La physique des particules expliquée aux lycéens. Entretien avec Olivier Drapier

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Le 21 mars, le Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR) de Polytechnique, accueillait des élèves en Terminale S, du Lycée Jean-Jacques Rousseau (Montmorency), dans le cadre du programme international Masterclass destiné à faire connaître la physique des particules, en association avec le CERN. Y participait ce directeur de recherche au CNRS, dont nous avions déjà eu l’occasion d’apprécier les talents de pédagogue lors d'une journée de visite des laboratoires de l’école, organisée en octobre 2018. Entre deux séances d’animation de visites virtuelles des détecteurs CMS et Super-Kamiokande, il a bien voulu témoigner de son intérêt pour la « vulgarisation scientifique », si tant est que ce ne soit pas plus et mieux que cela…

- Si vous deviez commencer par vous représenter ?

Je suis directeur de recherche au CNRS. Je travaille au Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR), qui est le laboratoire de physique fondamentale expérimentale de l’Ecole polytechnique…

- Que j’ai eu pour ma part l’occasion de découvrir lors de la journée de visite de laboratoires de cette école, à laquelle vous participiez [pour accéder au compte rendu, cliquer ici]. Pouvez-vous rappeler en quoi consiste ce programme international Masterclass ?

Ce programme a été lancé en 2005 par le CERN en vue de faire découvrir la physique des particules à des lycéens. La Laboratoire Leprince-Ringuet est, en France, un des premiers à y avoir participé : il l’a rejoint en 2009. Concrètement, nous accueillons une classe (des élèves en Terminale S) tout une journée. Le matin est consacré à une présentation du modèle standard de la physique des particules élémentaires, du boson de Higgs, des recherches et expériences du CERN, etc. Autant de choses qui ne figurent pas au programme de Terminale S, hormis des notions de radioactivité et de relativité. L’après-midi, nous faisons travailler les élèves sur de vraies collisions protons-protons enregistrées par le CERN. Nous leur apprenons à reconnaître à l’œil nu les bosons de Higgs et ses désintégrations. Naturellement, nous avons retenu les « photos » parmi les plus significatives car, en réalité, ce types d’événements ne survient qu’une fois tous les milliards de fois ! De surcroît, nous ne faisons plus l’analyse à la main, mais à partir de processus informatiques. Mais au moins est-ce l’occasion pour eux d’apprendre à regarder les représentations d’événements de physique des particules, à distinguer les différents processus et phénomènes caractéristiques de cette physique.

- Quelle était la finalité de la séquence à laquelle nous venons d’assister ?

C’est une nouveauté par rapport aux éditions précédentes : elle vise à présenter en réalité virtuelle la maquette d’un détecteur, dans un environnement évoquant une salle de classe (chaque élève étant représenté par un avatar), puis d’entrer à l’intérieur avant de découvrir le détecteur CMS* [en illustration de cette article] via une vidéo à 360° réalisée par le CERN ; enfin, une visite de Super-Kamiokande, à partir de photos 360 VR. Notre laboratoire est le premier à recourir à la réalité virtuelle, dans le cadre du programme international Masterclass. L’initiative de ce module en revient à mon collègue Raphaël Granier de Cassagnac, qui a l’habitude de recourir aux jeux vidéos pour l’enseignement des sciences dans une démarche ludo-scientifique.

- Comment êtes-vous parvenu à mettre au point ces visites en réalité virtuelle ?

Nous avons travaillé de concert avec le groupe Manzalab, qui a développé un logiciel Virtual Class Room et ce, dans le cadre d’un appel d’offre financé par le Programme d’Investissements d’Avenir (PIA). Ce travail est encore en cours. C’est pourquoi trois membres du groupe étaient présents sur place pour assurer le bon fonctionnement, faire les ajustements et recueillir les appréciations des élèves.

- Quel intérêt pédagogique cela représente-t-il pour le chercheur que vous êtes ?

Il y a d’abord l’attrait que cela exerce auprès des jeunes ! Lors des dernières Fêtes de la science, nous en étions réduits à montrer nos détecteurs – de 20 à 40 m de haut – à partir d’images projetées sur un écran, dans un amphi de Polytechnique. Pas simple quand on sait que les écrans les plus grands dont on dispose ne font que quatre mètres de haut. Et puis on perd la perspective. On avait imaginé aussi un kakemono suspendu au plafond du grand hall de l’école, pour représenter une tranche de l’expérience CMS. Mais le grand hall ne fait, lui, « que » 7 mètres de haut, loin donc des 20m de CMS et des 40 m de Super-Kamiokande. Comme nous nous sommes aperçus que des collègues du CERN, mais aussi de ce détecteur en avaient pris des photos 360 VR, nous nous sommes dit que c’était une façon très pratique de faire immerger le public dans cet univers. J’ai pu le vérifier en me prêtant au jeu chez moi avec ma femme, mes enfants et ma belle-mère. Cela garantit un effet waouh…

- Dont je peux témoigner ! Mais ces supports technologiques ne doivent pas faire oublier vos propres talents pédagogiques. Comment un chercheur investi dans un domaine aussi pointu parvient-il à communiquer facilement auprès d’un public aussi jeune ? Est-ce le résultat de dix ans d’expérience du programme international Masterclass ?

Je crois que c’est d’abord une question de goût. Comme d’autres de mes collègues, j’aime parler de la physique des particules, de ses enjeux, des recherches qui sont menées dans mon laboratoire. Des chercheurs se prêtent moins facilement à l’exercice et ce n’est pas grave ! Pour ma part, j’ai toujours eu plaisir à faire cela, avec mes étudiants, ou devant le grand public.

- Quand avez-vous découvert cette vocation ?

Je me souviens d’une exposition itinérante, organisée au milieu des années 80 [en 1986]. Intitulée « La danse de l’univers », elle avait vocation à rendre visibles les propriétés fondamentales de la physique des particules par des œuvres d’art. Déjà, j’avais été volontaire pour parler des deux car il y a effectivement d’intéressants parallèles. J’ai depuis eu bien d’autres occasions d’intervenir ainsi, auprès du grand public.

- Vous reconnaissez-vous pour autant dans la notion de « vulgarisation scientifique » ? Je vous pose d’autant plus la question que j’ai observé que pour être pédagogue, vous ne cédez rien pour autant à la rigueur scientifique. Vous ne simplifiez pas…

J’essaie de ne pas simplifier, en effet. Je pense en revanche qu’on peut recourir à des procédés tout simples pour faire passer des notions compliquées ou abstraites. Voici une anecdote pour illustrer mon propos : récemment, je suis intervenu à l’Université Populaire de Sainte-Geneviève-des-Bois pour un exposé sur l’électromagnétisme. Lequel est régi par des équations…

- Comme celle qu’on voit sur le tableau blanc, derrière vous ?

Il se retourne et acquiesce…

Oui, un peu de ce genre-là. En l’occurrence, il s’agit des équations de Maxwell. J’avais fait le pari d’expliquer au grand public ce en quoi elles consistaient et ce, avec… les mains et quelques équations jetées sur un tableau. Finalement, c’est tout à fait possible en expliquant la signification d’un outil mathématique, l’opérateur rotationnel. Lequel dit bien ce que cela veut dire : un champ qui tourne autour d’une direction. Bref, par des analogies comme celles-ci on peut, tout en restant rigoureux, montrer l’intérêt de la physique des particules. N’oublions pas non plus que la physique est une science expérimentale, même si la théorie précède souvent l’expérience. Ce qu’illustrent parfaitement ces mêmes équations de Maxwell, qui avaient permis à son auteur – James Clerk Maxwell – de démontrer théoriquement, en 1864, l’existence d’ondes électromagnétiques, avant que l’expérience dite de Hertz (du nom du physicien Heinrich Hetz qui l’a réalisée) permette de la démontrer expérimentalement, quelques années plus tard. J’ai poussé le plaisir de l’exercice pédagogique jusqu’à refaire cette expérience avec du matériel retrouvé dans mon garage. Elle s’est révélée concluante et je peux d’ailleurs vous la refaire. Manière de dire aussi qu’il ne faut pas oublier de montrer les choses, la connexion de la physique avec le réel. Ce qui est possible, y compris avec la physique des particules.

Avant de nous quitter, Olivier Drapier ne résiste pas à l’envie de nous présenter son dispositif. Qu’il en soit remercié. C’est effectivement concluant et pédagogique !

* Trois lettres pour Solénoïde compact pour muons.

Photo en illustration de l’article : copyright CERN.

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