@. Ampère et l'histoire de l'électricité |
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Manuscrits d'Ampère > Une sélection commentée d'une soixantaine de documents > ÉlectrodynamiqueÉlectrodynamiqueCe n'est pas tout-à-fait par hasard que le professeur de mathématiques de l'École polytechnique, André-Marie Ampère, s'est intensément occupé d'électricité entre 1820 et 1826. En 1820 le Danois Hans-Christian Œrsted (1777-1857) montre une relation inattendue entre l'électricité et le magnétisme : un fil conducteur relié à une pile fait dévier l'aiguille d'une boussole. Or vingt ans plus tôt le jeune Ampère avait lui-même tenté, mais en vain, d'unifier l'électricité et le magnétisme. En 1820, il s'attaque à la recherche des lois physiques de cette nouvelle interaction en s'appuyant sur sa maîtrise des mathématiques et sur de nouvelles expériences qualitatives inventées à la suite de celle d'Œrsted. En quelques semaines il jette les bases de l'électrodynamique qui intègre toutes les interactions entre un courant et un aimant ou entre deux courants. C'est dans le domaine de l'électricité que le rêve d'Ampère d'atteindre les principes fondamentaux régissant les phénomènes de la nature, s'est le mieux incarné. Ses manuscrits témoignent de la fièvre qui le saisit à l'annonce par Arago devant l'Académie, de la découverte d'Œrsted. Projets d'expériences et d'instruments nouveaux, intuitions et interrogations, lettres de savants étrangers tels Davy ou Faraday, côtoient des brouillons de mémoires hâtivement constitués de "copiés-collés", parfois repris par un copiste. Un espoir de jeunesse : unifier l'électricité et le magnétisme (1802) Un espoir de jeunesse : unifier l'électricité et le magnétisme (1802)Dès 1802 Ampère travaille sur un ouvrage de physique où il présente une nouvelle théorie de l'électricité et du magnétisme. Son objectif est d'expliquer ces phénomènes par un "principe unique", déduit de la mécanique, et non par des fluides distincts. Avec cet ouvrage, le jeune professeur rêve de gagner le prix de 60 000 F proposé par Bonaparte pour récompenser une grande découverte en électricité, aussi importante que celle de la pile de Volta (voir la lettre d'Ampère à sa femme L156). Mais, alors que le manuscrit est chez l'imprimeur, Ampère abandonne la physique pour les mathématiques (dans l'espoir d'obtenir un poste de professeur de mathématiques au Lycée de Lyon) ; le livre n'a jamais été publié. Ces deux pages proviennent probablement de l'introduction de cet ouvrage inachevé. On voit qu'Ampère, depuis sa modeste École centrale de Bourg-en-Bresse, s'écarte radicalement de la théorie dominante de Coulomb, qui fait intervenir des fluides électriques et des fluides magnétiques distincts. Ampère va plus loin en proposant d'expliquer non seulement l'électricité et le magnétisme, mais tous les phénomènes de la physique (comme la chaleur et la lumière), par une attraction unique, au lieu de recourir à un fluide spécial pour la chaleur (le calorique) ou à des particules pour la lumière [voir les pages sur la physique et la chimie]. En effet, justifie-t-il, si cette attraction "est le moyen dont Dieu s'est servi pour compléter l'existence de la matière en en réunissant les molécules, elle doit être unique, universelle, constante".
Académie des sciences (Institut de France) - carton X, chemise 203 Le premier mémoire sur l'électrodynamique (1820)Un dossier thématique dans le Parcours pédagogique : 
Académie des sciences (Institut de France) - carton VIII, chemise 156 Des dessins énigmatiquesLes manuscrits d'Ampère témoignent de l'importance des raisonnements qualitatifs et des représentations visuelles dans son activité scientifique.
Académie des sciences (Institut de France) - carton VIII, chemise 156 Le "bonhomme d'Ampère"
Académie des sciences (Institut de France) - carton VIII, chemise 156 Des intuitions simples pour des appareils complexesPour mener à bien ses expériences, Ampère imagine de nouveaux appareils. Dans une note présente dans le fonds, il explique lui-même combien fut formateur, à cet égard, son passage à Bourg où il dut parfois composer avec des moyens rudimentaires pour réaliser certaines expériences ; quoiqu'il ne fût guère bricoleur - son bras blessé et sa mauvaise vue le rendaient assez maladroit - il en tira de précieuses leçons sur la construction des appareils. On voit ci-dessous quatre étapes : premiers schémas [1][2], mise au propre par un secrétaire [3] et gravure définitive [4], de l'élaboration de trois d'entre eux : ... l'aiguille "astatique" montre qu'une boussole qui n'est plus soumise au magnétisme terrestre s'oriente perpendiculairement au courant :
... une aiguille aimantée suspendue à un fil est attirée par un courant :
... et deux circuits en spirales s'attirent ou se repoussent suivant le sens du courant ; ils se comportent comme des pôles d'aimant :
Académie des sciences (Institut de France) - carton XI, chemise 206bis ; carton IX, chemise 180 ; et Mémoire sur les effets des courants électriques d'Ampère Des raisonnements qualitatifsCette page, extrêmement intéressante, montre la puissance des raisonnements qualitatifs en physique.
Académie des sciences (Institut de France) - carton X, chemise 205ter L'établissement de la "formule fondamentale"
Académie des sciences (Institut de France) - carton IX, chemise 173 Quatre définitions différentes de l'intensité du courant électriqueDans son premier mémoire, Ampère définit le courant par ses effets, très différents des "effets de tension" (électrostatique) : effet magnétique et effet chimique (décomposition de l'eau). On trouve dans ses écrits trois autres définitions, dont deux sont restées dans ses manuscrits. Ceci montre qu'une grandeur physique peut se définir de plusieurs manières.
Enfin dans son traité "Pour exprimer en nombre l'intensité d'un courant quelconque, on concevra qu'on ait choisi un autre courant arbitraire pour terme de comparaison, qu'on ait pris deux éléments égaux dans chacun de ces courants, qu'on ait cherché le rapport des actions qu'ils exercent à la même distance sur un même élément de tout autre courant, dans la situation où il leur est parallèle et où sa direction est perpendiculaire aux droites qui joignent son milieu avec les milieux de deux autres éléments. Ce rapport sera la mesure d'une des intensités, en prenant l'autre pour unité." (Théorie ..., p. 199) C'est le principe de la définition actuelle de l'unité d'intensité électrique, à laquelle fut donné le nom d'Ampère en 1881. Académie des sciences (Institut de France) - carton IX, chemise 173 Calcul de l'action d'un circuit fermé sur un élément de circuit
Académie des sciences (Institut de France) - carton X, chemise 205bis Représentations géométriquesOutre les calculs d'intégrations, Ampère recourt régulièrement à la géométrie dans l'espace.
Académie des sciences (Institut de France) - carton X, chemise 205 Une propagation dans l'éther des actions électrodynamiques ?La force d'Ampère est une attraction ou une répulsion instantanée à distance, comme la force de gravitation. Mais dans ses manuscrits, comme dans sa correspondance, Ampère laisse clairement voir sa conviction que les phénomènes électrodynamiques doivent, en dernier ressort, s'expliquer par une propagation de proche en proche dans l'espace. Le support de cette propagation serait l'éther, ce fluide neutre et sans masse qui remplit l'espace, et dont son ami Fresnel a fait le support des vibrations lumineuses.
Académie des sciences (Institut de France) - carton IX, chemise 170
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