Sujet Physique-Chimie — Terminale — Centres étrangers — Bac 2013

Exercice I – La télémétrie LASER (7 points) « Déterminer le champ de gravité de la Terre, mesurer le niveau des océans et des glaciers, suivre la tectonique des plaques, étalonner les instruments spatiaux, étudier la Lune et les planètes, et même tester la physique fondamentale, toutes ces tâches nécessitent des mesures précises de distance, qui se font par télémétrie laser (…) En pratique, on mesure le temps de vol d’une impulsion lumineuse entre une station au sol et une cible placée sur le satellite dont on veut déterminer la distance. La station est constituée d’un laser pulsé, d’un dispositif de détection et de datation, et d’un télescope. Le laser émet des impulsions lumineuses très brèves (20 picosecondes), d’une puissance instantanée fantastique. La plupart d’entre eux émettent une impulsion tous les dixièmes de seconde, soit une cadence de tir de 10 hertz, mais certaines atteignent des cadences de tir de quelques kilohertz. La date de départ de l’impulsion est déterminée avec précision. La cible, équipée d’un réflecteur, renvoie le faisceau en direction de la station, laquelle détecte et date le faisceau de retour. La distance est déduite des différences entre les dates de départ et de retour des impulsions émises par la station et réfléchies par la cible. » D’après Pour la Science, dossier n°53, octobre-décembre 2006, Arpenter l’espace à l’aide de lasers, Étienne SAMAIN ingénieur CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur. L’exercice aborde quelques problématiques en lien avec le travail réalisé par les ingénieurs et chercheurs de l’Observatoire de la Côte d’Azur (OCA), situé sur le plateau de Calern, près de Grasse dans les Alpes-Maritimes. Les documents utiles à la résolution sont rassemblés ci-dessous : Document 1 Le laser utilisé à l’OCA est un laser à Nd :YAG, constitué de cristaux de Grenat artificiels d’Yttrium et d’Aluminium (Y 3+Al 3+O 2-) dopés par des ions Néodyme. 3 5 12 L’inversion de population, réalisée par pompage optique, concerne ces derniers ions. Ce laser émet une radiation lumineuse de longueur d’onde 1064 nm. Mais un dispositif permet de doubler la fréquence, de sorte qu’il émet à la sortie du télescope, une radiation de longueur d’onde l = 532 nm dans le vide. La fréquence n d’une radiation lumineuse et sa longueur d’onde l étant liées par la relation c =l (cid:215) n où c, est la célérité de la lumière. Un tir laser émet une centaine d’impulsions pendant une dizaine de