La physique quantique, c’est quoi ? La physique quantique est la science qui étudie l’infiniment petit : les atomes, les électrons, et même la lumière. Oui, la lumière que l’on voit tous les jours peut aussi être décrite comme faite de minuscules grains d’énergie, appelés photons. À cette échelle minuscule, la nature ne se comporte plus comme dans notre vie de tous les jours. Les objets n’ont plus des positions et des vitesses bien définies. On les décrit plutôt avec des paquets d’énergie, des probabilités, et des comportements souvent qualifiés de “mystérieux” ou “bizarres”. En réalité, c’est simplement parce qu’ils défient notre intuition ou que nous ne les comprenons pas encore complètement. Et pourtant ce monde étrange est déjà dans notre quotidien : il fait fonctionner nos téléphones, nos ordinateurs, nos caméras, et même certains outils médicaux. Commençons d’abord par le quand, qui , et surtout pourquoi ? Entre 1900 et 1930, une génération de physiciens composée de Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Louis de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, Paul Dirac etc. a bousculé la physique classique c’est-à-dire la physique telle qu’on la connaissait à l’époque. Leur objectif ? Comprendre certains phénomènes que les lois de Newton et de Maxwell n’arrivaient pas à expliquer. Alors, Ils se sont penchés sur : La couleur de la lumière émise par les objets chauffés : car oui, tous les objets chauds émettent de la lumière, même si elle n’est pas toujours visible à l’œil nu. L’effet photoélectrique : comment la lumière peut arracher des électrons à un métal. La stabilité des atomes : pourquoi la matière ne s’effondre pas sur elle-même. Ils ont découvert que : – l’énergie et la lumière se transmettent par paquets (quanta), – la matière peut se comporter comme une onde, – le monde microscopique se décrit par des probabilités. C’est ainsi qu’est née la mécanique quantique. Une nouvelle branche de la physique et une nouvelle manière de voir et de penser la nature. Une question toute simple qui mène à la science ll y a trois idées-clés pour comprendre la physique quantique : 1. Quanta : L’énergie se transmet par “paquets” bien précis. Par exemple, un atome ne peut absorber ou émettre que certaines valeurs d’énergie, jamais entre deux. La lumière est composée de minuscules grains d’énergie appelés photons, chacun portant un paquet bien défini. 2. Superposition : Avant qu’on ne mesure, une particule peut être dans plusieurs états à la fois. C’est un peu comme une pièce de monnaie qui serait en même temps “pile” et “face” tant qu’on ne la regarde pas. 3. Intrication : Deux particules peuvent rester liées, même séparées par des kilomètres. Mesurer l’une donne instantanément une information sur l’autre. La quantique dans notre quotidien Un exemple concret : le transistor Sans physique quantique, pas de smartphones, pas d’ordinateurs. Un transistor, c’est un tout petit interrupteur qui contrôle le passage du courant électrique. À l’intérieur, on utilise un semi-conducteur (comme le silicium) dont le comportement électrique obéit aux lois de la physique quantique : les électrons ne peuvent circuler que s’ils possèdent l’énergie exacte pour franchir une sorte de “barrière” invisible. Dans une seule puce de smartphone, on trouve plusieurs milliards de transistors, chacun applique les principes de la quantique sans que nous nous en rendions compte. Et demain ? Avec l’avancée des technologies, nous pourrions voir apparaître des ordinateurs quantiques, capables de résoudre certains problèmes bien plus vite que les machines actuelles. La révolution quantique ne fait que commencer et elle pourrait s’accélérer avec le développement de l’intelligence artificielle avancée. Pourquoi la quantique semble “bizarre” ? Notre intuition vient du monde que nous voyons tous les jours : une balle suit une trajectoire précise, une chaise reste immobile là où on l’a posée. Dans le monde quantique, c’est différent : on ne peut pas dire exactement où se trouve une particule ou ce qu’elle fait, mais seulement donner les probabilités de la trouver à tel ou tel endroit ou dans tel état. Ce n’est pas de la magie, mais une autre façon pour la nature de fonctionner à l’échelle de l’infiniment petit, une façon qui défie parfois notre sens commun, mais qui a été vérifiée par des milliers d’expériences.
YEHLI Pourquoi tient-on la tête de l’allumette en bas pour qu’elle brûle mieux ? Avez-vous déjà remarqué qu’une allumette s’éteint parfois juste après l’avoir allumée ? Mais si on la retourne, la flamme vers le bas, elle brûle beaucoup mieux. Pourquoi ? Bizarre, non ?Ce petit détail cache en fait un phénomène très intéressant qu’on peut expliquer grâce à la physique et à la chimie. Cette simple observation du quotidien nous ouvre la porte vers des notions fondamentales de physique : convection, combustion, gravité et transfert de chaleur. Une question toute simple qui mène à la science Rappelons que pour qu’il y ait combustion, c’est ainsi qu’on le dit en science, trois éléments sont indispensables. Sans eux, le feu ne peut pas se produire : Un combustible : c’est la matière qui brûle, ici le bois de l’allumette. Un comburant : généralement l’oxygène de l’air, qui permet au feu de se maintenir. De la chaleur : celle produite par le frottement lorsque l’on craque l’allumette. Si l’un de ces trois éléments manque, la flamme s’éteint. Mais que se passe-t-il alors lorsque l’on tient l’allumette à l’envers ? Parlons de la flamme, elle n’est pas figée, elle bouge !Quand on allume une allumette, de la chaleur est produite, et cette chaleur monte naturellement vers le haut. C’est un peu comme de l’air chaud qui s’échappe d’une tasse de café ou de thé fumante. Ce mouvement de chaleur qui monte s’appelle la convection (les gaz chauds, moins denses, s’élèvent dans l’air), mais on peut simplement dire que la chaleur s’échappe toujours vers le haut. Le sens de la flamme change tout Quand la flamme est vers le haut, la chaleur monte et s’éloigne du bois. Elle ne reste pas là pour chauffer le reste de l’allumette. Résultat : le feu peut s’éteindre rapidement. Mais quand on tient l’allumette vers le bas, la chaleur monte le long du bois, elle chauffe la partie supérieure del’allumette qui à son tour devient plus facile à enflammer. Le feu a donc plus de chances de continuer. La science dans le quotidien L’histoire de l’allumette retournée nous rappelle que la science est partout même dans un petit bâtonnet de bois enflammé. Cette petite expérience de tous les jours nous montre comment fonctionne une réaction chimique, ici la combustion, et comment les lois de la nature, comme le mouvement de la chaleur, influencent le résultat. La prochaine fois que vous allumez une allumette, souvenez-vous : ce petit bâton de bois peut vous éclairer bien plus qu’on ne le croit.
YEHLI Uranium : du cœur de l’atome aux enjeux mondiaux Comment relier physique, énergie et géopolitique Uranium ! Ce mot évoque l’électricité nucléaire, les bombes atomiques et les tensions internationales. En 2025, la guerre Iran–Israël, surnommée la guerre des douze jours, a marqué les esprits après les bombardements de sites nucléaires iraniens dans la nuit du 21 au 22 juin 2025. Dans le même temps, l’Agence Internationale de l’Énergie Atomique (AIEA) mène des négociations autour du programme nucléaire iranien. Et un autre sujet anime la scène géopolitique : l’uranium du Niger, convoité par les grandes puissances mondiales. Derrière ces événements, un même élément chimique : l’uranium. Pourquoi fascine-t-il autant ? Pour le comprendre, faisons un pas en arrière et explorons l’atome. L’atome : un monde minuscule mais fondamental Un atome est constitué d’un noyau (protons et neutrons) et d’électrons qui gravitent autour. Protons : particules chargées positivement Neutrons : particules neutres Électrons : particules chargées négativement en orbite. L’énergie nucléaire se trouve au cœur de l’atome, dans son noyau. Les réactions qui s’y déroulent libèrent une énergie des millions de fois plus puissante que celle des réactions chimiques, qui concernent seulement les électrons autour du noyau. Pour donner une idée, l’énergie contenue dans une toute petite quantité de noyaux atomiques peut équivaloir à celle dégagée par des tonnes de charbon ou de pétrole. L’uranium, un élément pas comme les autres L’uranium est l’élément numéro 92 du tableau périodique. Tous ses atomes possèdent 92 protons, mais un nombre variable de neutrons : ce sont les isotopes. Uranium-238 (U-238) : très abondant (99 %) mais non fissile. Uranium-235 (U-235) : rare (0,7 %) mais fissile, c’est-à-dire qu’il peut subir une fission nucléaire, un processus par lequel un atome se divise en fragments plus petits. Cette propriété du U-235 est à la base de la production d’électricité et des bombes atomiques. Cette propriété du U-235 est à la base de la production d’électricité et des bombes atomiques. La fission : casser l’atome pour libérer l’énergie Lorsqu’un neutron percute un noyau d’uranium-235, celui-ci se casse en deux fragments de fission et libère Une grande quantité d’énergie (chaleur). Des neutrons déclenchent d’autres fissions : c’est la réaction en chaîne. Cette réaction peut être contrôlée dans une centrale (production d’électricité) ou non contrôlée dans une bombe. Pourquoi enrichir l’uranium ? Dans la nature, l’uranium contient peu de U-235 fissile. Pour l’utiliser, on augmente cette proportion : c’est l’enrichissement. 3 à 5 % : uranium faiblement enrichi, utilisé dans les centrales nucléaires civiles. > 90 % : uranium hautement enrichi, utilisé dans les armes nucléaires. Cet enrichissement est au cœur des tensions internationales : il sépare la production d’électricité civile des risques militaires. De la science à la société : pourquoi en parler en classe ? Parler d’uranium, c’est relier la science fondamentale (atome, isotopes, réactions nucléaires) à l’actualité mondiale (énergie, climat, géopolitique). C’est montrer aux élèves que comprendre la physique et la chimie permet de décrypter les grands enjeux de notre époque : choix énergétiques, sécurité, paix mondiale.
