Archives mensuelles : avril 2006

La Science fait l’homme ou l’homme fait la Science ?

Question quelque peu étrange… De nombreuses fois je me suis interrogé sur cette question, sans jamais trouver de vraies réponses. En effet, Pythagore ou Thalès ne se sont pas levés un matin en se disant : « Je vais faire un théorème ce matin ». Les mathématiques et leurs théorèmes existent car ils répondent à une nécessité, c’est un peu comme la loi de l’offre et de la demande en économie. Depuis toujours on désirait mesurer la hauteur des pyramides d’Egypte, plus particulièrement celle de Kéops, mais comment faire ? C’est là que Thalès est arrivé en inventant son fameux théorème en utilisant l’ombre de la pyramide pour trouver une hauteur de 147m (enfin je n’y était pas, mais c’est ce qu’on raconte). Dans ce cas précis on peut dire que c’est l’homme qui fait la science pour répondre à un besoin.

La science sert avant tout à décrire la nature. On va donc développer des modèles rendant compte des observations. Avec le temps et le progrès, on s’aperçoit que beaucoup de modèles ne marchent plus dans certaines circonstances, on va donc tenter de trouver des modèles plus complets et généraux qui viennent englober les modèles précédents moyennant des hypothèses simplificatrices. C’est le cas avec la théorie de la gravitation de Newton et la théorie de la relativité d’Einstein. En fait, on fait des poupées russes, le but étant d’arriver finalement à une super poupée qui englobe tout, et on pourra se dire qu’on connaît tout, c’est la théorie du tout qui devrait englober les quatre forces fondamentales (électromagnétisme, force nucléaire faible et forte, gravitation). Mais est-ce réaliste de penser cela ? On a bien déjà réuni les trois premières mais la gravitation pose beaucoup de problèmes. S.Balibar dans son dernier livre (voir l’article La pomme et l’atome) dit que la théorie du tout est une aberration issue des fantasmes des physiciens et que cela n’aurait pas comme résultat de répondre à toutes les questions. Effectivement, il ne faut pas tomber dans le réductionnisme total et y mettre une petite pointe de holisme (voir article Holisme Vs Réductionnisme). Ce réductionnisme total serait en définitive une réponse à ma question de départ, dans ce cas, ce serait
la Science qui fait l’homme car cette théorie supposée devrait rendre compte de tous les phénomènes naturels et la nature serait donc intrinsèquement mathématique or personnellement je n’y crois que moyennement. Je ne vois pas pourquoi la nature serait mathématiquement belle…

Tous les scientifiques ont envie d’un monde décrit par une « belle » équation mais ça ne marche pas comme ça. La seule chose qui est vérifiée et que je trouve belle c’est que tous les systèmes physiques tendent naturellement vers un état d’équilibre où l’énergie est minimale et que l’entropie d’un système ne peut qu’augmenter (je ne vais pas m’étendre sur l’entropie mais on peut garder à l’esprit que ça mesure le « désordre » d’un système en J/K et que c’est donc différent d’une énergie). Pour être rigoureux ce n’est pas impossible que l’entropie d’un système diminue mais c’est simplement improbable, il faudrait juste inverser la flèche du temps mais je ne m’étendrai pas sur ce sujet très vaste. Enfin je trouve ça beau, la nature essaye de se « fatiguer » le moins possible pour tendre vers un désordre de plus en plus grand (intuitivement c’est un peu paradoxal non ?).

 Au sujet de la beauté, voici mon intime conviction : l’homme formalise la nature, il invente dans son esprit des expériences idéales, belles, répondant à une équation symbolisant une loi. Mais notre monde est constitué de tellement de choses qu’il y a toujours des interactions avec l’extérieur, isoler un système parfaitement, c’est impossible, même si maintenant on arrive à faire des expériences très précises. Imaginez-vous qu’au CERN lors des expériences sur les particules dans l’accélérateur à 100m sous terre, on doit tenir compte de la position de la lune car elle provoque de très légers déplacements du sous-sol (même phénomène qu’avec les marées). Mais attention, je ne remets pas en cause la légitimité des Sciences. La théorie de Newton fonctionne parfaitement pour calculer la vitesse d’une pomme qui tombe d’un arbre et celle d’Einstein marche à merveille pour calculer la dérive du temps entre une horloge atomique placée sur Terre et une autre dans un satellite GPS car la terre déforme l’espace-temps avec sa masse. Mais il y a d’autres phénomènes trop sensibles aux conditions initiales et aux interactions pour pouvoir calculer analytiquement le comportement futur. C’est bien pour cela qu’on fait des simulations numériques. Les équations de Navier-Stockes pour les fluides sont valides mais pour calculer analytiquement les mouvements de l’air au passage d’un semi-remorque avec un bonhomme Michelin sur le toit sur l’autoroute et bah c’est pas gagné alors qu’un logiciel de simulation numérique par la méthode des éléments finis le fait très bien.

 

On ne peut pas négliger le fait que les lois physiques existaient avant l’homme, nous essayons simplement de les trouver sans trop bien savoir pourquoi elles existent et pourquoi on tombe sur des constantes mais après tout, les constantes ont peut être une explication très censée, il faut juste attendre un peu. S.Balibar
dans son dernier bouquin explique l’origine de certaines constantes qu’on trouve dans le monde végétal (du style le nombre de spirales dans un sens et dans l’autre sur une pomme de pin est toujours fixe selon les arbres). Ces constantes étaient connues depuis longtemps mais trouvent leur explication plusieurs siècles après.

 Bref, en définitive, la nature fait l’homme et l’homme fait de la science qui fait la nature… La boucle est bouclée.

Le lycée, la prépa, l’école d’ingénieurs



Ce cheminement lycée/prépa/école d’ingénieurs est le chemin classique pour un ingénieur, c’est en quelque sorte la voie royale mais maintenant on voit de plus en plus de parcours « chaotiques » en passant par la fac, des BTS, des IUT… et puis il y aussi les grandes écoles à prépa intégrée (ESIEE, UTC, INSA…), c’est d’ailleurs ce que j’ai fait. Le fait de pouvoir bifurquer est pas si mal je pense, parce que à 18 ans, je suis pas convaincu qu’un étudiant sache exactement ce qu’il veux faire et puis on évolue beaucoup vers ces ages là. Je prend mon exemple, c’est celui que je connais le mieux : Au lycée j’étais assez bon, mais rien d’extraordinaire, enfin je foutais rien, mais alors vraiment rien du tout. Je voulais être astrophysicien mais c’était trop dur et comme ma passion était l’informatique, je me suis dit que j’allais faire ingénieur informaticien ! Original non ? En fait après 2 années de prépas intégrées dans une école en électricité et en informatique/télécommunication, je me suis rendu compte que l’informatique c’était cool comme outil mais alors en faire mon métier, pas moyen ! J’ai découvert d’autres champs d’application dont je n’avais pas la moindre idée avant. Si mon futur moi était venu me voir pour me dire « tu seras ingénieur en génie électrique et chercheur en automatique » je me serai sans doute jeté par la fenêtre dans la minute, quoique… Enfin tout ça pour dire que c’est toujours difficile de choisir son orientation en terminal. Faire une école généraliste, je trouve que c’est une très bonne chose car ça permet d’explorer un peu toutes les sciences dans leur ensemble et de pouvoir choisir par la suite. L’autre secret, c’est évidemment et lire des magasines et des livres de vulgarisation scientifique (encore eux !!) car ils permettent de faire découvrir les sciences modernes et leurs applications.

 Une personne moyenne au lycée faisant un BTS ou un IUT en réintégrant une école d’ingénieur dernière, pourquoi pas ! Evidemment souvent il faut rattraper les maths et c’est pas toujours évident pour eux mais ils ont du mérite et peuvent bien s’en sortir. Evidemment, la prépa c’est pas rigolo, on nous prend souvent pour des moins que rien (on se rend alors compte que toutes les maths et la physique du lycée c’est vraiment une goutte dans l’océan des sciences). C’est une étape dure à franchir mais souvent, ça vaut le coup et on peut dire qu’on ingurgite pas mal de connaissances en deux ans !! Pour un petit aperçu, je vous propose la chose suivante (pour la plus grande joie des
ésiéens) :

Voici quelques mixes des célèbres commentaires de contrôle de A.L (j’ai tenu à ne pas divulguer son nom bien qu’il ne soit plus prof à l’ESIEE à l’heure actuelle). J’ai fait des copier-coller des meilleurs passages mais tout est authentique et a été distribué par le professeur en question à une centaine d’étudiants de première année préparatoire durant l’année 2001 à l’ESIEE-Amiens. En général, en première année on est un peu perdu dans cette nouvelle vie d’après BAC et ce genre de commentaire fait mal mais j’ai bien rigolé en relisant ça, ça rappelle des bons souvenirs, appelle à tous les Esiéens qui lisent ce blog :

 Avant tout je rappelle ce qu’il y a avait écrit sur l’entête du contrôle :

 « L’avenir est radieux, mais le chemin sera tortueux. »
Mao Tsé-Toung. »

 et maintenant le commentaire de la correction :

« Ce tout premier contrôle d’un niveau moyen de terminal aurait dû permettre d’obtenir une note convenable (au moins la moyenne) à tous les étudiants sachant que,  de plus, le premier exercice était au choix… Tous les calculs étaient simples et les réflexions était du niveau de seconde. Certains exercices étaient même tirés d’un livre de quand j’étais petit. Rares sont les copies où la rédaction est claire. Le plus souvent, la rédaction ressemble à un remplissage méprisant (pour ceux qui ont écrit quelque chose), comme si on jetait une infâme pâtée à un chien…, en se disant qu’il fera lui-même le tri des bons morceaux. La plupart d’entre vous se complique la vie alors que la réponse est toute simple. Compliquer un problème simple revient souvent à dissimuler son ignorance sous des tonnes de calculs infructueux qu’on voudrait faire croire intelligents, mais, comme le dit un proverbe chinois: »une chèvre, même habillée de soie, reste une chèvre »… Il faudra bien comprendre un jour que les mathématiques, contrairement au management, ne se résument pas à d’aimables conversations de salon de thé ou de café du commerce… Et si je puis me permettre de vous donner un conseil, il n’y a qu’une seule « méthode de travail », le travail lui même. On comprendra aisément un jour que mes moyens financiers ne me permettent pas d’acquérir un semi-remorque pour y entasser toutes les copies sur lesquelles on trouve encore toutes ces sortes d’âneries. Mais, étant professeur et non psychanalyste, je n’ai pas compétence à soigner « les névroses d’ échec », mais à juger de la façon la plus équitable possible le travail qui a été fourni. Pour le reste, tentez une psychanalyse, ça coûte cher, mais il paraît qu’on se sent mieux après… » 

 « Ces exercices permettent de distinguer tout de suite les étudiants qui essayent de progresser (même modestement) en travaillant, de ceux qui, comptant sans doute sur leur génie propre, pensent pouvoir s’en sortir ex nihilo. Malheureusement, on ne peut pas, à chaque devoir de math, réinventer en 1h30 le feu, la roue, l’équation du second degré et la relativité générale… Et c’est évident sur ces copies qu’on trouve de l’esbrouffe, c’est a dire des efforts démesurés pour trouver une mystérieuse formule d’intégrale ou de dérivé…qui ne marche pas. Inutile de dire à ces zozos que leurs « génie » virtuel est inversement proportionnel à leur ignorance réelle, en même proportion que leur excès de confiance est à leur travail inexistant, et c’est par là qu’il devrait commencer à s’auto-analyser. Le but d’un étudiant dans un contrôle devrait être de tout faire pour assurer des points et non pas faire exprès d’en perdre! Rares ont été ceux qui on trouvé la solution (en fait, aucun) voici donc la réponse qui était attendue… A.L » 

Vous comprenez qu’avoir 1/20 à un contrôle d’analyse qui est censé être facile, c’est dur à encaisser, mais alors quand on reçoit une correction avec un commentaire de ce type en introduction, on est complètement désespéré et on se dit qu’on est bon à rien. En même temps, c’est un peu ça qui m’a motivé à bosser vraiment parce que c’est vrai qu’en sortant de terminal, personne ne sait bosser et tout le monde se tape des sales notes au début (sauf les petits génies qui énervent tout le monde bien entendu).


Enfin la morale de cette histoire, c’est qu’il faut s’accrocher, ne jamais désespérer, la vie est une chose bien étrange et on arrive toujours à rebondir on ne sait pas trop comment. Enfin le secret, qui est évident mais pas forcément facile à appliquer, c’est de faire quelque chose qui plait, de réfléchir avec sa tête et de faire preuve de bon sens. Si à une question on trouve une température inférieure à 0K, un ampérage supérieur à 1MA ou une relation non homogène, il faut se remettre en question. Trop d’étudiants révisent les veilles de contrôles en apprenant des formules par cœur… Evidemment ça marche un temps mais par la suite, on ne nous demande plus des formules mais de réfléchir !! Il faut tout de même connaître les classiques bien entendu, je ne vais pas vous demandez de re-démontrer à chaque fois les équations de Maxwell mais la plupart des équations sont du bon sens (comme l’équation ci-dessus qui se retrouve en 5s) !!

La pomme et l’atome : 12 histoires de physique contemporaine



Vous êtes avide de vulgarisation scientifique, de mécanique quantique, de physique contemporaine en général ? Alors ce livre est fait pour vous avec 21€ chez Odile Jacob! Sébastien Balibar, physicien directeur de recherche au CNRS à Normale Sup aborde divers sujets (12 histoires) de la physique de nos jours avec humour et lucidité. Je pense que son but était en partie de faire découvrir au citoyen lambda ce qu’est la physique moderne car elle est mal connue des personnes « normales ». En effet, demandez à quelqu’un dans la rue : « quel est le travail d’un chercheur en physique fondamentale ? » A mon avis il ne saura pas vous répondre grand chose à part : « des calculs ? ». Pour accrocher les gens, Sébastien Balibar part souvent d’une observation ou d’un questionnement limite naïf pour finir par des justifications à la pointe de la recherche dans différents domaines pour démontrer l’utilité de telles recherches. Il montre également la limite de nos connaissances et que de nombreuses choses restent à découvrir, que la Science n’a pas fini de faire son chemin. De nombreuses analogies et métaphores fort intéressantes illustrent bien les problèmes également. C’est
très ludique, passionnant et on apprend pleins de trucs. La quatrième de couverture nous questionne :

« Où est l’Homme dans l’Univers ? Que se passe-t-il à l’intérieur des atomes ?  Einstein avait-il toujours raison? Comment apparaissent les formes dans la nature ? Peut-on démêler l’ordre du chaos dans l’écheveau du monde ? Où allons-nous ? »

Enfin, ne vous attendez pas non plus à sortir du livre en sachant répondre parfaitement à toutes ces questions, en sachant si leparadis existe et si Dieu porte une barbe blanche ou grise. Mais en refermant le livre avant de se coucher on peut se dire : « ce soir je vais dormir moins con que la veille ».

Les Nanotechnologies et les Nanosciences

Ce sont des mots bien à la mode, beaucoup de personnes croient à un avenir « nano » (qui en grec signifie « très petit »). On entend dire que c’est un secteur clé et stratégique, qu’après l’ère de l’information avec Internet, ça sera au tour du « nano » de faire son boom et d’envahir notre quotidien et notre économie mais qu’est-ce que c’est exactement ?

Ces termes regroupent les sciences et les technologies intervenant à des échelles extrêmement petites, en général entre 1nm et 100nm (1 nm est égal à un nanomètre, soit un milliardième de mètre, soit 30 000 fois plus fin qu’un cheveu ).

Pour avoir une idée des différentes échelles, vous pouvez aller voir ce lien du CERN :  http://microcosm.web.cern.ch/Microcosm/P10/french/welcome.html

A titre de comparaison, tous les composants électroniques (majoritairement les transistors dans les ordinateurs) peuvent être classés dans le monde « micro », on parle d’ailleurs de « microinformatique » car la taille des composants descend jusqu’à 10µm (10 micromètres = 10 000 nanomètres ). Beaucoup de chercheurs et d’entreprises veulent laisser tomber le monde « micro » pour rentrer dans ce nouveau monde « nano ».

Dans le monde micro, on venait découper et assembler différents composants, on partait de quelque chose d’assez gros pour arriver à quelque chose d’assez petit, on parle alors d’approche descendante (top-down). Pour le nano, c’est l’inverse, c’est une approche montante (bottom-up) : on vient assembler des petites briques élémentaires (qui sont des atomes soit autour de 0.1nm) pour créer quelque chose de plus gros (enfin c’est relatif, ce quelque chose fait moins de 100nm). Pour manipuler ces atomes, on utilise des microscopes à effet tunnel (STM) pour les matériaux conducteurs et des microscopes à force atomique (AFM) pour les matériaux isolants. Ces deux microscopes permettent de reconstituer des images avec une finesse de l’ordre de l’atome et permettent également d’attraper un atome et de le déposer sur une surface. Pour savoir comment fonctionne ces deux microscopes vous pouvez aller voir ici.


 Grâce à ces instruments, on peut alors créer librement un assemblage d’atomes en les manipulant un par un. Les images ci-dessus représentent un bonhomme constitué d’atomes de carbone et un corral quantique (des atomes disposés en cercle) qui ont été créés par le laboratoire d’IBM en Californie à l’aide d’un STM. Evidemment, faire un bonhomme de quelque nanomètres c’est rigolo mais ça ne sert pas à grand chose… Quelles sont les applications pour que ce secteur soit tant convoité par tous les grands groupes technologiques du monde ?

Pour le moment, on voit trois grands domaines capables d’exploiter les nanotechnologies (les mots ne sont pas encore dans le dictionnaire mais ça ne va tarder à mon avis) :

  • Les nanomatériaux
  • La nanoinformatique
  • La nanobiotechnologie et la nanomédecine

Les nanomatériaux constituent la voie la plus prometteuse et c’est également elle qui exploite le plus de ressources humaines et financières depuis leurs découvertes en 1991 par les laboratoires japonais. Les produits phares sont bien entendu les nanotubes de carbones : 7 fois plus légers et 200 fois plus résistants que de l’acier et en plus ils sont souples et peuvent se « tordre ». Les laboratoires arrangent des atomes de carbones en pentagones et en hexagones dans le même plan pour venir ensuite l’enrouler comme du grillage et ainsi fabriquer un tube creux composé à 100% de carbone. Ces matériaux peuvent être utilisés dans l’aérospatiale et l’aéronautique pour des raisons de résistance et de poids mais aussi dans des raquettes de tennis ou dans l’industrie en général.



Mais il n’y a pas que les propriétés mécaniques qui font rêver, les propriété électroniques de ces matériaux sont aussi très convoitées. Suivant leur structure spatiale, ils peuvent être conducteurs ou semi-conducteurs (les semi-conducteurs sont les matériaux électroniques par excellence et composent tous les transistors et les diodes dans nos ordinateurs) d’où un avenir très prometteur pour développer la nanoinformatique. C’est bien pour cela qu’IBM et Intel dépensent des sommes gigantesques dans la recherche sur les nanotubes. En effet, IBM étudie très sérieusement la fabrication à échelle industrielle de transistors composés de nanotubes en carbone car ces matériaux seraient la solution pour continuer de respecter la loi de Moore qui va sûrement devenir fausse dans une petite dizaine d’années à cause d’une trop grande miniaturisation des transistors en Silicium. En effet, Gordon Moore, cofondateur de la société Intel avait affirmé en 1965 pour une conférence de presse, que « le nombre de transistors par circuit de même taille va doubler tous les 18 mois ». Cette affirmation a marqué les esprits, puisqu’elle est devenue un défi à tenir pour les fabricants de microprocesseurs, et plus particulièrement pour Intel. Entre 1971 et 2001, la densité des transistors a doublé chaque 1,96 année, les PC étaient donc de plus en plus puissants et de moins en moins chers. Mais on est encore loin du compte pour la nanoinformatique car pour le moment on fabrique ces transistors du futur « à la main » en petite quantité et c’est très long, l’étape industrielle va être un pas difficile à franchir. Mais il y a de fortes raisons de penser que nos micro-ordinateurs en silicium vont être détrônés par des nano-odinateurs en carbone.

Les nanosciences ont également de vent en poupe pour la biologie et la médecine. Des recherches actives sont menées dans ces domaines et les premières applications commencent à apparaître. Particulièrement des nano-diffuseurs implantés sous la peau qui vont diffuser un produit chimique en continu dans notre corps pour réguler certaines substances. On trouve ce genre de texte en cherchant un peu sur le net : « des nanoparticules implantées sous la peau, qui permettent l’affichage d’un écran de 6cm sur 5, le tout relié à des puces qui surveillent notre corps afin de pouvoir afficher un bilan complet » ou bien encore dans Courrier International : « Des ensembles moléculaires de la taille d’un brin d’ADN s’introduiront dans nos cellules malades afin de les réparer de l’intérieur. Tout cela en cachette de notre système immunitaire ». Non, ce n’est pas de la science fiction mais bien des projets pour notre avenir qui nous transformera peut être en cyborg ????

Il y a encore les nanorobots, les nanomachines, les nanocequevousvoulez et je suis persuadé qu’ils ne vont pas tarder à remplir notre quotidien….