VAN ALLEN JAMES ALFRED (1914-2006)

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Le nom du physicien américain James Van Allen, est avant tout lié aux ceintures de particules chargées de haute énergie présentes dans l'environnement terrestre.

Né le 7 septembre 1914 à Mount Pleasant, une petite ville de l'Iowa, James Alfred Van Allen est pétri de la culture des pionniers américains. Son enfance se passe dans un environnement citadin encore imprégné de ruralité et où frugalité et courage dans le travail et les études sont mis en valeur. Élève brillant, passionné par la lecture des revues populaires techniques ou scientifiques, il bénéficie lors de sa première année universitaire de l'enthousiasme de son professeur de physique, qui l'initie à la géophysique – en le faisant participer à la préparation d'une campagne scientifique dans l'Antarctique – et à l'astronomie, par l'observation des météorites lors de l'averse des Perséides en août 1932.

Ses études à l'université de l'Iowa le voient évoluer d'un mémoire de maîtrise portant sur un travail expérimental mêlant physique des solides et mécanique (1936) à une thèse en physique nucléaire, soutenue en 1939, année où il rejoint le département de magnétisme terrestre à l'institut Carnegie de Washington, où il étudie la désintégration du deutérium déclenchée par un rayonnement gamma. La fission des noyaux atomiques vient d'être découverte en Allemagne, et son importance n'a pas échappé aux physiciens de l'institut. On est à l'époque où la physique nucléaire s'impose dans des laboratoires dont l'activité traditionnelle était toute différente. Van Allen conçoit alors un détecteur original. Mais la guerre s'installe en Europe et l'équipe de Carnegie s'engage dans un programme de recherches sur les détonateurs pour l'amélioration des dispositifs de défense anti-aérienne. Van Allen réalise d'abord un détonateur déclenché par effet photoélectrique, puis un autre, qui tire profit de l'excitation d'un circuit radio réalisée par la proximité d'une masse métallique telle qu'un avion. Son laboratoire quitte l'institut Carnegie pour l'université Johns Hopkins de Baltimore (Maryland) et passe de la conception à la réalisation. De 1943 à 1945, Van Allen met en pratique ces inventions comme officier d'artillerie de l'U.S. Navy.

Rendu à la vie civile, il retourne en 1946 au laboratoire de physique appliquée de l'université Johns Hopkins pour diriger un programme d'études de la haute atmosphère à l'aide de missiles V2 allemands récupérés. Il dirige également le développement de la première fusée-sonde américaine, l'Aerobee. De 1946 à 1951, quarante-huit V2 et trente Aerobee équipés d'appareils de mesure seront lancés du désert du Nouveau-Mexique ou à partir d'un navire dans le Pacifique. Ils permettent en particulier d'étudier les rayons cosmiques, le rayonnement ultraviolet solaire, l'ozone atmosphérique et les propriétés électriques de l'ionosphère. Le succès de ce programme jouera un rôle déterminant pour l'élaboration du programme scientifique de la N.A.S.A., qui sera créée le 1er octobre 1958.

En 1951, Van Allen retourne à l'université de l'Iowa, comme directeur du département de physique et d'astronomie. Il y fonde une petite équipe qui se spécialise dans l'étude de l'environnement spatial à haute altitude et haute latitude, à l'aide de ballons-sondes et de fusées. Il est parmi ceux qui prônent l'organisation de l'Année géophysique internationale (1957-1958). Dès 1956, il propose et conçoit un satellite scientifique d'étude des rayons cosmiques. Les détecteurs mis au point par son équipe seront embarqués sur le premier satellite américain, Explorer-1, lancé le 31 janvier 1958 par une fusée Jupiter C, développée par une équipe de l'U.S. Army dirigée par Wernher von Braun ; Explorer-1 et Explorer-3, lancé le 26 mars 1958, mettent en évidence l'existence d'une immense zone où le champ magnétique terrestre piège des électrons et des protons très énergétiques. On sait aujourd'hui qu'il existe deux « ceintures » de Van Allen, l'une vers 3 500 kilomètres d'altitude, l'autre vers 20 000 kilomètres. La connaissance de leur configuration est primordiale pour la survie de tout astronaute qui devrait les traverser, lors d'une mission vers la Lune, par exemple.

Devenu célèbre, Van Allen participera activement, jusqu'en 1974, à l'aventure spatiale, avec les sondes vénusiennes Mariner-2 et 5 (lancées en 1962 et 1967), la sonde martienne Mariner-4 (1964), les sondes joviennes et saturniennes Pioneer-10 et 11 (1972 et 1973). Expert auprès de la N.A.S.A., il se fait l'avocat de l'étude des autres planètes, et s'oppose aux vols habités, qu'il juge dispendieux et peu rentables scientifiquement. Sa retraite en 1985 ne l'empêche pas de jouer un rôle important de conseiller pour la mission Galileo, qui a atteint Jupiter à la fin de 1995, et de continuer jusqu'en 2003 à analyser les données transmises par Pioneer-10.

James Van Allen meurt le 9 août 2006 à Iowa City (Iowa).

Aurore australe

Photographie : Aurore australe

James Van Allen a démontré l'existence de zones («ceintures») où le champ magnétique terrestre piège les particules (électrons et protons) venues de l'espace. Cette ionisation crée un plasma électromagnétique semblable à celui qui est responsable des aurores polaires, comme cette... 

Crédits : NASA

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  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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  • Écrit par 
  • Michel PETIT
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Dans le chapitre « Le rayonnement kilométrique de la Terre »  : […] Vue de l'espace, la Terre apparaît comme une source importante de rayonnement radioélectrique : c'est une radiosource au sens des astronomes. Les fréquences de ce rayonnement couvrent la bande allant de 50 à 750 kilohertz, l'intensité étant maximale aux environs de 250 kilohertz, c'est-à-dire pour une longueur d'onde de 1,2 km. Ces fréquences sont trop basses pour que ces ondes puissent traverser […] Lire la suite

Pour citer l’article

Bernard PIRE, « VAN ALLEN JAMES ALFRED - (1914-2006) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/james-alfred-van-allen/