# Portrait du physicien Maurice Bernard par un autre physicien, Henri-Jean Drouhin

Henri-Jean Drouhin

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OpenEdition
Journals

## Édition électronique

URL : https://journals.openedition.org/sabix/3542

DOI : 10.4000/14mj6

ISSN : 2114-2130

## Éditeur

Société des amis de la bibliothèque et de l'histoire de l'École polytechnique (SABIX)

## Édition imprimée

Date de publication : 1 mai 2025

Pagination : 21-25

ISSN : 0989-3059

## Référence électronique

Henri-Jean Drouhin, « Portrait du physicien Maurice Bernard par un autre physicien, Henri-Jean Drouhin », *Bulletin de la Sabix* [En ligne], 75 | 2025, mis en ligne le 01 juillet 2025, consulté le 22 septembre 2025. URL : http://journals.openedition.org/sabix/3542 ; DOI : https://doi.org/10.4000/14mj6

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# Portrait du physicien

## Maurice Bernard par un autre physicien,
Henri-Jean Drouhin

Henri-Jean Drouhin (X76)

Professeur

Haut Collège de l'École polytechnique

### Introduction

Ce chapitre présentera à nos lecteurs les travaux de physicien de Maurice Bernard. Je suis très reconnaissant à Henri-Jean Drouhin de nous avoir fourni ces pages de grande qualité. Elles nous permettront de connaître un Maurice Bernard utilisant au mieux réflexion et volonté pour contribuer avec éclat à des progrès scientifiques fertiles par leurs applications.

Ce texte sera peut-être un peu difficile à lire par des lecteurs qui n'ont jamais approché, ou ont oublié quelques notions, bases évidentes pour les uns, sommets inatteignables pour la plupart.

Henri-Jean Drouhin fait évidemment partie du premier groupe. C'est pourquoi j'ai fait appel à lui. Merci, Henri-Jean.

Merci aussi pour avoir accepté, à ma demande, de rédiger lui-même le texte de présentation d'auteur qui permet à nos lecteurs de comprendre la cohérence et l'empathie entre le peintre et son portrait.

Voici donc les deux tableaux, en vis-à-vis.

Christian Marbach

Je signale aussi à nos lecteurs que Henri-Jean Drouhin a écrit pour la « Jaune et la Rouge » de mai 2024 la notice nécrologique relative à Maurice Bernard.

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J'ai effectué mes études secondaires à Vesoul, puis mes classes préparatoires, de 1974 à 1976, au Lycée Louis Le Grand à Paris. J'ai intégré l'X en 1976, rejoignant l'une des deux premières promotions sur le plateau de Saclay. À la sortie, j'ai choisi « l'Option Recherche » du Corps de l'Armandement qui venait tout juste d'être créée (voir l'article de Jean Carpentier, X1944).<fnref n="1" /> J'avais effectué mon stage de recherche de troisième année à l'ENS dans le groupe de Claudette Rigaux où j'avais travaillé sur la magnéto-optique de semi-conducteurs. J'ai logiquement opté de poursuivre ma formation par le DEA de physique des solides dirigé par Jacques Friedel (X1942), l'un des pères fondateurs de la physique des solides. J'ai ensuite rejoint le laboratoire de Physique de la Matière Condensée de l'X où j'ai préparé une

<footnote n="1">1. Jean Carpentier, COMAERO, Tome 3 : La formation ; https://www.eurosae.com/wp-content/uploads/2017/09/La-Formation_Tome_3_VFF.pdf</footnote>
thèse de docteur ingénieur de l'Université Paris-Sud (aujourd'hui Paris-Saclay) que j'ai soutenue en 1981. À l'époque, l'École n'était pas habilitée à délivrer le titre de docteur, l'École Doctorale ayant été créée en 1985, sous l'impulsion de Roland Sénéor (X1958) durant le mandat de Maurice Bernard en tant que Directeur de l'Enseignement et de la Recherche. Exploitant l'appareillage que j'avais conçu, j'ai poursuivi par une thèse de Doctorat d'État, sur l'étude de la photoémission d'électrons polarisés de spin, que j'ai soutenue en 1984. Durant cette période riche, j'ai beaucoup travaillé avec Claudine Hermann, une grande figure de l'École, première professeure de physique de l'X et co-fondatrice de l'association Femmes & Sciences. J'ai eu la chance de faire la connaissance de Maurice lors d'un congrès organisé à l'Université Paris-Sud en l'honneur de Jacques Friedel. Je pense que c'était quelques années avant la fin de son mandat de directeur. Maurice m'a tout de suite accordé sa confiance et confié des responsabilités au sein de la direction de l'École en me chargeant du développement des relations avec la Défense. Par la suite, nous sommes toujours restés en contact et avons échangé sur divers sujets, en particulier la formation qui lui tenait à cœur.

Durant les années qui suivirent, j'ai rejoint le corps enseignant de l'École (en 1991, après avoir été professeur à l'ENSTA) pour commencer à enseigner la mécanique quantique dans l'équipe de Jean-Louis Basdevant. Je suis devenu administrateur de l'École (membre élu de 1996 à 2002). J'ai pris diverses responsabilités, d'abord en tant que directeur des études de 2000 à 2008, sous la présidence de Pierre Faurre (X1960) qui comptait sur moi pour la mise en place de la réforme dite « X2000 », puis en rejoignant l'équipe de la direction de la recherche (en tant qu'adjoint au directeur de la recherche puis directeur exécutif pour la recherche). Je me suis beaucoup investi dans les travaux de construction de l'Université Paris-Saclay. Dans la même période, j'ai fondé mon groupe de recherche au Laboratoire des Solides Irradiés de l'École, le groupe de Physique et Chimie des Nanoobjets, et assuré la vice-présidence du département de physique. J'ai également beaucoup participé au recrutement international. Mes activités de recherche, à la fois expérimentales et théoriques, portent sur la physique des semi-conducteurs et la « spintronique », nouvelle électronique qui exploite le moment

magnétique de l'électron plutôt que sa charge. Ce domaine très actif aujourd'hui, qui est susceptible d'apporter des ruptures technologiques dans le traitement de l'information et le développement de l'IA, est né en France sous l'impulsion d'Albert Fert (professeur à l'Université Paris-Sud et co-lauréat du prix Nobel de Physique 2007). Je suis maintenant membre du Haut Collège de l'École (professeur émérite) et je poursuis des activités d'enseignement et de recherche dans le cadre de diverses collaborations internationales.

## Texte de Henri-Jean Drouhin sur Maurice Bernard

### Maurice G. A. Bernard, physicien

Maurice Bernard est polytechnicien de la promotion 1948. Il poursuit sa formation à l'École Nationale Supérieure des Télécommunications (1951-1953). Sa rencontre avec Pierre Aigrain (1924-2002), fondateur du laboratoire de physique de l'École Normale Supérieure (ENS), sera déterminante pour la suite de sa carrière. On découvrira la créativité bouillonnante qui règne alors dans ce jeune laboratoire ainsi que la totale liberté de recherche dont jouissaient les chercheurs, liberté qui serait inconcevable aujourd'hui, en lisant l'article de Pierre Baruch et Ludivine Bantigny.<fnref n="2" /> Pierre Aigrain, dont la créativité est légendaire, deviendra une grande figure de la recherche française. Il faut bien réaliser la révolution scientifique et technologique qui s'opère durant la période 1950-1960 : le premier transistor est réalisé à base de germanium dans les laboratoires de la Bell (New Jersey) en 1948 par Shockley, Bardeen et Brattain (colauréats du prix Nobel de physique en 1956) et connaît ses premières utilisations industrielles dans le domaine de la radio en 1954 (Texas Instruments). Le premier circuit intégré est réalisé sur du germanium en 1958 par Jack Kilby (colauréat du prix Nobel de physique 2000). Le premier transistor à effet de champ (MOSFET), brique de base des circuits intégrés d'aujourd'hui, est fabriqué à Bell Laboratories en 1960, suivi du premier circuit intégré à base de silicium conçu en 1963 chez Fairchild Semiconductor par Noyce (cofondateur d'INTEL), nous faisant entrer dans ce qu'il est convenu d'appeler « l'âge du silicium ». La nais-sance de la micro-électronique repose donc sur deux matériaux semi-conducteurs, le germanium

<footnote n="2">2. Pierre Aigrain et le Laboratoire de physique des solides de l'École normale supérieure. Genèse et développements des semi-conducteurs : 1948-1965. Bulletin de la Société Française de Physique, 136, 4 (2002) ; https://www.refletsdelaphysique.fr/articles/refdp/pdf/2002/05/refdp_bsfp-136.pdf.</footnote>
et le silicium, le second s'imposant assez rapide-
ment. Ces deux matériaux sont des semi-conduc-
teurs « à bande interdite indirecte » : l'énergie
minimum des états de la bande de conduction
(états qui peuvent être peuplés par des électrons)
correspond à un vecteur d'onde (« quasi-mo-
ment ») différent de celui de l'énergie du maxi-
mum de la bande de valence (bande remplie
d'électrons mais susceptible d'être peuplée par
des « trous », c'est-à-dire de comporter des défi-
cits d'électrons). Jeune ingénieur des
Télécommunications, Maurice arrive au Centre
National d'Études des Télécommunications
(CNET) de Bagneux en 1953 pour y démarrer des
recherches. Pierre Aigrain l'incite alors à préparer
une thèse de doctorat puis le guide dans ses tra-
vaux. Maurice prend part à l'effervescence scien-
tifique qui règne dans le laboratoire de l'ENS et
soutient en 1958 sa thèse de doctorat d'État-es-
Sciences, sur les phénomènes de génération et de
recombinaison de porteurs dans le germanium,
matériau roi de la microélectronique naissante.<fnref n="3" />
Plus précisément, il étudie les mécanismes de
recombinaisons dans une jonction *p*-n, c'est-à-
dire dans une structure de type diode : les élec-
trons qui peuplent la région *n* sont injectés électri-
quement dans la région *p* (peuplée de trous)
dans laquelle, devenus porteurs minoritaires, ils
se recombinent, c'est-à-dire s'annihilent avec un
trou (retombent dans la bande de valence) par
différents mécanismes, avec émission possible de
lumière. Il propose à Georges Duraffourg
(X1952), qui a rejoint son équipe au CNET, de
travailler sur l'émission de lumière par transitions
optiques dans les semi-conducteurs (recombinai-
son d'électrons et de trous). En effet, un
semi-conducteur est un milieu dense qui permet,
de ce fait, d'obtenir un gain optique important et
donc une amplification du rayonnement très effi-
cace sur une très courte distance comparative-

ment aux masers et lasers à gaz qui étaient
connus depuis 1958.<fnref n="4" /> D'après un article de M. I.
Nathan, l'un des pionniers des lasers à
semi-conducteurs, von Neumann fut le premier à
avoir suggéré d'utiliser une jonction p-n dans un
manuscrit non publié de 1953 alors que Pierre
Aigrain avait lui-même proposé la même idée
dans une communication à une conférence à
Bruxelles en 1958, elle-aussi non publiée;<fnref n="5" /> trois
chercheurs soviétiques, dont Bassov, publièrent
ces concepts en 1959.<fnref n="6" /> Dès 1961, Maurice Bernard
et Georges Duraffourg proposent une formula-
tion en termes de quasi-niveaux de Fermi (poten-
tiels chimiques de sous-populations dans un sys-
tème hors d'équilibre) de la condition d'inversion
de population qui est nécessaire pour amplifier la
lumière dans un semi-conducteur par émission
induite.<fnref n="7" /> Ce résultat majeur, universellement
connu aujourd'hui sous le nom de « condition de
Bernard et Duraffourg », ouvre la voie à la
conception des lasers à semi-conducteurs (article
cité 454 fois à ce jour, selon Google Scholar). Dès
l'année suivant cette publication, l'émission laser
fut annoncée, pratiquement simultanément, par
quatre laboratoires américains, dont trois labo-
ratoires industriels (GE Schenectady, IBM
Yorktown Heights, GE Syracuse et Lincoln Lab,
MIT) qui travaillaient sur des jonctions à base
d'arséniure de gallium.<fnref n="8" />⁻<fnref n="9" />⁻<fnref n="10" /> L'émission cohé-
rente avait été observée en régime impulsionnel
et à la température de l'azote liquide à cause du
fort courant de seuil nécessaire pour obtenir l'in-
version de population. La publication de Bernard
et Duraffourg (Réf. 7) constitue la première réfé-
rence de l'article de Hall (Réf. 8) et la deuxième
de l'article de Quist (Réf. 11). On peut légitime-
ment s'étonner que le laser à semi-conducteurs
ne soit pas né en France. La raison en est que les
équipes françaises, en particulier autour de Pierre
Aigrain travaillaient sur le germanium,

<footnote n="3">3. Étude des phénomènes de recombraison et de génération dans les jonctions de germanium p₀-n₀, Maurice G. A. Bernard, Ann. Telecommun., **15**, 2 (1960); https://link.springer.com/article/10.1007/BF03021150.</footnote>

<footnote n="4">4. Townes, Bassov et Prokhorov reçurent le prix Nobel de Physique 1964 pour leurs travaux sur l'électronique quantique, conduisant à la construction d'oscillateurs et d'amplificateurs basés sur le principe du maser-laser.</footnote>

<footnote n="5">5. *Quantum-mechanical semiconductor generators and amplifiers of electromagnetic oscillations*, N. G. Bassov, B. M. Vul, and Yu. M. Popov, Sov. Phys. JETP **10**, 416 (1959).</footnote>

<footnote n="6">6. Semiconductor Diode Lasers: Early History, Marshall I. Nathan, OSA Century of Optics, 1960-1974, (éd.) by Paul Kelley, Govind Agrawal, Mike Bass, Jeff Hecht, and Carlos Stroud, p. 107; https://www.optica.org/history/milestones/centennial_book/.</footnote>

<footnote n="7">7. Laser conditions in semiconductors, Maurice, G. A. Bernard and Georges Duraffourg, Phys. Status Solidi 1, 699 (1961); https://doi.org/10.1002/pssb.19610010703.</footnote>

<footnote n="8">8. Coherent light emission from GaAs junctions, R. N. Hall, G. E. Fenner, J. D. Kingsley, T. J. Soltys, and R. O. Carlson, Phys. Rev. Lett. **9**, 366 (1962).</footnote>

<footnote n="9">9. *Stimulated emission of radiation from GaAs p-n junctions*, M. I. Nathan, W. P. Dumke, G. Burns, F. H. Dill Jr., and G. Lasher, Appl. Phys. Lett. **1**, 62 (1962).</footnote>

<footnote n="10">10. Coherent visible light emission from Ga<sub>x</sub>P<sub>y</sub> junctions, N. Holonyak, Jr., and S. F. Bevacqua, Appl. Phys. Lett. **1**, 82 (1962).</footnote>

<footnote n="11">11. Semiconductor MASER of GaAs, F. M. Quist, R. H. Rediker, R. J. Keyes, W. E. Krag, B. Lax, A. L. McWhorter, and H. J. Zeigler, Appl. Phys. Lett. **1**, 91 (1962).</footnote>
semi-conducteur à bande interdite indirecte. L'article de Bernard et Duraffourg (Réf. 6) sug-gère d'ailleurs que cette situation est plus favo-rable parce que, l'émission survenant à une éner-gie un peu inférieure à la bande interdite (énergie séparant le maximum de la bande de conduction du minimum de la bande de valence), la condi-tion d'inversion de population serait plus facile-ment satisfaite. Il résulte en effet des conditions de conservation de « l'impulsion » (quasi-mo-ment) que les transitions optiques qui couplent états de valence et de conduction doivent surve-nir à vecteur d'onde constant: pour un semi-conducteur à bande interdite indirecte, ceci est évidemment impossible de sorte que la transi-tion doit s'accompagner de l'émission ou de l'ab-sorption d'un phonon (vibration cristalline) dont l'énergie est faible mais qui permet de satisfaire la relation de conservation du quasi-moment. Il est également rapporté que Pierre Aigrain avait expliqué, lors de sa communication non publiée de 1958, que l'inversion de population serait plus facile à réaliser si l'émission de lumière était accompagnée de l'émission d'un phonon et avait suggéré d'utiliser du germanium. Or, on sait depuis que l'absorption ou l'émission optique (deux quantités liées) sont bien plus faibles dans un semi-conducteur à bande interdite indirecte et ne permettent pas l'émission laser (même si l'ab-sorption du silicium est suffisante pour réaliser d'excellentes cellules solaires). Les équipes améri-caines travaillaient, elles, sur l'arséniure de gal-lium, semi-conducteur à bande interdite directe qui est devenu, un matériau phare de l'optoélec-tronique (famille des semi-conducteurs dits « III-V »). Lors de discussions avec Maurice, j'avais été frappé par l'importance qu'il accordait à l'ap-proche thermodynamique. Dans l'article de Bernard et Duraffourg, la source laser est analy-sée en suivant une proposition de Scovil et Schulz-DuBois,<fnref n="12" /> en termes de machine thermique et il est montré que la condition de Bernard et Duraffourg est une conséquence du Second Principe de la thermodynamique. Comme Georges Duraffourg l'écrit très bien dans sa thèse (1965)<fnref n="13" /> : « Pour les transitions radiatives, la diode fonctionne en réfrigérateur, recevant de l'énergie

électrique cohérente [...], prenant de la chaleur au cristal source froide [...] et restituant de la cha-leur à une source chaude [...]. La relation [...] exprime simplement le rendement de Carnot pour une telle machine ». Dans sa thèse encore, il analyse en détail l'efficacité du refroidissement d'une diode par émission de lumière. Maurice et son groupe réalisèrent d'ailleurs des travaux de pionniers dans le domaine dit de la « lumines-cence négative »<fnref n="14" />. Cette approche thermodyna-mique a largement prouvé sa fécondité et a, par exemple, conduit assez récemment au concept « d'illumination négative » d'une cellule solaire, démontrant la possibilité de produire de d'électri-cité dans l'obscurité à partir d'une cellule thermo-radiative<fnref n="15" />. Le début des années 1960 voit donc à la fois le développement rapide des lasers à semi-conducteurs et la naissance de l'optique non linéaire. Maurice se lance alors sur ce sujet qu'il reconnait comme très prometteur : il oriente son équipe du CNET vers les propriétés d'absorp-tion optiques de composés II-VI (CdS, CdTe etc.). Deux de ses doctorants joueront un rôle détermi-nant dans le développement de cette physique nouvelle et de ses applications dans le secteur des télécommunications par fibre optique : Jean Jerphagnon (X1957) qui rejoint son groupe de recherche en 1961 et étudie les non-linéarités optiques de divers matériaux, recherchant les conditions optimales des interactions paramé-triques optiques<fnref n="16" /> et Jean-Pierre Noblanc qui arrive au CNET en 1964 pour travailler sur les transitions excitoniques (processus impliquant une paire électron-trou liée par l'attraction cou-lombienne) dans le tellurure de cadmium. Ce der-nier se lancera ultérieurement dans la technolo-gie et deviendra un leader du développement des télécommunications par fibres optiques. Maurice est porteur d'une vision scientifique et sait attirer les talents : l'équipe d'optique non linéaire du CNET grossit rapidement et accueille de jeunes chercheurs de tout premier plan, comme Daniel Chemla pour n'en citer qu'un seul<fnref n="17" />. En parcou-rant ces lignes et en cherchant de la bibliogra-phie, le lecteur sera peut-être un peu étonné du nombre assez restreint de publications produites par des scientifiques de renom durant cette

<footnote n="12">12. *Three-level masers as heat engines*, E. E. D. Scovil and E. O. Schulz-DuBois, Phys. Rev. Lett. **2**, 262 (1959).</footnote>

<footnote n="13">13. Émission induite dans les semi-conducteurs, Georges Duraffourg, Ann. Telecommun. **20**, 51 (1965); https://doi.org/10.1007/BF02995028.</footnote>

<footnote n="14">14. *Sur un effet d'électromagnetoluminescence dans le germanium*, M. Bernard et J. Loudette, C. R. Acad. Sci. Paris **246**, 1177 (1958).</footnote>

<footnote n="15">15. *Entropic and Near-Field Improvements of Thermoradiative Cells*, WC. Hsu, J. K. Tong, Bolin Liao, Yi Huang, S. V. Boriskina, and Gang Chen, Sci. Rep. **6**, 34837 (2016); https://doi.org/10.1038/srep34837.</footnote>

<footnote n="16">16. *Second harmonic generation in new nonlinear crystals*, Jean Jerphagnon and Maurice Bernard, Proc. Int. Quantum Electronics conf. 395 (Miami, USA, 1968).</footnote>

<footnote n="17">17. https://www.nature.com/articles/nmat2193.</footnote>
période d'intense créativité, ainsi que le nombre de références à des communications non publiées. Pierre Aigrain était lui-même connu pour ne pas aimer écrire, tout en partageant généreusement ses idées. Il était aussi de tradition à l'époque de ne pas publier d'article sur un sujet déjà abordé à une conférence, même succinctement. À cette époque, la reconnaissance des pairs suffisait et nul n'avait besoin de réduire les chercheurs à quelques nombres, indicateurs bibliométriques bien connus aujourd'hui, à des fins d'évaluation...

<figure><img src="image_4.png" /></figure>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Colonel Rousseau</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Monsieur Esambert</figcaption></figure>

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Monsieur Bernard</figcaption></figure>