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La lumière noire est un nom impropre à de la lumière ultra-violette. Les UV sont des lumières dont la longueur d’onde se situe en dehors du spectre du visible et l’œil n’est pas capable de les voir, au même titre que les infra-rouges, les ondes radio ou les rayons X.

Si les chaussettes, les t-shirt ou une feuille A4 paraissent si lumineuses sous les UV, c’est à cause de la fluorescence des colorants sur ces objets.

La fluorescence, j’en ai déjà parlé : c’est la désexcitation énergétique par absorption puis ré-émission de lumière.
Les colorants blancs contenus dans les chaussettes ou le papier absorbent les UV (que nous ne voyons pas) et émettent une lumière blanche (visible). L’effet obtenu est donc simple : on ne voit aucune lumière aller sur le tissu ou le papier mais on voit une lumière en sortir : l’objet semble lumineux !

Là où ça devient plus intéressant, c’est quand on place sous la lumière UV est objets dont la couleur est « fluo », comme des post-it ou des feutres rose ou jaune-fluo. Le « fluo » indique ici que les colorants sont fluorescents et ce n’est pas sans raison : vous n’avez pas l’impression que ces couleurs semblent comme lumineux ? Et bien ce n’est pas une impression, c’est vraiment le cas !

Tout comme le papier ou le tissu blanc, ces couleurs absorbent les UV et illuminent dans la couleur (jaune, rose, orange…) fluo qu’ils portent. La lumière du soleil contient aussi des UV, et c’est elle qui rend si éclatant les post-it ou les surligneurs dans la lumière du soleil.

Voici une liste d’objets qu’il est intéressant de placer sous les UV :

  • papier ou chaussettes blanches (notez que tous les tissus blancs ne sont pas affectés, même chose pour le papier : le papier essuie-tout n’est pas traité avec des colorants qui le rendent blanc éclatant) ;
  • post-it fluo ;
  • feutres de type surligneur fluo ;
  • billets de banque ;
  • tube néon ;
  • étiquettes fluo de prix ;
  • du miel ;
  • la verreries ouraline (plus fabriquée car contenant les sels d’uranium, mais toujours trouvables en tant qu’objet de collection) ;
  • gilet de sécurité jaune fluo (certes, il y a mieux à porter en boite de nuit, mais sous les UV c’est spectaculaire) ;
  • tout objet phosphorescent ;
  • le poster contenu dans la pochette de GTA-V ;
  • de l’huile d’olive (qui apparait rouge sous UV) ;
  • certaines boissons colorées :

photo d’une boisson prises sous les UV
Si les tubes à UV sont chers et fragiles, il existe aussi des mini-torches UV à LED pour quelques euros dans le commerce, comme sur ebay. Ils ont tendance à tirer sur le bleu plutôt que l’UV, mais l’effet n’en est pas moins spectaculaire.

Pour info, le sang ne brille pas sous les UV (essayez avec un steak ou du vrai sang). Ce qui est visible, c’est le luminol vaporisé sur le sang et ensuite passé sous les UV.

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feuilles de papier
La légende raconte qu’un jour, un Roi découvrit un tout nouveau jeu : le jeu d’échec. Pour remercier le sage qui inventa le jeu, le Roi lui proposa la récompense suivante : on plaça sur la première case de l’échiquier une pièce d’or. Sur la deuxième, on en place deux. Sur la troisième on en place quatre. Puis huit, puis seize et ainsi de suite en doublant le nombre de pièces à chaque fois jusqu’à la soixante-quatrième case. Le sage refusa l’offre dans un premier temps. Il préféra plutôt qu’on remplace les pièces d’or par des grains de blés.
Le Roi accepta, malgré ce qu’il pensait être comme une demande pleine d’humilité.

Il se trouve qu’en réalité l’inventeur du jeu amassa au total 18 446 744 073 709 551 615 grains de blé, soit environ 370 milliard de tonnes de blé (à raison de 50 grains par gramme). Ceci représente environ 1600 fois la production annuelle actuelle et mondiale de blé… Qui donc parlait d’humilité ?

Si on arrive à un nombre tellement monstrueux, c’est que le fait de doubler chaque valeur de case en case suit une évolution exponentielle : ça augmente, et ça augmente de plus en plus vite. Ici, l’exponentielle se fait en base 2 : on double (×2) à chaque case. Si bien qu’au bout de 64 cases, on a $2^0+2^1+2^2+2^3+\ldots+2^{63}$ grains de blé, et ça fait en effet beaucoup.

La leçon à retenir ici, c’est qu’il ne faut pas jouer avec les puissances et les exponentielles : vous perdrez toujours.

Un autre exemple, c’est l’exemple de la feuille de papier que vous pouvez faire chez vous : prenez une feuille de papier A4. Pliez-là en deux. Puis encore en deux. Puis encore en deux. Et ainsi de suite jusqu’à ce que ça soit impossible.
Combien de fois pouvez vous plier à la suite ? Pas plus de sept fois. Vous pouvez aussi essayer avec une feuille de journal ou tout autre affiche ou poster : vous n’atteindrez jamais dix pliages !

Si on ne peut pas plier beaucoup de fois, c’est parce que le nombre d’épaisseurs de papier double à chaque pliage. Au bout de la septième fois, vous aurez ainsi $2^7=128$ épaisseurs de papier à plier, soit le quart d’une ramette de papier et sur une toute petite surface.

Au passage, si vous étiez vraiment très fort et que vous pouviez plier 54 fois le papier, l’épaisseur du pliage dépasserait la distance Terre-Soleil d’environ 20% (sur la base d’un papier de 10 µm d’épaisseur).

image de Pascal Bovet

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Les lumières LED (ou DEL, en français) nous envahissent : bien moins gourmandes en énergie, moins chauffantes et plus colorées, elles ont pas mal d’avantages. Mais comment ça marche ?

De façon ancestrale, on a toujours produit de la lumière avec du feu (torche, chandelle, bougie…) et plus généralement avec de la chaleur (lumière solaire, lampe à filament).
Ces dispositifs fonctionnent avec le principe de la loi du rayonnement de Wien (de 1896) : tout objet chauffé émet du rayonnement. Le corps humain à 37°C émet dans l’infrarouge. Une flamme à ~1000°C émet dans le rouge-orangé. Un filament de tungstène dans une lampe à incandescence traversé par un courant chauffe à 3000°C et émet de la lumière blanche.

Le principal ennuie avec une lampe à incandescence, c’est qu’au moins 95% de l’énergie injectée dans ces systèmes est convertie en chaleur et donc perdue. C’est bien normal puisque c’est la température du filament qui produit la lumière et il faut bien la chauffer avant, même si cette chaleur ne nous intéresse pas.

Avec les LED, c’est différent. Le rayonnement émis n’est plus produite par la température mais par le matériau lui-même. En fait, quand une LED est traversée par un courant, elle ne produit pas de la chaleur mais de la lumière. On passe ainsi d’un rendement lumineux de 5% pour les lampes classiques à un rendement proche des 30~50% (le reste étant : un peu de chaleur (effet Joule), de la lumière perdue au sein même de la LED).

Le fonctionnement relève de la physique quantique des semi-conducteurs. Les semi-conducteurs (comme le silicium ou le gallium) sont des matériaux à mi-chemin entre les conducteurs (métaux) et les isolants (plastiques ou verre, par exemple).
Un matériau est conducteur quand ses électrons peuvent passer dans un état où ils sont capables de se promener au sein du matériau et constituer un courant électrique. On dit que l’électron passe de la bande énergétique de valence à la bande énergétique de conduction. Dans un semi-conducteur, ces deux bandes énergétiques sont proches et dans un isolant ils sont trop éloignées. Dans un conducteur ils se chevauchent :

En pratique, l’application d’une tension suffisante (plus grande qu’une tension caractéristique du semi-conducteur et fonction de la distance entre les deux bandes) sur un semi-conducteur permet de faire passer des électrons de la bande de valence à la bande de conduction.

On se retrouve donc avec la configuration suivante :

  • la bande de valence a perdu un électron. Elle a donc une place libre, appelé « un trou »
  • la bande de conduction a gagné un électron (qui peut alors conduire le courant).

Problème : cette configuration n’est pas stable et ne reste donc pas comme ça : l’électron fini par retourner dans son trou pour le boucher. Cette recombinaison « électron-trou » se produit tout le temps et des électrons montent sans cesse dans la bande de conduction et d’autres redescendent pour boucher les trous.

Dans une LED, cette recombinaison électron-trou libère un photon, autrement dit de la lumière. La lumière des LED vient de là : de la stabilisation électronique du semi-conducteur par la recombinaison des paires électron-trou.

Ce qu’il y a d’intéressant ici, c’est que selon le matériaux semi-conducteur choisi, la distance énergétique (c.à.d la différence d’énergie) entre la bande de valence et la bande de conduction est très précise et sera égale à l’énergie du photon émis lors de la recombinaison et donc de sa couleur. Il est donc possible de fabriquer des diodes émettant une seule couleur pure : du rouge, du bleu, du vert… Les diodes émettant du blanc n’existent pas : leur technologie repose soit sur la combinaison de 3 semi-conducteurs émettant du rouge, du vert, du bleu et qui apparaissent comme du blanc une fois mélangés, soit en utilisant un revêtement coloré qui va absorber une partie de la lumière de la diode pour émettre du blanc.

C’est un principe proche (mais différent) du fonctionnement d’un laser, et c’est pour ça qu’on trouve une diode dans les pointeurs laser.

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resistance is futile
Vu qu’on me l’a demandé, voici quelques blagues scientifiques.

Il y en a qui sont des traductions de ces deux pages ici et , et d’autres plus ou moins connues que je mets ici.
Notez que certaines blagues ne marchent pas en Français car jouant sur les mots, il est donc préférable de les retrouver sur leur pages en anglais.

Dialogue entre i et pi

« i : soit rationnel !
— pi : soit réel ! »

Dialogue entre un ion et un atome

« ion : j’ai perdu un électron !
— atome : tu es positif ? »

Les gaz nobles ne sont pas admis dans ce bar

Un atome d’argon entre dans un bar. Le serveur lui dit « veuillez sortir d’ici, nous ne servons pas les gaz nobles. ».
Aucune réaction de la part de l’argon.

Einstein, Newton et Pascal

Einstein, Newton et Pascal jouent à cache-cache. C’est au tour d’Einstein de compter et chercher.
Pascal court immédiatement se cacher. Newton prend une craie et dessine un carré de 1 m de côté autour de lui.
Einstein arrive, découvre Newton et dit « Newton, je t’ai trouvé ! »
Newton sourit et dit « Tu ne m’as pas trouvé : tu trouves un Newton sur un mètre carré ! Tu viens de trouver Pascal ! ».

Une bière romaine ?

Un romain entre dans un bar, lève deux doigts et dit « 5 bières s’il vous plait ! ».

Histoire d’entropie

L’entropie n’est plus ce que c’était…

Pavlov

Pavlov est assis dans un bar avec une bière. Soudain son téléphone sonne. Pavlov se lève d’un bond et s’en va en criant « mince, j’ai oublié de nourrir le chien ! ».

Le chat de Schrödinger

Le chat de Schrödinger entre dans un bar. Et reste dehors.

Heisenberg électronique (ma préférée)

Un électron roule sur l’autoroute. Il se fait contrôler par la police.
L’agent dit « Monsieur, savez-vous que vous rouliez à 150 km/h ? »
L’électron s’exclame « Ah bien, maintenant je suis perdu ! ».

Problème de tachyon

Le serveur dit « désolé, nous ne servons pas les particules plus rapides que la lumière ici. ».
Un tachyon entre dans le bar.

C’est relatif !

Un étudiant dans le train lève la tête et voit Einstein assis à côté de lui.
Il demande « Excusez-moi professeur, est-ce que Boston s’arrête à ce train ? ».

Benoit B. Mandelbrot

Que signifie le « B » dans Benoit B. Mandelbrot ? Réponse : Benoit B. Mandelbrot.

Enfin, quelques blagues en image :

Et sinon il y a toujours XKCD :)

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photo écouteurs iphone Le bruit est une vibration de l’air : une variation rapide dans la pression de l’air (ou de l’eau si on est dans l’eau). Ces variations de pressions dite acoustiques sont captées par les tympans.

Des oreilles humaines sont sensibles à des bruits dont la pression acoustique varie de 0,00002 pascal à 200 pascal (sachant que la pression atmosphérique est de 101 300 pascal).

De ces chiffres, on remarque deux choses :

  • la pression captée par les oreilles est extrêmement faible par rapport à la pression atmosphérique (de l’ordre du dix-milliardième environ)
  • l’étendu entre les sons faibles et les sons forts est très grande sur l’échelle des pressions : on passe d’un nombre très petit (0,00002) à un nombre très grand (200).

Le second point rend la notation du niveau sonore peu pratique dans l’usage : on trainerait beaucoup trop de chiffres dans les calculs, les étiquettes sur les casques audio ou les lois relatives au bruit de travail ou de voisinage.

De plus, on s’est rendu compte (en 1860) qu’un son de d’une pression acoustique de 1,5 Pa sera aussi fort par rapport à un son de 1 Pa qu’un autre son de 0,015 Pa comparé à un son de 0,01 Pa, quand bien même la pression est augmenté de 0,5 Pa dans un cas et de seulement 0,005 Pa dans l’autre.
Ce n’est donc pas la variation de la pression acoustiques dans l’absolu qui importe, mais la variation relative entre deux sons (ici, augmentation de 50% dans les deux cas).

De ce fait, on a décidé d’utiliser pour le son une échelle logarithmique en décibel.
Cette façon de noter les nombres a justement la propriété de réduire l’étendue de l’échelle (au lieu de passer de 0,01 à 100000, on passera de –2 à +5, ce qui est bien plus commode) et de tenir compte du fonctionnement de l’oreille : l’importance étant le facteur de pression acoustique (les 50% ci-dessus) et non plus l’augmentation dans l’absolu de la pression acoustique : l’échelle tiendra donc compte du facteur multiplicatif entre deux intensités sonores et non plus leur valeurs précises.

Cependant, l’utilisation du décibel pose un problème : c’est une des seules fois dans la vie courante où on utilise une échelle logarithmique et donc non linéaire. Cela peut prêter à confusion dans la pratique.

Par exemple, si on a une installation qui émet un bruit de 40 dB, combien de décibels produiront quatre de ces machines ? Réponse : 46 dB, et non pas 160 !
Autre exemple, si une installation émet 40 dB, combien faut t-il de ces installations pour produire 160 dB de bruit ? Réponse : 1 099 511 627 776, et non pas 4 !

En fait, l’échelle logarithmique fonctionne de la façon suivante :
  • ajouter 3 dB correspond à multiplier l’intensité sonore par deux : 26 dB est donc deux fois plus fort que 23 dB et 23 dB est lui-même deux fois plus fort que 20 dB.
  • retirer 3 dB correspond à diviser l’intensité sonore par deux.

Ainsi, si on augmente le niveau sonore de 12 dB, on multiplie l’intensité sonore par quatre ($2^\frac{12}{3} = 16$).

Il faut faire attention à ces choses là. Si vous travaillez dans un lieu où règne un niveau sonore de 91 dB, il ne faut pas se fier trop vite aux 85 dB que sont la limite imposée par la législation concernant le seuil de danger pour les oreilles. 91 et 85 peuvent sembler proches, alors qu’en réalité l’intensité sonore reçue par les oreilles est bien multipliée par quatre ! Une augmentation de seulement de 6 dB dans le bruit ambiant au travail peut sembler dérisoire, mais la différence est énorme en vrai.

De même, l’anecdote dit (cf : mon prof d’IUT) que le législateur non-physicien avait un jour décrété que le niveau sonore sur le lieu de travail devait être abaissée d’environ 30 dB, pensant que passer de 100 dB à 70 dB semblait appropriée. Sauf que là encore, une baisse de 30 dB correspond à une division par 1 024 de l’intensité sonore. Ceci serait très agréable pour les oreilles, mais impossible à mettre en place pour les machines et les outils bruyants.

Image de Fe Ilya

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