Descriptif
Le phénomène de fluorescence est lié aux propriétés quantiques de certains matériaux et trouve de nombreuses applications dans les domaines de la photonique et bien au-delà. L’absorption de photons par ces matériaux donne lieu à une émission lumineuse spontanée à des longueurs d'onde généralement plus grandes que celles des photons absorbés. La semaine spécifique vise à :
· - présenter les concepts de base à l'origine du phénomène de fluorescence
· -présenter différents exemples d'application de la fluorescence, par exemple dans les nouvelles technologies (LED, imagerie à rayons X), dans le domaine de la maitrise des couleurs et de l'éclairage (tube "néon", impression de motif permettant d'identifier des billets de banque …), de la santé et la biologie (marqueur biologique, microscopie de fluorescence …), et de l'art (exploitation de la lumière "noire" UV permettant de révéler des œuvres d'art).
· - réaliser des expériences simples qui exploitent le phénomène de fluorescence, et de découvrir les problématiques de métrologie liées à la mesure de la fluorescence.
Objectifs pédagogiques
A l'issue de cet enseignement, les élèves seront capables de:
- Maitriser le domaine de l'optique et de la photonique
- Evoluer dans un large champ scientifique
- Réaliser / Proposer des expérimentations
- Communiquer avec des spécialistes et non-spécialistes (écrit/oral)
- Piloter un projet à forte composante de recherche et d'innovation
- S’insérer dans une équipe / un réseau / un environnement professionnel
- Cours magistral : 8
- Travaux dirigés : 18
Diplôme(s) concerné(s)
UE de rattachement
- 7N-194-SCI : Semaine 2
Format des notes
Numérique sur 20Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 6
Le coefficient de l'UE est : 100
Programme détaillé
Qu'est ce que la fluorescence ?"
Dans cet exposé, nous présenterons les différents types de fluorescence, et les mécanismes physiques à l'origine de la fluorescence (déplacement de Stokes, phosphorescence, fluorescence paramétrique …). L'exposé utilisera des notions élémentaires de mécanique quantique.
"Exemple d'application de la fluorescence dans les technologies" Cours, 1h – Raphaël Clerc
Nous présenterons quelques exemples de l'utilisation de la fluorescence dans le domaine de l'éclairage (néon, LED blanche …), des lasers, des écrans (quantum dot display), du photovoltaïque (Luminescent Solar Concentrator) et de l'imagerie X.
· "Microscopie de fluorescence et ses applications en biologie" Cours, 2h – David Rousseau.
On montrera les principes optiques et spectroscopiques des différentes microscopies de fluorescence en incluant la microscopie confocale, la microscopie à feuille de lumière, et en allant jusqu’à la microscopie de super-résolution par fluorescence. Cette technique permet de descendre en dessous de la limite de Rayleigh et a valu à ses auteurs le prix Nobel de chimie en 2014. Des exemples en imagerie du vivant et du développement viendront illustrer le cours. Un focus sur la microscopie à feuille de lumière sera donné sur le mode DIY. Les challenges en traitement d’images ouverts par ces techniques seront soulignés.
· "Fluorescence : applications à la restauration d’œuvres picturales et aux arts graphiques" Cours, 2h30 – Mathieu Hebert
L’analyse spectrale de fluorescence permet d’identifier des matériaux par des mesures sans contact. Elle est donc une technique privilégiée dans l’étude et la restauration des œuvres du patrimoine culturel, ce que nous illustrerons à travers quelques exemples de peintures à l’huile, vernis, laques, marbres… Par ailleurs, l’utilisation d’encres fluorescentes dans les arts graphiques permet de créer des effets visuels innovants, qu’il s’agisse de protéger des documents contre la copie illicite, ou d’enrichir la gamme des couleurs.
"Application de la fluorescence dans le domaine artistique" Cours, 2h – Eric Michel
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"Réalisation d'un fluoboard" Atelier, deux jours – Falblab Open Factory
Les étudiants réaliseront un fluoboard à partir d'un guide de lumière couplée à un ruban à LED. L’allumage séquentiel des LED rouge, verte bleu permettront de créer des images animées.