Le journal du cnrs numéro 21 Avril 2008

Optique Quand la lumière fait du slalom

Contrôler la trajectoire de la lumière, c'est un rêve que les chercheurs approchent un peu plus chaque jour. Une équipe française qui a relevé le défi est ainsi parvenue à faire se courber des rayons lumineux. Et surtout – c'est une première – sans les guider à l'aide de parois réfléchissantes, à la manière des fibres optiques. Ces résultats publiés dans Applied Physics Letters ont été obtenus grâce au dispositif innovant du cristal photonique à gradient. Dotés de propriétés électromagnétiques remarquables, les cristaux photoniques sont des petits bijoux très utilisés dans le domaine de l'optique. Leur principale qualité ? Une certaine structure périodique qui leur permet de laisser passer, au choix, certaines fréquences d'ondes lumineuses et pas d'autres. Les chercheurs de l'Institut d'électronique fondamentale de Paris(Laboratoire CNRS Université Paris 11), en collaboration avec le Groupe d'étude des semi-conducteurs à Montpellier (Groupe CNRS Université Montpellier 2), ont mis au point un nouveau type de cristaux photoniques, dits « à gradient », formés par une succession de grilles métalliques. Ils viennent donc de démontrer leur capacité à courber la lumière. « Pour construire un tel dispositif, nous avons utilisé des tiges métalliques verticales, arrangées de façon périodique dans l'espace », explique Éric Akmansoy, chercheur à l'Institut d'électronique fondamentale à Paris. Mais pour innover un peu, son équipe a aussi joué sur les paramètres des cristaux, en imaginant une structure élémentaire aux dimensions variables. Explications ? Les tiges verticales forment une maille à motif carré à l'entrée du cristal, progressivement déformé en rectangle jusqu'à l'autre bout. Lorsque la lumière pénètre dans le cristal, elle se courbe grâce aux interactions électromagnétiques avec les tiges, comme pour éviter les obstacles sur son chemin. « Avec ce dispositif, on parvient à diriger les rayons lumineux, et plus précisément à les courber. Cette expérience reproduit, sur une distance d'une dizaine de longueurs d'onde, le principe du mirage atmosphérique », continue le chercheur. Un tel mirage se forme lorsque la lumière est déviée : si vous croyez voir de l'eau sur la route alors qu'il fait très chaud, c'est bien là un mirage ! Et ensuite ? L'équipe de Montpellier a déjà imaginé un dispositif qui pourrait donner une trajectoire en s à la lumière. Une hypothèse qui reste à vérifier expérimentalement mais qui pourrait servir un jour à interconnecter des circuits photoniques entre eux. Le chercheur reste prudent : « On n'en est pas encore là, mais on pourrait envisager ces applications dans le futur. » Et peut-être que les circuits photoniques remplaceront alors les circuits électroniques omniprésents dans notre quotidien.

Sonia Ruspini

Contact Éric Akmansoy [e-mail]

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Écologie Les bourdons préfèrent la facilité

En observant d'un œil distrait le ballet des insectes butineurs dans une prairie ou un verger, on pense rarement à leur exprimer notre reconnaissance. Pourtant, en se gavant de nectar, ils se chargent de pollen qu'ils véhiculent de fleur en fleur, d'anthère en pistil. Ils assurent ainsi la pollinisation de 75 % des plantes cultivées, soit 30 à 40 % de la production agricole globale, et le maintien d'une grande partie de la diversité des communautés végétales naturelles. Problème : des chercheurs viennent de découvrir un phénomène inquiétant lié à leur raréfaction en cours… Moins nombreux, les bourdons se font moins de concurrence quant aux plantes à butiner. Résultat : ils deviennent difficiles et se contentent de certaines espèces, notamment les plus accessibles. Avant d'arriver à cette conclusion peu rassurante pour nombre d'espèces végétales, Colin Fontaine, Carine Collin et Isabelle Dajoz, du laboratoire « Biogéochimie et écologie des milieux continentaux » (Bioemco) (Laboratoire CNRS Inra Université Paris 6 ENS Paris Inst sciences ind. vivant environnement), se sont intéressés aux variations du régime alimentaire du bourdon Bombus terrestris, en fonction de l'intensité de la compétition avec ses congénères. « Nous avons observé le comportement de bourdons selon leur densité, sur des parcelles expérimentales comprenant cinq espèces de fleurs, explique Isabelle Dajoz. Nos résultats montrent que si ces insectes ont un régime alimentaire généraliste en présence de nombreux congénères, ils se spécialisent lorsque la compétition entre eux est faible. Dans ce cas, les bourdons de deux des quatre colonies testées se contentaient même de butiner une seule espèce de plante à fleurs, celle dont le nectar est le plus facilement accessible. » Avec Apis mellifera, l'abeille domestique, le bourdon est l'un des pollinisateurs les plus communs de nos agrosystèmes. Il est également considéré comme l'un des plus généralistes. « À ce titre, il est censé jouer le rôle “d'assurance-vie” pour les plantes qui sont surtout pollinisées par des insectes spécialistes, précise la chercheuse. Même si leur pollinisateur principal disparaît, on suppose en effet qu'il y aura toujours un bourdon dans le secteur pour assurer la dispersion de leur pollen, et permettre à la plante de se reproduire. » Mais la raréfaction en cours des insectes butineurs, si elle touche d'abord les espèces les plus rares, affecte également la densité des plus communes. « Si l'on extrapole nos résultats au milieu naturel, il est à craindre que les bourdons, devenus peu nombreux, délaissent les plantes les moins riches en nectar, ce qui pourrait, localement, faire disparaître ces dernières. » Par un cercle vicieux, cela accélérerait alors la banalisation des écosystèmes, déjà en partie responsable de l'effondrement de la biodiversité des insectes.

Marie Lescroart

Contact Isabelle Dajoz [e-mail]

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Astronomie Les astres confirment la théorie d'Einstein

Plus de quatre-vingt-dix ans qu'elle a été formulée, et la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein n'a toujours pas été prise en défaut. Une équipe internationale associant le Laboratoire de physique et chimie de l'environnement (LPCE) (Laboratoire CNRS Université d'Orléans) vient une nouvelle fois de confirmer sa justesse². René Breton, chercheur à l'université McGill à Montréal (Canada), et ses collègues ont étudié durant quatre ans un système constitué de deux pulsars, des étoiles très denses, dites étoiles à neutrons, qui tournent très rapidement sur elles-mêmes en émettant un fort rayonnement électromagnétique. Selon eux, les mouvements d'un de ces corps présentent bien l'anomalie prédite par la relativité générale sans avoir jamais été observée à cette échelle ! Cette anomalie s'appelle la « précession de rotation ». Lorsque deux astres massifs tournent l'un autour de l'autre sur des orbites rapprochées, la théorie d'Einstein dit en effet que le champ gravitationnel qu'ils produisent est si intense qu'il déforme l'espace localement. Les deux objets se mettraient alors à osciller doucement, un peu à la manière de toupies légèrement inclinées. « Concrètement, en regardant un système binaire aux moments où l'un des corps passe devant l'autre, on doit remarquer que son axe de rotation change de direction avec le temps », explique Robert Ferdman, du LPCE, à Orléans. Est-ce vraiment le cas ? C'est ce qu'ont voulu savoir les chercheurs en observant l'unique pulsar double qui ait été repéré jusqu'ici dans notre galaxie. Baptisé PSR J0737-3039A/B et découvert en 2003, cet astre exotique est fait de deux pulsars situés à 1 700 années-lumière de la Terre et tournant sur des orbites voisines à courte distance l'un de l'autre. Ce système binaire offrait une occasion unique de tester l'effet de « précession de rotation ». Les astronomes ont fait appel au radiotélescope de 100 mètres Robert C. Byrd de l'Observatoire national de radioastronomie à Green-Bank (Virginie occidentale) pour étudier le mouvement d'un des deux pulsars au moment où il éclipse son compagnon, toutes les deux heures et demie. Au terme de quatre ans de travail, le verdict est sans appel : la « précession de rotation », conséquence de la théorie d'Einstein, est un phénomène bien réel. Et l'importance de cet effet est bien tel que prévue par la relativité générale.

Vahé Ter Minassian

Contact Robert Ferdman [e-mail]

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