Ressources Dossier Lycée PPhysique : une recherche multimillénaire, sans cesse renouvelée | Un dossier Pop’Sciences et CNRS © Emilie Josse En son temps, Isaac Newton confiait « si j’ai pu voir plus loin, c’est que je me tenais sur les épaules de géants ». L’intellectuel britannique s’inscrit dans une immense lignée de physiciennes et de physiciens qui n’ont eu de cesse de bouleverser notre compréhension des phénomènes naturels. L’Année de la physique est l’occasion de revenir sur cette épopée scientifique et de découvrir certains des travaux les plus récents et innovants. © Emilie JossePoussée par sa curiosité et son désir de compréhension des phénomènes naturels, l’humanité s’est toujours efforcée de décrire et percer les mystères de l’Univers qui l’entoure. C’est ainsi qu’est née la physique, une discipline qui explore les lois fondamentales régissant la matière, l’énergie et les forces qui animent notre monde. L’histoire de la physique se lit comme un récit fascinant fait de découvertes, de théories révolutionnaires et de progrès scientifiques qui ont transformé notre perception du monde, et qui continuent à le faire. L’Année de la physique, qui prend forme tout au long de l’année scolaire 2023-2024, est l’occasion de mettre en lumière cette histoire, ainsi que les grandes avancées et les enjeux contemporains de la recherche en physique. Cet évènement est une occasion sans pareille pour découvrir ou redécouvrir l’intérêt de la discipline et l’étonnante diversité des sujets qu’elle explore. Une aventure scientifique multimillénaire La physique prend racine dès la Préhistoire, spécifiquement au cours du Néolithique entre 9 000 et 2 500 ans avant l’ère commune (AEC). Désireux de comprendre les phénomènes physiques de leur monde, les humains d’alors ont notamment scruté les astres, décrit leurs mouvements et créé les premiers instruments de mesure du temps. En mettant en œuvre l’élément constitutif de toute démarche scientifique – l’observation – ils ont pu suivre les saisons, rythmer les périodes agricoles et commencer à se sédentariser. Par la suite, les savants de l’Antiquité grecque ont magnifié cette « science des phénomènes naturels et de leurs évolutions ». Ainsi, Thalès de Milet (625 – 545 AEC), bien qu’il soit plus connu pour son théorème mathématique sur les triangles semblables, fut l’un des premiers penseurs à introduire la pensée rationnelle pour expliquer les causes des phénomènes naturels. On lui doit notamment le concept « l’eau est la cause matérielle de toute chose », qui démontre un détachement des explications mythologiques encore très prégnantes à l‘époque. Plus tard, Aristote (384 – 322 AEC) émit les premières théories du mouvement dans son traité La physique. Ses intuitions et ses méthodes ont jeté les bases de la pensée scientifique sur les phénomènes naturels et inspiré des dizaines de générations de scientifiques jusqu’à la Renaissance et l’émergence de la physique moderne. Une révolution peut en cacher une autre L’histoire de la physique est jalonnée de révolutions intellectuelles. Une des principales s’est déroulée entre le 16e et le 17e siècle avec les travaux des premiers grands noms de la physique moderne parmi lesquels Johannes Kepler, Nicolas Copernic, Galilée, ou Isaac Newton. À ces esprits visionnaires nous devons, en outre, de nouveaux paradigmes en mécanique céleste et en instrumentation astronomique (la lunette galiléenne), ainsi que la loi fondamentale de la gravitation universelle (la pomme qui chute sur la tête de Newton) et celles du mouvement. Leurs contributions ont permis des avancées spectaculaires dans les domaines de l’astronomie, de la mécanique et de l’optique. Dans le même temps, l’ère de la science moderne prenait forme dans le sillage des écrits de René Descartes sur la méthode (induction, déduction), tandis que Blaise Pascal esquissait les premières notions de pression atmosphérique (au sommet du Puy-de-Dôme). Sur les épaules de ces géants, des générations de scientifiques se sont succédées pour observer, décrire et modéliser une infinité de phénomènes physiques optiques, mécaniques, électriques, thermodynamiques, acoustique, jusqu’à l’essor de la physique moléculaire, puis celle de la radioactivité entre le 19e et le 20e siècle. Au tournant des grands conflits mondiaux, d’autres percées scientifiques ont à nouveau révolutionné notre perception de l’Univers et de la réalité. Les théories de la relativité générale d’Albert Einstein et de la mécanique quantique ont ainsi entraîné des bouleversements majeurs dans notre compréhension fondamentale de la matière, du cosmos et du temps, depuis l’infiniment petit jusqu’aux immensités des corps célestes. Eveiller la curiosité Aujourd’hui, la physique se révèle plus dynamique que jamais, portée par une communauté scientifique mondiale passionnée et engagée. Des tableaux des salles de classe jusqu’aux très grands instruments, elle participe à la résolution des grands défis de notre époque, qu’ils soient environnementaux, énergétiques, sanitaires ou technologiques. « Rien dans la vie n’est à craindre, tout doit être compris » proposait Marie Skłodowska-Curie, la première et seule physicienne doublement nobélisée ! Les femmes, aussi, ont marqué l’histoire de cette discipline. Lise Meitner (fission nucléaire), Maria Goeppert-Mayer (mécanique quantique, également nobélisée) ou encore Claudine Hermann (physique des solides), comptent parmi les nombreuses physiciennes qui perfectionnent notre compréhension du monde et encouragent les carrières scientifiques pour toutes et tous. C’est dans cet esprit que s’inscrit l’engagement de Pop’Sciences et de la délégation Rhône Auvergne du CNRS en cette Année de la Physique. Nous proposons une série de six articles reflétant la diversité et la richesse de la recherche en physique, menée à l’institut Lumière Matière (unité CNRS, université Claude Bernard Lyon 1) et au Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon (unité CNRS, ENS de Lyon). Ils offrent un aperçu des travaux en cours et des avancées les plus récentes en thermodynamique, en mécanique des fluides, en catalyse photochimique, ou encore sur l’étude de nouveaux états de la matière. À travers ce dossier, nous espérons inspirer les curieux de sciences, montrer la surprenante diversité des métiers de la physique et éveiller la curiosité des jeunes élèves. Article rédigé par Samuel Belaud, journaliste scientifique – mai 2024 lles RESSOURCES du dossierDans ce dossier, nous vous invitons à découvrir un aperçu des travaux en cours et des avancés récentes de physiciennes et physiciens lyonnais. Pour chaque article, les liens avec les programmes scolaires sont proposés.#1 : La nanofluidique : une physique pour la filtration et l’énergie – Publié le 13 mai 2024© Pauline PetitDe récents travaux de physiciens révèlent des phénomènes surprenants dans la dynamique des fluides à l’échelle nanométrique. Certains des mécanismes découverts pourraient être utiles à la filtration des liquides et à la production d’électricité propre et durable.LIRE L’ARTICLE #2 : L’art de contrôler la chaleur à l’échelle nanométrique – Publié le 13 mai 2024©courtesy of Elettra Sincrotrone Trieste Dans le monde infiniment petit des nanomatériaux, la propagation de la chaleur suit sa propre logique. Des physiciens s’attèlent à comprendre et maîtriser cette drôle de dynamique thermique et ouvrent la voie à des avancées technologiques cruciales, notamment pour relever les défis de l’efficacité et de la transition énergétique. LIRE L’ARTICLE #3 : Les stupéfiantes propriétés des bactéries magnétotactiques – Publié le 13 mai 2024© Rémy FulcrandSi les ballets aériens des nuées d’oiseaux vous fascinent, vous serez certainement captivés par les comportements collectifs d’autres organismes, bien plus petits, mais non moins surprenants : les bactéries magnétotactiques (BMT). Récemment découvertes, les physiciens s’intéressent de près à leurs propriétés, notamment leur capacité à se déplacer en suivant les lignes du champ magnétique terrestre. LIRE L’ARTICLE #4 : La nage bactérienne et la discrète révolution de la matière active – Publié le 13 mai 2024© Raman Oza – PixabayConnues pour leur capacité de nage autonome et leurs intrigants comportements collectifs, les bactéries passionnent les physiciennes et physiciens. En décryptant leurs stratégies singulières de déplacement, une équipe de recherche ouvre des perspectives inédites pour l’utilisation de la matière et la conception de nouveaux matériaux. LIRE L’ARTICLE #5 : La photocatalyse promet d’accélérer la transition énergétique – Publié le 13 mai 2024© Jean-Claude MOSCHETTI / ISCR / CNRS Images Un projet de recherche allie chimie et physique pour exploiter les propriétés de la lumière et du molybdène, métal abondant et peu coûteux, afin de catalyser des réactions chimiques clés dans le cadre de la transition énergétique. LIRE L’ARTICLE #6 : Coup de froid sur le magnétisme : les glaces de spin – Publié le 21 novembre 2024Générée par IAL’étude à très petite échelle de certains matériaux ferromagnétiques montre que les atomes qui le composent se comportent comme de microscopiques aimants qui, à très basse température, s’agencent en une structure magnétique ordonnée et régulière. Dans certains de ces matériaux appelée « glace de spin », on ne trouve pas d’ordre ferromagnétique absolu, même aux plus basses températures. On parle alors de magnétisme frustré.L’étude de ces matériaux permet de mieux comprendre les propriétés fondamentales de la matière, mais fait aussi émerger des phénomènes nouveaux qui laissent entrevoir de futures applications technologiques et industrielles.LIRE L’ARTICLE—————————————————————mmerci !Ce dossier a été réalisé grâce à la collaboration de différents scientifiques de l’Université de Lyon. Nous les remercions pour le temps qu’ils nous ont accordé.Anne-Laure Biance, chercheuse CNRS à l’institut Lumière Matière (unité CNRS | Université Claude Bernard Lyon 1)Valentina Giordano, chercheuse CNRS à l’institut Lumière Matière (unité CNRS | Université Claude Bernard Lyon 1)Cécile Cottin-Bizonne, chercheuse CNRS à l’institut Lumière Matière (unité CNRS | Université Claude Bernard Lyon 1)Luke Macaleese, chercheur CNRS à l’institut Lumière Matière (unité CNRS | Université Claude Bernard Lyon 1)Thomas Gibaud, chercheur CNRS au Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon (unité CNRS | ENS de Lyon)Peter Holdsworth, enseignant-chercheur au Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon (unité CNRS | ENS de Lyon)ppour aller plus loin :Nous vous proposons une sélection de ressources accessibles en ligne pour vous et vos élèves.Espace ressources du site web de l’Année de la Physique 23-24Articles, podcasts, documentaires, ouvrages… Accédez à une multitude de contenus pour mieux comprendre notre monde au travers des recherches en physique.Chaîne YouTube de Julien BobroffPhysicien au Laboratoire de physique des solides (unité CNRS / Université Paris-Saclay) et professeur à l’Université Paris-Saclay, Julien Bobroff cherche à renouveler l’image de la physique auprès du plus grand nombre. Il anime une équipe de recherche, « La Physique Autrement », qui développe de nouvelles façons de vulgariser et d’enseigner les sciences.Chaîne YouTube Physique et chimie – Collège de FranceLa chaîne Physique et chimie donne à voir tous les enseignements donnés par les professeurs du Collège de France spécialistes de ces domaines ainsi que les séminaires et les colloques, les archives et les vidéos les plus récentes.Chaîne YouTube Le Prof de PhysiqueChaîne YouTube d’un professeur de physique et de chimie qui propose des vidéos de cours de rattrapage à destination des élèves.
