Bardeen, le découvreur du transistor

Le chercheur américain John Bardeen a inventé, en 1947, le transistor et élucidé le phénomène de la supraconductivité.

Le 16 décembre 1947, John Bardeen déclare à sa femme : « Aujourd’hui, on a trouvé quelque chose ! » Il venait de découvrir le transistor ! En 1956, il recevra avec ses collègues Brattain et Shockley le prix Nobel de physique pour cette invention qui allait révolutionner notre vie. D’aucuns auraient pu s’en satisfaire mais Bardeen n’est pas un homme ordinaire. Quinze ans plus tard, un second prix Nobel lui sera attribué pour avoir avec Cooper et Schrieffer compris la supraconductivité, énigmatique propriété qu’ont certains matériaux de laisser passer le courant électrique sans résistance.

John Bardeen est né en 1908 dans le Wisconsin dans une famille d’intellectuels ayant éduqué leurs quatre fils en les laissant trouver par eux-mêmes et dans leur quotidien leurs sujets d’étude, en encourageant leurs talents tout en leur apprenant la rigueur et les vertus du travail. Devoir d’excellence pour le progrès de la société : Bardeen se souviendra de la leçon. Travailleur infatigable, ce théoricien ne sera jamais attiré par les théories qui révolutionnent la discipline mais au contraire s’orientera toujours vers des travaux qui, dira-t-il, « ont seulement consisté à résoudre des problèmes existants et à ouvrir des perspectives ». Lorsqu’il aura à former de jeunes chercheurs, il les laissera très libres, les accompagnant dans leur enthousiasme tout en leur imposant une discipline rigoureuse et une quantité de travail colossale.

La méthode lui avait réussi. Lorsqu’il entre à quinze ans à l’université pour suivre les cours d’ingénierie – il avait le niveau requis à treize -, l’intégration est difficile. Le style scolaire ne lui convient pas et ses performances sont médiocres. D’autant que les étudiants le trouvent trop jeune pour qu’il soit des leurs. Pour ne rien arranger John est un « taiseux » depuis la mort de sa mère ; il le restera, il n’était pas rare qu’un interlocuteur attende plus d’une demi-heure dans un silence complet la réponse à la question qu’il venait de poser. Mais ses talents en mathématiques qui s’imposent à tous et les quelques succès qu’il apporte à l’équipe de natation finissent par le faire intégrer.

En 1932, après une courte expérience d’ingénieur dans la prospection pétrolière, Bardeen décide de reprendre à ses frais des études en mathématiques à Princeton. Il y consacrait déjà ses soirées pendant les trois ans de la maladie de sa mère, car, confiera-t-il, le caractère prédictible de la solution d’un problème le rassurait. Mais le cursus de Princeton offrait aussi des cours modernes de physique atomique. Il la découvre avec les meilleurs – parmi ses professeurs pas moins de cinq prix Nobel -, plusieurs ayant fui, à l’instar d’Einstein, la montée du nazisme en Europe.

L’un d’eux, Wigner, est l’un des premiers à appliquer ces nouveaux concepts aux « solides », ensemble d’atomes en interaction. Bardeen est immédiatement séduit par ce jeune professeur à l’intelligence sophistiquée, poli au point de lui demander la permission d’enlever sa veste alors qu’il est dans son propre bureau. S’engage une intense collaboration au cours de laquelle plusieurs problèmes importants seront résolus. Rapidement repéré par la très élitiste Fellows Society de Harvard, qui offre chaque année à huit jeunes docteurs trois ans de bourse, Bardeen est invité à passer son grand oral. Il y sera totalement muet !

Pis, il n’a pas encore sa thèse qu’il ne finira qu’un an plus tard. Qu’importe, la rumeur suffit et il est retenu. Au cours de ces années, « qui ont le plus influencé ma vie », dira-t-il, Bardeen s’attaque au très difficile problème à « N corps » qui consiste à décrire les propriétés de plusieurs électrons en interaction. Il y pensera des années durant et les réponses qu’il y apporta plusieurs années plus tard seront à l’origine de son second prix Nobel. Mais surtout, il rencontrera ce qui allait devenir l’élite du domaine. Notamment son ami W. Brattain mais aussi Shockley.

En 1938, Bardeen se marie et quitte ce « paradis » pour rejoindre sa femme dans le Minnesota, où il occupe un poste d’enseignant chichement doté. Mais un garçon naît, une fille suivra et, en 1945, faute de revenus suffisants, il rejoint la Bell Lab – laboratoire de la compagnie des téléphones ATT – où il retrouve Shockley, qui a besoin d’un théoricien dans son groupe et Brattain avec qui il partagera son bureau. Objectif : remplacer les amplificateurs à lampes par des composants solides supposés moins chers et plus sûrs. Shockley avait conçu un dispositif utilisant les semi-conducteurs qui avaient fait leurs preuves dans des radars mais il ne fonctionnait pas.

Bardeen, après avoir étudié tout ce qui avait été publié sur le sujet, suggère que la théorie est incomplète et que les dysfonctionnements observés sont dus à des défauts qui piègent les électrons. Avec Brattain, il tente d’y remédier en utilisant « le chemin le plus simple pour y arriver ». Après plusieurs tentatives infructueuses, le tandem obtient finalement le 16 décembre la bonne configuration permettant l’amplification d’un facteur cent d’un signal émis dans la gamme audible.

L’annonce en est faite le 23 aux dirigeants de la Bell. Shockley en revendique aussitôt la paternité. Une violente polémique s’en suit d’autant que, six mois plus tard, ce sera Shockley en tant que responsable qui répondra seul aux questions de la presse, les dirigeants de la « Bell » ayant préféré mettre en avant l’institution et son management plutôt que les véritables inventeurs. Pour signer seul le brevet, Shockley ira même jusqu’à travailler secrètement à un nouveau dispositif… dont le principe s’avérera avoir été déposé quinze ans plus tôt.

Finalement, seuls les noms de Bardeen et Brattain figureront sur le brevet officiel. Deux ans plus tard, les premiers appareils radiophoniques à transistors sont le « must ». Mais l’ambiance délétère à la Bell finit par lasser Bardeen, qui a été mis sur la touche, et en 1951 il prend un poste dans l’Illinois. La « Bell » le regrettera car c’est dans cette université qu’il apprendra qu’il a reçu le prix Nobel avec W. Brattain… et W. Shockley.

A Urbana Champain, l’ambiance est chaleureuse et Bardeen retrouve la supraconductivité, plusieurs nouveaux résultats venant le conforter dans l’idée que ce sont les interactions entre électrons par l’intermédiaire des noyaux qui jouent un rôle crucial. Il constitue autour de lui une petite équipe et applique la méthode apprise dans son enfance. Il attribue à chacun de ses étudiants Schrieffer et Cooper l’une des questions intermédiaires qu’il convenait de résoudre puis les laisse travailler en paix tout en leur consacrant beaucoup de temps, toujours disponible pour une discussion scientifique.

Ils commencent par étudier l’ensemble des théories existantes. Lui-même avait démontré qu’il peut exister une force attractive entre électrons via les ions. Quelques années plus tard, Cooper montrera que cette force peut créer des « paires d’électrons » puis, en 1956, la dernière étape décisive sera franchie par Schrieffer, qui proposera que les électrons dans un supraconducteur se comportent comme un ensemble de ces paires enchevêtrées, s’inspirant d’une danse à la mode dans laquelle les partenaires se séparaient mais restaient liés malgré les danseurs qui passaient entre eux. Le rigoureux Bardeen organise alors un titanesque travail de vérification.

A trois, en six mois, travaillant nuit et jour, ils passent en revue l’ensemble des propriétés des supraconducteurs et montrent que leur description les explique toutes. Invité à la conférence de la société américaine de physique, Bardeen y envoie ses deux étudiants. Les expérimentateurs sont enthousiastes, car la théorie « BCS » est accessible, les théoriciens jaloux la boudent mais le modèle finalement s’impose. Bardeen œuvre alors dans l’ombre pour qu’un prix Nobel soit attribué à leur découverte, sans qu’on sache très bien si cet intense travail de lobbying lui était destiné ou seulement à ces deux étudiants. Ils l’obtiendront en 1972.

Il ne songe plus alors qu’au golf, sa seconde passion, et occupe sa retraite par diverses missions d’expertise auprès de compagnies privées ou d’organismes gouvernementaux. Il voyage beaucoup, collectionnant prix et honneurs, visitant le monde au gré des invitations de différentes académies, devenant même l’un des rares membres étrangers de la très fermée académie soviétique. Atteint d’un début de Parkinson, on lui découvrira bientôt un cancer qui le terrasse fin janvier 1991.

Bardeen est un géant, seul à avoir deux prix Nobel en physique, pourtant il est inconnu de la plupart. « John qui ? » titrait un journal le jour de son second prix, comme pour souligner la modestie de ce très grand savant à l’allure débonnaire qui aimait maintenir au loin l’image flamboyante qu’on aime attribuer au génie.

Auteur : MICHEL SAINT JEAN

Source : www.lesechos.fr