24 Jan. 2006 Recherche et Innovation 1

Recherche et InnovationVisite au LAPP des étudiants de l’IUP

D. Verkindt

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Quelle recherche scientifiquese cache derrière nos objets quotidiens ?

• Dans notre vie, nous utilisons une foule d’objets divers sans y penser.

• Derrière chacun de ces objets, se trouvent un savoir-faire technologique, des années ou des décennies de recherche appliquée.

• Derrière chacun de ces objets se cachent aussi des siècles de recherche fondamentale, de curiosité humaine, d’imagination.

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Un exemple d’innovation: la machine à laver

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1940: lavage, essorage

1920: premières motorisations

1900: lavage

1900: essorage

Un exemple d’innovation: la machine à laver

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Moteur électrique:Faraday (1821) , Maxwell (1855) ,Hertz (1886) , Ampère, Volta, Edison, …

Axe de rotation:Mécanique, équilibre, frottements solides… doncNewton (1687), Coulomb (1779), etc…

Cuve à linge en inox:Inox = 11% chrome + acier résiste à la corrosion(Le Chatelier XIXe siècle),matériaux composites, étude des liaisons chimiques et des dislocations

Habillage métallique et plastique:Métallurgie, emboutissage, comportement des matériaux…Chimie des polymères et plasturgie (ABS ou Acrylonitrile Butadiène Styrène, PVC ou Polychlorure de Vinyle), modélisation des polymères donc mécanique quantique (1920)

Électronique…

Système de vidange…

etc…

Un exemple d’innovation: la machine à laver

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La recherche fondamentale: base de notre technologie moderne

Tout repose sur…

- la théorie de l’existence des atomes, l’étude du comportement mécanique ou chimique des matériaux et la mécanique quantique…

400 av. JC: Démocrite, Leucippe 1700-1900: Boscovich, Dalton, Avogadro, Gay-Lussac, Perrin, Rutherford…1910-1930: Bohr, Pauli, Dirac, Fermi, Einstein, De Broglie…

Les orbitales atomiques prédites par la mécanique quantique

- mais aussi surl’étude de l’électromagnétisme…

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L’électromagnétisme

Dynamo d’Edison L’ électromagnétisme, c’est:La radio, le téléphone, la télévision, les ordinateurs,les satellites, le cinéma, les CD et DVD, etc…

Mais c’est surtout…

La génération d’électricité:La dynamo convertit l’énergie mécanique en énergie électrique: Faraday (1821) , Maxwell (1855) , Ampère, Volta, Edison, etc…

Le transport de l’électricité:- pertes dans les câbles: Joules (1860), Kelvin (1870),Drude (1900), Kamerlingh Onnes (1911), …- structure des pylônes, résistance des matériaux, résonances:Poisson (1810), Young (1810), Stockes (1860), Eiffel (1900), …

L’utilisation de l’électricité:- elle révolutionne la métallurgie et la chimie industrielle(aluminium, chlorates, fours à aciers spéciaux, électrochimie, etc…)- elle révolutionne la vie courante (notamment la vie nocturne…)- elle est presque devenue un besoin vital.

Dynamo aujourd’hui

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SCIENCES

La recherche fondamentale ne produit rien de concret, aucun bien matériel pour notre vie quotidienne, « seulement » une meilleure connaissance du monde dans lequel nous vivons. Elle doit explorer dans toutes les directions et on ne peut quasiment jamais prédire les applications qui en découleront…

Elle a pourtant:

La recherche fondamentale

des besoins qui font progresser la technologie donc changent la société:- étude du génome développements informatiques, micro et nano technologies - étude des materiaux ultra-vide, sources de lumière…- accélérateurs et détecteurs de particules techniques du vide ou de la soudure, cryogénie, développements de la micro-électronique et de l’informatique (stockages de données importants, calculs massifs et parallèles)

des applications à long terme:- comprendre l’électricité et les aimants radio, télévision, satellites, etc…- comprendre la matière, les atomes électronique, laser, plastiques, imagerie médicale…- accélérateurs et détecteurs de particules radiothérapie, microscope électronique

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Connaissance du monde apportée par la physique des particules

Connaissance toujours plus profonde des « briques » et des « forces » élémentaires:

- celles qui sont cachées dans les matériaux- celles qui sont cachées dans le « feu » des étoiles ou dans le déplacement des astres.- celles qui font évoluer l’expansion de l’Univers ou la rotation des galaxies…

Particules

électrons neutrinos quarks

e e u d

c s

t b

Forces

Force de gravitation (partout)

Force electromagnetique (notre monde quotidien)

Force faible(radioactivite)

Force forte(noyaux atomiques)

Symetries

C P T et beaucoup d’autres…

uud = proton

udd = neutron

neutron

proton

électron

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Apports technologiques de la physique des particules

Utilisation industrielle:Stérilisation, imagerie Implantation ionique,

modifications de surface:Dopage contrôle de semi-

conducteurs; changement des propriétés de surface

Production de radio-isotopes:

Traitement des cancers; imagerie des organes a usage médical

Radiothérapie:Traitement des cancers parrayons X, protons ou d’autres particules

Accélérateurs de recherche:Particules, rayonnement synchrotron utilise en biomédical, physique, chimie, biologie, étude des matériaux

Source: CERN 2004

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Besoins technologiques en physique des particules

- Mécanique: travail de précision sur divers matériaux(denses, cassants, légers, friables…)

- Techniques du vide, techniques de soudure

- Aimants puissants, supraconductivité, cryogénie

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Besoins technologiques en physique des particules

- Electronique et micro-électronique rapide et résistante aux radiations

- Informatique distribuée, puissance de calcul stockage et gestion de grandes quantités de données

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• Une différence floueLes découvertes de l’une et les avancées de l’autre sont souvent intimement mêlées et les deux aboutissent à des notions de savoir-faire et d’enrichissement culturel de la société.

Recherche fondamentale et recherche appliquée

• Une différence netteLa motivation de la recherche fondamentale est de comprendre la nature, par une démarche de prospective et d’essais où un résultat négatif peut aboutir à une découverte majeure.Tandis que celle de la recherche appliquée est une production en série soutenue par une démarche de projet.

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Sans la recherche appliquée, la recherche fondamentale est asphyxiée (plus d’évolution possible des expériences). Elle n’offre rien de concret à la société, aucun avantage matériel aux citoyens.

Recherche fondamentale et recherche appliquée

Sans la recherche fondamentale, la recherche appliquée est sans moteur ou bien ne procède que par empirisme.

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Petite conclusion

• Le moindre objet que vous utilisez a demandé: - des siècles de recherche fondamentale - des années ou des dizaines d’années de recherche appliquée - des années de développements technologiques - des milliers d’heures de conception, de réalisation, de production, de tests… - une consommation d’énergie (souvent électrique) considérable.

• Qu’elle soit fondamentale ou appliquée, la recherche scientifique demande une ouverture d’esprit, une démarche critique permanente, et un espace de liberté.Avant tout bien matériel, c’est ce qu’elle a de mieux à offrir aux citoyens!

• La recherche fondamentale est aujourd’hui comme l’électricité: si elle disparaît, notre société disparaît.