Thème TIPE 2012/2013

Invariance, Similitude


Le thème des TIPE retenu pour l’année 2012-2013 est : invariance, similitude.

Le problème de l’Univers pour un physicien est qu’il se prête difficilement à l’expérimentation en laboratoire. Aussi, les principes d’invariance et de similitude sont depuis longtemps au coeur de l’Astrophysique d’une part pour pouvoir appliquer à différents endroits dans l’espace et dans le temps les lois de la physique que l’on connait sur Terre et dans le Système Solaire, et d’autre part pour tester des hypothèses et modéliser des phénomènes à une échelle réduite.

L’invariance, tout d’abord, est en lien étroit avec les notions de conservation et de symétrie dans la physique contemporaine. Les problématiques liées aux théories de jauges, qui interviennent par exemple en relativité restreinte, en relativité générale et en cosmologie sont fondamentalement des problèmes d’invariance. En cosmologie toujours, et notamment depuis la découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers (prix Nobel 2011), les hypothèses d’homogénéité et d’isotropie (qui sont des hypothèses d’invariance) sont réinterrogées sous l’angle de la structuration à grande échelle.

La similitude ensuite, est ce qui permet de mieux comprendre des phénomènes en les étudiant à plus petite échelle. Elle est par exemple largement utilisée pour les problématiques de mécanique des fluides dans l’aérospatiale. En astrophysique, la compréhension des phénomènes impliquant des plasmas peut tirer parti de ces similitudes. C’est sur cette base que s’est développée une "astrophysique de laboratoire" qui s’attache à mieux décrire l’évolution des étoiles et l’origine des rayonnements à haute énergie, en reproduisant expérimentalement des conditions extrêmes de température et de pression (à l’aide de lasers par exemple) à échelle "humaine" et en utilisant les simulations numériques pour extrapoler les résultats à des échelles plus grandes. La physique stellaire tire donc parti de cette notion de similitude.

Le thème de cette année se fait donc l’écho de principes couramment utilisés en astrophysique pour franchir les limites expérimentales des laboratoires et mieux comprendre la physique des objets de l’Univers.


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