Revue de presse

 

Lettre scientifique et technologique de Basse Normandie

26 janvier 2004 – Diffusion ADIT

Portrait - Finale des Olympiades de Physique : brillante prestation de trois lycéens d'Hérouville Saint-Clair

Ils s'appellent Chloé Leroux, Alexandre Devos et Antoine Mottier. Lycéens en terminale scientifique au Lycée Salvador Allende d'Hérouville Saint-Clair dans le Calvados, ils ont reçu le prix "Physique et Histoire" lors de la Finale des Olympiades de Physique qui se sont déroulées fin janvier à Paris, dans ce lieu exceptionnel qu'est le Musée des Arts et Métiers. Avec le soutien de la société Eldim, cette équipe, managée par René Cavaroz et la jeune professeur de physique Anne Piet, a présenté, sous le regard intéressé de Claude Cohen-Tannoudji, prix Nobel de Physique, une expérience permettant d'évaluer la vitesse de la lumière.

"Nous avons remis au goût du jour l'expérience d'Hippolyte Fizeau en utilisant un matériel différent de celui dont il disposait alors", explique Antoine Mottier qui rappelle que ce physicien travaillait à l'Observatoire de Paris. En 1849, il décide de réaliser une expérience pour mesurer la vitesse de la lumière. Dans sa maison de Suresnes, près de Paris, il installe alors une lunette qui, à l'aide d'un jeu de miroirs, permet d'envoyer à Montmartre, situé à plusieurs kilomètres, un rayon lumineux, produit par une lampe à gaz oxygène hydrogène. Sur la fameuse Butte se trouve une seconde lunette dont le foyer a été remplacé par un miroir. Complété par une roue dentée tournant rapidement, ce dispositif va lui permettre d'obtenir une valeur de 315 000 km/s, un résultat tout à fait correct compte tenu des moyens techniques de l'époque.

Une expérience inspirée de celle de Fizeau
Ils étaient en classe de première S quand ces trois lycéens ont décidé de travailler ensemble sur la mesure de la vitesse de la lumière dans le cadre de leur TPE (Travaux Personnels Encadrés). "Notre objectif était d'étudier les différentes méthodes permettant la mesure de la célérité de la lumière et de pouvoir élaborer notre propre expérience", résume Alexandre Devos. Dans le courant de l'année 2003, ils font la connaissance de René Cavaroz. Correspondant du CLEA (Comité de Liaison Enseignants Astronomes) pour la Basse-Normandie, ce jeune retraité, ancien proviseur de lycée et professeur de physique, se dépense sans compter pour mieux faire connaître la science auprès du public, et notamment des jeunes. "A la recherche d'équipes candidates en Basse-Normandie pour participer aux Olympiades de Physique 2004, j'ai entendu parler de ces trois jeunes du lycée Allende d'Hérouville Saint-Clair qui travaillaient sur la vitesse de la lumière", se rappelle René Cavaroz. Chloé, Alexandre et Antoine acceptent aussitôt sa proposition. "Nous savions que ce travail nous permettrait d'acquérir de l'expérience aussi bien dans la présentation orale que dans la maîtrise de l'informatique".

Ils entament alors des recherches sur l'aspect historique du sujet. La vitesse de la lumière, tout le monde semble en avoir entendu parler. Nombreux sont ceux qui connaissent sa valeur : 300 000 km/s. En revanche, ils sont peu à savoir quelles sont les méthodes qui ont été imaginées au cours des siècles précédents pour réaliser cette mesure. Au fil de leurs recherches qui les conduit plus particulièrement au Musée des Arts et Métiers à Paris en février 2003, durant les vacances scolaires, ils découvrent Hippolyte Fizeau et l'expérience qu'il a réalisé au milieu du XIXème siècle. Ils vont s'en inspirer pour élaborer leur travail expérimental. Leur roue dentée sera un hacheur, ou déflecteur acousto-optique, composé d'un cristal d'oxyde de tellure qui diffracte et coupe le faisceau produit par la source lumineuse, un laser vert (547 nm). Pour que ce hacheur découpe le rayon laser à une fréquence variable, il faut également un générateur de fréquences. Enfin, tout comme dans l'expérience de leur célèbre prédécesseur, les trois lycéens d'Hérouville utilisent un miroir comme surface réfléchissante. Entreprise de métrologie optique installée à Caen, Eldim accepte de les aider notamment en leur fournissant tout le matériel dont ils ont besoin. L'expérience peut alors commencer.

Une découverte de la recherche au quotidien
"Notre expérience nécessite beaucoup de précision dans les réglages et la disposition du matériel. L'alignement entre le laser, le déflecteur acousto-optique et le miroir est particulièrement délicat et reste primordial pour le rendu de l'expérience", souligne Chloé Leroux. Aussi l'équipe bas-normande va-t-elle devoir consacrer beaucoup de temps à élaborer un système de socles et de cales pour faciliter ces différents réglages. Une panne au niveau de la prise d'alimentation du déflecteur acousto-optique, c'est-à-dire du hacheur, va les retarder. "Ils ont découvert ce qu'est la recherche au quotidien avec ses échecs, ses réussites, ses moments de doute. Mais comme ils maîtrisaient parfaitement la partie technique, ils ont su franchir tous les obstacles au cours de cette aventure", déclare René Cavaroz qui se souvient avec émotion de la dernière semaine avant les Olympiades de Physique, "un moment très intense".

La véritable récompense de ce travail ? Peut être quand Claude Cohen-Tannoudji, le prix Nobel de Physique, demande à cette équipe quelques explications sur leur expérience. "Le rayon laser passe dans le premier hacheur. Il réfléchit un espace diffracté que l'on voit clignoter dans un second hacheur. Nous allons alors chercher à déterminer les éclipses de ce petit point lumineux grâce à notre photo-diode. Il suffit de faire varier la fréquence jusqu'à obtenir un minimum de lumière... ". Les trois lycéens se complètent parfaitement dans cette présentation suivie attentivement par ce grand homme de science. "Grâce à cette fréquence, nous allons pouvoir calculer la célérité de lumière qui, dans notre expérience, est égale à quatre fois la distance aller jusqu'au miroir. Au cours de la dernière mesure que nous avons effectuée, nous avons obtenu une fréquence de 1,704 MHz. La valeur que nous avons trouvée présente donc un décalage de trois pour mille par rapport à la valeur actuelle", conclut Antoine Mottier. "Depuis 1983, la vitesse de la lumière est une grandeur fondamentale conventionnelle, 299 792 458 m/s exactement, qui sert à définir le mètre", précise René Cavaroz.

 

Echange et dialogue entre générations
Claude Cohen-Tannoudji pose quelques questions et regarde les trois lycéens achever leur présentation dans la plus parfaite décontraction, comme s'ils avaient toujours fait cela. A cet instant précis, peut être repense-t-il à cette époque où lui-même était lycéen... Pour Chloé, Alexandre et Antoine, la bac sera la prochaine étape. Après ? Chloé n'a pas encore tranché entre physique/chimie et médecine. Alexandre est attiré par la biologie marine. Antoine, lui, veut devenir journaliste scientifique et souhaite pour commencer acquérir une solide formation universitaire en biologie. Encore bravo et bonne chance pour la suite. Quant à René Cavaroz, il prépare déjà l'édition 2005 des Olympiades de Physique et fourmille d'idées. Un bel exemple à méditer pour tous les retraités en manque de projets.

Comité de Liaison Enseignants Astronomes (CLEA) - René Cavaroz

 

Réception à l’Abbaye aux Dames à Caen
le jeudi 19 février 2004