GENNES PIERRE-GILLES DE (1932-2007)

La matière molle

Un autre thème d'intérêt – les cristaux liquides – s'ouvre pour de Gennes et le conduit à mettre en place un nouveau groupe de recherche expérimentale et théorique à Orsay. Ces matériaux organiques sont constitués de molécules allongées comme des grains de riz ; ils forment des phases intermédiaires entre le cristal et le liquide isotrope. Elles avaient été décrites dans les années 1930 par Georges Friedel, qui s'appuyait sur la reconnaissance de leurs défauts. Mais c'est de Gennes qui va donner la description la plus complète des transitions entre les différents états d'ordre, en se fondant sur des correspondances avec les problèmes classiques des transitions ordre-désordre en physique de la matière condensée. De nouveau, à travers le Groupe de cristaux liquides d'Orsay, le chercheur français va stimuler un intérêt renouvelé pour ce domaine et pour ses applications, aussi bien en France qu'à l'étranger. L'ouvrage qu'il écrit sur le sujet en 1974, The Physics of Liquid Crystals, complété ultérieurement avec Jacques Prost (qui lui a succédé à la direction de l'E.S.P.C.I.) fait aujourd'hui encore autorité.

Nommé professeur au Collège de France à trente-neuf ans, il y établit un nouveau groupe d'études sur les polymères, dans un laboratoire qu'il crée et anime. Il élargit son impact direct sur la recherche expérimentale dans ce domaine en associant des équipes du C.E.A. et du Centre de recherches des macromolécules de Strasbourg ainsi que plusieurs laboratoires aux États-Unis. Une tradition forte de recherche physico-chimique sur le sujet existait aussi à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (E.S.P.C.I.), dont il prend la direction à la même époque. Une description unifiée de la statistique des polymères, qui avait été introduite en 1940 par Paul Flory, Prix Nobel de chimie en 1974, restait, en grande partie, à réaliser. Pierre-Gilles de Gennes réussit le tour de force de donner une base microscopique rigoureuse à l'étude des configurations des polymères en solution, rendant compte des effets d'exclusion de ces chaînes repliées sur elles-mêmes, comme dans une marche au hasard. Ce résultat fondamental, qui utilise un prolongement analytique d'un classique problème de magnétisme, dit problème d'Ising, est, à juste titre, considéré comme un des résultats théoriques les plus importants dans son œuvre. En parallèle avec ce travail, il introduit des descriptions physiques simples et fécondes de ces phases constituées de motifs moléculaires simples – les monomères – mis bout à bout un peu à l'image d'une chaîne d^'arpenteur. Pour rendre compte du mouvement d'une longue molécule, enchevêtrée au milieu d'autres et subissant l'effet de forces extérieures ou de l'agitation thermique, de Gennes, parallèlement au physicien britannique Sam Edwards, décrit cette molécule comme un serpent se déplaçant en se tortillant dans le tube constitué ici par l'ensemble des molécules voisines : c'est le concept, apparemment très simple, de « reptation ». Cette description féconde permet, par exemple, de comprendre l'électrophorèse, grâce à laquelle on peut, en particulier, séparer des macromolécules biologiques suivant leur masse moléculaire et leur structure chimique.

De Gennes s'intéressera, plus encore que sur les thèmes précédents, aux prolongements de ses propres études ; il ira chercher dans des problèmes concrets posés par les industriels une inspiration pour ses recherches : Comment des macromolécules greffées sur des grains microscopiques en solution contribuent-elles à la stabilisation des suspensions colloïdales ? Quel est le comportement de molécules se trouvant près d'une surface solide ou greffée sur elle (le nom du physicien[...]