En lisant des livres d’histoire des sciences, on pourrait croire que la science ne progresse qu’avec des Marie Curie, des Darwin et des lauréat·e·s de prix Nobel. Mais la science avance aussi - et peut-être surtout - grâce à des millions de modestes acteurs et actrices de l’ombre: chercheur·se·s, bien sûr, mais aussi professeur·e·s, inventeur·se·s, instituteur·trice·s, technicien·ne·s, amateur·trice·s, etc., qui mettent leur engagement et leurs convictions au service de la science et de sa diffusion. Au travers de quelques entretiens, nous voulons présenter diverses facettes vivantes de la science incarnée par des personnes passionnées.
Ce mois-ci, rencontre avec un physicien du Von Karman Institute (VKI), à Rhode-Saint- Genèse, spécialisé en mécanique des fluides: Olivier Chazot.
Éduquer: Qu’est-ce que la mécanique des fluides et le von Karman Institute?
Olivier Chazot: La mécanique des fluides, c’est la branche de la physique qui s’occupe de comprendre les écoulements des liquides et des gaz. Faire voler un avion, étudier la structure d’une fumée de cigarette, sont des problèmes de mécanique des fluides. Il s’agit de décrire des phénomènes comme la viscosité, les tourbillons, la propagation d’ondes, la turbulence, etc. Dès sa création en 1956, le VKI a été «La Mecque» de la mécanique des fluides, et cela jusque dans les années 2000. Il était un passage obligé pour les physiciens dans ce domaine. C’est d’ailleurs ici qu’a volé le premier hélicoptère de l’Histoire. Aujourd’hui, d’autres laboratoires se sont développés, mais nous gardons une position de référence et une importance internationale avec nos trois départements: Aéronautique et Aérospatial, Turbomachine et Propulsion, Environnement et mécanique des fluides appliquée.
Nous visitons une grande soufflerie, la plus grande de Belgique. Au milieu de ce gigantesque courant d’air de trois mètres de diamètre dont la vitesse est parfaitement contrôlée, on a placé une maquette d’aile d’avion. Sur le bord d’attaque de l’aile, Olivier me montre des petites choses noires…
O.C: Tu vois ce qui est collé, là? Ce sont des mouches mortes. On les a fixées pour les besoins de l’expérience. Sur un avion, les insectes génèrent des instabilités et dérangent pour le décollage. La transition vers la turbulence va arriver beaucoup plus tôt et la consommation de carburant va fortement augmenter. Mes collègues regardent comment souffler pour que les mouches n’impactent pas, ou bien étudient des revêtements où elles ne se collent pas. Dans l’idéal, les avions doivent voler sans faire de bruit, avec moins de consommation, et sans toucher les mouches!
Un peu plus loin, je vois une maquette d’habitation ancrée sur un roc au milieu de neige artificielle.
O.C: Imagine que tu veuilles construire une station en Antarctique. Il y a le froid, la neige, les vents «catabatiques»[1] , qui peuvent souffler à plus de 300 km/h. Alain Hubert, l’explorateur polaire, est venu nous voir pour que nous testions différentes architectures dans ce milieu extrême. Il a découvert là-bas un petit roc qui dépasse, où on peut s’ancrer. Il nous a demandé de dessiner la station. On a reproduit la topologie des lieux, et on a regardé les vents dominants, l’érosion, l’accumulation de la neige, le bon positionnement des panneaux solaires, etc. Nous avons proposé un bâtiment, un positionnement, une forme. Voilà le genre de choses que nous faisons ici en mécanique des fluides appliquées.
Juste au-dessus du morceau d’Antarctique, je reconnais une maquette de paysage bruxellois familier…
O.C: La place du Luxembourg et le Parlement européen. L’esplanade est axée sur les vents dominants, elle est configurée comme une véritable soufflerie! Il y avait un effet de micro-climat, des portes qui s’arrachaient. Nous leur avons proposé un système de pylônes pour diminuer les courants d’air. Avec des piliers, l’énergie du vent est dissipée, et on crée une zone beaucoup plus tranquille. De même, dans un jardin, si on veut éviter le vent, un grillage avec des buissons sera bien plus efficace qu’un mur. Quand le vent traverse de petits obstacles, cela crée des tourbillons de plus en plus petits qui dissipent l’énergie du vent. Donc nous avons fait cette maquette, et mesuré l’effet de nos pylônes sur la vitesse du vent. Nous avons préconisé de mettre quelques piliers, ce qui a été fait. Les architectes les ont surmontés d’un anneau pour des raisons esthétiques et de circulation.
Éduquer: Tu parles de choses corrigées après coup, mais est-ce que les concepteurs s’adressent à vous avant la conception du bâtiment?
O.C: Oui, par exemple, pour la gare de Gand, ou pour la tour Madou. Pour cette tour, les ingénieurs nous ont consultés pour nous faire tester trois projets différents. On leur a dit, «prenez tel projet, il minimise les courants d’air». Et finalement, ils ont construit le pire des trois modèles! Nous sommes consultés, mais on ne tient pas toujours compte de notre avis. Il y a sans doute d’autres contraintes».
Éduquer: J’ai en effet beaucoup de mal à circuler là-bas en vélo. Je dois souvent mettre pied à terre. Que se passe-t-il?
O.C: Les tours rabattent vers le sol les vents circulant à une centaine de mètres d’altitude. Si en plus il y a un effet d’entonnoir entre deux bâtiments, alors le vent atteint des vitesses très élevées. Il se produit le même phénomène au pied de la tour «Villa in the sky» près de l’Avenue Louise, ou bien porte de Namur.
Éduquer: Je suis un peu étonné de l’importance toujours actuelle des souffleries. J’imaginais que la plupart de ces calculs étaient faits par ordinateur. Ne suffit-il pas de résoudre numériquement les équations de la mécanique des fluides pour connaître les vitesses, les pressions, etc?
O.C: Ces équations sont un casse-tête mathématique: elles sont presque toujours insolubles notamment quand on doit prendre en compte la turbulence. On peut alors, en effet, recourir à l’ordinateur pour avoir des solutions approchées, mais ce n’est pas si facile. Sans rentrer dans les détails mathématiques, il y a énormément de difficultés qui apparaissent. Par exemple, en haute atmosphère, il y a une région où il n’y a pas d’équation correcte pour décrire ce qui se passe. En fait, dans cette zone, on n’a pas d’outil mathématique fiable pour savoir exactement comment un satellite qui retombe se comportera! Ceci nous emmène un peu loin sur le plan technique, mais c’est pour dire qu’il y a énormément de choses qui nous échappent, et que les solutions numériques ne peuvent pas tout. Les expériences en soufflerie sont donc indispensables pour comprendre certains phénomènes. Dans une soufflerie, la Nature résout l’équation pour toi. Regarde par exemple une fumée de cigarette: on peut la voir comme une courbe. Cette courbe, c’est aussi une ligne mathématique, qui représente une solution à l’équation. La Nature, finalement, a en elle la solution qu’on cherche. Une soufflerie, c’est donc finalement une machine à résoudre les équations.
Éduquer: En quoi consiste ton travail?
O.C: Je travaille dans le département aérospatial, sur des sujets concernant le retour de navettes spatiales. En 1957, les Russes envoient le premier satellite non habité Spoutnik. Ils résolvent donc la question de la propulsion. Mais ensuite se pose le problème du vol habité: comment revenir? C’est difficile, car le retour d’un satellite se fait à une vitesse d’environ 7 km/s (25 000 km/h). Un retour de la Lune ou de Mars se fait à des vitesses encore deux fois plus grandes! Lorsque tu reviens de la Lune à 50 000 km/h et que tu arrives dans l’atmosphère terrestre à 100 km d’altitude, tu chauffes à 10 000°C. Il se produit plusieurs phénomènes physico-chimiques très complexes, qui contribuent au réchauffement de la navette. Il faut donc trouver des solutions pour évacuer cette chaleur, sans quoi tout finit par brûler.
Éduquer: Qu’est-ce qui est difficile dans ton métier?
O.C: C’est peut-être la dictature de l’économie sur la recherche. On est parfois contraint de travailler pour un monde que l’on n’a pas vraiment choisi. C’est comme un musicien qui sort du conservatoire, qui aurait envie de faire entendre la musique qu’il aime, mais il doit souvent faire de la musique plus «commerciale» pour vivre. Pour moi c’est un peu pareil. Mais je ne veux pas faire le grincheux, il y a toujours de belles surprises avec la recherche.
Éduquer: Qu’est-ce qui est gai dans ton métier?
OC: Interroger la Nature. C’est chercher à simuler au sol ce qui se passe là-haut. Qu’est-ce que ça veut dire de reproduire en labo ce qui se passe à l’extérieur? Je dois faire des maquettes, mettre à mon échelle, manipuler la Nature, la réduire: c’est le projet cartésien. Mais mettre à l’échelle, c’est plus compliqué que juste «faire tout en petit». Il y a des choses qui ne peuvent pas se miniaturiser. Par exemple, une réaction chimique, ce sont des atomes qui réagissent, on ne peut pas miniaturiser cela. Donc comment faire? On ne peut quand même pas tester une navette spatiale grandeur nature dans une soufflerie à 25 000 km/h! Alors il faut être astucieux. Pour cela j’ai des collègues plutôt formels, matheux, ils vont de la Nature vers les équations. Moi, je suis plus intuitif, je vais des équations vers la Nature, en contact avec l’expérience. J’ai un cerveau dans les mains! Eux et moi sommes complémentaires.
Éduquer: Parlez-nous de ce rapport à l’expérience.
O.C: Généralement les scientifiques vont vers les souffleries avec leur tête. Ils restent dans le rationnel: je vois ceci, je vois cela. Mais pour moi, la science est une entreprise poétique. Je m’explique. En observant la Nature, tu reçois une foule de phénomènes, tu dois les organiser de telle sorte que tu puisses en parler. Tu y cherches de l’harmonie. Symétrie, lignes, courbes, etc. Tout cela te permet de construire un discours. À partir du chaos, tu fais un cosmos. Et tu peux en parler. J’appelle ça une «entreprise poétique» car tu organises le discours que tu as sur la Nature. Quand tu fais une expérimentation, cela doit devenir une expérience. Quelque chose doit se passer en toi. Le rationnel couvre ce que tu connais, mais découvrir ce que tu ne connais pas, c’est vivre une expérience. Il me semble que les scientifiques ne vivent pas assez cela, ou alors ils se cachent ce rapport artistique, esthétique.
Éduquer: C’est pour cela que tu travailles avec des artistes?
O.C: Oui. Je pense que, en évoluant dans le domaine de la rationalité, je l’étends, mais je reste dedans. L’apport de l’art, c’est une manière plus puissante de questionner ce que tu fais. Le scientifique est en face de questions, il apporte des réponses. L’artiste, lui, est devant des questions qui n’ont pas forcément de réponses, des questions en suspens: qu’est-ce que l’amour, la confiance, etc. Il est aussi face à des contradictions, les contradictions de la vie: la détermination contre la liberté, par exemple. La science, elle, ne sait pas tenir ensemble des contradictions fortes.
Éduquer: Concrètement, comment ce contact avec l’art t’aide-t-il à avancer?
O.C: L’art m’aide à penser ce que je fais, à ne pas juste accumuler des données, des descriptions, à me conforter avec le rationnel. Il m’aide à organiser ce que je vois, pour ce que j’appelle mon «entreprise poétique». L’art a aussi cette puissance de rendre présent. L’art, la musique, c’est une présence, ils nous font vivre une expérience. En science aussi, il faut vivre une présence: cette expérience du corps dont je parlais, où l’être entier est requis. Et c’est là que se fabrique la science, les théories, que l’on peut fournir une explication.
Éduquer: Qu’est-ce que «expliquer» en science?
O.C: Expliquer, qui dérive de «déplier», c’est créer du lien social, c’est partager. C’est un rapport éthique. Pour expliquer, il faut penser, il faut désirer comprendre, et il faut communiquer. Une explication n’existe que par rapport à l’autre. Il faut se faire comprendre. Les machines ne créent pas ce lien. Les machines connaissent, elles peuvent même «apprendre», mais elle n’expliquent pas. Quand on explique à un enfant un phénomène, il continue avec la question «pourquoi?». Pourquoi l’hérédité? Parce que l’ADN. Pourquoi l’ADN en double hélice? Parce que les atomes se lient d’une certaine façon. Et pourquoi les atomes sont-ils liés?, etc. Au bout de cinq ou six «pourquoi», on finit par ne plus savoir, on bute sur les limites de la connaissance. C’est comme descendre une corde: on descend, et à la fin, la corde n’est pas assez longue, on a le vide sous les pieds. On revient à «l’asile de l’ignorance», comme dit Spinoza. Et alors, on dit «c’est Dieu», ou bien «c’est comme ça», ou encore «la science expliquera cela plus tard». L’explication en soi crée du lien, parce qu’on se réconforte en s’expliquant, on repousse un peu l’étrangeté des choses. Mais on sait bien que l’explication finale, qui est toujours en dehors du périmètre du connu, on ne l’a pas. C’est là que l’art vient au secours de la science, qu’il l’aide à s’adapter à la pénombre, pour poursuivre l’exploration de l’énigme du monde.
François Chamaraux, Docteur en physique, enseignant en sciences et mathématiques
[1] Un vent catabatique, du grec katabatikos qui veut dire «descendant la pente», est un vent gravitationnel produit par le poids d’une masse d’air froid dévalant un relief géographique
