Reflets de la Physique n°57 avr/mai 2018
Reflets de la Physique n°57 avr/mai 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°57 de avr/mai 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 5,8 Mo

  • Dans ce numéro : dossier micronageurs naturels et artificiels.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Tribune libre Le métier de chercheur.e en physique aujourd'hui Ce texte propose une image du métier de chercheur.e en physique aujourd'hui. Il s'est nourri de discussions au sein de l'Institut de physique (INP) du CNRS *. Il a été présenté et discuté lors du séminaire de prospective de l'INP de novembre 2017, rassemblant une cinquantaine de physiciennes et de physiciens d'horizons variés. Cette image a pour vocation de susciter réflexions et réactions. Les chercheurs physiciens... cherchent. Ce sont des femmes et des hommes qui cherchent à comprendre les phénomènes qu’ils observent, qui cherchent à découvrir et à exploiter les lois fondamentales de la nature qui les sous-tendent. La physique est issue de la philosophie naturelle, qui comprenait, il y a quelques siècles, l’ensemble des sciences astronomiques, physiques, chimiques et biologiques. Même si les disciplines existent aujourd’hui séparément, le champ d’application de la physique est toujours très large, allant des particules élémentaires à la cosmologie, en passant par les sciences de la matière et des ondes, les microtechnologies, les processus chimiques et biologiques... La démarche Dans ses démarches, le chercheur physicien se sent toujours très voisin du chercheur chimiste, astro- ou géophysicien, qui est seulement « différent » au regard de sa thématique principale et de ses compétences. En effet, dans sa diversité thématique, la physique n’est pas définie par l’objet qu'elle étudie, mais plutôt par son approche, sa méthode et ses outils. Le chercheur physicien est solidement ancré dans le quantitatif dans toutes ses démarches. Lorsqu’il est confronté à la complexité, son approche est avant tout réductionniste et unificatrice. Il cherche à représenter l’objet de son étude, aussi complexe soit-il, par ses propriétés canoniques ou ses paramètres les plus fondamentaux, à trouver des points communs avec d’autres systèmes, afin de révéler les grands principes de base, exprimés par des lois mathématiques prédictives, universelles et largement applicables. Si la complexité n’est pas réductible dans un premier temps, elle devient alors elle-même le sujet de son étude. Les systèmes dits « complexes » sont nombreux aujourd’hui, notamment dans les sciences humaines et les sciences du vivant, où les méthodes issues de la physique ont fait leur entrée discrète. Cependant, pour l’instant, elles n’ont pas permis de révéler de grands principes de base, tels que l’ont été la deuxième loi de Newton, la deuxième loi de la thermodynamique ou les relations canoniques en mécanique quantique. La « complexité » s’impose, par exemple, à la compréhension et à la modélisation des réseaux sociaux, du climat et des transactions financières, ou des objets vivants apparemment hors équilibre et multi-échelle. Malgré son succès, la méthode réductionniste du physicien traditionnel est parfois contestée, notamment avec la notion d’émergence (a), selon laquelle le tout possède des propriétés autres que la somme de ses parties. 40 Reflets de la Physique n°57 Le chercheur physicien a une approche empirique, toujours motivée par l’observation. Celle-ci est parfois aussi anodine que la pomme qui tombe ou la nuit qui est noire, mais elle est le plus souvent accompagnée et complétée par l’expérimentation, surtout depuis la Renaissance. L’observation sert à comprendre, inspirer, découvrir, trouver, créer... Comme le disait Einstein  : «It is theory which decides what we can observe.» Parfois, on observe ce que l’on cherche et cette logique s’applique, par exemple, au boson de Higgs, à la condensation des bosons ou à l’intrication quantique, et plus récemment aux ondes gravitationnelles. La théorie ici a été bien indispensable pour guider la recherche, mais elle n’est validée qu'avec l’observation du phénomène attendu. En revanche, la plupart du temps, on trouve parce que l’on observe minutieusement et pas nécessairement ce que l’on cherche, amenant à la démarche un certain caractère fortuit. On est alors en présence de ce que l’on qualifie de pure découverte, celles dont Murphy disait de façon provoquante  : «All great discoveries are made by mistake ! » C'est le cas par exemple des découvertes associées à la supraconductivité du mercure ou du bruit de fond de l’Univers, pour lesquelles les compréhensions théoriques sont venues après. Les compétences Dans sa démarche, toujours motivée par la curiosité, le chercheur physicien a développé de nombreuses compétences essentielles et caractéristiques  : l’observation expérimentale et la quantification d’observables accompagnée par l'expérience, le développement d’instrumentation avancée, l’élaboration et la maîtrise de nouveaux objets, ainsi que la modélisation mathématique. La première compétence est celle de l’observation, minutieusement soutenue par l’expérimentation de plus en plus sophistiquée, afin de réaliser une représentation précise, contrôlée et reproductible de la nature pour obtenir des informations quantitatives et fiables en fonction de quelques paramètres bien maîtrisés. L’expérimentation s’appuie sur des instruments qui ont été spécialement conçus, souvent dans le cadre du laboratoire, par le physicien et son équipe, pour pouvoir réaliser l’observation, comme par exemple les outils de microscopie ou de cryogénie, ou bien les très grands instruments de la recherche. Le physicien peut être amené à créer des objets, voire des circonstances, que l’on ne trouvera pas forcément dans la nature, par exemple avec l’élaboration de nouveaux matériaux et/ou dispositifs, avec des applications importantes et accompagnées d’une nouvelle physique. La conception des hétérostructures et
Wiebke Drenckhan-Andreatta « Dans sa diversité thématique, la physique n’est pas définie par l’objet qu’elle étudie, mais plutôt par son approche, sa méthode et ses outils. Le chercheur physicien est solidement ancré dans le quantitatif dans toutes ses démarches. Lorsqu’il est confronté à la complexité, son approche est avant tout réductionniste et unificatrice. […] Si la complexité n’est pas réductible dans un premier temps, elle devient alors elle-même le sujet de son étude. » (a) L’importance de l’émergence pour l’approche classique du physicien a été évoquée par Philip Anderson dans son article «More is Different» (Physics Today, 1972), avec notamment la découverte de la symétrie brisée spontanément. Reflets de la physique et ses lecteurs ‘1.., des alliages semi-conducteurs dopés, des couches ultraminces, la découverte du laser, du transistor, des cuprates avec leurs nouvelles propriétés extraordinaires, la conception des isolants topologiques, des matériaux photoniques, etc., sont autant d’exemples qui ont permis à la fois une meilleure compréhension des phénomènes fondamentaux et le développement de véritables innovations technologiques. Depuis la fin du 20 e siècle, la démarche du chercheur profite pleinement de la montée en puissance de l’ordinateur  : la simulation numérique, le calcul intensif et massivement parallèle, ainsi que l’imagerie digitale, l’enregistrement et le partage des big data. Là aussi, les outils sont développés avec une forte implication du physicien. Rappelons la conception du protocole World-Wide- Web au CERN, motivée par les besoins des physiciens des hautes énergies, le développement de la simulation de Monte-Carlo quantique par les chimistes et les physiciens, ou la chromodynamique quantique (QCD) sur réseau. Le profil du physicien numéricien est aujourd’hui largement accepté comme une nouvelle facette du chercheur physicien contemporain. Partager, mettre en cause, et former La complexité et l’évolution rapide des différentes compétences ont créé des sous-métiers, en contraste avec le physicien universalis d’autrefois, qui savait tout faire. Toutefois, la force du métier réside dans les interactions importantes qui existent entre les différents spécialistes, notamment entre théoriciens, numériciens et expérimentateurs, entre physique fondamentale et physique appliquée, ou encore entre physiciens et scientifiques d’autres disciplines. La spécialisation thématique, bien qu’inévitable pour avancer, constitue une menace potentielle pour le métier du Reflets de la Physique n°57 41



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