CENTENAIRE PIERRE DEMERS

MontrŽal, 8 novembre 2014

Allocution de Maurice Kibler de lÕInstitut de Physique NuclŽaire de Lyon

Professeur ŽmŽrite ˆ lÕUniversitŽ Claude Bernard Lyon 1

CÕest un grand honneur pour moi que dՎvoquer quelques-unes des facettes de lÕÏuvre du professeur Pierre Demers ˆ lÕoccasion de la cŽlŽbration de son centime anniversaire de naissance.

Tout dÕabord je vous souhaite un joyeux anniversaire Professeur Demers. Je voudrais vous rendre hommage en prŽsentant certaines de vos activitŽs scientifiques poursuivies depuis 1936, annŽe o vous obtenez une ma”trise s sciences ˆ lÕUniversitŽ de MontrŽal aprs une licence s sciences physiques et une licence s sciences mathŽmatiques.

Vous intŽgrez en 1938 lÕENS (ƒcole Normale SupŽrieure) ˆ Paris puis en 1939 le Laboratoire de synthse atomique du prestigieux Collge de France, dirigŽ par FrŽdŽric Joliot-Curie, o vous c™toyez certaines cŽlŽbritŽs scientifiques de lՎpoque comme Paul Langevin et Francis Perrin. De retour au QuŽbec, vous travaillez pour ƒnergie atomique du Canada puis comme professeur ˆ lÕUniversitŽ de MontrŽal o vous poursuivez des recherches sur lÕionographie corpusculaire. En 1950, vous soutenez une thse devant la FacultŽ des sciences de Paris pour obtenir le grade de docteur s sciences physiques. Alors lˆ on peut dire que vous continuez ˆ frŽquenter les plus grands puisque votre jury de thse est composŽ, entre autres, de Pierre Victor Auger et Yves Rocard. Pierre Victor Auger, ˆ lՎpoque physicien atomiste et nuclŽaire spŽcialiste des rayons cosmiques, est toujours trs connu pour ce que lÕon appelle les Žlectrons Auger. Un autre membre de votre jury, Yves Rocard, est Žgalement un Žminent physicien. A partir de 1950, vous poursuivez votre carrire comme enseignant-chercheur ˆ lÕUniversitŽ de MontrŽal jusquÕen 1980. Vos activitŽs de recherche depuis 1939 ˆ nos jours comportent plusieurs volets. JÕen Žvoquerai seulement trois car ils me semblent former un tout.

Tout dÕabord un volet de physique nuclŽaire centrŽ sur lÕionographie corpusculaire basŽe sur la technique des Žmulsions photographiques pour suivre les trajectoires de particules de haute Žnergie comme dans la dŽtection des rayons cosmiques par exemple. Cette activitŽ, qui vous vaudra de participer aux recherches en physique nuclŽaire dans le cadre du projet Manhattan, vous la poursuivez jusquÕen 1974.

DŽbute alors un second volet de vos activitŽs de recherche avec la crŽation en collaboration avec des collgues venus dÕhorizons divers du CQC (Centre QuŽbŽcois de la couleur). Le CQC a pour vocation de rapprocher scientifiques, industriels, artistes et communicants autour du thme de la couleur. La production du centre revt trois aspects : publications thŽoriques, activitŽs expŽrimentales et modernisation de lÕenseignement de la couleur au QuŽbec.

Je ne dŽvelopperai pas plus vos activitŽs concernant la couleur et la physique corpusculaire. DÕautres que moi lÕont fait ou le feront ici mme. Je voudrais consacrer le reste de ce tŽmoignage ˆ vos travaux sur un troisime volet de recherche, ˆ savoir, sur ce que vous avez appelŽ le QuŽbŽcium dans un premier temps puis le systme du QuŽbŽcium dans un second temps et qui concerne la classification des ŽlŽments chimiques.

En prŽambule, je voudrais dire quՈ lÕheure actuelle les motivations pour des recherches sur la classification des ŽlŽments chimiques ne sont plus les mmes que celles qui ont prŽvalu pendant une centaine dÕannŽes aprs 1869, date ˆ laquelle le chimiste russe Dmitri Ivanovitch Mendele•ev proposa son fameux tableau basŽ en partie sur une certaine pŽriodicitŽ des propriŽtŽs des ŽlŽments. Plus prŽcisŽment, Mendele•ev a dŽcouvert, en classant dans un tableau les ŽlŽments chimiques par masse croissante avec Žventuellement quelques inversions prŽfigurant que la bonne classification doit se faire par numŽro atomique croissant, quÕil Žtait judicieux de ne pas remplir quelques cases de son tableau, introduisant ainsi des cases vides correspondant ˆ des ŽlŽments dont il pouvait prŽdire (par extrapolation) certaines propriŽtŽs, ŽlŽments qui furent observŽs par la suite. Tout cela cՎtait pour la classification des atomes. Puis on sÕest aperu que les atomes des chimistes nՎtaient pas des atomes au sens de DŽmocrite (cÕest-ˆ-dire des petites billes de matire insŽcables) puisque les atomes des chimistes sont faits dՎlectrons et de noyaux. Alors, la classification des constituants de la matire a ŽvoluŽ ds les annŽes 1930 vers la classification de particules comme lՎlectron, le proton et le neutron qui sont des constituants de lÕatome. Puis vinrent les neutrinos, les muons, les pions, les kaons, les hypŽrons, etc. Et de nouveau lÕidŽe de Mendele•ev a ŽtŽ reprise en classant ces nouvelles particules sur la base de leurs propriŽtŽs et en utilisant des arguments de mŽcanique quantique, de thŽorie des champs et de thŽorie des groupes. Tout cela a donnŽ naissance ˆ des tableaux de particules avec des cases vides et cÕest de cette manire que lÕon a pu prŽvoir de nouvelles particules, comme par exemple la particule Ç omŽga moins È prŽdite en 1962 et observŽe en 1964. On dispose maintenant dÕun modle, dit modle standard de la physique des particules et de leurs interactions, qui repose sur :

¥                12 particules ŽlŽmentaires (3 Žlectrons, 3 neutrinos, 6 quarks)

¥                12 champs responsables des interactions (4 bosons W+, W -, Z0 et le photon pour les interactions Žlectro-faibles, 8 gluons pour les interactions fortes)

¥                et finalement le champ de Higgs (ou boson de Higgs), observŽ au CERN (Organisation europŽenne pour la recherche nuclŽaire) en 2012.

¥                Est-ce que le tableau pŽriodique a une fin (une question Žgalement dÕintŽrt pour la carte des nuclŽides) ?

¥                Quelle est lÕimportance de la mŽcanique quantique relativiste pour le tableau ?

¥                Quelle est lÕimportance de la thŽorie des groupes et/ou de la thŽorie des corps finis pour le tableau ?

¥                Comment passer du tableau des atomes ˆ une classification des ions, des molŽcules et des agrŽgats molŽculaires ?

¥                Des analogies dÕordre mathŽmatique existent elles entre tableau pŽriodique et classification dՎlŽments relevant du biologique comme les codons ?

¥                Des arrangements ou formats nouveaux en 2 ou 3 dimensions du tableau prŽsentent-ils un intŽrt ˆ des fins pŽdagogiques ?

¥                Que peut-on apprendre de tableaux pŽriodiques dans des univers de dimension dÕespace diffŽrente de 3 (par exemple en dimension 2 ou 4) ?

 

Mais revenons ˆ nos atomes. De nos jours des recherches sur la classification des ŽlŽments chimiques peuvent tre motivŽes par les raisons suivantes.

CÕest ˆ certaines de ces questions que le professeur Demers se consacre depuis une vingtaine dÕannŽes. En 1995, Monsieur Demers, vous vous intŽressez ˆ un nouvel arrangement des ŽlŽments chimiques tout dÕabord en 118 cases rŽparties en quatre carrŽs de 2, 16, 36 et 64 cases. Par la suite votre modle Žvolue vers un arrangement en ellipse, puis en cercle et de nouveau en carrŽ sous forme de matrices, arrangement comportant 120 ŽlŽments. A cette Žpoque, la case 118 de votre tableau primitif correspond ˆ un ŽlŽment non observŽ que vous nommez QuŽbŽcium. Trois ans plus tard, en 1998, Victor Ninov du LBNL (Laboratoire National Lawrence ˆ Berkeley) annonce la dŽcouverte de lՎlŽment 118. Cependant, trois ans plus tard, en 2001, lՎquipe de Jean Peter au GANIL (Grand AccŽlŽrateur dÕIons Lourds, ˆ Caen) montre que cette dŽcouverte nÕest pas fondŽe.

QuÕen est-il du QuŽbŽcium aujourdÕhui ? En fait, il sÕagit dÕun nouveau systme de classification des ŽlŽments chimiques, ˆ savoir un nouvel arrangement des ŽlŽments distinct du tableau pŽriodique de Mendele•ev. Votre systme du QuŽbŽcium se distingue des tableaux pŽriodiques existants, tableaux pŽriodiques que je classe en deux types :

¥                type 1 : il sÕagit des tableaux pŽriodiques construits plus ou moins empiriquement avant Mendele•ev, par Mendele•ev et aprs Mendele•ev. Le grand spŽcialiste de lÕhistoire du systme pŽriodique, E.G. Mazurs, dŽnombre plusieurs centaines de tableaux de ce type en deux ou trois dimensions. Certains de ces tableaux ont ŽtŽ rationalisŽs ˆ partir de considŽrations sur la base de lÕancienne thŽorie des quanta, puis de la mŽcanique ondulatoire, et enfin de la mŽcanique quantique. Celui qui fait autoritŽ de nos jours est celui de lÕIUPAC (Union Internationale de Chimie Pure et AppliquŽe). Parmi les tableaux de type 1, je voudrais citer celui de notre collgue quŽbŽcois Fernando Dufour qui ds 1949 introduit un tableau ˆ trois dimensions o les ŽlŽments sont rŽpartis sur un arbre, tableau qui de par son caractre ludique prŽsente des vertus pŽdagogiques certaines pour lÕapprentissage de la chimie.

¥                type 2 : les tableaux pŽriodiques de type 2 prennent leur origine dans la physique quantique et dans la thŽorie mathŽmatique des groupes de symŽtrie. Parmi les tableaux de ce type, le plus connu est celui relatif au groupe SO(4,2) x SU(2). Ce tableau a ŽtŽ ŽlaborŽ sur la base de travaux de A.O. Barut en Turquie et aux ƒtats Unis (en 1972), de V.G. KonopelÕchenko, A.I. Fet, V.M. Byakov, Y.I. Kulakov et Y.B. Rumer en Union SoviŽtique (de 1972 ˆ 1979) et, dans une moindre mesure, par moi-mme (ˆ partir de 1988). A ce stade, il faut dire que lÕutilisation de la thŽorie des groupes pour la classification des ŽlŽments chimiques est largement inspirŽe de lÕintroduction des groupes de symŽtrie en physique des particules, introduction qui dŽmarre vers 1930 et qui culmine de nos jours avec le modle standard confirmŽ en 2012 avec la dŽcouverte du boson de Higgs au CERN.

 

Il est temps maintenant de faire un lien avec le systme du QuŽbŽcium. Pierre Demers remarque que le tableau classique de lÕIUPAC et celui basŽ sur le groupe SO(4,2) x SU(2) ne prŽsentent pas de symŽtrie gŽomŽtrique (exception faite de lÕaspect pŽriodique du tableau qui est une forme de symŽtrie). En fait, les symŽtries inhŽrentes au groupe SO(4,2) x SU(2), qui sont des symŽtries dites continues, sont cachŽes : elles ne se manifestent pas dans le tableau, elles se manifestent dans la construction du tableau. LÕidŽe originale de Pierre Demers est de rŽarranger tableau classique et tableau ˆ la SO(4,2) x SU(2) en groupant certains ŽlŽments en Žquerres et en organisant ces Žquerres en carrŽ mettant ainsi en Žvidence une symŽtrie dÕordre 4. Il introduit de ce fait une symŽtrie discrte qui nÕa rien ˆ voir avec les symŽtries continues inhŽrentes au tableau ˆ la SO(4,2) x SU(2) et relatives aux symŽtries dynamiques de lÕatome le plus simple, ˆ savoir, lÕatome dÕhydrogne. Son tableau prŽsente lÕavantage dÕintŽgrer dans une gŽomŽtrie rŽgulire les 120 premiers ŽlŽments et il reflte certaines symŽtries de la rŽpartition des Žlectrons sur les diffŽrentes couches atomiques des atomes. A c™tŽ des avantages que prŽsente ce tableau, il faut Žvoquer certains questionnements. Tout dÕabord le caractre pŽriodique inhŽrent au tableau de lÕIUPAC et ˆ celui ˆ la SO(4,2) x SU(2) et Žgalement ˆ celui de Fernando Dufour est beaucoup moins apparent dans le tableau du QuŽbŽcium. Ensuite, on peut se demander quelle est la structure mathŽmatique qui est ˆ lÕorigine de ce dernier tableau ? La thŽorie des groupes de symŽtrie (groupes finis et/ou groupes de Lie) et/ou la thŽorie des corps finis, appelŽs aussi corps de Galois, jouent-elles un r™le dans le systme du QuŽbŽcium ? Dans cette veine, il faut signaler que les corps de Galois (du nom du mathŽmaticien franais ƒvariste Galois) sont trs liŽs ˆ la thŽorie des nombres premiers. Les liens ŽvoquŽs par Pierre Demers entre nombres premiers et le systme du QuŽbŽcium peuvent-ils tre rationalisŽs sur la base de la thŽorie des corps finis ?

Mais il nÕy a pas de fin pour la science. Elle ne sÕarrte jamais. Le systme du QuŽbŽcium devrait susciter de nouvelles recherches. Monsieur Demers, vous avez esquissŽ vous-mme ses potentialitŽs pour dŽcouvrir des rŽgularitŽs en biochimie, gŽnŽtique et anatomie. Il y a lˆ des perspectives nouvelles quÕil conviendrait dՎtayer par des modles physiques et bio­physiques ainsi que par la mise en Žvidence de structures mathŽmatiques comme cela a dŽjˆ ŽtŽ fait pour les codons.

Je viens de faire un survol trop succinct des activitŽs du Professeur Demers. Il faudrait aussi mentionner ses essais concernant dÕautres champs disciplinaires (comme lÕastronomie, la biologie et la palŽontologie) et, surtout, son r™le majeur dans la crŽation du CEPQ (Centre dՎtudes prospectives du QuŽbec) et de la LISULF (Ligue internationale des scientifiques pour lÕusage de la langue franaise).

Le professeur Demers occupe une place unique dans la classification des scientifiques, place unique de par lՎtendue de ses connaissances, sa soif dÕexpliquer, lÕaspect multidisciplinaire de ses recherches et ses actions dÕhomme pour une sociŽtŽ en progrs. Ce penseur, scientifique et communiquant toujours soucieux, dans une libertŽ dÕexpression qui le caractŽrise, de nous faire partager son enthousiasme et son Žmerveillement pour la science et la culture est un exemple pour chacune et chacun dÕentre nous.

Je vous remercie pour votre attention.