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Émile Biémont, astrophysicien : de la lumière à l’arc-en-ciel !

« La couleur est la gloire de la lumière »
Jean Guitton

« À quoi sert la lumière du Soleil si on a les yeux fermés ? »
Proverbe arabe

Après des études de physique à l’Université de Liège, Émile Biémont se spécialise en astrophysique avec un doctorat en sciences en 1977, et une thèse d’agrégation en 1987. Toute la carrière de cet éminent scientifique est consacrée simultanément à la recherche (directeur de Recherches au FNRS) et à l’enseignement (professeur de spectroscopie et d’astrophysique à l’Université de Mons). Deux facettes d’un même métier qui s’avèrent enrichissantes et complémentaires. Le fil conducteur de sa désormais longue vie professionnelle est basé sur l’étude, omniprésente, de la lumière, à propos de laquelle Émile Biémont aime à dire, à la manière de l’inscription d’un cadran solaire, « Sans la lumière, je serais mort ».

Lauréat de nombreuses distinctions et prix scientifiques, Émile Biémont est également, en plus d’avoir été membre d’un nombre impressionnant de commissions, jurys et comités d’expertise nationaux et internationaux, Commandeur de l’ordre de Léopold et Membre de la Classe des Sciences de l’Académie royale de Belgique depuis 1994.

Ses domaines de prédilection sont la physique atomique, la spectroscopie atomique et moléculaire, et ses applications à l’astrophysique, à la physique des lasers et à la physique des plasmas sans oublier l’histoire des sciences et la vulgarisation scientifique. De nombreuses publications vont égrener le parcours de ce toujours et encore scientifique, chercheur de très haut niveau, avec plus de trois cent soixante articles et une dizaine d’ouvrages dont certains ont été traduits en plusieurs langues, édités dans la collection ‘Que sais-je ?’ des Presses Universitaires de France, chez de Boeck Université et chez Flammarion. Sans oublier deux ouvrages parus dans les Mémoires de la Classe des Sciences de l’Académie royale de Belgique, dont le tout récent : Le règne du temps : des cadrans solaires aux horloges atomiques.

Émile Biémont donnera une conférence, dans le cadre du Collège Belgique, au Palais provincial de Namur, le mardi 26 avril prochain à 17 heures, ayant pour sujet et pour titre une expression singulière de la lumière, L'arc-en-ciel : mythes, art, science et histoire.


Comment devient-on astrophysicien ? Une passion scientifique ou un rêve d’enfant ? Comment cette aventure a-t-elle débuté ?


En fait, j’ai fait des études gréco-latines ! J’étais plutôt littéraire et je ne sais pas très bien ce qui a déclenché mon attrait pour les sciences. J’avais deux sœurs plus âgées que moi qui suivaient leurs études à Bastogne alors que j’habitais dans la région de Vielsalm. Elles rentraient à la maison le week-end. Je leur demandais souvent de me rapporter des livres de physique ou de chimie. Je me souviens avoir fouiné dans ces ouvrages. Je pense que c’est cela qui a servi de point de départ ! Et lorsque mes parents ont vu que je m’intéressais à la science, ils m’ont offert une encyclopédie. Cela a été le déclencheur. J’ai donc réussi mes études de physique à Liège et me suis spécialisé en astrophysique. Puis le doctorat sur la physique atomique appliquée à l’astrophysique. Déjà et toujours la relation entre l’infiniment petit et l’infiniment grand !

Le thème de la lumière n’est-il pas en définitive le fil conducteur de l’essentiel de votre parcours scientifique ?

Oui, toute ma carrière s’est passée à étudier la lumière. C’est, en effet, le fil conducteur. La lumière émise par les atomes et les molécules. Et aussi l’étude de la lumière émise par les corps célestes. Pour décoder ce message de la lumière, l’outil idéal qui s’impose est évidemment la spectroscopie.

De quoi s’agit-il ?

Il s’agit d’une science ‘fondée’ par Newton, appelée également spectrométrie ou spectrographie. Newton montra en effet que la lumière blanche peut être décomposée, par un prisme, en ses composantes monochromatiques. Newton est le premier à avoir été capable d’expliquer la nature des couleurs de l’arc-en-ciel. La spectroscopie est donc la science qui consiste à disperser la lumière au maximum pour en extraire l’information. Cette science s’est développée expérimentalement surtout à partir de la seconde moitié du XIXe siècle.

Comment cela se traduit-il concrètement ?

Chaque atome, chaque ion, chaque molécule sont caractérisés par un code-barre caractéristique, à la manière d’un produit commercial. Il convient de déchiffrer ce code pour en extraire l’information. C’est tout le propos et l’art de la spectroscopie.

De quelle information s’agit-il ?

L’étude du spectre d’un atome, et surtout du profil des raies, fournit des informations sur le milieu qui émet les raies : température, pression, densité,… Il faut être prudent cependant car les spectres stellaires et les spectres de laboratoire sont souvent affectés par des ‘blends’ (superposition de plusieurs raies). Les plasmas de laboratoire, et a fortiori les plasmas astrophysiques, ne sont généralement pas purs. Ceci complique singulièrement le travail d’analyse ! Obtenir des informations sur le milieu d’où provient la lumière est très utile en astrophysique car cela permet de déterminer les conditions physiques régnant dans les astres (comètes, étoiles, supernovae, novae,…), de prévoir leur évolution, de modéliser les atmosphères…

Qu’apportez-vous à la spectroscopie ?

Dès le début de ma carrière, j’ai été plongé simultanément dans la spectroscopie théorique et expérimentale. Nous avons développé des méthodes théoriques très élaborées permettant de calculer des structures atomiques mais ces approches ne sont pas suffisantes : leurs prédictions doivent être confrontées à l’expérience. Ainsi, en collaboration avec des groupes faisant appel à des méthodes expérimentales ‘précises’ (comme les techniques de spectroscopie laser) pour les mesures de durées de vie radiative, nous avons réalisé un grand nombre d’expériences qui ont permis d’améliorer considérablement notre connaissance de nombreux éléments légers, des éléments et ions du groupe du fer (Sc au Ni) et surtout des éléments plus lourds du tableau périodique de Mendeléev qui sont encore très mal connus. La constante pour mes recherches a donc été d’utiliser simultanément, chaque fois que c’était possible, les deux approches, la mécanique quantique et les techniques de laboratoire.

Vous ne semblez pas vous être arrêté en si bon chemin !

En effet, nous avons entrepris une étude systématique des terres rares (lanthanides et actinides) et des éléments de la sixième rangée du tableau périodique de Mendeléev (éléments neutres et dans de faibles degrés d’ionisation). Ceci a donné lieu à la création de deux banques de données uniques au monde (DREAM et DESIRE), contenant des résultats pour plus de 60 000 transitions. Ces études ont été entreprises dans le cadre de multiples collaborations internationales.

Quelles sont les applications concrètes de ces recherches ?

Ces résultats de physique atomique sont très utiles pour la physique de laboratoire, pour la physique des lasers et, en astrophysique, pour l’étude de la composition chimique des astres (soleil et étoiles chimiquement particulières notamment), pour l’amélioration de certains modèles stellaires et pour résoudre différents problèmes de la nucléosynthèse, une science qui essaie de répondre aux questions : où, quand et comment les éléments se sont-ils formés dans l’Univers ? Les travaux concernant les lanthanides sont aussi fort utiles dans l’industrie. Nos résultats ont été utilisés notamment par la Société Philips à Eindhoven. Ils trouvent aussi des applications directes pour les recherches orientées vers la fusion thermonucléaire contrôlée. Nous étions en effet impliqués dans un projet européen de grande ampleur, ADAS, en relation avec le dispositif Européen ITER en construction actuellement à Cadarache dans le sud de la France !

Vous dites ‘nous’ ! Faut-il comprendre que vous avez travaillé en équipe ?

Oui, bien entendu ! Certains de nos travaux ont été réalisés dans le cadre de multiples collaborations internationales impliquant 80 laboratoires et groupes de recherche dispersés sur les cinq continents. Ceci fait la richesse de la science et de la recherche en particulier : pouvoir interagir en continu avec de nombreux groupes de recherche répartis à travers le monde entier et mettre en commun tous les moyens scientifiques disponibles et toutes les compétences humaines pour faire progresser la science.

Vous serez prochainement conférencier dans le cadre du Collège Belgique au Palais provincial de Namur, le 26 avril, avec un sujet toujours lumineux, L'arc-en-ciel : mythes, art, science et histoire. Pourriez-vous nous en donner quelques éléments introductifs ?

Oui, il a fallu plus de deux mille ans pour comprendre la nature de l’arc-en-ciel. Depuis les conceptions d’Aristote jusqu’à celles d’aujourd’hui, issues de la mécanique quantique, les progrès furent très lents. Dans notre exposé à Namur, nous décrirons brièvement les mythes et légendes associés à l’arc. Nous dirons quelques mots à propos des pouvoirs (souvent maléfiques) qu’est censé détenir ce photométéore. Ensuite, nous donnerons une explication des caractéristiques essentielles de l’arc dans le cadre de l’optique physique. Nous poursuivrons en montrant une série d’arcs-en-ciel qualifiés d’exceptionnels car la richesse de ces photométéores est très grande. Il s’agit d’arcs-en-ciel en forme de cercle, d’arcs blancs, d’arcs rouges, d’arcs réfléchis ou vus par réflexion, d’arcs jumeaux… Nous verrons aussi que la représentation qu’en donnent la plupart des peintres est souvent fort éloignée de celle que l’on peut trouver dans la Nature.

Un mot pour conclure sur votre parcours à l’Académie royale de Belgique où vous semblez vous déployer avec bonheur, dans la Classe des Sciences, depuis plus de vingt ans désormais ?

Je trouve très enrichissant et stimulant de venir aux réunions mensuelles de ma Classe. Nous sommes en contact avec des gens issus de milieux fort différents. Ce côté multidisciplinaire, avec toute la dynamique de l’Académie, me plaît beaucoup.

Propos recueillis par Robert Alexander

Quelques orientations bibliographiques :
Le règne du temps. Des cadrans solaires aux horloges atomiques, Mémoires de l’Académie royale de Belgique, Bruxelles, 2016.
En faveur de la science. Pour une histoire de la politique scientifique, Mémoires de l'Académie Royale de Belgique, Bruxelles, 2007.
La thèse de Feynman, Une nouvelle approche de la théorie quantique, Pearson Éducation, Paris, 2007.
Astronomie en Terres d'Islam. Lumières sur la sacralisation de l'espace et du temps, Éditions Burillier, Vannes (France), 2006.
Spectroscopie atomique. Instrumentation et structures atomiques, De Boeck Université, Paris-Bruxelles, 2006.
Spectroscopie moléculaire. Structure moléculaires et analyse spectrale, De Boeck Université, Paris-Bruxelles, 2008.
Rythmes du temps, Astronomie et Calendriers, De Boeck Université, Paris-Bruxelles, 2000
Trente années d'astronomie et de physique atomique à l'Université de Mons-Hainaut, Public. de l'Université de Mons-Hainaut, 1999.
L'ABCdaire du ciel, Éditions Flammarion, Paris, Coll. ABCdaire, n° 65, 1998.
Effets lumineux et météores dans l'atmosphère terrestre, PUF, Collection "Que sais-je ?" n° 3146, 1997.
La lumière, PUF, Collection "Que sais-je ?" n° 48, 1996.

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