Tout juste quarante ans après sa mort, il reste le plus grand physicien britannique de tous les temps avec Isaac Newton. L’un des pionniers de la physique quantique, annonciateur du positron, peu sociable mais véritable génie des mathématiques, aurait été atteint du syndrome d’Asperger, selon une récente biographie.


Imaginez que vous ayez 31 ans, que vous ayez soutenu votre thèse de doctorat sept ans plus tôt, publié déjà plus d’une dizaines d’articles majeurs dans des revues scientifiques d’importance internationale, et qu’on vous propose le Prix Nobel de Physique. À l’époque, on pouvait même l’avoir avant la soutenance. C’était en 1933, période particulièrement noire dans le contexte international, mais aussi période passionnante de la mise en forme de la physique quantique qui a occupé toute la première moitié du XX^e siècle.

Paul Dirac a disparu il y a exactement quarante ans le 20 octobre 1984 à l’âge de 82 ans, à Tallahassee, en Floride. Ce grand physicien a fait partie des pères fondateurs de la physique quantique, aux côtés de Max Planck, Niels Bohr, Albert Einstein, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, etc. Il fut l’un des trois plus grands physiciens du XX^e siècle et cet anniversaire est l’occasion pour moi de le faire mieux connaître, car je trouve qu’il manque injustement de notoriété.


Un des plus grands génies de tous les temps

Prix Nobel en 1933, Paul Dirac fut un véritable génie, uniquement tourné vers ses recherches sur la théorie quantique. Toute sa vie n’a été qu’attention portée aux équations.

Selon l’épistémologue Norwood Russell Janson (1924-1967), ardent défenseur de l’interprétation de Copenhague, cité dans un article publié en 1980, la parution de la théorie relativiste des électrons de Paul Dirac en 1928 a été l’un des événements les plus marquants de l’histoire des sciences : « Theoretical physics has rarely witnessed such a powerful unification of concepts, data, theories and intuitions : Newton and Universal Gravitation ; Maxwell and Electrodynamics ; Einstein and Special Relativity ; Bohr and the hydrogen atom ; these are the high spots before Dirac. From a chaos of apparently unrelated facts and ideas, Newton in his way, and now Dirac in his, built a logically powerful and conceptuelly beautiful physical theory. » [La physique a rarement vu une unification aussi puissante de concepts, de données, de théories et d’intuitions : Newton et la Gravitation universelle ; Maxwell et l’Électrodynamique ; Einstein et la Relativité restreinte ; Bohr et l’atome d’hydrogène ; ce sont les grands éclairs avant Dirac. D’un chaos apparemment sans relation de faits et d’idées, Newton à sa manière, et maintenant Dirac à la sienne, ont construit une théorie physique logiquement solide et conceptuellement pleine de beauté] ("The Concept of the Positron", Cambridge, 1963 ; p. 146).



La beauté, c’est ce qui a obsédé Paul Dirac toute sa vie. Mais pas la beauté féminine : « This result is too beautiful to be false ; it is more important to have beauty in one’s equation than to have them fit experiment. » [Ce résultat est trop beau pour être faux ; il est plus important d’avoir la beauté dans les équations que de les voir confirmer par l’expérience] ("The evolution of the Physicist’s Picture of Nature", Scientific American, 208, 5, 1963).


La bosse des maths

Du côté de son père, qui enseignait le français, et comme son nom francophone l’indique, il était d’origine suisse (Valais) et française (Charente). Né le 8 août 1902 à Bristol, Paul Adrien Maurice Dirac était un fou de mathématiques dès son plus jeune âge. Il a suivi des études d’ingénieur en électricité à Bristol. À cause du climat économique très maussade, diplômé en 1921, il n’a pas trouvé de travail et finalement, a continué des études scientifiques à Cambridge parce qu’il était passionné par la théorie de la Relativité générale et qu’il avait réussi à obtenir une bourse.

En 1923, il travailla avec l’astrophysicien Ralph H. Fowler (1889-1944) sur la mécanique statistique des étoiles naines blanches. Six mois plus tard, il publia déjà ses deux premiers articles sur le sujet. En mai 1924, il publia son premier article sur la physique quantique. C’est en 1925 qu’il fit la rencontre essentielle de Niels Bohr (1885-1962) qui venait d’avoir le Prix Nobel en 1922, et de Werner Heisenberg (1901-1976), futur Prix Nobel en 1932. En novembre 1925, il avait publié quatre autres articles sur la théorie quantique. En tout, il a publié onze articles importants avant sa soutenance.



Paul Dirac a soutenu sa thèse en juin 1926 sur la physique quantique, en faisant, par une intuition géniale, une analogie entre la formulation matricielle que venait de proposait Werner Heisenberg pour décrire la physique quantique et les crochets de Poisson de la mécanique hamiltonienne, reformulation de la mécanique classique en 1833 par William Rowan Hamilton (1805-1865).


Un acteur majeur dans l’élaboration de la théorie quantique

Après son doctorat, il est parti rejoindre Niels Bohr à Copenhague puis en février 1927, Werner Heisenberg à Göttingen où il a travaillé avec Robert Oppenheimer (1904-1967), Max Born (1882-1970), Prix Nobel en 1954, James Franck (1882-1964), Prix Nobel en 1925, et Igor Tamm (1895-1971), Prix Nobel en 1958, puis il a collaboré quelques semaines avec Paul Ehrenfest (1880-1933) à Leyde (Pays-Bas) avant de revenir à Cambridge où il fut recruté comme Fellow du St John’s College. Invité au 5^e congrès Solvay en septembre 1927, il fit la rencontre d’Albert Einstein (1879-1955).



Paul Dirac fit de nombreux voyages dans le monde, est allé pour la première fois en Union Soviétique en 1928, et aux États-Unis en 1929. Il s’amusait à profiter des colloques pour faire le tour du monde : après une visite aux États-Unis, il est allé directement au Japon et est rentré à Cambridge en prenant le Transsibérien.

À partir de ses premiers travaux où il "jouait" avec l’algèbre des opérateurs linéaires en introduisant la notation bra-ket (à partir du 29 avril 1939), il publia un recueil très pédagogique sur la nouvelle physique de l’atome (qui fait encore référence aujourd’hui) sous un titre assez banal : "Le Principe de la mécanique quantique" (éd. Oxford University Press) publié initialement le 29 mai 1930 (il n’avait alors que 27 ans !). L’ouvrage fut régulièrement réédité et complété, devenant l’un des manuels "classiques" pour la physique quantique (le dernier chapitre rédigé en 1947 dans la 3^e édition présente l’électrodynamique quantique). On peut lire la quatrième édition révisée (publiée le 26 mai 1967) dans son intégralité ici.



Paul Dirac était avant tout un théoricien des mathématiques. Il se moquait des expériences sinon de la pensée (il préférait la beauté des équations, voir la citation ci-dessus), et a été celui qui a construit la plus solide architecture mathématique pour la physique quantique, reprenant les travaux d’Erwin Schrödinger et de Werner Heisenberg dont le formalisme mathématique manquait de cohérence et d’harmonie.

Cela lui valut le Prix Nobel de Physique en 1933 « pour la découverte de formes nouvelles et utiles de la théorie atomique », partagé avec Erwin Schrödinger (1887-1961), célèbre pour son équation d’onde et son expérience de la pensée résumée sous l’expression "le chat de Schrödinger" (en physique quantique, un chat pourrait être à la fois vivant et mort, d’où le paradoxe philosophique que posait cette théorie probabiliste). Un peu avant son Prix Nobel (il avait refusé d’inviter son père à la remise à Stockholm), Paul Dirac avait publié un article essentiel sur la mécanique quantique lagrangienne que développa plus tard Richard Feynman (1918-1988), Prix Nobel en 1965, qui fut beaucoup influencé par lui.




Le positron et l’antimatière, issus des équations de Dirac

Par ses avancées mathématiques, Paul Dirac a ainsi prédit en 1931 l’existence de l’antimatière, c’est-à-dire, des antiparticules, en particulier, du positron (aussi appelé positon pour les francophones), l’antiparticule associée à l’électron.

La raison, c’est que dans son équation qui décrit la mécanique quantique relativiste de l’électron (formulée en 1928), la description des particules se fait en fonction du carré de la charge électrique, laissant supposer que la charge d’une particule de même type (même masse et même spin) pourrait être positive ou négative. Jusqu’en 1932, cette idée était plutôt le point faible de sa théorie, car personne ne comprenait comment l’antimatière pouvait exister. Paul Dirac se moquait de l’imaginer, ses équations étaient trop belles pour être fausses !



Par ailleurs, la collision d’une particule et de son antiparticule créerait une désintégration avec une forte dissipation d’énergie (émission de photon) qu’on peut retrouver dans la fameuse formule d’Einstein, E=mc². C’est la base de toute la recherche sur les nouvelles particules élémentaires dans des accélérateurs à particules (fournir le plus d’énergie possible pour faire surgir de nouvelles particules).

Le positron fut découvert expérimentalement dès 1932 par Carl David Anderson (1905-1991) qui a vu la trace de « quelque chose de chargé positivement et de masse similaire à celle de l’électron » et cette découverte fut confirmée par Patrick Blackett (1897-1974) par l’observation de rayons cosmiques photographiés dans une chambre à brouillard qui est le premier détecteur de particules (certaines traces ne provenaient pas d’électrons mais d’électrons à charge positive).

Cette découverte valut Carl David Anderson le Prix Nobel en 1936 qui découvrit la même année le muon par le même type de détection. Quant à Patrick Blackett, il reçut le Prix Nobel en 1948 pour le développement de la chambre à brouillard conçue en 1911 par Charles T. R. Wilson (1869-1959) qui, lui aussi, avait obtenu le Prix Nobel en 1927. Sa chambre permettait de rendre visible, par condensation de la vapeur, la trajectoire des particules électriquement chargées.

Entre parenthèses, la découverte du positron est l’exemple même (il y en a plein d’autres) qui montre que la recherche scientifique n’a aucun sens réalisée de manière solitaire ou de manière nationaliste (et cela dans une période aux nationalismes exacerbés). Même si Paul Dirac travaillait plutôt seul (il détestait communiquer), il se nourrissait des travaux des autres, en particulier, pour son équation, des travaux d’Albert Einstein et de Wolfgang Pauli (1900-1958), Prix Nobel en 1945, pour donner les fondations théoriques des futures observations expérimentales. Et pour les expériences, il a fallu développer toute une instrumentation (Charles T. R. Wilson), puis utiliser l’appareil pour des applications données, être capable d’identifier une incompréhension de mesure par des théories récentes (Carl David Anderson) et de confirmer l’explication par des expériences focalisées sur cette découverte (Patrick Blackett). À noter également que d’autres physiciens reçurent le Prix Nobel pour le développement d’autres appareils de détection, comme Georges Charpak (1924-2010) qui fut récompensé en 1992 « pour son invention et le développement de détecteurs de particules, en particulier la chambre proportionnelle multifils ».



Lorsque Albert Einstein s’est retrouvé en 1933 parmi les membres de la direction de l’Institute for Advanced Study à Princeton, et qu’on lui a demandé qui il voulait recruter, le premier nom qu’il a proposé était Paul Dirac qui venait juste d’avoir le Prix Nobel. Paul Dirac passa donc une année académique (1934-1935) à Princeton où il sympathisa beaucoup avec son collègue Eugene Wigner (1902-1995), Prix Nobel en 1963. Venant de Budapest où elle habitait, la sœur de ce dernier est venue le visiter alors que Paul Dirac était présent à cette rencontre…


De Newton à Hawking

Entre 1932 et 1969, Paul Dirac fut titulaire de la prestigieuse chaire de mathématiques de l’Université de Cambridge. Parmi ses prédécesseurs l’illustre Isaac Newton (1643-1727) entre 1669 et 1702, et l’hydrodynamicien Georges Stokes (1819-1903), célèbre pour son équation de mécanique des fluides, de 1849 à 1903. Certains de successeurs sont également très connus : Stephen Hawking (72 ans) de 1979 à 2009 et, depuis le 1^er novembre 2009, Michael Boris Green (68 ans), l’un des pionniers de la théorie des cordes en 1984.

Michael Boris Green fut d'ailleurs lauréat en 1989 du Prix et Médaille Paul Dirac, qui a récompensé entre autres en 1987 Stephen Hawking, en 1988 John Stewart Bell (1928-1990), auteur du fameux théorème de Bell, en 1989 Roger Penrose (83 ans) et en 1997, Peter W. Higgs (85 ans), Prix Nobel en 2013. Cette gratification est attribuée par l’Institute of Physics (l’équivalent britannique de la Société française de Physique).

Une autre récompense a été instituée en l’honneur de Paul Dirac, la Médaille Dirac créée par le Centre international de physique théorique (ICTP basé à Trieste) juste après la disparition de Paul Dirac, en 1985, pour honorer des chercheurs en physique théorique et en mathématiques qui n’ont pas été récompensés par le Prix Nobel ni la Médaille Field ni le Prix Wolf (très prestigieux aussi). Alan H. Guth (67 ans), l’inventeur de la théorie de l’inflation cosmique après le Big Bang, et Édouard Brézin (76 ans), ancien président du CNRS, en furent lauréats respectivement en 2002 et 2011.


Quelques intuitions très mathématiques

Très curieux et fin observateur, perspicace et rigoureux, Paul Dirac avait voulu comparer en 1937 deux rapports de grandeurs physiques. Le premier était la longueur de l’univers observable (rayon de Hubble) sur le rayon d’un électron. Le second l’intensité de la force gravitationnelle sur celle de la force électromagnétique appliquée entre deux électrons. Or, il avait remarqué que ces deux rapports étaient sensiblement équivalents, le premier de l’ordre de 2x10⁴⁰ (nombre d’Eddington-Dirac) et le second de l’ordre de 3x10⁴¹.

C’était la première fois qu’un scientifique "mélangeait" l’infini grand et l’infiniment petit, et Paul Dirac considérait que l’équivalence n’était pas une coïncidence. En considérant que ces deux rapports restaient dans le même ordre de grandeur, et sachant que seule, la constante de Hubble variait avec le temps, Paul Dirac en avait conclu qu’une autre constante devait forcément varier en fonction du temps (si ces rapports restaient équivalents), et suggérait que cela devait être la constante de la gravitation qui serait inversement proportionnelle au temps, ce qui contredisait la théorie de la Relativité générale qui la prédisait constante (conservation de l’énergie), ou alors que la masse de l’univers serait proportionnelle au carré du temps. Ces deux hypothèses sont rejetées par les cosmologistes d’aujourd’hui.



Parmi les "objets" (de mathématiques ou de physique) attribués à Paul Dirac, on peut citer la constante de Dirac qui n’est que la constante de Planck réduite (h/2pi), la distribution de Dirac (aussi appelée fonction delta de Dirac) qui exprime une impulsion ponctuelle et qui permet de l’intégrer dans le calcul mathématique, le peigne de Dirac qui est un joli nom pour désigner une distribution de Dirac périodique, ces deux objets ont été repris et améliorés par le mathématicien français Laurent Schwartz (1915-2002), Médaille Field en 1950. Lui-même plutôt modeste, Paul Dirac a toute sa vie préféré parler de la "statistique de Fermi" pour évoquer la "statistique de Fermi-Dirac" qui décrit depuis 1926 les particules à spin demi-entier (fermions qui suivent le principe d’exclusion de Pauli), à opposer à la statistique de Bose-Einstein qui décrit les particules à spin entier (bosons pour lesquels le principe de Pauli ne s’applique pas). À cela, il faut aussi ajouter, dans ses contributions majeures, le positron prédit par Paul Dirac ainsi que les monopoles magnétiques.


Une tendance à tout théoriser

Dans une récente biographie, Graham Farmelo (61 ans), docteur en physique théorique des particules, évoque même le syndrome d’Asperger (une forme légère d’autisme) pour caractériser Paul Dirac, qui a détesté son père qui l’obligeait à lui parler uniquement en français (comme il n’en était pas capable, Paul Dirac gardait ainsi le silence) et il fut profondément troublé par le suicide de son frère Félix pendant la préparation de sa thèse (en mars 1925).



Il existe de nombreuses anecdotes qui racontent à quel point Paul Dirac pouvait déconcerter ses interlocuteurs au cours de sa vie professionnelle ou personnelle. Par exemple, le jour où il a rencontré pour la première fois le jeune Richard Feynman, il lui a dit : « I have an equation. Do you have one too ? » [J’ai une équation. En avez-vous une aussi ?]. Ou encore lors d’une conférence à Toronto, au moment des questions, quelqu’un dans la salle lui déclara : « Professor Dirac, I do not understand how you derived the formula on the left side of the blackboard. » [Professeur Dirac, je ne comprends pas comment vous dérivez la formule au côté gauche du tableau]. Ce à quoi Paul Dirac répondit : « This is not a question. It is a statement. Next question, please. » [Ce n’est pas une question. C’est un commentaire. Question suivante, s’il vous plaît]. Paul Dirac était connu pour dormir en écoutant une conférence, mais il était capable de se réveiller soudainement et de poser une question très pointue et pertinente (un erreur de signe au tableau etc.).

Le besoin de tout théoriser pouvait étonner les personnes à côté de lui. Un jour qu’il discutait avec Piotr Kapitsa (1894-1984), Prix Nobel en 1978, il regardait en même temps l’épouse de celui-ci, Anya, tricoter à leur côté. Après la discussion, Paul Dirac s’est approché d’elle, assez excité : « You know, Anya, watching the way you were making this sweater, I got interested in the topological aspect of the problem. I found that there is another way of doing it and that there are only two possible ways. One is the one you were using ; another is like that… » [Vous savez, Anya, en regardant la manière dont vous réalisez ce pull, je me suis intéressé à l’aspect topologique du problème. J’ai conclu qu’il y a une autre manière de le faire et qu’il n’y avait que deux méthodes possibles. L’une est ce que vous faites ; l’autre est comme ça…] tout en montrant cette seconde manière avec ses longs doigts : il venait de réinventer le "purling" (le fait de tricoter à l’envers).


La femme, une équation à une inconnue

La personnalité de Paul Dirac était à la fois rigoureuse et peu conviviale. Il avait très peu d’amis, aimait bien la solitude qui lui permettait de réfléchir à ses travaux. Il était connu pour sa faible empathie. La seule fois où il a pleuré de sa vie d’adulte, c’était lorsqu’il avait appris la mort d’Albert Einstein en 1955.

Une anecdote donne une idée de sa très faible sociabilité. Le physicien n’était pas marié en août 1929, tout comme son collègue Werner Heisenberg. À l’occasion d’un colloque au Japon (déjà évoqué ci-dessus), comme ils étaient du même âge et encore célibataires, ils pouvaient discuter ouvertement des "femmes". Werner Heisenberg était un homme à femmes avec qui il aimait flirter et danser, tandis que lui restait renfermé. Paul Dirac lui demandait : « Pourquoi danses-tu ? » et Werner Heisenberg de répondre : « Quand il y a des filles charmantes, c’est un plaisir ! » mais Paul Dirac ne comprenait toujours pas : « Mais, Heisenberg, comme peux-tu savoir avant que ce sont des filles charmantes ? ».



Un jour, au cosmologiste George Gamow (1904-1968), Paul Dirac expliqua qu’il y avait une distance optimale pour regarder le visage d’une femme. Théoricien, il évaluait tous les cas : à l’infini, on ne voit rien ; à zéro, l’image est trop déformée et on voit beaucoup trop les imperfections de la peau, les rides. Georges Gamow lui a alors demandé : « Tell me, Paul, how close have you seen a woman’s face ? » [Dis-moi, Paul, à quelle distance as-tu déjà regardé le visage d’une femme ?] et Paul Dirac de répondre : « Oh, about that close ! » [Oh, à peu près cette distance], en montrant ses mains à deux pieds de distance.



Paul Dirac se maria tardivement pour l’époque, en janvier 1937 à Londres avec Margit Wigner (Manci), la sœur d’Eugene Wigner, et, bien qu’indispensable pour lui supprimer toutes les préoccupations matérielles de la vie quotidienne, il la considérait plus comme la sœur de son ami que comme son épouse, et la présentait à ses amis ainsi : « Oh ! I am sorry. I forgot to introduce you. This is… this is Wigner’s sister ! » [Oh ! Je suis désolé. J’ai oublié de te présenter. C’est… c’est la sœur de Wigner !]. Elle-même s’était présentée auprès de George Gamow ainsi : « That what Dirac actually says is : "This is Wigner’s sister, who is now my wife" ! » [Ce que dit habituellement Dirac est "C’est la sœur de Wigner, qui est maintenant ma femme" !]. Margit Wigner, née deux ans après lui, le 17 octobre 1904, disparut le 9 juillet 2002, près de dix-huit ans après lui.




La retraite en Floride

À la fin de sa vie, de 1971 à 1984, Paul Dirac a continué à travailler en choisissant le Florida State University (Université de l’État de Floride). Pour lui, c’était un lieu agréable car il n’avait pas un traitement différent des autres, ses collègues le considéraient comme n’importe qui d’autre, malgré son Nobel et ses travaux prestigieux. Il ne voulait surtout pas se faire remarquer.



En dépit de son caractère peu sociable, Paul Dirac a laissé un souvenir très attachant dans cette université où ses collègues ont pu apprécier sa curiosité intellectuelle, sa passion et sa capacité à la transmettre aux autres. Certes, il pouvait déjeuner (dans la cuisine du bâtiment) avec des collègues (comme Steve Edwards) sans sortir un mot pendant le repas. John Albright se souvenait ainsi : « Dirac était très avare avec les mots. Il n’emploierait pas cinq mots quand un seul pouvait suffire. ». Bien avant, ses collègues de Cambridge avait même inventé une nouvelle unité pour plaisanter, le "dirac" qui correspondait à un mot par heure !

Il adorait marcher, considérait que c’était essentiel pour réfléchir, il marchait ainsi de sa résidence à son bureau, par tous les temps (conduire l’aurait empêché de réfléchir à la physique quantique), il aimait aussi se baigner dans un lac même en hiver, et il était un passionné d’alpinisme, il escaladait beaucoup de montagnes (dans le Caucase par exemple) et lorsqu’il enseignait à Cambridge, on pouvait parfois le voir, pour s’entraîner, grimper aux arbres dans les collines environnantes tout en portant son habituel costume noir.


Ne pas s’occuper de l’extérieur

Homme introverti par excellence, Paul Dirac a donc été avant tout un génie cérébral. Il fallait bien cela pour avoir les quelques intuitions qui l’ont placé, malgré lui, sur le piédestal de la théorie quantique.



Son père l’avait peut-être coupé de toute ambition affective, mais il l’avait encouragé à approfondir les mathématiques qui l’avaient passionné dès son enfance. Sa modestie l’a emporté : à l’égal d’un Newton, d’un Maxwell, d’un Einstein ou d’un Bohr, qui connaît donc Dirac en dehors de la communauté scientifique internationale, trente ans après sa mort ?


Aussi sur le blog.

Sylvain Rakotoarison (20 octobre 2014)
http://www.rakotoarison.eu


Pour aller plus loin :
Paul Dirac.
Livre à télécharger : "Les Principes de la mécaniques quantique" par Paul Dirac.
La théorie des électrons et des positrons (communication du 12 décembre 1933 à télécharger).
La genèse de la théorie relativiste des électrons de Paul Dirac (à télécharger).
Niels Bohr.
Albert Einstein.
L’attribution des Prix Nobel, une dérive depuis plusieurs décennies ? (octobre 2007).
Dirac, Einstein and physics (2 mars 2000).
Paul Dirac : the purest soul in physics (1^er février 1998).

Une biographie de référence a été publiée le 22 janvier 2009 :
"The Strangest Man, The Hidden Life of Paul Dirac, Quantum Genius"
par Graham Farmelo (éd. Faber and Faber).




 

https://rakotoarison.over-blog.com/article-sr-20241020-dirac.html

http://rakotoarison.hautetfort.com/archive/2024/10/20/article-sr-20241020-dirac.html











 

« Débusquer la structure intime de la matière était ma passion. Les adeptes de Freud prétendent qu’il faut voir dans la démarche du chercheur la curiosité de l’enfant pour les phénomènes sexuels… Peut-être ont-ils raison car cette curiosité semble vraiment insatiable ! » (Georges Charpak, 1993).


 

Le physicien français Georges Charpak est né il y a exactement 100 ans, le 8 mars 1924 dans une ville à l'époque polonaise (Dabrowica) et aujourd'hui ukrainienne (pour l'instant), près de Tchernobyl. Issue d'une famille juive polonaise, il a émigré avec ses parents en France, à Paris, à l'âge de 7 ans après une tentative infructueuse en Palestine.

Il était, à lui tout seul, tout un roman, assez impressionnant. Militant antifasciste en 1939, Georges Charpak a échappé aux rafles du Vel' d'hiv' en fuyant Paris à temps en 1942, après son bac en 1941. On avait dénoncé sa famille. Réfugié à Montpellier, il a quitté les classes préparatoires après la violation de la ligne de démarcation par les nazis. Le jeune Charpak s'est alors engagé dans la Résistance mais était probablement trop jeune (18 ans) pour être efficace (il a commis beaucoup d'imprudences).

Parallèlement, en été 1943, il a raté le concours de Polytechnique mais a réussi celui des Mines de Paris. Cependant, il n'a pas eu connaissance tout de suite de son admission car il a été arrêté en novembre 1943 à cause d'une de ses imprudences et a été incarcéré dans une prison. Après l'échec d'une tentative d'évasion en 1944, il a été déporté le 11 juin 1944 à Dachau où il est resté près d'un an (le camp a été libéré le 29 avril 1945), un an d'enfer où il a pu survivre grâce à sa connaissance des langues étrangères.

En 1945, avoir 20 ans, avoir connu la guerre, la Résistance (lieutenant des FFL) et les camps d'extermination, c'était beaucoup ! Pour le jeune homme, la maturité est venue sans doute trop rapidement. Il a fait partie de cette génération tragique. Malgré tout, de retour en France où il a obtenu (enfin) la nationalité française, il a obtenu le diplôme d'ingénieur des Mines en 1947 et a commencé une grande carrière scientifique. Recruté très vite par le CNRS, il a travaillé au laboratoire de physique nucléaire de Frédéric Joliot-Curie au Collège de France où il a soutenu sa thèse de doctorat en physique en 1954.

Ses travaux portaient sur les détecteurs de particules. En 1959, il a rejoint le CERN à Genève et a conçu et réalisé sa chambre proportionnelle multifils en 1968 qui permettait de détecter des particules ionisées. L'intérêt sur les chambres à bulles alors utilisées était énorme puisque non seulement les détecteurs étaient beaucoup plus précis, mais on pouvait les brancher sur un ordinateur et faire un traitement informatique, alors que la chambre à bulles nécessitait de faire des photographies.

C'est cette invention, qu'il a brevetée, qui a permis de beaucoup progresser dans la physique des particules, et qui lui a valu de nombreuses récompenses comme la Médaille d'argent du CNRS en 1971, son élection à l'Académie des sciences en 1985, et surtout, en octobre 1992, le Prix Nobel de Physique, le Graal du scientifique.
 

À partir de 1980, Georges Charpak faisait des cours à l'École supérieure de physique et de chimie industrielle de la ville de Paris (ESPCI Paris) dite Physique-Chimie fondée en 1882 par la ville de Paris, dont Paul Langevin fut le directeur entre 1925 et 1946 et aussi Pierre-Gilles de Gennes entre 1976 et 2003. L'ESPCI Paris a hébergé les travaux de plusieurs Prix Nobel dont Pierre et Marie Curie, ainsi qu'Irène et Frédéric Joliot-Curie. Georges Charpak a pris sa retraite du CERN en 1991. Ça tombait bien, car 1992 allait lui réserver une grande surprise !

Le début des années 1990 fut en effet faste pour ce qu'on pourrait appeler la "science française" (même si j'insiste beaucoup sur le fait que la science n'a pas de nationalité ni de frontières, je parle ici des chercheurs français) puisque, en deux années successives, Pierre-Gilles de Gennes en 1991 et Georges Charpak en 1992 ont reçu un Prix Nobel de Physique, et il faut préciser, ils l'ont reçu à 100%, sans autre colauréat (depuis 1992 et jusqu'à maintenant, en 2023, aucun lauréat n'a reçu ce Nobel seul).

Ce coup double a médiatisé ces deux chercheurs qui étaient inconnus du grand public auparavant (en revanche, bien connus de la communauté scientifique). Les deux ont alors commencé une petite vie médiatique, profitant de leur Nobel pour aller à la rencontre des plus jeunes et leur transmettre la passion des sciences.

Les deux Nobels étaient très différents en personnalité, l'un très expansif et très charismatique, Pierre-Gilles de Gennes, épanoui dans ses fonctions d'enseignement (il était directeur de son école d'ingénieur pendant vingt-sept ans !), tandis que Georges Charpak, un peu plus renfermé, était passionné par son métier de chercheur même s'il s'est beaucoup penché, après son Nobel, à la manière de transmettre les sciences.
 

J'ai eu la chance de rencontrer chacun de ces deux grands scientifiques à Grenoble, et j'avais été étonné, ou plutôt déçu, de la réponse de Georges Charpak en 1993 à l'une de mes questions. J'avais conclu peut-être un peu vite, par mon expérience personnelle, que les biologistes étaient plutôt athées (ne croyaient pas en Dieu) et que les physiciens étaient plutôt croyants. Ce qui m'étonnait, la matière vivante devrait plus faire penser à l'idée de Dieu que la matière inerte. Toutefois, Georges Charpak, qui était athée, ne m'a pas conforté dans ce schéma et n'y voyait aucune relation particulière entre la foi ou pas du chercheur et le sujet de recherches du chercheur. Le sujet n'a pas été plus creusé, dommage.

À partir de 1992, Georges Charpak a alors partagé son temps en communication auprès du grand public (médias, visites d'écoles, conférences dans les universités) et en activité de valorisation de ses travaux de recherches, notamment en épaulant plusieurs start-up pour des applications en imagerie médicale, etc.

Charpak est synonyme de chercheur, ou de savant, presque savant fou, la mèche romantique au vent ! Et un peu ours sur les bord. Plusieurs établissements scolaires portent désormais son nom et ce n'est pas un hasard car, comme je viens de l'écrire, il s'est beaucoup préoccupé de la culture scientifique des jeunes générations et des moins jeunes.

Il a pas mal travaillé dans le cadre du projet La Main à la pâte, qu'il a lancé en 1996 avec notamment le physicien Yves Quéré, une manière innovante de transmettre les sciences par l'expérimentation auprès des écoliers, une méthode qu'il a découverte à Chicago par l'initiative en 1992 du physicien qui l'avait recruté à CERN.

Georges Charpak était aussi ulcéré par la nullité de la culture scientifique de ses contemporains, qu'il pouvait jauger dans les sondages et sur des sujets d'actualité comme l'énergie nucléaire, le réchauffement climatique, etc. Geprges Charpak a multiplié les apparitions médiatiques, notamment des émissions à la télévision (comme "Sept sur Sept" sur TF1), pour donner son avis sur beaucoup de choses de l'actualité et pour promouvoir l'énergie nucléaire, mais aussi pour fustiger le projet ITER, qui coûtait beaucoup trop cher en mettant au péril le financement d'autres projets de recherche beaucoup plus stratégiques.

Dans un livre coécrit avec notamment Roland Omnès et Michel Serre, publié en 2004, Georges Charpak faisait ainsi état de son inquiétude sur ses contemporains : « Un sondage a montré que 65% des Français croyaient que le réchauffement de la planète était dû aux centrales nucléaires : en fait la contribution du nucléaire au réchauffement de la planète compte tout simplement pour zéro. En d'autres termes, on peut prendre une population relativement évoluée et lui bourrer le crâne à un degré incroyable. Si on veut faire quelque chose, il faut donc s'occuper d'éducation. ».

Un peu avant, en 2002, il pourchassait les forces de la désinformation scientifique (aujourd'hui, il se retournerait dans sa tombe s'il voyait ce qu'il y a de pourriture complotiste sur Internet !) : « Attitude scientifique et comportement citoyen nécessitent en fait le même terreau mental et moral spécifique pour leur développement. Une société véritablement démocratique présuppose nécessairement des citoyens aptes à la réflexion. Voilà pourquoi il serait encore plus grave qu'on ne le pense généralement que l'esprit scientifique, c'est-à-dire l'esprit critique, se trouve submergé par la crédulité. N'oublions jamais que le droit au rêve ne prend toute sa valeur qu'accompagné du droit à la lucidité. ».

Charpak a souvent exprimé l'idée qu'on n'était pas scientifique à mi-temps mais totalement, matin midi et soir, sept jours sur sept, trois cent soixante-cinq jours par an. Il écrivait ainsi en 1993 : « Toute épouse de physicien sait, généralement elle s’en plaint : quelle insolente rivale est la physique. Elle sait d’ailleurs qu’elle n’a plus qu’à capituler… ou à composer ! La physique ressemble à la plus exigeante et parfois à la plus destructrice des maîtresses. Nuit et jour, été, hiver, matin, soir, elle vous poursuit, vous envahit, vous comble ou vous désespère. Et vous l’aimez éperdument, incapable de vous en passer, ne serait-ce qu’une journée. Elle vous dévore comme la plus intense des névroses obsessionnelles. Mais elle vous donne l’excitation, la joie, la jouissance la plus aiguë ! ».

Il complétait dans l'émission "Bouillon de culture" animée par Bernard Pivot le 24 octobre 1993 sur France 2 : « La passion pour la physique, c'est inextinguible. C'est la curiosité et jusqu'à présent, tout au moins pour notre génération, il n'y a pas de fin, hein, il y a toujours des problèmes extraordinaires et on subodore même que le problème qu'on veut résoudre d'ici l'an 2000, il y en a de plus extraordinaires que nous ne pouvons pas aborder encore. Et nous sommes peut-être pervertis, mais il n'y a pas de doute que c'est une grande passion. (…) Gare aux vies privées. Beaucoup d'unions se sont brisées dessus. (…) Il arrive que les gens qui vous sont chers vous disent : coucou, je suis là, parce qu'ils vous parlent, et tout à coup, ils ont l'impression que vous êtes en train de penser à autre chose. Et c'est vrai que vous êtes en train de penser à autre chose. Des fois il faut des mois pour maturer quelque chose. ». La frontière est floue entre passion et obsession.
 

Je donne l'exemple d'une idée qui paraît comme cela à la fois complètement loufoque et farfelue, et pas forcément très utile sinon en termes de curiosité à la fois scientifique et historique, et qui montre l'esprit original et créatif du savant. Passionné par l'antiquité, Georges Charpak imaginait comment les populations parlaient, quelle était leur prononciation (ou même leur langue quand il ne reste pas d'écrit comme le gaulois ou l'étrusque). Sans enregistrement sonore, c'est très difficile de l'imaginer. C'est là où le cerveau d'un grand scientifique se sépare du commun. Il a dû travailler longtemps dans son esprit pour imaginer un moyen de connaître la prononciation d'une langue d'antiquité.

Et il a trouvé ! Enfin, il a trouvé une piste, pas forcément la bonne. Il s'est dit : de l'Antiquité, on retrouve surtout des amphores, des poteries, etc. Comment imaginer un enregistrement sonore ? Comme l'enregistrement d'un disque vinyle, en gravant le son. Comment retrouver du son gravé de l'époque ? Comme pour le microsillon, il faut tourner. Et alors, Georges Charpak imaginait un potier qui tournait en formant le pot avec ses mains. Soudain, sa femme lui dit : "Chéri, à table !". Et le mari de répondre : "J'arrive, chérie !". Quand il a prononcé ces mots, il a sans doute bougé ses doigts au rythme de ses paroles, pendant que sa poterie tournait. Ainsi, il s'est dit : il suffirait de reprendre toutes les poteries, amphores etc. trouvées dans les sites archéologiques et systématiquement, faire une étude précise de la surface au laser et voir les différentes distorsions qui pourraient apparaître provenant de paroles prononcées par le potier. C'est complètement fou, c'est très coûteux (qui financerait un tel programme ?), c'est complètement inutile (l'intérêt est en effet limité), mais cela montre à quel point la curiosité et l'esprit de créativité fonctionnent de pair chez Georges Charpak.

Pendant sa retraite, il n'a donc pas chômé. Ainsi, parmi d'autres, Georges Charpak a inauguré une école à Troyes en octobre 2002 en présence du Président de la République Jacques Chirac et bien sûr, du maire de Troyes, François Baroin. Troyes avait été la ville où il habitait dans sa fausse identité lorsqu'il a fui Paris en 1942. C'est ce que le Président Nicolas Sarkozy a rappelé lorsque Georges Charpak s'est éteint le 29 septembre 2010 à Paris, à l'âge de 86 ans et demi, en rendant hommage à « l'homme engagé, le résistant, le combattant infatigable du savoir et du progrès ».


Aussi sur le blog.

Sylvain Rakotoarison (08 mars 2024)
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Katalin Kariko et Drew Weissman Prix Nobel de Médecine 2023 : le vaccin à ARN messager récompensé !
Covid : la contre-offensive du variant Eris.
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Prix Nobel de Physique 2023 : les lasers ultrarapides, la physique attoseconde... et la France récompensée !
Des essais cliniques sauvages ?
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L'espoir nouveau de guérir du sida...
Louis Pasteur.
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Alain Aspect.
Svante Pääbo.
Frank Drake.
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« Dans les champs de l'observation, le hasard ne favorise que les esprits préparés. » (Louis Pasteur, le 7 décembre 1854 à Douai).






La France fête cette année l'un de ses très grands scientifiques, Louis Pasteur, né il y a exactement 200 ans, le 27 décembre 1822, à Dole, dans le Jura. Il fait partie de ceux qui, comme Marie Curie et bien d'autres savants, ont construit la réputation d'une France scientifique et moderne dont le dernier représentant est le physicien Alain Aspect, lauréat 2022 du Prix Nobel de Physique. En ces temps actuels où l'obscurantisme reprend vigueur, via le processus qui tourne en rond des réseaux sociaux sur Internet, il est bon de temps en temps de rappeler que la France est la patrie de la science et des Lumières, comme l'imaginaient d'ailleurs les révolutionnaires de la fin du XVIII^e siècle, même si ceux-ci ont pourtant guillotiné le grand chimiste Antoine Lavoisier.

Louis Pasteur est mort le 28 septembre 1895 à 72 ans, l'Assemblée vota des funérailles nationales qui eurent lieu le 5 octobre 1895 à la cathédrale Notre-Dame-de-Paris, et, la famille ayant refusé le Panthéon et après un temps dans un caveau de Notre-Dame, il fut enterré le 27 décembre 1896 dans une crypte de l'Institut Pasteur. La République n'a jamais été rancunière avec lui, elle qui célébra ses 70 ans avec faste, alors le grand scientifique, lui, était bonapartiste.

Son existence s'est donc déroulée durant tout ce XIX^e siècle dont la modernité a permis de très nombreux progrès en sciences. Il était un physicien, un chimiste, un biologiste, un découvreur dans le sens encore ancien du terme, savant en ce sens qu'il fallait être polyvalent en science pour savoir relier les différentes observations. En revanche, et c'est important de le signaler, il n'était pas médecin et il devait donc collaborer avec des médecins dès qu'il s'agissait de soigner des personnes.

Élève de l'École normale supérieure de la rue d'Ulm, il est devenu agrégé de chimie, puis a soutenu sa thèse de doctorat en sciences en 1847 (sur la chiralité moléculaire), fut ensuite nommé professeur dans différentes universités, d'abord à Dijon, puis à Strasbourg en 1848, puis doyen de la faculté des sciences de Lille en 1854 (qui venait d'être créée), puis, enfin, en 1857, il a rejoint son ancienne école, l'École normale supérieure, où il a créé son propre laboratoire, avant de créer le 14 novembre 1888 l'Institut Pasteur, par souscription. Il fut aussi professeur de géologie, de physique et de chimie à l'École des Beaux-arts en 1863 puis professeur de chimie à la Sorbonne de 1867 à 1875.

Parmi les nombreuses reconnaissances scientifiques qu'il a eues de son vivant, véritable légende de la science, on peut citer qu'il a été élu à l'Académie des sciences en 1862 à la section minéralogie (secrétaire perpétuel en 1887), à l'Académie de médecine le 25 mars 1873, à l'Académie vétérinaire le 11 décembre 1878, enfin, élu à l'Académie française le 8 décembre 1881 au fauteuil d'Émile Littré, reçu le 27 avril 1882 par Ernest Renan. Sans compter les sièges dans de très nombreuses académies étrangères, en particulier la Royal Society en 1869. Il faut dire aussi que son épouse Marie a beaucoup travaillé, du vivant de son mari et après sa mort, à parfaire la légende de Pasteur.

Proche de Napoléon III, Pasteur était peu apprécié de ses collègues à Normale Sup., milieu très républicain. L'empereur a même nommé Pasteur sénateur le 27 juillet 1870, mais le décret fut sans suite en raison de l'effondrement du Second Empire. Il tenta de se faire élire sénateur en 1876, mais sans succès. Victime d'un AVC qui le rendit hémiplégique temporairement vers 1865 (il a gardé des séquelles : il ne pouvait plus bouger sa main gauche et ses déplacements étaient pénibles), il refusait cependant d'interrompre ses études.

Je reviendrai sans doute ultérieurement pour apporter certaines précisions sur les recherches de Pasteur et ce qui suit est un résumé très succinct et pas exhaustif de quelques découvertes de Pasteur. Il a découvert le rôle de plusieurs bactéries, en particulier, il a découvert le staphylocoque. Dans les années 1870 et 1880, Pasteur était en compétition avec le médecin allemand Robert Koch, une concurrence qui a été très fructueuse tant pour l'Allemagne que pour la France et plus généralement pour l'humanité, par cette saine émulation scientifique.

La plus connue des découvertes de Pasteur est le vaccin contre la rage en 1885. La nouveauté de la technique, utilisée d'abord contre le choléra des poules en 1880 et contre la maladie du charbon, c'est de provoquer artificiellement l'atténuation d'une souche initialement très virulente et c'est le résultat de cette atténuation qui est utilisé comme vaccin. C'est dans la moelle épinière d'un lapin mort de rage qu'il a pu obtenir le virus atténué de la rage.

Ses deux premières vaccinations sur l'humain ont eu lieu le 5 mai 1885 et le 22 juin 1885, sans publication car dans le premier cas, les symptômes de la rage n'étaient pas clairement établis, et dans le deuxième cas, la jeune fille vaccinée était morte le lendemain de la vaccination, mais d'une autre cause. Ce qui fut très connu, c'est la venue d'un gamin alsacien de 9 ans, Joseph Meister, mordu quatorze fois deux jours auparavant par un chien fou qui a été abattu, et Pasteur l'a vacciné le 6 juillet 1885, contre l'avis de son assistant, le médecin Émile Roux : deux autres médecins avaient levé l'hésitation de Pasteur car le risque était fort que l'enfant fût atteint de rage (la rage ne s'était pas encore déclarée). Joseph Meister n'a pas développé la rage après ses inoculations. Mais malgré l'autopsie du chien, il n'y a eu aucune preuve que ce chien fût enragé. L'expérience pourrait conclure qu'il n'y avait pas de danger avec la vaccination, moins qu'il avait sauvé le garçon de la rage. Sans compter qu'il s'agit ici d'un seul cas (les essais cliniques, de nos jours, portent sur des dizaines de milliers de personnes).

Wikipédia cite ainsi deux propos pour réduire l'importance scientifique de cette première vaccination. Louis Pasteur lui-même expliquait très franchement : « Joseph Meister a donc échappé, non seulement à la rage que ses morsures auraient pu développer, mais à celle que je lui ai inoculée pour contrôle de l'immunité due au traitement, rage plus virulente que celle des rues. L'inoculation finale très virulente a encore l'avantage de limiter la durée des appréhensions qu'on peut avoir sur les suites des morsures. Si la rage pouvait éclater, elle se déclarerait plus vite par un virus plus virulent que par celui des morsures. ». En d'autres termes, ne sachant pas s'il avait développé la rage, le gamin s'est vu inoculer un peu plus tard par Pasteur... la rage elle-même, avec un virus encore plus virulent, pour conforter l'intérêt du vaccin. Chose complètement impensable aujourd'hui, à cause de risque de mettre en danger la vie de l'enfant uniquement à des fins d'études scientifiques ! Maxime Schwartz, le lointain successeur de Pasteur, alors directeur général de l'Institut Pasteur, confiait en 1996, dans une préface à une biographie rédigée par Bruno Latour : « Pasteur n'est pas perçu aujourd'hui comme il y a un siècle ou même il y a vingt ans. Le temps des hagiographies est révolu, les images d'Épinal font sourire, et les conditions dans lesquelles ont été expérimentés le vaccin contre la rage ou la sérothérapie antidiphtérique feraient frémir rétrospectivement nos modernes comités d'éthique. ».



L'un des dadas de Pasteur fut de travailler sur la fermentation, et son arrivée dans le Nord lui a permis de nouer de fructueuses collaborations avec les fabricants de bière qui cherchaient un moyen de pouvoir conserver leur produit le plus longtemps. Pasteur fut à cet égard un précurseur des relations entre la recherche scientifique et l'industrie, ce qui, dans le siècle qui allait suivre, a permis de très nombreuses avancées technologiques et scientifiques dans de très nombreux domaines.

C'est aussi Napoléon III qui demanda à Pasteur, spécialiste de la fermentation et de la putréfaction, de traiter les maladies du vin qui coûtaient très cher à l'économie. Pasteur a décelé un micro-organisme qui en était à l'origine (une bactérie). Il s'est installé à Arbois, dans le Jura, pour étudier le phénomène. En 1866, dans son "Étude sur le vin", il a proposé un procédé de chauffage de 50°C à 100°C pour tuer les germes bactériens et conserver le vin, ce qu'on a appelé la pasteurisation, qui fut brevetée le 11 avril 1865. Ce procédé fut aussi utilisé pour la bière, et en 1886, il fut appliquer au lait, c'est encore ce principe qui est appliqué sur le lait UHT et sur certains jus de fruit. La détermination de la bonne température est essentielle puisqu'il faut qu'elle soit suffisamment élevée pour détruire toutes les bactéries mais suffisamment faible pour éviter de disloquer les molécules de l'aliment d'origine.

Au début de sa carrière, Pasteur a découvert en 1848 la dissymétrie moléculaire, qui montrait différentes formes géométriques d'une molécule composée des mêmes atomes mais avec un emplacement différent (forme lévogyre ou forme dextrogyre, dont la lumière polarise vers la gauche ou vers la droite). Il l'a décelée dans l'acide tartrique issu de la vinification, avec un problème jamais résolu, car parfois, l'acide avait une autre propriété et était pourtant composé de la même manière. Même si d'autres scientifiques travaillaient déjà dans ces domaines, il faut noter qu'à l'époque, on n'avait pas de spectrographie et que la notion d'atomes et de molécules a été vraiment acquise à la fin du siècle (au même titre que les lois sur l'hérédité ont été proposées avant la connaissance de l'existence des gènes).

Pasteur a aussi nourri le débat intellectuel sur la génération spontanée, qu'il a prouvée impossible après six ans de recherches à partir de 1859 (mais ses études étaient incomplètes et étaient critiquables). Étrangement, ce débat fut aussi l'occasion des premières polémiques avec Georges Clemenceau, jeune futur médecin, qui fustigeait Pasteur parce qu'il était catholique. En effet, dans sa thèse de doctorat en médecine, Clemenceau a pris parti en faveur de la génération spontanée. Dans son livre sur Clemenceau, Gérard Minart écrit ainsi en 2005 : « À partir de 1863, il donne la priorité à sa thèse de médecine qu'il présente en 1865. Elle porte comme titre : "De la génération des éléments anatomiques". Il s'y montre, comme son maître Charles Robin, ardent matérialiste et fervent défenseur, contre Pasteur, de la génération spontanée. Cette thèse sera publiée une première fois dès 1865 et une seconde fois, avec une introduction de Charles Robin, en 1867. Ce sera son premier livre. ». Pasteur a écrit au docteur Godelier en décembre 1876 sur la non-spontanéité des maladies contagieuses : « Sans avoir de parti pris dans ce difficile sujet, j'incline par la nature de mes études antérieures du côté de ceux qui prétendent que les maladies contagieuses ne sont jamais spontanées (…). Je vois avec satisfaction les médecins anglais qui ont étudié la fièvre typhoïde avec le plus de vigueur et de rigueur repousser d'une manière absolue la spontanéité de cette terrible maladie. ».

Une légende se construit toujours à l'école. Dans un livre très connu des écoliers et avec lequel j'ai eu la chance d'apprendre à lire alors qu'il n'était plus du tout au programme, Pasteur est un héros. En effet, "Le Tour de France par deux enfants" de G. Bruno (une institutrice), dont la première édition date de 1877, soit du vivant de Pasteur, s'est vu rajouter un épilogue daté du 31 décembre 1904 pour évoquer notamment les découvertes de Pasteur. L'un des personnages venant du Jura explique ainsi aux deux héros : « Aussi bon que savant, il encourageait ceux qui avaient le désir de s'instruire. Il a aidé mon fils Victor, qui travaillait ferme, à obtenir une bourse dans un lycée de Paris ; ce qui lui a permis de faire de bonnes études, d'arriver à être vétérinaire et d'entrer plus tard comme aide dans plusieurs Instituts Pasteur. (…) Les découvertes de Pasteur profitent non seulement à la France, mais au monde entier (…). Ses recherches ont tracé la voie où d'autres se sont engagées. (…) Chaque année, des milliers de vies humaines échappent ainsi à la mort, grâce aux travaux et aux découvertes de Pasteur et de ses élèves. Le grand homme n'est plus ; mais le bien qu'il a fait, loin de s'éteindre avec lui, va s'augmentant chaque jour. ». On ne peut être plus hagiographique.

De nos jours, sans retirer son immense mérite ni son génie, on accorde à Pasteur plus le rôle du passeur que du découvreur. Ainsi, l'épistémologue André Pichot affirmait en 1994 : « C'est là le mot-clé de ses travaux : ceux-ci ont toujours consisté à mettre de l'ordre, à quelque niveau que ce soit. Ils comportent assez peu d'éléments originaux ; mais, le plus souvent, ils partent d'une situation très confuse, et le génie de Pasteur a toujours été de trouver, dans cette confusion initiale, un fil conducteur qu'il a suivi avec constance, patience et application. ». Et il faut savoir que c'est le rôle de tous les scientifiques modernes : reprendre des travaux anciens et les amenaient à maturité à force d'intuition et d'approfondissement, au prix parfois d'une révolution scientifique.


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Sylvain Rakotoarison (17 décembre 2022)
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« On ne sait jamais vraiment quand on perd son temps ! » (Roger Penrose, 1973).





C’est le principe de la recherche, on ne sait pas ce qui va advenir d’une pensée. Parfois, des observations dérisoires peuvent effectivement être à l’origine de grandes découvertes. C’est l’essentiel du scientifique : être une bon observateur et avoir de l’imagination. Or, ces deux qualités ne fonctionnent pas 35 heures par semaine, mais bien 24 heures sur 24, on n’arrête jamais un penseur de penser !

L’astrophysicien et mathématicien britannique Roger Penrose fête son 91^e anniversaire ce lundi 8 août 2022. Ce spécialiste de physique théorique est très connu pour avoir beaucoup travaillé avec le physicien Stephen Hawking sur les trous noirs notamment.

Alors qu’on considérait que Stephen Hawking ne pourrait jamais avoir de Nobel car ce prix récompense des découvertes qui ont une incidence sur la vie quotidienne des gens, et a fortiori, on pouvait aussi le penser pour Roger Penrose, ce dernier a quand même eu la consécration, certes tardive, de ses travaux par l’obtention du Prix Nobel de Physique le 6 octobre 2020. À cause du covid-19, il n’y a pas eu de réception officielle en 2020, mais il a fait une lecture pour le Nobel le 8 décembre 2020 et a reçu la médaille des mains de l’ambassadeur de Suède au Royaume-Uni dans la résidence de celui-ci à Londres.

Roger Penrose a ainsi été récompensé par l’Académie royale des sciences de Suède « for the discovery that black hole formation is a robust prediction of the general theory of relativity » [pour la découverte que la formation des trous noirs était une prédiction solide de la théorie de la relativité générale].

Effectivement, le principal travail de Roger Penrose a été de faire en 1965 de la modélisation mathématique pour prouver que la théorie de la relativité générale, énoncée par Albert Einstein, avait pour conséquence l’existence de trous noirs. Un trou noir, c’est un objet cosmique qui a une telle densité en masse que la gravitation y est très forte, si forte que même les rayons de lumière ne peuvent s’y échapper (d’où le nom, en anglais "black hole", mais je trouve que l’expression prête à confusion car ce n’est pas un trou, ce serait plutôt un trop-plein).

En fait, Roger Penrose a partagé son Prix Nobel à moitié (50%, pas un tiers) avec deux autres physiciens, l’Allemand Reinhard Genzel et l’Américaine Andrea Ghez, ces deux derniers pour la découverte d’un trou noir massif au centre de la Voie lactée (Sagittarius A*), à 27 000 années-lumière de chez nous. La présence de ce trou noir massif, qui correspondrait à 4 millions de notre Soleil, explique la vitesse très élevée des étoiles à cet endroit de notre galaxie et son aspect général d’une spirale tourbillonnante.



Au contraire des trous noirs "classiques" que la théorie avait prédit avant leur observation, notamment grâce aux travaux de Roger Penrose à partir de ceux d’Einstein, les trous noirs supermassifs n’étaient pas envisagés avant leurs observations par les astronomes. C’est pourquoi le Prix Nobel de 2020 a récompensé les deux composantes habituelles, complémentaires, très différentes de la science, la théorie qu’on valide ensuite par l’observation, et l’observation qu’on explique ensuite par la théorie.

Le trou noir était une idée conçue dès 1783 par John Michell, un physicien de Cambridge (où ont travaillé plus tard Stephen Hawking et Roger Penrose pour sa thèse sur le calcul tensoriel en géométrie algébrique en 1958), qui se demandait si un objet pouvait être suffisamment massif pour que sa gravitation empêche la lumière de quitter l’astre. Puisqu’on savait déjà à l’époque qu’il fallait une vitesse particulière pour pouvoir quitter un astre et sa gravité, l’astronome se demandait ce qui se passerait-il si la vitesse de libération était supérieure à la vitesse de la lumière.

Einstein a émis l’idée en 1915, dans sa théorie de la relativité générale, que de tels astres pourraient être des étoiles qui s’effondreraient sur elles-mêmes jusqu’à n’être qu’un point au volume nul et à la densité infinie, et donc, à la gravité infinie, ce qu’on appellerait une "singularité gravitationnelle". Mais il n’y croyait pas vraiment et l’existence de trous noirs a été sujet à caution dans la "communauté scientifique" jusqu’aux travaux de Stephen Hawking et Roger Penrose. Hawking a notamment démontré qu’il existait, malgré la forte gravité, un rayonnement qui s’échappait du trou noir, appelé Hawking radiation. En outre, il était quand même possible d’absorber de l’énergie du trou noir grâce à son moment cinétique.



Pour les observer, les trous noirs étant par définition invisibles, c’est leur entourage qu’il faut apprécier, les déviations de la lumière qui est gobée par le trou noir. Einstein a ainsi montré par image qu’un trou noir pouvait être une sorte de puits dans une nappe homogène, comme une boule de pétanque qui enfoncerait la surface d’un drap vers le bas à cause de la gravité, et cette déformation du drap (assimilé à l’espace-temps) montre que le trou attire naturellement tout ce qui passe au voisinage. Par ailleurs, lorsqu’on s’approcherait d’un trou noir, si jamais il était possible de le faire, évidemment, on constaterait que le temps deviendrait de plus en plus lent jusqu’à s’arrêter à l’horizon des événements, tandis qu’au-delà du voisinage, le temps est toujours aussi rapide.

En 1969, Roger Penrose a aussi proposé la conjecture dite de la "censure cosmique" (jolie expression) selon laquelle il n’existerait pas de "singularité nue", c’est-à-dire d’espace qui soit à la fois visible et dont la lumière ne peut pas échapper …à l’exception du Big Bang. Pour Roger Penrose, les trous noirs sont à la base du second principe de la thermodynamique, comme il le précisait le 6 octobre 2020 à un responsable du Comité Nobel : « Ils sont en fait, voyez-vous, l’entropie dans l’univers, ou le caractère aléatoire si vous préférez, qui augmente avec le temps, et vous pourriez vous demander où se trouve la plus grande partie de l’entropie dans l’univers maintenant. Eh bien, de loin, avec un facteur absolument énorme, c’est dans les trous noirs. Et puis, où ça va ? Eh bien, Hawking nous dit que dans un avenir lointain, ces trous noirs s’évaporeront. ». Quand exactement ? Selon Hawking, dans 10 puissance 103 années (1 suivi de 103 zéros). On a encore le temps !

Interviewé sur CNews le 9 octobre 2020, Roger Penrose complétait : « Le Big Bang n’est pas le commencement. Il y avait quelque chose avant le Big Bang et ce quelque chose est précisément ce qui nous attend dans le futur. (…) Nous avons un univers qui se développe et se développe, et selon cette folle théorie qui est la mienne, dans un avenir lointain, toute cette masse finira par se désintégrer en un nouveau Big Bang donnant naissance à de nouveaux temps infinis. ».

Ce sont bien sûr des notions vertigineuses, qu’il est difficile de bien appréhender dans notre condition minuscule de petits Terriens sur une petite planète tournant autour d’une petite étoile qui anime un petit système solaire en banlieue périphérique d’une petite galaxie… Néanmoins, le génie humain est là, non seulement capable de réfléchir et d’arriver à des résultats théoriques intéressants mais aussi capable de fabriquer des instruments très sophistiqués, dont le dernier en date, mis en route très récemment, le télescope spatial James-Webb, promet de très belles découvertes à venir (premières images prises le 7 juin 2022 et diffusée par la NASA le 11 juillet 2022). Cet outil d’observation, de plus en plus puissant et de plus en plu précis, va nous permettre de voir en direct le Big Bang.

Roger Penrose a eu de très nombreuses récompenses avant le Nobel, en particulier le Prix Wolf en physique en 1988 avec Stephen Hawking, le Prix Dirac en 1989 et la Médaille Albert-Einstein en 1990.



Au-delà de ses travaux sur les trous noirs, Roger Penrose a beaucoup joué avec la géométrie. En particulier, inspiré par les travaux de l’artiste suédois Oscar Reutersvärd, il a conçu en 1958 le triangle de Penrose, une tripoutre impossible à réaliser en trois dimensions à cause d’un paradoxe de perspective. Inspiré par Robert Berger, il a aussi conçu en 1974 les pavages de Penrose, qui sont un motif recouvrant tout un plan mais sans être périodique. Ces pavages non symétriques sont conçus par des règles telles qu’on les a utilisé comme modèles géométriques pour les quasi-cristaux (qui sont de pseudo-symétrie 5). Ces deux éléments géométriques, tripoutre et pavages, ont été beaucoup utilisés par le dessinateur MC Escher dans la composition de ses œuvres "impossibles".

Quand on manie autant de concepts théoriques, encore que lorsqu’il imagine les trous noirs, en quatre dimensions, Roger Penrose voit la géométrie avant d’y voir les équations, on ne peut pas rester insensible à la philosophie, on ne peut pas résister à la tentation de spéculer sur l’humain, le monde, l’univers alors qu’on tente une théorie du tout. C’est en cela que le cosmologue théoricien est également un grand philosophe et, pourquoi pas, également un grand poète.


Aussi sur le blog.

Sylvain Rakotoarison (06 août 2022)
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Pour aller plus loin :
Albert Einstein.
Roger Penrose.
La mort de l’horloge parlante.
Yves Coppens.
Cédric Villani.
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.
Spoutnik.
Rosetta, mission remplie !
Le dernier vol des navettes spatiales.
André Brahic.
Les petits humanoïdes de Roswell…
Evry Schatzman.
Le plan quantique en France.
Apocalypse à la Toussaint ?
Le syndrome de Hiroshima.
L’émotion primordiale du premier pas sur la Lune.
Stephen Hawking, Dieu et les quarks.
Les 60 ans de la NASA.
La relativité générale.
La PMA pour toutes les femmes désormais autorisée en France.
Bill Gates.
Benoît Mandelbrot.
Roland Omnès.
Marie Curie.










https://rakotoarison.over-blog.com/article-sr-20220808-roger-penrose.html

https://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/roger-penrose-le-mathematicien-des-243077

http://rakotoarison.canalblog.com/archives/2022/07/30/39576699.html










 

« Le vrai point d’honneur n’est pas d’être toujours dans le vrai. Il est d’oser, de proposer des idées neuves, et ensuite de les vérifier. » (Pierre-Gilles de Gennes).






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.
Spoutnik.
Rosetta, mission remplie !
Le dernier vol des navettes spatiales.
André Brahic.
Les petits humanoïdes de Roswell…
Evry Schatzman.
Le plan quantique en France.
Apocalypse à la Toussaint ?
Le syndrome de Hiroshima.
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Bill Gates.
Benoît Mandelbrot.
Roland Omnès.
Marie Curie.











https://rakotoarison.over-blog.com/article-sr-20220518-pierre-gilles-de-gennes.html

https://www.agoravox.fr/actualites/technologies/article/pierre-gilles-de-gennes-l-241651

http://rakotoarison.canalblog.com/archives/2022/05/01/39459035.html