Matière et matériaux : de quoi est fait le monde ?

Que ce soit dans le déplacement, l’alimentation, l’habitat ou encore dans l’art, la science est partout. Le livre Matière et matériaux, de quoi est fait le monde ? (édité chez Belin) aborde de manière ludique et illustrée la science sous toutes ses formes, Pierre Léna de l’Académie des sciences en a rédigé la préface et Michel Serres, de l’Académie française, la postface. Nos invités Béatrice Salviat et Étienne Guyon, co-auteurs de cet ouvrage, fournissent ici de passionnantes explications à l’aide de nombreux exemples.

Matière et matériaux de quoi est fait le monde a nécessité trois ans de travail et a mobilisé pas moins de huit biologistes, chimistes et physiciens qui, à force de rencontres et d'écritures croisées, ont réussi à intégrer, dans leur réflexion sur des questions passionnantes, les apports extérieurs de 80 chercheurs et scientifiques. Une entreprise de longue haleine pour ces « leçons de chose version 2010 » dont le résultat est surprenant : richement illustré, ludique, accessible à tous les curieux de la nature et des innovations technologiques, cet ouvrage est une mine d'informations pour les parents aux enfants jamais à court de « pourquoi » et de « comment », pour les professeurs à la recherche de sciences participatives (enseignement d'exploration au lycée, enseignement intégré de science et technologie au collège), ainsi que pour les collégiens et lycéens férus de découvertes et avides de comprendre le monde qui les entoure.
Cinq thèmes sont déclinés dans une démarche volontairement interdisciplinaire : matière à se déplacer, à se nourrir, à construire, à se vêtir, matière de l’art et de la beauté. Ils sont abordés au cours de cette émission à travers de nombreux exemples, le tout en compagnie de Béatrice Salviat et d'Étienne Guyon.

Matière de l’art et de la beauté

A la base de l’art, il y a la couleur que l’on retrouve dès les origines de l’homme dans les peintures pariétales. Sans remonter si loin dans le temps, arrêtons-nous quelques instants sur un mystère que les scientifiques ont résolu récemment au centre de recherche et de restauration des musées de France au Louvre : l’obtention des pigments vert et bleu à l’époque de l'Égypte antique, si présents dans les vestiges archéologiques.

« A partir de différentes techniques de spectroscopie, de microscopie, et de diffraction de rayons X, les chercheurs ont compris que le vert et le bleu égyptiens étaient obtenus avec des composés calcaires siliceux et cuivreux. Les égyptiens chauffaient leur matériau entre 860°C et 1100°C pendant plusieurs heures, pour donner une masse compacte. La couleur bleue est due à des cristaux d’une matière qui s’appelle la cuprorivaïte. Selon les conditions de chauffage les couleurs pouvaient varier du bleu foncé au bleu pâle. Le broyage plus ou moins fin permettait également d’obtenir des bleus plus ou moins clairs.
Pour le vert, ce sont les mêmes ingrédients mais dans des proportions différentes » nous explique Béatrice Salviat. Grâce à la science ce mystère sur lequel buttaient les archéologues, a été résolu.

Les œuvres d’art subissent l’assaut du temps. Comme nous, elles vieillissent. Pour éviter que les peintures ne se dessèchent (on parle de dessiccation) et finissent par se craqueler, on peut « recouvrir les pigments d’une couche polymérique et faire en sorte que les molécules s’attachent entre elles pour créer une structure continue et compacte, résistante aux aléas du temps » précise Etienne Guyon.
C’est la même chose pour la peau. La science est très active dans les laboratoires de cosmétique pour limiter les effets des agressions. « Au IIe siècle après J.-C., il existait déjà des crèmes de beauté par exemple le « ceratum refrigerans». Nous donnons dans le livre une recette pour élaborer une crème de beauté maison » ajoute Béatrice Salviat.

Matière à se nourrir

Qu’il s’agisse de crème de beauté ou de mayonnaise, le principe est le même : on réalise une émulsion constituée de mini gouttelettes de type huile (hydrophobe) dans l’eau, via un agent intermédiaire amphiphile qui se place à l’interface entre les deux. Lorsque la densité de ces gouttelettes devient élevée, le mélange devient pratiquement solide. C’est le cas d’une bonne mayonnaise « L'huile est l’agent hydrophobe, le vinaigre et le jaune d'œuf (qui contient de l'eau) sont l’agent hydrophile, et la lécithine de l’œuf est l’agent intermédiaire qui va lier l’huile et l’eau » explique Étienne Guyon.

Autre question à laquelle le livre apporte des réponses : Pourquoi les sodas, les bières et les champagnes moussent-ils ? Étienne Guyon s’est intéressé au problème en regardant la différence entre une bulle de champagne qui monte dans le verre en grossissant par inclusion progressive de gaz carbonique dissous et une bulle dans la bière où une paroi fine autour de la bulle initiale empêche celle-ci de grossir. On peut rapprocher ces études de celles sur les mousses « Tout part d’une bulle : de l’air entouré d’une fine peau d’eau elle-même limitée par deux couches de molécules de savon. Si vous mettez des bulles côte à côte, elles s’accolent et forment une mousse. Pour stabiliser une mousse, il faut augmenter la viscosité (pour éviter que les bulles n’éclatent). Elles deviennent de ce fait solides à l’instar de la mousse à raser, qui n’évolue que très lentement au cours du temps ».

Matière à construire

Parmi les matériaux utilisés pour la construction de nos immeubles, le béton est devenu roi. Comment expliquer qu’il soit si résistant ? « Aujourd’hui, on crée des bétons à haute performance dont le secret est le suivant : pour avoir un béton très solide il faut peu d’eau et un mélange astucieux de grains de tailles différentes pour obtenir quelque chose de compact. Aujourd’hui, on sait même construire en laboratoire des ressorts en béton, ce que ne peuvent réaliser les bétons ordinaires qui ne résistent pas quand ils ne sont pas comprimés ! » résume Étienne Guyon.

Matière à se vêtir

Sachez-le, on peut vraiment laver plus blanc que blanc ! Ainsi nous l’explique Béatrice Salviat : « Les fibres de coton au naturel ne sont pas blanc mais jaune pâle. On a donc eu l’idée pour faire du blanc de rajouter un colorant bleu. Du coup, des azurants optiques entrent dans la composition de toutes les lessives. C’est la raison pour laquelle lorsque vous allez danser le soir, l’éclairage UV procure une belle fluorescence bleue à vos vêtements blancs. A la lumière du jour, cette superposition du bleu sur le jaune pâle du tissu donne une impression de blanc éclatant ».

Matière à se déplacer

Dans le déplacement sur le sol, tout est question de frottement. « On appelle cette discipline la tribologie » précise Étienne Guyon. Dans ce sujet très ancien dont on fait remonter les premières études scientifiques à Léonard de Vinci, les avancées technologiques actuelles sont spectaculaires : « On fabrique des pneus dits intelligents : ils frottent peu quand on roule mais ils frottent beaucoup quand on freine. Ces deux fonctions antinomiques sont devenus compatibles » s’enthousiasme l’intéressé.

Mais les plantes aussi se « déplacent ». L’exemple de la samare, ce fruit d’érable qui tombe en tournant comme une hélice d’hélicoptère, est en ce sens intéressante pour les biologistes et les physiciens La chute ralentie qui en résulte lui donne un avantage pour sa dissémination par le vent : « elle interroge aussi les chercheurs d’un autre point de vue : cette aile tourne sur elle-même avec une fréquence de 15 à 30 tours par seconde. On s'inspire en partie de cette petite samare pour envisager des applications technologiques : des drones, des parachutes... » précise Béatrice Salviat.




||Zoom sur le bonbon « Mentos » dans la bouteille de soda||
|Pourquoi une fontaine de mousse jaillit-elle d’une bouteille de soda lorsque l’on y dépose un bonbon de type « Mentos »?|
|Etienne Guyon : Le bonbon, lorsqu’il se désagrège dans le soda, donne naissance à de nombreuses petites particules qui vont permettre de nucléer des bulles de gaz carboniques qui sont dissoutes dans le liquide (12 litres de gaz carbonique en moyenne dans 1 litre de soda !). Ces petites bulles vont se développer et monter en mousse pour faire jaillir le gaz. C’est le principe de la nucléation.
Pour le champagne, il semble que ce soient de tout petits résidus de tissus ayant servi à nettoyer la coupe de champagne qui provoquent beaucoup de bulles en surface… !|



Écoutez dans cette émission les explications détaillées de Béatrice Salviat et d'Étienne Guyon, tirées de l’ouvrage Matière et matériaux, de quoi est fait le monde ? .
Auteurs (par ordre alphabétique): Etienne Guyon, Alice Pedregosa, Roland Poss, Dominique Rojat, Béatrice Salviat, Jean-Claude Tolédano, Bernard Valeur, Thomas Widemann. Coordination éditoriale: Christian Counillon.
Pierre Léna de l'Académie des sciences a préfacé le livre ; Michel Serres de l'Académie française en a rédigé la postface.

Béatrice Salviat est biologiste, chargée de mission à l’Académie des sciences et professeur au lycée Louis-le-Grand à Paris.

Etienne Guyon est physicien, chercheur à l'Ecole supérieure de physique et chimie (ESPCI, Paris), directeur honoraire du Palais de la découverte.



En savoir plus :


La délégation à l'éducation et la formation (DEF) de l'Académie des
sciences mène un projet d'enseignement intégré de science et technologie, dans le sillage de La main à la pâte au collège. Pour aller plus loin, consulter leur site : http://science-techno-college.net

Etienne Guyon, Alice Pedregosa, Béatrice Salviat, Matière et matériaux : De quoi est fait le monde ?, édition Belin 2010