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Bernard Derrida / détail d'un graphique représentant le mouvement brownien

Physique statistique

58 min
À retrouver dans l'émission

Quels sont les enjeux & les apports de la physique statistique? "Une des forces de la physique statistique est d'inventer et d'analyser des modèles aussi simples que possible pour décrire la réalité" explique Bernard Derrida pour la leçon qui nous introduit à ce domaine de recherche très important.

Bernard Derrida / détail d'un graphique représentant le mouvement brownien
Bernard Derrida / détail d'un graphique représentant le mouvement brownien Crédits : Patrick Imbert / Collège de France / WikiCommons

Comment retrouve-t-on « sous des appellations différentes les mêmes lois statistiques, que l’on soit physicien des verres de spin ou statisticien de l’évolution? Comment concilier notre compréhension des interactions entre les briques élémentaires de matières (comme les atomes ou les molécules), qui sont régies par des lois étranges), avec la réalité et la complexité des phénomènes observables dans le monde qui nous entoure ?

Avec cette dernière question, voilà l’objet de la physique statistique que nous présente, Bernard Derrida titulaire justement de la chaire de « physique statistique » pour sa leçon inaugurale. Le physicien théoricien qui a été chercheur au Centre nucléaire de Saclay avant d’enseigner comme professeur à l’université Pierre-et-Marie-Curie et à l’École normale supérieure, explique dans sa présentation pour le Collège de France :

"Une des forces de la physique statistique est d'inventer et d'analyser des modèles aussi simples que possible pour décrire la réalité. Le principe général est de partir des interactions entre les constituants élémentaires que peuvent être les atomes ou les molécules et d’en déduire les propriétés des objets perceptibles à notre échelle.

Mais la compréhension de ce pont entre le monde microscopique et le monde macroscopique ne se limite pas à la matière inerte et peut être utile dans bien d’autres domaines. Dès que l’on s'intéresse à un grand nombre d'agents en interaction, qu'il s'agisse de réactions entre espèces chimiques, de diversité génétique dans une population, de courants d'opinions dans les réseaux sociaux, de trafic routier ou de dynamique collective d'ensembles de neurones, les méthodes de la physique statistique peuvent être mises en œuvre"

Il ajoute :

"Cette capacité à modéliser suscite des collaborations et des échanges de plus en plus nombreux avec des chercheurs d'autres disciplines comme les mathématiques, la chimie, les sciences du vivant ou les sciences sociales."

Dans sa leçon inaugurale après avoir montré la diversité des apports depuis l’apparition de la physique statistique avec les travaux de Ludwig Boltzmann et de James Maxwell jusqu’aux dernières avancées, il peut se féliciter des « échanges souvent féconds ». « Quelle satisfaction dit-il quand notre regard de théoricien aboutit à un progrès, même mineur, dans une autre discipline ! »

Quand Bernard Derrida a reçu, la médaille Boltzmann en 2010, le communiqué du CNRS, mettait en valeur :

« sa capacité unique à formuler un problème générique qu'il tente ensuite de résoudre par une association puissante d'astuce mathématique et d'approche numérique exacte ». « Ses travaux les plus connus, précisait-on encore, portent sur les systèmes désordonnés, les verres de spin (c'est-à-dire des alliages métalliques comportant un petit nombre d'impuretés magnétiques disposées au hasard), et l'obtention de solutions exactes de modèles prototypes hors d'équilibre. Il a aussi formulé et résolu ce qui est maintenant connu comme « le modèle d'énergie aléatoire de Derrida », une version étonnamment réduite d'un système désordonné qui, néanmoins, en présente les caractéristiques principales. »

Avant d’entendre Bernard Derrida nous dire sa fascination, quand il « enseigne la théorie du mouvement Brownien », pour « ce miracle de la science qui fait que la compréhension de phénomène en apparence aussi mineur que le mouvement d'un grain de pollen dans l'eau puisse avoir autant de retombées fondamentales sur d'autres domaines de la science », c’est le physicien Antoine Georges qui a porté sa candidature au Collège de France qui nous introduit à cette leçon inaugurale et aux enjeux de la physique moderne, le 10 décembre 2015.

La leçon inaugurale de Bernard Derrida est publiée chez Fayard sous le titre « Physique statistique. La flèche du temps et le hasard » en 2016.

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