Pierre-Gilles de Gennes, l’originalité comme ressort de l’innovation

Le physicien français Pierre-Gilles de Gennes est mort à Orsay il y a juste quinze ans, le 18 mai 2007 des suites d’un cancer, à l’âge de 74 ans (il est né à Paris le 24 octobre 1932). C’est l’occasion de revenir sur cette personnalité hors du commun que certains de ses collègues ont appelé le "Newton de notre temps" (ce que sa modestie avait réfuté catégoriquement en parlant de « l’expression du lyrisme nordique »). Il est du reste, comme Pierre Curie, un descendant direct du grand physicien (et mathématicien) Johann Bernoulli (attention, un seul i !) dont le fils Daniel est bien connu pour ses équations de mécaflotte. Pierre-Gilles de Gennes fut marqué par des physiciens comme Yves Rocard (père de Michel Rocard), Pierre Aigrain, Giuseppe Occhialini, Alfred Kastler, etc.

Lorsque le 16 octobre 1991, l’Académie royale des sciences de Suède a attribué le Prix Nobel de Physique à Pierre-Gilles de Gennes, la plupart des journalistes et a fortiori le grand public ne connaissaient ni son nom ni ses travaux ni même parfois le nom des disciplines scientifiques dans lesquelles il travaillait. C’est toujours comme cela : nous sommes l’une des nations les plus scientifiques et en même temps, l’une où l’esprit scientifique est le moins développé. Il suffit de voir la transmission d’informations scientifiques par les journalistes généralistes pour voir le gap de culture et de connaissances. La crise du covid-19 en a d’ailleurs apporté un aperçu aux conséquences parfois graves (la vie de patients était en jeu).

Et donc, en France, le Prix Nobel, qui est une valeur sûre, un argument d’autorité indéniable pour le grand public et les médias, est essentiel pour les scientifiques pour faire connaître leurs travaux, les vulgariser (aussi trouver des financements), puisque le Palais de la Découverte, la Cité des Sciences et d’autres initiatives ne sont pas suffisants. Pour un scientifique de science dure (même s’il joue avec la "matière molle" !), c’est un accélérateur de notoriété.

Ainsi, Pierre-Gilles de Gennes est devenu du jour au lendemain une star, invité de tous les médias mais aussi de tous les établissements scolaires et universitaires. Il en a visité de nombreux pour faire des exposés, répondre aux questions, donner envie de faire de la science, etc. au point qu’après sa mort, plusieurs d’entre eux portent désormais son nom. Sa non-notoriété d’avant-Prix Nobel était plutôt injuste car il avait élu membre de l’Académie des sciences dès 1979 et reçu la Médaille d’or du CNRS dès 1980, qui est souvent l’antichambre du Prix Nobel (la Médaille d’or du CNRS me paraît être la récompense la plus prestigieuse obtenue en France, hors Nobel et Médaille Fields).

Le hasard a fait d’ailleurs que l’année suivante, en octobre 1992, un autre physicien français Georges Charpak a aussi obtenu le Prix Nobel de Physique, ce qui a fait que la physique était relativement célébrée par des médias généralistes à l’origine assez imperméables aux sciences dures.

Revenons à Pierre-Gilles de Gennes. Normalien, agrégé de physique, avec un doctorat préparé au CEA sur la physique des solides, il a eu une carrière scientifique prestigieuse, travaillant à Orsay puis à Paris et aussi à l’étranger (en particulier à Berkeley, en Californie). Professeur du Collège de France dès 1971 (il avait 38 ans) à la chaire de la matière condensée (c’est-à-dire solide ou liquide), il a surtout marqué de son empreinte "Physique Chimie" (PC), l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI Paris), qu’il a dirigée de 1976 à 2002, et dont il a sensiblement modifié les méthodes d’enseignement et de recherches (mettant en avant les procédés expérimentaux et aussi la biologie). Marie Curie a découvert le radium à Physique Chimie. Pierre-Gilles de Gennes a arrêté ses cours au Collège de France en 2004.

L’intérêt pour la biologie dans la physique n’était d’ailleurs pas nouveau pour lui puisqu’il avait fait une "prépa" qui intégrait la biologie, ce qui était rare chez les candidats aux concours des grandes écoles. Le Prix Nobel l’a d’ailleurs conforté tant dans ses travaux de recherches que dans ses responsabilités universitaires (dans les financements des programmes). Après l’ESPCI, il a travaillé à l’Institut Curie où il s’est surtout penché sur la biologie et les neurosciences.

Quand on regarde les disciplines abordées par Pierre-Gilles de Gennes au cours de toute sa carrière, on s’étonne de leur grand nombre. Il était un touche-à-tout génial et théorisait même l’idée qu’il fallait changer de domaine après un certain nombre d’années, car au bout d’un moment, on en a fait le tour et qu’on réagit plus par réflexe que comme candide. Or, l’œil du candide est nécessaire pour trouver d’autres angles de recherches, d’autres perspectives, d’autres idées, d’autres pistes pour aborder les problèmes.



Il a d’abord commencé par le magnétisme, une discipline très rigoureuse. Certains de mes anciens collègues grenoblois m’expliquaient que dans son jeune âge, Pierre-Gilles de Gennes ne croyait pas du tout en l’avenir des supraconducteurs (sur lesquels il avait travaillé en début de carrière), notamment parce que la température critique était bien trop faible (au niveau de l’hélium liquide, trop coûteux pour généraliser). Ils me l’avaient dit à l’époque où la supraconductivité était à la mode (dans les années 1990), car on en avait découvert à haute température critique (de l’ordre de l’azote liquide, là, cela devenait industriellement abordable). Mais l’histoire a finalement montré que l’optique quantique l’a emporté et aujourd’hui, les fibres optiques, la photonique, sont plus à l’ordre du jour que les supraconducteurs (on a trouvé un supraconducteur à la température ambiante en 2020, mais sous une pression équivalente à celle se trouvant au centre de la Terre !). On peut donc, dans une intuition, avoir tort ou raison selon des époques données. La fusion nucléaire non plus, il n’y croyait pas comme production contrôlée d’énergie (il a souvent critiqué le projet ITER).

Une très courte parenthèse : Pierre-Gilles de Gennes revendiquait l’idée de se tromper (beaucoup). Mais dans le flot des idées originales, certaines peuvent déboucher sur des découvertes réelles (lire la citation en début d’article).

Pierre-Gilles de Gennes s’est occupé de l’ordre dans la matière pour des systèmes complexes. Il a ainsi décrit les phénomènes dans des dipôles magnétiques ainsi que les transitions de phases magnétiques (par exemple, au-delà de la température de Curie, les matériaux ferromagnétiques, c’est-à-dire, aimants, deviennent paramagnétiques). Il expliquait la transition de phase comme un « basculement d’opinion » (ce qui est très original comme analogie mais très bien vu).

Cela lui a permis de proposer des nouvelles applications pour les cristaux liquides qui furent l’une de ses expertises. Les cristaux liquides ont eu effectivement des applications très importantes à partir des années 1960 pour l’affichage des calculatrices, des montres, etc. Les molécules sont arrangées selon l’application d’un faible champ électrique ou magnétique. Ils mobilisent peu d’espace et peu d’énergie. Les cristaux liquides ont remplacé très rapidement les gros afficheurs peu commodes des années 1950-1960. Pierre-Gilles de Gennes a pu définir de nombreuses phases dans lesquelles le matériau s’écoule comme un liquide, ou alors comme dans du savon, en deux dimensions, en couches parallèles, etc. Il fut l’auteur d’un livre référence sur le sujet, la bible des cristaux liquides : "The Physics of Liquiq Crystals" (sorti en 1974).

Il a ensuite poursuivi dans une branche très différente de la physique du solide, du moins en apparence, les polymères (les "matériaux plastiques"). Or, il a réussi à décrire des transitions de phase (ordre vers désordre) avec le même modèle mathématique quels que ce soient les matériaux, des cristaux liquides, des polymères, des aimants, des supraconducteurs. Cette généralisation mathématique était assez bluffante, alors que ses prédécesseurs s’étaient gardés de trop explorer dans ces contrées complexes.

Avec les polymères, Pierre-Gilles de Gennes a complètement changé de domaine et surtout, de point de vue. Il a abordé les polymères sous l’œil du "magnéticien" ! Il a utilisé des techniques de calcul de physique des particules pour la dynamique des polymères, en reprenant le principe des transitions de phases. Mettre en équation l’écoulement d’un tas de sable n’est pas si évident que cela (la matière est simple, la description mathématique est très compliquée), et c’était sur ce genre de problématique que travaillait Pierre-Gilles de Gennes. Ou encore sur les gels, les milieux poreux, sur les colles et le phénomène d’adhésion entre deux surfaces, bref, tout ce qu’on a appelé plus tard la "matière molle". L’un de ses livres références sur le sujet est "Scaling Concepts in Polymer Physics" (sorti en 1979) qui lui a valu sa notoriété scientifique (à défaut du grand public).



Bien que sa modestie en souffrît, certains jurés du Nobel l’ont appelé le Newton. Dans le communiqué annonçant son Nobel, on justifiait le titre ainsi : « Pierre-Gilles de Gennes has by some judges been called "the Isaac Newton of our time". The reason for this hyghly appreciative epithet is probably that De Gennes has succeeded in perceiving common features in order phenomena in very widely differing physical systems, and has been able to formulate rules for how such systems move from order to disorder. Some of the systems De Gennes has treated have been so complicated that few physicists had earlier thought it possible to incorporate them at all in a general physical description. Physicists often take pride in dealing with systems that are as simple and "pure" as possible, but De Gennes’ work has shown that even "untidy" physical systems can successfully be described in general terms. In this way he has opened new fields in physics and stimulated a great deal of theoretical and experimental work in these fields. ».

J’ai préféré mettre le texte d’origine en anglais car on ne qualifie pas sérieusement un chercheur de Newton des temps modernes sans en donner rigoureusement la justification. Cet extrait peut être traduit en français ainsi : « Pierre-Gilles de Gennes a été appelé "l’Isaac Newton de notre temps". La raison de cette épithète très flatteuse est probablement que De Gennes a réussi à saisir des caractères communs dans les phénomènes d’ordre dans des systèmes physiques très différents, et a été capable de formuler des règles sur la façon dont ces systèmes passe de l’ordre au désordre. Certains de ces systèmes que De Gennes a traités ont été si compliqués que peu de physiciens avaient auparavant pensé qu’il était possible de les inclure dans une description physique générale. Les physiciens sont souvent fiers de traiter de systèmes aussi simples et élémentaires ("purs") que possible, mais les travaux de De Gennes ont montré que même des systèmes physiques "désordonnés" (compliqués) pouvaient être décrits avec succès de manière générale. Ainsi, il a ouvert de nouveaux horizons en physique et a favorisé un grand nombre de travaux théorique et expérimentaux dans ces domaines. ».

La question que certains se posaient a été : qu’a fait Pierre-Gilles de Gennes du montant de son Prix Nobel ? À ma connaissance, il l’a réinjecté dans ses activités de recherches et de pédagogie, mais aussi, il en a consacré une partie au restaurant qu’avait ouvert son épouse à Orsay en 1975.

La même année que son Prix Nobel, Pierre-Gilles de Gennes a reçu également le Prix Wolf de Physique, qui est aussi un prix international très prestigieux. Pour s’en convaincre, il suffit de regarder les autres lauréats de ce prix en physique, en particulier : Giuseppe Occhialini (1979), Martin Perl (1982), Erwin Hahn (1983), Philippe Nozières (1985), Roger Penrose et Stephen Hawking (1988), Benoît Mandelbrot (1993), John Wheeler (1997), Robert Brout, François Englert et Peter Higgs (2004), Albert Fert (2006), Alain Aspect (2010), etc.


Aussi sur le blog.

Sylvain Rakotoarison (14 mai 2022)
http://www.rakotoarison.eu


Pour aller plus loin :
Pierre-Gilles de Gennes.
Pierre Teilhard de Chardin.
Luc Montagnier.
La Science, la Recherche et le Doute.
François Jacob.
Jacques Testart.
Robert Edwards.
Katalin Kariko.
Klim Tchourioumov.
L’exploit de Blue Origin, la fabrique du tourisme spatial écolo-compatible.
John Glenn.
Michael Collins.
Atterrissage de la navette Atlantis le 21 juillet 2011.
SpaceX en 2020.
Thomas Pesquet.
60 ans après Vostok 1.
Youri Gagarine.
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Rosetta, mission remplie !
Le dernier vol des navettes spatiales.
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Les petits humanoïdes de Roswell…
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Le plan quantique en France.
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Le syndrome de Hiroshima.
L’émotion primordiale du premier pas sur la Lune.
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Bill Gates.
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Marie Curie.