Avant et après la 1ère guerre mondiale, le Laboratoire de physique, qui était alors dans des locaux délabrés et bien trop exigus, a déjà connu une époque brillante ; il avait à sa tête Henri ABRAHAM, assisté d’Aimé COTTON.
H. ABRAHAM est connu pour avoir construit la lampe T.M, première lampe triode utilisable. Cette lampe a permis le démarrage de l’industrie radio-électrique française. Aimé COTTON, connu pour des découvertes fondamentales en optique, telles que la biréfringence magnétique ou le dichroïsme circulaire, quitta l’Ecole et anima à Bellevue de nouvelles équipes de chercheurs.
Eugène BLOCH, puis Georges BRUHAT, leur ont succédé entre les deux guerres. Eugène BLOCH, spécialisé en spectroscopie, est connu pour sa méthode de classement des spectres d’étincelles et en radioélectricité pour le multivibrateur Abraham & Bloch.
Georges BRUHAT a mené à bien l’équipement des ’nouveaux’ bâtiments, ceux que nous occupons aujourd’hui. Il a laissé une œuvre importante en polarimétrie, et des livres d’enseignements qui font toujours autorité. La seconde guerre mondiale désorganise bien sûr la recherche au département. ABRAHAM, BLOCH et BRUHAT meurent tous trois en déportation. Le « Prix des trois physiciens » sera fondé à leur mémoire.
Dans des locaux neufs, le professeur Yves ROCARD dirigea le laboratoire, de 1945 à 1973, assisté du professeur Alfred KASTLER (Prix Nobel de physique en 1966). Y. ROCARD attire autour de lui quatre groupes principaux. Celui d’A. KASTLER, rejoint rapidement par J. BROSSEL, développe la spectroscopie hertzienne, le pompage optique et s’oriente rapidement vers la physique des lasers. Celui de P. AIGRAIN, qui fut plus tard ministre de la Recherche, démarre l’étude des semi-conducteurs, en synergie avec l’industrie électronique naissante. Celui de J.F. DENISSE, assisté de J.L. STEINBERG, s’occupe de radioastronomie, avec l’étude des émissions radioélectriques interstellaires dans la gamme de 25 cm à 1,50 m, grâce au radiotélescope de Nançay. Enfin, M. LEVY fonde, à partir de 1952, un groupe de physique théorique, qui atteint rapidement une trentaine de personnes. Il participera activement à la création du CERN.
Au fur et à mesure des besoins et en fonction des arrivées de crédits, un certain nombre d’équipements lourds apparaissent ; deux accélérateurs de particules, un van de Graaf (installé depuis à Jussieu) et un Cockroft-Walton ; une soufflerie d’une longueur de 50 mètres avec des pales de 1,50 mètres de diamètre qui a, en particulier, servi à la mise au point de la structure du pont de Tancarville. Des liquéfacteurs à azote, puis à hydrogène et enfin à hélium sont mis en service. Pendant un temps, une équipe a travaillé sur les rayons cosmiques, sous la direction de Pierre AUGER. Un puits de 30 mètres sous le 2ème sous-sol, le « puits cosmique », avait été prévu à cet effet. Durant cette période, un laboratoire de géophysique s’est aussi créé, en relation avec les recherches nucléaires militaires et civiles menées dans d’autres endroits. L’enseignement s’installe dans les nouveaux locaux au troisième étage qui vient d’être érigé sur le bâtiment principal. Les discussions, à partir de 1953, sur l’installation d’un accélérateur de particules en France conduisent rapidement à la décision de construire une machine linéaire à Klystrons sur le nouveau campus d’Orsay. Elle fut inaugurée en 1956 et conduisit à la création du Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, dirigé à partir de 1961 par A. BLANC-LAPIERRE. L’équipe de théoriciens de M. LEVY rejoint ce laboratoire dès 1959. Un groupe de théoriciens conduit par P. MEYER reviendra au département en 1970, fondant ce qui est maintenant le Laboratoire de Physique Théorique.
De 1973 jusqu’en 1986, le laboratoire a été dirigé par Jean BROSSEL, professeur à l’université Paris 6 et collaborateur d’Alfred KASTLER.
C’est la période du départ de la Géophysique vers l’université Paris 6 (Pierre et Marie Curie), de l’arrivée de la Radio-Astronomie millimétrique (Laboratoire de radioastronomie), de la Météorologie Dynamique et d’une importante équipe de Physiciens théoriciens. C’est également le moment du développement des recherches sur les mécanismes de refroidissement et de piégeage laser, sur les supra-conducteurs et les hétérostructures de semiconducteurs.
La direction a été assurée, de 1986 à 1992, par Edouard BREZIN, qui devint par la suite président du conseil d’administration du C.N.R.S et de l’Académie des Sciences. Sous son impulsion, le Laboratoire de Physique se transforme en Département de Physique de l’Ecole Normale Supérieure. Les liens entre les différentes structures de recherche sont renforcés. Le Laboratoire de Physique Statistique (LPS) est créé, puis un peu plus tard le Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (LPMC), devenu depuis Laboratoire Pierre Aigrain. De nouvelles équipes rejoignent le nouveau Département, notamment sur l’étude des supra-conducteurs à haute température critique ou l’hydrodynamique.
En 1992, la direction est assurée par Pierre LALLEMAND. D’autres sujets de recherche utilisant de nouvelles techniques émergent, notamment le microscope à force atomique (AFM). Les études sur les membranes biologiques et la molécule d’ADN rapprochent les physiciens et les biologistes.
En 1994, la direction du Département de Physique est à la charge de Serge HAROCHE. Le laboratoire de Spectroscopie prend le nom de Laboratoire Kastler-Brossel (LKB). Ses recherches sont récompensées par l’intermédiaire de son équipe « Atomes Froids » dirigée par CLAUDE COHEN-TANNOUDJI, prix Nobel de Physique en 1997. Depuis septembre 2012, Serge Haroche est administrateur du Collège de France. La même année, il reçoit le prix de Nobel de physique, conjointement avec David Wineland, pour ses travaux sur la manipulation d’un système quantique.
Pour la seconde fois depuis sa construction, l’aspect extérieur du bâtiment évolue avec la construction d’un nouvel espace de bureau, côté rue Lhomond, surplombe l’atelier de mécanique. Ce nouvel espace inauguré en 2000 par Michel Voos, nouveau directeur du département permettra le développement des activités de recherche.
De 2005 à 2009, la direction du département est assumée par Jean-Michel Raimond, professeur à l’UPMC et chercheur au LKB. L’infrastructure évolue notablement, avec la mise en service d’une salle blanche aux normes modernes au sein du consortium de Salles Blanches de Paris Centre, avec le regroupement de trois ateliers de mécanique dans une salle entièrement rénovée. La programmation d’une rénovation en profondeur du bâtiment, rendue possible par l’attribution d’un crédit CPER, permet d’entrevoir le futur visage du département. Du point de vue scientifique, à la moisson habituelle de résultats de première importance, s’ajoute l’attribution de la médaille d’Or du CNRS à Serge Haroche.
Entre 2009 et 2016, la direction du département est assurée par Werner Krauth, période pendant laquelle le partie Lhomond du département a fait peau neuve.
Depuis 2016, Jean-Marc Berroir assure la direction du département. Quatre des laboratoires historiques du département (LRA, LPS, LPA, LPT) ont fusionné en janvier 2019 pour devenir le nouveau laboratoire de Physique de l’ENS.
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