"Il y a beaucoup d’espace en bas"

C'est ainsi que le physicien Richard Feynman formula le premier l’idée que les principes de la physique pourraient permettre à l'homme de manipuler la matière à l’échelle nanométrique, voire à l'échelle de l’atome. C’était en 1959 à l’occasion du congrès annuel de l'American physical society. Mais en à cette époque, les chercheurs ne disposent pas encore des moyens techniques pour observer et manipuler les atomes un à un. Il faut attendre les années 80 et la mise au point du microscope à effet tunnel, pour que les scientifiques puissent enfin "voir" les atomes à la surface de la matière et les manipuler "un à un". Cette évolution technologique marque la rupture, et donne véritablement accès au monde nanométrique.

( source : cea )

La France et les nanotechnologies

( source : cea )

Nanotechnologies et nanosciences

Les nanosciences et les nanotechnologies regroupent les activités scientifiques et technologiques menées à l’échelle nanométrique, soit le milliardième de mètre. Elles présentent un potentiel d’applications considérables dans de multiples domaines comme la santé, l'énergie, l'environnement ou l'informatique. Le CEA est un des spécialistes européen de ce monde de quelques atomes.

( source : cea )

Le système à énergie dirigée ( impulsions laser femtosecondes) utilisé abusivement sur des personnes ( expérimentations et actes de torture ) est d'échelle nanométrique .

Faisceau de Bessel

Un faisceau de Bessel est un champ de radiations électromagnétiques, acoustiques ou gravitationnelles dont l'amplitude suit une fonction de Bessel de première espèce. Pour le faisceau de Bessel d'ordre zéro, l'amplitude est maximale à l'origine, alors qu'un faisceau de plus grand ordre présente une singularité de phase axiale à l'origine où l'amplitude s'annule tel que la fonction le démontre. Un vrai faisceau de Bessel ne diffracte pas, au contraire du comportement habituel des ondes sonores ou lumineuses qui se dispersent lorsqu'elles sont focalisées.

Tout comme une onde plane, il est impossible de créer un vrai faisceau de Bessel : il est en effet sans limite et requiert en conséquence une énergie de création infinie. Cependant, il est possible en pratique de créer des simulacres de faisceaux. Ils ont des applications en optique à cause de leur nature peu diffractive sur de courtes distances. S'ils sont partiellement bloqués, ces faisceaux peuvent se reconstituer plus loin sur l'axe du faisceau.

L'ensemble de ces propriétés rend les faisceaux de Bessel très utiles pour fabriquer des pinces optiques, puisqu'un faisceau maintient sa concentration sur une relativement longue section du faisceau et ce même s'il est en partie masqué par les particules diélectriques qui sont pincées. De façon similaire, la manipulation de particules à l'aide de pinces acoustiques est possible avec un simili-faisceau de Bessel qui se diffracte et produit une force radiative provoquée par l'échange du moment acoustique entre le champ d'onde et une particule placée sur sa trajectoire.

La fonction mathématique qui décrit un faisceau de Bessel est solution d'une équation différentielle de Bessel, laquelle apparaît comme solution séparable d'une équation de Laplace ou d'une équation de Helmholtz en coordonnées cylindriques.

La création des simili-faisceaux de Bessel s'effectue en concentrant un faisceau gaussien avec des lentilles axicons : ce sont des faisceaux de Bessel-Gauss.

De façon schématique, un faisceau de Bessel s'est formé à la gauche après que deux ondes sont passées à travers un axicon.

                           Coupe schématique d'un faisceau de Bessel et graphique de son intensité.

Schématiquement, malgré un obstacle sur le chemin de deux ondes à la droite, un faisceau de Bessel s'est formé à la gauche de l'axicon.

( source : Wikipédia )

Pince optique

Les pinces optiques sont des outils qui se fondent sur la réfraction d’un faisceau laser en milieu transparent, pour maintenir et déplacer physiquement des objets diélectriques microscopiques. Ces pinces trouvent surtout des applications dans la biologie, notamment dans la manipulation de cellules et d’organites, mais aussi, dans la chimie-physique.

Les objets diélectriques sont attirés au centre du faisceau. La force qu'ils ressentent est proportionnelle au déplacement  par rapport au centre du faisceau, bloquant l'objet comme s'il était attaché par un ressort.

Fonctionnement sur les atomes

Notion de base

Les photons

La lumière est une onde électromagnétique, c'est-à-dire que la lumière est à la fois un champ électrique et magnétique oscillant à la fréquence µ et se propageant dans le vide à 3x108 m/s. L’énergie de la lumière est transmise par « quanta », c'est-à-dire par quantités bien définies. Ces quantas de lumière sont ce que l’on appelle aujourd’hui « photons ». Ils représentent l’aspect corpusculaire de la lumière. À une onde lumineuse de fréquence µ correspondent des photons : - d’énergie E=hv avec h = 6,626... x 10–34 joule.seconde (constante de Planck), v = fréquence de l’onde électromagnétique (supposée sinusoïdale). - de quantité de mouvement p= hv /c avec c = 3 x 108m/s (la vitesse de la lumière dans le vide).

Les atomes

Les atomes sont des "grains de matière" dont la taille est de l’ordre de l’angström, 10–10 mètre. Ils sont constitués d’un noyau composé de neutrons (charge neutre) et de protons (charges positive: q = 1,6 x 10–19 coulomb), autour duquel "gravitent" des électrons dont la charge est opposée à celle des protons (–q = –1,6 x 10–19 coulomb). Grâce aux théorèmes de la physique quantique, il est possible de déterminer l’énergie d'un atome. Elle est égale à la somme des énergies cinétiques des nucléons avec l’énergie potentielle électrostatique qui les lie entre eux. Selon un processus d’absorption et d’émission de photons que nous verrons plus tard, un atome peut changer de niveau d’énergie. Lorsqu'un atome est dans un niveau d’énergie supérieur à son niveau fondamental, on dit qu’il est excité. Les valeurs d'énergie des différents niveaux accessibles à un atome sont discrètes et dépendent de son nombre de protons et d'électrons. La mesure des énergies d’absorption ou d’émission d'une atome permet d'en déterminer le spectre d’énergie.

Absorption

Lorsqu’un atome est soumis à un rayonnement électromagnétique il peut absorber un photon. Ainsi l’atome initialement dans un niveau d’énergie fondamentale passe alors dans un niveau d’énergie supérieur. Comme la quantité de mouvement doit être conservée, l’atome absorbe la quantité de mouvement du photon ainsi l’atome recule. Cependant comme les valeurs d’énergie de l’atome sont discrètes, un atome donné ne peut absorber que des photons d’énergie proche de la variation d’énergie entre différents niveaux de l’atome.

Émission spontanée

L’émission spontanée est la réponse d’un atome excité suite à l’absorption d’un photon. En effet l’état excité d’un atome n’est pas un état stable, c’est pourquoi après un temps de l’ordre de 1 à 100 nanosecondes l’atome redescend dans son état fondamental. Ce passage d’un niveau d’énergie élevé à un niveau d’énergie plus faible s’accompagne de l’émission d’un photon dans n’importe quelle direction et donc par conservation de la quantité de mouvement l’atome subit un recul dans le sens opposé à l’émission du photon.

Émission induite

La présence d’un rayonnement incident peut induire un atome excité à émettre un photon ayant les mêmes caractéristiques que les photons incidents. Cela à condition que l’énergie de ces photons soit « résonnante », c’est-à-dire que h soit égale à l’écart d’énergie entre le niveau supérieur et le niveau inférieur. Dans cette émission induite, qui constitue la réciproque du processus d’absorption, le photon créé par l’atome en se désexcitant a même fréquence et même direction de propagation que le rayonnement incident. Ce processus, qui permet d’amplifier une onde lumineuse, est à la base du fonctionnement des lasers.

Le laser

Le premier laser a été réalisé en 1960 par l’Américain Theodore H. Maiman. Le mot « laser » est un acronyme de l’anglais « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ». Le laser est donc un amplificateur reposant sur le principe de l’émission induite. Dans un laser ce principe a lieu à grande échelle sur un très grand nombre d’atomes identiques. C’est pourquoi un laser a la particularité d’émettre une onde lumineuse intense dont la direction, la fréquence et la phase sont très bien déterminées. Il s’agit d’une lumière dite cohérente, contrairement à celle émise par une ampoule à incandescence, qui émet de nombreuses ondes de fréquences et phases diverses et ce dans toutes les directions.

Les mécanismes physiques

Comme nous l’avons vu précédemment la lumière peut interagir avec la matière. En effet, lors de l’absorption d’un photon par un atome celui-ci subit un recul. Ce transfert de quantité de mouvement donne lieu à une force, qui, rapportée à l’unité d’aire, donne lieu à une pression. Donc une onde électromagnétique peut exercer une pression sur la matière, c’est ce que l’on appelle « la pression de radiation ».
Donc s’il est possible de faire subir un recul à un atome en l'excitant, on peut, en lui appliquant deux rayonnements électromagnétiques de directions opposées et de même fréquence (correspondant à un niveau excité de l'atome), immobiliser cet atome ou le "piéger". C’est ainsi que dans les années 1970, de nombreux chercheurs utilisèrent des lasers pour piéger des atomes. Le premier piège optique qui fut mis au point fut le refroidissement Doppler. C’est le principe le plus élémentaire.

Refroidissement Doppler

Le refroidissement Doppler est fondé sur le principe de l’effet Doppler pour ralentir des atomes.

Pour ralentir des atomes grâce au refroidissement Doppler, on applique deux rayons laser sur des atomes. Pour que ce principe fonctionne les deux lasers doivent être disposés dans la même direction mais dans des sens opposés. De plus la longueur d’onde des photons émis par le laser doit être légèrement inférieure aux longueurs d’onde d’absorption des atomes à piéger. En effet, comme les atomes sont initialement en mouvement, pour que quand l’atome se déplace dans la direction du laser la fréquence apparente du rayon laser soit à la fréquence d’absorption de l’atome, celle-ci doit être inférieure. 

Lorsque l’atome a absorbé un photon celui-ci subit un recul de la quantité de mouvement p= h /c. Après un court instant l’atome excité émet un photon identique à celui absorbé précédemment mais dans une direction aléatoire ce qui engendre sur plusieurs émissions une variation moyenne de mouvement nul. C’est grâce à cette propriété de l’émission qu’il est possible de ralentir les atomes par la lumière. De plus comme la durée entre l’absorption et l’émission est de l’ordre de la nanoseconde cela signifie que l’atome peut accomplir de nombreux cycle absorption-émission par seconde et donc subir une très forte décélération. 

En plaçant trois paires de lasers, un dans chaque direction de l’espace on obtient une mélasse optique qui ralentit les atomes et les piège. Leur agitation thermique diminue et l’on peut de cette manière atteindre des températures de l’ordre de 100 microkelvins (10–4 K).

Fonctionnement à l’échelle cellulaire

À l’échelle cellulaire, les pinces optiques sont des outils qui servent à déplacer des corps diélectrique, c'est-à-dire qui ne peuvent conduire un courant électrique, microscopique en exerçant sur eux de faibles forces à l’aide de faisceau laser fortement focalisé.
On doit l’utilisation des pinces optiques dans la biologie et la médecine à Arthur Ashkin, qui, en 1970 a mis en évidence la déviation par un faisceau laser d’une bille transparente microscopique. Ce phénomène, qui a trouvé aujourd’hui une infinité d’applications, est dû à la réfraction de la lumière dans les milieux transparents. Mais avant d’expliquer le phénomène, intéressons-nous au dispositif nécessaire pour pouvoir manipuler des cellules et leurs organites.

Dispositif

La création d’un piège nécessite plusieurs étapes : tout d’abord le choix du milieu dans lequel se trouve la cible, celui du laser en fonction de la cible, le choix des dispositifs optiques pour créer le piège à l’endroit souhaité.

L’observation

Le piège est en place, il suffit d’allumer la lumière du microscope, coupler à un condenseur pour éclairer uniformément l’échantillon pour qu’une caméra CCD (caméra qui convertit les signaux lumineux en signaux électriques) puisse observer les manipulations et d’ajouter un détecteur de position pour mesurer les déplacements du piège.

Note : ici, le système d’orientation est placé de telle sorte qu’il ne modifie pas la marche du faisceau : le point focal image de la première lentille est confondu avec le point focal objet de la seconde.
Nos recherches nous ont montré qu’il était aussi possible de créer un des pièges multiples soit grâce à plusieurs lasers, soit grâce à un seul faisceau et un réseau de microlentilles qui va le diviser en plusieurs faisceaux. On a ensuite un couplage de plusieurs dispositifs comme celui que nous avons présenté dans la première partie. On peut également créer plusieurs pièges grâce à un seul faisceau. On envoie le faisceau sur un miroir qui commute rapidement en plusieurs positions différentes. On obtient dans le plan de l’échantillon autant de pièges que de positions qu’occupe le miroir.

Le fonctionnement

Trois phénomènes rendent possible la manipulation d’objet par la lumière : la réfraction, la pression de radiation et l’action du champ électrique du faisceau laser sur la cible. Cependant, on peut expliquer comment la lumière parvient à piéger ces objets uniquement grâce aux principes d’optiques géométriques.

Le champ électrique

Un faisceau laser possède un champ électrique de plus forte intensité en son centre. Et la cible va se diriger vers ce champ de plus forte intensité. En effet, sous l’action d’un champ électrique non-uniforme, une particule diélectrique se polarise. Il devient alors un dipôle électrostatique et est alors sensible aux fluctuations d’un champ électrique. La cible aura donc tendance à se déplacer vers le champ de plus forte intensité : le centre du faisceau.

La pression de radiation

Les photons exercent aussi une pression axiale sur la cible.

Application

L’intérêt des pinces optiques est qu’elles sont une méthode non-invasive, c'est-à-dire avec aucun contact matériel, de déplacer des objets. Ainsi l’opérateur ne perturbe pas les conditions de son expérience. De plus, il est possible de manipuler des organites à l’intérieur d’une cellule sans en perforer la membrane ! Ou même de manipuler les chromosomes à l’intérieur du noyau, toujours sans aucun dégât pour le reste de la cellule.

Conclusion

Encore peu connue du grand public la pince optique est un outil qui présente de nombreuses utilités dans le monde scientifique.

( source ; Wikipédia )

NSA : les députés américains approuvent l'interdiction de la collecte massive de données

La Chambre des représentants américaine a adopté mercredi le USA Freedom Act, visant à réformer le Patriot Act de 2001. Le Sénat devra à son tour se prononcer avant la fin du mois de mai.

Un premier pas a été franchi vers l'interdiction de la collecte massive et systématique de données par la National Security Agency (NSA) américaine, révélée en 2013 par son ancien technicien Edward Snowden. Mercredi 13 mai, la Chambre des représentants a approuvé la proposition de loi nommée USA Freedom Act, qui défendrait explicitement cette pratique aux Etats-Unis.

Les représentants ont voté par 338 voix contre 88 cette réforme d'un article controversé du Patriot Act, adopté après les attentats du 11 septembre 2001, et qui arrive à expiration le 1er juin. Soutenue par Barack Obama, la proposition de loi avait échoué au Congrès l'an dernier.

Un programme déclaré illégal par la justice américaine

Le texte doit toutefois encore être soumis d'ici la fin du mois au Sénat, où les débats s'annoncent plus intenses. Le chef de la majorité républicaine souhaite reconduire l'article controversé du Patriot Act tel quel jusqu'en 2020. Il s'oppose à une coalition d'élus des deux bords.

Une cour d'appel fédérale a déclaré la semaine dernière illégal le programme de métadonnées, notamment téléphoniques, de l'Agence de sécurité nationale, mais les juges ont laissé au Congrès le soin de concocter une réforme.

( source : latribune )

La collecte de données téléphoniques par la NSA non autorisée

Cette décision de la Cour d'appel de New York invalide l'arrêt d'un magistrat de Manhattan qui avait rejeté une plainte de l'ACLU contestant la constitutionnalité de la surveillance de la NSA.

NEW YORK, 7 mai (Reuters) - Une cour d'appel fédérale des Etats-Unis a jugé jeudi que la collecte en masse par la National Security Agency (NSA) d'informations sur les conversations téléphoniques de millions d'Américains n'était pas autorisée par le Congrès.

Cette décision de la Cour d'appel pour le deuxième circuit, qui siège à New York, invalide l'arrêt d'un magistrat de Manhattan qui avait rejeté en décembre 2013 une plainte de l'Union américaine pour les libertés civiques (ACLU) contestant la constitutionnalité du programme de surveillance de la NSA, révélé six mois plus tôt par Edward Snowden.

Sans trancher sur le fond, le tribunal d'appel demande au juge de district William Pauley de poursuivre la procédure. Un porte-parole du Conseil de sécurité nationale (NSC) a réagi à la décision en rappelant que Barack Obama avait déjà annoncé son intention de mettre fin à la collecte en masse de données sous sa forme actuelle et que la Maison blanche souhaitait, en accord avec le Congrès, parvenir à une solution alternative.

Dans sa plainte, l'ACLU estimait que la collecte par la NSA de métadonnées téléphoniques enfreignait le quatrième amendement de la Constitution des Etats-Unis, qui garantit au citoyen américain un droit à la protection contre toute perquisition ou saisie non justifiée par un mandat. La plainte avait été rejetée par le juge Pauley, ce dernier estimant que le programme de la NSA constituait une riposte du gouvernement au terrorisme.

"Cet outil grossier ne fonctionne que parce qu'il collecte absolument tout. La technologie a permis à Al Qaïda d'opérer de manière décentralisée et d'ourdir des attentats dans le monde de manière isolée. Les programmes de collecte de blocs de métadonnées téléphoniques constituent la riposte à la disposition du gouvernement", avait-il expliqué.

Dans leur décision dévoilée jeudi dans un document de 97 pages, les trois juges de la cour d'appel fédérale soulignent au contraire que le Congrès n'avait pas sautorisé cette collecte massive dans la section du Patriot Act consacrée à la manière dont les enquêteurs peuvent recueillir des informations pour lutter contre le terrorisme.

"Un développement aussi étendu du stockage par le gouvernement de données précédemment privées constituerait une réduction sans précédent des espérances de tous les Américains en matière de vie privée", écrit le juge Gerard Lynch, qui a rédigé le document. Une telle atteinte, poursuit-il, est peut-être rendue nécessaire par la lutte contre le terrorisme, "mais nous aurions souhaité qu'une décision aussi importante soit précédée d'un débat substantiel, formulé dans un langage sans ambiguïté. Il n'existe aucune preuve d'un tel débat."

La décision de la cour d'appel ne résout cependant pas la question de savoir si le programme de la NSA enfreint le quatrième amendement. Le dossier a été renvoyé au juge Pauley. La cour d'appel a également confirmé le rejet par le juge Pauley d'une injonction préliminaire visant à faire cesser cette collecte de métadonnées.

( source : lavoixdelamerique )

Journal

Le 4/05/2015 , 7 heures 33 . Je serai cet après-midi au rassemblement contre le projet de loi renseignement, esplanade des Invalides

MISE À JOUR SUR LA PÉTITION

#STOPLoiRenseignement : Les événements du 4 mai

THOMAS GUÉNOLÉ & KATERINA RYZHAKOVA

Paris, France

30 avr. 2015 — Chers signataires,

Nous sommes plus de 120.000, et nous pouvons encore réagir et être entendus.

Voici une liste des événements auxquels vous pouvez participer :

- Le lundi 4 mai, à partir de 18h30, l'esplanade des Invalides : Rassemblement contre le projet de loi renseignement, organisé par l'Observatoire des libertés et du numérique. Venez nombreux !

- Le lundi 4 mai, à partir de 9h30, au Tank (22bis rue des Taillandiers, Paris XIème) : une séance d'appels téléphoniques aux députés.
Pour plus d'informations :https://www.facebook.com/events/1567093643545055/

- Le lundi 4 mai, à partir de 16h00 : "Six heures contre la surveillance", organisé par Mediapart.
Pour plus d'informations : http://blogs.mediapart.fr/blog/la-redaction-de-mediapart/240415/4-mai-mediapart-organise-les-six-heures-contre-la-surveillance

​Quelques informations sur les événements dans plusieurs régions sont à retrouver ici :https://wiki.laquadrature.net/PJL_relatif_au_renseignement/4mai

Ne lâchons rien ! Nos libertés sont en danger.

Bien à vous,
Katerina RYZHAKOVA & Thomas GUÉNOLÉ