LES TESTS ET EFFETS DE LA PHYSIQUE QUANTIQUE

Depuis son émergence dans les années 1920, la Mécanique Quantique n'a cessé d'interpeller les physiciens par le caractère non intuitif de nombre de ses prédictions. On connaît l'intensité du débat entre Bohr et Einstein sur cette question. Le caractère incontournable de la Mécanique quantique au niveau microscopique est très vite apparu évident, puisque cette théorie fournit une description cohérente de la structure de la matière. En revanche, un doute pouvait subsister sur la validité au niveau macroscopique de prédictions étonnantes comme la dualité onde particule, ou les corrélations à distance entre particules intriquées. Après la publication des inégalités de Bell, en 1965, on a réalisé que les prédictions de la Mécanique quantique sur ces corrélations à distance étaient en contradiction avec la vision du monde (réalisme local) défendue par Einstein, et qu'il devenait possible de trancher ce conflit par des tests expérimentaux. Les expériences réalisées depuis plus de deux décennies avec des paires de photons corrélés ont confirmé de façon indubitable la justesse des prédictions quantiques, et donc la nécessité de renoncer à certaines images plus intuitives défendues par Einstein. Ces travaux très fondamentaux débouchent aujourd'hui sur des applications inattendues : cryptographie quantique, ordinateur quantique...

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Paris, 17 juin 2013

De nouvelles molécules photovoltaïques minimalistes et efficaces

Quelle est la molécule la plus simple capable de transformer l'énergie solaire en électricité ? Telle est la question que s'est posée une équipe de l'Institut des sciences et technologies moléculaires d'Angers (Moltech-Anjou, CNRS/Université d'Angers). Les chercheurs ont montré que des molécules extrêmement simples, produites en peu d'étapes avec de très bons rendements de synthèse, peuvent devenir des alternatives crédibles aux molécules plus complexes et aux polymères utilisés pour la fabrication de cellules solaires organiques. Leurs travaux, publiés en ligne dans Advanced Functional Materials et Chemistry : A European Journal, ont permis d'obtenir des molécules de faible poids moléculaire ayant un rendement électrique supérieur à 4 %. Ils montrent ainsi que grâce à l'optimisation de molécules simples on pourra passer de la recherche fondamentale à la production industrielle de dispositifs solaires fabriqués à partir de molécules organiques.
Depuis les années deux mille, une intense compétition internationale vise à produire, à partir de molécules organiques, des cellules solaires aux performances comparables à celles des cellules en silicium des panneaux solaires commercialisés aujourd'hui. En effet, les cellules photovoltaïques organiques devraient être moins chères à produire, et pourraient en outre ouvrir de nouvelles applications.

Deux voies sont actuellement à l'étude dans le photovoltaïque organique : la plus répandue repose sur l'utilisation de polymères. Cependant, ces matériaux sont composés de chaînes macromoléculaires de différentes longueurs ce qui peut engendrer des problèmes de reproductibilité de leurs propriétés électroniques. Une autre voie ouverte par la même équipe de l'Institut Moltech-Anjou en 2005 et reprise depuis par de nombreux laboratoires, consiste à utiliser des molécules organiques solubles de structure parfaitement définie. Cette voie a permis d'obtenir récemment des rendements de conversion électrique de plus de 7 %, proches de ceux des cellules à base de polymères (8-9 %).

Cependant, ces molécules relativement complexes sont difficiles à produire : les plus performantes nécessitent jusqu'à 12 étapes de synthèse avec un rendement global inférieur à 0,10 % difficilement compatible avec une production à l'échelle industrielle. Voilà pourquoi les chercheurs de l'Institut Moltech-Anjou ont décidé d'intégrer dans la conception de nouvelles molécules, les contraintes propres à l'industrie, en termes de rendement de synthèse, de coût, et de respect de l'environnement.

Le premier pas de leur démarche a consisté à rechercher les molécules les plus simples présentant un effet photovoltaïque intéressant. Ils ont ainsi choisi de travailler sur une famille de molécules à base de triarylamines, qui peuvent être synthétisées en peu d'étapes. Ils ont ensuite cherché à optimiser certaines propriétés de ces molécules : capacité d'absorption de la lumière, niveaux d'énergie, stabilité ou encore mobilité des charges électriques. A partir de ces structures minimalistes, ils ont réalisé un travail d'ingénierie moléculaire en ajoutant, selon les besoins, certains types de liaisons ou de groupements chimiques.  

Ils ont ainsi développé des molécules de faible masse moléculaire dont le rendement de conversion électrique est d'environ 4 %. C'est l'un des rendements les plus élevés obtenus avec des molécules de structure aussi simple. Ces molécules peuvent être synthétisées avec d'excellents rendements. Ces recherches qui bénéficient du soutien de groupes industriels se poursuivent afin d'améliorer à la fois les performances des cellules photovoltaïques et les procédés de synthèse. L'un des objectifs est de limiter l'utilisation de réactifs ou de solvants toxiques et de catalyseurs coûteux afin que ces molécules puissent s'intégrer à des dispositifs photovoltaïques pouvant être fabriqués à grande échelle.

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Paris, 28 octobre 2013

Le « leviton », une onde électronique silencieuse

Des physiciens du CEA et du CNRS1 ont réussi à injecter quelques électrons dans un conducteur sans que ceux-ci y apportent de perturbation. Ce résultat a été possible grâce à la génération d'impulsions électriques à profil temporel « lorentzien » ultra-court. L'onde quantique électronique obtenue, baptisée par les chercheurs « leviton », se propage sans bruit et sans déformation comme le font certaines ondes solitaires optiques ou hydrodynamiques connues (solitons). Ces travaux ouvrent la voie à l'utilisation de sources d'électrons « à la demande », simples et fiables, utiles à terme pour des applications en physique et en information quantique. 
Ces résultats2 sont publiés le 31 octobre dans l'édition papier de la revue Nature.

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Paris, 15 octobre 2013

Une nouvelle technique pour réaliser des réactions de fusion contrôlée aneutronique

Le Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses (LULI) de Polytechnique présente une nouvelle technique pour réaliser des réactions de fusion contrôlée aneutronique dans un article publié par Nature Communications.

Un nouveau schéma pour initier des réactions de fusion contrôlée hors équilibre thermique par laser est publié dans Nature Communications cette semaine. Son avantage principal est d'ouvrir la voie à l'exploitation de réactions de fusion ne produisant pas de neutrons, ce qui concerne la production d'énergie propre et illimitée. La fusion de noyaux légers en noyaux plus lourds dégage des quantités d'énergie énormes et pourrait dans le futur conduire à de nouveaux systèmes de production d'énergie. De plus, ces travaux apportent des informations essentielles pour la compréhension des cycles de combustion et de nucléosynthèse dans les étoiles.

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