Reflets de la Physique n°56 jan/fév/mar 2018
Reflets de la Physique n°56 jan/fév/mar 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°56 de jan/fév/mar 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 4,2 Mo

  • Dans ce numéro : dossier sur Pierre-Gilles de Gennes et l'innovation.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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12 Reflets de la Physique n°56 1987-2007  : vingt ans de collaboration avec Pierre-Gilles de Gennes « Pour le progrès technique, quoi de mieux que de rapprocher la science et l’industrie ? », disait Pierre-Gilles de Gennes. Cette citation, souvent reprise aujourd’hui, était beaucoup moins reconnue il y a trente ans lorsque nous commençâmes avec le futur prix Nobel, membre de notre conseil scientifique, une collaboration qui dura jusqu’à la veille de sa disparition. La rencontre avec Pierre-Gilles était une évidence pour notre groupe, compte tenu de sa connaissance encyclopédique de la physique, et de la science en général, mais aussi de son goût pour les applications. Il développa d’ailleurs largement les interactions entre les laboratoires de l’ESPCI et l’industrie. Nos chercheurs ont bénéficié par dizaines des conseils de Pierre-Gilles de Gennes, de ses analyses pointues et sans concession, directement dans les laboratoires, devant les résultats et les expériences. Les quelques exemples qui suivent illustrent cette relation exceptionnelle. Au niveau du magnétisme, il nous aida à comprendre pourquoi les aimants samarium-cobalt, puis néodymefer-bore possédaient des propriétés magnétiques aussi exceptionnelles, via la combinaison des anisotropies, structurale liée à une structure quasi-2D, et magnétocristalline née des interactions magnétiques entre la terre rare et l’élément de transition. Ceci permit de définir les compositions optimales, permettant de stabiliser les propriétés magnétiques, champ coercitif et densité d’énergie magnétique, en particulier en température via des dopages appropriés. Ces aimants ont permis le développement exponentiel des moteurs électriques miniaturisés. Sur les supraconducteurs à haute température critique, les connaissances théoriques de Pierre-Gilles furent un élément clé dans la définition des compositions et morphologies optimales (avec, par exemple, l’analyse du rôle des joints de grains sur les courants critiques). Malheureusement les performances des céramiques, malgré des progrès considérables, ne furent pas suffisantes pour assurer un développement à très grande échelle des applications. Dans le domaine des pigments, il nous orienta à l’époque vers le Laboratoire d’Optique des Solides de Paris, grâce auquel nous comprîmes comment définir par la théorie (diffusion de Mie, milieux effectifs...) les morphologies des pigments pour en obtenir le meilleur pouvoir colorant dans les peintures et les plastiques. Car Pierre-Gilles était aussi d’un grand réalisme, n’hésitant pas à nous mettre en contact avec les meilleurs spécialistes, chaque fois que nécessaire. Évidemment, une introduction de sa part était le gage d’un excellent accueil scientifique ! Pour le renfort des matériaux, c’est bien sûr grâce à son intérêt pour la physique de la matière molle et des milieux complexes qu’il nous aida à comprendre les effets dynamiques dans les polymères et élastomères chargés, mais aussi les phénomènes de mouillage et démouillage. Ceci nous permit d’une part de développer des gammes de silicones et de thermoplastiques chargés à haute performance, mais aussi de mettre au point des silices de haute dispersibilité pour le renfort des caoutchoucs, en étudiant les relations entre la morphologie des silices et les propriétés mécaniques de l’élastomère. Enfin, c’est en nous aidant à créer à Pessac le Laboratoire du Futur, le « LOF », que Pierre-Gilles apporta sa dernière contribution, majeure, à l’évolution de nos outils et méthodes de recherches. Nous avions souvent échangé début 2000 sur l’importance de pouvoir multiplier les essais pour tester les idées nombreuses des chercheurs, et aller plus vite vers les développements. Mais nous voulions aller au-delà de la simple « combinatoire », en essayant de coupler l’expérimentation à haut débit avec une vision scientifique de la conduite des essais, pour mieux cibler les compositions optimales en formulation des fluides complexes ou en science des matériaux, ou les bonnes conditions opératoires de la réaction chimique, pour l’acquisition rapide des données de base (cinétiques ou thermodynamiques) de nos procédés. L’idée fut alors de combiner dans un projet commun robotique et microfluidique, en s’inspirant pour cette dernière de ce qu’avaient lancé les biologistes. Ce croisement de compétences fut déterminant dans la mise au point de nos outils. Il ne fut pas évident d’instaurer de telles méthodes, faisant appel aux techniques et compétences de microélectronique, automatique, robotique, statistiques, modélisation, etc., dans un monde de chimistes ! Le projet fut précisé, en particulier via la création d’une unité mixte avec le CNRS et l’Université de Bordeaux, qui étudie la physique des écoulements en milieu très confiné – et
LOF Le laboratoire sur puce  : génération de milliers de gouttes portant chacune une information différente. leur application à l’étude du comportement de nos formulations dans les conditions de contraintes fortes auxquelles elles sont soumises en situation réelle  : crèmes sur la peau, injection de fluides pour la récupération du pétrole, mise en œuvre de lubrifiants sous haute pression... Pierre-Gilles de Gennes, par sa force de conviction, son autorité scientifique, son soutien à la prise de risque, nous aida largement à valider l’investissement auprès de nos décideurs. Quinze ans après, le LOF est le laboratoire avancé de Solvay. Il a multiplié par des facteurs de dix à cent la productivité en recherche et diffuse ses résultats et outils vers nos laboratoires. Il a, de plus, généré des connaissances scientifiques de haut niveau sur la microfluidique et les écoulements, reconnues dans les meilleures revues internationales. Pierre-Gilles de Gennes était un très grand scientifique, mais il avait en plus cette capacité unique d’expliquer les choses simplement, de prendre position sans concession, et sa culture immense lui permettait de nous donner un avis, toujours humble disait-il, mais si pertinent, sur de nombreux sujets sur lesquels nous le sollicitions. ❚ Patrick Maestro (patrick.maestro@solvay.com) Directeur scientifique de Solvay et membre de l’Académie des technologies Solvay, 310 avenue de Ransbeek, B-1120 Bruxelles, Belgique Dossier « De Gennes et l’innovation » Des polymères sur les interfaces aux shampooings dans les cosmétiques Les chaînes, queues et boucles sont des concepts introduits par Pierre-Gilles de Gennes en vue d’expliquer le comportement des matériaux polymères. En particulier, l’effet de polymères adsorbés sur des surfaces est à la base de nombreuses productions industrielles où ces matériaux sont utilisés comme additifs modificateurs des propriétés intrinsèques d’un substrat. Le soin du cheveu est l’un de ces cas dans le domaine des cosmétiques, dans lequel l’emploi de polymères est essentiel pour obtenir la satisfaction du consommateur, par exemple en terme de facilité de peignage ou contrôle de la mise en forme. Polymères aux interfaces  : le modèle de de Gennes Dans son livre Scaling Concepts in Polymer Physics [1], de Gennes a révolutionné notre connaissance des polymères. Il s’est rendu compte que tous les polymères, en particulier ceux de grande longueur (c’est-à-dire comportant un nombre élevé de segments), ont en commun de nombreuses caractéristiques générales. Ces idées nous ont permis de mieux comprendre le comportement des polymères en volume, comme par exemple les caoutchoucs et les colles. P.-G. de Gennes a ensuite découvert que ces concepts de loi d’échelle permettent de comprendre comment de longs polymères adhèrent aux interfaces. Grâce à cela, nous savons par exemple que l’épaisseur de la couche adsorbée est limitée et est reliée à des longueurs telles que le rayon de giration et la taille de l’enroulement, qui sont des propriétés intrinsèques du polymère, mais aussi des réponses à la nature de son environnement. La disponibilité de techniques expérimentales permettant de caractériser les polymères aux interfaces nous a permis de tester certains des modèles prédits par de Gennes. Des progrès importants ont par exemple été réalisés en utilisant la technique SFA de mesure de force de surface [2]. Cheveux et cosmétique L’industrie cosmétique a compris depuis longtemps l’importance des polymères dans la composition des shampooings. Le défi à relever par les produits de rinçage est d’obtenir sur la surface du cheveu un film Reflets de la Physique n°56 13



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