Colloquium 2012

Water at ambient conditions exists close to phase coexistence between liquid and vapor and between liquid and crystal. As such, mesoscopic manifestations of these three phases can appear in response to interfacial perturbations. For example, hydrophobic forces appearing in biophysical contexts reflect modulation of the liquid-vapor transition, and in some cases appear as if in a nano-scale steam engine. Polyamorphism of cold or confined water reflects modulation of the liquid-ice transition, in this case trapping water at conditions far from equilibrium. This lecture will describe aspects of these phenomena, and also point to related issues relevant to the chemistry of water at metal surfaces.

L’astrochimie est une discipline reconnue de l’astrophysique. L’observation de nombreuses molécules « complexes » dans de nombreux objets astronomiques permet non seulement de caractériser ceux-ci mais donne accès à des informations fondamentales sur certains processus clefs de l’astrophysique moderne : effondrement des nuages moléculaires, formation des étoiles et des disques protoplanétaires, conditions physico-chimiques de formation de planètes… L’astrobiologie n’en n’est pas au même stade : le grand éparpillement thématique lié à la complexité des phénomènes, la focalisation parfois trop spécialisée sur certains aspects secondaires et la propension à la surenchère médiatique ne favorise guère la réputation scientifique d’une discipline mal établie.

Pourtant, il est un sujet que l’astrobiologie considère assez peu et qui pourtant en commande l’intérêt. Ce sujet est celui de l’origine de la vie sur la Terre, problème considéré comme « trop » complexe pour pouvoir être abordé dans son détail. Les lois physiques et chimiques qui régissent l’astrochimie sont, par essence, déterministes. Il est donc à priori possible de bâtir un scénario astrophysique qui permettrait de déboucher sur l’émergence de la vie sur Terre tout en s’appuyant sur des expériences de laboratoire.

Toutefois, cette approche bute rapidement sur les lois de la complexité. Si les molécules interstellaires observées dans l’espace par la radioastronomie sont indéniablement compliquées, elles ne peuvent pas être qualifiées de complexes ni même issues de processus complexes, un adjectif qui a une signification scientifique précise. Pour tourner cette difficulté qui apparaît dés que la complexité moléculaire s’installe, je proposerai une approche systémique du problème et montrerai que l’emploi d’expériences non dirigées (des simulations), aussi appelée parfois « chimie systémique » peut permettre une réelle avancée du problème concernant la chimie prébiotique, dans un cadre issu de l’astrophysique tout en respectant la thermodynamique et l’approche physico-chimique. J’expliciterai ensuite quels sont les obstacles épistémologiques qui s’opposent à la transition de l’inanimé au vivant et les méthodes à employer pour tenter de franchir ces obstacles.

Note : ce séminaire, sans être de « vulgarisation », peut être considéré d’intérêt général

En général, la mesure d’une variable dynamique d’un objet quantique, comme sa position ou son impulsion, perturbe l’état de cet objet de manière imprévisible. Les lois régissant cette perturbation sont bien connues dans le cas d’une mesure projective. Toutefois, en pratique, la plupart des mesures quantiques sont constituées d’un ensemble de mesures faibles se succédant de manière continue, itérées pendant une durée suffisante pour constituer collectivement une mesure forte. Si la série de mesures faibles est effectuée en utilisant un amplificateur limité quantiquement, le système mesuré reste pur à tout moment et son évolution stochastique peut être reconstituée à partir de l’enregistrement de la sortie de la chaîne amplificatrice. Nous mettons en évidence cette propriété inattendue en utilisant un bit quantique supraconducteur lu de manière dispersive par un signal microonde traversant une cavité couplée au bit quantique.

L'avènement du concept d'échographie ultrarapide capable d'atteindre des cadences de plusieurs milliers d’images par seconde est en train de bouleverser le domaine de l'imagerie ultrasonore médicale. Introduit par notre équipe, ce concept arrive aujourd'hui à maturité. il permet ainsi d'observer la propagation mécaniques à l'intérieur des organes, ondes dont la vitesse est reliée à la dureté locale, et donc d'obtenir une carte quantitative de la dureté des tissus avec une résolution millimétrique. la présentation montrera l'intérêt de cette quantification des propriétés mécaniques des tissus pour le diagnostic de nombreuses pathologies (cancer du sein, fibrose hépatique,...). En élargissant le concept d'échographie ultrarapide à l'étude des flux sanguins, une technique d'imagerie vasculaire par ultrasons 100 fois plus sensible que l'imagerie Doppler conventionnelle a vu le jour récemment. Elle permet ainsi pour la première fois de détecter par ultrasons les flux sanguins dans de très petits vaisseaux du cerveau, flux dont les variations subtiles sont liées à l’activité cérébrale. Ces résultats introduisent le concept de fUltrasound (fUS) par analogie à l'imagerie de résonance magnétique fonctionnelle (fMRI). Les applications du fUS sont elles aussi importantes par leur portée dans les domaines des neurosciences, des sciences cognitives ou encore de l'imagerie cérébrale clinique. Nous ferons enfin le point sur le développement actuel des ultrasons focalisés pour le traitement non invasif des pathologies cérébrales.

Différents types de non linéarités sont présents dans le fonctionnement intime des instruments de musique à vent. Une non linéarité localisée à l'entrée de l'instrument - sous l'extrémité de l'anche de clarinette, entre les lèvres vibrantes du tromboniste - est essentielle pour la création du son. Dans sa description la plus simple, l'instrument à vent peut être assimilé à un système bouclé non linéaire instable en oscillations libres. Ce système est constitué de deux éléments : l'élément non linéaire localisé à son entrée et un second élément linéaire décrivant les phénomènes de propagation acoustique dans l'instrument lui-même. Comme indiqué plus haut, une description linéaire de la propagation acoustique dans l'instrument à vent est raisonnable pour modéliser son fonctionnement. Néanmoins il existe un mode de jeu pour lequel il est indispensable de prendre en compte le phénomène de propagation acoustique non linéaire : le jeu à fort niveau sonore des instruments de type cuivre, parfois appelé « jeu cuivré » dans le jargon des musiciens. De plus ce phénomène est sans doute un moyen de différencier, voir de classer, les différents cuivres entre eux. Le sujet traité lors de l'exposé sera l'occasion d'aborder les théories de propagation acoustique non linéaire en fluide léger et en guides d'ondes 1D. Par ailleurs de nombreuses illustrations sonores agrémenteront le propos.

I will discuss the predictions of the theory which explains the observed galaxies, clusters of galaxies et. cet. as originated from quantum gravitational fluctuations which were amplified in the very early universe during the stage of cosmic acceletation (inflation). I will compare these predictions with the results of the recent experiments on the measurements of the cosmic microwave background fluctuations and will discuss the future experiments.

An electron injected into liquid helium forces open a small cavity of diameter 4 nm referred to as an "electron bubble". In this talk I will describe experiments in which we study the properties of these unique nanostructures. We have used an ultrasonic technique to make movies showing the motion of individual electrons. In other experiments, we have discovered that some electron bubbles are smaller than the normal electron bubble. We will discuss the ideas that have been put forward to explain the possible structure of these objects.

L'effet Casimir est une prédiction de la théorie quantique des champs, à l’interface avec des problèmes ouverts de la physique fondamentale comme le problème de l'énergie du vide ou les tests de la loi de gravité à courte distance. L’expression simple et universelle écrite par Hendrik Casimir correspond à une idéalisation qui ne décrit pas les expériences réelles. Les effets de la réflexion imparfaite des miroirs, des fluctuations thermiques, de la géométrie plan-sphère utilisée dans les expériences précises sont de mieux en mieux pris en compte. Des progrès sont encore nécessaires en ce qui concerne le rôle des irrégularités des surfaces (rugosité et potentiel).On présentera l’état actuel de la comparaison entre théorie et expériences portant sur la force de Casimir entre miroirs métalliques et on insistera sur quelques points qui ne sont pas encore résolus, après des années d’améliorations à la fois théoriques et expérimentales.

A popular image persists of Albert Einstein as a loner, someone whoavoided the hustle and bustle of everyday life in favor of quiet contemplation. Yet Einstein was deeply engaged with politics throughout his life; indeed, he was so active politically that the U.S. FBI kept him under surveillance for decades, compiling a 2000-page secret file on his political activities. His most enduring scientific legacy, the general theory of relativity -- physicists' reigning explanation for gravity and the basis for nearly all our thinking about the cosmos -- has likewise been cast as an austere temple standing aloof from the all-too-human dramas of political history. But was it so? This talk focuses on one of the most sensitive tests of general relativity ever conducted -- the "time delay test" -- and explores its surprising linkages to the politics and technologies of the Cold War.