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La lumière et ses interactions avec la matière

Au cours des dernières décennies, la recherche en physique a connu d’importantes avancées dans le domaine de l’interaction lumière-matière. Les lasers dit « extrêmes » ont ouvert de nouvelles perspectives pour la science et la technologie.

Première lumière en laboratoire, pour le spectrographe cryogénique de l'instrument SPIRou
Première lumière en laboratoire, pour le spectrographe cryogénique de l'instrument SPIRou

© IRAP / OMP / CNRS Images

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Parmi lasers extrêmes – puissants, à durée ultra-courte et à fréquence parfaitement calibrée, ceux à haute puissance ont été développés pour des applications telles que la fusion nucléaire inertielle. Ils offrent également la possibilité de remplacer les accélérateurs traditionnels par des accélérateurs laser-plasma. Ces derniers exploitent l’interaction entre un laser intense et un plasma pour accélérer les particules à des énergies élevées sur des distances réduites.

Outre la course à la puissance, la recherche se concentre sur les lasers à impulsions ultrabrèves, qui permettent d’explorer la physique à l’échelle de l’attoseconde (10-18 secondes) et ainsi d’accéder à la dynamique des électrons.

En parallèle, l’optique de haute précision a connu des progrès remarquables. Les Lidars (Light Detection and Ranging) utilisent des lasers pour mesurer avec précision les distances et les caractéristiques des objets et sont utilisés dans la surveillance de l’environnement.

Les techniques spectroscopiques permettent d’analyser la lumière émise ou absorbée par les objets, fournissant ainsi des informations précieuses sur leur composition, leur structure et leurs propriétés. En astronomie, la spectroscopie permet l’observation des spectres lumineux provenant d’objets lointains, afin de sonder leur composition chimique et leur évolution. En biologie, elle rend possible l’identification et l’analyse de molécules spécifiques, entrainant des avancées dans le diagnostic médical.

Découvrez l’étude de la lumière et de l’interaction lumière-matière dans les laboratoires du CNRS en images.

Mots clés : lumière, photon, particule, rayonnement, matière, spectres, atomes, radiations, spectroscopie, lasers, attoseconde, lidars

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A l'occasion des 50 ans de l'invention du laser, ce film retrace différents aspects de cette découverte scientifique qui révolutionne notre vie au quotidien. Le laser (Amplification de Lumière par Emission Stimulée de Rayonnement) s ' est imposé dans de très nombreux domaines comme les télécommunications, la chirurgie, la découpe de matériaux, les mesures de distance, la lecture de codes barres... , ce qui n ' avait pas été envisagé lors de sa mise au point. L ' histoire des…

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50 ans du laser (Les)
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A l'occasion des 50 ans de l'invention du laser, ce film retrace différents aspects de cette découverte scientifique qui révolutionne notre vie au quotidien. Le laser (Amplification de Lumière par Emission Stimulée de Rayonnement) s ' est imposé dans de très nombreux domaines comme les télécommunications, la chirurgie, la découpe de matériaux, les mesures de distance, la lecture de codes barres... , ce qui n ' avait pas été envisagé lors de sa mise au point. L '…

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50 ans du laser (Les) (version courte)
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En août 2009, le satellite Planck commençait ses observations de l'univers. En 2013, les images obtenues permirent aux scientifiques d'extraire des informations sur la structuration de l'univers, orientant en 2014, leur recherche vers l'étude de la polarisation. Cette propriété attribuée à la lumière est le dernier témoignage de l'interaction entre lumière et matière. François Bouchet, cosmologue et Jean-Loup Puget, astrophysicien font un rapport à mi-parcours sur les…

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Mission Planck : 2014 Voir l'invisible
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En août 2009, le satellite Planck commençait ses observations de l'univers. En 2013, les images obtenues permirent aux scientifiques d'extraire des informations sur la structuration de l'univers, orientant en 2014, leur recherche vers l'étude de la polarisation. Cette propriété attribuée à la lumière est le dernier témoignage de l'interaction entre lumière et matière. Les clichés obtenus grâce à Planck, fournissent un atlas de l'univers, de haute qualité, des zones de…

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Mission Planck : 2014 De nouveaux résultats
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Les miroirs les plus réfléchissants du monde se trouvent au Laboratoire des Matériaux Avancés (LMA) à Lyon. Ces miroirs demandent jusqu'à deux ans de travail avant d'intégrer un détecteur d'ondes gravitationnelles tel que LIGO ou Virgo. Éléments clés de ces détecteurs, ils sont parmi les optiques les plus précises jamais réalisées au monde. Chaque étape de leur traitement doit être accomplie dans des conditions de température, d'hygrométrie et de propreté rigoureusement contrôlées, afin d…

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Miroirs les plus parfaits du monde (Les)
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Mystérieux chefs-d'oeuvre anonymes du musée de Cluny, les six tapisseries qui composent la célèbre Dame à la licorne ont perdu une partie de leurs couleurs au fil des siècles et des restaurations. Venez découvrir comment les scientifiques du laboratoire Archéosciences de Bordeaux tentent d'en percer les secrets et de recréer les recettes médiévales des colorants, avec l'aide d'une teinturière.

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Enquête sur les couleurs de la Dame à la licorne
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Dans le cadre du projet scientifique Fiat Lux, les décors peints de la chapelle Notre-Dame-des-Fontaines sont étudiés par une équipe de chercheurs interdisciplinaires. Grâce à la LIBS, ils vont pouvoir déterminer les éléments chimiques qui composent la matière picturale parmi tous ceux du tableau périodique de Mendeleïev. De nombreux autres outils viennent accompagner ce projet, visant à appréhender et diffuser le patrimoine d'une nouvelle manière à l'ère du numérique.

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Fiat Lux, le patrimoine en lumière
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A la Cité internationale de la tapisserie d'Aubusson, des scientifiques étudient des oeuvres composées de fils de soie et de laine, colorés par des substances naturelles il y a plusieurs centaines d'années. Grâce à des méthodes qui leur permettent de remonter le temps, ils tentent de déterminer les recettes utilisées par les teinturiers de l'époque.

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Couleurs perdues d'Aubusson (Les)
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Issue du laboratoire Modèles et simulations pour l'architecture et le patrimoine (CNRS/Ministère de la Culture), la start-up Mercurio propose un scanner pour créer rapidement et de manière automatisée des modèles 3D réalistes d'objets d'art de toutes tailles, du vase à la sculpture. Un moyen inédit de valorisation des collections des musées.

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Mercurio
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À première vue, peu de choses affleurent à la surface de ce bloc de construction de deux mètres de long pesant une demie tonne. Le bloc de l'Alcazar, découvert à Marseille et conservé au Musée d'Histoire de la ville, est pourtant une curiosité sans équivalent. Eclairé sous une nouvelle lumière, c'est une partie de l'histoire de la Méditerranée d'il y a 2600 ans qu'il raconte alors… Il fait apparaitre des centaines de graffiti antiques superposés, de lettres, de silhouettes humaines et…

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Bloc d'Alcazar en lumière (Le)
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Dans la chapelle Notre-Dame-des-Fontaines, près de Nice, une équipe de chercheurs interdisciplinaires étudie des fresques datant du XVe siècle, pour en comprendre les mécanismes de dégradation et ainsi mieux les restaurer. Cette initiative s'inscrit dans le cadre du projet Fiat Lux, dont le but est de recueillir un nombre important d'images et d'informations pour les rassembler au sein d'une plateforme numérique. A l'aide de différentes techniques d'imagerie, ces…

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Peintures en pixels
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Portrait de Valentina Emiliani, lauréate de la médaille d'argent du CNRS 2021, directrice de recherche, responsable de l'équipe Microscopie à modulation du front d'onde à l'Institut de la vision, spécialisée dans la microscopie optique pour le vivant. " Après plusieurs années de recherche sur les propriétés optiques des structures à effet quantique, mes recherches sont aujourd'hui centrées sur le développement de méthodes optiques pour le contrôle des neurones par…

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Médaille d'Argent 2021 : Valentina Emiliani, chercheuse en physique
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En 2019, la médaille d'or du CNRS, l¹une des plus prestigieuses récompenses scientifiques françaises, distingue le physico-chimiste franco-norvégien Thomas Ebbesen. Ses travaux en nanosciences, interdisciplinaires, couvrent des domaines aussi divers que les sciences des matériaux carbonés, l'optique, la nano-photonique et la chimie moléculaire. Ses découvertes ont notamment permis des ruptures technologiques en optoélectronique, pour les communications optiques et les biocapteurs…

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Médaille d'or 2019 : Thomas Ebbesen, physico-chimiste
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Dans ce reportage-portrait, des scientifiques présentent le Médaillé d'or du CNRS 2019, Thomas Ebbesen et ses recherches. Cette prestigieuse récompense scientifique française, distingue le physico-chimiste franco-norvégien pour ses travaux en nanosciences, fortement interdisciplinaires, qui couvrent des domaines aussi divers que les sciences des matériaux carbonés, l'optique, la nano-photonique et la chimie moléculaire. Ses découvertes ont notamment permis des ruptures technologiques en…

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Thomas Ebbesen explorateur de lumière
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Découvrez les études derrière les chiffres du 6ème rapport du GIEC et les travaux de recherches de scientifiques qui contribuent à comprendre l'évolution du climat ainsi que son impact. Au printemps dernier, la France s'est couverte d'un fin voile orange, charrié par les vents sahariens : des poussières de sable. Le phénomène est donc banal sous les latitudes européennes. Ce qui l'est moins, c'est l'effet de ces poussières sur le climat. Un effet pas facile à mesurer, vu l…

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Déserts : Grains de sable dans la machine
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Portrait d'Emmanuel Lhuillier, médaille de bronze du CNRS 2022, chargé de recherche à l'Institut des nanosciences de Paris, spécialiste des nanocristaux colloïdaux pour des applications optoélectroniques, comme la détection des infrarouges. Entre chimie, physique et ingénierie, Emmanuel Lhuillier manipule des cristaux nanométriques colloïdaux, des nanoparticules dont la couleur change en jouant sur leur taille. Il utilise des nanoparticules de tellure de mercure qui absorbent…

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Médaille de bronze 2022 : Emmanuel Lhuillier, optoélectronique

CNRS Images,

Nous mettons en images les recherches scientifiques pour contribuer à une meilleure compréhension du monde, éveiller la curiosité et susciter l'émerveillement de tous.