Rapport Ophelia Bolmin

Au Laboratoire Matière et Systèmes Complexes Université Paris Diderot, Paris 7

Du 2 au 8 février 2009 1

Remerciements :

A Mr Fournier pour son accueil, ses encouragements et ses conseils, ainsi que messieurs : Durant, Dimeguillot, Pucci, Berteloot, Courrech du Pont, Barsuglia, Auger, Robert, pour le temps qu’ils m’ont consacré et leur participation au plaisir de cette passionnante semaine. Sans oublier Mme Micheline Lendower, ma professeur de solfège, qui m’a mise en contact avec Mr Fournier.

2

Sommaire Page

I. Présentation de l’entreprise……………………………. A) Aperçu général……………………………………… B) Fiche Détaillée………………………………………

4 4 5

II. Contenu du stage……………………………………......

6

III. Expériences…………………………………………….. A) Laboratoire Matière et Systèmes Complexes……..... − Le Physarum (Mr Durant et son stagiaire)……..... − Vers et bactéries (Mr Dimeguillot)…………..…… − La goutte d’huile (Mr Pucci)…………………..... − La goute qui sèche (Mr Berteloot)…………..…… − Histoire de sables (Mr Courrech du Pont)….. − Article sur la cellule biologique (Mr Fournier)…. B) Laboratoire Astroparticule et Cosmologie……….... − Projet Virgo, l’interféromètre terrestre………..…. − Projet Lisa, l’interféromètre spatial……...………. C) L’AG……………………………………….………..

6 7 7 9 10 11 13 14 16 17 21 22

IV. Calculs…………………………………………..….…… A) Mathematica………………………………...….….. B) Cellule biologique: premiers calculs ………….…… C) Cellule biologique: calculs suivants………...….….. D) Ressorts, encore et encore…………………...….….

23 23 23 26 29

V. Opinions personnelles……………………………….….

32

VI. Sources, liens internet et sommaire de la vidéo..…….

34

Epilogue………………………………………………...…..

35

Ce logo renvoie à la vidéo jointe. Le sommaire de cette vidéo est présenté en page 34 3

I. Présentation de l’entreprise A) Aperçu général J’ai effectué mon stage en entreprise au sein du Laboratoire Matière et Systèmes Complexes (MSC) rattaché à l’UFR de physique de l’Université Paris 7 sous la direction de Jean-Baptiste Fournier. M. Fournier exerce le métier d’enseignant-chercheur et m’a fait découvrir ses activités ainsi que celles d’autres chercheurs en physique (notamment du laboratoire d’AstroParticule et Cosmologie(APC). L’Université « Paris Diderot » est située 5 rue Thomas Mann, dans le 13e arrondissement.

Bâtiment « Condorcet » qui héberge plusieurs laboratoires, dont MSC. Coordonnées : Université Paris Diderot Paris 7 U.F.R. Physique (Laboratoire MSC) Bâtiment Condorcet (10, rue Alice Domon et Léonie Duquet) http://www.univ-parisdiderot.fr/

Les différents bâtiments de l’université dans le nouveau quartier Paris Rive Gauche

L’Université Paris-Diderot accueille 26000 étudiants, répartis dans 5 grands domaines de formation et de recherche: - Arts, Lettres, Langues - Droit, Economie, Gestion - Sciences humaines et sociales - Sciences, technologie - Médecine, Odontologie

4

B) Fiche Détaillée Structure Le domaine « Sciences » de l’université Paris Diderot regroupe plusieurs U.F.R: − − − − − − −

U.F.R. de Physique U.F.R. des Sciences du Vivant U.F.R. de Chimie U.F.R. d'Informatique U.F.R. de Mathématiques U.F.R. de Sciences de la Terre, de l'Environnement et des Planètes (S.T.E.P.) IUP Génie de l'Environnement

L’UFR de Physique est constitué de 3 laboratoires (à Paris-Diderot) : Matière et Systèmes Complexes (MSC) AstroParticule et Cosmologie (APC) Matériaux et Phénomènes Quantiques (MPQ)

− − −

Taille et classification de la structure : Les laboratoires MSC et APC comptent chacun environ une centaine de personnes (chercheurs, enseignants chercheurs, ingénieurs, théoriciens…) Ces laboratoires appartiennent au secteur public (les chercheurs sont fonctionnaires de l’Etat)

des

Activités des laboratoires Matière et Systèmes Complexes (MSC) et AstroParticule et Cosmologie(APC), La particularité de cette l’UFR de Physique est de ne pas faire de différence entre la physique fondamentale et la physique appliquée, en rapprochant physique et biologie. Laboratoire Matière et Systèmes Complexes (MSC) Les membres du laboratoire font des recherches dans 3 grands domaines : − Milieux complexes (expériences sur les polymères, voir Physarum p.7, sur les cristaux liquides, voir La Goutte d’huile qui rebondit p.10 ...) − Interface Physique-biologie-médecine (expérience sur les vers et sangsues, voir p. 9...) . − Physique non-linéaire et systèmes dynamiques Laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) Les différentes équipes de APC travaillent sur l’infiniment grand et l’infiniment petit. Ils effectuent des recherches dans 3 domaines : la cosmologie et la gravitation, l’astrophysique des hautes énergies, les neutrinos. Historique : 1970 : création de l’université Paris 7, dans le cadre de la partition de l’université de Paris suite aux événements de 1968. 1994 : Paris 7 prend le nom de Denis Diderot, pour rendre hommage à l’ambition des encyclopédistes. 2007 : Paris Diderot quitte Jussieu pour aller s’installer sur le site de Paris Rive Gauche, notamment dans les anciens moulins et la Halle aux farines.

5

II. Contenu du stage

Ma semaine de stage s’est principalement déroulée dans le laboratoire « Matières et Systèmes Complexes », dit « MSC » dirigé par Mr Dimeguillot, où travaille mon tuteur de stage, Mr Fournier, puis dans le laboratoire « AstroParticule et cosmologie » (APC) où j’ai passé une demi-journée.

Les laboratoires de l’Université sont indépendants les uns des autres, certains collaborent avec le CNRS ou avec d’autres labos étrangers… Dans ces laboratoires travaillent majoritairement des chercheurs et des enseignantschercheurs (« expérimentateurs » et « théoriciens », épaulés par des étudiants en stage ou des doctorants ). J’ai observé à MSC le travail de Mr Fournier qui effectue des travaux théoriques (voir partie Calculs, p. 23) et d’expérimentateurs qui réalisent ce qu’ils appellent de « petites » expériences, en comparaison des « gros projets » de APC. Mon stage a consisté à : − observer des expériences sur lesquelles travaillent les chercheurs pour comprendre des phénomènes naturels ou des observations spontanées ; − découvrir les démarches d’un théoricien pour élaborer des théories à partir des expériences (voir partie Calculs, p. 23) Les expériences que je vais vous décrire sont celles que j’ai pu observer. J’ai sélectionné celles qui me semblaient les plus intéressantes et que je peux réexpliquer parce que j’en ai compris l’essentiel !

6

III. Expériences A) Laboratoire Matières et Systèmes Complexes Les membres du laboratoire font des recherches dans 3 grands domaines : Milieux complexes, Interface Physique-biologie-médecine, Physique non-linéaire et systèmes dynamiques (voir pour plus de précisions : http://www.msc.univ-paris7.fr/GrandPublic/ ) A partir de ces expériences, les chercheurs essaient de donner des explications à leurs observations.

Le Physarum (Mr Durant et son stagiaire)

Le Physarum dans la nature.

Le « Physarum polycephalum », Physarum de son petit nom, est un polymère, un « champignon-animal » (à cheval entre les deux) que l’on peut trouver dans nos forêts (image de droite). C’est un être unicellulaire, qui ressemble à une mousse mais ne fait pas parti de la famille des champignons car … il se déplace ! Le physarum est en effet constitué d’une seule cellule et de millions de noyaux. Il s’organise en ramifications, différenciées familièrement sous le nom de « voies principales » (les plus grosses) et « voies secondaires » possédant à leur extrémité des petites « têtes » (voir photos cidessous), qui recherchent de la nourriture. Voies secondaires

Le physarum de déplace ci-dessus vers la droite

Têtes

Voie principale 7

« Mais, comment le physarum se déplace-t-il ? » Un morceau de son corps naît à chaque instant alors qu’un autre meurt. Il commence par supprimer les voies secondaires de son « arrière train » (partie opposée à celle des têtes) puis laisse s’éteindre les voies principales. Il est « commandé » par ses têtes, qui recherchent la nourriture et fabriquent de nouvelles ramifications tandis que celles devenues inutiles (à l’arrière) disparaissent.

Voici un physarum cultivé en laboratoire. Il vit sur un Gel d’Agar (voir p.9) et est nourri avec des flocons d’avoine.

Sur l’image de gauche, on peut différencier une partie du physarum qui meurt. L’image du dessous montre une autre partie du corps du physarum qui, elle est en « pleine forme » (elle recouvre ici un flocon d’avoine et le mange). NB: les 2 photographies sont des zooms de l’image haut-dessus.

Voit-on un physarum se déplacer ? Oui, en quelques heures aussi bien dans la nature qu’en laboratoire, on aperçoit déjà un déplacement, qui devient évident au bout d’une journée.

8

Vers et Bactéries (Mr Dimeguillot) Mr Dimeguillot, le directeur du laboratoire, coordonne les différentes équipes, veille à la bonne entente entre les personnes, à la sécurité, gère les crédits… Mais il est aussi enseignant-chercheur et travaille sur la « nage des animaux » (qui ne possèdent pas de nageoires). Il a à sa disposition pour ses recherches des sangsues et des petits vers (élevés sur un gel d’Agar et qui se nourrissent de bactéries), que j’ai pu observer à la loupe binoculaire…

Sangsues

A ma demande, Mr Dimeguillot m’a également montré des Ecoli, qui sont des bactéries intestinales (les seules « en stock » au labo) très faciles à obtenir par rapport à d’autres êtres vivants nécessaires aux expériences. Image de gauche : Bactérie E-coli, grossissement x 15 000 (taille réelle environ 2µm).

Deux salles d’expériences de MSC

Qu’est ce que le « gel d’Agar » ? Le gel d’Agar est un gélifiant alimentaire à base d’algues marines… particulièrement utilisé pour cuisiner des confitures ! (étiquette d’un paquets d’« Agar-agar » du commerce, sur l’image de gauche)

9

La Goutte d’Huile (Mr Pucci) Une autre expérience que j’ai pu observer : celle de « la goutte d’huile qui rebondit ». Elle consiste à faire vibrer un récipient d’huile avec une fréquence définie. On dépose ensuite une petite goutte d’huile à sa surface; au lieu de disparaître pour se mélanger avec le reste d’huile (qui vibre donc) cette dernière rebondit. Et si la fréquence est suffisamment grande, elle se déplace ! Mais attention, deux gouttes d’huile sur le même chemin… se mettent à tourner l’une autour de l’autre ! (on appelle ces formations des « cristaux liquides », sachant que une, deux, trois, dix gouttes peuvent tourner toutes ensemble …) Pourquoi ? Mystère...

Dans l’ordre chronologique sur la photo du haut (a,b,c), on voit la goutte qui rebondit…A gauche:on voit en b la formation de cristaux, appelés « cristaux liquides »... Je n’ai malheureusement pas pu prendre de vidéos…

Mais, pourquoi la goutte d’huile ne se mélange-t-elle pas au reste d’huile ? Lorsque la goutte d’huile retombe dans le bac, il se forme une poche d’air « incassable » car l’huile du bac vibre (monte, descend, monte, descend), la goutte qui « arrive » en même temps que le bac d’huile est à son plus haut est donc renvoyée, et le phénomène se répète,… jusqu’à ce qu’on arrête les vibrations ! Peut-elle se déplacer ? Eh bien oui, car la goutte d’huile en « tombant » forme une onde (comme un caillou que l’on jette dans l’eau). Or, si en retombant elle atterrit sur la crête de son onde, elle est propulsée vers l’avant… et se déplace ! 10

La Goutte qui sèche (Mr Bartheloot) Avez-vous déjà vu la trace laissée par du café qui s’ait évaporé ? (Oui, vous aviez oublié de nettoyer la table de la cuisine après le petit déjeuner !). Vous avez donc pu observer que le bord de la tache formée était plus foncé que le centre… Comme si les particules de café s’étaient accumulées à la frontière… Et oui, vous aviez raison, c’est exactement ça : tandis que l’eau s’évaporait, les molécules « café » se sont entassées sur les bords, formant comme des petites montagnes tout autour de la tache… (et maintenant, il ne reste plus qu’à sortir l’éponge et gratter… avec du savon… Savez-vous pourquoi on utilise du savon ? Non ? Alors rendez-vous à l’épilogue...) Revenons à l’expérience… « la goutte qui sèche » utilise le même principe que notre café : on observe l’évaporation d’une goutte d’eau (20 minutes… !), à la loupe binoculaire, à laquelle on a ajouté des billes de silice (verre) pour remplacer nos molécules « café »… En images : Partie évaporée (« traces de café »)

EAU + SILICE

Bord de la goutte.

« La goutte qui sèche »

11

Mais que se passe-t-il ? On observe en effet que les billes de verre s’organisent en quadrillages. Les traits noirs à gauche sont des cassures : une fois toute l’eau évaporée, la pression devient trop forte au bord de notre ancienne goutte, les bords se soulèvent, formant une sorte de petit bol, que l’on aperçoit même à l’œil nu, puis se fissurent. Les « petites boules » sont des poches d’air emprisonnées.

Où sont fabriquées les billes de verre ? Les billes de verre utilisées sont en fait employées dans les industries automobiles, pour polir des pièces, comme les moteurs par exemple. Lors de l’expérience, Mr Bartheloot a utilisé une de ses 3 bouteilles de concentration 2,5 mg pour 100 ml d’eau… Gentiment offerte, par une usine de voitures. Pour l’anecdote, le procédé de fabrication est très compliqué, on utilise des photons, ou des neutrons, je ne sais plus (!) ; Mr Bartheloot a déjà essayé d’en fabriquer… sans succès ! Faire sécher des gouttes d’eau-verre, quelle idée ! Il s’agit en réalité d’un projet financé par l’Armée. On pense pouvoir (après des années de recherches, tout de même) créer des filtres à l’aide de cette technique permettant d’arrêter … des lasers ! Un labo américain travaille également sur ces filtres, mais selon Mr Bartheloot « il n’y a pas de concurrence… les soldats ne combattent pas encore avec des fusils-lasers ! ».

12

Histoire de Sables (Mr Courrech du Pont)

Une petite équipe de MSC étudie des dunes de sable… de 5 cm ! Ils ont en effet créé une manipulation permettant d’observer les déplacements de leurs « bébés barkhanes ». (voir vidéo). Il faut savoir que certaines dunes atteignent 500m de hauteur ! D’où l’intérêt d’en avoir des toutes petites, à portée de main. Une barkhane est une dune de sable en forme de croissant. C’est le vent qui lui donne cette forme arrondie, et emporte les grains de sables du sommet de la dune « en avant » (dans le sens du vent), résultat la dune se déplace, de quelques cm par an, dans la nature ! Un ordinateur prend régulièrement des photos (c’est pourquoi l’expérience est dans une sorte de chambre noire), ce qui permettra de faire un film. Nous savons donc que les dunes de sable se déplacent, dans le désert, en fonction du vent. Dans le Sahara (pour l’exemple, le sable que j’ai observé vient du Maroc), il y a des lacs de sel (étendues de sel, on pourrait aussi dire des « champs » de sel). Or, si une dune de sable « passe » sur un de ces lacs de sel… le sable chante. Pourquoi ? « Et bien on ne sait pas très bien... » vous-répondrait Mr Courrech...

Dunes, Sable qui chante

13

Article sur la cellule biologique (Mr Fournier)

Mr Fournier enseigne à l’Université Paris 7 et est responsable du Master « Physique théorique des Systèmes Complexes ». Il a récemment écrit un article (voir doc joint, en anglais, puisque la grande majorité des articles sont destinés à des revues anglosaxonnes) sur les cellules biologiques. Une expérience a montré que lorsque l’on modifie une partie de l’environnement (dans l’expérience, c’est le l’eau) de la cellule (on injecte grâce à une pipette de la soude), celleci se déforme et éjecte un tube. Le travail de Mr Fournier a consisté à expliquer le « pourquoi » avec l’aide de calculs. Je ne peux rentrer dans les détails car c’est très compliqué et je risque de faire de grosses erreurs mais vous en aurez une petit aperçu dans la partie Calculs, p. 23.

Membrane lipidique Une « cellule biologique » ? Qu’est ce que c’est ? C’est une partie de cellule (comme une poche) dont la paroi est une bicouche (appelée membrane biologique ou lipidique, ou encore bicouche lipidique) de l’ordre de 1µm.

EAU

EAU

1µm Schéma type de la cellule biologique utilisée pour l’expérience. Voir page suivante.

14

Schéma 1

EAU

EAU

EAU

Zoom EAU

Cellule biologique

Bicouche lipidique Schéma 2 Partie fortement attirée par l’eau.

Partie peu attirée par l’eau (gras)

Voici la molécule « lipide » qui compose la bicouche lipidique.

Notre cellule biologique est donc composée de 2 couches qui s’organisent en une seule bicouche, du fait de la présence d’eau à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule (voir schéma 1). Dans l’expérience, on modifie la partie extérieure de la cellule (voir Schéma 3)

Schéma 3 EAU EAU

Soude

{pipette}

EAU Cellule biologique

Pour voir la réaction de la cellule :

Cellule biologique 15

B) Laboratoire AstroParticules et Cosmalogie (APC) Je n’ai passé qu’une demi-journée à APC mais elle a réussi à me séduire. Les différentes équipes de APC travaillent sur l’infiniment grand et l’infiniment petit, leurs recherches sont centrées sur 3 thèmes: la cosmologie et la gravitation, l’astrophysique des hautes énergies, les neutrinos. Après une présentation rapide (une heure et demie !) de l’activité générale de APC (voir vidéo), j’ai rencontré deux membres de projets visant à repérer les ondes gravitationnelles: les projets VIRGO et LISA.

Que sont les ondes gravitationnelles ? Je vais essayer d’expliquer de mon mieux ce que sont les ondes gravitationnelles (en tout cas ce que j’en ai compris…) Lorsque, par exemple, une supernova explose (mort d’une étoile massive), l’espace temps (d’Einstein, décrit dans la Relativité Générale) est déformé sous forme d’ondes, appelées ondes gravitationnelles (on dit aussi les fluctuations de la courbe de l’espace temps). Pour reprendre l’exemple de Mr Auger, chercheur à APC, imaginons un lac, paisible. Si on jette un caillou au milieu de ce lac, on verra apparaitre des ondes (idem pour les gouttes d’huile, décrites précédemment). Maintenant, posons un petit bateau de papier, sur notre lac, et jetons un caillou. Des ondes se forment ; en entrant en contact avec notre bateau, celui-ci va se mettre à tanguer. Maintenant, remplaçons notre bateau par la Terre, le caillou par une grosse explosion et le lac par l’espace. Les ondes produites par l’explosion deviennent des ondes gravitationnelles. Elles sont en réalité produites par les mouvements d’objets massifs, étoiles (voir photo de droite), trous noirs, etc... Le seul « couic » : personne n’en a jamais détecté (« le premier qui les trouve aura le prix Nobel ! » a-t-on répondu à ma question). Plusieurs détecteurs (terrestres, en opposition par exemple au projet spatial LISA) ont été construits dans cette idée : le détecteur germano-britannique GEO, l’ensemble de détecteurs américains LIGO, le détecteur francoitalien VIRGO, l’australien ACIGA... Mais c’est grâce à la collaboration internationale et à d’autres détecteurs en construction, (TAMA, Japon) que l’on pourra détecter les fameuses ondes...

Représentation d’ondes gravitationnelles, provoquées par 2 étoiles orbitant l’une autour de l’autre.

US L P

EN Il existe deux types de détecteurs terrestres : 1.

Les interféromètres à laser où la distance parcourue par la lumière du laser est très longue, tels que VIRGO (décrit pages suivantes, 3 kms), GEO (600 m, à Hanovre, Allemagne/Grande-Bretagne), LIGO (4 km, Hanford et Livingston, USA), TAMA (300 m, Japon), et ACIGA (Australie). La précision atteinte est de l'ordre de la taille d'un atome.

2.

les détecteurs à résonance qui utilisent des barres de forte 16 masse à très basse température, comme EXPLORER et NAUTILUS.

Projet Virgo, l’interféromètre terrestre

J’ai été accueillie par Mr Barsuglia, qui travaille sur le projet VIRGO (on dit le « projet », même s’il est déjà terminé !). VIRGO est un détecteur d’ondes gravitationnelles franco-italien, projet du CNRS et de l’INFN (Italie), situé à proximité de Pise et réalisé avec l’aide de onze laboratoires et instituts internationnaux. Il est constitué de 2 bras de 3 kms de long. Voici le principe (simplifié) de détection de l’interféromètre : (pardonnez mes schémas qui ne sont pas toujours très réalistes).

Br

as

V de

G IR

3k O—

ms

3 miroirs

LASER

Schéma 1: le dispositif

17

LASER

Schéma 2: On en voie un rayon laser sur le premier miroir

LASER

Schéma 3: le miroir central sépare le laser en 2 faisceaux identiques et les envoie sur les 2 autres miroirs.

18

LASER

Schéma 4: à leur tour, les miroirs « n°2 » renvoient les faisceaux laser sur le premier miroir. ..

LASER

Schéma 5: ...qui les « recollent » en un seul faisceau.

Voilà le principe. Or, maintenant, imaginons qu’une onde gravitationnelle soit passée par là entre temps...

19

LASER

L’onde a « allongé » un des deux bras (de moins d’un mm)

LASER

LASER

20

LASER

Les 2 faisceaux restent séparés car l’un est arrivé avant l’autre… Grâce à des capteurs très puissants, on sait ainsi qu’une onde gravitationnelle est passée...

Projet LISA, l’interféromètre spatial

Vue d’artiste

21

« Un des avantages de LISA est d’être situé dans l’espace, on n’a donc pas besoin de créer un « grand vide », comme pour VIRGO. » En effet, pour que les faisceaux lasers de VIRGO restent les plus « naturels » possible, il faut créer un vide artificiel. LISA, lui, sera entouré du vide « naturel » de l’espace. Le principe est à peu près le même que pour VIRGO : 3 plates formes constituées de miroirs qui s’envoient des rayons lasers (voir image ci-dessous), et calculent par la même occasion leur position, orbitant autour Un autre avantage de LISA est d’être « autonome ». En effet, si VIRGO n’est pas sur le passage d’une onde (du fait que la Terre tourne) et bien, il ne la voit pas ! LISA lui, pourra la détecter grâce à ses trois capteurs… Petite précision: les « bras rouges » que l’on voit sur l’image de gauche ne sont pas réels, ils symbolisent juste le passage du rayon laser : encore une fois, LISA n’a pas besoin de gros tuyaux, comme VIRGO (pour créer du vide), les lasers se déplaçant dans le vide. Je me dis, « c’est génial LISA ! Quand est ce qu’il sera envoyé ? » « Eh, bien, me sourit tristement Mr Auger, vers 2018-2020... » (Projet VIRGO, début de construction dans les années 1990-1993, entrée en service : 2007) « Et en attendant, vous allez me dire*, que font les gens comme moi ? reprend-t-il, ils inventent et s’envoient des messages entre eux comme ceux que l’on recevra de LISA, pour vérifier qu’on saura les décrypter… » Vous avez compris l’inconvénient de APC, « Là bas, ils travaillent sur des gros projets (15 à 20 ans de réalisation !). Cela peut paraitre plus attirant de l’extérieur, mais c’est moins rigolo dans la vie de tous les jours » (réaction de Mr Fournier et de son collègue Mr Durant, me décrivant APC, sous-entendu, c’est plus « rigolo » à MSC !) * à noter que Mr Auger est la seule personne qui m’a vouvoyée !

C) L’AG (grève des enseignants-chercheurs) J’ai accompagné mon tuteur à l’Assemblée Générale de l’Université, le mardi aprèsmidi, où a été votée la prolongation de la grève contre le décret sur la réforme des universités. Etaient présents des chercheurs, enseignants-chercheurs, étudiants …. Un tour de parole a été organisé, 4 minutes maximum par personne pour aboutir au vote (tous ont voté pour la reconduction, après 1h30 de débat). Il était prévu (je n’ai pas suivi ce qui a été fait ou non) de fabriquer des grandes banderoles, à suspendre sur le bâtiment. Un étudiant a proposé d’en suspendre une sur la Tour Eiffel, d’autres ont proposé l’Arc de Triomphe ; car ils ont souligné que l’Université est située dans un quartier industriel, et que « personne ne se rend compte que nous sommes en grève », les médias en parlent (ou en parlaient) très peu. La plupart des enseignants-chercheurs sont à « moitié en grève », c'est-à-dire seulement leur partie enseignante. Il a été décidé qu’il faudrait qu’ils aillent en cours pour expliquer aux étudiants les raisons de la grève, les « vrais » cours n’étant pas assurés et d’organiser des rencontres avec le Grand Public ... 22

IV. Calculs A) Mathematica Mathematica est le logiciel utilisé par Mr Fournier (et la majorité du personnel de l’Université, ainsi que les étudiants) pour effectuer des calculs. Les labos possèdent différents systèmes d’exploitation (Linux, Windows, Mac…). J’ai appris à me servir de Mathematica sous Linux . Le fonctionnement de Mathematica est assez simple (le principe, en tout cas). Dans la boite de dialogue, on lui donne des ordres (en anglais !) du type « solve » (« résoud », pour résoudre une équation), « simplify » (« simplifie »), qui peuvent être aussi des symboles, comme « /. » (« remplace », par exemple x par 2). Et une longue équation sur 2 lignes, hop ! En une fraction de seconde, Mathematica nous donne toutes les solutions ! Mais contrairement à ce que l’on pourrait croire, il est utile d’effectuer d’abord les calculs à la main… Car Mathematica ne « réfléchit » pas ! En physique, lorsque l’on a une valeur qui tend vers 0, par rapport à de très grandes valeurs, on peut, tout simplement supprimer cette petite valeur (développement limité), et obtenir par la suite des résultats très « confortables », alors que Mathematica nous donnerait un nombre beaucoup plus compliqué ! (exemple, plus loin au point B). Mais ce logiciel est très utile pour effectuer ou vérifier les gros calculs (voir Article de Mr Fournier, doc

« Mathematica, c’est un logiciel payant ? » (Je demande naïvement.) Eh bien, oui !, me répond Mr Fournier ! Il coûte dans les 2000€ (!) mais il existe des versions moins chères pour les étudiants… Ca aurait été pratique pour les devoirs de maths ! conclut-il.

Il faut savoir qu’il existe d’autres logiciels de calculs performants, dans les mêmes ordres de prix. Mr Fournier m’a aussi expliqué (mais je ne les ai pas vraiment expérimentés) le fonctionnement de Latex (équivalent de Word et Publisher, mais en plus sophistiqué), qui réalise la mise en page optimale tout seul, ainsi qu’un logiciel de modélisation, encore plus compliqué !

A) Cellule biologique : premiers calculs Mr Fournier m’a fait effectuer des « petits » calculs pour m’initier à son travail, que nous avons effectué avec pour base l’expérience de la cellule biologique (voir dans la partie « expériences » page 14). Dans cette première partie, je vais vous décrire le chemin parcouru lors de notre première séance : − nous avons cherché à calculer le rayon central (voir schéma ci-après) de la courbure effectuée par une membrane (de type bicouche de cellule biologique). − Nous avons pour commencé effectué les calculs à la main sur l’un des tableaux du bureau de Mr Fournier, puis nous avons vérifié nos résultats avec Mathematica. En bref, nous nous sommes posés un problème, avons réfléchi, Mr Fournier a trouvé une simplification (« niveau 3e ») et m’a expliqué le « pourquoi » des calculs, que j’ai effectués, sous son œil vigilant. 23

24

25

26

Pour introduire l’énergie, nous allons utiliser l’exemple d’un ressort, accroché à un mur.

Le ressort ne bouge pas, il est à sa position d’équilibre (x), son énergie est nulle.

x

Maintenant, mettons une balle à extrémité du ressort et contractons-le.

l’autre

Pour le contracter, nous avons dû pousser dessus, nous lui avons donné de l’énergie. Par réaction, le ressort va se détendre, une fois lâché et essayer de retrouver son énergie d’équilibre.

Energie négative

x

Energie positive

x

Le ressort a transmis son énergie à la balle, qui file droit devant. Le ressort, lui a dépassé x, c’est son énergie cinétique qui va lui faire faire un mouvement de zigzag, jusqu'à ce qu’il retrouve x.

27

28

29

30

31

V. Opinions personnelles J’ai été très satisfaite de mon stage car j’ai pu observer des métiers qui m’attirent, découvrir de « vrais » physiciens et biologistes, comprendre le rapport physiquemathématiques et ai vu des expériences étonnantes. Le stage s’est déroulé dans la décontraction et le plaisir. A MSC, il règne une très bonne ambiance, les personnes que j’ai rencontrées ont été très pédagogues et essayaient de simplifier leurs explications pour qu’elles me soient compréhensibles (nous n’avons pas beaucoup de notions en physique, en 3e !) Tout le monde se tutoie au laboratoire (autant à MSC qu’à APC) et certains m’ont même proposé d’en faire de même. Les chercheurs sont passionnés par leur métier et adorent parler de leurs recherches. Aucun n’a hésité à me consacrer une ou deux heures pour me présenter et m’expliquer au mieux ses travaux. Mr Fournier a pu « profiter » de ma présence pour mieux découvrir les sujets de travail de ses collègues et avait souvent une petite discussion « compliquée » (incompréhensible…pour moi !) avec eux avant de partir. Il m’a semblé que tous effectuaient un travail qui les passionnaient, et même, les amusaient (plusieurs ont employé le mot « jouer » pour décrire leurs expériences et ont qualifié leur travail de « rigolo »).

M. Fournier m’a accueilli dans son bureau et m’a mis à disposition un ordinateur. Il était très disponible et m’a permis de rencontrer ses collègues de MSC. Il m’a aussi mis en contact avec Mr Robert (chargé de communication à APC) qui m’a présenté quelques personnes de son laboratoire . Mr Fournier m’a sensibilisé au métier de chercheur, plus particulièrement de théoricien. Il m’a accompagné les premiers jours dans ma visite de MSC. Je tiens à le remercier tout particulièrement pour sa patience et sa disponibilité à mon égard. Il m’a permis d’observer son métier d’enseignant-chercheur (la partie « enseignante » étant en grève, et les cours n’ayant pas encore commencé, est restée un peu dans l’ombre). Selon lui, le fait d’être enseignant chercheur est avantageux car on a un poste et un revenu régulier, on peut enseigner ses découvertes, guider des doctorants et on a beaucoup de liberté (choix de recherches, temps consacré à celles-ci). Il faut tout de même noter que la majorité des chercheurs sont des hommes, je n’ai rencontré que 3 femmes (enseignante chercheuse et chercheuses), hormis les étudiantes.

Arrivée à 9h30, j’ai fait « une expérience » par demi-journée environ. Ma journée était ponctuée de petites pauses, pendant lesquelles je recopiais mes notes au propre ou vérifiait des calculs avec Mathematica. La grève des enseignants chercheurs n’a pas eu un gros impact sur mon stage, si ce n’est le jeudi après-midi car une manifestation massive était organisée ; j’ai donc été « libérée» (en contre partie, je suis restée jusqu’à 17h30 tous les soirs). 32

J’ai été surprise par l’ambiance dans le laboratoire : tout le monde se tutoie et les chercheurs ont vraiment l’air de s’amuser (je me répète, je sais, mais je pense que c’est un point très important). Les rapports avec les étudiants m’ont paru très cordiaux (certains nous ont offert du chocolat pendant la pause « café ») ainsi qu’entre les chercheurs en général. Il n’y a pas de gêne à parler de l’article d’untel, à lui demander des explications et même lui proposer des idées ou à commenter ses calculs (« là, j’ai trouvé une petite erreur »)

C ’est magique de voir des gens exercer leur passion tous les jours. Combien de fois mon tuteur m’a-t-il répété que pendant les vacances, sur la plage ou en haut des pistes, il avait une soudaine intuition et qu’il sortait un bout de papier et un crayon pour faire des calculs ?

Je pense que mon seul regret est de n’avoir pas passé plus de temps à APC, car je suis plus attirée par l’astronomie que par la physique appliquée à la biologie. Ce qui n’empêche pas que j’ai demandé à revenir (« Quand tu veux, il faut juste une convention ! »).

33

VI. Sources, liens, vidéo

Sources (Photos) − − − − − − − −

Photos de l’université : http://www.univ-paris-diderot.fr/ Physarum : http://faculty.clintoncc.suny.edu/ ; http:// kentsimmons.uwinnipeg.ca/ ; http://www.aphotofungi.com E coli : http://www.universityofcalifornia.edu Goutte d’huile : http://www2.cnrs.fr/ Goutte qui sèche : photos données par Mr Bartheloot Ondes gravitationnelles: http://www.ambafrance-uk.org VIRGO : http://www.insu.cnrs.fr LISA : http://fr.wikipedia.org/wiki/ ; http/www.apc.univ-paris7.fr

Liens Site de l’université : http://www.univ-paris-diderot.fr/ Site d’APC : http://www.apc.univ-paris7.fr/APC_CS/ Site de MSC: http://www.msc.univ-paris-diderot.fr/site/ E-mail de Mr Fournier, mon tuteur: [email protected]

Sommaire de la vidéo − − − − − − − − −

Environnement de travail L’atelier de MSC Deux salles d’expériences de MSC Les Méduses Cellule biologique Les sangsues La goutte qui sèche Sables (Expérience barkhanes et Sable qui chante) Quelques travaux d’APC

34

EPILOGUE : Le pourquoi du comment du savon Je n’ai pas fini de rédiger mon rapport de stage... - « Ophélia, viens manger ! » Avant de me rendre dans la cuisine, je passe par la salle de bain pour me laver les main. Eau + savon. L’eau, d’accord pour faire partir les saletés, mais le savon ? Pourquoi le savon ?

Voici une molécule de savon. On suppose qu’elle est entourée d’eau, d’où sont organisation circulaire. Exactement comme la molécule lipide, elle est constituée de 2 parties: une qui « aime » l’eau, et une qui « aime » le gras (= saletés).

Fig. 1

« J’aime l’eau ! »

« Moi, je préfère le gras ! » Fig. 2

Plus de secrets ! Les molécules de savon vont emprisonner les saletés (Fig.3) et les emporter avec elle, grâce à l’eau. Si pour vous laver les mains, vous n’utilisez pas de savon, plus aucun intérêt ! Les molécules d’eau ne réagissent pas avec les « saletés »… Bon appétit !

Saleté

Fig.3

35