1812-2012 Bicentenaire de l’unification entre l’électricité et le magnétisme

OERSTED Hans Christian (1777-1851)

Oersted

d’après W.N Marstrand. (Nationalhistoriske Museum Frederiksborg)

Il est né à Rudkoebing (Danemark) le 14 Août 1777 d’un père pharmacien. Il a découvert l’électromagnétisme et fondé l’école polytechnique au Danemark. Avec son frère Anders, ils font preuve, très tôt de grande intelligence et ils se stimulent mutuellement pour projeter des buts ambitieux. De nombreuses personnes les instruisent et ils acquièrent de nombreuses connaissances qui leurs permettent d’aller à Copenhague en 1793 et 1794 pour passer le baccalauréat. Son frère Anders allait devenir un célèbre jurisconsulte et homme d’état.

Hans Oersted commence des études de pharmacie à l’université de Copenhague, seule formation à l’époque pour aborder des notions de physique et de chimie. Il obtient à deux reprises les prix donnés par l’université (en esthétique et en médecine) et il fut reçu avec mention spéciale à l’examen de pharmacie en 1797. Les sujets les plus étendus qu’il aborda pendant son adolescence et les efforts nécessaires pour y arriver lui permirent d’être reçu docteur ès lettres pour une thèse sur la philosophie de Kant.

Oersted commence par diriger une pharmacie puis, il fit un séjour d’études en Allemagne et en France qui le renforce dans son intention d’approfondir les lois de la physique et de la chimie. De retour au Danemark, il est nommé comme professeur à l’université de Copenhague, poste qu’il garda jusqu’à sa mort. Oersted à ceci de particulier qu’il s’imprègne fermement de la philosophie naturelle et du romantisme ; ces deux tendances réflexives l’incite à se détourner des spéculations immatérielles pour appuyer son raisonnement initial sur la réalité phénoménologique.

Oersted est vivement attiré par la pile galvanique construite par A. Volta le 17 mars 1800. Après la reproduction d’une batterie de piles voltaïques, et de longues réflexions intuitives sur le courant galvanique, il publie en 1812 dans une revue allemande Ansichten der chemischen Naturgesetze ses visions spéculatives sur le rapport supposé entre l’électricité et le magnétisme. C’est en 1820 que l’idée lui vient (pendant une conférence) de faire entrer un fil ténu de platine dans le circuit conducteur entre les pôles de la batterie et, par le courant, de le porter à incandescence en le tenant au dessus d’une petite aiguille aimantée dans le sens du courant. Après la conférence, il réalisa l’expérience et il constata que l’aiguille tournait et qu’elle tournait en sens inverse si on inversait le sens du courant et enfin, il n’y avait pas d’effet si on tenait le fil perpendiculairement à l’aiguille.

Trois mois sont nécessaires à Oersted pour effectuer des expériences complémentaires sur ce phénomène. Il laisse de nombreuses notes qui suivent son raisonnement, il examine même que l’effet (sur l’aiguille aimantée) soit dû à la chaleur puis, convaincu de son analyse et des relations causales entre l’électricité et le magnétisme, il publie en latin les résultats de ses recherches dans un petit compte rendu de quatre pages. En français, le discours est publié dans les Annales de chimie et de physique (TOME XIV p. 417-25, Paris 1820) sous le titre « Expériences sur l’effet du conflit électrique sur l’aiguille aimantée ». Le discours d’Oersted fit sensation dans toute l’Europe et son expérience est reproduite par Arago le 11 septembre 1820 pendant une séance à l’Académie Française. Le 30 octobre, les deux physiciens J.-B. Biot et F. Savart présentent un résultat (à l’Académie) portant sur les rapports entre la direction et la norme de la force observée en fonction du sens et de la quantité d’électricité qui influe sur l’aiguille aimantée. Finalement Ampère trouve une formulation mathématique qu’il publia en 1825 et qui contient également les effets électromagnétique entre courants électriques.

Cette relation entre l’électricité et le magnétisme impulsée par Oersted est à la base d’une révolution scientifique, elle se poursuit avec la découverte des courants d’induction par Faraday en 1831 et Maxwell termine l’œuvre en utilisant la nouvelle théorie pour exprimer la nature de la lumière. Car la lumière est, ni plus ni moins, qu’un champ électrique et un champ magnétique auto-entretenu qui se propagent sans nécessiter de milieu matériel pour en supporter les vibrations ondulatoires.

Les effets électromagnétiques découverts par Oersted renforcèrent sa pensée sur l’unité de la nature, idéal philosophique qu’il contemplait depuis sa tendre enfance.

AMPERE André (1775-1836)

Ampère

Dessin à la plume attribué à lui-même. (Bibliothèque de l’Académie des Sciences)

Il voit le jour le 20 janvier 1775 à Lyon puis il habite, à partir de sept ans, dans un petit village montagnard (Poleymieux) proche de sa ville natale.

Son père, ancien négociant, devient juge de Paix à Lyon après 89. Mais la Terreur faisant son œuvre, l’honnête fonctionnaire a le cou tranché le 23 novembre 1793. Dans une lettre testamentaire, son père écrivait : « J.-J. Ampère, époux, père, ami et citoyen toujours fidèle ». Enfant de la révolution, il meurt dévoré par elle-même. Mais le fils restera fidèle à l’esprit de la révolution qui souffle un nouvel air de liberté…

Ampère (fils) est élevé un peu comme Emile de J.-J. Rousseau, il apprend seul et il engloutit les livres avec voracité. Doué d’une mémoire prodigieuse, il retiendra d’énormes passages de Buffon et de l’Encyclopédie (des lumières) dans les domaines qu’il affectionne comme l’histoire, le théâtre et les mathématiques. Comme Pascal, il compose à treize ans un traité (sur les sections coniques). Dans ses lectures il se heurte à la notation différentielle, on lui apprend donc les rudiments du calcul infinitésimal. Très touché et inspiré par la nature qui lui fournit mille leçons, il a même son herbier comme Rousseau.

Ampère était un romantique, émotionnellement très impliqué, il vit ses relations amoureuses avec ferveur et passion. Il chante son amour en vers, italiens et français[1], écrit un journal nommé Amorum en 1796 pour une femme (Mlle Carron) qu’il épousera.

Rapidement, il intègre à Paris l’école Polytechnique comme professeur de mathématique (analyse) et le Collège de France en physique. Il fut aussi inspecteur général de l’université (dès 1808) et comme il savait tout, il enseigna également la philosophie à la Faculté des Lettres. Arago considérait Ampère comme un savant doué de facultés immenses.

Il est vrai également que son caractère manquait de calme et de retenu, d’autres comparait son esprit « à une mer agitée » ou son cœur « à un brasier » et un fidèle lui disait : « je sais que vous ne pouvez mettre de frein à votre cerveau ». Il pouvait parler pendant 13 heures de suite sur la classification des sciences, la poésie, le spiritisme, la psychologie, la métaphysique, il s’enflamme sur toute chose, il cherche l’unité en tout et il s’insurge lorsque l‘injustice sociale et politique s’exprime et se manifeste avc outrance dans la société humaine. De lui-même, Ampère disait à un ami : « mon imagination m’offre sans cesse des bonheurs impossibles, des espérances chimériques auxquelles elle me fait croire malgré moi… ».

L’expérience d’Oersted met en branle son questionnement, il s’intéressait aux grands problèmes de chimie, initiateur de la chimie-physique en rapprochant les combinaisons chimiques (atomique) à la loi physique de Mariotte. Ampère était un partisan avant-gardiste de la théorie atomique. Dans une lettre adressée à Berthollet en 1814, il exprime l’hypothèse[2] selon laquelle tous les gaz renferment, à volume égal, le même nombre de particules.

Lorsqu’en 1820, le 11 septembre, Arago refait l’expérience d’Oersted à l’Académie des Sciences, Ampère va bouleverser l’interprétation des faits puisqu’il commence par écrire rapidement deux notes (le 18 et 25 septembre) qui seront complétées en octobre. Il montre que l’électricité en mouvement est la source des actions magnétiques et il prouve également que deux courants fermés agissent l’un sur l’autre. Ampère invente les « courants particulaires » et donne l’essor à l’électrodynamique. Parlant de lui, Louis de Broglie disait : « il se montre par là le génial annonciateur des futures théories électroniques qui admettent que la matière est formée de particules électrisées et cherchent à expliquer toutes ses propriétés par le mouvement de telles particules ».

Ampère était un mathématicien qui possédait la subtilité nécessaire et l’outil technique indispensable pour généraliser des faits empiriques. Il construit en 1826 un mémoire de synthèse Sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques uniquement déduite de l’expérience, qualifiait par Poincaré « d’immortel ouvrage ». Ampère était un improvisateur de génie, intuitif, il réalise une structure mathématique permettant d’interpréter la relation entre l’électricité et le magnétisme.

La forme intégrale du théorème d’Ampère s’exprime ainsi :

Avec I, le courant inclus dans le contour fermé ; Le théorème d’Ampère est un puissant outil pour calculer le champ magnétique en se basant sur ses propriétés de symétrie.

Ampère est finalement au dessus de tous, dans le langage de la physique mathématique qui déchiffre les arcanes du monde et le fonctionnement intrinsèque de la matière. On lui doit également le vocabulaire de « courant » (on parlait de conflit électrique), de tension et de galvanomètre qu’il fabriqua de lui-même. Il invente également le télégraphe électrique et le principe de l’électro-aimant.

Le plus étonnant, c’est son tempérament bouillonnant, entre doutes et croyances, Ampère était une âme mystique et tourmentée, bien plus curieuse des spéculations métaphysiques que des réalités proprement physiques. Et pourtant, il a pu, en quelques mois, édifier une théorie d’une importance pratique que nul ne peut nier : celle de l’utilisation généraliser de l’électricité. Et c’est à juste titre que son nom désigne l’unité du courant électrique.

Il meurt à 61 ans après quelques heures de délires, épuisé par une pneumonie, il était le type même du savant distrait mais hautement concentré intérieurement.