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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L’impact des concepts développés par Pierre-Gilles de Gennes sur la recherche à l’IFPEN Étudiants à l’ESPCI au début des années 1990, nous avons pu rencontrer Pierre-Gilles de Gennes, alors directeur de l’école, et être ainsi confrontés pour la première fois à la profonde originalité de son approche scientifique. Tout frais émoulus des classes préparatoires où nous étions devenus des champions de l’intégrale triple et du calcul différentiel, son discours d’accueil en première année nous faisait percevoir un monde nouveau, où le sens physique, l’appréciation des ordres de grandeur et les lois d’échelles permettaient des raisonnements audacieux et des résolutions élégantes de problèmes complexes. Volontiers provocateur, il répondait à la question d’ouverture de son discours d’accueil aux nouveaux étudiants  : « Combien y a-t-il d’accordeurs de piano à New York ? », par un raisonnement par ordre de grandeur qui donnait des solutions dont la pertinence nous laissait pantois. Ces concepts et approches innovants, développés et mis en application dans des domaines très variés, ont trouvé une résonance particulière avec la recherche menée à IFP Énergies nouvelles, en particulier à partir des années 1980. À cette époque, les chocs pétroliers propulsent le prix du baril vers des sommets jamais atteints et le monde découvre sa dépendance aux ressources fossiles. Un domaine de recherche émerge  : la récupération assistée du pétrole. Il s’agit alors de mieux comprendre pourquoi près de 70% du pétrole reste dans le milieu poreux. Quels sont les mécanismes de piégeage et quelles sont les conditions de remobilisation ? En 1980, Pierre-Gilles de Gennes travaille depuis une dizaine d’années sur les polymères, pour lesquels il a proposé des concepts comme la reptation permettant de mieux comprendre leur comportement viscoélastique. Il s’intéresse alors à d’autres systèmes complexes en procédant par analogie et étudie notamment trois sujets liés à la récupération assistée du pétrole  : les écoulements de fluides en milieu poreux, les tensioactifs et la mouillabilité. Il entre d’ailleurs à cette époque au conseil scientifique d’IFPEN, où il apporte son expérience et ses idées. L’exploitation d’un gisement pétrolier est un problème scientifique complexe mettant en œuvre de nombreux mécanismes couplés où interviennent les concepts de percolation, de mouillabilité, de tension interfaciale entre eau et huile. L’exploitation pétrolière est toujours associée à une production d’eau et il est donc nécessaire de comprendre les propriétés des milieux poreux en présence de deux fluides. Dans cette configuration, l’un des fluides sera plus « mouillant » que l’autre visà-vis des interfaces minérales qui composent les pores. L’autre fluide se regroupe sous forme de gouttes et gouttelettes sous l’action des forces de surface. Se pose 18 Reflets de la Physique n°56 IFPEN. alors une question de « percolation », concept qui a passionné la communauté des physiciens et notamment Pierre-Gilles de Gennes, et qui pourrait être résumée ainsi  : à partir de quel volume du fluide non mouillant dans l’espace poreux les gouttes se touchent-elles, formant un chemin continu tout au long du milieu poreux ? Au seuil de percolation, un certain nombre de propriétés peuvent être déduites. C’est ainsi que Pierre-Gilles de Gennes fait en 1983 [1] une proposition d’estimation du coefficient de dispersion d’un traceur en écoulement dans un milieu poreux en présence de deux fluides. Il étudie également la différence de pression entre les deux fluides due aux courbures d’interfaces [2], ce qui lui permet de discuter l’effet de la vitesse d’écoulement sur la pression capillaire lors de l’imbibition d’un fluide mouillant dans un échantillon poreux. Enfin, dans son article de 1982 sur les tensio actifs [3], il apporte des éléments clés sur les paramètres contrôlant l’apparition d’une phase microémulsion d’eau et d’huile en présence de surfactant. Cette configuration résulte d’un changement dans l’organisation du système eau/huile/tensioactif, qui annule quasiment les forces de surface et rend alors possible la remobilisation d’huile d’un gisement. Son approche, mêlant analyse des ordres de grandeur et détermination des mécanismes physiques dominants dans un formalisme mathématique minimal, reste un guide puissant pour éclaircir des situations complexes telles que celles rencontrées dans la recherche à vocation industrielle. Cette approche est plus que jamais d’actualité pour aborder les nouveaux défis d’IFP Énergies nouvelles, liés à la transition énergétique et aux énergies renouvelables. ❚ Yannick Peysson (a) (yannick.peysson@ifpen.fr) et Benjamin Herzhaft (b) (benjamin.herzhaft@ifpen.fr) (a) Chargé de mission auprès de la Direction générale d’IFPEN (b) Responsable du programme Recherche fondamentale à la Direction scientifique d’IFPEN IFP Énergies nouvelles, 1 & 4 av. de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison Écoulements polyphasiques dans un échantillon de roche, visualisation au scannerX. Photo de février 1989 avec couleurs artificielles représentant les variations de contrastes de densité. Références 1 P.-G. de Gennes, «Hydrodynamic dispersion in unsaturated porous media», J. Fluid Mech., 136 (1983) 189. 2 P.-G. de Gennes, «Dynamic capillary pressure in porous media», Europhys. Lett., 5 (1988) 689. 3 P.-G.de Gennes etC. Taupin, «Microemulsions and the flexibility of oil/water interfaces», J. Phys. Chem., 86 (1982) 2294.
(a) Les « grains Janus » sont des microparticules présentant deux faces distinctes de propriétés physico-chimiques différentes. Dossier « De Gennes et l’innovation » Pierre-Gilles de Gennes, bilan d'une vie tournée vers l'innovation Les articles de ce dossier montrent à l’envi la place importante qu’a occupée Pierre-Gilles de Gennes dans le domaine des matériaux et des relations avec le monde industriel. Pour avoir travaillé auprès de lui pendant plus d’un demi-siècle, efforçons-nous de répondre de façon spontanée sur la façon dont ceci a été vécu dans nos laboratoires de recherche fondamentale. Il ne s’agit ici toutefois que d’un regard proche personnel ouvert aux critiques, et non d’un travail d’historien des sciences qui serait à coup sûr utile. Il convient d’abord de suivre l’évolution des thèmes d’intérêt de P.-G. de Gennes sur une longue période. Sa recherche de thèse au CEA en magnétisme, puis son séjour à Orsay où il est accueilli et entame une recherche en supraconductivité, ne nous semblent pas avoir été accompagnés du souci d’applications. Mais le jeune théoricien de physique des solides manifeste une grande curiosité et un intérêt pour l’expérimentation simple, tout comme pour des méthodes d’instrumentation et de mesures plus complexes, comme la diffusion des neutrons. Dès cette époque, de Gennes met en avant les approches expérimentales en regard des travaux théoriques, mais sans préoccupations explicites tournées vers l’aval. En particulier, le renommé groupe d’Orsay de supraconductivité ne poursuivra pas son activité, alors que de nouveaux matériaux supraconducteurs pour l’industrie apparaissent, avec des applications très importantes aujourd’hui. L’intérêt ultérieur de P.-G. de Gennes pour les cristaux liquides avait été suscité en particulier par les applications, avec un bon contact avec Wolfgang Helfrich, inventeur de l’affichage par nématiques (la découverte ne sera pas valorisée dans le laboratoire industriel où celui-ci travaille !). La recherche du groupe des cristaux liquides d’Orsay conduit à clarifier ce domaine dans les années 1970 et mène à des contacts suivis avec les laboratoires de recherche industrielle (Jean-Claude Dubois chez Thomson). Cependant, le groupe d’Orsay n’était pas assez proche de la réalité industrielle, malgré la présence de Georges Durand, revenu d’un stage à Harvard chez Bloembergen. En parallèle, de Gennes développe une réflexion chimique qu’il voit comme un jeu de construction de molécules à propriétés définies à l’avance (l’inspiration du chimiste Jean Jacques). Il utilisera cette démarche par la suite avec les polymères. Autant l’impact des connaissances fondamentales dans la recherche autour de P.-G. de Gennes sera important au début des années 1980, autant la valorisation industrielle dans le domaine de l’affichage et les applications se feront hors de France. Donc on peut dire échec pour une action de valorisation, même si ce débroussaillage physico-chimique du domaine des cristaux liquides, poursuivi avec Jacques Prost, a été essentiel et a eu un impact scientifique considérable. De Gennes lui-même exprimera sa déception que cette activité n’ait pas conduit plus fortement à un développement industriel en France ! Lorsque de Gennes s'intéresse au monde des polymères (influence d’Henri Benoît) et, plus généralement, aux problèmes de matière molle, il va établir des relations étroites et suivies avec l’industrie tant en France qu’à l’étranger (Exxon). Aussi bien comme consultant, membre de conseils scientifiques et d’administration d’entreprises ou comme simple visiteur, il saura à chaque fois tirer profit de ces visites et partager avec ses chercheurs tout ce qu’il y apprend et qui est souvent une source d’inspiration pour de nouveaux thèmes de recherche, qu’il suggère plus qu’il n’impose. On ne saurait oublier son intérêt pour le génie des procédés (Jacques Villermaux), la matière granulaire et les écoulements (avec l’IFPEN par exemple, voir l’article p.18), l’hydrodynamique physico-chimique (ses contacts avec Benjamin Levich). De Gennes semble n’avoir été associé qu’à un seul brevet (les grains Janus (a)) , mais ceci n’a pas été sa préoccupation première dans son intérêt pour les applications de la science. Inventeur de sujets nouveaux qu’il aborde chaque fois avec une approche originale, l’éclairage qu’il donne est utilisable autant pour les progrès de la recherche de base que pour ses applications. Dans une situation comme dans l’autre, il apporte des outils plus que des recettes. Et ceux-ci sont source d’inspiration pour ces deux communautés dont il contribue à la rencontre et au travail en commun. Son enseignement, en particulier au Collège de France où se rencontraient universitaires et industriels (on parlait volontiers de la « messe hebdomadaire ») , a marqué durablement toute une communauté qu’il a inspirée. Une percolation s’est établie ; elle subsiste dix ans après sa disparition. N’oublions pas enfin le message qu’il nous a transmis, en particulier pour les jeunes. On les retrouve dans plusieurs interventions du livre L’extraordinaire Pierre- Gilles de Gennes (voir p.46), où il parle des inventeurs et de la recherche appliquée et applicable. C’est ce même souci qu’il a eu, pendant vingt-six ans dans sa direction de l’École supérieure de physique et chimie (ESPCI), un modèle de la formation par la recherche. ❚ Étienne Guyon (1) (guyon@pmmh.espci.fr), Françoise Brochard-Wiart (2) et Madeleine Veyssié (3) (1) PMMH, ESPCI, 10 rue Vauquelin, 75005 Paris (2) Unité physico-chimie Curie, 11 rue d’Ulm, 75231 Paris Cedex 05 (3) Physicienne au Collège de France Reflets de la Physique n°56 19



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