L'effet Casimir

Les bases théoriques

En 1948, H. Casimir, un physicien hollandais pousse la théorie de la mécanique quantique dans ses derniers retranchements. Il prend la notion de fluctuation énergétique du vide au sérieux en publiant [01].

Ses calculs montrent que deux plaques conductrices mais non chargées placées parallèlement l’une en face de l’autre devrait s’attirer mutuellement avec une force dont l’intensité est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la distance qui les sépare… ; voir par exemple [02 ; en français].

En réalité, l’existence d’une force au formalisme similaire avait été prédite dans un article antérieur, [03], sur lequel il est revenu dans [01]. Le formalisme de cette force avait été obtenue dans sa première mouture en partant de l’expression des forces de Van-der-Waals London, puis en le corrigeant d’effets retard.

Dans [01], le physicien démontre que ce formalisme peut s’obtenir en partant des fondations de l’électrodynamique classique et en étudiant les fluctuations énergétiques autour du point zéro.

Une violente polémique politico-métaphysique

Cette prédiction a fait couler beaucoup d’encre et contribué à entretenir la polémique sur la nature des régions vides de notre univers qui faisait rage lorsque j’étais encore adolescent (il y a presque cinquante ans !)

A vrai dire, il n’y a pas si longtemps que cela (vingt ans environ), la dispute sévissait encore ; elle a d’ailleurs indirectement justifié mon essai surréaliste « Le vide de Lamb et Rutherford » (voir sur une autre page de ce site).

A l’époque, il n’était pas question de prendre ce conflit d’idées à la légère car il servait de devanture à la quête bien réelle de nouvelles sources d’énergie. Il n’y a donc rien de nouveau sous le ciel des humains, n’en déplaise aux jeunes générations !

Et l’énergie du vide faisait partie de ces espoirs fous ; mais et aussi de cette lutte sans merci que se livrait les pays engagés dans la recherche d’une source d’énergie qui semblait inépuisable.

Les temps raisonnés et apaisés

Sur le plan de la démarche scientifique, la prédiction de Casimir a surtout suscité le doute puisque deux formules similaires s’expliquaient de deux façons totalement distinctes. Il a donc d’abord fallu faire appel aux procédures habituelles en pareil cas :

  • réaliser des expériences réelles reproduisant les conditions du calcul proposé,
  • s’assurer de l’adéquation entre la nature de ce qui était effectivement observé et la nature théorique de l’effet Casimir, et enfin… ce qui n’est pas la moindre des difficultés…
  • mesurer l’intensité de l’effet.

Aux expériences déjà citées dans [02], certains veulent ajouter aujourd’hui celle dont les résultats sont publiés dans Nature, [04 ; 2019].

De quoi s’agit-il ? Les températures de deux plaques placées parallèlement l’une à l’autre dans le vide et ayant des températures initiales différentes finissent par avoir la même température au bout de quelque temps. Conclusion : le vide transmet la chaleur.

Pour autant, aux vues du bref rappel historique que je viens de faire ci-dessus, il est permis de douter de l’explication donnée à ce transfert dans le titre de l’article : les phonons. En effet, le son (phonon) ne se transmet pas dans le vide !

L’interprétation suggérée dans [05 ; en américain] semble bien plus plausible et plus cohérente : c’est un effet Casimir, au sens donné à ce terme dans l’article [01].

La morale de l’histoire

L’aventure scientifique exhibe chaque jour la kyrielle de phénomènes connexes qui l’accompagne :

  • la beauté des constructions théoriques, mais et surtout 
  • les dangers liés aux conflits d’intérêt que les découvertes potentielles contiennent,
  • les querelles entre les écoles de pensée, voire entre les académies,
  • la complexité technique des expérimentations destinées à valider les prédictions,
  • les difficultés d’interprétation des prédictions et des expériences,
  • les divergences entre les niveaux d’information des diverses équipes scientifiques étudiant un même sujet dans le monde.

© Thierry PERIAT, 7 février 2020.

Sources consultées :

[01] Hendrik Casimir, « On the attraction between two perfectly conducting plates », Proc. Kon. Nederl. Akad. Wetensch, vol. B51,‎ 1948, p. 793.

[02] Article de Wikipédia-France du 21 juillet 2019 (consulté le 07 février 2020).

[03] Hendrik Casimir, « The Influence of Retardation on the London-van der Waals Forces », Phys. Rev., vol. 73,‎ 1948, p. 360.

[04] Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1800-4 , https://nature.com/articles/s41586-019-1800-4.

[05] Quantum quivers transfer heat: Science News, January 18, 2020, pp. 12-13.

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event Date de dernière mise à jour : 28/09/2020

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