Sur les traces des origines du magnétisme

Publié par Josephine Zimmermann, le 20 mai 2013   2.7k

Xl campus en 1963 resizeune 1

A l'occasion des 50 ans du Campus CNRS, nous rencontrons Jean-Louis Tholence, chercheur émérite au LNCMI dont il a été le directeur de 2006 à 2008.

Très investi dans le suivi historique et scientifique du Polygone scientifique, Jean-Louis Tholence , chercheur émérite au Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI), nous raconte cette histoire avec beaucoup de passion, tout en parcourant des images historiques.

Comment avez vous vu évoluer le paysage urbain du Polygone?

Jean-Louis Tholence: Je me souviens encore de la construction des bâtiments du CNRS actuels dans les années 1962-63, après celle du CENG et de l'EIE (Ecole d'Ingénieurs électroniciens) sur des terrains vagues autour et au bout du chemin des martyrs. De grands équipements ont été construits depuis: l'ILL (Institut Laue-Langevin) en 1967-1970, et l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) entre 1990 et 1992. L'arrivée d'autres laboratoires et industries a abouti à une concentration unique de moyens et personnels pour l'enseignement, la recherche et ses applications, dont l'évolution est permanente (arrivée du tramway, nanotechnologies, nouveaux immeubles,...) et bien dans l'esprit des pionniers Louis Néel et Louis Weil.

Polygone scientifique en 1976

Beaucoup de gens se demandent aujourd'hui ce que signifie la mosaïque que l'on trouve sur la façade de l'accueil régional du CNRS. A la naissance du site, et à la question de choisir une œuvre à laquelle consacrer les 1% du budget attribué à l'art dans toute nouvelle construction,  Louis Néel a choisi une image de domaines magnétiques dont s'est inspiré l'artiste Georges Mathieu pour créer la mosaïque que l'on peut voir aujourd'hui depuis le rond-point de la Résistance.

Mosaique 100% art que l'on voit sur la façade de la délégation Alpes CNRS

Beaucoup de bâtiments du Campus CNRS ont changé avec le temps. En 1995-1998, des surélévations ont été construites afin d'accueillir plus de chercheurs. Des expériences ont déménagé et souvent diminué de taille depuis les débuts, beaucoup de salles ont été rénovées. Par exemple, la salle de conférence et la bibliothèque ont changé il y a une quinzaine d'années.

Quelles ont été les grandes découvertes scientifiques au cours de l'évolution du Campus?

De nombreuses découvertes scientifiques ont été réalisées au CNRS tant au niveau de la recherche fondamentale et des nouveaux matériaux que des possibilités d’applications, dans la tradition de Grenoble. Ainsi, dans le domaine du magnétisme, des travaux ont été menés pour accéder à de nouveaux matériaux pour aimants permanents, ou pour aller vers la miniaturisation des méthodes d’enregistrement et lecture magnétique. Dans le domaine de la supraconductivité, les cuprates supraconducteurs au mercure (toujours record de température critique à – 108°C) ont été découvert avec des russes. La construction d’aimants supraconducteurs a permis d’atteindre des records de champs magnétiques et permis des applications dans d’autres domaines (CEA, Alstom).

L’effet Hall quantique, mis en évidence en 1980 par Klaus von Klitzing dans des champs magnétiques intenses (CNRS-MPI), lui a valu le prix Nobel de Physique en 1985, après le prix Nobel de Louis Néel en 1970 pour des travaux très antérieurs. La liste de matériaux aux propriétés remarquables est longue : oxydes, quasicristaux, nanotubes de carbone, graphène…. Les succès de ces recherches sont largement dus aux développements traditionnels  de « services » performants dans les domaines de l’électronique et de la mesure, de la cryogénie et de ses performances nouvelles au niveau des laboratoires ou pour la détection dans le domaine de l’astrophysique. La figure ci-après montre l’obtention de très basses températures par un cryostat  « inversé » (A.Benoit) beaucoup plus fiable que les cryostats classiques et qui s’est répandu dans nos laboratoires.

Cryostat inversé

Des excursions dans le domaine de la biologie, de la cryochirurgie, ont donné des résultats, notamment la lévitation magnétique a abouti à la création d’une interface laboratoires-industries (le CRETA), à la découverte de nouveaux matériaux et à l’étude des comportements de liquides ou mélanges en apesanteur. Les nouvelles possibilités d’élaboration et de mesure ont permis le développement des nanosciences et la découverte de nouveaux comportements à l’échelle nanométrique, d’où la construction d’un nouveau bâtiment pour ces études de l’Institut Néel (inauguration le 12 avril 2013).

Quels personnages ont, selon vous, marqué l'histoire de Grenoble puis du site du Polygone de Grenoble?

Les industries liées à la houille blanche (ou la papeterie) ont suscité des interactions fortes entre université et écoles d’ingénieurs. En 1940, grâce à René Gosse, Grenoble disposait de nouveaux locaux prêts à accueillir des physiciens de haut niveau (chassés de Strasbourg par la guerre) tels que Louis Néel et son assistant Louis Weil, Noël Félici, puis E.F.Bertaut (en 1943). Leurs conditions de recherche et surtout les interactions qu’ils ont développées les ont incités à rester à Grenoble après guerre. Les recrutements locaux (IEG) puis venus de Paris ont permis aux recherches de se diversifier et même d‘exploser. René Gosse, résistant victime de la milice en 1943, a pu pressentir ce nouveau souffle qu’il avait rendu possible. Un mémorial se trouve aujourd’hui à St Ismier dans un ancien four à chaux.

Mémorial Gosse à Saint Ismier

Dès 1947, Louis Weil et A.Lacaze construisent des liquéfacteurs hydrogène et hélium, ouvrant de nouveaux domaines d’exploration (magnétisme, supraconductivité) près du zéro absolu (-273°C). En 1948, René Pauthenet construit un premier électro-aimant, première étape de sa course vers les champs magnétiques intenses avec Louis Néel et des découvertes qu’elle permet. Noël Félici développe des machines électrostatiques avec Gartner et des industriels. C'est plus tard que Michel Soutif (venu de l’ENS  en 1951) spécialiste de RMN (résonance magnétique nucléaire), a aidé à la construction du premier réacteur nucléaire obtenu par Louis Néel pour Grenoble (CENG). Rejoint par de nombreux autres physiciens, ces chercheurs développent au fur et à mesure leurs travaux de recherche sur le campus CNRS tel que nous le connaissons aujourd’hui, sur les sites du CENG et du nouveau campus universitaire construit à Saint-Martin d'Hères par Louis Weil dans les années 60. Ces chercheurs étaient avant tout des humains et aussi des amateurs de montagne. Parfois, Louis Weil venait en chemise avec nœud papillon lors d'une thèse et au moment de se lever, on le découvrait en shorts et chaussures de montagne!

Quel a été votre parcours personnel dans ce paradis de la Physique ?

Je suis arrivé à Grenoble en 1962 après des études techniques à Lyon. C'est là que j’avais entendu parler de Louis Néel par un professeur, ancien élève de l'IEG. A ce stade de ma formation, le BTS permettait d’aller à l'université, et je me suis lancé dans des études en Sciences Physiques à Grenoble. J’ai eu la chance de participer à l’expérience pédagogique de la SPER (Section Préparatoire à l’Enseignement et à la Recherche) organisée par M. Soutif et A. Kahane. Nous étions dix étudiants de formations différentes, il fallait faire 6 certificats en deux ans pour obtenir la licence, ainsi que des stages. J’ai enchaîné avec un DEA en Physique approfondie pendant lequel j’ai suivi des cours de cristallographie et magnétisme (1966), et j’ai commencé un doctorat avec Robert Tournier. A l’époque, il était possible de rentrer au CNRS, ce que j’ai eu l’opportunité de faire en 1967. Dans la continuité des travaux de Louis Weil et de Robert Tournier, j’ai étudié l’aimantation de divers systèmes magnétiques dilués et j'ai eu la chance de mettre en évidence l’effet Kondo sur les propriétés magnétiques des alliages dilués CuFe et AuFe. Pour cela, j'avais construit un magnétomètre à désaimantation adiabatique utilisant une bobine  supraconductrice à 8 Tesla (J.C. Vallier) ou une bobine refroidie à l’azote à 0.3 Tesla pour les mesures en champ faible. Nous avons pu démontrer la coexistence de moments magnétiques isolés compensés par les moments magnétiques des électrons de conduction (effet Kondo) et de moments de paires ou triplets qui restaient magnétiques à basse température. Ceci expliquait le comportement complexe d'atomes de fer (ou de cobalt) dans une mer d'électrons. Nous avons élaboré avec J. Souletie et R. Tournier un modèle de « nuages magnétiques » pour interpréter l’aimantation rémanente des verres de spins et des lois d’échelle dans ces matériaux, en collaboration avec l’école d’Orsay (J.Friedel et A.Blandin).

Jean-Louis Tholence

Par la suite, j’ai contribué à l’étude du magnétisme de plusieurs systèmes tels que des oxydes, des semiconducteurs magnétiques, des systèmes superparamagnétiques, des composés organiques, et des fermions lourds puis à l’étude des propriétés supraconductrices de nouvelles phases d’oxydes à haute température critique (après leur découverte par A.Muller et G. Bednorz en 1986). Nous avons essayé d’obtenir une corrélation entre les propriétés supraconductrices et la structure des systèmes. Ensuite, j’ai dirigé le laboratoire d’étude des propriétés électroniques de solides (LEPES) de 1996 à 2002 inclus, et le LCMI de 2006 à 2008 inclus. Je suis chercheur émérite depuis 2009 ce qui permet à un retraité de garder des possibilités de recherche ou de diffusion des connaissances.