La question des représentations 1/3

Le problème de la représentation est terrible, se rencontre constamment, et pas seulement en sciences de la nature, bien sûr.

Mais, dans nos cours de physique-chimie, et notamment de physico-chimie des systèmes dispersés, nous faisons usage de représentations. Par exemple, pour une sauce mayonnaise, certains représentent un fond bleu avec des disques jaunes, correspondant respectivement à une phase aqueuse et à des gouttelettes d'huile. A  la surface de ces dernières, ils font figurer des formes qui sont censées représenter des composés tensioactifs.

De telles représentations  méritent d'être largement interprétées, sans quoi notre naïveté nous conduit dans le décor.

Par exemple la phase aqueuse de la figure considérée précédemment est en réalité une solution aqueuse avec des solutés, une acidité mesurée par un pH, une force ionique...
On comprend bien qu'un sirop ne se comporte pas comme une saumure,  et que ces deux systèmes ne se comportent pas comme une eau de pluie, par exemple.
Mais il y a aussi le fait que cette solution est dynamique  : on ne doit pas oublier que les molécules d'eau sont agitées de mouvement incessants et rapides, à des vitesses de plusieurs centaines de mètres par seconde. Cette agitation moléculaire a des conséquences considérables pour les petits objets qui seraient suspendus dans l'eau : c'est notamment le mouvement brownien.
Pour les gouttelettes d'huile, il y a d'abord la question de la taille, et notamment de la taille relative par rapport à celle des molécules d'eau... car, dans la figure précédente, on a représenté des milieux eau et huile continus, sans faire état des molécules constituantes. Il y a au moins lieu de tenir compte des propriétés résultant de la nature particulière de ces composés constituant les deux phases, et l'on sait bien d'ailleurs que la viscosité de l'huile n'est pas celle de l'eau par exemple.
Mais il y a aussi la question la température, car, selon cette dernière, les triglycérides peuvent ou non cristalliser, de sorte qu'il n'est pas absolument certain que, dans les conditions que l'on considère, l'huile soit entièrement liquide (je rappelle que les physico-chimistes nomment "huile" toute phase non aqueuse).
Les tensioactifs ? Quand ils sont représentés comme nous venons de le voir, on interprète souvent qu'il s'agit de composés ayant une partie hydrophobe et une partie hydrophile, comme pour des phospholipides, par exemple.
Mais il existe en réalité  des tensioactifs très variées, et ceux qui ont des charges électriques (comme pour un groupe phosphate d'un phospholipide) ne se comportent pas comme ceux qui sont neutres électriquement.
D'ailleurs, dans des sauces comme la mayonnaise, l'abaissement de l'énergie de surface est plutôt du à des protéines qu'a des tensioactifs de type phospholipides.
De sorte qu'il vaut mieux  imaginer un schéma très différent où ce sont principalement les protéines qui sont efficaces pour la métastabilisation de l'émulsion.

Bref, regarder une image, dans un cours ou un article scientifique, ce n'est pas se contenter de regarder comme le ferait un enfant avec un livre à lui destiné, mais de s'interroger sur chaque élément de la représentation, d'imaginer les phénomènes qui ne sont pas montrés par cette image simpliste et statique.

Bref, à propos de représentation scientifique, il y a lieu de continuer à creuser, à creuser, à creuser encore... et, en disant ces mots, comment oublier cette merveilleuse fable de Jean de la Fontaine, à propos du laboureur et de ses enfants ?

Comment poser des questions ?

Dans notre "cours de gastronomie moléculaire" de ce matin, nous avons discuté  la question "comment poser des questions ?".

Evidemment il s'agit pas de poser des questions idiotes, mais des questions "intelligentes". Qu'est-ce à dire ? Je crois qu'il s'agit de questions qui nous font réfléchir, de questions qui augmentent la compréhension du monde.

Pour analyser cette question des questions, prenons l'exemple de "suivre un cours" : dans un billet précédent, j'avais conseillé à mes amis de noter rapidement sur un coin d'ordinateur ou sur un téléphone portable, lors du cours, tous les mots qui leur échappaient,  afin que, ultérieurement, ils s'en préoccupent de façon précise.

A ce moment là, quand on reprend ses notes,  il y a d'innombrables questions qui surviennent et c'est peut-être à nous de rendre les questions intelligentes, car les questions n'ont pas d'intérêt a priori.

Par exemple, si l'on évoque l'acide acétique dans un vin, il faut se demander s'il y en a vraiment, combien, et si l'acide acétique coexiste dans le vin d'autres acides (et effectivement il y a de l'acide succinique) et dans quelles proportions, pour des acides qui ont quelle "acidité" (à des amis chimistes, je parlerais de pKa), etc.

On voit bien que l'information, à elle seule,  n'a aucun intérêt et que c'est à nous de composer cela, de faire de nos réponses un "bouquet".

D'ailleurs, pour un cours, un exposé, une conférence, nous pouvons trouver des questions de tous ordres : des questions très secondaires, de détail, mais, surtout, des questions qui touchent au fond du sujet, ou à l'organisation du thème tout entier, des questions bien plus "élevées", si l'on reste dans le champ de la conférence, de l'intervention, de l'exposé, du cours.

Mais on comprend que nos questions peuvent avoir même  plus de généralités que le cadre du support (conférence, cours, exposé) qui les fait naître.

Bref, il y a tout une panoplie d'ordres de questions, et de questions pour chaque ordre : à nous de voir les ordres, puis, pour chaque ordre, à nous de voir les questions relatives à ces ordres.

Trouver des question ? Pas difficile ;-)

Un nouveau livre pour ceux qui veulent apprendre à manipuler et/ou à calculer, avec jubilation

 
Permettez-moi d'annoncer la publication d'un nouveau livre intitulé : Calculating and Problem Solving Through Culinary Experimentation.

Comme le titre l'indique, il y a des expériences de cuisine, de physique et de chimie, et des calculs que l'on fait à partir de ces expériences.

Un exemple pour fixer les idées :  on part d'une question simple telle que  : quelle est l'épaisseur de la croûte d'un soufflet que l'on cuit pendant 45 minutes à la température de 180 degrés ?

A ce propos, le livre explique évidemment, d'abord, ce qu'est un soufflé,  proposant une recette que chacun peut exécuter facilement.

Mais l'objectif n'est pas de faire un livre de cuisine seulement :  cette recette (éprouvée !) qui est donnée conduit à une réflexion sur la pratique culinaire mise en œuvre, sur une analyse des gestes effectués...

Et cette analyse aboutit à une autre expérimentation plus scientifique celle-là.

J'ajoute que tous les chapitres sont très différents, que les expérimentations sont de divers ordres, adaptées aux questions qui sont toujours posées en introduction.

D'ailleurs, pour ces questions il y en a d'étranges telle que  : quelle serait la longueur d'une fourchette qu'il faudrait utiliser pour manger avec le diable ?
Cette question précise est intéressante ,parce qu'elle fait comprendre qu'il y a un peu d'humour dans tout cela, et surtout, que nous sommes invités à résoudre des problèmes plutôt qu'à faire des exercices.

Les expérimentations étant faites, on en vient alors aux calculs, parce qu'ils sont simples et amusants. Oui, j'insiste : simples et amusants. Le livre veut notamment montrer aux étudiants que cela est très simple à condition d'avoir une bonne méthode. Il y a donc toute une partie de méthodologie dans ce livre.

Mais je crains que mes amis ne s'effraient du mot "méthodologie" qui a beaucoup trop de syllabes, alors que ce qui est discuté et tout à fait concret, applicable, pratique quotidiennement...

Oui, il s'agit de montrer qu'avec un bagage scientifique réduit, on peut calculer beaucoup, et même calculer en s'amusant.

Car derrière tout cela, il y a la volonté de montrer que les études, et notamment les études de chimie et physique, sont jubilatoires, amusantes, intrigantes, passionnantes...

Ai-je réussi ? Je ne le sais pas mais en tout cas j'ai fait de mon mieux, et je peux témoigner que nombre de jeunes amis venus en stage au laboratoire on joué depuis des décennies avec ces questions et leurs réponses. Un livre s'imposait.

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.

Les méthodes sont comme des colonnes vertébrales

Hier, discutant avec des étudiants, je m'aperçois qu'ils font les choses à l'arrache, activement certes, mais sans beaucoup d'ordre, sans assez d'organisation,  en un mot avec trop peu de méthode.

Et je vois que, malgré tous leurs efforts et leur envie, leur bon coeur, ils vont dans le mur, parce que ils n'ont pas de "direction", celle que les méthodes donneraient.

Je ne peux m'empêcher de mettre cela en relation avec un article paru hier dans une grande revue scientifique et qui montrait que la majorité des professeurs de physique des universités, aux États-Unis, proviennent des même quelques établissements.

Ces établissements, bien sûr, sélectionnent les « meilleur s» étudiants, mais surtout, comme ils ont les « meilleurs » professeur, ces professeurs communiquent les "meilleures" informations et, surtout, les "meilleures" méthodes : un cercle vertueux.

Les étudiants obtiennent ainsi des méthodes, qui les structurent, qui structurent leurs travaux, et l'on peut espérer qu'à leur tour ils iront distribuer ces méthodes, qui nous font tenir droit, debout, à défaut de grandir.

Je m'aperçois aussi que, dans le dans le temps, mes cours se structurés autour d'un tableau à cinq colonnes : informations, notions et concepts, méthodes, valeurs, anecdotes.
Mais l'ordre n'est pas le bon : les valeurs sont premières, bien évidemment, car nous ne faisons les choses que sur la base de nos valeurs.
Puis il y a les méthodes, ces méthodes qui donnent des directions, qui structurent notre cheminement (intellectuel).
C'est ensuite seulement qu'il y a les notions et les concepts, qui sont comme des outils intellectuels : l'équivalent des marteaux, des tournevis, et des scies,  mais pour ce qui est de la pensée, qu'elle soit la chimie ou la physique.
Après seulement, il y a les informations de chacun peut trouver sur internet Par exemple, le fait que le blanc d'oeuf soit composé environ de 90 % d'eau et de 10 % de protéines est une information, utile certes pour les sciences et technologiques mais il n'y a pas lieu d'être reconnaissant à quiconque de nous la transmettre.
Enfin il y a les anecdotes qui mettent un peu de gaieté dans des études  autrement bien sérieuses. Il ne faut pas les oublier elles ne sont pas accessoires, mais elle ne sont pas non plus structurantes.

Les méthodes ? Il faut manifestement que je me mette à faire une récapitulation de celles dont je dispose et de celleq que je transmets. Parmi celles que je transmets, il y en a de locales et de générales.
Parmi les générales, il y a notamment la méthode du soliloque, qui permet de résoudre des problèmes, de les analyser, de gagner en autonomie... Parmi les méthodes plus locales, il y a la méthode 1 3 9 27, qui permet de rédiger correctement, efficacement, de structurer un discours aussi, une communication en général.

Mais il y a bien d'autres méthodes, telles  :
- le calcul d'ordres de grandeur,
- l'idée de bien séparer des calculs littéraux, symboliques, formels et les calculs numériques,
- l'utilisation d'un agenda électronique qui nous rappelle ce que nous devons faire afin que nous n'oublions rien
Et ainsi de suite.

Comment composer un recueil de méthodes ? Il y a peut-être lieu, pour de rien oublier, de considérer les trois champs de l'administration, de la communication et du travail, et de rapporter les méthodes à ces divers champs.
Mais il faut continuer l'analyse plus avant, car qu'est-ce qu'une méthode  ? Par exemple, quand on lace des chaussures d'une certaine façon, explicite, c'est bien d'une certaine façon, avec une méthode. Mais cette méthode n'est évidemment pas une méthode de pensée ;  c'est une méthode de geste et l'on voit bien que, puisque la vie du chimiste se partage entre l'expérimentation et la théorie, il y a lieu de distinguer ces deux types de méthode dans le champ du travail.

Methods, methods, methods

 Methods are like backbones
Yesterday, talking with students, I realize that they are doing things in a haphazard way, actively of course, but without much order, without enough organization, in a word with too little method.

And I see that, in spite of all their efforts and their desire, their good heart, they are going to the wall, because they have no "direction", the one that the methods would give.

I can't help but relate this to an article that appeared yesterday in a major scientific journal, which showed that the majority of university physics professors in the United States come from the same few institutions.

These institutions, of course, select the "best" students, but above all, as they have the "best" professors, these professors communicate the "best" information and, above all, the "best" methods: a virtuous circle.

The students thus obtain methods, which structure them, which structure their work, and one can hope that they in turn will go and distribute these methods, which make us stand upright, upright, if not grow.

I also realize that, over time, my courses have been structured around a five-column table: information, notions and concepts, methods, values, anecdotes.
But the order is not right: values are first, of course, because we only do things on the basis of our values.
Then there are the methods, those methods that give direction, that structure our (intellectual) path.
Only then are there the notions and concepts, which are like intellectual tools: the equivalent of hammers, screwdrivers, and saws, but for what is thought, whether it is chemistry or physics.
For example, the fact that egg white is composed of about 90% water and 10% protein is a piece of information, certainly useful for science and technology, but there is no need to be grateful to anyone for passing it on.
Finally, there are the anecdotes that put a little fun in otherwise serious studies. We must not forget them, they are not incidental, but they are not structuring either.

The methods? Obviously I have to make a summary of the ones I have and the ones I pass on. Among those I transmit, there are local and general ones.
Among the general ones, there is the soliloquy method, which allows to solve problems, to analyze them, to gain autonomy... Among the more local methods, there is the 1 3 9 27 method, which allows you to write correctly, efficiently, to structure a speech as well, a communication in general.

But there are many other methods, such as
- the calculation of orders of magnitude,
- the idea of separating literal, symbolic and formal calculations from numerical calculations,
- the use of an electronic agenda that reminds us what we have to do so that we don't forget anything
And so on.

How to compose a collection of methods? Perhaps, in order not to forget anything, we should consider the three fields of administration, communication and work, and relate the methods to these various fields.
But it is necessary to continue the analysis further, because what is a method? For example, when we tie shoes in a certain way, explicitly, it is indeed in a certain way, with a method. But this method is obviously not a method of thought; it is a method of gesture, and it is clear that, since the life of the chemist is divided between experimentation and theory, there is reason to distinguish these two types of method in the field of work.


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Taking a course: what is it about?

As we are leaving an excellent physical chemistry course, given by a colleague in the framework of a master's degree, I notice that our colleague has pronounced technical words, in particular names of compounds but also terms that describe physics notions, and that I am almost certain that many students present do not understand them "perfectly".

I will explain this "perfectly" later, but here I insist that what I say is not a criticism, but only a factual observation.

In the heat of the presentation, our young friends did not interrupt the colleague incessantly, so that it all slipped away: one could say that "the course ended" with the end of the presentation... but I want to say here, on the contrary, that no, the course did not end as long as our friends did not go deeper into it.

For example, there was talk of "fluorinated group": do our friends know PRECISELY what it is? It was about sucrose esters: what are they? how are they obtained? what are their chemical and physical properties? There was talk about entropy of mixing: do our friends know what it is, how it is defined, how it is calculated?

In reality, following a course is not only listening to the speaker, but, above all, making a list of all the objects that we must work on afterwards in order to better understand them.

For example, when it comes to compounds, you will have to find the chemical formula, but not stop at an image. It will also be necessary to locate donor and acceptor groups, to use software to see the shape of electrical clouds, to detect dipoles, to accept, to look for orbitals, to see dipoles, and so on. For physics notions, too, there is a lot of work to be done and, for example, for the mixing entropy, it will be necessary to dive again into the definition and its handling.

 As a whole, we need a lot of time, personal work, in order to get the point of the course. And I estimate between one hour an many days (or weeks, months, years) the time needed to make the second part of the course.

Only when EVERYTHING, I mean everything, that has been heard is explained will the course be over. Not before.