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Science des aliments, technologie des aliments… et mécanique quantique.

Cette fois, c’est une question que je pose à mes collègues et aux étudiants qui se destinent à la science des aliments ou à la technologie des aliments. Cette question nécessite une petite exposition historique.

Commençons avec la naissance des sciences, à la Renaissance. A l’époque, on découvre des notions comme l’inertie, l’énergie, la force, la quantité de mouvement... Un siècle après, on commence à résoudre les équations qui mettent en œuvre ces notions ; puis on découvre la thermodynamique en même temps que la chimie moderne naît avec Lavoisier, et bientôt les nouveaux concepts et notions introduits permettent d’aller explorer les aliments. La mécanique classique permet de connaître l’évolution des aliments, la sédimentation, le crémage par exemple.
Puis viennent les lois de transfert de la chaleur ou de la matière, proposées par Jean-Baptiste Fourier et Adolf Eugen Fick. A l’époque, on ne sait pas résoudre les équations posées par nos grands anciens, et des génies comme Ludwig von Boltzmann sont nécessaires pour résoudre les équations de la chaleur ou de la matière… dans des cas très simples : une plaque infinie, une sphère, un cylindre. Tout cela est très rudimentaire, et l’on utilise des méthodes approchées pour résoudre des cas plus complexes. Evidemment des systèmes turbulents, par exemple, échappent à toute description, et pour décrire des transferts de chaleur par convection, on est conduit à utiliser des lois très générales, et évidemment très approchées.
Puis vient la thermodynamique statistique, quand s’établit la compréhension moléculaire du monde, à partir du 20 e siècle. Là encore, le nom de Boltzmann est important, mais il y en a bien d’autres. Arrivent alors la relativité et la mécanique quantique, qui posent des questions très différentes, avec des phénomènes très extraordinaires, et qui conduisent à des innovations non moins merveilleuses, tel le microscope électronique. Mais la mécanique quantique pose alors des questions irrésolues en grand nombre, parce que les méthodes de calcul ne permettent pas les résolutions. Une grande école de mathématique fleurit autour des équations aux dérivées partielles qui découlent de cette théorie physique, mais la résistance est grande.
Que notre siècle a-t-il apporté ? La réponse est évidente : ce sont des méthodes numériques, fondées sur l’usage des ordinateurs, qui permettent des explorations même quand on sait qu’il n’existe pas de solution analytique aux problèmes posés. Et c’est ainsi qu’aujourd’hui un étudiant équipé d’un ordinateur de bureau peut résoudre les équations posées par le passé en quelques minutes. On comprend donc que je conclus que l’enseignement des méthodes numériques s’impose absolument.
Cela dit, on aura résolu des problèmes anciens, et l’on n’aura pas directement été mis sur la piste de découverte de phénomènes ou de concepts nouveaux. Or pour des systèmes nouveaux, telles les nanoparticules, le graphène, le fullérène, la compréhension impose l’utilisation et la maîtrise de la mécanique quantique.

D’où ma question : ne devrions-nous pas enseigner nécessairement, d’une part les méthodes numériques, et d’autres part la mécanique quantique, afin de donner aux étudiants la capacité de contribuer à l’avancement de la science et de la technologie, notamment alimentaire ? Cela me semble une évidence, mais comme je crains toujours de me tromper, j’en appelle aux collègues pour me donner leur sentiment à ce propos.
Evidemment une décision qui ferait venir, dans les enseignements, de la mécanique quantique que les étudiants en science et technologie des aliments nont pas aujourd’hui imposerait de sacrifier d’autres parties de l’enseignement. Lesquelles ? Les historiens m’en voudraient de proposer la suppression des parties qui furent historiquement importantes, mais à ce compte, on ne supprime rien. Or l’introduction des méthodes numériques et de la mécanique quantique impose des suppressions. Dans cette discussion, un de mes collègues fait toujours la différence entre les conducteurs de voiture et les mécaniciens. Les premiers ont moins besoin de savoir comment fonctionne le moteur que les seconds, et cette catégorisation conduit à penser que les scientifiques des aliments seraient des mécaniciens, tandis que les ingénieurs ou technologues seraient les conducteurs. Pourtant de grandes écoles comme l’ESPCI forment à la fois des scientifiques et des ingénieurs de talent, parce que, précisément, leur enseignement est plus fondamental, pas limité à quelques lois simples et générales de la physique ou de la chimie. Je ne sais évidemment pas ce qu’il faut décider, et je propose une discussion à ce propos. Je sais surtout que pour des objets techniquement avancés telles les nanoparticules, nous avons besoin, dans les industries alimentaires, de personnes qui sont capables d’explorer les propriétés de ces objets, propriétés qui sont de nature quantique. Nous formerions des étudiants à la traîne des industries qui peuvent les employer si nous laissions à ces industries le soin de former aux méthodes numériques et à la mécanique quantique les ingénieurs que nous contribuons à former.
On n’oubliera pas qu’un tel billet est surtout une question posée, et on aura la gentillesse de considérer chacune de mes phrases comme un appel à la discussion, et chacune de mes conclusions comme un appel à l’analyse, car je ne suis pas assez insensé pour être assuré de mes propres certitudes.

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