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Faisons toute la lumière

CHRONIQUE DE « Doc Carbur » N° 9

Je brûle et je me consume ; Tout ce que je touche devient lumière Et tout ce que je laisse devient charbon, A coup sûr, je suis flamme…
Friedrich NIETZSCHE (1844 -1900)

SOMMAIRE

NB : Cet article sera complété à l'avenir par une petite histoire de l'éclairage depuis l'aube de l'humanité jusqu'au moyen-âge.

1.      Préambule

Qui ne connaît ces histoires d'aventuriers malchanceux ayant erré de longs jours dans des dédales souterrains privés de lumière ? Dans la série Doc Carbur, il était donc nécessaire de parler de la lumière, cette compagne fidèle de nos pérégrinations spéléologiques. Elle nous est tellement familière qu'on en vient à oublier qu'elle a une existence propre. Mais à ce sujet justement, avant de parler de l'éclairage du spéléo, quelle est donc la nature exacte de la lumière? Bien malin qui peut le dire mais nous allons quand même nous y risquer...

2.     Historique

La science se construit, pas à pas, par une succession d'hypothèses que l'on essaie expérimentalement de confirmer ou d'infirmer. Voici donc le parcours d'une idée lumineuse au fil des siècles.

L'antiquité se préoccupe assez peu d'expérimentation et les théories qui s'affrontent cherchent surtout à expliquer pourquoi nous voyons, plutôt que ce qu'est la lumière. Ce feu, (selon l'expression employée à l'époque) provient donc suivant les cas, soit des objets lumineux (théorie du feu externe), soit de l'œil lui-même (théorie du feu visuel), soit des deux à la fois. Ensuite viendra le temps de l'optique appliquée : d'abord celle d'Euclide (Ive-IIIe siècle avant J.C.) puis celle de l'Égyptien Alhazen (Ibn al-Haytham dit Alhazen, 965-1039).

Au XVIeme et XVIIeme siècle, de grands noms vont s'illustrer en étudiant la lumière et l'optique : léonard de Vinci, Galilée, Kepler, Descartes, Newton. Des expériences décisives montrent que la lumière se déplace à une vitesse finie et non pas instantanément. De nouvelles questions se posent aussi : existe-t-il un substrat (appelé éther) sur lequel les ondes lumineuses pourraient se propager ? Quelle est la nature de cet éther ou la lumière se déplace-t-elle dans le vide sans aucun support matériel ? La lumière est-elle, elle-même, constituée de particules matérielles ?

Au début du XIXeme siècle, une expérience décisive permet de mesurer la vitesse de la lumière dans l'eau. Celle-ci étant plus faible que dans l'air, la nature ondulatoire de la lumière (voir figure 1) est, pense-t-on, définitivement établie (Foucault 1850). Mais tout est remis en cause par l'impossibilité d'appliquer théorie et ses équations mathématiques au rayonnement du corps noir. De quoi s'agit-il ? En résumé, si les calculs étaient exacts et si l'énergie rayonnait de façon homogène, il se serait dégagé d'une poêle à frire (noire et bien chauffée) une énergie lumineuse infinie capable de désintégrer tous les amateurs d'omelettes !

En 1900 Max Planck corrige cette erreur théorique en établissant un nouveau modèle mathématique où l'énergie dégagée par le corps noir ne se fait pas de façon continue mais par quantités finies. C'est la théorie des quantas qui sera à la base de toute la physique moderne. Niels BOHR (voir4.2.1) explique aussi quelques années plus tard comment les électrons gravitent autour des noyaux.

Les photons ou quantas d'énergie lumineuse sont nés, leur énergie est égale au produit de la fréquence de l'onde par un nombre fixe appelé Constante de Planck en l'honneur de son découvreur. Ce calcul s'écrit E = h x g (où h est la constante et g la fréquence) ou E = h x c / l (où c est la vitesse de la lumière et l sa longueur d'onde). Mais attention, ces photons sont une vue de l'esprit mathématique, une image destinée au commun des mortels non-physicien et au génie nécessairement limité ! Ce photon n'est pas une particule comme le proton, il n'a ni masse ni charge électrique. Qu'est-il donc concrètement ? Du diable si je le sais...

3.     La physique quantique

Attention, ne déréglez pas votre écran ou votre imprimante, ne changez pas de lunettes, vous ne rêvez pas ! Ce que vous allez lire n'est pas de la fiction. Aussi incroyable qu'elle semble être, la physique quantique est le meilleur moyen actuel d'appréhender l'univers et ses applications concrètes sont partout : calcul électronique, énergie nucléaire, photo-électricité, lasers, cédéroms, imagerie médicale. Elle est donc bien réelle, même si nous sommes incapables de l'admettre. Rassurez-vous, en 1999 une bonne moitié des physiciens répondant à un sondage effectué au cours d'un colloque au Royaume-Uni n'adhéraient pas encore totalement aux dernières théories quantiques !

3.2.  Quelques bizarreries quantiques

Selon les principes de la physique quantique, un quantum d'énergie (photon ou électron) peut se trouver à plusieurs endroits ou dans plusieurs états distincts au même moment ! De ces équations (étendues au domaine macroscopique) on peut déduire par exemple l'expérience suivante :
Un chat est placé dans une enceinte close où se dégagera un gaz mortel si un atome placé devant un compteur Geiger se désintègre. La détection de la désintégration de l'atome déclenche le dégagement chimique du gaz et la mort du chat. Comme l'atome utilisé se trouve dans deux états superposés (physique quantique) : désintégré et non désintégré, alors le chat sera à la fois mort et vivant ! C'est l'expérience dite du chat de Schrödinger , expérience qui n'a jamais été tentée en laboratoire vous pensez bien : la SPA s'y serait opposée…

Autre expérimentation quantique que vous pouvez réaliser facilement et sans risque de voir les amis des animaux vous sauter à la gorge :
Asseyez un spéléologue quelconque de vos amis (ou du club voisin et néanmoins concurrent) sur la margelle d'un gouffre. Endormez-le selon un moyen de votre choix (un grand coup de descendeur sur le crâne, après avoir enlevé le casque, par exemple). Observez. Si le spéléologue se comporte selon la logique quantique, il s'affaissera à la fois dans le vide et sur le rebord du puits. Il tombera et ne tombera pas et sera donc, lui aussi, à la fois mort et vivant.

Bon, il est facile de constater que dans la réalité, telle que nous la percevons, les choses ne semblent pas, a priori, se passer comme ça. Dans le meilleur des cas le spéléologue se réveillera avec une grosse migraine et vous en voudra un peu, dans le pire des cas vous devrez vous expliquer devant des pandores qui, hélas pour vous, n'entendent rien à la physique quantique… Les physiciens, qui sont de braves gens, ont donc essayé d'expliquer ce paradoxe afin d'y trouver une explication : pourquoi une théorie qui est capable d'élucider la fission nucléaire ne réussit pas à expliquer la chute du spéléologue ?

Deux explications ont été avancées aux phénomènes cités plus haut :

· Celle des univers parallèles où chaque possibilité se réalise réellement mais où une seule est observable dans un univers donné. Ici le chat et le spéléo sont morts alors qu'ailleurs ils sont vivants. Tous les univers sont possibles et coexistent : même celui dans lequel personne n'a jamais écrit ce que vous n'êtes donc pas en train de lire. Vous me suivez ?
· Celle dite de la décohérence où c'est l'environnement d'un phénomène, voire le fait même de l'observer, qui brise la superposition d'états quantiques. Dans un vide parfait, au zéro absolu et sans observateur, les deux états coexistent mais au contact du réel et d'un observateur un seul des deux se produit au hasard. Le fait même de penser à ce pauvre spéléologue le fait choir préférentiellement d'un côté ou de l'autre.

Bon d'accord, ces deux explications sont aussi étranges l'une que l'autre et ce n'est pas demain qu'on pourra trancher entre les deux. De plus nous nous éloignons un peu du sujet. Prenons un Aspro et continuons…

3.3.  Dernières avancées

La physique quantique ouvre la porte à des possibilités qui peuvent sembler pour l'instant surréalistes. En voici trois exemples dont certains processus ont déjà été vérifiés en laboratoire.

Ne riez pas, il s'agit bien de déplacer un élément sans le transporter ! L'expérience a déjà réussi avec un photon et, en 1996, on a pu dédoubler un seul et même ion de béryllium qui s'est trouvé au même instant à deux endroits différents séparés tout de même de 83 nanomètres ! Bon d'accord, ce n'est pas encore un Airbus A340 entre Paris et Toronto, mais c'est un début…

Même à plusieurs gigahertz, les processeurs ne font qu'une seule chose à la fois. S'ils sont rapides et puissants, c'est parce que la puce contient des millions de transistors mais chacun d'eux ne peut être que dans un seul état : 1 ou 0 car le courant électrique passe ou ne passe pas. Par contre si on arrive à avoir un calculateur dont chaque molécule peut être dans plusieurs états simultanés alors tout ira beaucoup plus vite. De plus si on remplace chaque transistor par une molécule ou un atome, un verre d'eau devient un processeur hors du commun…

Grâce à des expériences récentes, on commence à envisager la possibilité d'obtenir des images photographiques d'objets n'étant absolument pas éclairés. L'image est obtenue à partir de photons n'ayant jamais été en contact avec l'objet. Que pourrait-il sortir de ce concept pour l'imagerie médicale ; à quand la photographie souterraine sans flash ? Bien malin qui peut le dire…

3.4.  Conclusion lumineuse

En bref cette lumière qui jaillit de notre frontale, électrique ou acétylène, est à la fois une onde électromagnétique (voir figure 2) et un ensemble de quantités d'énergie assimilables à des corpuscules. Elle se comporte comme l'un ou comme l'autre suivant les situations. C'est le mystère de toutes les ondes électromagnétiques dont la lumière n'est que la partie visible.

Cette dualité onde / corpuscule est bien sûr difficile à admettre tant elle est éloignée de notre réalité quotidienne. Rassurez-vous, un personnage aussi illustre qu'Einstein lui-même - qui fut un des grands théoriciens de la physique quantique - a parfois été en désaccord et choqué par certaines de ses implications…

Quoi qu'il en soit et à ce jour, mis à part quelques illuminés du Web qui arrivent par exemple à peser les photons (sic), rien n'est venu contredire les équations de la physique quantique. Bien au contraire, d'anciennes expériences de pensée (décrites sur le papier mais non réalisées par manque de moyens techniques) finissent un jour ou l'autre par confirmer ses hypothèses.

Un seul exemple : en 1924 on prédit l'existence de condensats de Bose Einstein : état particulier d'un nuage de particules à des températures proches du zéro absolu. On ne réalisera le premier en laboratoire qu'en 1995, soit 71 ans plus tard !!! Depuis on a même pu arrêter totalement la lumière, puis la libérer quelques instants après, dans l'un des ces étranges condensats…

En attendant mieux, voilà donc une théorie de l'univers qui n'est pas si mauvaise. Des physiciens tentent de trouver une théorie unificatrice qui expliquerait à la fois l'univers macroscopique et cosmique ainsi que l'infiniment petit, plusieurs sont à l'étude comme la théories des cordes, celle des p-branes ou celle de la quantique à boucles : mais c'est une autre histoire...

Pour ne pas empiéter sur le prochain article concernant l'histoire de l'éclairage au cours des temps, nous nous contenterons d'examiner les techniques d'éclairage actuelles à savoir : la lampe acétylène et l'éclairage électrique (à incandescence ou à diodes). Toutes ces techniques d'éclairage ont un point commun : un élément (chaud ou pas) constitué d'atomes, rayonne en dégageant de la lumière. Comment cela se produit-il ? C'est ce que nous allons essayer de comprendre.

Que ce soient les atomes du filament de l'ampoule de votre frontale ou ceux des gaz qui sont entrés en réaction chimique dans la flamme du bec acétylène, ils sont constitués de noyaux pesants (protons + neutrons) entourés d'électrons qui tournent autour (voir figure 3).

C'est la théorie quantique qui réussit à expliquer (EINSTEIN en 1905 et BOHR en 1913) pourquoi ces électrons ne tombaient pas sur le noyau, attirés par lui. Ces électrons sont donc stables sur des orbites (un peu comme les planètes autour du soleil) mais pas n'importe où ! Ils ne peuvent en effet graviter qu'à des altitudes bien définies, ces trajectoires spécifiques s'appellent orbitales. C'est l'atome le plus simple, celui de l'hydrogène (1 seul électron) qui fut décrit le premier, puis celui de l'Hélium.

Prenons un électron sur son orbite la plus basse, il est stable et au repos (état dit fondamental). Au cours d'une agression extérieure , de l'énergie lui est apportée. Cela peut se produire au cours d'un choc avec d'autres atomes ou en recevant de la lumière (effet photoélectrique) etc. Cette énergie le fait sauter sur une autre orbitale plus éloignée du noyau : ce petit coquin d'atome est excité !

Mais toute excitation est passagère, c'est bien connu, alors l'électron redescend en reprenant sa position première : bref c'est la débandade… Que fait-il alors de l'énergie qu'il a en trop ? Il la dégage sous forme d'un photon : en se désexcitant l'atome devient lumineux, ce qui n'est pas le cas du spéléologue. En effet, on n'a jamais vu les spéléos s'illuminer lorsqu'ils arrivent devant la trémie marquant la fin d'une première particulièrement excitante !

Revenons à notre atome. L'énergie lumineuse émise est égale à celle qu'il faut pour faire passer l'électron de l'état de repos à l'état excité. Cette quantité dépend de la nature de l'atome et elle se traduit par la couleur de la lumière émise. Ainsi chaque corps émet une lumière spécifique d'une couleur qui lui est propre.

  4.2.3.    Et la chaleur dans tout ça ?

Plus un objet est chaud, plus ses molécules s'agitent. En s'agitant elles se heurtent et d'après le phénomène décrit plus haut (au 4.2.2), elles dégagent donc de la lumière. Tout objet qui n'est pas à la température du zéro absolu dégage donc en permanence un rayonnement (invisible à l'œil si la température est basse, visible si elle s'élève). Voilà pourquoi le filament de l'ampoule de votre frontale électrique classique éclaire : le métal qui le constitue est chauffé par le passage du courant électrique auquel il résiste (W=RI²t pour les amateurs).

Autre exemple un panneau rayonnant de chauffage domestique a, lui, une température moins élevée. Il dégage donc des infra-rouges que vos yeux ne peuvent voir car leur fréquence est trop basse ou leur longueur d'onde trop grande (sur la figure 1, la longueur d'onde est représentée par la lettre grecque l). Par contre votre peau les ressent parfaitement. La chaleur ressentie est donc aussi une onde électromagnétique, comme la lumière ou les rayons X de la radiographie médicale.

Après la physique, passons maintenant à la chimie. Que se passe-t-il au sommet du bec acétylène de votre casque ?
Nous débuterons ici, mais nous conseillons à ceux qui seraient intéressés par le carbure de calcium et sa réaction au contact de l'eau, de lire les pages suivantes : L'acétylène (extrait de l'encyclopédie de Souternet )
L'acétylène est un gaz combustible instable, il arrive au bec et se dégage par l'orifice au rythme de 21 litres à l'heure environ. Là dans les quelques millimètres qui surmontent le bec, il se mélange à l'air qui, lui, est un comburant (oxydant) . Il ne manque plus qu'un peu d'énergie pour amorcer la réaction chimique de combustion.

Cette énergie est apportée par une étincelle ou une flamme (piezo, briquet, éclairage d'un camarade etc.). Le phénomène produit une flamme dite de diffusion (car les gaz n'ont pas été mélangés avant leur sortie) qui se forme à la surface de contact acétylène / air. Cette combustion est en fait une petite déflagration car sa vitesse est lente (v < 1m/s). Elle peut se changer en détonation si le gaz sous pression s'enflamme spontanément : c'est ce qui se produit rarement lors de l'éclatement d'une lampe acétylène défectueuse et c'est passablement dangereux ! C'est aussi ce qui arrive quand on pêche à la bouteille de carbure de calcium (vieille technique de braconnage presque aussi risquée pour le pêcheur que pour le poisson). C'est alors la pression elle-même qui apporte l'énergie nécessaire à la détonation, détonation qui peut même devenir explosion si le confinement est important (bouteille ou lampe fermée hermétiquement dans les cas ci-dessus). Pour connaître le rôle de la suie, voir la chronique 14.

Cette réaction chimique qu'elle soit simple combustion, déflagration, détonation ou explosion est une réaction d'oxydoréduction qui dégage de la chaleur (exothermique) et des sous produits plus ou moins variés.

La première et la plus élémentaire de toutes est certainement celle qui fait réagir l'hydrogène avec l'oxygène pour créer de l'eau et de l'énergie. H2 + ½ O2 -> H2O + Énergie : voici une équation qui a un bel avenir devant elle dans les futurs moteurs à explosions, non polluants, qui devront à terme remplacer les moteurs à dérivés du pétrole.

La réaction chimique qui se produit sur notre casque n'est hélas pas aussi écologique… On pourrait croire que l'on va produire simplement du gaz carbonique (CO2) et de la chaleur. Hélas il n'en est rien, cette combustion complète serait bien trop simple. La nôtre est plus complexe : elle se produit dans l'air où la présence de l'azote en quantité importante va modifier les paramètres de la combustion (sans pour autant réagir avec les autres composés), de plus le mélange se fait d'une façon très aléatoire et donc bien peu optimale. Au bout du compte la combustion est incomplète et dégage aussi des particules de carbone.

La flamme de la frontale spéléo est très lumineuse alors que celle de votre cuisinière à gaz (butane ou propane) éclaire peu. Vous avez aussi constaté que notre flamme fume beaucoup et noircit le réflecteur (et les parois des cavités !) alors que le fond des casseroles reste presque immaculé, sauf quand le ragoût déborde, pourquoi ?

Ces deux phénomènes -lumière et fumée- sont liés : une flamme propre éclaire peu car seul le CO2 est alors à l'origine du dégagement lumineux. Par contre, lorsque la combustion est incomplète, apparaît une flamme de diffusion avec de multiples recombinaisons chimiques des particules de carbone. Celui-ci va donner par oxydation du CO (en plus du CO2), qui va lui-même se recombiner et former du CO2 etc. Cette combustion, polluante et relativement peu chaude, a un seul avantage : elle dégage beaucoup de lumière : c'est précisément ce que l'on recherche dans le cas qui nous intéresse.

Si l'on apporte à l'acétylène un oxydant plus efficace et bien dosé (oxygène pur) et qu'on mélange ces deux gaz au préalable, on obtient une flamme de prémélange beaucoup plus chaude (3000 °) et ne dégageant presque que du CO2, sans fumée. Vous venez d'inventer le chalumeau oxyacétylénique, dans lequel l'acétylène (C2H2 ) brûle selon la formule suivante : 2 C2H2 + 5 O2 -> 4 CO2 + 2 H2O + 460 kj !

En bref, lorsque votre lampe est bien réglée (on y arrive, même avec une Ariane, si si !!!) et l'atmosphère de la cavité pas trop chargée en CO2, la combustion est optimale avec l'objectif que vous vous êtes fixé : éclairer. Par contre, elle restera quoi qu'il en soit incomplète et salissante…

Pour le spéléologue moyen elle a un avantage : l'apport d'un éclairage de secours propre et de nombreux inconvénients : peu d'autonomie, intensité lumineuse médiocre, pris élevé des piles, poids des accumulateurs, fragilité du montage…

Nous devons son utilisation à un américain Thomas Edison, qui introduisit un filament de fibres végétales carbonisées (coton, papier, bois) dans une ampoule de verre, y fit le vide, puis fit passer du courant électrique à l'intérieur. Le 22 octobre 1878, la première ampoule électrique à incandescence annonçait le déclin des lampadaires à gaz ! Après plusieurs améliorations (fibre végétale remplacée par un tortillon métallique, vide remplacé par un gaz rare, puis par de l'iode) on réussit à améliorer la durée de vie et la puissance d'éclairage. Actuellement, les ampoules halogènes de nos Lazer PETZL contiennent du Krypton ou du Xénon : ces deux gaz réduisent la déperdition de chaleur par convection (en bref ils servent d'isolant) et améliorent donc la luminosité. Leur filament est porté à environ 2500 °C mais elles ont une consommation électrique élevée que seule l'utilisation des diodes blanches pourra améliorer.

Ici, changement de programme : ce n'est plus la chaleur qui est la cause de l'émission de lumière. Elle n'est que la conséquence du phénomène et, par conséquent, une diode chauffe peu. Seules les pertes d'énergie électrique dues au rendement, qui n'est pas de 100 %, se transforment en chaleur. La température d'une diode allumée est donc négligeable et à peine sensible au contact.

Alors, si ce n'est pas l'échauffement qui provoque l'apparition des photons, qu'est-ce ?

Au cœur d'une diode se trouve une espèce de sandwich bien particulier. Vous savez tous que les transistors sont des espèces d'interrupteurs commandés à l'électricité : le courant passe ou ne passe pas suivant leur bon vouloir ; pour les diodes le principe est le même. Ces deux composant sont construits avec des composés appelés semi-conducteurs.

Un conducteur est, par exemple, un métal : quand on y applique un courant électrique, il est transmis plus ou moins efficacement le long des atomes du métal. Un isolant au contraire comme le bois sec, ne permet pas au courant électrique de circuler ; ses atome ou molécules ne transmettent pas les électrons. Un semi-conducteur n'est pas un métal mais il lui arrive, sous certaines conditions de transmettre l'électricité.
Sur cette base on a construit en les accolant des jonctions PN (voir illustration). Il s'agit de placer côte à côte deux composés dont l'un manque de quelques électrons pour être équilibré (c'est le P pour Positif) et l'autre en a en trop (c'est le N pour Négatif). Dès qu'un courant arrive dans cette construction, une agitation va se créer, les électrons et les trous positifs vont se précipiter les uns sur les autres pour des raisons d'affinités évidente (les petits canaillous !) : à l'intersection des deux fines pellicules (la jonction) il va donc se passer bien des choses.

Dans un transistor on va ajouter une couche (NPN ou PNP) et souder un fil à la jonction et récupérer le courant produit. Comme il peut y en avoir plus qu'au départ, le transistor est alors devenu un amplificateur de courant. Dans la diode on ne veut pas récupérer du courant électrique mais de la lumière. On va donc coller à la jonction une troisième couche d'un autre composé qui va faciliter l'émission de photons. On monte le tout sur une coupelle qui sert de réflecteur et le tour est joué. Il ne reste plus qu'à choisir les bons produits pour avoir une lumière maximale et de la couleur voulue. Les 30 ans de travaux sur les diodes électroluminescentes ont été consacré à cette tache.

Dans les diodes rouges, inventées dans les années 60, les trois éléments utilisés étaient l'arsenic, le gallium et le phosphore. Plusieurs problèmes restaient à résoudre : le plus important étant d'augmenter le rendement de ces diodes afin qu'un maximum de photons soient produits. L'autre difficulté consistait à produire des photons de couleurs variées, du rouge jusqu'au bleu et bien sûr la lumière blanche tant recherchée. C'est en effectuant de savants mélanges d'impuretés aux cristaux de silicium (aluminium, gallium, indium, tellure, bore ou phosphore), en testant diverses couches de jonction et en travaillant sur la forme de l'ensemble que l'on a pu arriver aux diodes actuelles.

Depuis l'apparition des premiers éclairages à diodes blanches, les spéléologues s'y sont intéressés pour des raisons bien simples. Tout d'abord il n'y a pas de pollution des cavités par la fumée (bien pratique dans les zones fortement concrétionnées) : il faut tout de même nuancer ce label vert par la difficulté de retraitement de certaines piles ou accumulateurs aux composés parfois très toxiques et bien pires que la chaux. Deuxième point indéniable, la facilité d'utilisation : il suffit d'appuyer sur l'interrupteur et de changer les piles de temps en temps ; fini le tuyau qui se coince et la lampe qui fuit. Enfin cet éclairage bénéficie d'une grande autonomie, toujours supérieure à celle des lampes acétylènes, même si on utilise des éclairages puissants à 12 diodes ou plus. Pourtant, très rapidement, les utilisateurs ont commencé à trouver quelques inconvénients à ce système.

Tout d'abord, il faut parler du prix : pour celui qui n'est pas bricoleur, et doit acheter un système complet, il n'y a guère de possibilité de l'amortir sur l'économie réalisée par l'arrêt d'achat de carbure de calcium. Il reste malgré tout l'espoir que le tarif baisse rapidement quand la fabrication se fera en grande série, patience donc. Mais ce n'est pas le seul problème inhérent à ce type d'éclairage.

Après un sondage effectué dans le milieu spéléologique, les utilisateurs des diodes blanches regrettent surtout le manque de chaleur de cet éclairage. Le mot chaleur est à prendre ici dans ces deux sens : propre et figuré. Tout d'abord l'absence de lampe acétylène prive l'utilisateur d'une source de chaleur auxiliaire bien pratique dans certaines situations critiques : incident provoquant le blocage des spéléos sous terre pour une longue durée, accident demandant la mise au chaud du blessé sous une couverture de survie. La température de la lampe est également bien utile dans des cas beaucoup moins dramatiques, de simple fatigue ou de froid intense, où la présence de la calebombe chaude est très agréable. L'autre chaleur est plus subjective, il s'agit de la couleur de la lumière dégagée par les diodes blanches. Bien souvent cet éclairage a une dominante bleutée (donc d'après le vocabulaire usuel, une teinte froide), alors que la lumière dégagée par la flamme acétylène est plutôt d'un blanc orangé beaucoup plus chaud. Autre inconvénient : l'éclairage à diodes est beaucoup plus directif que celui à flamme et, pour les diodes de dernière génération très puissantes, il éblouit énormément les coéquipiers.

La combinaison de tous ces facteurs est pour certains utilisateurs rédhibitoire et ils ont décidé de revenir à l'ancienne lampe à carbure de calcium. Pour d'autres les avantages dépassent les inconvénients et une fois habitués à la couleur de la lumière des diodes, ils en sont rapidement devenus des inconditionnels. Il semble malgré tout que cet éclairage pâtit surtout, pour l'instant, d'un prix de revient trop élevé et que son avenir soit assuré si des modèles plus économiques voient le jour.

5.     CONCLUSION

Comme l'indiquait le titre de cet article j'espère avoir fait toute la lumière sur ce sujet brillant. Malgré mes efforts, il n'est pas encore clair comme de l'eau de roche ? Et dire que je pensais vous avoir fourni des explications lumineuses. A moins qu'il ne vous ait manqué une étincelle de génie pour en saisir tout l'éclat… Allez, ne broyez pas du noir, tant que la flamme de la passion spéléologique brûlera en vous, il restera une lueur d'espoir.

Le jour viendra que, par une étude de plusieurs siècles, les choses actuellement cachées paraîtront avec évidence, et la postérité s'étonnera que des vérités si claires nous aient échappé.
SENEQUE (-4 av J-C / + 65 ap J-C)

  •      G. CRAFORD N.HOLONYAK F. KISH, « Les diodes éclairent le futur », in Pour la Science, N° 283, mai 2001
  •      P KWIAT H. WEINFURTER A. ZEILINGER, « Voir sans regarder », in Pour la Science, N° 231, janvier 1997
  •      P KWIAT H. WEINFURTER T. HERZOG A. ZEILINGER M.A. KASEVICH, « Interaction-free Measurement », in Physical Review Letters, vol. 74, N° 24, pp 4763-4766, 12 juin 1995
  •     M. TEGMARK J. A. WHEELER « 100 ans de mystères quantiques », in Pour la Science, N° 282, avril 2001
  •     PLANCK, Une conscience déchirée, Éditions Belin, 1998
  •     J. BRICMONT, Contre la philosophie de la mécanique quantique, in Intrusions spiritualistes et impostures intellectuelles en sciences, pp 321-365, Éditions Syllepse, 2001
  •     S. HAWKING, L'Univers dans une coquille de noix, Éditions Odile Jacob, 2001
  •     L. ZUPPIROLI, M-N. BUSSAC, C. GRIMM « Traité de la lumière», PPER, 2009

7.     Crédit iconographique

Voici les adresses des sites sur lesquels ont été trouvées certaines des illustrations de cette chronique :

a)     http://www.chez.com/taara/virtukta.htm
b)     http://www.chez.com/chanterelle/
c)     http://www.ens-lyon.fr/~fpicano/bohr/bohr.htm
d)     http://www.hemar.ch/Englisch/Tech.Daten/T18G333054.htm
e)     http://www.csvt.qc.ca/patriotes/pei/travaux/edison/ampoule.html
f)     http://perso.club-internet.fr/dspt/Edison.htm
g)     http://www.geocities.com/athens/forum/6820/phys.html
h)     http://www.sciences-en-ligne.com/Dictionnaire/DictionnaireDIST/e/eins02.htm

8.     ANNEXES

8.1.   Travaux de physiciens

Physiciens

Années repères

Travaux

Max PLANCK
1858 - 1947

1900

Explication du rayonnement du « corps noir » (voir 2.3).

Albert EINSTEIN
1879 – 1955

1905

Explication de l’effet photoélectrique.

Niels BOHR
1885 – 1962

1913

Modélisation des atomes et de leurs électrons gravitant autour des noyaux sur des orbitales précises.

Louis DE BROGLIE
1892 – 1987

1923

Thèse sur le comportement ondulatoire des électrons et des particules.

Erwin SCHRÖDINGER
1887 – 1961

1930

Publication de l’article sur la superposition des états quantiques plus connu sous le nom de « chat de Schrödinger » (cf 3.3).

Max BORN
1884 – 1970

Werner HEISENBERG
1901 - 1976

À partir de 1925

Principe de probabilité de localisation des particules (incertitude) et interprétation de Copenhague.

1)      Le CNRS : http://www.cnrs.fr/
2)     Le CERN : http://www.cern.ch/
3)     Le cybercafé de physique : http://sfp.in2p3.fr/popphysics/
4)     Un dico de sciences en ligne : http://www.sciences-en-ligne.com/
5)     L’INRIA : http://www.inria.fr/
6)     Un site sur les LED’s blanches : http://www.led-fr.net/couleur_blanche_led.htm
7)     Un second : http://www.bricotronique.com/dossiers/ledsblanches.php
8)     Un troisième : http://ecole-francaise-de-speleologie.com/get/leds/leds.htm
9)     La physique pour ne pas se tromper : http://www.e-scio.net/
10)  Des précisions sur les mesures sans interactions (voir 3.3.3) : http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/physique-2/d/intrication-quantique_4814/ et http://p23.lanl.gov/Quantum/kwiat/ifm-folder/ifmtext.html http://www.cqed.org/spip.php?rubrique60
11)   La physique quantique en quelques pages simples : http://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_quantique
12)  Une autre adresse quantique avec de jolies formules mathématiques : http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/blanquet/synophys/52quant/52quant.htm

Nombres

Unités

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Masse du photon.

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Énergie électrique du photon.

299792,458

Km / s

Vitesse de la lumière dans le vide.

6,626176 x 10-34

J x s

Constante de Planck.

0,75 à 0,42

mm

Longueur d’onde de la lumière visible du rouge au violet.

8’  19’’

min et s

Durée du trajet Soleil / terre pour la lumière.

1772

date

Première étude de la combustion par Lavoisier.

1878

date

Invention de la lampe à incandescence par Edison.

1883

date

Théorie de la flamme par Mallard et le Chatelier