Qu`est-ce l`histoire de l`électricité? Un tableau synoptique

David Aubin
29/12/2010
Qu’est‐ce l’histoire de l’électricité?
• Des concepts et des théories:
– Force (électromotrice), champ classique et quantique, charge, courant, résistance, photon…
– Lois de Coulomb, Biot‐Savard, Ampère, Maxwell…
L’histoire de l’ électricité et du magnétisme
Cours d’introduction à l’histoire des sciences pour étudiants du master‐enseignement Physique–chimie
Physique
chimie NC 815
NC 815
• Des pratiques observation et production de phénomènes, pratique d’expérimentation.
• Une culture matérielle: des machines et des laboratoires.
• La « fée électricité »: un phénomène sociotechnique de très grande ampleur. David Aubin ([email protected])
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
1
08/12/2010
Un tableau synoptique
Théorie
Objet
machines
électrostatiques
académie / salons
curiosité /
paratonnerre
pile de Volta
observatoire / observatoire
/
cabinet de physique
mesmérisme
laboratoire / atelier
industriel
télégraphe
réseau
électrification 17e – 18e
siècles
1780‐1830
qualitative
newtonienne 1820‐1900
électromagnétisme
moteur électrique
20e siècle
électrodynamique quantique
accélérateur de particule
08/12/2010
A. 17e–18e siècles
Impact social
ambre / boussole
2
Sommaire
Institution
Antiquité et Moyen Âge
Introduction à l'histoire des sciences
1. Gilbert; (Dufay); Nollet; Franklin; Ramsden
Introduction à l'histoire des sciences
B. 1780–1830 1. Coulomb ; Marat; Mesmer; Volta
2 Oersted; Ampère; Gauss; Faraday
2.
Oersted Ampère Gauss Faraday
C. 1830–1900
1. Kelvin; Maxwell; Hertz
2. Edison; Tesla
3
D. au 20e siècle: 1. Einstein; Feynman
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
4
L’Antiquité
• L’Antiquité greco‐romaine
– êlektron (ήλεκτρον): l’ambre jaune. – Pierre de Magnésie: ville grecque de Turquie occidentale.
– électricité animale (torpille et poisson‐chat).
F
Francis Bacon, Le nouvel Organe
i B
L
lO
(1620)
(1620).
• L’Antiquité chinoise: Gilbert; (Dufay); Nollet; Franklin; Ramsden
– la boussole dès le 1er siècle. – arrive en Europe par l’intermédiaire des Arabes dès le 11e siècle.
08/12/2010
NC815
Introduction à l'histoire des sciences
A1 – LA SCIENCE BACONIENNE 5
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
6
1
David Aubin
29/12/2010
William Gilbert, De Magnete
(1600)
L’abbé Nollet (1700–1770)
Un médecin anglais (1540–1603). La théorie des fluides électriques.
Expériences comme curiosité. Jean‐Antoine Nollet, Lettres sur l’électricité, Paris, 1753:
La philosophie naturelle et la science expérimentale (18 ans de travail).
« Je suis bien éloigné de blâmer ceux qui […] s’occupent à rendre les expériences brillantes ou même p
effrayantes, et à soutenir l’admiration des curieux qui prennent part à ces découvertes[…]; l’électricité devient par là plus intéressante, le nombre des amateurs augmente. »
Étude de la boussole et philosophie magnétique (la Terre comme un aimant).
Expérience de l’aimant brisé (Pierre de Maricourt, 1269).
Magnétisme et électricité: inspire Dufay (et autres électriciens du début du 18e siècle)
Mme du Châtelet mentionne l’abbé Nollet en 1736:
Edition de 1628
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
7
La production des phénomènes
8
Benjamin Franklin (1706‐1791)
La théorie des charges électriques
La foudre comme phénomène électrique: Voir au Musée des Arts et Métiers la collection d’instruments de physique de l’abbé Nollet: peu d’instruments de mesure!
Protocole d’expérience publié par la Royal Society (1750). La méthode expérimentale a méthode expérimentale
et ses juges: l’Académie ou les salons? A droite: La machine de Ramsden servant à produire de l’électricité statique
Experiments and Observation on Electricity
(1769).
Le paratonnerre: l’électricité, utilité ou curiosité?
Jesse Ralsden (1735 – 1800), constructeur d’instruments surtout astronomiques. 08/12/2010
« on ne voit à sa porte que des carrosses de duchesses, de pairs et de jolies femmes […] Voilà donc la bonne philosophie qui va faire fortune à Paris. Dieu veuille que cela dure! » LG301 ‐ Histoire de la vulgarisation
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
9
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
10
Histoire de l’électricité et du magnétisme
12
Franz Anton Mesmer (1734‐1815)
Thèse de doctorat en 1766: influences de Paracelce, Van Helmont et Athanase Kircher.
1779: Mémoire sur la découverte du magnétisme animal
Fluide subtil qui remplit l’univers intermédiaire entre l’homme, la terre et les corps célestes.
Mauvaise répartition du fluide é
d fl d
cause les maladies
Les magnétiseurs peuvent aider à rétablir l’équilibre en provocant des « crises ». Mesmer; Marat; Coulomb ; Volta
Commission de l’Académie des sciences en 1784. B1 – ÉLECTRICITÉ EXPÉRIMENTALE NEWTONIENNE ET SES OPPOSANTS
08/12/2010
NC815
Introduction à l'histoire des sciences
Jean Sylvain Bailly conclut que « l'imagination sans magnétisme produit des convulsions... le magnétisme sans imagination ne produit rien ». 11
08/12/2010
2
David Aubin
29/12/2010
Jean‐Paul Marat (1743‐1793) Charles de Coulomb (1736‐1806)
Médecin et physicien autodidacte. « J'en ai vingt de découvertes sur les différentes branches de la physique ; plusieurs sont publiés depuis longtemps, les autres sont dans mes cartons. J'ai porté dans mon cabinet le désir sincère d'être utile à l'humanité. […] J'oserais me flatter de n'avoir pas manqué mon but, à en juger par l'indigne persécution que n'a cesse de me faire, pendant dix ans, l'Académie des sciences, lorsqu'elle se fut assurée que mes découvertes sur la lumière renversaient ses travaux depuis un siècle, et q j
que je me souciais fort peu d'entrer dans son sein. Comme les p
d'Alembert, les Caritat, les Leroy, les Meunier, les Lalande, les La Place, les Cousin, les Lavoisier, et les charlatans de ce corps scientifique voulaient être seuls sur le chandelier, et tenaient dans leurs mains les trompettes de la renommée, croira‐t‐on qu'ils étaient parvenus à déprécier mes découvertes dans l'Europe entière, à soulever contre moi toutes les sociétés savantes, à me fermer tous les journaux ? » (Journal de la République, N° 98.)
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
La balance électrique du
Lycée Émile Zola, Rennes
Les nouveaux rapports entre science, industrie et Etat: la figure de l’ingénieur militaire d’Etat école du génie de Mézières en 1761 Fort Bourbon, Cherbourg, Besançon, Rochefort, Saint‐Malo…
Sept Mémoires sur l’électricité et le magnétisme
(à partir de 1785).
La « matière électrique » : un fluide subtil. Loi de proportionnalité aux « densités du fluide électrique des deux molécules électrisées ».
Une nouvelle physique mathématique:
« Le mélange du calcul et de la physique » (Coulomb): expériences (très) minutieuses; l’analyse mathématique.
« C’est à Borda et à Coulomb que l’on doit la naissance de la véritable physique en France, non pas la physique verbeuse et hypothétique, mais cette physique ingénieuse et exacte qui observe et compare tout avec rigueur. » (Biot, Mélange scientifiques et littéraires, t. 3, 1858). 13
08/12/2010
F k
Introduction à l'histoire des sciences
qq '
d2
14
Alessandro Volta
(1745‐1827)
Découverte de l’électricité animale par Luigi Galvani (1737‐1798). Force vitale ou physique?
Cet appareil, que j’ai nommé « organe électrique artificiel », Empilement de disques zinc‐cuivre séparés par des rondelles imbibées d’eau salée. Oersted; Ampère; Gauss; Faraday
B2. MATHÉMATISATION ET QUANTIFICATION 08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
15
Hans Christian Oersted
(1777‐1851)
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
16
André‐Marie Ampère (1775‐1836)
Professeur de physique à Copenhague. L’idée de courant électrique.
Loi d’Ampère: la force exercée l’un sur l’autre par deux courants électriques. La théorie mathématique des phénomènes électro‐dynamiques
uniquement déduites de l’expérience (1826). Expériences sur l'effet du conflict électrique sur l’aiguille aimantée. Annales de chimie et de physique, 1820, vol. 14, p. 417‐425
Adepte de la Naturphilosophie: une philosophie de la Nature des Allemands du début du 19e siècle, idéaliste, romantique et holiste Schiller à propos de la conception « française » de la science chez Humboldt: « Je déteste sa prétention de soumettre au compas l'insondable
prétention de soumettre au compas l
insondable et mystérieuse nature, et de l
et mystérieuse nature et de l'emprisonner
emprisonner ainsi dans des formules qui ne sont souvent que des mots »
« Le conflict électrique n'agit que sur les particules magnétiques de la matière. […] Il paraît, d'après les faits exposés, que le conflict électrique n'est pas renfermé dans le fil conducteur, mais qu'il a autour de lui une sphère d'activité assez étendue. » (Oersted 1820)
« Ayant depuis longtemps considéré les forces qui se manifestent dans l'électricité, comme les forces générales de la nature, il fallait bien que j'en fisse dériver aussi les forces magnétiques » (Oersted 1821) .
Le "bonhomme": dessin d'Ampère (A hi
(Archives de l'Académie des d l'A dé i d
Sciences). Comme l'écrit le physicien français Pouillet, "M. Ampère ne se contente pas de donner une direction au courant, il lui donne encore une tête, des pieds, une droite et une gauche ; il en fait un homme...image facile qui supplée à une foule de paroles" (Claude‐Servais Pouillet, Elemens de physique expérimentale et de météorologie, t1, 1828, p. 680 ) La réception en France (Arago, Biot‐Savart, Ampère): •
•
Nature de la relation entre les phénomènes électriques et magnétiques? Une phénomène non newtonien, des forces non attractives ou répulsives ? Manuscrit d'Ampère : la directrice et l'expression ½ D i i' ds' sinε
08/12/2010
NC815
Introduction à l'histoire des sciences
17
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
18
3
David Aubin
29/12/2010
Impossible d'afficher l'image. Votre ordinateur manque peut-être de mémoire pour ouv rir l'image ou l'image est endommagée. Redémarrez l'ordinateur, puis ouv rez à nouv eau le fichier. Si le x rouge est toujours affiché, v ous dev rez peut-être supprimer l'image av ant de la réinsérer.
Carl Friedrich Gauss (1777‐1855)
Michael Faraday (1791‐1867)
Observatoire de Göttingen. La croisade magnétique. Mathématisation vs. quantification des phénomènes physiques
« Ces mesures ont la précision des observations
observations astronomiques ». Expérimentateur, directeur du laboratoire de la Royal Institution à Londres, disciple de Humphrey Davy. 1831: l’induction électrique, 3e forme d’électricité, équivalente aux 2 autres (statique et pile). Les « lignes de forces ».
Un grand vulgarisateur. Matérialisation par la limaille de fer des lignes de force magnétiques existant dans l'espace entre aimants.
Les décharges entre deux conducteurs électrisés matérialisent, selon Faraday, les lignes de forces électriques qui existaient entre ces conducteurs avant la décharge. Le cabinet de travail de Faraday 08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
19
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
20
Heinrich Daniel Ruhmkorff (1803‐1877)
La bobine de Ruhmkorff (1850): générateur de courant haute tension.
Utilisée par Gustave Kirchhoff, Heinrich Rudolf Hertz, Edouard Branly, Guglielmo Marconi… Mentionnée par Jules Verne dans Vingt Milles Lieues sous les mers. L i F
Louis‐François‐Clément i Clé
t
Breguet (1804–1883)
Ruhmkorff; Breguet; Kelvin; Maxwell; (Hertz)
C1. L’ÉLECTROMAGNÉTISME
•
•
•
•
•
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
21
Collaborateur des physiciens Masson, Savart, Jamin. Membre de la commission de la télégraphie en 1845, Il crée le « télégraphe français », dit télégraphe « Breguet‐
Foy ». 22 mars 1846: plus de 400,000 francs pour la ligne Paris‐Lille (Belgique). (Breguet: membre du Bureau des longitudes en 1862) 08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
22
William Thomson, Lord Kelvin (1824‐1907)
Laboratoire à l’université de Glasgow. Lien avec l’industrie du télégraphe
Câble transatlantique
Câble transatlantique (1854); expédition du SS Great Eastern en juillet 1855: câble se rompt. En 1866: une nouvelle expédition; Thomson anobli. 08/12/2010
NC815
Introduction à l'histoire des sciences
23
08/12/2010
Révolution industrielle
24
4
David Aubin
29/12/2010
James Clerk Maxwell (1831‐1879)
On Physical Lines of Force (1861)
Quaternions  Vecteurs
Modèles mécaniques de l’éther
La lumière comme onde électromagnétique
Cavendish Laboratory, Cambridge, 1874 (23 prix Nobel). Heinrich Hertz: les équations de Maxwell plutôt que les modèles. 08/12/2010
Edison; Tesla
C2. L’ÉLECTRICIFICATION DU MONDE
Introduction à l'histoire des sciences
25
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
26
La Fée électricité
Paris, ville lumière
Einstein; Feynman
D1. ÉLECTRODYNAMIQUE
Palais de l’électricité à l’Exposition universelle de 1900 à Paris
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
27
08/12/2010
Albert Einstein (1879‐1955): • Sites web: unification géométrique des forces gravitationnelle et électromagnétique? – @Ampere: ampere.cnrs.fr – BibNum.fr
Richard Feynman, Julian Schwinger, Sin‐Itiro Tomonaga (et F
Freeman Dyson): prix noebl
D
) i
bl 1965
• Livres: – Alison
Alison Winter, Paola Bertucci, Robert Darnton, Olivier Winter Paola Bertucci Robert Darnton Olivier
Darrigol, Michel Atten, Christian Licoppe, Crobie Smith & Norton Wise, Bruce Hunt, – Bertrand Wolff et Christine Blondel, « Expériences et calculs de Coulomb en électricité: un accord discuté », Bulletin des professeurs de physique et de chimie vol. 103 (octobre 2009). L’électrodynamique quantique: une des quatre forces fondamentales.
Unification électrofaible (Sheldon Glashow, Abdus Salam, Steven Weinberg, prix Nobel 1979; Carlo Rubia et Simon van der Meer prix Nobel 1984).
NC815
28
Bibliographie
Électricité comme force fondamentale?
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
Introduction à l'histoire des sciences
29
08/12/2010
Introduction à l'histoire des sciences
30
5