FARADAY (M.)

FARADAY (M.)

La personnalité du savant anglais Michael Faraday intéresse non seulement la science mais aussi la sociologie de la science. D’origine très modeste, n’ayant bénéficié d’aucune formation régulière, Faraday ne s’est élevé que par ses propres mérites. Sa vie scientifique, particulièrement féconde, s’est tout entière déroulée dans le cadre d’un laboratoire; elle ne fut cependant pas organiquement intégrée à l’institution universitaire. S’il n’est pas le seul exemple de ce genre au XIX^e siècle, il est l’un des plus remarquables.

Ses principales découvertes, celle de l’induction électromagnétique et celle des lois de l’électrolyse, font de lui un promoteur aussi bien dans le domaine de l’industrie électrique que dans l’analyse chimique et dans les progrès nécessaires à l’élaboration d’une table raisonnée des éléments. S’il ignorait les mathématiques, il possédait à un degré exceptionnel l’esprit de logique et le sens de l’observation.

Cet expérimentateur a fait plus, en effet, qu’enrichir les sciences physiques de son temps d’une multitude de faits nouveaux, il a donné une orientation décisive à l’évolution des concepts fondamentaux de la physique. La notion de champ (qui fait de l’espace vide des mathématiciens un milieu doué de propriétés physiques et qui réalise la synthèse entre les théories opposées issues des grandes controverses du XVII^e siècle) lui doit manifestement beaucoup. Son rejet de l’image matérielle d’un fluide pour l’électricité, son attention aux phénomènes de propagation ont déterminé, avec l’appui exemplaire des résultats expérimentaux, un type de structure d’analyse qui ouvrit la voie à Maxwell.

On peut se demander si la croyance de Faraday en l’unité de la nature est à l’origine de ses recherches ou bien si elle est la conséquence de ses démarches. Il reste que sa soumission au réel, reflet de ses vertus morales, est la raison, digne de mémoire, de sa fécondité scientifique.

Origines d’une vocation scientifique

Né à Newington (Surrey) le 22 septembre 1791, Michael Faraday était le fils d’un ouvrier forgeron. Son instruction se limita aux rudiments de la lecture, de l’écriture et de l’arithmétique. À l’âge de quatorze ans, il était en apprentissage chez un relieur et libraire qui le familiarisa avec l’univers des livres. Il lut par hasard dans un exemplaire de l’Encyclopædia Britannica destiné à la reliure l’article «Electricity». De là naquit sa passion pour la science. Un des clients de son patron attira sur lui l’attention de Humphry Davy, et celui-ci l’engagea en 1813 pour l’aider au laboratoire de la Royal Institution of Great Britain. En mai 1815, Faraday commença sa vie de laboratoire, consacrée, auprès de Davy, à l’analyse chimique et à l’application encore embryonnaire du pouvoir séparateur de l’électricité. En 1825, il devint directeur de ce laboratoire.

Vers l’électromagnétisme

L’activité de Faraday comme chimiste fut, certes, féconde puisque, entre 1820 et 1825, il découvrit les premiers dérivés chlorés des hydrocarbures et le benzène, mit en évidence la liquéfaction du chlore et réalisa des alliages spéciaux. Mais dans le même temps, le jeune savant explora le domaine de l’électricité et du magnétisme, où il devait effectuer ses travaux les plus importants.

À la fin de 1821, il mit au point l’ingénieux dispositif montrant comment un courant électrique agit sur un pôle magnétique isolé et réciproquement. Cette action, qui se traduit par une rotation continue et fournit le principe d’un moteur nouveau, prouve surtout, aux yeux de Faraday, que le langage des forces attractives et répulsives, essentiellement radiales, est insuffisant puisque le phénomène révèle l’existence de forces transversales.

À la différence de ses contemporains, mais à la suite de Davy, Faraday ne croyait pas à l’existence de fluides impondérables, distincts, d’électricité positive et d’électricité négative, non plus qu’à celle des deux magnétismes. Il optait pour une explication universelle par des forces présentes jusque dans l’intime de la matière. Cela s’accordait avec ses vues de plus en plus affirmées sur la réalité d’atomes ponctuels entourés d’enveloppes de forces attractives et répulsives conformément à la théorie initialement avancée en 1758 par le jésuite Rudjer Josip B face="EU Caron" サskovi が (1711-1787). Ainsi put-il envisager l’électricité, le magnétisme, la lumière, la chaleur et l’affinité chimique comme autant de manifestations différentes du système de forces attractives et répulsives qui était attaché aux atomes ponctuels. Plus précisément, Faraday ne tint pas la transmission d’une force telle que l’électricité pour le flux d’un fluide matériel d’un point à un autre, mais pour une vibration d’une espèce particulière impliquant les atomes ponctuels et leur «coquille» de forces. Quand cette vibration dans un fil conducteur se propage dans le milieu environnant, ne serait-elle pas détectable comme une force magnétique? En 1831, Faraday réalise un dispositif formé d’un anneau de fer qu’entourent deux spires: l’une, connectée à une batterie voltaïque, était destinée à créer une vibration primaire – l’anneau de fer devait en concentrer la composante latérale –; l’autre spire, située à l’opposé, devait convertir les vibrations secondaires en courant électrique; c’est ainsi que, le 29 août 1831, Faraday découvrit l’induction électromagnétique.

Les lois de l’électrolyse

En 1834, Faraday énonça ses deux lois de l’électrolyse qui explicitent la grandeur de la force requise pour séparer des éléments, l’affinité chimique étant conçue comme une force électrique agissant au niveau moléculaire.

Lorsqu’on applique à la force électrique le concept de vibration, on est amené à constater que cette vibration est d’une espèce singulière; elle ne ressemble pas à l’ondulation d’une corde tendue, mais plutôt au rebond d’un ressort tendu; à cela près que le phénomène de détente et de réarmement est entretenu. Cette conception conduisit Faraday à une nouvelle découverte. Jusqu’où peut-on tendre un ressort sans qu’il casse? Cela dépend de la matière du ressort. S’il est d’acier, il peut être étiré très loin; s’il est de papier, il se rompt aisément. Ne pourrait-il en être de même de la capacité des corps à supporter une tension électrique? La réponse consista dans la découverte en 1837 de la capacité inductive spécifique.

Théorie unitaire de l’électricité et notion de champ

En 1838 et 1839, Faraday définit de façon radicalement nouvelle le courant électrique comme la vibration provoquée par les alternances rapides de tension dans les molécules des bons conducteurs. Les isolants sont alors des corps où la tension ne s’annihile pas facilement; les conducteurs, selon cette théorie, sont inaptes à tolérer une forte tension intermoléculaire; quant aux électrolytes, ils se déchargent sous tension et sont décomposés. Ainsi était proposée une théorie unitaire de l’électricité fondée seulement sur l’existence de forces intermoléculaires. Les contemporains de Faraday la rejetèrent.

La raison de ce refus est aisée à comprendre: il n’y avait aucune preuve observable de la tension. Quoi qu’il fît, Faraday ne parvenait pas à détecter les tensions intermoléculaires qui servaient de fondement à sa théorie. Cependant, en 1845, pressé par un jeune Écossais, William Thomson, futur lord Kelvin, Faraday renonça à l’hypothèse des tensions électrostatiques pour celle de tensions électromagnétiques beaucoup plus puissantes. Il réussit. Il observa la rotation du plan de polarisation d’un faisceau de lumière polarisée qui traverse une pièce de verre au borate de plomb soumise à un intense champ magnétique; c’était là une claire indication de la tension que Faraday cherchait depuis si longtemps. Il restait un problème: la tension n’était pas polaire, comme il l’avait admis en électrostatique. La ligne de force magnétique était une courbe fermée qui s’écartait de l’aimant pour y retourner. Faraday montra que toute matière était susceptible de conduire cette ligne de force; il baptisa paramagnétiques les substances qui la conduisent bien, et diamagnétiques celles qui la conduisent médiocrement. Cependant, la ligne de tension constituait le fait fondamental. L’aimant, par exemple, n’était pas un centre de force, mais un objet qui concentrait autour de lui les lignes de force magnétique. Sans milieu environnant, il n’y aurait pas de magnétisme. En conséquence, l’énergie réelle de l’aimant se trouvait dans l’espace avoisinant, non dans le barreau de fer. C’était là l’idée essentielle de la théorie des champs. Elle aussi fut immédiatement rejetée par la plupart des contemporains de Faraday, sauf, exception notable, Maxwell. Ce dernier reprenait cette idée et la faisait prendre en considération par la physique mathématique du temps. Mais Faraday mourut à Londres, le 25 août 1867, au terme de sept années d’une lente et pénible diminution physique, avant que cette idée ne soit prise en considération.

Encyclopédie Universelle. 2012.