Structure de la matiere - Atomes, liaisons chimiques et cristallographie - Cours

Michel Guymont

Informations

• Publié par: Shuel
• Nombre de lectures: 113
• Langue: Français

Extrait

A vantpropos

∗ Cet ouvrage peut se lire à deux niveaux, ou même à trois. Les parties marquées du signe sont plus spécifiquement enseignées en Licence (Licence 3 dans le schéma LMD). Elles ne sont pas indépendantes des autres, qui sont censées être connues; un étudiant de premier cycle (Licence 1 et 2) peut les sauter sans inconvénient. En revanche, les parties non assorties d’une étoile sont autonomes, au prix de quelques redites avec les autres. Cette séparation Premier cycle/Licence est valable à la date (2003) de la rédaction de cet ouvrage, jusqu’à ce que les programmes changent. Or, on sait par expérience que les programmes sont fluctuants, dans le temps, comme dans l’espace : chaque université a les siens propres. Certains domaines de l’enseignement actuel peuvent être supprimés, être enseignés plus tôt ou plus tard... Cependant, les fondements demeureront et l’étudiant trouvera toujours dans cet ouvrage les outils et les références dont il a besoin. Le troisième niveau de lecture est surtout constitué des encadrés appelés « Approfondissement », mais aussi de quelques prolongements dans le corps même du texte de niveau Licence. J’ai voulu traiter plusieurs questions de manière détaillée, ce qui a pu, parfois, alourdir la rédaction. Je garde l’espoir que certains étudiants exigeants y trouveront les réponses à des questions qu’ils se posent... Quelques mots sur la pédagogie. La cristallographie ne pose guère de difficultés : c’est une théorie géométrique, de même que la radiocristallographie, en fin de compte. En revanche, le domaine délicat de la chimie quantique est susceptible de plusieurs présentations, à cause de la théorie quantique ellemême. En effet, les concepts quantiques, qui sont ici indispensables, figurent parmi les concepts intellectuels les plus difficiles à comprendre. À l’époque de l’élaboration de la théorie quantique, disons approximativement entre 1905 et la Seconde Guerre mondiale, il y eut un grand trouble et de nombreuses discussions parmi les savants concernés. Commencés à propos de l’indétermination et de la limitation intrinsèque de l’information qu’on peut extraire de la nature, les débats ont rapidement débordé sur l’épistémologie. Qu’estce que la connaissance? Et qu’estce que la compréhension? Quand diton qu’on a compris quelque chose? On s’est aperçu alors que beaucoup de concepts scientifiques qui nous paraissent clairs ne le sont que parce que nous y sommes habitués. Par exemple, les notions classiques de masse, de force, d’amplitude en optique, de champ, etc., nous sont familières et pourtant elles sont incompréhensibles pour peu qu’on y réfléchisse. Mais les relations entre ces concepts sont éminemment utiles et ce sont ces relations (pas seulement quantitatives) qui constituent la connaissance. Ainsi, un électron est quelque chose de mystérieux, son individualité est d’ailleurs suspecte. Mais il a une charge, un spin, une masse... Les grandeurs sont incompréhensibles, mais on connaît leurs valeurs précises et cellesci entrent dans les relations qui permettent de prévoir ce qui va se passer dans telles ou telles conditions. Voilà ce qu’il faut comprendre. Passons maintenant à la pratique.

AVANTPROPOS 5

Une notion n’est assimilable (compréhensible) que lorsqu’elle est présentée progressi vement et rattachée aux autres notions/relations déjà assimilées. Il faut y aller doucement : l’étudiant ne peut pas assimiler beaucoup de choses en peu de temps, surtout quand ces choses sont reliées entre elles, car il faut en plus assimiler les liens. Il faut aussi répéter : la redondance est la bienvenue. Bref, la pédagogie est tout le contraire de l’axiomatique qui nous communique en un minimum de mots (donc de temps) l’information complète (ou supposée telle...). En fait, l’axiomatique n’est vraiment assimilable que lorsqu’on a déjà beaucoup pratiqué la matière enseignée. Depuis von Neumann et Dirac, la mécanique quantique est souvent présentée de façon axiomatique, ou presque axiomatique. C’est formidable... quand on connaît déjà la mécanique quantique. Mais trop dur pour un étudiant qui commence. De plus, on risque de perdre le contact avec la physique (au sens grec du terme) et de ne voir que le formalisme. À côté de l’axiomatique, il y a les présentations historiques : on décrit les observations et on invente au fur et à mesure les concepts nécessaires pour les interpréter. Il y a des chances pour que ce ne soit ni le plus clair, ni le plus direct. Il y a une part de hasard et d’errements rectifiés par la suite, qui est ennuyeuse. On sait que certaines matières ne doivent surtout pas être enseignées en suivant l’histoire : l’électricité et la thermodynamique en sont des cas exemplaires. Il y a encore une troisième façon de présenter les choses : la méthode « axiomatique pédagogique ». C’est la méthode suivie par Feynman dans la partie quantique de son fameux traité de physique, ouvrage remarquable (malheureusement mal traduit en fran çais) : on y fait de l’axiomatique, mais en douceur, progressivement ; le propos est émaillé d’expériences réelles (lorsqu’elles sont simples), ou conceptuelles. L’auteur a fait un travail admirable, et aussi des émules. Mais il me semble que c’est encore trop abstrait. J’ai opté pour une méthode historique simplifiée, c’estàdire en sautant parfois des étapes et en prenant quelques raccourcis. Cela permet d’introduire les concepts et les relations nécessaires au fur et à mesure des besoins et donc d’instiller progressivement l’information, en l’accrochant à ce qu’on connaît déjà. Et comme en chimie quantique, on n’a pas besoin de toute la mécanique quantique, quelques omissions possibles soulagent l’effort intellectuel demandé à l’étudiant, effort qui, malgré tout, reste grand. Il faut s’habituer aux concepts qu’on ne comprend pas pour pouvoir s’en servir sans se tromper. Comme le mouvement, auquel on est habitué depuis notre enfance, et qu’on utilise, pratiquement et intellectuellement, comme des virtuoses, bien qu’il reste inintelligible...

6

Michel Guymont Orsay, février 2003