : nous froisserons, plierons, déchirerons, gonflerons. Au-delà d’expériences de démonstrations, nous présenterons des expériences développées actuellement dans notre équipe.

Référence : Livre "Du merveilleux caché dans le quotidien, la physique de l’élégance" (Flammarion 2018)
José Bico, Etienne Guyon, Etienne Reyssat et Benoit Roman
Illustrations des expériences par Naïs Coq

Le livre a reçu le Prix Roberval Grand public 2018 et le prix "Le goût des sciences" du ministère de la Recherche donné dans le cadre du Salon du Livre (2019)

Résumé :

Les neutrinos sont des particules élémentaires produites en quantité et interagissant extrêmement peu avec la matière. Une fois créés ils vont donc se propager sur des distances considérables sans être absorbés, ni même perturbés. Cela a 3 conséquences : la population de neutrinos est la plus abondante population de particules de matière dans l’univers - Ils sont des témoins uniques des processus qui les ont engendrés - Ils ne vont pas nous révéler facilement leur histoire car ils vont traverser tous les détecteurs qu’on tentera de leur interposer en ne laissant (presque) aucune trace.

Nous parlerons de ce « presque », qui n’en finit pas d’instruire les physiciens.

Nous fêterons la naissance de la toute jeune astronomie neutrino, quand le 22 septembre 2017 un détecteur enfoui sous les glaces du pôle sud a capté un neutrino d’une énergie colossale provenant d’un trou noir géant à l’appétit vorace… situé à 4 Milliard d’années lumière. Plus proche de nous (pas difficile) nous verrons comment les flux intenses de neutrinos émis par les réacteurs nucléaires permettent d’atteindre une haute précision de mesures pour sonder un monde encore inexploré, celui des neutrinos stériles.

Crédit : DESY, Science Communication Lab.

Posters, en accès libre, dans la limite d'une utilisation non lucrative : http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/expositions/expo-neutrinos.aspx