L’année internationale de la lumière et des technologies utilisant la Lumière, touche à sa fin….

L’année internationale de la lumière et des technologies utilisant la Lumière,  touche à sa fin. Proclamée par l’ONU et l’UNESCO pour commémorer plusieurs découvertes dans la Science de la Lumière et ce depuis 200 ans. L’objectif  est de toucher le plus grand nombre de personnes allant des enfants et des jeunes  aux chercheurs.  Dans notre pays, vu le contexte, très peu  de manifestations grand public ou même spécialisées, ont été organisées pour aborder et discuter de la science de la lumière, de la technologie de la lumière, de la lumière dans la nature, de la lumière et la culture, de l’histoire de la science de la lumière, de l’implication de la lumière dans les sciences au service du développement et de la durabilité.

La vie sans Lumière est presque inimaginable. La lumière traversant la Matière constitue la Photonique. Dès l'instant où vous vous réveillez grâce à l'alarme de votre smartphone, quand vous  glissez votre carte de crédit pour avoir de l’argent liquide, ou pour se connecter à votre ordinateur et avoir la connexion avec le monde grâce à l'Internet, tout ceci n’est possible qu’avec  la Photonique…..  La Photonique génère, contrôle et détecte la lumière à l'aide de matériaux innovants ou de micro et nanostructures, pour faire avancer l'imagerie médicale, les écrans de nouvelle génération, la robotique, , les technologies de la défense, de la sécurité biométrique, traitement d'image, les communications, l'astronomie et bien plus encore.  La Photonique constitue l'épine dorsale de l'Internet, des guides d'exploration de l'énergie.
Les cinq principaux domaines de la photonique  sont  axés sur la fabrication de pointe, les communications et la technologie de l'information, la défense et la sécurité, la santé et la médecine, et l'énergie.
Depuis le début des années 90, tirant profit des avancées réalisées dans le domaine des cristaux photoniques, des microcavités et des boîtes quantiques semiconductrices la nano photonique a a progressé rapidement. Le confinement des électrons à l'échelle du nanomètre et celui des photons à l'échelle de la longueur d'onde ont permis la mise en évidence de nombreux effets physiques fondamentaux utilisant la matière. La découverte de ces effets a conduit au développement de composants optoélectroniques innovants : lasers à très bas seuil, diodes électroluminescentes à fort rendement, sources de photons uniques, etc…

De nouvelles voies s'ouvrent également dans des domaines comme le traitement quantique de l'information et les communications quantiques, l'éclairage, les circuits intégrés photoniques pour les télécoms et les datacoms, les interconnexions optiques à haut débit intra ou inter puces électroniques et la biophotonique.

De nouvelles opportunités telles que l'impression   3D, l'énergie solaire plus efficace, une meilleure identification de la menace nucléaire, une détection plus précise du cancer, et la croissance de la vitesse et de la capacité d'Internet offrent un potentiel encore plus important sur  l'impact sociétal dans les prochaines décennies.

Nous ne pouvons  parler de la Lumière sans aborder Ibn al-Haytham et l’Optique Arabe. Depuis 1000 ans, date de son  remarquable traité de sept volumes  sur l'optique « Kitab al-Manazir »,  le savant arabe Al-Hasan Ibn al-Haytham, était un penseur scientifique et un pionnier avec ses  importantes contributions à la compréhension de la vision, de l'optique et de la lumière. Ibn al-Haytham est né en Irak, au cours d'une période créatrice connu comme l'âge d'or de la civilisation musulmane qui a vu de nombreux progrès fascinants de la science, de la technologie et de la médecine. Dans une région qui se propagent de l'Espagne à la Chine, des hommes et des femmes, de différentes confessions et cultures, ont inspiré et  construit sur la connaissance des civilisations antiques, des découvertes ayant  un impact énorme et souvent sous-estimé sur notre monde.

Sa méthodologie en particulier, en utilisant l'expérience afin de vérifier la théorie, montre certaines similitudes avec ce qui est devenu connu sous le nom de la méthode scientifique moderne. Grâce à son Livre d'Optique (Kitab al-Manazir) et sa traduction latine (De aspectibus), ses idées ont influencé les savants européens, y compris ceux de la Renaissance européenne. Aujourd'hui, beaucoup de scientifique le considèrent  comme un personnage central dans l'histoire de l'optique et le « père de l'optique moderne ». L'œuvre d'Ibn al-Haytham était remarquable pour son accent sur la preuve.
Il était l'un des premiers scientifiques à étudier les caractéristiques de la lumière et le mécanisme et  processus de la vision. Il cherchait la preuve expérimentale de ses théories et des idées. Pendant de nombreuses années vivant en Egypte, dont dix ont été passés en détention préventive (refus de construire un barrage sur le Nil).  Ibn al-Haytham a mené plusieurs études importants dans l'optique, les mathématiques et l'astronomie. Son travail sur l'optique a été caractérisée par un fort accent sur l’expérience pour  tester des théories et des hypothèses. On retient surtout son point de vue fondamental sur la vision. Certains préconisaient que des rayons sortaient des yeux, tandis que d'autres pensaient que quelque chose est entré dans les yeux pour représenter un objet. Mais il était le scientifique du 11ème siècle, qui a entrepris une critique systématique de ces idées sur la vision afin de démontrer à la fois par la raison et expérimenter que la lumière était un élément crucial, indépendante, et une partie du processus visuel. Il a donc conclu que la vision que se tiendra lorsqu'un rayon lumineux émis par une source lumineuse ou réfléchi d'une telle source avant son entrée dans l'œil. Il donna des noms à plusieurs parties de l'œil, comme la lentille, la rétine et la cornée.

Ibn al-Haytham a expliqué  la nature de la lumière et de la vision, grâce à l'aide d'une chambre noire qu'il a appelé "Albeit Almuzlim", qui a la traduction latine comme la «camera obscura», le dispositif qui constitue la base de la photographie.

Il est connu pour avoir dit: "Si l'apprentissage de la vérité est l'objectif du scientifique ... alors il doit lui-même se faire l'ennemi de tout ce qu'il lit".  Il voulait dire, qu’il était essentiel de mener des expériences pour tester ce qui est écrit plutôt que de l’accepter aveuglément comme vrai…. (http://www.ibnalhaytham.com)

Les efforts pour comprendre la nature et les caractéristiques de la lumière ont révolutionné presque tous les domaines de la science, des premières tentatives pour comprendre le mouvement des étoiles et des planètes à l'appréciation de l'importance de la lumière dans la photosynthèse. 

Une étape importante de l'évolution de l'Univers a eu lieu environ 300.000 ans après le Big Bang, lorsque la température était assez fraîche (autour de 4000 degrés) pour les atomes neutres à se former. Avant cette époque, il y avait trop de particules chargées pour permettre à la lumière de se propager plus d'une très courte distance. Une fois les atomes se sont formés, la lumière pourrait voyager sur d’immenses distances. En fait, nous pouvons recevoir aujourd'hui la «lumière» (sous la forme de micro-ondes), qui s’est propagée  pendant plus de 13 milliards d'années.

Peut-être l’effet le plus important pour nous était la formation du Soleil et du système solaire - y compris notre planète. Il ya environ 4,5 milliards d'années depuis que la Terre a été baigné par la lumière du Soleil qui est notre plus importante source d'énergie. La lumière du soleil nous illumine, nous réchauffe permet aux plantes pour fabriquer de l'oxygène et notre nourriture. L'utilisation de la lumière du soleil dans la photosynthèse, de faire de l'oxygène et des hydrates de carbone à partir de dioxyde de carbone et de l'eau, un processus mis en place depuis plus de deux milliards d’années.

L'histoire de l'étude de la lumière a impliqué presque toutes les grandes figures de la science, et de leurs histoires de révéler le côté humain de la science dans de nombreuses façons différentes..

Dès les premiers temps, de nombreux philosophes ont examiné la question de la lumière. Certains ont fait valoir qu'il s’agit d’ un flux de particules, tandis que d'autres étaient certains elle  était composée d’ondes. Isaac Newton était l'un des partisans de la théorie du «corpusculaire», et a effectué des expériences sur la lumière vers la fin du 17ème siècle. Peut-être le plus célèbre était son expérience avec la lumière du soleil et de prismes où il a montré que la lumière blanche est composée de plusieurs couleurs, et que chaque couleur individuelle ne pouvait être utilisé pour recréer la lumière blanche ou être ventilé.

Parallèlement aux  idées de Newton, l'idée que la lumière était une onde avait été proposé par des gens comme Christian Huygens et rival de Newton, Robert Hooke. Mais il a fallu attendre un siècle plus tard, en 1800, que les expériences de Thomas Young a montré que la lumière peut présenter des interférences (par ex., Les crêtes et les creux des vagues peut ajouter ou soustraire à donner aux régions claires et sombres). Il a également proposé que la lumière de différentes couleurs a différentes longueurs d'onde, et que nous voyons ces couleurs avec des ensembles de trois détecteurs à nos yeux pour les trois couleurs primaires.

Pendant le 19ème siècle, les développements théoriques et expérimentales dans la compréhension de l'électricité et le magnétisme ont abouti à l'œuvre de James Clerk Maxwell, qui a montré qu'il doit y avoir des ondes formées par les champs électriques et magnétiques oscillants. Ces ondes ont été prévues pour se propage  à une vitesse très proche de la vitesse mesurée de la lumière, de sorte qu'il est apparu très probable que la  lumière est un phénomène électromagnétique (EM). Nous savons maintenant que la lumière est en effet une forme de très haute fréquence du rayonnement EM.

Etant donné que  la théorie ondulatoire de la lumière  semblait triomphante, Albert Einstein a montré en 1905 que l'explication de l'effet photoélectrique (où les électrons peuvent être éliminés des métaux par un rayonnement de  fréquence suffisamment élevée) exige de considérer la  lumière comme des corpuscules appelés photons. Ainsi la lumière peut se comporter à la fois comme des ondes ou des particules, et les développements extraordinaires dans les utilisations de la lumière dans ces derniers temps (par exemple, de la photonique) dépendent de cette double nature.

Il convient également de mentionner le  travail d'Einstein sur la relativité restreinte. Cette théorie repose sur le fait que la vitesse de la lumière est invariante. La mesure de cette vitesse implique le temps et l’espace. Pour en savoir plus sur la théorie révolutionnaire de la relativité d'Einstein, voir le Centenaire Einstein.

La lumière provenant de l'extérieur de la Terre constitue  l'astronomie. Dès les premiers temps, les gens ont observé la succession du jour et de la nuit, la croissance et la décroissance de la lune, et la relation des constellations pour les saisons sur Terre. Les premiers astronomes ont été nécessaires pour produire des calendriers, pour marquer le passage du temps. Les développements dans le monde antique sont venus de nombreuses civilisations: chinois, indiens, égyptiens, grecs, arabes, perses, maya, pour ne nommer que quelques-uns. Une fois que le télescope avait été inventé, les astronomes ont pu étudier plusieurs objets et des objets plus éloignés, qu'avant, donc des noms comme Galileo, Brahe, Kepler, etc sont tous impliqués dans les débuts de l'astronomie moderne.

Bien sûr, l'humanité a trouvé d'autres sources de lumière au cours de l'histoire. Le feu est évidemment le premier de celles-ci, passant par les lampes à alcool. L'électricité est la source de lumière artificielle, à commencer par l'invention de la lampe à incandescence par Joseph Swan et Thomas Edison (qui s’avère être toujours allumée..) et progresse vers un éclairage fluorescent jusqu’à la lumière moderne des diodes électroluminescente (DEL).

L'humanité a aussi appris à contrôler la lumière. L'utilisation de miroirs et de lentilles pour détourner la lumière, ou pour agrandir les images. Microscopes et télescopes, en utilisant de multiples miroirs et / ou des lentilles sont deux inventions étroitement connexes, juste il ya quelques centaines d'années. Ils nous permettent d'étudier des objets plus petits que nos yeux peuvent voir, et les objets à de grandes distances.

Nous pouvons également envoyer de la lumière d'un endroit à un autre en utilisant des fibres optiques ou des «guides de lumière». Ceux-ci nous permettent d'utiliser la lumière pour transmettre de grandes quantités d'informations, et d'explorer les régions où nous ne pouvons pas aller, comme dans les sondes médicales ou endoscopes.

Sihem Jaziri
Professeur Faculté des Sciences de Bizerte
Université de Carthage