@. Ampère et l'histoire de l'électricité 

Dans sa jeunesse (qu'il passe à Poleymieux, à la campagne), Ampère se passionne pour l'astronomie. Il étudie l'Astronomie de Lalande et construit une lunette pour observer les étoiles et les constellations. Il discute ses observations dans sa correspondance avec son ami Jean-Stanislas Couppier [voir la page sur la Correspondance] et l'entraine à faire, lui aussi, de longues nuits d'observation. Il rédige pour lui un petit traité d'astronomie, sans doute cet "Abrégé d'astronomie" manuscrit qu'on trouve dans la chemise 139.

On y voit la description de sa lunette méridienne (lunette se déplaçant dans le plan vertical Nord-Sud), simple et solide dit-il, et "qui peut être exécutée par un simple serrurier".

Dans sa jeunesse, Ampère a étudié les cordes vibrantes, ce qui l'a amené à s'intéresser à l'acoustique. Des contemporains affirment avoir vu les prémices d'un traité d'acoustique.

Dans le fonds de l'Académie, on trouve de nombreux calculs sur la gamme, en particulier la gamme chromatique. Pour son cours au Collège de France, Ampère reprend la théorie des gammes.

Depuis l'Antiquité, la lumière était interprétée comme l'émission par les corps lumineux de petites particules qui se projettent dans l'oeil de l'observateur. Cette hypothèse, qui ramène l'optique à un simple problème mécanique, avait permis d'en élucider les phénomènes les plus courants, comme la réflexion (le rayon lumineux "rebondit" sur une surface réfléchissante) ou la réfraction (le rayon lumineux est dévié lorsqu'il pénétre un milieu transparent différent de l'air).

Newton et Laplace avaient repris à leur compte cette théorie de l'émission, et Ampère lui-même les suit comme la plupart des physiciens de son époque. En 1815 il publie un mémoire sur la réfraction de la lumière qui commence par un hommage à Laplace et s'appuie sur un principe de la mécanique, dit "principe de moindre action". Ce mémoire généralise la méthode mathématique qui permet de déterminer la direction du rayon réfracté à l'intersection entre deux milieux complexes. Cela permet d'expliquer le phénomène de la double réfraction, observable dans certains cristaux, dans lequel un rayon incident produit deux rayons réfractés au lieu d'un.

Dans les brouillons liés à ce mémoire se trouve le manuscrit ci-joint où est représentée la construction des deux rayons réfractés, le rayon "ordinaire" et le rayon "extraordinaire", à l'aide d'un ellipsoïde.

Méthode pour construire le rayon "ordinaire" et le rayon "extraordinaire" dans la double réfraction.

Mais peu après ce mémoire, plus mathématique que physique, Ampère se convertit à une théorie de l'optique radicalement différente de celle de l'émission, la théorie ondulatoire de son ami Augustin Fresnel (1788-1827). Fresnel avait repris et développé l'idée selon laquelle la propagation de la lumière serait due aux vibrations d'un fluide particulier, qui remplit tout l'espace : l'éther. Ampère retouche même l'hypothèse de Fresnel pour qui les vibrations lumineuses étaient longitudinales (comme celles du son) : Ampère le convainc qu'il faut les concevoir transversales.

En 1828, peu après la mort de Fresnel, il perfectionne la théorie ondulatoire en reprenant la question du passage de la lumière dans les cristaux (Mémoire sur la détermination de la surface courbe des ondes lumineuses, en ligne sur Gallica).

La capillarité regroupe les phénomènes qui se produisent à l'interface entre un liquide et un autre milieu : l'air, un autre liquide (huile et eau), ou un solide (verre ou buvard).

Lorsqu'un liquide est en contact avec un autre corps, ses molécules situées à l'interface subissent des forces — d'attraction ou de répulsion — exercées par l'autre corps. Ces forces s'ajoutent à celles auxquelles sont soumises les molécules du liquide, de la part de leurs voisines ou de l'environnement (comme la gravité ou la pression atmosphérique). Les forces de capillarité diminuent très vite avec la distance. De l'équilibre entre les différentes forces résulte le comportement de la surface de contact.

L'eau contenue dans un tube de verre de faible diamètre a tendance à remonter le long des parois du tube ; avec le mercure l'effet est inverse (le mercure descend). Ampère dessine l'expérience classique consistant à plonger un tube de verre dans l'eau ou dans le mercure. Mais il représente également un cas de figure plus complexe et un essai d'interprétation.

De même qu'il a voulu élaborer une classification naturelle des éléments chimiques [voir la page sur la chimie] ou des connaissances humaines [voir la page sur la philosophie], Ampère a également cherché à établir une classification des différentes propriétés physiques des corps.

Une classification naturelle – d'objets ou de propriétés – doit permettre d'intégrer ultérieurement des objets ou des propriétés inconnus dans cette classification, et de leur donner sens à l'intérieur d'un ensemble.

Dans ce manuscrit (non autographe), postérieur à ses travaux en électrodynamique, Ampère divise les propriétés des corps en trois catégories : propriétés géométriques, propriétés dynamiques et propriétés physiques. L'électricité joue un rôle fondamental dans cette classification, la dernière propriété du tableau étant "l'électricité dynamique moléculaire ou magnétisme".

Pendant l'année universitaire 1826-1827, Joseph Liouville (1809-1882), alors élève à l'École polytechnique, suit le cours de physique d'Ampère au Collège de France. Cinq cahiers de notes prises à ce cours se trouvent dans le fonds Ampère avec des corrections et ajouts de son professeur. Ces cahiers, d'une vingtaine de pages chacun, traitent de mécanique. Ampère recrute alors Liouville pour l'aider dans ses calculs sur l'électrodynamique.

Liouville deviendra lui-même professeur de mathématiques à l'École polytechnique. À la disparition des Annales de Gergonne en 1832, la plus importante revue de mathématiques française, il fonde le Journal de mathématiques pures et appliquées, qui est toujours édité.

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