Matière animée

Séminaire organisé par Benoît Roman, du 17 au 22 mai 2021.

 

Participants

Vance Bergeron (Ecole Nationale Supérieure de Lyon), José Bico (ESPCI, Paris) Arielle Blonder (Racah Institute of Physics, Jerusalem), Arezski Boudaoud (Ecole polytechnique LadHyx, Palaiseau), Michel Demazure (Ecole Polytechnique, Paris), Stéphane Douady (CNRS,Paris), Martin Dumont (Université Paris Est Créteil), Emmanuel Ferrand (Université de la Sorbonne), Etienne Guyon (ESPCI, Paris), Dominique Peysson (Artiste plasticienne), Perig Pitrou (Collège de France, Paris), Etienne Reyssat (CNRS, ESPCI, Paris), Dominique Rojat (Education Nationale), Benoît Roman (CNRS, PMMH Laboratoires CNRS, ESPCI, Sorbonne université, Université de Paris), Emmanuel Siefert (Université Libre de Bruxelles).  

 

Résumé

La matière animée se rencontre dans divers domaines, des sciences exactes jusqu’aux arts :  en physique des matériaux avec des structures actives programmables, en sciences de la vie qui offrent modèles et repères, en architecture pour moduler les façades et leurs ouvertures, en art contemporain pour des œuvres responsives. Elle conduit à des applications dans le vivant (l’homme réparé), et à des constructions à diverses échelles (bâtiment, soft-robotique, etc.). La relation entre matière et forme est décrite mathématiquement en termes de courbures et de singularités. L’impression 4D (3D incluant l’évolution temporelle) permet d’imaginer des structures responsives (à la chaleur, l’humidité, etc.). Les implications humaines et sociales dans ces formes actives nouvelles sont à prendre en compte dans une démarche constructive.

Summary

Animated matter is found in various fields, from the exact sciences to the arts: in the physics of materials with programmable active structures, in life sciences which offer models and landmarks, in architecture to modulate facades and their openings, in contemporary art for responsive works. It leads to applications in living things (repaired man), and to constructions at various scales (building, soft-robotics, etc.). The relationship between matter and form is mathematically described in terms of curves and singularities. 4D printing (3D including temporal evolution) makes it possible to imagine responsive structures (to heat, humidity, etc.). The human and social implications in these new active forms must be considered in a constructive process.

Compte rendu

Le thème matière animée de la session qui s’est tenue du 17 au 22 mai 2021 avait été retenu il y a plus de deux ans pour l’organisation d’une rencontre à la fondation des Treilles, par le physicien Benoit Roman assisté d’Etienne Guyon. Il s’agit là de l’évolution des forces et des formes sous contrainte dans des matériaux susceptibles de changer de formes, tels qu’étudiés à l’ESPCI. Ces recherches, et le projet lui-même, ont été enrichis très vite par la relation établie avec Mme Dominique Peysson, coresponsable de la session, artiste et chercheuse. Physicienne de formation, elle est particulièrement intéressée par l’ouverture pour l’art contemporain de ce thème sur les formes des matériaux, thème qu’elle a étudié pour sa thèse en art et déjà pratiqué dans certaines de ses installations. Elle a ainsi permis une ouverture sur la muséologie et la culture scientifique. Dominique est en particulier en relation avec Emmanuel Ferrand, mathématicien de formation, qui travaille sur le dialogue des formes, tel qu’on peut le rencontrer en mathématiques (notamment en lien avec les recherches de René Thom) et elle a travaillé sur l’impact de ces recherches sur le thème initial de la session. Conscients de la nécessité d’ouvrir l’éclairage sur ce thème novateur et insuffisamment défini, nous avons mis à profit cette période de deux ans pour associer (en distanciel) les participants que nous avions sollicités dans le domaine des mathématiques, de la philosophie, de l’anthropologie, en architecture, des sciences de la nature et de la vie. Cela nous a permis de préciser la notion de départ et, partant, d’en envisager les suivis possibles. S’il y avait une incertitude de notre part sur la possibilité de travail en commun de ces participants de cultures diverses, nous pensions bien que l’ambiance exceptionnelle de la Fondation des Treilles permettrait des « miracles » auxquels sont habitués ses connaisseurs. Ceci a été le cas et le vœu de l’ensemble des participants est de prolonger cette association qui s’est révélée extrêmement animée et féconde par une ou plusieurs productions futures.

Un participant joua un rôle central, ce qui justifie l’utilisation de sa photo pour la présentation de cette rencontre, le physicien Vance Bergeron. Celui-ci est devenu tétraplégique à la suite d’un grave accident de bicyclette alors qu’il était depuis longtemps chercheur en physique des matériaux. De façon très courageuse et dynamique, il a créé et dirige actuellement à l’ENS-Lyon une équipe de recherche expérimentale concernant ce handicap majeur, et il organise l’accueil d’autres handicapés en rééducation. Son témoignage a éclairé nos réflexions durant toute cette semaine. Citons notamment sa mise au point d’un vélo adapté aux personnes handicapées qui lui permet de participer à des compétitions entre invalides. Pour être plus précis, cette réalisation technique nécessite la coordination entre d’une part la stimulation de ses muscles au moyen d’électrodes, qui leur permet d’entrer en mouvement, et d’autre part une orthèse qui guide ce mouvement de ses jambes en action sur les pédales. Le coureur est ainsi associé à sa machine d’une manière plus intime que dans le cas des vélos habituels. Cette réflexion sur l’interrelation entre le vivant et la matière animée, ou bien entre le vivant et un autre vivant, interrelation nécessaire pour réaliser une tâche, nous a beaucoup inspiré. Une autre image symbolisant cette interrelation a également été retenue, celle d’une cavalière couchée sur le dos de son cheval et passant un obstacle de haie, la réussite de cette performance étant impossible sans l’action commune des deux concurrents.

Le dialogue entre les notions de matière animée et de matière vivante, avec la difficulté de dessiner une frontière systématique entre ces deux notions, a fait l’objet d’une magistrale présentation par le naturaliste Dominique Rojat qui, partant en particulier d’une variété d’exemples tirés du monde végétal, a montré la difficulté de distinguer précisément la notion de vivant de celle d’animé. Le principe d’association qui « permet à la matière de vivre » est essentiel : la graine est initialement inanimée, elle vit ensuite lorsque qu’elle germe et qu’elle permet la croissance de la plante qui en résulte grâce aux ressources de la matière. Nous le remercions aussi pour les promenades botaniques qu’il nous a proposées au cours desquelles nous avons découvert les symbioses entre les orchidées, les abeilles et les champignons.

Arezki Boudaoud, physicien de formation, étudie en biologiste certaines formes de croissance de plantes ainsi que les données mécaniques qui en rendent compte. Cette approche physique se retrouve également dans le travail de Stéphane Douady, spécialiste reconnu des formes du monde animé.  Citons notamment ses travaux sur la forme et la dynamique des dunes, les développements en spirale des plantes, leurs mouvements, etc. Il considère le métabolisme d’auto-organisation, opposé à celui d’une approche entropique.

Aux côtés de ces approches du vivant pouvant inspirer les études de croissance et de changement de formes dans des constructions humaines, les physiciens de l’équipe, dont fait partie Benoît Roman, ont décrit leurs approches expérimentales pouvant conduire à la création de systèmes actifs. Les structures « baromorphes » produites par des effets de pression à l’intérieur de structures souples ont été présentées par Emmanuel Sieffert. Elles ont été reconnues comme pouvant être utilisées dans la mise au point d’orthèses dynamiques pour les personnes handicapées. Ont été évoqués notamment des vêtements ajustés et déformables sous commande. Les bilames, décrit par Etienne Reyssat, sont un bel exemple de structures actives. Ils permettent un développement de formes courbes, dont un exemple naturel est l’ouverture d’une pomme de pin par temps sec et ensoleillé et sa fermeture en temps humide. Un bel exemple des mécanismes de changement de forme dus à des effets d’osmose et de bilame. Des applications pratiques de matières animées selon ce principe sont en cours, telle la réalisation de volets en architecture. Les effets de type Marangoni présentés par José Bico, qui mettent en jeu des forces de surface liées à des effets capillaires, ont permis de faire la démonstration de mécanismes naturels induisant des changements de formes.

L’étude des formes en particulier à travers le jeu des courbures est un sujet d’importance en mathématiques depuis Carl Friedrich Gauss. Les exposés des deux mathématiciens présents ont dégagé les notions de plis et de bifurcations rendant compte des changements de topologie progressives ou brutales impliqués dans les formes animées. La théorie des catastrophes, chère à René Thom, a été explicitée par Michel Demazure qui a, de façon continue, souligné la place de la géométrie dans les thèmes abordés avec une distance et une curiosité remarquable.

Une architecte israélienne, Arielle Blonder, nous a proposé une large présentation des formes actives en architecture, formes qui jouent un rôle croissant actuellement, ainsi que des procédés 3D et des formes inspirées par les traitements numériques de géométries paramétriques. La dualité entre l’architecture globale à trois dimensions des bâtiments, véritable colonne vertébrale interne, et la peau vivante qui recouvre ces structures, a récemment connu un développement considérable. On avait connu déjà auparavant des structures architecturales inspirées des formes de films de savon correspondant à une tension superficielle minimum, comme celle du stade olympique de Munich réalisé en 1972 par Frei Otto. Des réalisations plus contemporaines prennent en compte les possibilités nouvelles de la matière animée. Les structures rendues possibles par les technologies actuelles d’impression 3D conduisent à des développements nouveaux à grande échelle. Un nouveau progrès s’annonce aujourd’hui avec la 4D et il nous parait intéressant d’utiliser les analogies trouvées dans le vivant à petite échelle pour imaginer d’autres modalités de construction et de formes en architecture.

Tout au long de cette session, les sciences humaines ont joué un rôle important dans le débat sur les enjeux des thèmes abordés. Le jeune philosophe Martin Dumont a soutenu une thèse dirigée par Fréderic Worms au sujet de la philosophie clinique de la greffe. Au-delà de la notion de l’homme réparé se pose celle de l’homme augmenté, un sujet d’actualité puisque le projet d’augmentation humaine est déjà présent, par exemple dans le sport et les forces armées. Il était important d’appeler dans le même temps les analyses judicieuses de l’anthropologue Perig Pitrou, dont le travail permet d’établir les relations que différentes cultures font entre les processus vitaux et comment elles les imagent au travers de cultes et de cérémonies. C’est un retour sur l’histoire des civilisations, mais aussi sur nos propres représentations, qu’il nous a ainsi été permis de mettre en perspective.

Une part importante des deux derniers jours de cette rencontre a été l’animation conduite par Dominique Peysson, coresponsable de cette session des Treilles. Dominique a joué un rôle actif dans la construction du bilan provisoire recensant les éléments pouvant être mis en valeur et communiqués dans des réalisations pour le public. Elle a bénéficié de l’assistance active du mathématicien Emmanuel Ferrand dans les relations art-science. Elle a notamment tenté de faire émerger un projet qui permettrait de prendre en compte toutes nos recherches et nos projets. L’objectif en est de pouvoir produire à court terme des éléments de communication, tout en initiant une réalisation plus ambitieuse à plus long terme. Elle-même se propose de réaliser des œuvres, si possible interactives, telles qu’elle en a produites auparavant, et qui donneraient à voir la dynamique de la matière et du vivant ainsi que leurs interrelations. Ces éléments pourraient être intégrés à une exposition, comme certaines grandes expositions passées que nous avons élaborées aux Treilles, citons par exemple Les matériaux granulaires ou La rupture. Une vidéo, réalisée par D. Peysson, qui assemble de manière poétique plusieurs petits films présentés par chacun au cours de la semaine aux Treilles, donne d’ores et déjà leur juste place aux formes dynamiques induites par des agents extérieurs à leur structure. Un projet plus ambitieux est envisagé, outre le projet à long terme d’une exposition : la réalisation d’un film dont le fil conducteur serait l’aventure vécue dans le combat par les handicapés. L’exemple de Vance Bergeron nous permettrait d’aborder les facettes à la fois de sciences dures et de sciences humaines de ces sujets, introduisant de manière concrète la notion de dignité de vie. Etienne Guyon a mis en avant l’intérêt d’une exposition ou encore d’un ouvrage sur le modèle de « Matière et matériaux », qui déjà avait été élaboré aux Treilles avec la participation de Dominique Rojat. C’est un projet particulièrement riche si l’on prend en compte les nouveaux éclairages sur la matière animée qui ont été introduits dans cette semaine de réflexion dans ce si beau contexte des Treilles.

 

Du merveilleux caché dans le quotidien (Flammarion 2018), E.Guyon, J.Bico, E.Reyssat , B. Roman, Prix Roberval 2018

L’image matière. Matériaux émergeants et métamorphoses imaginaires. Dominique Peysson, Ed. Dis Voir.

Ce qui nous touche, ce que nous touchons. Les matériaux émergents à l’épreuve de l’art contemporain. Thèse de Dominique Peysson, Paris 1 Panthéon Sorbonne.

Matière et Matériaux (Belin) E.Guyon et coll.Prix Roberval

Pour une philosophe clinique des greffes, Martin Dumont

Life objects: merging biology and architecture

Matière et Matériaux dirigé par E.G. prix Roberval

Grains de sable ; ruptures que nous avons présentées au Palais de la Découverte

                                                          

 

 

 

 

 

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