Repenser la physique : Silvia Vignolini sur la réussite à la frontière entre les disciplines – Physics World

«J'ai toujours préféré les sciences ou les mathématiques aux autres matières à l'école», dit Silvia Vignolini, "mais je n'avais aucune idée de ce qu'un physicien faisait réellement." Ayant grandi dans une petite ville à l'extérieur de Florence, en Italie, le père de Vignolini voulait en fait qu'elle étudie une matière qui mènerait à « un vrai travail » et son parcours vers la physique s'est fait plutôt par hasard. « J’avais un excellent professeur de chimie, qui nous faisait lire des livres scientifiques et les présentait à la classe. »

En conséquence, son intérêt pour le sujet – et l'astrophysique en particulier – a été éveillé après que Vignolini ait donné une conférence sur l'étude de Stephen Hawking. Une brève histoire du temps. Bien qu’elle ne comprenne pas grand-chose des sciences abordées dans le livre, elle a refusé d’abandonner et s’est tournée vers un ami qui étudiait la physique pour l’aider à comprendre les concepts inconnus. Elle a ensuite commencé à dévorer d’autres livres scientifiques, notamment la biographie de Galilée par Bertolt Brecht.

Mais il s’avère que l’incursion de Vignolini dans le domaine de la physique reposait également sur un autre commentaire fortuit. « Je portais un grand pull de ma mère et un pantalon noir – j'avais ce look grunge – et quelqu'un m'a dit que je ferais une très bonne physicienne », se souvient-elle en riant. « Je ne pense pas être un génie particulier, mais je n'ai jamais remis en question ma décision ni me suis demandé si je serais assez bon. Je pensais qu'étudier la physique était cool, alors c'est ce que j'ai fait.

Je voulais faire de l'astrophysique mais ce n'était pas aussi pratique que je le pensais, alors j'ai fini par me diriger vers la lumière et l'optique.

Elle a ensuite étudié la physique à Université de Florence, obtenant un baccalauréat et une maîtrise dans le sujet. «Je voulais faire de l'astrophysique, mais ce n'était pas aussi pratique que je le pensais, alors j'ai fini par me tourner vers la lumière et l'optique», explique Vignolini. Mais en tant que première personne de sa famille à aller à l’université, ses parents n’étaient pas d’accord avec son choix. En fait, son père espérait qu'elle ferait de l'économie et prendrait en charge les finances du magasin familial. "Il pensait que la physique serait une perte de temps car je ne trouverais jamais de travail et, à l'époque, je ne pouvais pas vraiment expliquer ce que faisaient les physiciens."

En 2009, Vignolini s'est vu proposer un doctorat en physique optique à l'Université Laboratoire européen de spectroscopie non linéaire (LENS) à l'Université de Florence. « Ils m'ont dit que ce serait comme mon mémoire de maîtrise, mais que ce serait trois ans et que ce serait rémunéré », se souvient-elle. « Alors j'ai dit : « pourquoi pas ? » » Attirée par l'opportunité de faire plus de recherches et d'assister à des conférences, Vignolini admet qu'elle était plutôt naïve quant à ce qu'impliquerait un doctorat. «Je n'étais pas comme les doctorants que je rencontre aujourd'hui et qui considèrent cela comme une carrière.»

De nouvelles rencontres

Après son doctorat, Vignolini a été encouragée à partir à l'étranger et a fini par faire un post-doctorat dans le Laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni. Travailler avec le physicien de la matière molle Ullrich Steiner, elle a commencé à étudier les propriétés optiques des plantes et des animaux dont les couleurs vives ne proviennent pas de pigments ou de colorants mais de structures nanométriques qui diffusent la lumière. Mais changer de domaine n’a pas été facile. "Je pensais y aller parce que le laboratoire avait l'air vraiment cool, mais je n'étais pas sûr que le projet allait fonctionner, alors j'ai insisté auprès de mon superviseur pour qu'il y ait un deuxième projet, plus basé sur la physique, qui impliquait le développement de nouveaux matériaux optiques."

Il s’est avéré que son déménagement au Royaume-Uni s’est avéré un grand succès, grâce à l’approche différente de la science par rapport à son pays d’origine. «Je me sentais valorisée et extrêmement motivée car les gens étaient reconnaissants pour ce que j'avais fait», dit-elle. "En Italie, il faut généralement être reconnaissant envers les gens pour pouvoir travailler." Elle remercie également Cambridge d’avoir ouvert son esprit et d’avoir changé sa façon de pratiquer la science. « Maintenant, je ne regarde que la question, ainsi que les outils et les personnes dont j'ai besoin pour résoudre le problème. »

En 2014, après avoir reçu une bourse Philip et Patricia Brown Next Generation de l'Université de Cambridge, Vignolini a formé son propre groupe de recherche au sein du département de chimie de Cambridge. Son équipe a entrepris de construire des structures photoniques artificielles à l'aide de matériaux naturels, dans l'espoir de créer de nouveaux matériaux biodégradables qui pourraient remplacer les colorants traditionnels potentiellement dangereux utilisés, par exemple, dans les cosmétiques, les textiles et les étiquettes de sécurité. "Jusqu'à présent, nous avons travaillé intensivement pour fabriquer des pigments plus durables."

En tant que nouvelle chef de groupe, elle a été aidée par l'obtention d'une bourse David Philip du Conseil de recherches en biotechnologie et sciences biologiques (BBSRC) en 2013 pour étudier comment les plantes produisent des couleurs structurelles. Elle a également remporté un « subvention de démarrage » du Conseil européen de la recherche en 2015. Cependant, Vignolini reconnaît qu'il était difficile de trouver des membres du groupe car la recherche est lente et nécessite des scientifiques combinant des connaissances en physique, chimie et biologie.

Trouver des moyens de reproduire la couleur structurelle naturelle présente un énorme potentiel commercial et des avantages environnementaux considérables. « Souvent, nous ne réfléchissons pas vraiment à la manière dont les couleurs sont produites, mais elles proviennent de pigments et de colorants synthétiques et ont un coût environnemental énorme », explique Vignolini. "Ils consomment beaucoup d'eau et d'énergie, peuvent exploiter des métaux critiques ou contenir des produits chimiques cancérigènes, et de nombreux déchets finissent dans les eaux usées et dans nos océans."

Soucieuse de commercialiser les recherches menées dans son laboratoire, Vignolini a contribué en 2022 à la co-fondation de deux entreprises dérivées. Sparxell est dirigé par Benjamin Droguet – l'un des anciens doctorants de Vignolini – et tente de reproduire à grande échelle les couleurs structurelles de la cellulose pour fabriquer des pigments colorés et des paillettes d'origine végétale (Nature Materials 21 352). L'autre société - Matériaux impossibles – est dirigé par une ancienne post-doctorante de son groupe, Lucas Schertel, et commercialise des pigments blancs inspirés des pigments d'Asie du Sud-Est Cyphochille coléoptère (ACS Nano 16 (5) 7373).

Vignolini est heureuse que ses recherches trouvent leur place dans le monde réel, mais elle est également fière de l'impact des étudiants et postdoctorants de son groupe. «J'espère que notre technologie pourra être positive pour la planète et lutter contre le problème du réchauffement climatique, et qu'elle continuera à tirer le meilleur de l'être humain», dit-elle. « Le mentorat est la partie la plus importante de mon travail. »

Diriger un département

En janvier 2023, Vignolini était directeur nommé d'un nouveau département au Institut Max Planck des colloïdes et des interfaces (MPICI) à Potsdam, en Allemagne, dédié aux matériaux durables et bio-inspirés. Première femme réalisatrice du MPICI, elle voyage actuellement entre le Royaume-Uni et l'Allemagne tout en élevant deux enfants en bas âge. « Je ne m'attendais pas à ce que le travail soit différent, mais en réalité il l'est. Dans mon groupe de recherche, j'ai permis à d'autres personnes et ici, de construire quelque chose pour les autres », dit-elle.

Les disciplines scientifiques n'ont pas besoin d'avoir des frontières distinctes, elles sont toutes liées et il faut garder l'esprit ouvert.

Alors qu'elle en est encore aux premiers stades de sa carrière en Allemagne, Vignolini construit de toutes pièces une salle de microscope électronique et recherche une nouvelle équipe. « Il faut du temps pour trouver les bonnes personnes. Certains membres du groupe de Cambridge s'installeront ici à partir de septembre et d'autres recherchent d'autres postes », explique Vignolini. « Le plan est de déménager à 100 % ici, mais je suis en train de terminer certains projets à Cambridge et je continue à encadrer des étudiants. »

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En Allemagne, Vignolini développera également un autre domaine de recherche appelé « matière sym-bionique », qui consiste à examiner comment les organismes coopèrent pour récolter et manipuler la lumière. Il existe par exemple une espèce de limace de mer verte qui séquestre les chloroplastes vivants des algues qu'elle mange afin que la photosynthèse puisse se poursuivre à l'intérieur de ses cellules. « Les disciplines scientifiques n'ont pas besoin d'avoir des frontières distinctes. En fait, elles sont toutes étroitement liées et il faut garder l'esprit ouvert », dit-elle. « Je ne vois plus vraiment ce qu'est la chimie, la physique ou la biologie ; J’adopte une approche plus large et je crois que c’est ainsi que les connaissances scientifiques progressent.

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• La source: https://physicsworld.com/a/rethinking-physics-silvia-vignolini-on-succeeding-at-the-boundary-between-disciplines/