Pierre-Gilles de Gennes, né le 24 octobre 1932 dans le 16e arrondissement de Paris et mort le 18 mai 2007 à Orsay, est un physicien français.
Il reçoit le prix Nobel de physique de 1991 pour ses travaux sur les cristaux liquides et les polymères. Ses contributions ont inspiré et entraîné de très nombreuses études relevant tant de la physique et de la physico-chimie fondamentales que des sciences appliquées.
Pierre-Gilles de Gennes naît le 24 octobre 1932 dans le 16e arrondissement de Paris. Il est le fils de Robert de Gennes (1890-1942), médecin formé dans le cadre de l’armée pendant ses années de service militaire de 1911 à 1914, puis médecin militaire pendant la Grande Guerre, et qui ouvrira plus tard son propre cabinet dans le XVIe arrondissement . Sa mère Yvonne Morin-Pons (1890-1983) est issue d'une famille de banquiers lyonnais. Après un premier mariage en 1913, qui mène à une rupture rapide, elle s'engage dès le début de la Première Guerre mondiale en tant qu'infirmière, et se retrouve sur le front après six mois de formation. Elle y rencontre Robert en 1917 dans un hôpital de campagne proche du front, où ils sont tous deux affectés.
Par son grand-père maternel, Pierre-Gilles de Gennes se trouve être un descendant en ligne directe du savant et mathématicien bâlois Jean Bernoulli (1667-1748), ascendance partagée avec Pierre Curie (l'un des lauréats du prix Nobel de physique 1903), le minéralogiste Georges Friedel et le petit-fils de ce dernier Jacques Friedel, physicien de la matière condensée.
Pierre-Gilles passe son enfance à Barcelonnette dans les Alpes-de-Haute-Provence pour traitement pulmonaire. Sa mère assure son éducation et sa scolarité à la maison jusqu'à l'âge de 11 ans.
À 13 ans, Pierre-Gilles de Gennes séjourne à Bristol notamment pour parfaire son anglais. C'est là qu'il s'initie à la science en rencontrant le physicien des particules Giuseppe Occhialini. À propos de cette rencontre, il raconte : « Un ami de ma mère m'avait recommandé à un professeur. Je me souviens d'être monté dans une grande tour en faux gothique. J'ai trouvé un monsieur qui regardait, dans l'obscurité, des photos de dix mètres de long. C'était un physicien italien du nom d'Occhialini. Il m'a expliqué que les photos représentaient des trajectoires de particules. Je l'ai revu beaucoup plus tard. Il avait complètement oublié ce marmouset qu'il avait initié à la physique des hautes énergies. »
Pierre-Gilles de Gennes entre au lycée Saint-Louis, où il prépare le concours d’entrée à l’École normale supérieure. Il choisit une filière de classe préparatoire qui n'est pas la plus classique, « Normale Sciences Expérimentales » (NSE) où la biologie occupe une place aussi importante que les mathématiques et la physique. Il est admis major à l'École normale supérieure de Paris en 1951, dans la filière NSE. Il y fait la connaissance de trois physiciens de renom : Yves Rocard, Alfred Kastler et Pierre Aigrain. En 1953, il participe à l'École d'été de physique théorique des Houches, qu'il n'oubliera pas : « Le soir, devant la cheminée, nous retrouvions Shockley, l'un des inventeurs du transistor, qui venait raconter des histoires […] Elles nous faisaient tous bien rire […] Les jeunes étudiants que nous étions alors se trouvaient ainsi confrontés, subitement, aux grands fondateurs de la science contemporaine […] sans organisation réglementaire comme c'est le cas actuellement. »
Son fils Christian naît en décembre 1954, l’année où il prépare le concours de l'agrégation de sciences physiques ; il y est reçu en 1955 en troisième position. Vient alors le moment de choisir le laboratoire qui l'accueillera pour mener son travail de thèse.
Pierre-Gilles de Gennes sort de l'École normale supérieure de Paris en 1955. Il travaille alors comme ingénieur de recherche au Commissariat à l'énergie atomique (CEA) où il prépare sa thèse pour le doctorat en sciences intitulée « Contribution à l'étude de la diffusion magnétique des neutrons » et soutenue en 1957 devant la faculté des sciences de l'université de Paris. Il s'intéresse aux phénomènes critiques qui apparaissent au voisinage de la température de Curie des matériaux magnétiques. Grâce aux théories développées par Léon Van Hove, il comprend comment les moments magnétiques, ordonnés à basse température, se désordonnent lorsque la température augmente. Il découvre l'universalité de ce phénomène en développant le concept de percolation. Des phénomènes en apparence très différents au niveau microscopique se comportent de la même façon à un niveau macroscopique. Il applique ce concept pour comprendre la diffusion des neutrons dans les liquides, la relaxation des spins dans les cristaux magnétiques avec Anatole Abragam ou la conduction électrique dans un réseau. Entre 1959 et 1961, il est ingénieur détaché du CEA, ce qui lui permet de faire un séjour à l'université de Californie à Berkeley dans le groupe de Charles Kittel. Il effectue son service militaire dans le laboratoire de recherche du CEA chargé des essais de la première bombe atomique française et assiste à l'explosion de Gerboise bleue sur le site d'essai nucléaire de Reggane dans le Sahara algérien. Il étudie dans le même temps les ondes de spin présentes dans les grenats d'yttrium. Il comprend comment les spins désordonnés possèdent des excitations collectives. Alan Heeger confirme cette théorie expérimentalement dans le cas des polymères conducteurs.
Professeur de la faculté d'Orsay
De 1961 à 1971, Pierre-Gilles de Gennes est maître de conférences de physique des solides puis professeur titulaire à la faculté des sciences d'Orsay de l'université de Paris (devenue ensuite université Paris-Sud). Il y enseigne alternativement la mécanique quantique et la physique du solide. Il étudie la supraconductivité dans les métaux, prédit l'existence d'un troisième champ critique supraconducteur, qui sera mis en évidence expérimentalement par ses étudiants Guy Deutscher et Étienne Guyon, puis vérifie la théorie BCS en calculant le courant tunnel entre deux métaux. Il étudie ensuite les transitions de phase dans les cristaux liquides et met au point le modèle Landau-de Gennes qui explique la transition nématique-smectique des cristaux liquides. Il comprend les effets des champs magnétiques et électriques sur les cristaux liquides qui auront un grand avenir industriel dans le développement des afficheurs à cristaux liquides. Toutes ces recherches ont eu lieu au Laboratoire de physique des solides de l'université Paris-Sud à Orsay.
Professeur au Collège de France
En 1971, il est nommé professeur au Collège de France où il occupe la chaire de physique de la matière condensée. Il choisit de quitter son laboratoire d'Orsay pour créer un nouveau laboratoire au Collège de France, où il s'entoure de spécialistes de physique expérimentale comme Madeleine Veyssié et Françoise Brochard-Wyart. Il étudie d'abord les transitions de phase à deux dimensions et interagit avec les biologistes dans l'étude des bicouches lipidiques et des vésicules. Il s'oriente ensuite vers la physique des polymères (notamment pour l'entreprise américaine Exxon) et c'est alors que naît véritablement la «matière molle». Il conçoit le modèle de reptation (en) qui permet de comprendre la dynamique des solutions de polymères, puis le « théorème n=0 » qui relie la statistique des chaînes de polymères et les transitions de phases et permet d'expliciter et de prédire de nombreuses propriétés des polymères.
Il s'intéresse aussi aux propriétés de mouillage, de démouillage et d'adhésion avec Jean-Marc di Meglio et Élie Raphaël. Il comprend le rôle des forces capillaires et moléculaire dans le mouillage d'une surface, étudie la dynamique du mouillage et le cas particulier du mouillage des fibres. Il enseigne la mécanique quantique à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI) de 1965 à 1968. Il est lauréat du prix Holweck en 1968.
Directeur de l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris