L'éther entre science et technologie en France au tournant du XIXe et XXe siècle

par Nicolas Nio

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Christian Bracco.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Observatoire de Paris. Département d'astronomie fondamentale (laboratoire) , Histoire de l'astronomie (equipe de recherche) et de Observatoire de Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Nous nous proposons d'examiner dans cette thèse les conditions qui ont pu conduire à un affaiblissement progressif du rôle joué par l'éther de 1890 à 1905. L'originalité du travail réside dans l'approche du sujet, qui consiste à mener une analyse large du contexte de cet affaiblissement, sur les bases de l'évolution de la physique et de son lien de plus en plus marqué avec les aspects technologiques au tournant du XIXe et XXe siècle, à travers la formation des ingénieurs et leurs revues. La plupart des physiciens pensaient au XIXe siècle que la théorie ondulatoire de la lumière, qui traduit la propagation de proche en proche d'une vibration lumineuse, nécessitait l'hypothèse d'un milieu, support à cette propagation. Le caractère transverse que Fresnel attache à la vibration lumineuse l'amène à envisager un modèle mécanique particulaire d'éther, qui deviendra un milieu continu élastique avec Poisson, Cauchy et MacCullagh notamment. Avec Maxwell entre 1860 et 1870, la lumière s'assimile à une onde électromagnétique. À sa suite, la description de l'éther évolue, en particulier avec les travaux de Thomson, Helmholtz et Larmor, puis Lorentz (charges électriques libres de se déplacer dans l'éther). L'histoire des modèles d'éther au XIXe siècle a été largement étudiée sur le plan théorique et les problématiques induites par les différentes représentations dûment analysées (Buchwald, Darrigol, Siegl, Whittaker), une bibliographie avec laquelle le candidat devra être familier. Que devient l'éther à la fin du XIXe siècle, dans une période marquée par le développement technologique extraordinaire lié à l'électricité ? Les villes sont alors éclairées par des lampes à incandescence alimentées par des centrales électriques utilisant des génératrices à courant continu, puis à courant alternatif, avec l'usage de transformateur (Gaulard-Gibbs). Le phénomène d'induction électromagnétique est au cœur de cette révolution industrielle. Avec quelles images du courant, de l'induction et du magnétisme les ingénieurs travaillent-ils ? Quel rôle heuristique joue éventuellement l'éther dans leurs représentations ? Notons que ces questionnements sont perceptibles y compris chez le jeune Albert Einstein, qui a lui-même grandi dans un milieu d'ingénieurs électriciens. Son oncle Jakob est ingénieur polytechnicien de Stuttgart ; avec son frère Hermann, le père d'Albert, il crée une entreprise d'électrotechnique, d'abord à Munich puis en Lombardie en 1894, et participe à l'électrification de villes italiennes ; Albert reçoit à l'école polytechnique fédérale de Zurich les enseignements en électrotechnique et en physique du Pr. Heinrich Friedrich Weber, qui a notamment supervisé la commission d'expertise de la première ligne de transport de courant alternatif lors de l'exposition internationale de Francfort de 1891 (à laquelle les Einstein ont participé). Le jeune homme se pose dès 1895, à seize ans – en lien avec sa première tentative d'entrer à l'ETH - la question de la nature du courant électrique et il s'intéresse à l'éther. Il rédige une note de trois pages, pour une communication privée, où il développe l'idée d'associer la création d'un champ magnétique à un effet de tension dans l'éther et s'intéresse à la modification que cela peut entraîner sur la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques qui viennent d'être découvertes par Hertz. Quelques années plus tard, entre 1898 et 1901, il pense encore pouvoir déterminer le mouvement de la matière par rapport à l'éther. Or, ses premières connaissances sur l'électromagnétisme lui viennent à travers des ouvrages de vulgarisation et la lecture d'une littérature spécialisée à destination d'ingénieurs, qu'il trouve dans le bureau de son oncle Jakob. Il convient donc d'analyser plus en détail cette littérature. On adressera donc la question du type de connaissance scientifique transmise par ces revues spécialisées et par les expositions auprès d'un public d'ingénieurs, concernant la nature du courant électrique, les interprétations de l'induction et du magnétisme, les représentations de l'éther et son usage heuristique. Ces questions seront tout d'abord étudiées à travers des revues comme la revue française La lumière électrique, qui devient en 1894 l'Éclairage électrique, la revue anglaise The Electrician ou la revue allemande Elektrotechnische Zeitschrift, ainsi que les comptes rendus d'expositions internationales. Notons que les théories électrodynamiques de physiciens (Maxwell, Herz, Helmholtz, Larmor, Lorentz) sont par exemple présentées dans la revue française par Alfred Liénard, polytechnicien, professeur à l'École des Mines de Saint-Etienne, Jules Blondin, rédacteur en chef de la revue, ou par Henri Poincaré lui-même, qui consacre plusieurs articles à ces sujets. Jules Blondin présente en particulier l'article de Larmor sur la constitution de l'éther. La revue anglaise se fait quant à elle notamment l'écho de présentations à la Royal Society de travaux de Larmor, de Lodge ou de FitzGerald et des discussions qui s'ensuivent. Les expériences rapportées pour tenter de mettre en évidence l'entraînement de l'éther par la matière, à l'image de celles de Lodge, sont qualifiées d'expériences d'ingénierie lourde, par l'historien des sciences Bruce Hunt. Une question plus large se dessine, dans cette période où le développement exponentiel des usages de l'électricité va de paire avec la formation d'ingénieurs électriciens de plus en plus nombreux et spécialisés. De nouvelles écoles sont créées, comme l'école supérieure d'électricité (Supélec) en France en 1894 ou certaines filières d'écoles polytechniques à l'étranger. Comment l'électricité y est-elle enseignée ? Comment les professeurs du domaine, qui sont aussi des chercheurs à la pointe, transmettent-ils leurs connaissances à un public d'élèves d'ingénieurs ? La réponse à cette question nécessitera l'examen d'ouvrages spécialisés issus de manuels d'enseignement (Föppl, Drude, Poincaré, Colombo, Abraham, etc.). Un travail sur le fonds d'archives d'une école comme Supélec sera à ce titre très précieux. Ce travail sera aussi l'occasion de revenir, d'un point de vue institutionnel, sur les missions de ces écoles à leur création. Le sujet pourra éventuellement être élargi aux programmes d'enseignement de l'électricité dans la dernière décennie du XIXe siècle, dans le cadre de la réforme institutionnelle menée en France sous la houlette de Raymond Poincaré, le cousin de Henri, alors qu'il était un jeune ministre de l'instruction publique, qui conduira à la création d'un baccalauréat scientifique (réforme George Leygues de l'enseignement secondaire en 1902). Avec la découverte expérimentale des ondes électromagnétiques par le physicien allemand Heinrich Hertz entre 1887 et 1892 (date de la publication de son livre), complétées par les expériences de Sarasin et De La Rive en 1893, naît un nouveau domaine dont l'importance technologique va se révéler très vite : la télégraphie sans fil. Dès 1893, Poincaré enseigne ainsi les « oscillations électriques » à La Sorbonne. C'est quelques années plus tard, avec l'ingénieur Guglielmo Marconi en 1901, un autodidacte qui avait commencé des études d'ingénieur, prix Nobel de physique 1907, que la télégraphie sans fil prend son envol et que naissent les communications modernes. La problématique est alors de réaliser des oscillateurs hautes fréquences (Righi, Bose, Branly, Lodge, etc.) et de générer des champs électriques d'amplitudes suffisantes. Notons au passage que c'est aussi précisément l'un des sujets sur lesquels Albert Einstein travaille en octobre 1900 pour son ami Michele Besso. De nombreuses conférences sur la télégraphie sans fil sont aussi données au sein d'associations d'ingénieurs électriciens qui fédèrent la communauté aux niveaux nationaux, lors de leurs assemblées annuelles. Quels sont les aspects théoriques et pratiques, mis en avant dans ces conférences ou dans les rapports d'experts, qui discutent de l'avancée des travaux scientifiques et technologiques lors d'expositions universelles et internationales, comme celle de Paris en 1900 (rapport Blondel) ? Quelle image de l'éther et de l'électricité véhiculent ces interventions ? Si on peut penser que le développement de la télégraphie sans fil favorise un emploi heuristique de l'éther, la focalisation de la recherche sur des aspects technologiques ne favorise-t-elle pas au contraire l'émergence d'une entité physique nouvelle, le champ : un champ que l'on produit, qui se déplace dans l'espace et qui se détecte loin de sa source ? Un champ, initialement conçu comme une modification des propriétés de l'éther (Hertz, Helmholtz, etc.) et qui acquiert aux alentours de 1900 une dynamique propre en liaison avec celle de la matière ?

  • Titre traduit

    Ether between science and technology in France at the turn of the 19th and 20th Century


  • Résumé

    We propose to examine in this thesis the conditions which may have led to a progressive weakening of the role played by the ether from 1890 to 1905. The originality of the work lies in the approach of the subject : it consists in analyzing the increasingly strong link between physics and technology at the turn of the 19th and 20th century, through the training of engineers, their journals, their schools and training.