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Olympiades de la Physique 2011

17 / 02 / 2011

Mercredi 15 décembre 2010 ont eu lieu les qualifications pour la finale de la XVIIIe édition des olympiades de la Physique.

Fatima, Thomas et Sohail, trois élèves de Première S du Lycée Suger de Saint-Denis se sont rendus au Lycée Aubanel d’Avignon pour présenter leur projet :

Docteur Speckle et Mister Hide.
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Une aventure formidable

C’était une grande première pour le Lycée et c’était la première fois que ces Lycéens participaient à une compétition scientifique de haut niveau. Nos trois ambassadeurs du Lycée Suger ont présenté leur travail devant un jury attentif et exigeant.

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Le projet

Lorsqu’on éclaire une feuille de papier calque avec un Laser, on observe sur un écran une distribution d’intensité complexe, granuleuse appelée speckle. Le phénomène est dû aux interférences entre les ondes diffusées par chaque point du milieu diffusant. La feuille de papier calque est un milieu diffusant car elle contient des inhomogénéités à l’échelle de la longueur d’onde du Laser utilisé (He-Ne, λ=632.9 nm). Un milieu homogène ne diffuse pas la lumière.
Si au lieu d’utiliser un milieu diffusant fixe, on utilise une cuve contenant des microparticules en suspension dans une solution aqueuse, le mouvement brownien des particules provoque une modification permanente du speckle. Une photodiode mesure alors ces fluctuations d’intensité diffusée avec un angle θ. Le traitement informatique consiste à calculer la fonction d’auto corrélation du signal obtenu ; Cette fonction décroit exponentiellement avec un temps caractéristique directement relié au coefficient de diffusion brownien :
D=kB T/6Πηa où a est la taille des microparticules et η la viscosité dynamique de la solution aqueuse (unités : Pa.s). On peut donc remonter à la taille des particules connaissant la viscosité de la solution ou bien mesurer la viscosité de la solution si on dispose de la taille des particules. 

Le Montage 

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Le montage est constitué par : 
- Un Laser He-Ne.
- Une lentille convergente. 
- Une cuve qui contient le milieu diffusant : particules calibrées de latex en suspension dans une solution de saccharose. 
- Une photodiode insérée dans un montage convertisseur courant tension. 
- Un boitier d’acquisition OrphyLab. 
- Un ordinateur qui pilote l’acquisition et effectue le traitement du signal (Logiciel Matlab)