Qu’est-ce que la température ? Et quelle est la différence entre température et énergie ? Combien mesure un neurone ? Autant de questions posées par des scientifiques de l’Institut Néel aux élèves de sixième du collège La Garenne de Voiron !

Ils sont une trentaine, le 15 avril dernier, à avoir franchi les portes de ce laboratoire, pour une matinée de rencontres et de découvertes auprès de physiciens. Ces animations ont été organisées dans le cadre de l’appel à projet « Sciences avec et pour la société » de l’Agence Nationale de la Recherche, coordonné localement par la délégation alpes du CNRS.

L’occasion pour ces élèves de découvrir les travaux de recherches qu’ils mènent, parfois à l’interface entre physique et une autre discipline.

Température, une question de grandeur physique

En mélangeant notions de météo et de cuisine, les élèves ont co-construit une grande échelle des degrés Celsius avec plusieurs repères connus : température pour obtenir de la neige, de l’eau liquide ou de la glace, température à laquelle l’eau des pâtes « fait des bulles », etc. Une introduction concrète permettant d’aborder l’existence des degrés Kelvin et du zéro absolu, cette température à laquelle théoriquement, il n’y a plus de mouvements atomiques. En effet, – 273 °C ou 0 °K correspondent à la limite basse dans les deux systèmes de mesure, alors qu’il n’existe dans aucun des deux, une limite haute.

Quelle que soit l’unité, la température est une mesure physique, qui peut être déterminée par plusieurs outils. Le thermomètre en est un, mais comme l’ont appris ces élèves, il ne mesure pas une température, mais un volume (ex. : liquide), qui est transcrit ensuite en degrés.

Mais ce n’est pas tout ! Cette température correspond à une vitesse moyenne des molécules dans l’air, comme ils ont pu le voir en manipulant un jeu pédagogique permettant de visualiser ces courbes de vitesse.

Lorsque les billes tombent, elles s’entassent de manière aléatoire en bas, sur une ligne qui symbolise une échelle de température. © CNRS Alpes

Cet empilement de billes symbolise la courbe des vitesses des molécules dans l’air, la moyenne correspondant à ce qu’on appelle la température ambiante. © CNRS Alpes

Pour finir, une présentation a été faite des travaux de recherche de l’équipe et, point qui a certainement marqué les esprits, de l’azote liquide. Ce gaz est très utilisé dans les expériences faites par ces scientifiques, pour refroidir les systèmes !

Biophysique, à la croisée des disciplines

La seconde partie de la matinée a été consacrée à la biophysique. Car bien qu’étant majoritairement un laboratoire de physique, l’Institut Néel accueille aussi des équipes qui travaillent en lien avec d’autres domaines de recherche.

Les élèves ont eu l’opportunité d’en apprendre plus sur la chaleur - un échange d’énergie entre deux corps – et la capacité calorifique. Cette dernière correspond à la mesure de la quantité d’énergie nécessaire pour augmenter d’un degré Celsius, une masse déterminée d’une substance donnée.

Température, chaleur, capacité calorifique… Autant de données nécessaires pour mesurer le vivant !

Réglage d’un dispositif permettant de mesurer des différences de températures… Les élèves ont pu éprouver le dispositif en modifiant la température récupérée au niveau du capteur, grâce à des pressions plus ou moins grandes de leur doigt dessus. © CNRS Alpes

Des brins d’ADN sont synthétisés spécifiquement pour les besoins des études, de manière à étudier la dissipation de la chaleur lorsqu’ils s’assemblent pour former la double hélice et pour mieux comprendre les dissipations d’énergie dans les organismes vivants.

Une autre équipe s’intéresse aux neurones, dont la taille est 10 fois inférieure à celle d’un cheveu ! Elle développe de microtransistors contenant du graphène et servant de capteurs du potentiel électrique des cellules. Deux types de mesures sont effectuées : in vitro, via des neurones modèles qui sont cultivés en laboratoire, ou in vivo, en mesurant directement l’activité des neurones du cerveau de petits animaux.

Un prototype de microtransistor contenant du graphène et destiné à mesurer l’activité in vivo des neurones © KAM Production

Les élèves ont eu l’opportunité d’observer au microscope la structure de ces capteurs et de voir des vidéos montrant des potentiels d’action dans des neurones.

Toutes ces découvertes sauront sans doute alimenter leur curiosité et donner un nouvel éclairage à leurs cours de physique… et de biologie !

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En savoir plus sur :

- la délégation Alpes du CNRS

- l’Institut Néel (CNRS)

- l’équipe Thermodynamique et biophysique des petits systèmes (en anglais)

- les microtransistors : vidéo Concentré de sciences « Des électrodes pas comme les autres »

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Le projet HANIBAL et cette rencontre, ainsi que le projet NANOMESH et la vidéo Concentré de sciences , ont été financés en tout ou partie par l’Agence Nationale de la Recherche.

Crédit illustration d’en-tête : KAM Production