Chercher les mécanismes des phénomènes

Il y a peu, je me suis étonné que nos étudiants de Master, visant des postes d'ingénieurs, se laissent si facilement transformer en techniciens, alors que nous nous décarcassons à leur enseigner les mécanismes des phénomènes. Être physico-chimiste, c'est pourtant cela : se questionner sur les mécanismes des phénomènes, tout autant du point de vue de la chimie que de la physique.

La question m'est revenue hier dans un colloque où un ingénieur que je connais depuis longtemps se plaignait à moi que sa société n'aille pas jusqu'à la compréhension des phénomènes.
Mais je me suis étonné que cette personne ne fasse pas cela d'elle-même et je propose de prendre un exemple pour bien montrer comment, même au cours de l'expérience la plus pratique qui soit, on peut faire de la physico-chimie...  à condition d'en être bien imprégné.
Cet exemple est venu juste après la discussion avec l'ingénieur que j'évoque précédemment, alors que l'on me montrait des résultats d'expérience : dans une verrerie de laboratoire, j'observais que du produit avait laissé une trace sur le verre. Comme il était question d'analyser le produit, je demandais si l'on avait évalué la quantité de produits qui était ainsi perdue, et de combien les mesures étaient faussées.

Un tel calcul  n'est pas difficile à condition d'aller voir plus loin que l'apparence : en l'occurrence, il s'agissait d'une mousse qui avait séché, il fallait donc comprendre qu'il y avait là initialement des bulles d'air dans le liquide.
En regardant bien, on avait des indices pour faciliter le calcul. Notamment, on pouvait voir que la couche de mousse déposée était d'une bulle d'épaisseur. On pouvait voir que ces bulles étaient visibles à l'œil nu, ce qui indique que leur taille était de l'ordre de 0,1 mm le diamètre,  et ainsi de suite : on pourrait faire un calcul à condition de comprendre la structure qui était envisagée, de l'interpréter.
Il n'y a pas besoin d'un grand programme industriel pour mettre en œuvre nos connaissances, pour chercher des mécanismes : il suffit d'observer d'avoir l'esprit tendu vers ses analyses physico-chimiques passionnantes

J'ajoute d'ailleurs que la terminologie physico-chimie mérite toujours d'être divisé en physique et en chimie. Précédemment, je discutais des questions de microstructure, et  il y avait également lieu de discuter des questions de chimie car des molécules tensioactives  qui nous intéressaient pouvait-elle coller au verre ? Ne fallait-il pas se souvenir que ce dernier est fait de silice que seules des molécules particulières peuvent facilement y adhérer pour des raisons qui restent à interpréter ?
Allons plus loin  : puisque la chimie est une science au même titre que la physique, tenant sur deux pieds que sont l'expérience et le calcul,  quel calcul de chimie pourrait-on mettre en œuvre dans un tel cas ? S'il est question d'adhérence, pourquoi ne pas chercher des valeurs d'énergie à propos de ce dernier phénomène ? Y aurait-il eu lieu de comparer cette énergie d'adhérence au support et les forces de gravité ? Notamment en sachant que les composants actifs sont partiellement solubles dans  l'eau, ce qui correspond à des interactions, donc des énergies d'interaction avec les molécules d'eau ?

On le voit, nous sommes lancés sur la piste infinie de l'exploration scientifique des phénomènes, et les plus simples ne peuvent manquer d'être des torchons rouges devant les taureaux de la science.

Qu'est-ce qu'une thèse ?

 Qu'est-ce qu'une thèse ? La « vraie » acception du mot "thèse" est :  une proposition ou théorie que l'on tient pour vraie et que l'on soutient par une argumentation pour la défendre contre d'éventuelles objections.
Les ministres ont beau édicter des lois qui encadrent les moments de recherche nommés thèse, il n'en restera pas moins que l'on aura raison de se raccrocher à la définition que j'ai rappelée plus haut. Soit on a une idée initiale que l'on passe trois ans à étayer, soit on obtient une telle idée après trois ans de travail, peu importe. Ce qui compte, c'est que l'on fasse état d'un travail, sous la forme d'une « thèse que l'on soutient ».
Tout en découle naturellement : ayant cette idée, il s'agira de montrer en quoi les travaux l'ont étayée, par exemple. Cela se fera par écrit, et par oral.
Par écrit, tout d'abord : le document de thèse est une façon de démontrer à l'Université que l'impétrant est capable d'accéder à l'enseignement supérieur, qu'il sait écrire un livre.
Par oral : il s'agit cette fois de faire une « leçon », en soutenant oralement la thèse, c'est-à-dire en la présentant clairement, et en sachant répondre aux questions que le jury posera.

Pourquoi la physico-chimie et la gastronomie moléculaire et physique ne se confondent pas, le second étant inclus dans le premier

Je donne simultanément des cours de physico-chimie, d'une part, et de gastronomie moléculaire, d'autre part. En quoi c'est deux cours peuvent-ils différer ?

Il y a des différences subtiles entre chimie physique, physico-chimie, et autres, mais, dans le cas précis, la partie qui nous retient est celle qui permet de décrire des systèmes dispersés, des systèmes colloïdaux, et, plus généralement, la matière qui est utilisée par les techniques de formulation, principalement (aliments, médicaments, cosmétiques, peintures, vernis, pneumatiques...).
A cette fin, il faut connaître les composés qui composent les systèmes considérés, leurs interactions (chimie, ou chimie supramoléculaire, notamment), mais aussi la physique de leurs grandes assemblées, ce qui se décrit par de la thermodynamique, de la mécanique, de la rhéologie, et, aussi, par diverses méthodes d'analyse (optiques, par exemple).   

D'autre part, la gastronomie moléculaire et physique considère les phénomènes qui ont lieu lors des transformations culinaires.
Cette fois, il s'agit de transformations de la matière :  à la fois des changements d'état, mais aussi de la réactivité, les changements de composition.
Mais il y a aussi la considération de la "cuisine", à savoir la construction des aliments à partir des ingrédients, ce qui impose évidemment que l'on connaisse les ingrédients, donc de la biochimie.

Au total, on voit qu'il y a plus de chimie, et notamment de chimie organique ou supramoléculaire, mais aussi d'analyse chimique, dans la gastronomie moléculaire que dans la physico-chimie en général.
Dans des enseignements, cela doit être clair.

Mais mieux encore, personnellement, je suis très passionné par  ce point de rencontre entre la physique et la chimie. Contrairement à des physiciens qui voient principalement la physique d'un phénomène capillaire par ses équations, par exemple, je suis intéressé par les molécules qui sont à l'origine des phénomène, et c'est l'utilisation de cette connaissance pour la description physique qui m'intéresse au plus haut point. D'ailleurs, en ce vingt-et-unième siècle, c'est bien le point où physique et chimie se rejoignent : la physique peut enfin calculer le comportement d'assemblées de molécules, à des échelles où l'on perçoit encore leurs propriétés chimiques, mais où les comportements collectifs apparaissent.

De la chimie ? Oui, mais avec du calcul

Un ami me reproche (amicalement) de ne pas faire des travaux assez chimiques. Je sais que c'est une façon de me chatouiller, mais je retrouve dans un petit calcul que j'avais fait il y a longtemps une sorte de justification, de défense.

Ce calcul visait à connaître la taille des mailles du réseau dans un gel de gélatine. En effet, un gel de gélatine,  ce sont des molécules de gélatine qui sont liées par trois, formant une sorte de grand filet où les molécules d'eau sont piégées.

On voit déjà que je suis dans une description moléculaire de la chose et, pour moi, c'est question de structure est essentielle, car je ne peux rien calculer sans cette description. C'est seulement quand j'ai mon modèle que je peux facilement faire un peu de calcul pour déterminer cette taille. Et je peux même  faire ce calcul de plusieurs manières, parce que j'ai en tête cette description, d'une part, et, d'autre part, parce que je cherche toujours à valider les calculs, c'est-à-dire à trouver un autre calcul que le premier pour vérifier si j'obtiens le même résultat.

Dans mon calcul, certes, je calcule... mais c'est bien légitime, car la chimie est une science de la nature : elle doit expérimenter et calculer. Certes, calculer à propos de molécules, mais de calculer. On peut envisager des questions de structures, de réactivité, mais on calcule. Et puis, si l'on a  en tête ce double point de vue de structure et de réactivité, on calculera de ce double point de vue.

Beaucoup de bonheur dans la chimie, par conséquent ! Et, finalement, je vois que je ne suis finalement pas chimico-physicien, ni physico-chimiste, mais simplement chimiste !

Comment militer pour une cause juste quand on n'a pas la compétence pour établir publiquement que cette cause est juste ?

Ma récente décision de me focaliser sur mon domaine de compétence et de ne plus parler de toxicologie ou de nutrition, qui sont en dehors de ce domaine, me pose un problème important : il y a des causes que mes amis scientifiques compétents connaissent bien et à propos desquelles je leur fais confiance, d'une part parce que mes amis sont compétents, et d'autre part, parce que je sais que ces mêmes amis n'ont pas d'intérêts qui les conduiraient à prendre des positions opposées aux faits. Je cite en vrac la composition nutritionnelle des aliments bio, les dangers éventuels (j'insiste : éventuels) du glyphosate, les risques éventuels  (j'insiste : éventuels) associés à la consommation de résidus de pesticides, la question des perturbateurs endocriniens, etc.
Quand un de ces amis, qui a fait une longue étude bibliographique, une longue étude d'expertise, me donne ses conclusions, et que ces dernières vont à l'encontre de rumeurs propagées par des individus dont je sais qu'ils sont malhonnêtes, qu'ils agissent par lucre ou par idéologie, même moi qui suis un peu en dehors du monde, j'ai envie de diffuser  la bonne parole contre la mauvaise. Et cela me conduit à vouloir prendre parti.
De ce fait je suis mis en position de donner des avis sur des questions qui sont en dehors de ma compétence, ce qui pourrait me conduire à devoir justifier ces avis auprès de mes interlocuteurs. Je ne veux en aucun cas me déguiser en toxicologue ou en nutritionniste, moi qui ne cesse de répéter que, comme le disait les Jésuites,  on ne soit pas se comporter en tant que chrétien mais en chrétien : ce qui, dans mon cas, signifie que je dois seulement me comporter en physico-chimiste qui connaît la structure chimique et physique des aliments, et leurs modifications lors des transformations culinaires.
L'analyse de la question apporte sa réponse : je pourrais commencer chaque diffusion d'information hors de mon domaine de compétence par une phrase telle que « Je suis incompétent dans ce domaine, mais j'ai confiance dans l'information suivante, qui me vient d'amis compétents et honnêtes ».

Car, quand même, contre les fanatismes, il y a absolument lieu d'émettre des voix audibles qui montreront à nos amis que le chant des sirènes est mortifères.

De l'émerveillement partagé pour un homme extraordinaire : Michael Faraday.

Cela fait bien longtemps que je n'ai pas eu l'occasion de dire mon émerveillement pour le physico-chimiste extraordinaire que fut Michael Faraday. Tout le monde ne connaît pas son histoire exemplaire, de sorte qu'il n'est pas inutile que je la raconte une fois de plus. Evidemment, dans un billet, je ne vais pas entrer dans les détails, mais donner seulement les grandes lignes. 
 

Michael Faraday était le fils d'un maréchal-ferrant pauvre et son épouse, qui durent quitter les campagnes anglaises pour aller à Londres, faute de travail. Là, la vie n'était guère meilleure, et le père de Faraday mourut alors que l'enfant était encore jeune. C'était la misère : Faraday a raconté plus tard que, certaines semaines, il n'avait qu'un morceau de pain à manger pour toute la semaine. 
Faraday eut la chance d'être embauché comme saute ruisseau, c'est-à-dire livreur de journaux, par un émigré français qui tenait une librairie. Il eut aussi la chance -athée ou non, il faut le reconnaître- d'être dans un environnement religieux, ses parents appartenant à une secte nommée les « Sandemaniens », qui croyaient dans la littéralité de la Bible. 
Oui, ce fut une chance, parce que cet environnement le conduisit à avoir entre les mains le livre du clergyman nommé Isaac Watts, qui donnait une série de conseils pratiques. Faraday, sans père, suivit les conseils de ce livre à la lettre, à savoir : avoir des collaboration, ne pas généraliser hâtivement, vérifier ce que l'on nous dit, prendre des notes, entretenir des correspondances...
 Tout cela sortait du livre intitulé L'amélioration de l'esprit, et c'est ainsi, de fil en aiguille, que Faraday fut embauché comme apprenti relieur, qu'il occupa ses temps libres à s'améliorer l'esprit et à faire diverse des expériences en chimie... parce qu'il avait eu cette autre chance, conséquence de la première (mais la chance sourit aux esprits préparés), d'avoir entre les mains un livre intitulé Conversations chimiques d'une dénommée Mme Marcet, qui fit une oeuvre de vulgarisation extraordinaire.

Je passe la suite, mais tout s'enchaîne, et finalement, Faraday devint l'un des plus grands physico-chimistes de tous les temps. Quel destin extraordinaire !

Aromaticité

Je viens d'écrire ailleurs que ce blog-ci était "politique"... mais je ne suis pas un politicien, et la "politique" dont je parle est "quotidienne", familière, et que les sciences quantitatives sont au coeur de l'affaire : sutor non supra crepidam, n'est-ce pas ?
Bref, je veux vous parler des composés "aromatiques" : je parle en physico-chimiste, ce qui signifie que ce ne sont pas les composés odorants, qui sont considérés, mais les composés comme le benzène, dont le nombre d'électrons "pi" est de type 4 n +2, comme le veut la règle de Hückel.
Ces composés ont une histoire. Quand Michael Faraday découvrit le benzène, il le trouva d'odeur agréable, d'où le mot "aromatique", qui est mal choisi, parce que certains composés "chimiquement aromatiques" n'ont pas d'odeur, mais passons.
Ce qui est le plus important, c'est que les physico-chimistes firent alors une observation étonnante : alors que les composés qui ont des "doubles liaisons" peuvent participer à des réactions d'addition (le dichlore s'ajoute à l'éthylène, pour faire le dichloroéthane), le benzène réagissait très différemment, et l'addition n'était pas observée.
Il fallut des travaux nombreux, où se distingue celui de Kékulé, pour comprendre que les électrons pi sont délocalisés et que...

LE BENZENE NE CONTIENT PAS DE DOUBLE LIAISON  !

C'est pour cette raison que l'on doit décrire ces électrons par un petit rond, au centre du cycle hexagonal, ou  une lettre phi, et non trois liaisons doubles localisées à des endroits arbitraires.

Et c'est ainsi que la physico-chimie est belle !

Qu'est-ce que la chimie (suite) ?

Chers Amis
Dans une précédente lettre, j'avouais avoir fait la faute de penser que l'on devait nommer "chimie" l'activité scientifique d'exploration des réarrangements atomiques, et que l'on ferait mieux de nommer chimie l'activité technique de production d'assemblages atomiques.
Je concluais en disant que l'on devait trouver un nom pour cette activité scientifique, et j'évoquais l'atomologie, par exemple.
Cela étant, je discutais aussi les relations avec la "physique" (de physis, nature), mais je n'étais pas allé assez loin : de même que la géologie est une science qui est nommée par son objet d'étude (la Terre, les cailloux...), la science que nous cherchons à nommer doit avoir un nom qui soit spécifique.
Autant la physique peut se ramifier, avec une branche qui se nomme biophysique, autant l'atomologie (un mot qui restera en travers de la gorge) pourrait se nommer physico-chimie.

Physico-chimie, ou bien chimie physique ? En langue française, c'est le substantif qui porte le sens (le gros) et l'adjectif qui fait le détail. Physique d'abord, géo ensuite.

De ce fait, la chimie physique semble devoir être une activité de chimie, donc de production d'assemblages atomiques (molécules, etc.), et il va falloir que je réfléchisse bien pour savoir en quoi elle pourrait être physique, sauf à considérer que l'on considère aussi bien les modifications atomiques et des propriétés physiques, relatives à des transformations à d'autres échelles d'énergie que celles du "feu".

Autrement dit, la science qui explore les mécanismes afférents aux réarrangements d'atomes n'est pas la chimie physique, mais la physico-chimie.

Nous y sommes!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!


Finalement, la science qui étudie la chimie, c'est la physico-chimie. D'accord ?

On va trouver que j'hésite, mais c'est seulement que la réflexion et les circonstances conduisent à ne pas rester braqué

Chers Amis,

Vous vous souvenez sans doute que j'avais une hésitation à propos de la question : que nommer "chimie" ?
Ce qui me semblait clair (et je n'ai pas changé d'idée de ce point de vue), c'est que le mot "chimie" s'appliquait naguère à des activités indifférenciées, entre la technique et la science, entre la philosophie naturelle (comprendre le fonctionnement du monde, lire le livre de la nature) et l'ésotérisme (le Grand Oeuvre...).
Puis, à mesure que les sciences ont évolué, on en est venu à distinguer la technique (techne = faire), la technologie (étudier la technique, sous entendu en vue de l'améliorer) et la science.
Pour la chimie, il y a donc une activité technique, une activité technologique, une activité scientifique.

Mais si une activité humaine est déterminée par son objectif et sa méthode, on comprend que le même mot "chimie" ne puisse indistinctement désigner à la fois l'activité technique (le raffinage du pétrole, la confection de bougies...) et l'activité de recherche des mécanismes des réarrangements d'atomes.
Du coup, j'étais arrivé à la conclusion (que je maintiens) selon laquelle il fallait des mots différents pour la composante technique, la composante technologique, et la composante scientifique de l'activité qui considère les molécules et leurs transformations.

L'alternative que j'avais proposée est : faut-il conserver le mot "chimie" pour désigner la composante scientifique, ou bien faut-il le conserver pour la composante technique, de production de composés ?

Naguère, il me semblait préférable de nommer "chimie" la science des réarrangements d'atomes (ce que certains disent être "la science des transformations de la matière", mais je crois que leur libellé est moins bon que le mien). On aurait alors nommé différemment la production technique de composés.

Ensuite, j'ai douté, parce que j'ai vu de plus en plus de technique chimique s'imposer. D'autre part, il y avait le mot "physique", qui désigne la science de la nature (phusis, en grec). De ce fait, il semble qu'une science des transformations moléculaires, qu'une science des réarrangements d'atomes, se doit absolument de calculer. Produire des composés nouveaux, c'est très bien, mais l'étude des mécanismes de ces transformations ne vaut rien sans des calculs, qui, seuls, expliquent les transformations sans verser dans de la poésie.
Autrement dit, puisque la science des réarrangements d'atomes ne diffère pas, par nature, des autres branches de l'étude de la nature, j'ai cru un moment qu'il n'avait pas de raison pour laquelle nous devrions avoir un autre nom que "physique".
Certes, il ne s'agit pas de la même perspective que celle de nos collègues qui, méprisant la constitution particulière, moléculaire ou atomique, des systèmes, cherchent des lois universelles. Les scientifiques des réarrangements d'atomes, eux, savent que la matière est d'abord... faite de matière, de molécules et d'atomes. En revanche, ces scientifiques que sont ceux qui placent beaucoup d'importance dans les molécules et atomes n'ont pas pour mission de produire des composés nouveaux. Comment nommer leur activité ?

Alors ? Alors il faut encore réfléchir, pour aboutir à des propositions nouvelles, qui donneront un nom de science à la science, un nom de technique à la technique. Si je n'ai pas trouvé le nom pour la technique, il me semble finalement que le mot "chimie" doive rester à la science.