1.2 Aux origines
13
travaux de Cavendish et de Coulomb permettent d’étendre à ces deux domaines la
conception newtonienne des forces centrales, attractives ou répulsives. Grâce à la notion de « masse magnétique », qui joue le rôle de la charge électrique en magnétisme,
les lois quantitatives exprimant les forces électriques et magnétiques se formulent
de manière analogue pour l’électricité et le magnétisme
(1) . Balayant définitivement
les « effluves » de Gilbert, la loi en raison inverse du carré de la distance semble
régir l’univers. Certes, d’un point de vue cartésien, la nature des forces s’exerçant à
distance n’en est pas pour autant « expliquée », mais il est désormais possible d’en
déterminer quantitativement les effets, sur la base d’une formulation commune à la
mécanique, à l’électricité et au magnétisme.
Les processus d’interaction à distance s’exprimant selon une loi unique, il paraît
légitime de chercher à intégrer les phénomènes physiques correspondants au sein
d’un schéma de compréhension unifiée. Ainsi, après les premiers liens établis par
Ørsted entre électricité et magnétisme, Ampère montre l’équivalence entre un barreau aimanté et un solénoïde parcouru par un courant. Dès 1821, il émet l’hypothèse
que les molécules des corps sont le siège de « courants particulaires » que l’aimantation peut orienter. Précurseur de la théorie électronique de la matière, il suggère
ainsi les liens intimes qui unissent électricité et magnétisme au coeur même de la
matière. En revanche, si l’expression de la force magnétique donnée initialement par
Biot et Savart varie bien en raison inverse du carré de la distance, la loi établie par
Ampère pour la force élémentaire
(2) montre que les actions d’origine magnétique
s’exercent dans un plan perpendiculaire à celui qui contient la ligne de courant et le
champ magnétique. Ainsi exprimées, les forces magnétiques se distinguent sensiblement des forces centrales gravitationnelles, comme le laissaient d’ailleurs apparaître
les premières observations d’Ørsted. Le schéma newtonien universel n’est donc plus
totalement satisfaisant.
Résolument abordées en termes d’électro-magnétisme, les investigations de Michael Faraday apportent peu à peu la réponse attendue. C’est avec ce physicien autodidacte que naît véritablement le concept de champ. S’il n’en conçoit pas la formulation mathématique, il en définit la nature physique profonde. Pour lui, l’interaction électromagnétique diffère fondamentalement de la gravitation. Contrairement
à l’électricité et au magnétisme, il semble tout d’abord impossible d’opposer aux
forces de gravitation un « bouclier » qui annihilerait leur effet. D’autre part, aucune
preuve n’est faite que les actions gravitationnelles nécessitent un certain temps de
propagation pour s’établir à distance. Ainsi, Faraday est-il partisan de l’idée selon
(1) Coulomb développe sa théorie dans la série des sept mémoires qu’il publit entre 1785 et 1791.
(2) Elle fut baptisée « force de Laplace », en hommage à celui qui suivit attentivement les travaux de Biot
et d’Ampère en y apportant ses critiques. Si ses recherches se rapportent surtout à la mécanique céleste et au
calcul des probabilités, Pierre-Simon de Laplace favorisera le brassage des idées et l’effervescence scientifique
qui caractérisent le début du XIX e siècle. Entre 1805 et 1813, il réunit ainsi dans sa propriété d’Arcueil de
jeunes savants parmi lesquels Claude Berthollet, Jean Antoine Chaptal, Jean-Baptiste Biot, François Arago,
Denis Poisson, Louis Joseph Gay-Lussac.
13
travaux de Cavendish et de Coulomb permettent d’étendre à ces deux domaines la
conception newtonienne des forces centrales, attractives ou répulsives. Grâce à la notion de « masse magnétique », qui joue le rôle de la charge électrique en magnétisme,
les lois quantitatives exprimant les forces électriques et magnétiques se formulent
de manière analogue pour l’électricité et le magnétisme
(1) . Balayant définitivement
les « effluves » de Gilbert, la loi en raison inverse du carré de la distance semble
régir l’univers. Certes, d’un point de vue cartésien, la nature des forces s’exerçant à
distance n’en est pas pour autant « expliquée », mais il est désormais possible d’en
déterminer quantitativement les effets, sur la base d’une formulation commune à la
mécanique, à l’électricité et au magnétisme.
Les processus d’interaction à distance s’exprimant selon une loi unique, il paraît
légitime de chercher à intégrer les phénomènes physiques correspondants au sein
d’un schéma de compréhension unifiée. Ainsi, après les premiers liens établis par
Ørsted entre électricité et magnétisme, Ampère montre l’équivalence entre un barreau aimanté et un solénoïde parcouru par un courant. Dès 1821, il émet l’hypothèse
que les molécules des corps sont le siège de « courants particulaires » que l’aimantation peut orienter. Précurseur de la théorie électronique de la matière, il suggère
ainsi les liens intimes qui unissent électricité et magnétisme au coeur même de la
matière. En revanche, si l’expression de la force magnétique donnée initialement par
Biot et Savart varie bien en raison inverse du carré de la distance, la loi établie par
Ampère pour la force élémentaire
(2) montre que les actions d’origine magnétique
s’exercent dans un plan perpendiculaire à celui qui contient la ligne de courant et le
champ magnétique. Ainsi exprimées, les forces magnétiques se distinguent sensiblement des forces centrales gravitationnelles, comme le laissaient d’ailleurs apparaître
les premières observations d’Ørsted. Le schéma newtonien universel n’est donc plus
totalement satisfaisant.
Résolument abordées en termes d’électro-magnétisme, les investigations de Michael Faraday apportent peu à peu la réponse attendue. C’est avec ce physicien autodidacte que naît véritablement le concept de champ. S’il n’en conçoit pas la formulation mathématique, il en définit la nature physique profonde. Pour lui, l’interaction électromagnétique diffère fondamentalement de la gravitation. Contrairement
à l’électricité et au magnétisme, il semble tout d’abord impossible d’opposer aux
forces de gravitation un « bouclier » qui annihilerait leur effet. D’autre part, aucune
preuve n’est faite que les actions gravitationnelles nécessitent un certain temps de
propagation pour s’établir à distance. Ainsi, Faraday est-il partisan de l’idée selon
(1) Coulomb développe sa théorie dans la série des sept mémoires qu’il publit entre 1785 et 1791.
(2) Elle fut baptisée « force de Laplace », en hommage à celui qui suivit attentivement les travaux de Biot
et d’Ampère en y apportant ses critiques. Si ses recherches se rapportent surtout à la mécanique céleste et au
calcul des probabilités, Pierre-Simon de Laplace favorisera le brassage des idées et l’effervescence scientifique
qui caractérisent le début du XIX e siècle. Entre 1805 et 1813, il réunit ainsi dans sa propriété d’Arcueil de
jeunes savants parmi lesquels Claude Berthollet, Jean Antoine Chaptal, Jean-Baptiste Biot, François Arago,
Denis Poisson, Louis Joseph Gay-Lussac.