Suivre un cours, c'est aussi demander "Combien ?"

 
Décidément, il n'est pas trop tard pour apprendre : obligé d'être attentif lors de cours que j'organise, et où j'invite des amis à présenter leurs travaux, je me surveille, au lieu de faire ce que je faisais quand j'étais "étudiant en formation initiale", et je fais des découvertes sur cette étrange dynamique collective qu'est un cours.
 
Dans un billet précédent, j'ai expliqué que suivre un cours imposait d'y passer beaucoup de temps, après coup, pour éclaircir tous les points que nous pouvons avoir, ou bien faire survenir, mais aujourd'hui, mon ami qui fait sa présentation me donne l'occasion de revenir à cette question essentielle que les sciences de la nature ne veulent pas d'adjectifs ou d'adverbes, mais demandent sans cesse la réponse à la question "combien ?".

Mon ami, en effet, nous parle d'une "grande" efficacité, d'une "faible" stabilité, etc., et je ne peux pas l'interrompre chaque fois, mais je conserve par devers moi, pour l'interroger ensuite, ces nombreuses questions que j'ai.

Bien sûr, quand il montre un graphe avec deux courbes différentes de plus de 10 fois la distance entre l'axe des abscisses et la première courbe, je comprends ce qu'est une "grande différence".

Mais dans d'autres cas, la détection des adjectifs et des adverbes est une bonne alerte, qui me montre que ma compréhension est insuffisante : il me faut plus, pour accepter l'information donnée.

La question des représentations 3/3

 Dans la série des interprétations d'images, nous avons considéré les schémas et les images produites par des outils d'analyse mais au 21e siècle, il y a lieu de considérer les images produites par des ordinateurs.

Par exemple, voici une modélisation de l'eau. 

Ici, on se limite à une image statique, mais il y a pire, en quelque sorte, à savoir que cette image est un instantané détaché d'un film entièrement calculé.
Ce film était évidemment fascinant et l'on s'amusera d'observer qu'il était accompagné d'une musique. Or, évidemment, il n'y a pas de musique dans l'eau, sauf si l'on en met :  la musique a été ajoutée au film, et il faut prendre garde au fait que si l'on avait mis une musique beaucoup plus violente, on serait tenté d'interpréter les phénomènes de façon beaucoup plus violente.
Oui, ne nous laissons pas influencer par un objet tout à fait extrinsèque.

Mais, avec les mêmes molécules d'eau, les mêmes conditions de température, de pression, etc.,  on peut faire de nombreux films et représenter les molécules de nombreuses façons différentes. En voici une parmi une infinité :

Il y a donc lieu de faire très attention à ce que l'on voit avec ces images calculées, car on peut représenter par le calcul mille choses différentes à notre volonté, et l'on fait voir aux autres et à soi-même des objets qui, éventuellement, n'existent pas. De même qu'il ne suffit pas de parler de "père Noël" pour que celui-ci existe, il ne suffit pas de montrer un objet pour qu'il ait la moindre chance d'exister.

Comme pour les schémas, comme pour les images de nos appareils d'analyse, les images calculées doivent être décodées. Et là, nous avons des outils : les notions d'énergie, de temps, de masse, de vitesse, d'électron, de neutron, de proton, etc.

La question des représentations 2/3

Dans un billet précédent, j'ai discuté la question de la "lecture" des représentations scientifiques de type schéma, mais je n'ai pas considéré les images qui sont produites par des appareils d'analyse.
Pensons par exemple à l'image donnée par un microscope à force atomique, ou un cliché de diffraction des rayons x, voire la simple image donnée par un microscope optique.
 

Là, à nouveau, il y a lieu d'interpréter beaucoup, car dans chaque cas, la technique employée provoque non seulement des modifications du système que l'on veut d'observer, mais, de surcroît, elle donne une image et une image seulement.

Par exemple à propos du microscope à force atomique, ce qui est représenté, c'est l'interaction de la pointe vibrante et de l'objet imagé. Cette interaction, électrique, est ensuite transformée en une image.

Pour un cliché de radiographie au rayons x, cette fois, il y a une interaction entre les rayonnements x et la matière, et c'est l'enregistrement du rayonnement perturbé par la matière que l'on récupère et que l'on transforme ensuite en images.
Là encore, on ne voit pas la matière, mais le résultat de cette interaction.

On pourrait penser que, pour un microscope optique, les choses seraient plus simples, mais je ne crois pas, car, d'une part, on voit sur un même plan des objets qui sont à des profondeurs différentes dans l'échantillon. Surtout, il y a tout ce que l'on ne voit pas ! C'est ainsi, par exemple, que si l'on regarde du blanc d'oeuf, on verra un fond transparent, alors que si l'on pose ce même blanc d'œuf sur une assiette, alors on voit des couches d'épaisseurs différentes autour du jaune.
Cette structuration est la preuve d'un assemblage supramoléculaire de type gel, qui n'apparaît pas sur l'image : l'image nous trompe encore.

Et ainsi de suite : les images que nous produisons sont des images, seulement des images, trompeuses, et l'on serait bien naïf de croire qu'elles disent la vérité matérielle des systèmes que nous analysons.

Comme pour les schémas, la question est d'abord celle de l'interprétation, et il ne faut pas tomber dans le piège de ce que nous voyons. Il faut interpréter ce que nous voyons, décoder, et,  là encore, notre naïveté ou notre absence de travail seraient coupables et nous feraient aller dans le décor.

Inversement, le travail de lecture des images, c'est-à-dire d'interprétation, est absolument passionnant parce que, précisément, il nous dira plus que ce que n'importe quel naïf se contenterait de voir.

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.