Après les "états séparés" dans les lasers, le laser bi-fréquences (introduit dès 1977), l'interféromètre Jamin-Fabry-Perot ...réalisés à l'Université de Rennes 1, les cristaux biréfringents apportent aujourd'hui une possible réponse... à la navigation des Vikings.
Prototype du "Viking Sunstone Compass", réalisé par Alain Le Roy (Plozévet), Albert Le Floch ( Plozévet et 20 square Marcel Bouget Résistant, Rennes), Guy Ropars (Paimpol, Rennes).
Utilisations de cristaux biréfringents au laboratoire de Physique des Lasers
Dépôt d'un brevet sur un laser fournissant deux ondes à des fréquences différentes (1991) :
Propagation à travers un cristal biréfringent et matrice de Jones généralisée correspondante (J. Opt. Soc. Am. B /février 1991) :
Interféromètre à états spatialement séparés (Appl. Phys. Lett. 2006) :
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Ouest-France
Samedi 5 novembre 2011 - link
Des physiciens rennais percent le secret des Vikings
Comment les Vikings, bien avant l’invention de la boussole, ont pu traverser l’Atlantique et gagner les côtes du Canada et des Etats-Unis ? Un mystère que semblent avoir résolu deux physiciens du laboratoire de physique des lasers de l’université de Rennes 1.
Spécialistes de la lumière, ils pensent que les Vikings utilisaient la fameuse pierre de soleil ou sunstone. Un cristal, que l’on trouve en abondance en Islande et aux propriétés très particulières. Il permet, avec une rare précision, de déterminer la position du soleil même quand ce dernier n’est pas visible ou caché par des nuages. Albert le Floch et son collègue Guy Ropars, les deux physiciens, ont d’ailleurs mis en pratique leur théorie en créant une boussole à base de ce cristal qui ne cherche pas le nord mais le soleil. Ca marche !
L'histoire
Devinette : quel est le rapport entre des Vikings ayant traversé l'Atlantique au Xe siècle et le laboratoire de physique des lasers de l'université de Rennes 1 ? A priori aucun si ce n'est l'étude de la lumière et une insatiable curiosité scientifique.
« On sait que des Vikings, cinq siècles avant Christophe Colomb, ont gagné le Canada et sans doute les États-Unis en longeant le Groënland », explique Albert Le Floch, ex-professeur de physique à l'université de Rennes 1. « Mais ils ne pouvaient pas s'aider des étoiles pour se diriger ni de la boussole qui n'a été inventée qu'au treizième siècle. Et même s'ils disposaient d'une boussole, la proximité du pôle magnétique l'aurait rendue quasi inutilisable. » Alors comment faisaient ces fiers navigateurs pour maintenir le cap sur d'aussi longues distances en faisant fi de conditions climatiques pouvant être désastreuses ?
Une légende
« Ça faisait près de dix ans que l'on se posait la question », affirme Guy Ropars, enseignant chercheur au laboratoire de physique des lasers. La curiosité des deux scientifiques a été attisée par la fameuse légende de la pierre de soleil (sunstone en anglais). « Dans les sagas scandinaves, récits relatant les expéditions maritimes, est évoquée une pierre mystérieuse qui aurait permis au capitaine, en la pointant au zénith devant lui, de trouver la direction du soleil et donc de déterminer la direction à suivre. »
Une hypothèse qui, pour certains, tenait de la légende et qui n'avait jamais pu être démontrée... Jusqu'à ces derniers jours.
Le Spath d'Islande
Les deux physiciens ont conjugué leurs connaissances mais aussi leur intuition. « Il y a un cristal de calcite transparent qui était très courant en Islande », précise Albert Le Floch. « D'où son nom de Spath d'Islande. Un cristal que les Vikings pouvaient donc se procurer très facilement. » Un cristal qui, outre sa forme géométrique très particulière, possède une caractéristique unique. « Elle dépolarise totalement la lumière. C'est-à-dire qu'en fonction de son orientation, elle filtre la lumière. » Une propriété physique très complexe mais à l'utilisation simplissime. Elle peut permettre d'indiquer la direction du soleil, même si ce dernier n'est pas visible, avec une grande précision.
Démonstration
Autre piste qui a renforcé l'hypothèse des deux physiciens : la découverte, en 2003, dans une épave d'un navire anglais gisant depuis quatre siècles près de l'île anglo-normande d'Anderley (Aurigny), d'un cristal à la configuration d'un Spath d'Islande. Mais que faisait-il sur un bateau anglais qui disposait déjà d'une boussole ? « Ce navire était équipé de lourds canons en fer. Or ces masses métalliques pouvaient dérégler la boussole. » Pour vous en convaincre, prenez une boussole et placez juste à côté une simple clé de voiture ! Elle perdra le nord vite fait ! Pas le cristal.
L'hypothèse des deux compères se concrétise. « Cet été, j'ai demandé à Alain Le Roy, un ami de Plozévet, de me construire un dispositif en bois dans lequel on a placé un de ces cristaux. » Un dispositif ingénieux. « Il suffit de le pointer vers le ciel, de faire tourner le cristal et on détermine la direction du soleil. » Une démonstration étonnante que même un enfant de 5 ans pourrait utiliser et comprendre. Une découverte qui a eu l'effet d'une bombe. « On croule sous les demandes d'interviews du monde entier. »
Samuel NOHRA. Ouest-France
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Des Bretons redécouvrent le compas des vikings
Par Géraldine Lassalle
Des chercheurs bretons
Ils s'appellent Guy Ropars et Albert Le Floch et travaillent au laboratoire de physique des lasers de l'Université de Rennes-1. Ce sont eux qui ont redécouvert les propriétés de la fabuleuse "pierre de soleil". Elle aurait permis, selon les sagas scandinaves, aux navigateurs vikings de s'orienter même par temps couvert. Ce n'était donc pas une simple légende, assurent les chercheurs qui démontrent son efficacité dans une étude publiée mercredi.
Une pierre légendaire
On sait que les Vikings ont parcouru des milliers de kilomètres en direction de l'Islande et du Groënland, découvrant sans doute l'Amérique du Nord vers
l'an 1000, bien avant Christophe Colomb. Mais leur capacité à naviguer sans boussole sur d'aussi longues distances, et dans des conditions très défavorables (nuit polaire, neige, etc.), reste
encore un mystère. Outre leurs excellentes connaissances astronomiques et maritimes, ils auraient
utilisé des "pierre de soleil", regardant au travers pour détecter la position exacte de l'astre invisible à l'oeil nu et en déduire ainsi le cap de leur navire.
Les légendes qui les mentionnent ne donnent toutefois aucune indication quant à la nature de ces pierres fabuleuses, dont aucune n'a jamais été formellement identifiée dans les vestiges
archéologiques.
Un mystère enfin levé ?
Selon Guy Ropars, cette "pierre de soleil" ne serait autre qu'un "spath d'Islande", un cristal de calcite transparent relativement courant en Scandinavie et qui est encore actuellement utilisé
dans certains instruments optiques. Ce cristal a en effet la propriété de "dépolariser" la lumière du Soleil, c'est-à-dire de la filtrer différemment selon la façon dont on oriente la
pierre.
A l'aide de calculs théoriques très poussés confortés par une longue batterie de tests effectués avec leurs collègues canadiens et américains, les chercheurs en concluent que "la
direction du Soleil peut être facilement déterminée, grâce à une simple observation fondée sur la différenciation entre les deux images" produites par le spath d'Islande.
"Une précision de quelques degrés peut être atteinte, même dans des conditions de luminosité crépusculaires", souligne l'étude, publiée dans la revue scientifique britannique Proceedings of the
Royal Society A.
Même sans avoir aucune connaissance scientifique sur la polarisation, les Vikings ont donc facilement pu observer les propriétés de ce cristal et s'en servir pour trouver le Soleil à coup
sûr. Un cristal de calcite a été récemment trouvé à bord d'une épave britannique du 16e siècle découverte au large de l'île anglo-normande d'Aurigny.
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Le Télégramme
Mercredi 2 novembre 2011
Navigation. Le secret des Vikings
dévoilé
Navigation. Le secret des Vikings dévoilé
2 novembre 2011 à 07h33 -
Pendant des siècles, les Vikings ont écumé les mers, sans boussole, avec une précision d'horloger. Albert Le Floch et Guy Ropars, deux physiciens bretons, viennent de percer leur secret: le spath islandais. Une pierre qui leur permettait de localiser le soleil, même quand celui-ci était masqué. Et de se repérer.
Demain, Albert Le Floch et GuyRopars , qui dépendent de l'Université de Rennes 1, seront à l'honneur dans les pages de l'illustre publication de la Royal Society of London, institution fondée en 1660 pour la promotion des sciences. Leurs travaux de recherches sur le spath islandais, cristal qui permettait aux Vikings de se repérer dans l'espace avec une extrême précision, y seront longuement évoqués. «On a commencé à travailler sur ce sujet dans les années80», raconte Albert Le Floch, dans sa maison secondaire, à Plozévet, dans le Finistère. Un scientifique, qui comme Guy Ropars, son collègue originaire de Paimpol (22), a toujours eu une grande attirance pour la mer.
Une pierre de légende
À l'époque, personne ne comprenait comment les Vikings, cinq siècles avant Christophe Colomb, et sans boussole,
avaient pu accoster avec précision à maintes reprises sur ce que les Européens appelleront plus tard le Nouveau Monde. Ces voyages, qui étaient, sans nul doute, rythmés par des escales en
Islande ou au Groenland, pouvaient durer quatre ou cinq mois. Naviguer à l'aide des étoiles était impensable en plein jour.
Surtout quand on sait qu'en été, les journées peuvent durer plus de vingtheures dans l'extrême nord. Il ne restait plus que le soleil qui, malheureusement sous ces latitudes, ne brille souvent
que par son absence. C'est pourtant cette piste qu'ont suivie les deux chercheurs rennais. Car, dans les Sagas nordiques, des textes empreints de légendes, il était fait mention de pierres du
soleil ou «sunstones» à travers lesquelles les Vikings regardaient pour faire le point. Même quand le ciel était complètement bouché.
Voir à travers les nuages
Les deux chercheurs, fondus de lumière et de laser, plancheront longtemps sur le sujet avec deux collègues américains de l'université de Berkeley (Californie)
pour identifier ce mécanisme. «En fait, quand on regarde à travers le spath islandais, qui se présente comme un gros cristal transparent, on voit double. La moindre luminosité dépolarisée
apparaît sous la forme de deux petits rectangles de même surface. Quand le contraste de ces derniers est identique, le soleil est juste en face. Sa direction peut être relevée au degré près». Ces
derniers mois, les deux chercheurs bretons ont fait des essais dans des conditions limites grâce à leur compas Viking Sunstone, un GPS naturel équipé
d'une aiguille pointant le soleil, imaginé par Alain Le Roy, professeur de mathématiques, plozévetien et ami d'Albert Le Floch. «Le28juillet de cette
année, le dernier relevé a été fait à 22h30, quand les premières étoiles apparaissaient. Cela faisait longtemps que le soleil avait disparu sous la ligne d'horizon».
Un spath découvert sur une épave
Dans les mois à venir, les deux scientifiques vont se pencher sur une drôle de découverte faite en 2000, dans les eaux d'Aurigny, une des îles anglo-normandes. Un spath d'Islande a été retrouvé par un plongeur sur l'épave d'un bateau de guerre anglais, coulé en 1592. «Les angles de la pierre sont strictement égaux,
nous avons vérifié sur place. Les Anglais ont bien voulu nous donner quelques milligrammes de cette pierre. Nous les avons fait analyser. Il s'agit bel et bien du même cristal. Un historien
travaille sur le sujet. Il pourra peut-être établir qu'au XVIe, la pierre de soleil était toujours utilisée sur les bateauxpour tracer leur route». Les deux physiciens devraient en savoir
davantage dans les prochains jours. La boussole, invention chinoise, en tout cas, n'y avait pas droit de cité. Car on ne comprenait rien à son magnétisme que le métal des canons affolait. Elle
n'aurait fait son apparition, sur les vaisseaux, qu'après 1600.
- Didier Déniel
Material witness: A light compass?
- Philip Ball
Nature Materials 10, 909 (2011) doi:10.1038/nmat3188
Published online23 November 2011
The idea that the Vikings navigated across the Atlantic using birefringent Iceland spar (calcite) to locate the Sun's position on cloudy days is surely one of the most ingenious and captivating recent hypotheses about ancient materials use. The suggestion itself is an old one1, but has been given strong support in new experiments by Ropars and colleagues2.
The claim, which has understandably enjoyed much media interest, has a lot going for it. References in Viking sagas to a 'sunstone' used in seafaring sound akin to magic, but there is now a good physical basis for thinking that Iceland spar — abundant in the Viking homelands, as the name implies — might be used in this way with sufficient accuracy.
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http://www.nature.com/nmat/journal/v10/n12/full/nmat3188.html
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The Viking Sunstone Revealed?
To avoid getting lost on their voyages across the North Atlantic 1000 years ago, Vikings relied on the sun to determine their heading. (This was long before magnetic compasses were available in Europe.) But cloudy days could have sent their ships dangerously off course, especially during the all-day summer sun at those far-north latitudes. The Norse sagas mention a mysterious "sunstone" used for navigation. Now a team of scientists claims that the sunstones could have been calcite crystals and that Vikings could have used them to get highly accurate compass readings even when the sun was hidden.
The trick for locating the position of the hidden sun is to detect polarization, the orientation of light waves along their path. Even on a cloudy day, the sky still forms a pattern of concentric rings of polarized light with the sun at its center. If you have a crystal that depolarizes light, you can determine the location of the rings around the hidden sun.
Calcite is such a crystal. It has a property called birefringence: Light passing through calcite is split along two paths, forming a double image on the far side. The brightness of the two images relative to each other depends on the polarization of the light. By passing light from the sky through calcite and changing the crystal's orientation until the projections of the split beams are equally bright, it is theoretically possible to detect the concentric rings of polarization and thus the location of the sun.
Theory is one thing, practice is another. To see if calcite is accurate enough for navigation, a team led by Guy Ropars, a physicist at the University of Rennes 1 in France, built a sunstone. They used a chunk of calcite from Iceland spar, a rock familiar to the Vikings, and locked it into a wooden device that beams light from the sky onto the crystal through a hole and projects the double image onto a surface for comparison. They then used it over the course of a completely overcast day. They took the measurements from a point on land where they knew the sun's exact trajectory.
If the Vikings were clever enough to use calcite as a sunstone, it would have enabled them to navigate on cloudy days, the researchers report today in the Proceedings of the Royal Society A. Their sunstone came within 1° of the true location of the sun even after it had dipped below the horizon. Ropars cautions that archaeologists have yet to find a sunstone among Viking shipwrecks or settlements.
The study reveals "an ingenious solution to the problem of open-sea navigation," says John Phillips, a biologist who studies animal navigation at Virginia Polytechnic Institute and State University in Blacksburg, adding that birds may also use polarization to navigate. But even if it is possible, using such a sunstone on a rolling Viking ship at sea would have been a challenge, he says. "Perhaps [they used it] when the Viking sailors encountered islands or ice packs during their travels."
Correction: A previous version of this story stated that the magnetic compass had not been invented by the 10th century, but it had already been invented in China by then. It has been corrected to reflect that.
