L’effet tunnel

Ne pensez pas à une expérience de mort imminente. L’effet tunnel dont je veux vous parler est quantique. Oui, je sais, c’est de la physique, mais il n’est pas nécessaire de la craindre puisque celle-ci fait bien partie de nos existences.

D’emblée, je m’inscris en faux face à la métaphore du tunnel puisque celle-ci crée une mésinterprétation de cet effet. Rappelez-vous plutôt la représentation du potentiel de Diablo dans la série des X-Men. Il donne en partie un meilleur aperçu du phénomène, mais là encore avec des imprécisions.

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Prenez une personne normale devant une enceinte faite de briques de trois mètres de hauteur et demandez-lui d’atteindre l’intérieur du périmètre. L’individu aura beau tourner autour, le mur reste partout présent, l’empêchant de se rendre de l’autre côté puisqu’il ne possède pas le potentiel nécessaire pour franchir cette hauteur.

En physique quantique, une particule, c’est aussi une onde. Il n’est donc pas impossible pour celle-ci de se retrouver au-delà d’une barrière sans avoir eu à la traverser puisque son existence est «étalée» à certains moments et peut reprendre des attributs particulaires à d’autres.

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Lorsque sa présence est étalée et que la particule se comporte comme une onde, la barrière, une bande interdite, n’apparait plus comme étant infranchissable puisqu’on peut dire qu’une partie d’elle-même se trouve déjà au-delà de cet obstacle. Si la particule se cristallise dans la portion où elle existe potentiellement de l’autre côté du mur, elle aura donné l’impression d’avoir franchi ce mur.

En fait, le corpuscule ne «traverse» jamais l’obstacle, dans le sens où on l’entend normalement, qui reste infranchissable. Elle n’a pas suivi un trajet entre l’extérieur et l’intérieur de l’enceinte. Elle se retrouve simplement évanescente, avec une probabilité de se cristalliser dans une portion d’espace beaucoup moins probable, mais non nulle qui se trouve au-delà de la barrière se dressant devant elle.

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Utilisez un nombre phénoménal de particules élémentaires s’entassant devant un mur, aussi haut soit-il, une quantité non négligeable de celles-ci franchiront l’obstacle parce que leur mode d’existence l’autorise.

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Mais à quoi peut bien servir cet effet tunnel? Un seul exemple, il en existe des centaines. Dans tout appareil électronique se trouve un système permettant de maintenir une tension électrique continue, fixe et stable. C’est la partie «alimentation». Cette tension est souvent obtenue à partir d’une diode dont ses propriétés «tunnel» ont été accrues par un dosage d’impuretés chimiques. On l’appelle «diode Zener». Il reste ensuite à amplifier sa puissance pour alimenter tout un appareil, comme un téléphone intelligent, en tension stable qu’une batterie seule ne possède pas.

 

Voilà comment la physique quantique existe en permanence au bout de nos doigts et n’est pas qu’une curiosité «métaphysique» seulement utile à rendre les esprits tordus et illogiques, malgré ses aspects tordus et illogiques.

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7 commentaires sur “L’effet tunnel

  1. Mais pour la diode Zener, je ne comprends pas bien. Ça me donne envie d’en connaître plus. C’est toujours intéressant ces choses-là. Je comprend que la diode Zener empêche le courant de fluctuer, mais je sais que parfois un condensateur est utilisé. À moins que la diode Zener c’est pour quand il y a trop de courant? Je crois avoir compris, la diode rend le courant « propre » et ensuite avec des transistors spéciaux, on peut augmenter le signal « propre »? Par signal « propre » je veux dire « sans bruit » ou sans oscillations d’aucune sorte.
    Si j’essaie de m’intéresser à l’électronique, c’est parce que j’avais reçu un arduino pour ma fête, mais j’ai peur de l’utiliser. Ce n’est pas comme l’informatique, si je me trompe il pourrait y avoir des dégâts. Alors j’ai besoin de tout comprendre avant de faire la moindre opération. Ce n’est pas l’idéal, je suis peureux. En fait je m’intéresse à l’électronique depuis longtemps, mais sans jamais vouloir expérimenter. Alors ce n’est pas que « j’essaie » de m’intéresser à l’électronique, c’est plutôt que je n’approfondie pas beaucoup, parce que j’ai peur d’expérimenter.

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    1. Il y a pas mal de concepts à comprendre dont les premiers sont la tension et le courant qui doivent être maitrisés. La tension électrique est une énergie potentielle, comme l’eau accumulée derrière un barrage hydroélectrique. Les vannes fermées, cette tension ne génère aucun courant d’eau. En électronique, le courant (en ampères), c’est le débit d’électrons généré par la tension électrique (en volts), qui dépend de la résistance électrique (en ohms) placée le long de ce passage. Un condensateur est un accumulateur d’électrons qui développe graduellement une tension électrique à ses bornes. Celle-ci dépend de la tension de la source qui va le charger et du temps qu’on alloue à cette charge selon la résistance électrique mise en série. Une diode Zener maintient toujours la même tension à ses bornes dès qu’un courant la traverse. Une règle qu’il ne faut jamais oublier est que la tension totale de la source se répartira sur les différents éléments en série placés dans une boucle. Si on a une source de 12V et une diode Zener de 5V, les 7V restants devront être répartis aux bornes d’au moins une résistance mise en série avec la diode, sinon la diode Zener va brûler. La valeur de cette résistance dépendra du courant qu’on voudra bien faire passer dans la diode Zener en fonction de ses caractéristiques. Pour l’exemple précédent, si on veut un courant de 10 milliampère dans la Zener, 7 V / 10 mA = une résistance de 700 Ω à placer en série avec la diode.

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      1. Merci pour l’explication. J’avais appris la relation V=IR, mais j’avais de la misère à faire la différence entre courant et tension. Si j’ai bien compris, le courant est le même que la tension s’il n’y a pas de résistance. Mais s’il n’y a pas de résistance, le courant sera trop élevé et créera de la chaleur dans les fils, comme pour un four.
        Je crois comprendre, le courant de 10 mA dans la diode Zener, ne signifie pas que le courant du reste du circuit soit limité à 10 mA. Le courant est mesurable à un endroit spécifique, alors que la tension l’est entre deux bornes. Donc, ce sont les ampères des composantes qui disent l’énergie consommé, et non la tension des composantes? La tension c’est le maximum d’énergie qui peut être consommé, tandis que l’ampérage c’est l’énergie maximum qu’un composante peut consommer? Je suis désolé si mes questions peuvent sembler idiotes, souvent j’ai de la difficulté avec les choses simples.
        Alors, une diode Zener, permet d’avoir une plus basse tension Y, alors que la tension de départ était X, sans pour autant que la tension Y fluctue avec le courant consommé entre la tension X et la tension Y. Donc, au fur et à mesure que la batterie au lithium perd sa tension, la tension Y reste la même, permettant au téléphone de continuer de fonctionner. Ah, je viens de comprendre ce que j’aurais du comprendre dès le début. Je me sens idiot, mais en même temps je suis content d’avoir appris. 🙂

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      2. On n’est jamais idiot de ne pas connaitre ou de ne pas avoir saisi quelque chose. L’idiotie est de ne pas vouloir mettre un minimum d’effort pour saisir quelque chose qu’on pense quand même importante.
        La puissance consommée est le résultat des deux, de la tension aux bornes d’un composant ainsi que du courant qui circule au travers. P=VI. Tous les éléments d’un circuit série ont un courant de valeur identique, comme une rivière a un même débit d’un endroit à un autre.
        Un circuit série divise la tension de la source entre ses composant (diode Zener et la résistance limitatrice de courant associée). Un circuit parallèle divise le courant total débité par la source entre ses divers composants (ampoules électriques dans un domicile).

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  2. Excellent article 💪. J’ai toujours apprécié tout ce qui est en rapport avec la phisique qauntique mais c’est la première fois que je lis une explication aussi simple la concernant 😂 👍. En général, le vocabulaire et les explications utilisées pour décrire ce type de sujets n’est pas vraiment compris par la majorité. Du coup, toutes mes felicitaions 😂 👏👏👏

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