La langue graphique en physique quantique

0.0 – Des ambitions

N’avez-vous pas la curiosité de comprendre et de connaître le monde qui vous entoure ? Cette soif de connaissance est, selon moi, le dessein de l’humanité.
Le savoir est s’accroît comme un immense rhizome continuel. J’ai l’ambition de le diffuser, de le partager afin de l’élever toujours plus haut. Plus un savoir est rependu, plus il est à même d’être acquis. Plus nos savoirs acquis sont nombreux, plus l’assimilation de nouveaux sont possibles. Chercher à tout connaître est évidemment impossible. Néanmoins, si nous partageons cette ambition utopique, alors le rhizome s’immensifie et en ce cas, il s’immensifiera d’autant plus demain jusqu’à devenir illimité. Maintenant, pourquoi avoir choisi, parmi tout le savoir,
le domaine de la physique quantique et les outils mathématiques ? Pour la raison suivante : bien que le terme quantique ait pris de la popularité, bons nombres sont ceux qui ne s’y intéressent pas dû à l’incompréhension et une vision doxique (voir glossaire), d’autant plus pour les outils mathématiques. Je souhaite corriger cela, et pas uniquement céans, mais aussi durant ma vie professionnelle grâce à de multiples projets.

1.0 – Introduction : l’expertise

1.0.1 – Une histoire de vocabulaire

La langue graphique et la physique quantique. Pourquoi s’orienter vers le terme langue alors que nous pourrions plutôt utiliser langage dans ce contexte ?
Si nous prenons les définitions exactes, nous obtenons pour le premier terme :

« Système de signes vocaux et/ou graphiques, conventionnels, utilisé par un groupe d’individus pour l’expression du mental et la communication »¹.

et pour le deuxième :

« Faculté que les hommes possèdent d’exprimer leur pensée
et de communiquer entre eux au moyen d’un système de signes conventionnels vocaux et/ou graphiques constituant une langue »².

Nous comprenons ici que la langue est un système de signes alors que le langage en est la faculté d’utilisation. Toutefois, nos usages nous orientent différemment en parlant, par exemple, de langage graphique au lieu de
langue graphique« Les termes ‹ langage › et ‹ langue › sont souvent confondus dans leur usage. Pourtant, ils renvoient à des réalités distinctes. Le langage désigne la faculté humaine de parler, alors que la langue est la forme particulière que prend l’exercice de cette faculté dans une communauté donnée. Par extension, la langue correspond à tout système de signes ou de symboles plus ou moins codés. Ainsi parle-t-on de la ‹ langue française › et non du ‹ langage français ›. De même, on devrait dire la ‹ langue symbolique › et non le ‹ langage symbolique ›. Mais cette expression, ainsi que celles de ‹ langage naturel ›, ‹ langage graphique ›, ‹ langage mathématique ›, est passée dans l’usage, tout comme celles de ‹ langage de la peinture › et ‹ langage du cinéma ›. », Intervenir sur les langages en mathématiques et en sciences, Belanger Marco et Riopel Martin, retranscription d’une note de bas de page dans l’introduction à la page XIV, 2007. Note : Ici, il est affirmé que nos usages modifient notre vocabulaire à défaut des définitions rédigées ci-contre.. Ainsi, nous utiliserons le terme langue, fidèlement
aux définitions précédentes.

Par la suite, comprenons que le langage scientifique est constitué de trois langues : naturelle, symbolique et graphique, d’après la préface de l’ouvrage Intervenir sur les langages en mathématiques et en sciences³.
Prenons un exemple d’application : {E=mc²} est une formule appartenant à la langue symbolique. Sa traduction en langue naturelle est {l’énergie est égale
à la masse multipliée par la célérité au carré}. La langue graphique serait,
dans ce cas, un schéma ou une forme traduisant visuellement la formule.

1.0.2 – L’isolation de la science

Jean-Marc Lévy-Leblond a beaucoup écrit notamment sur la physique quantique et son écart vis-à-vis de la vision populaire. Dans son ouvrage La science en mal de culture⁴, il atteste du hiatus entre le savoir scientifique et le savoir populaire. Celui-ci isole la science ce qui les contraignent l’un l’autre. Également dans la Préface du livre À la découverte des lois de l’univers⁵, Roger Penrose, éminent cosmologiste et mathématiciens, pense qu’il s’agit d’un mauvais départ dans l’éducation de la science, d’autant plus pour les mathématiques. D’après lui, nombre de personnes se pensent incapables de résoudre une multiplication de fraction. Pourtant, il n’est pas exclu qu’ils le puissent. En soit, si l’éducation est forcée, sans passion ou effectuée sans démontrer l’intérêt d’une discipline, alors l’élève ne suit pas et n’a pas envie de suivre : il n’y est pas encouragé. Ainsi, dès le plus jeune âge, une personne se retrouve à isoler la science de sa culture. Néanmoins, nous verrons que cette isolation n’est pas unilatérale.

1.0.3 – La vision doxique des images en mathématique

Que pensent les experts en sciences dites « dures »⁶ de la langue graphique ? Ici, nous avons des témoignages de mathématiciens regroupés dans un article
de Muriel Lefebvre « L’ambivalence des mathématiciens face à l’image »⁷.
À la lecture, nous remarquons en premier lieu que certains experts voient l’image comme un élément superflu ou inutile :

« Dans mes articles, je ne dessine pas car tout le monde connaît. Ce n’est pas la peine. »⁸.
« C’est des dessins destinés aux manuels. Ça ne sert pas à grand-chose. Ce sont vraiment des dessins pour des ignorants ! »⁹.

Pour ces mathématiciens, l’image n’a qu’une utilité pédagogique destinée au profane — un facteur attestant que la science s’isole elle-même du populaire.

En second lieu, nous comprenons que l’image possède une mauvaise réputation, car elle ne serait pas un contenu scientifique, comme le témoigne
un expert :

« Le vrai problème de l’utilisation des dessins en mathématiques, c’est que c’est extrêmement mal vu. Il y a évidemment des changements en mathématiques. Mais encore, c’est presque impossible d’imaginer un texte où des dessins font une partie des démonstrations. […] Il y a un préjugé. »¹⁰.
« D’après un mathématicien, ‹ le contenu scientifique, c’est ce qui reste quand on a supprimé les images… ›. Insérer une figure dans un texte serait contraire à la démarche scientifique. »¹¹.

En troisième lieu, les experts rejettent de la rédaction les démonstrations formelles au motif qu’elle ne pourrait pas constituer un moyen de preuve comme le précise ces témoignages :

« Bon, de toute façon, il est clair qu’on ne fait pas de démonstration en faisant… Je veux dire, les démonstrations formelles… et validables, en faisant un dessin. Un dessin, on ne l’utilise que comme une aide, au texte, à la compréhension du texte qui est à côté. »¹².
« Je pense qu’une preuve doit être une preuve. Moi j’aime beaucoup les dessins, mais il y a des choses avec lesquelles on ne peut pas plaisanter. »¹³.

Toutefois, nous constatons également l’ambivalence de certains discours. Jusqu’à maintenant, nous n’avons pu apercevoir qu’une vision doxique (voir glossaire). Malgré tout, des mathématiciens possèdent une toute autre opinion :

« II m’arrive souvent, bien sûr, quand je réfléchis, de faire des dessins sur le papier, qui sont des vues en perspective de surfaces, disons… Et qui me servent de support, en quelque sorte, à la réflexion. »¹⁴.
« Là, ça n’avait pas de sens sans dessin […] C’est inhérent au sujet. […] Comment vous voulez que je raconte ça autrement qu’en montrant les figures ? Ça n’avait pas de sens s’il n’y avait pas de dessins. »¹⁵.
« C’est comme ça qu’on travaille. Ces dessins font partie d’une démonstration. Même si c’est mal vu par la communauté. »¹⁶.

La langue graphique a beau avoir mauvaise réputation, elle garde une utilité didactique et devient, en outre, un support tangible à la réflexion.

1.0.4 – Les physiciens ne comprennent plus la physique

« La physique devient trop difficile pour les physiciens »¹⁷.

Maintenant que nous connaissons les fossés réciproques entre science et populaire grâce à Jean-Marc Lévy-Leblond, nous retrouvons dans son ouvrage un passage intéressant ; à savoir que dans la science, il y a une sur-isolation. Présentement, il se trouve une ultra-spécialisation de la recherche. De ce fait,
un scientifique, de même discipline, peut se retrouver non-expert d’un sujet de recherche ultra-spécialisé, ce qui l’isole. Comme nous démontre l’interview d’Anna Alter¹⁸, astrophysicienne et journaliste scientifique, les physiciens
ne connaissent pas toutes les théories de leur propre domaine :

« les chercheurs inventent aujourd’hui des outils mathématiques — théories des pliages et des nœuds, cordes, groupes, topologie, etc. — tellement abstraits et complexes qu’ils ne sont accessibles qu’à une poignée d’experts à travers le monde qui n’arrivent pas à se mettre d’accord et nous on a du mal à suivre ».

1.1 – Introduction : les mathématiques

1.1.1 – De l’axiome à la théorie

Afin de consolider notre vocabulaire sur les mathématiques, demandons-nous : qu’est-ce qu’une théorie ? Profondément ancré dans nos usages, voilà bien un mot qui dépasse l’isolement de la science. Carlos M. Madrid Casado nous explique, dans son livre Hilbert et les bases des mathématiques, au début était l’axiome, une nouvelle perspective explicative suivant l’interprétation de David Hilbert ; un des plus grands mathématiciens du XX^e siècle. Cette perspective se fonde autour de l’axiome : un énoncé ou principe fondamental d’une théorie.
Afin de le consolider, il convient d’effectuer une démonstration, cette dernière étant une suite de déduction logique ; cela créer le théorème, le résultat
final de la démonstration. En définitive, la théorie est l’ensemble des théorèmes démontrables. En plus de mieux saisir les mathématiques, nous comprendrons alors, par la suite, son lien avec la physique.

1.1.2 – Le lien physico-mathématique

« Pourtant, les équations ne sont pas juste des jeux d’écriture mathématique, ce sont souvent elles qui permettent aux physiciens de penser le concept, de le triturer, de le manipuler,
de l’éprouver et finalement de le comprendre. »¹⁹.

« La philosophie est écrite dans ce livre gigantesque qui est continuellement ouvert à nos yeux (je parle de l’Univers), mais on ne peut le comprendre si d’abord on n’apprend pas à comprendre la langue et à connaître les caractères dans lesquels il est écrit.
Il est écrit en langage mathématique, et les caractères sont des triangles, des cercles, et d’autres figures géométriques,
sans lesquelles il est impossible d’y comprendre un mot. »²⁰.

Les mathématiques sont une langue universelle qui permet de traduire des phénomènes physiques en symboles synthétiques. Ainsi, il est aisé d’apercevoir ce lien fluctuant entre mathématique et physique ; notamment, quand nous lisons des publications scientifiques avec plus d’équations que de texte — ce qui a tendance à nous rebuter. Néanmoins, nous comprendrons davantage ce lien avec son histoire. Dans le diaporama de la conférence Mathématiques et Physique.
Le langage de la Nature est-il mathématique ? de Didier Robert ²¹, il est précisé qu’à partir de l’antiquité, la formulation des lois physiques demandait
des formulations mathématiques constamment plus complexes.
Prenons l’exemple de Pythagore : imaginons que nous avons un carré aux côtés mesurant un centimètre chacun. Comment mesurer sa diagonale ? Si nous suivons son théorème, nous savons que la diagonale est la racine de la somme de deux côtés — soit 1+1 = 2 et donc √2. Toutefois, à cette époque, nous ne connaissions pas la racine √. De ce fait, il a fallu inventer des nombres substituts, soit √ 2 ≈ 1, 414 · · ·.

Postérieurement, Archimède dut inventer un nombre d’autant plus mystérieux que nous connaissons tous aujourd’hui : π (≈ 3, 14159 · · ·). π est fréquemment utilisé en physique quantique. Nous pouvons citer la constante de Dirac
(un remaniement de la constante de Planck) — formule mère dans cette
discipline — qui se note ћ = h/2π. Nous constatons que les mathématiques sont une langue essentielle en physique. Cela complète également le premier propos énoncé dans l’introduction sur les trois langues que nous retrouvons dans le langage scientifique. Par ailleurs, d’après le professeur Bruno Mendiboure²², les mathématiques utilisées en physique sont nommées outils mathématiques ; c’est donc ainsi que nous les mentionnerons.

2.0 – Introduction : les études de cas

« Cette théorie [la physique quantique] est subtile. Elle s’exprime avec un ensemble simple d’axiomes, et c’est une théorie qui « marche » parfaitement ! Cependant, elle a provoqué un tel bouleversement conceptuel de notre appréhension du réel physique que l’on ne sait pas encore l’énoncer avec le langage courant. On ne sait l’exprimer correctement qu’avec le langage mathématique. Connaître et assimiler le sens de ses structures mathématiques est le prix d’entrée au cercle du petit nombre de ceux qui peuvent la comprendre, même si, au bout du compte, l’essentiel de ces mathématiques est relativement simple. […] mais il est difficile sinon impossible de verbaliser correctement, même en définissant des mots nouveaux, comme le font souvent les philosophes. »²³

Aujourd’hui, le problème est que la physique quantique ne peut être exprimée que part des outils mathématiques. Donc, en quoi la langue graphique complémentarise les outils mathématiques en physique quantique ? Et en quoi le design graphique peut s’y introduire et résoudre son indicibilité ? Parmi nombre d’outils mathématiques formulés en langue symbolique, certains peuvent être traduit en langue graphique. Nous verrons, dans une première étude de cas, des utilisations de formes créées et utilisées par des experts physiciens ou mathématiciens. Celle-ci est dissociée en deux parties, la seconde étant les observations concrètes. La deuxième étude de cas nous montrera les formes créées et utilisées par les médiateurs/vulgarisateurs. En définitive, la dernière étude de cas développera les formes créées et utilisées par les designers graphiques. Il est important de noter que chaque étude de cas comportera quatre axes, chacun étant représenté par un exemple, afin d’appréhender au mieux le propos.

2.1 – Les formes réalisées par les scientifiques

Nous voici dans notre première étude autour des formes créées et utilisées
par des physiciens et/ou mathématiciens. Antérieurement, nous avons étudié
la vision doxique d’experts scientifiques sur l’image. Cette vision diverge en fonction des témoignages, mais toutes s’accordent sur la valeur pédagogique des images. À partir d’ici, les formes seront évaluées dans cet objectif aux valeurs quantifiables telles que l’efficacité, la lisibilité et l’attrait.

2.1.1 – Diagramme de Feynman

Commençons avec les diagrammes de Feynman. Ces derniers sont apparus au milieu du XX^e siècle par Richard Feynman, illustre physicien. Leurs objectifs sont de montrer précisément (à 0, 000 1 % près) les interactions entre les particules comme les électrons ou les photons — particules de la lumière. Ils témoignent également d’une démonstration temporelle : les flèches représentent le déplacement de la particule dans le temps. À savoir qu’un électron se déplaçant vers le passé ne possède pas la même charge électrique et, de ce fait, il devient son contraire positif : un positon. Les diagrammes de Feynman possèdent de plus une ondulation pour représenter un photon. En plus de montrer les interactions, nous pouvons constater leurs évolutions. Un électron ou un positon peut absorber ou émettre un photon à partir d’un point d’interaction. Plusieurs possibilités nous sont accordées : un électron et un positon peuvent s’annihiler en photon comme ce dernier peut se convertir en une paire électron/positon.
Les points d’interactions constituent un changement qui peut faire rapprocher
ou s’éloigner les particules (ou antiparticule pour le positon).

Nombre de scénarios sont alors imaginables : nous pouvons, par exemple, faire émettre un photon qui se convertirait en paire électron/positon pour ensuite s’annihiler en photon avant de rejoindre l’autre point d’interaction — ce que nous appelons une boucle, nous pouvons l’observer ci-contre.

« A priori, tant que le mouvement global et la charge électrique sont conservés, tous les scénarios imaginables, une infinité de possibilités plus ou moins complexes sont susceptibles de se produire. »²⁴.

Chaque scénario peut être représenté par un diagramme, soit une infinité. Toutefois, quel est le scénario qui se produit dans l’univers ?
En sachant qu’à l’échelle quantique, les particules sont partout à la fois et en même temps, leurs états se superposent : ce qu’on nomme une superposition d’états. Dû à cette caractéristique, tous les scénarios se produisent en même temps. Chaque scénario correspond à une équation« Électrodynamique quantique et Diagrammes de Feynman », ScienceClic, vidéo Youtube, février 2021, capture d’écran à 9:20« À chacun de ces différents diagrammes de Feynman correspond une intégrale, et les contributions de chacune doivent être additionnées. » Extrait de l’ouvrage À la découverte des lois de l’univers : La prodigieuse histoire des mathématiques et de la physique, Roger Penrose, scan de la page 913, 2007, celui-ci y est
alors complémentaire. Comme nous pouvons le voir dans l’exemple choisi,
les diagrammes sont des schémas stylisés et simples permettant une grande efficacité dans la communication, qu’elle soit inter-expert ou entre expert et profane.

2.1.2 – Réseaux de spins

D’autres diagrammes sont également omniprésents en physique et ont participé à plusieurs avancées majeures.

« Des réseaux tensoriels aux circuits quantiques en passant par les diagrammes de Feynman, rares sont les domaines de la physique qui ne font pas appel à un raisonnement informel par l’image. Ces diagrammes représentent les opérations mathématiques sous-jacentes et facilitent l’interprétation physique, mais ne peuvent généralement pas être calculés directement. »²⁵.

Celui que nous étudierons dans cet axe est le réseau de spins créé par Roger Penrose. Notamment connu pour ses collaborations avec Stephen Hawking,
il a également inventé la théorie quantique des twisteurs et reçu le prix Nobel de physique en 2020. Vers le milieu du XX^e siècle, il invente les réseaux de spins,
un schéma représentant les relations entre spins. Maintenant, nous nous posons tous la même question : qu’est-ce qu’un spin ? Si nous consultons notre ressource écrite par Penrose, nous avons :

« Dans le cas d’une particule massive, le spin désigne le moment angulaire autour du centre de la masse. »²⁶.

Peu parlant, toutefois, si nous regardons le choix des mots, il peut être aisé d’y trouver un sens. Il faut savoir qu’un moment angulaire, aussi appelé moment cinétique, est une grandeur qui décrit la rotation d’un corps. Qui plus est, spin signifie tourner en français. Nous comprenons que le spin est donc une propriété qui est à l’origine du mouvement de rotation d’une particule ayant une masse — le spin d’un photon, une particule n’ayant pas de masse, n’est présent que dans sa directionExtrait de l’ouvrage 15 leçons de mécanique quantique, Jean-Louis Basdevant, scan à la page 269, 2019.

Présentement, voyons le réseau de spins :

« Chaque segment de droite, repéré par un nombre naturel n, représente une particule ou un sous-système de spin total ⁿ/₂ x ℏ, appelé une n-unité. »²⁷.

Le spin total est une mesure de la quantité de spins formant un ensemble.
Ici, nous considérons qu’une unité est une particule où n serait la valeur du spin total (un spin peut avoir plusieurs valeurs en fonction de sa particule : 0 ; 1/2 ; 1 ; 2). Aujourd’hui, les réseaux de spins sont surtout utilisés dans le cadre de la gravitation quantique à boucle qui, comme la théorie des supercordes [voir 2.1.3], cherche à unifier la gravité à l’échelle quantique. Tout comme ceux de Feynman, ils sont des diagrammes stylisés, qui nécessitent peu de communication dû à leur efficience visuelle.

2.1.3 – Calabi-Yau

Malgré de nombreux diagrammes et tableaux, la physique quantique ne se limite pas à des modèles aussi schématiques. Une des formes les plus complexes est celle des Calabi-Yau, comme nous pouvons le constater avec les images ci-dessous²⁸ et ci-contreExtrait de l’ouvrage À la découverte des lois de l’univers : La prodigieuse histoire des mathématiques et de la physique, Roger Penrose, scan de la page 878, 2007. Ils ont été notamment utilisés dans la théorie des supercordes. Toutefois, de quelle théorie s’agit-il ?

La physique quantique, plus qu’une échelle, est un ensemble de principes et de théories qui explique comment est l’univers infinitésimal. Les phénomènes les plus importants de la physique, qu’importe le niveau de grandeur, sont les forces (ou interactions) fondamentales : la plus connue étant la gravité. Nous savons que la gravité influe sur le mouvement d’un corps en fonction de la masse d’un autre et de la sienne — comme l’orbite de la lune vis-à-vis de la terre. Néanmoins, quantiquement, comment cela marche ? Nous ne savons pas
et pourtant, nous avons nombre de théories comme celle des supercordes.
Soit, au lieu de considérer les particules comme des points, elles sont envisagées comme des cordes (ouvertes ou fermées) vibrantes« La théorie des Cordes », ScienceClic, vidéo Youtube, capture d’écran à 3:22, juillet 2021, repéré à https://www.youtube.com/watch?v=f0e-Soo1qFQ_ [consulté le 19 décembre 2022] Note : Les cordes fermées, contrairement aux ouvertes, forment une boucle tel un cercle qui aura différentes vibrations possibles. en fonction de quelles particules elles représentent. Une corde électron ne vibrera pas de la même manière qu’une corde photon. Conceptuellement, cette théorie est moins intuitive que les calculs mathématiques qu’elle engendre.

De plus, ces derniers nous montrent une caractéristique encore plus étrange : les dimensions. Nous savons que notre univers est formé de quatre dimensions, trois d’espaces et une de temps. Avec cette théorie, nous en obtenons dix, neuf d’espaces et une de temps. Cela pose un problème,
car il suffit d’ouvrir les yeux pour voir que ce n’est pas le cas. Pour résoudre
ce problème, nous imaginons que les six dimensions supplémentaires sont recroquevillées sur elles-mêmes.

  C’est ici qu’intervient les Calabi-Yau : ils sont le formalisme de supercordes à dix dimensions. Cette théorie peut sembler lointaine, contre-intuitive et faite de problèmes aux solutions absurdes. Cependant, mathématiquement, elle offre de nouvelles approches et de nouvelles découvertes présentant un grand pas pour la physique quantique. Les variétés de Calabi-Yau ont beau être des simulations mathématiques, elles restent, malgré leurs complexités, élégantes et attirantes de par leurs formes organiques, imbriquées (voir hypnotique) et leurs couleurs. Si leurs formes ne sont pas choisit car elles découlent de calculs, leurs couleurs, elles, le sont. Nous pouvons alors nous poser une question : est-ce à but fonctionnel, notamment sur la gestion du contraste et de la profondeur ou à but attractif ? Nous pouvons supposer que les experts (dans cette discipline) commencent à rendre leurs visuels plus attractifs tout en gardant cette objectivité mathématique. Nous verrons qu’un des principaux facteurs de popularisation d’images scientifiques est la couleur. Ce facteur est d’autant plus frappant en astronomie où la couleur renforce l’aspect spectaculaire « Une image brute de la nébuleuse de la Carène vue par NIRCam, avant que la lumière infrarouge ne soit traduite en longueurs d’onde visibles. Image : Institut scientifique du télescope spatial. »« La même région de formation d’étoiles de la nébuleuse de la Carène, vue après la conversion des données infrarouges en longueurs d’onde visibles. Les étoiles brillantes ont de grands pics de diffraction, un artefact de l’image de Webb. Image : NASA, ESA, CSA et STScI ». « Les couleurs des images du télescope Webb sont-elles ‹ fausses › ? », Schultz Isaac, images du site Gizmodo, août 2022, repéré à https://gizmodo.com/webb-space-telescope-image-colorization-1849320633 [consulté le 3 janvier 2023].

2.1.4 – Orbitales atomiques

Nous avons vu beaucoup de formes aux concepts abscons. Maintenant, prenons légèrement du recul pour étudier une vision plus simple : les orbitales atomiques. Nous avons pu voir que les physiciens utilisent des diagrammes qui schématisent des particules, comme l’électron, de façon ponctuelle. Pourtant, nous savons que ces dernières ne sont pas seulement des points ou des segments aussi nets.
Les particules se comportent comme des ondes et ne peuvent ni être localisées, ni mesurées (dans leurs vitesses) en même temps. Ces deux principes sont nommés la dualité onde-corpuscule pour le premier et le principe d’incertitude d’Heisenberg pour le deuxième. Soit, comment savoir où se situe un électron dans un atome ? Les experts calculent l’emplacement le plus plausible grâce à des probabilités. Ils obtiennent alors plusieurs types d’orbitales en fonction de l’atome et du nombre d’électrons : s (sharp), p (principal), d (diffuse), et f (fundamental).

  L’image montrée ici²⁹ décrit visuellement la densité de probabilité de trouver un électron en fonction du type d’orbitale. Nous apercevons que plus la couleur est claire plus le passage de l’électron est probable contrairement au plus foncé, le noir, où il n’y passe pas. C’est avec cet axe que nous déduisons qu’un concept décrit en langue naturelle et graphique est nettement plus compréhensible. Nous pouvons considérer que l’image est colorisée de façon pragmatique. Il est question de zones plus ou moins floues dictées par un dégradé. Les couleurs prises sont complémentaires et permettent de se distinguer les unes les autres. Toutefois, est-ce un choix également attractif ?

Pour conclure, parmi tous les cas que nous avons pu étudier, les formes créées par les experts en physique quantique sont stylisées, simplifiées et légendées. L’objectif est avant tout l’objectivité et l’efficacité. En outre, leur simplicité permet de synthétiser des calculs trop souvent interminables. Au demeurant, les formes de Calibi-Yau sont complexes avec un potentiel but d’attraction. Toutefois, elles permettent de visualiser ce qui, par conséquent permet un meilleur appui de réflexion.

2.2 – Les formes observées par les scientifiques

A posteriori, nous voici dans la seconde partie de cette première étude de cas où nous étudierons les formes observées par les physiciens. Nous y retrouverons des photographies ou des simulations avec pour fil rouge : le haut degré d’iconicité. Il semble logique de ne pas l’épargner si nous prenons en compte que la partie précédente est uniquement sur des formes à faible degré d’iconicité. De surcroît, si nous observons nos ressources de cette étude
de cas : la présence de l’un est autant notable que l’autre.

2.2.1 – Particules dans une chambre à bulles

Nous amorcerons avec l’image montrée ci-contre. Celle-ci est populaire ; nous la retrouvons dans la plupart des articles sur la physique quantique, qu’ils soient sur écran ou sur papier, ainsi que dans de la documentation scientifique non vulgarisée (inter-experte). Pour cause, elle montre une observation qui a permis une grande avancée en physique des particules — soit une des disciplines sous-jacentes à la physique quantique. D’après l’image dans 15 leçons de mécanique quantique de Jean-Louis Basdevant, il s’agit de :

« Traces de particules dans une chambre à bulles des années 1960. Un faisceau de protons pénètre de la gauche dans la chambre, plongée dans un champ magnétique, et entre en collision avec les protons de la chambre. Les particules chargées produites ont des trajectoires courbées vers la droite ou la gauche suivant le signe de leur charge […] »³⁰.

Basdevant nous offre de multiples informations.

Dans un premier temps, nous nous questionnons : qu’est-ce qu’une chambre à bulle ? Inventée au début des années 50 par le physicien Donald Arthur Glaser, elle permet, grâce à un système de liquide porté à ébullition, de photographier les traces de particules. En outre, d’analyser leurs caractéristiques telles que leur masse ou leur charge. Par ailleurs, cette prodigieuse invention lui a valu le prix Nobel de physique de 1960 alors qu’il n’avait que 36 ans.

Dans un deuxième temps, nous apercevons sur l’image des lignes droites
et d’autres courbées : cela est dû au champ magnétique. La direction fluctue
en fonction de la charge électrique — positive ou négative — des particules utilisées. Il existe nombre de photographies relatant d’expériences similaires, montrant d’autres résultats et illustrant diverses publications. De plus, il est remarquable de voir que celles-ci montrent
ces images en couleurs, souvent saturées afin d’attiser l’attention et les rendre attractives« Voir l’invisible : événements en physique des particules », O’Luanaigh Cian, image du site CERN, juin 2015, repéré à https://home.cern/fr/news/news/detectors/seeing-invisible-event-displays-particle-physics [consulté le 15 janvier 2023]« Lecture 12, The Big Bang and Cosmology », Clarage Jim, document de conférence sur le site University of Huston, 2008, repéré à https://uh.edu/~jclarage/astr3131/lectures/12/cern_bubblechamber.jpg [consulté le 15 janvier 2023] comme les Calabi-Yau. Les lignes colorées et courbées en spirales, les rendant presque hypnotisantes. De même qu’il y a une fonction
à ces couleurs : distinguer les éléments grâce au contraste et apercevoir plus
de détails, ainsi, cela améliore la compréhension de l’image.

2.2.2 – Les condensats de Bose-Einstein

Un phénomène moins renommé pourtant notable : les condensats de Bose-Einstein. Il s’agit d’un état qui se produit quand les bosons présents dans les gaz refroidissent à très basse température. Seulement, qu’est-ce qu’un boson ?
Pour le savoir, nous devons nous plonger dans le modèle standard de la physique des particules. Un terme qui peut paraître abscons, néanmoins abordable.
Tel le tableau de Mendeleïev classant les éléments chimiques, le modèle standard organise les différents types de particules. Les deux principales classes sont les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules constituant
la matière et les bosons sont celles constituant les forces fondamentales. Prenons un exemple : le photon produit la force électromagnétique. Présentement que nous savons ce qu’est un boson, que se passe-t-il à basse température ? Nous connaissons la dualité onde-corpuscule — une particule
se comporte tantôt comme un corps ponctuel et tantôt comme une onde.
À ultra-basse température, les ondes sont si importantes qu’elles deviennent plus grandes que la distance probable entre les atomes. Les bosons peuvent alors se positionner dans le même état énergétique et former une seule et immense onde : un condensat de Bose-Einstein.

  Les images ci-contre sont distinctement le phénomène, pour la première, et le résultat, pour la deuxième, d’une observation de condensats de Bose-Einstein. Sur la première, nous avons une condensation, le phénomène visible, nous montrant comme une diffusion fluctuante en fonction de la température. Sur la deuxième, nous apercevons un condensat, soit la simulation du résultat, l’état en lui-même. Ici, nous avons des visuels sans quelconque retouche qui permettrait une attirance du public ; l’unique but est l’objectivité de la forme observée.
Cet objectif favorise tout de même la compréhension, car il est un support à la réflexion et à la communication de la théorie ou de l’expérimentation. Néanmoins, d’autres visuels concernant des observations/simulations de condensats sont publiés. Certains utilisent la couleur de façon pragmatique et sont attrayants malgré euxFigure 8 de l’article « A Method for the Dynamics of Vortices in a Bose-Einstein Condensate : Analytical Equations of the Trajectories of Phase Singularities », Ferrando María-García, Sergi, Albert, Conejero J. Alberto, Fernández De Córdoba Pedro et Ángel García-March Miguel, image du site MDPI, janvier 2023, repéré à https://doi.org/10.3390/condmat8010012 [consulté le 9 novembre 2023] Note : En voici un exemple. Les couleurs sont présentes afin de différencier les caractéristiques et de les analyses, soit un objectif pragmatique. Néanmoins, il est intéressant de supposer que l’attractivité dû aux couleurs et aux mouvements fluides, hypnotiques, ne soit qu’une conséquence non voulue. L’article, d’où viennent les observations, n’est pas suffisamment diffusé, ni vulgarisé pour attirer un public populaire. Leur attraction est-elle donc un fruit du hasard ?.

2.2.3 – La microscopie à effet tunnel

Nous voilà avec un nouveau principe de physique quantique : l’effet tunnel.
Une étrange bien que fascinante caractéristique, l’effet tunnel est un phénomène qui permet à une particule de traverser une paroi. Concrètement, nous le fréquentons couramment. Quand notre voisin écoute de la musique fortement, nous l’entendons de façon plus ou moins amoindri en fonction du débit sonore. Cela signifie qu’une petite partie des ondes sonores traversent le mur qu’il y a entre chez nous et le voisin. Nous nous souvenons de la dualité onde-corpuscule. Si nous visualisons cet événement de façon corpusculaire, alors parmi toutes les particules propulsées par le débit du son, quelques-unes traverseront le mur comme si un tunnel s’était ouvert pour les laisser passer — d’où le nom de cet effet.

  Maintenant, qu’est-ce que la microscopie à effet tunnel ? Comment cela peut-il fonctionner ? Créé en 1981 par Heinrich Rohrer et récompensé par le prix Nobel de physique de 1986, le microscope à effet tunnel permet une grande résolution sur des mesures infinitésimales (0,01 nanomètre) et d’étudier des surfaces avec précision. Une pointe, dont l’extrémité est formée d’un seul atome, cartographie une surface voulue puis les experts appliquent un passage d’électrons — grâce à l’effet tunnel — qui offre un courant électrique sensible ; permettant cette grande résolution. Les images ci-dessus et ci-contreExtrait de l’ouvrage 15 leçons de mécanique quantique, Jean-Louis Basdevant, scan à la page 106, 2019 nous montre à la fois le schéma de son fonctionnement et son résultat impressionnant. Semblablement, il existe des observations colorisées qui sont utilisées dans un contexte de diffusion populaire« Cette image en fausses couleurs saisie avec un microscope à effet tunnel montre la structure en nid d’abeille du graphène. Il s’agit d’un feuillet cristallin composé d’atomes de carbone formant un réseau hexagonal. C’est cette structure en 2D qui dote le graphène de propriétés remarquables.© ESRF », « Le graphène viole la loi de conduction de la chaleur de Fourier », Sacco Laurent, image du site Futura Sciences, mai 2014, repéré à https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-graphene-viole-loi-conduction-chaleur-fourier-53740/ [consulté le 9 novembre 2023].

Nous pouvons également observer l’expérimentation d’IBM (International Business Machines Corporation)A Boy And His Atom : The World’s Smallest Movie, IBM, vidéo Youtube, février 2021, capture d’écran à 0:43 qui nous fait état de l’effet tunnel de diverses façons plus ou moins attendu, notamment avec leur vidéographie

A Boy And His Atom : The World’s Smallest Movie³¹. Au-delà d’une objectivité scientifique, cette utilisation permet un étonnement et un attrait stimulant la curiosité du spectateur, soit son intérêt.

2.2.4 – Intrication quantique

Afin de clore cette étude de cas, nous voici dans notre dernier axe. Celui-ci porte sur la première photographie d’une intrication quantique. Aussi connu
sous le nom d’enchevêtrement quantique, ce phénomène est particulièrement populaire pour un autre terme qui constitue son principe : la téléportation quantique.

Ainsi, nous nous demandons tous : alors, la téléportation existe ?
C’est un terme à prendre avec des pincettes, car après tout, nous ne faisons
pas disparaître une particule pour la transférer à l’autre bout de la planète.
Le processus diffère. Nous pouvons énoncer que des états intriqués peuvent communiquer instantanément. Il faut savoir que si nous prenons deux particules enchevêtrées et que nous inscrivons une information sur l’une d’entre elle,
alors l’autre aura l’information transmise qu’importe la distance (en théorie).

Sur nos images³² , nous pouvons apercevoir des surfaces ponctuelles plutôt floues sur un fond noir — dont si lien existe, reste à déterminer. Pourtant, il s’agit bel et bien d’images montrant l’intrication de deux photons. Le principal chercheur de l’étude, Paul-Antoine Moreau déclare que l’image est :

« une élégante démonstration d’une propriété fondamentale de la nature ».

Afin de saisir ce phénomène, ce dernier, ainsi qu’une équipe d’autres physiciens, ont envoyé un flux de photons intriqués sur ce qu’ils ont décrit comme :

« objets non conventionnels »³³.

En soi, l’expérience a permis de capturer quatre images de photons sous quatre transitions de phases différentes. Toutefois, il ne s’agit pas concrètement d’une photographie, il est question d’une image composite ressemblant diverses captures en fonction des phases des photons. Souvent dû à l’usage des technologies numériques, les images composites sont monnaie courante dans cette discipline. Ici, il n’est question uniquement d’objectivité visuelle notamment lorsque que l’on voit la complexité de ceux-ci. Cette remarque appuie les déductions de nos précédents axes ; les visuels en science, fait par la science, ont plusieurs buts. Nous reprenons l’objectivité visuelle avec l’intrication.
Le support tangible à la communication (ce qui la facilite) notamment sur la première partie avec les diagrammes. Enfin, l’attrait pour le public avec une retouche ou une formalisation des visuels comme la chambre à bulle, l’effet tunnel ou les condensats.

3.0 – Les formes réalisées par les vulgarisateurs

Tout au long de notre étude, nous avons pu aborder la physique quantique de façon brève et réductrice. Nous vulgarisons afin de saisir des exemples spécifiques qui nécessitent un minimum de bagage scientifique : nous ne sommes pas experts, mais nous sommes curieux. Dans cette seconde étude de cas, nous nous questionnerons sur les formes réalisées et utilisées par divers médiateurs/vulgarisateurs. Commençons par choisir le terme. Il s’agit d’un grand débat, néanmoins, nous assumerons ici la vision de Jean Rostand, historien des sciences :

« Acceptons donc résolument, courageusement ce vieux mot, consacré par l’usage, de vulgarisation, en nous souvenant que vulgus veut dire peuple et non point le vulgaire »³⁴

et choisirons vulgarisateur. Il est important de savoir que cette étude de cas est extrêmement flexible ; les vulgarisateurs ne font pas partie d’un domaine fixe.
Ils peuvent être autant scientifiques que designers graphiques. Alors, pourquoi cette catégorisation ? Céans, il sera question d’objets de vulgarisation (fait par un scientifique, illustrateur, designer ou collaborations) destinés à un public profane.

3.1 – Reprise des formes scientifiques

Nombreux sont les objets éditoriaux n’utilisant que l’écrit, des schémas filaires et/ou des formes réalisées par des scientifiques [voir 2.1 et 2.2]. Notre exemple, appuyant notre axe, sera Initiation à la physique quantique, la matière et ses phénomènes par Valerio Scarani. Le titre semble révélateur : nous sommes invités à apprendre la surface de cette théorie. Par ailleurs, en amorce du texte, l’auteur nous précise :

« la seule chose que je puisse faire, c’est montrer la physique quantique à l’œuvre. »³⁵.

Une ambition réussie d’après plusieurs experts tels que Jean-Marc Lévy-Leblond, qui a également écrit la préface³⁶. Quand nous entrons dans le livre, nous slalomons entre écrits et schémas. Finalement, le concept de montrer
est assez pauvre. L’écrit est éminemment clair avec un léger attrait grâce à une narration inclusive vis-à-vis du lecteur.

  Toutefois, nous nous apercevons que les formes qui « montrent » la physique quantique ne sont ni excessivement nombreuses ni compréhensibles. De plus, si nous reprenons la pensée de Roger Penrose [voir 1.0.2], les schémas de ce type nous rappellent les codes visuels des fiches de cours ; une vision doxique voilant la curiosité d’un lecteur lambda, alors rebuté par l’aspect et l’écrit prédominant.

Dans l’épilogue, Scarani introduit quelques outils mathématiques. Il s’agit d’une pratique intéressante pour plusieurs raisons : elle atteste du lien physico-mathématique, elle n’est pas abusée pouvant décourager le lecteur et elle participe à l’émergence populaire des mathématiques. En conséquence, malgré certaines inclusions, la forme de l’objet éditorial ne permet pas un attrait visuel suffisant pour attiser la curiosité des « non-physiciens ».

3.2 – Formes métaphoriques et analogiques

Nous comprenons qu’il est idéal de travailler avec plusieurs spécialistes complémentaires. Certains vulgarisateurs font appel à des illustrateurs ou des designers graphiques afin d’améliorer l’objet qu’ils souhaitent réaliser et d’avoir une complémentarité qui le nourrisse. L’exemple de cet axe qui va nous démontrer cette réflexion est Atom Land : voyage dans le monde étrange
(et incroyablement petit) de la physique des particules de Jon Butterworth³⁷.

Néanmoins, avant de l’étudier, regardons brièvement les résultats plus courant de ces collaborations. Nous pouvons prendre Les idées noirs de la physique illustré par Scott Pennor’s³⁸. Nous avons un objet aux visuels métaphoriques, presque poétiques qui ne nourrissent, ni ne complémentarisent, l’écrit prédominantExtrait de l’ouvrage Les idées noirs de la physique, Vincent Bontems et Roland Lehouq, scan des pages 151 et 165, 2016.

  Atom Land est une des exceptions. Son concept, novateur, est pourtant également métaphorique et analogique. Néanmoins, il permet une complémentarité au texte grâce à son efficacité et la mise en scène spatiale des concepts par la cartographie. Évidemment, l’auteur précise qu’il ne s’agit pas d’une représentation exacte, mais propose un support visuel réflexif. Mettre en analogie des îles interagissant par des voyages, nous fait comprendre plus aisément les différents types de particules du modèle standard [voir 2.2.2].
Ce concept de cartographie permet même un possible amusement pour le lecteur, car ce dernier peut circuler entre les mots et les cartes. De plus, l’écrit est progressif dans la vulgarisation, rendant l’expérience de lecture plus pédagogique pour le lecteur, initié à rythme moins dense.

3.3 – Manuels et codes visuels scolaires

La vulgarisation dans l’enseignement, quels résultats avons-nous ?
Lionel Dutrieux, dans son article « De quelles manières la mise en page et la présentation graphique des manuels scolaires peuvent-elles aider le jeune
en apprentissage ? »³⁹, décrit la nécessité d’avoir manuel scolaire lisible
ainsi que l’importance des formes engendrées — qu’elles soient typographiques
ou visuelles.

« il est établi que la mise en page à une réelle influence sur l’élève : elle améliore la lecture, motive l’élève et facilite l’acquisition des connaissances. Mais, mal utilisée, elle peut provoquer l’effet inverse. »⁴⁰

À la fin de son article, nous pouvons lire l’interview qu’il a mené en 2016 avec Olivier Ruol, éditeur dans les disciplines Sciences chez De Boeck Education. Nous y apprenons que les schémas sont refait — car ils sont déjà présents dans les manuscrits — par des designers graphiques. Toutefois, comment expliquer ces codes visuels peu attrayant ?

D’après Olivier Ruol, les couleurs saturées sont choisies pour attirer l’attention ainsi que pour distinguer les diverses parties. Les encadrés, comme les pictogrammes, lui paraissent importants. Tous ces codes sont donc répétés au fur et à mesure des nouvelles éditions permettant peu d’innovations.
Attirer l’attention est un objectif premier avec la lisibilité. Néanmoins, il est crucial d’envisager que l’un l’autre peuvent s’annihiler si les experts ne trouvent pas
un bon équilibre. Prenons un exemple : si nous devons distinguer un grand nombre de parties dans une même double-page et que, par conséquent, nous utilisons nombre de couleurs plus ou moins saturées, le résultat peut alors devenir peu harmonieux et peu attrayant.

  Voyons plusieurs doubles-pages du manuel de Physique-Chimie Terminale Collection 2020 du collectif Le livre scolaire⁴¹. Qu’apercevons-nous vis-à-vis de notre exemple précédent ? Les couleurs sont multipliées et leurs utilisations sont extrêmement importantes. La conséquence est qu’en tant que lecteur, nous ne savons où donner de la tête. Certaines utilisations ne sont pas nécessaires comme la colorisation des fonds ou des lettres a., b., c., Etc. Nous ne savons quoi réellement distinguer ni où doit aller notre attention. Deuxième conséquence :
la lisibilité est réduite par cette utilisation de couleur surabondante.

3.4 – Magazines scientifiques

Les vulgarisateurs designers graphiques s’occupent de conceptions graphiques d’objets éditoriaux tels que des manuels, vu précédemment, et des magazines.
Si nous allons dans une médiathèque au rayon des revues : qu’observons-nous ? Certains mots ou titrages sont nettement imposants, une utilisation surabondante de la couleur et codes semblables aux journaux comme les colonnes de textes
et les jeux d’échelles au niveau des titrages. L’objectif que nous pouvons déduire est d’attirer le plus d’attentions possibles, être dynamique et attrayant.
Par ailleurs, afin d’illustrer notre propos, regardons notre exemple : le hors-
série Pour la science nº114 Physique des particules, dépasser le modèle standard ?⁴².

  En amorce des articles scientifiques, nous pouvons voir deux doubles-pages « repères » pour vulgariser le modèle standard [voir 2.2.2] en le redessinant
et expliquant l’implication des forces fondamentales [voir 2.1.3]. Une initiative nécessaire ? Si nous nous intéressons à la physique quantique et que nous voulons en savoir plus grâce à un magazine scientifique. Le contenu dense des articles pourrait rebuter un lecteur pour les raisons analysées en introduction. Toutefois, si nous changeons son expérience de lecture en l’amenant doucement au sujet avec des étapes de vulgarisations, la curiosité du lecteur sera moins heurtée. Qu’en est-il de l’aspect visuel ? Certains choix peuvent nuire
à la compréhension : les bosons ne sont pas classés comme les fermions,
les couleurs et les visuels diffèrent d’une double-page à l’autre, les titrages
n’ont pas tous la même graisse ou la même taille. Nous pouvons déduire
que, malgré l’intention, la réalisation manque de cohérence et d’invariables.

4.0 – Les formes réalisées par les designers

Finissons sur notre dernière étude de cas, concluant cette réflexion : les formes réalisées et utilisées par les designers graphiques. Nous avons précisé plus haut que certains vulgarisateurs sont des designers, toutefois pour cette étude
de cas, il est question d’objets de design« Un projet est la plus complexe des structures produites par l’activité mentale. Un projet de design est à la fois analytique et synthétique, spécifique et général, concret et hypothétique. Il s’en tient à la chose et aux demandes, il se saisit de faits et ouvre de nouveaux espaces de pensée. Il coupe les cheveux en quatre et ouvre des perspectives. Il suppute et ouvre des horizons de possibilités. […] le design transcende théorie et pratique et n’ouvre pas seulement une nouvelle réalité, mais également de nouvelles perspectives. », Extrait de l’ouvrage Le monde comme projet, Aicher Otl, image du site Édition B42, juin 2015. Note : Il indique une vision du design graphique utilisé ici. Les objets de design sont pensés d’une façon différente des autres objets, ils sont le résultat d’une recherche approfondit d’un sujet, d’une valeur ou d’une question, souvent sociétale. Par ailleurs, ce sont des objets expérimentaux cherchant à ouvrir un maximum de champs possible. plus que d’objets de vulgarisation. Nous analyserons des projets avec des caractéristiques visuelles différentes
afin d’évaluer au mieux cette partie.

4.1 – Pédagogie par analogies

Commençons avec Le mystère du monde quantique par Thibault Damour
et Mathieu Burniat⁴³. Cet objet éditorial est une bande dessinée coécrite
par un illustrateur spécialisé en narration, Mathieu Burniat, et un physicien théoricien spécialiste en cosmologie quantique, Thibault Damour.

« Derrière les équations, il y a des idées accessibles de 9 à 77 ans »⁴⁴

Le scénario prétexte l’explication graphique, naturelle et symbolique de la physique quantique. Bob, le personnage principal, va être plongé dans le monde quantique et y découvrir de véritables pionniers et piliers de cette théorie tels qu’Albert Einstein, Max Planck et Hugh Everett. Ces derniers vont lui expliquer
ce monde par des analogies, des comparaisons et des appuis visuels.
Prenons le cas de l’énergie d’une particule ; celle-ci est quantifiable de manière proportionnelle à sa fréquence. Ainsi, pour nous le faire comprendre plus aisément, les auteurs représentent le « quantifiable » en morceaux de sucre cumulables vis-à-vis d’une fréquence élevée.

  Qu’y a-t-il d’autre de notable dans cet ouvrage ? Les appuis visuels didactiques sont colorés ce qui les distingue des illustrations de fond en noir et blanc. Cette utilisation de la couleur est pertinente, car elle concentre l’attention du lecteur sur l’explication visuelle et non sur le reste des illustrations. Vers la fin de l’histoire, nous avons un exemple intéressant de la couleur. Celle-ci est utilisée en couches superposées afin d’illustrer la théorie de Hugh Everett : chaque couleur représente un univers et ses événements. Pour plus de précisions, il nous suffit de regarder les doubles-pages proposées ci-contre.
En outre, l’inclusion de quelques équations mères en physique quantique participe à la popularisation des outils mathématiques.

« La bande-dessinée permet à l’enfant d’appréhender plusieurs didactiques différentes, nécessaires à sa bonne compréhension et assimilation »⁴⁵.

Nous pouvons supposer que ce principe, donné par le Musée National de l’Éducation, peut également s’appliquer chez l’adulte. Ce support permet une bonne compréhension et acquisition du savoir transmit.

4.2 – Complémentarité visuelle

En ce qui touche la complémentarité visuelle, l’exemple le plus parlant de ce corpus est La quantique autrement de Julien Bobroff. Il s’agit d’un ouvrage co-créé par ce vulgarisateur scientifique et six spécialistes en design graphique et illustration : Eve Barlier, Héloïse Chochois, Marie Jamon, Marine Joumard, Océane Juvin et le collectif Dafox. La formation des visuels change en fonction de ces derniers, toutefois, l’ensemble parvient à rester harmonieux grâce à
un nuancier prédéfinit. En conséquence de cette collaboration, nous obtenons
un dynamisme au sein de l’ouvrage et, également, une interprétation différente permettant de faire saisir les concepts de plusieurs façons possibles.
Pour spécifier un peu plus notre propos, prenons un des chapitres comme exemple, soit le dix qui explique des caractéristiques comme le spin [voir 2.1.2]
et les différents types de particules [voir 2.2.2].

Ce chapitre-là a été illustré par Océane Juvin d’une façon assez inattendue. Cette dernière a créé une police de caractère illustrative nommée Quantype :

« La créatrice de caractères Océane Juvin et le physicien Julien Bobroff se sont associés pour expliquer et raconter la physique quantique et ses enjeux via la création d’une grammaire visuelle et d’un système typographique. Le signe pictural s’intègre dans le discours de vulgarisation pour faciliter la compréhension de concepts difficiles à saisir »⁴⁶.

Cette police veut rendre parlant un vocabulaire pointu en utilisant des symboles synthétiques et illustratifs« Quantype », Juvin Océane, capture du site Océane Juvin, repéré à http://oceanejuvin.fr/quantype/.

  Des petits pictogrammes servent d’intermédiaires visuelles à l’intérieur même du texte. Comme une police complémentaire à celle de labeur, celle-ci vient représenter ce qui est expliqué dans le chapitre. Si nous reprenons l’exemple du spin, ici, il est représenté comme une flèche en fonction de son
type [voir 2.1.2]. Est-ce une solution à l’inclusion controversée des outils mathématiques dans les objets de vulgarisation et de design ? Malgré un risque d’interruption dans le rythme de lecture, cette innovation peut être envisagée comme une langue graphique complémentaire aux autres tant utilisées.

4.3 – Personnifier des atomes

Si nous regardons un tableau de Mendeleïev, nous nous souvenons alors de
nos cours de sciences et, pour beaucoup, une incompréhension de cette classification. Par l’illustration, Bunpei Yorifuji avec La vie merveilleuse des éléments nous propose de (re)découvrir ce tableau de manière amusante et pédagogiqueExtrait de l’ouvrage illustré La vie merveilleuse des éléments, Yorifuji Bunpei, image du « super tableau périodique » sur le site Édition B42, 2017. Note : Ce poster n’a pas été réédité dans le livre depuis son ancienne version en 2009, mais est disponible à part. Néanmoins, il a été complété, car il contient les derniers éléments découverts comme le nihonium.. Réédité en 2017 et réimprimer en 2023 par les Édition B42,
cet ouvrage nous présente chaque élément tel un personnage à part entière avec des caractéristiques physiques en fonction de ce qu’il représente.
Prenons un exemple : le bas du corps de chaque personnage est pensé et répété en fonction de son élément. Si ce dernier est un gaz alors son corps
se termine tel un fantôme. S’il a des jambes, il est solide. De même que s’il
porte un tablier, il est présent dans notre quotidien. Alors que s’il est entouré d’un halo de lumière, il est luminescent.

  Nous pouvons observer ci-contre que l’illustrateur fait référence à Superman pour l’élément Krypton — étant aussi le nom de la planète d’origine du héros.
Ses éléments-personnages possèdent un grand nombre de détails amusant et décalé permettant une pédagogie plus apprécié du lecteur. D’autres parties du livre sont également notables.

  C’est le cas pour « les éléments du petit-déjeuner » ; cette partie décompose un plateau de nourriture en des éléments qu’il constitue. En outre, l’illustrateur japonais effectue un parallèle entre le macroscopique et le microscopique.
Nous pouvons en déduire que cela permet de concrétiser le monde quantique qui nous semble si abstrait et lointain.

« […] Et puis, en observant une table, difficile de se dire que du carbone se trouve en face de soi. »⁴⁷

4.4 – Concrétiser les échelles

Pour l’instant, nous n’avons étudié que des objets éditoriaux de plusieurs types tels que magazine, bande dessinée, manuel scolaire ou livre illustré. Toutefois,
il existe d’autres supports à des fins de vulgarisations scientifiques. Prenons le cas de l’application Système Solaire Astrocat créée par Minilab Studios en 2015. Destinée aux enfants, son objectif est de leur faire apprendre le système solaire grâce à des quiz et des explorationsSystème Solaire Astrocat, image de l’application du site Les Numériques, repéré à https://app-enfant.fr/application/professeur-astrocat-ipad-iphone/ [consulté le 14 janvier 2023]. Si nous retournons à la théorie quantique, nous avons le cas de l’animation d’Arène Charlotte et Loncin Rosalie nommée Le Nobel chevelu et réalisée dans le collectif La physique autrement
en 2019Le Nobel chevelu, images de la vidéo sur le site La physique autrement, repéré à https://hebergement.universite-paris-saclay.fr/supraconductivite/projet/le_nobel_chevelu/ [consulté le 14 janvier 2023].

Afin d’ouvrir nos axes sur cette étude de cas, nous allons étudier un nouveau support : un film documentaire commandé par IBM et créé par Ray et Charles Eames, couple de designers, en 1977. Il s’agit de Power of ten. Signifiant puissance de dix en anglais, le principe même est d’agrandir ou de rétrécir
le champ de vision à la puissance de dix toutes les dix secondes.
Nous commençons à l’échelle macroscopique avec un homme et une femme achevant un pique-nique. La caméra qui les filme puis va prendre du recul progressivement et s’éloigner vers le haut. Au fur et à mesure, nous arrivons
aux limites observables de l’univers. C’est par la suite que nous passerons
à l’échelle quantique avec un rapprochement de la caméra pour voir, cette fois,
le plus petit élément connu : le quark (à cette époque). En neuf minutes, nous sommes passés de l’échelle 10²⁴ à 10^–16.

  Si nous préservons pour une brève description uniquement l’échelle quantique, nous obtenons la caméra filmant la main, l’épiderme, le collagène,
un lymphocyte, les chromosomes et l’ADN, les atomes, les électrons et enfin évoque les quarks d’un proton du noyau. Après toutes ces informations, que pouvons-nous en déduire ? Le film nous montre concrètement toutes les échelles auxquelles nous pouvons accéder. Il s’agit également de pouvoir populariser un savoir scientifique grâce à l’étonnement et l’émerveillement.
La science-fiction utilise souvent ce procédé — nous pouvons citer Avatar⁴⁸ avec l’inclusion de la biologie dans les paysages ou Interstellar⁴⁹ avec l’application de principes physique impressionnant. Power of ten reste ancien comparé aux exemples précédents ; les savoirs sont donc à actualiser.

5.0 – Conclusion

En définitive, qu’avons-nous appris ? Savons-nous en quoi la langue graphique complémentarise les outils mathématiques en physique quantique ? Et en quoi le design graphique peut s’y introduire et résoudre son indicibilité ? Nous avons décrit les divers problèmes et solutions à travers nos études des cas et axes qui les composent. Nous avons également pu situer la place et les caractéristiques de la langue graphique sur les trois pôles distincts des scientifiques, des vulgarisateurs et des designers graphiques. Les exemples illustrant ces pôles nous ont permis de déduire les principes nécessaires à l’inclusion d’un lecteur. Après toutes ces informations, nous pouvons conclure qu’il est important de nourrir un projet avec les capacités complémentaires des spécialistes d’horizons des trois pôles. Car, finalement, l’objectif premier d’une œuvre de vulgarisation scientifique en physique quantique est d’attiser l’attrait du lecteur tout en conservant l’aspect pédagogique et didactique. Grâce à nos observations, nous avons vu qu’il est rare d’avoir un projet introduisant les outils mathématiques.
Ils ne doivent pas être un frein et être remplacé par la langue graphique, mais doit se complémentariser avec elle. Notre prochain questionnement sera alors
de savoir comment la langue graphique peut inclure les outils mathématiques
afin de les populariser ?