La physique n'est pas la discipline préférée de tout le monde. A l'iLab de l'Institut Paul Scherrer PSI, les élèves découvrent cette matière autrement: en effectuant des expériences plutôt qu'en apprenant des formules par cœur.
Lorsqu'il explique l'utilité de la spectrométrie à ses jeunes hôtes, Beat Henrich évoque volontiers le Big Bang. Si nous savons que notre univers est en constante expansion, souligne-t-il devant les dix-sept élèves invités au laboratoire des élèves iLab, c'est uniquement parce que nous pouvons mesurer la lumière d'autres galaxies.
Et le directeur de l'iLab de poursuivre: Mais comme tous les processus à l'œuvre dans le cosmos ne peuvent pas être expliqués par de la matière produisant ou réfléchissant de la lumière, on étudie actuellement la ‹matière noire›, la grande énigme dans l'histoire de la genèse de l'univers. Si vous faites une découverte dans ce domaine, vous aurez des chances de décrocher le prix Nobel.
Une future lauréate du prix Nobel se trouve-t-elle parmi les jeunes visiteurs? Ou un futur chercheur de pointe? Michael Portmann, professeur de physique au gymnase Alpenquai de Lucerne, scrute brièvement les élèves des deux classes de maturité avec lesquelles il a fait le voyage au PSI. On ne peut bien sûr pas le dire pour l'instant, relève celui qui enseigne la physique depuis quinze ans et sait qu'une poignée de ses anciens élèves ont ensuite étudié cette discipline. Mais on peut voir ici qui est ouvert à la recherche.
Susciter de l'enthousiasme pour la physique chez les jeunes, tel était le souhait des chercheurs du PSI qui ont fondé l'iLab en avril 2008. Le laboratoire des élèves de l'Institut Paul Scherrer doit servir de fenêtre sur le monde de la recherche pour les écoliers. Comme matière scolaire, la physique n'a guère la cote
, note Anita Walther, la suppléante de Beat Henrich. Il ne s'agit pas seulement d'aborder la discipline de manière théorique, mais aussi d'offrir l'infrastructure nécessaire. Dans beaucoup d'écoles, le matériel permettant à toute une classe d'effectuer des expériences fait défaut
, poursuit-elle. Au sein de l'iLab, les jeunes de tous niveaux scolaires peuvent se familiariser de façon ludique avec la physique. Les écoliers du primaire observeront ainsi comment un réveil à la sonnerie stridente reste silencieux dans une chambre sous vide, parce que, sans air, le son ne se propage pas.
Trois huiles d'olive
Les gymnasiens lucernois effectuent une expérience de spectrométrie d'un niveau déjà avancé. Aux instruments de mesure, un faisceau lumineux est diffusé sur la face inférieure d'un CD et génère un arc-en-ciel enregistré sous forme de diagramme en courbe sur l'ordinateur portable. A gauche, huit garçons de la classe avec option mathématiques et physique
ajustent leurs appareils de spectrométrie; à droite, quatre filles et cinq garçons de la classe avec option biochimie, arts visuels et sport
. Cette répartition entre les sexes est typique.
La physique a longtemps été un domaine masculin, rappelle Michael Portmann. Cela se reflète encore dans le langage.
Il essaie de corriger ce biais en choisissant plutôt des vélos que des voitures, lorsqu'il donne des exemples de vitesse. Anita Walther connaît également le phénomène lors des expériences menées à l'iLab: Les garçons lèvent plus souvent la main, même si les filles connaissent aussi la réponse.
C'est pourquoi il lui arrive de séparer les classes. Les filles osent alors plus facilement intervenir.
Un sondage auprès des jeunes présents montre que la seule personne qui pense sérieusement étudier la physique est une gymnasienne en filière sport
. La physique est liée aux choses du quotidien, estime Alisha Baumgartner. Par exemple, lorsqu'on veut optimiser les mouvements des sportifs de haut niveau.
L'expérience suivante est elle aussi liée au quotidien: il s'agit d'huile d'olive. Trois bouteilles d'apparence identique se trouvent sur une table, et leur contenu est conditionné dans des ampoules. En petits groupes, les élèves exposent ensuite les ampoules à un faisceau lumineux. Les courbes sur l'ordinateur portable signalent que les huiles laissent passer différentes quantités de lumière. A quoi est-ce dû? Quelle substance contiennent des fruits comme les olives?
, questionne Beat Henrich. La réponse fuse: De la chlorophylle.
Beat Henrich charge alors les jeunes d'effectuer un test comparatif avec des herbes se trouvant sur l'esplanade de l'iLab. Alisha Baumgartner et sa collègue Salomé Häcki extraient la chlorophylle au moyen d'un mortier et d'un pilon, la mettent dans une ampoule et placent celle-ci dans le porte-échantillon. Une nouvelle courbe apparaît juste au-dessus des trois autres. Est-ce que quelqu'un connaît le facteur qui fait la différence?
, demande le directeur de l'iLab. C'est l'âge
, répond un des jeunes. Beat Henrich acquiesce et désigne les trois bouteilles d'huile d'olive. Elles ont chacune une date de péremption différente, dévoile-t-il. Notre expérience nous a montré qu'il est parfois possible de mesurer l'âge de certaines matières grâce à la lumière.
Alors que les étudiants s'échappent pour la pause de midi, il se dit impressionné: les choses sont allées très vite cette fois-ci; généralement, il faut un moment avant que la bonne réponse ne soit trouvée.
Des recherches de longue haleine
Durant l'après-midi, la concentration baisse lentement, et les élèves se rendent au Centre de visiteurs ainsi qu'à la Source de Lumière Suisse SLS, où des chercheurs s'activent autour de grands appareils. Tout le monde, ici, a l'air tellement intelligent
, chuchote un étudiant, pendant que Beat Henrich explique comment les aimants maintiennent des électrons sur une trajectoire circulaire à une vitesse frôlant celle de la lumière.
La visite se termine dans l'un des containers de contrôle sans fenêtre dans lesquels les chercheurs travaillent pendant leurs expériences. Sur une tablette située au-dessus des bureaux sont déposés les témoins d'expériences particulièrement réussies: une collection de bouteilles de vin vides, sur les étiquettes desquelles sont tracées les structures moléculaires décryptées. C'est la récompense du chercheur, après des mois de labeur minutieux pour produire un cristal qui sera finalement détruit en quelques minutes par un faisceau de rayons X produit par synchrotron
, indique Beat Henrich. Lui-même ancien chercheur, il sait que le travail scientifique est une tâche de longue haleine.
Et, qui sait, il reste malgré tout possible qu'un des jeunes participants d'aujourd'hui étudie un jour la matière noire de l'univers. En tout cas, Alisha Baumgartner n'a pas abandonné son idée d'étudier la physique.
Texte: Joel Bedetti
