Le physicien de la grenouille flottante a aussi un Nobel

Au Laboratoire des champs magnétiques intenses de l'université de Nimègue, aux Pays-Bas, le physicien Andre Geim a eu une grenouille vivante en suspension dans l'air un vendredi de 1997, dans le trou d'un aimant de 16 teslas : environ 300 000 fois le champ magnétique de la Terre. La grenouille n'était attachée à rien. Treize ans plus tard, le même homme recevait à Stockholm le prix Nobel de physique.

L'histoire de la grenouille a commencé avec de l'eau du robinet. Geim voulait voir ce que ferait un filet d'eau en tombant dans le trou de l'aimant ; il en a donc versé un peu et s'est penché pour regarder. L'eau n'est pas tombée : elle est restée immobile à mi-hauteur, en une boule tremblante qui ne descendait ni ne montait. Sont venues ensuite les noisettes, les fleurs, une sauterelle. La grenouille, c'est Irina Grigorieva, physicienne du même laboratoire et épouse de Geim, qui l'a proposée, avec un argument simple : une grenouille, c'est de l'eau à quatre-vingts pour cent. La grenouille est montée jusqu'au centre de l'aimant, y est restée et a continué à agiter les pattes comme quelqu'un qui nage, parce que de son point de vue elle nageait. Quand on a coupé le champ, elle est descendue toute seule et elle a regagné son aquarium sans une égratignure.

L'effet s'appelle lévitation diamagnétique. Tous les matériaux réagissent un peu à l'envers lorsqu'ils entrent dans un champ magnétique —le fer aussi, sauf qu'une autre réponse bien plus forte la recouvre— : l'eau devient un aimant minuscule et de signe contraire, si bien que le champ la pousse là où il est le plus faible. La poussée est ridicule. Si ridicule que pendant un siècle et demi on l'a tenue pour inutile : le Néerlandais Anton Brugmans a vu en 1778 qu'un morceau de bismuth s'écartait de l'aimant, et en 1845 Michael Faraday l'a décrit en détail et a adopté pour lui le mot proposé par William Whewell, qu'il porte encore. Ce qui est arrivé dans les années quatre-vingt-dix, ce sont des aimants capables de 16 teslas. À 16 teslas, cette poussée ridicule finit par valoir exactement ce que pèse la grenouille, et alors la grenouille n'a plus aucune raison de tomber.

En 2000, Geim et le physicien britannique Michael Berry, cosignataire de son article dans l'European Journal of Physics, ont reçu le prix Ig Nobel de physique : une récompense remise chaque automne aux États-Unis à des recherches bien réelles qui ont l'air d'une plaisanterie. Geim a fait le voyage jusqu'à Harvard pour la chercher. Berry avait un engagement ce jour-là et n'a pas pu venir.

Quatre ans plus tard, déjà à l'université de Manchester, Geim et son collègue Konstantin Novoselov ont collé un morceau de ruban adhésif sur un bloc de graphite —la matière de la mine des crayons— et ont tiré. Sur le ruban sont restées des feuilles de carbone d'un atome d'épaisseur : le graphène, le matériau que la théorie jugeait impossible à obtenir seul. Il est sorti des séances que Geim appelait Friday night experiments et qu'il pratiquait déjà à Nimègue : ces vendredis soir où chacun devait travailler sur un sujet qui n'était pas le sien. La grenouille est sortie d'une de ces soirées à Nimègue. Le graphène, d'une autre à Manchester. Le Nobel de 2010 a récompensé le graphène, et avec lui Geim est devenu la première personne à remporter les deux prix à titre individuel.

Dans la citation de l'Ig Nobel 2000, le motif tient en une ligne : pour avoir utilisé des aimants afin de faire léviter une grenouille. Celle de Stockholm demande deux paragraphes de physique du solide. Et pourtant, des deux, l'expérience difficile a été celle de la grenouille. Le graphite reste où on le pose.