Le fourtout d'Olivier

Cette lettre que j'aurai probablement du rédiger en anglais, est ma réponse a une question que l'on m'a récemment posé en des termes qui m'ont interloqués et en même temps stimulés. 

La question fut jetée ainsi par un ingénieur dont je cacherai le vrai nom et nomerai simplement M. Jourdain:
"La physique quantique c'est quoi? C'est une theory fondementale qui n'a finalement aucune application et qui sert à rien, non?"
 

                 Fig 1 :   matrice CCD

Autre type d’appareil fonctionnant de manière similaire aux cameras CCD, les détecteurs de rayonnement infrarouge particulièrement prisés par l’armée mais qui sont également utilisés dans le monde industriel, par exemple pour surveiller le niveau de pétrole à l’intérieur des conteneurs. 

On les retrouve aussi devant les portes automatiques des magasins afin de détecter l’arrivé d’une personne ou associés aux urinoirs publiques pour déclenché au bon moment la chasse d’eau. 

Les cellules solaires :

Celles-ci fonctionnent sur le principe inverse des capteurs. C'est-à-dire que le courant appliqué est transformé en rayonnement lumineux par les diodes. Des LED on en retrouve virtuellement partout, des voyants lumineux sur la majorité de appareils électriques pour indiquer leur mise en fonctionnement jusqu’aux nouveaux phares des voitures en passant par l'éclairage de certains magasins ou immeubles branchés.
                                 

Ce sont en quelques sortes des LED dont les caractéristiques ont été modifiées afin de rendre la lumière émise quasiment monochromatique et cohérente. On les retrouve dans tous les lecteurs/graveurs de CD/DVD et les pointeurs. Elles sont également en train de révolutionner le monde des télécommunications. Les communications intercontinentales se font maintenant optiquement. Les flux d’Internet voyagent via fibres optiques qui transportent les signaux lumineux produit par ces diodes lasers (des cables de fibres optiques traversent de part en part l’océan atlantique).

Voila monsieur Jourdain, tous ces objets fonctionnent sur des principes établis dans le cadre de la physique quantique. 

à venir: plus de détails sur le fonctionement de ces appareils et en quoi la nature quantique de  la physique joue un role.

Un petit mot simple d'abord sur ce que veux dire Quantique:

Quantique vient de quantité, càd que certaines grandeurs varient par paquet entier et non pas continument. On observe des sauts dans la valeur de ces grandeurs et les valeurs intermédiaires ne sont pas permises. L'energie par exemple est quantifié.



Ce phénomène n'est pas habituel, il heurte notre sens commun. Néanmoins les musiciens connaissent bien des phénomenes de quantification quand ils jouent les harmoniques d'une corde. Ils doivent pincer ou percuter la corde en sa moitié ou en des divisions entières (1/3, 2/5 etc).
Les autres valeurs ne produisant que des grincements ou autres sons barbares ! Les seules oscillations ou ondes stationnaires possibles sont celles qui laisse la corde immobile aux extémités. Conditions imposées au départ car la corde est fixée à chaques bouts. La quantification provient donc du fait que le milieu (la corde) impose certaines contraintes aux oscillations ( un noeud aux extrémités). 
Seul les ondes satisfaisant à ces contraintes seront possibles. Ce sont les modes de vibration de la corde aussi appelé harmoniques.

Maintenant il se passe exactement la même chose au niveau atomique. Dans un atome d'hydrogène, l'unique électron est piégé par un proton. C'est à dire que l'électron est contraint à rester au voisinage du proton à cause de la force électromagnétique qui est attractive. L'électron se comportant comme une onde, ces contraintes forcent l'électron à osciller sur certains modes et les autres ne sont plus permis. Chaque mode a sa propre énergie. L'énergie de l'atome d'hydrogène est donc quantifié.