Bibliophilie et Sciences: Rumford, philanthrope et physicien

Amis Bibliophiles bonjour,

Benjamin Thompson (1753-1814) est né d’un milieu modeste en Nouvelle-Angleterre. Maître d’école dans la banlieue de Boston, partisan de l’Angleterre, il doit fuir en 1775 au début de  la guerre d’indépendance qui oppose  les colons britanniques d’Amérique du Nord à la Grande-Bretagne. Réfugié à Londres, il devient sous-secrétaire d’État aux affaires américaines en 1780. Il se constitue rapidement une importante fortune dans le négoce de fournitures militaires.  Après un bref retour aux États-Unis, il regagna Londres à l’indépendance de l’Amérique. Il publie quelques mémoires de physique dans les Mémoires de la Royal Society, ce qui lui vaut d’en être nommé membre.
Il propose ses services à l’Électeur de Bavière qui le nomme colonel dans l’armée bavaroise. Il s’interesse alors à l’important problème de la mendicité. Il crée des ateliers où les mendiants fabriquent des habits militaires. Pour les nourrir il propose des recettes faciles et peu onéreuses. En 1792, Thompson devient Comte du Saint Empire romain sous le nom de Rumford, ancien nom de la ville américaine où il avait passé sa jeunesse et où vivaient toujours son épouse et sa fille, dont il s’était complètement désintéressé.
À Paris, il rencontre la veuve d’Antoine-Laurent Lavoisier, Marie-Anne Paulze, qu’il épouse en 1805.  Cette union ne dura que six mois à peine.
Rumford  consacre alors son temps  à ses travaux de physique, inventant  par exemple le percolateur et le chauffage central.
  Essais politiques, économiques et philosophiques.Genève, G.J. Manget. An VII, 1799. 1ère édition française.2 volumes in-8 ; 461, (1) pp, 2 pl. – XII, 525, (1) pp, 6 pl.
Ce recueil d’essais est traduit par le marquis de Courtivron. Le premier volume est consacré aux activités philanthropiques de l’auteur en particulier l’établissement de soupes populaires la propagation de la pomme de terre, des pâtes alimentaires et des nourritures économiques, etc.
Dans sa préface le traducteur écrit: » … rien ne m’a causé plus de plaisir et d’admiration, que l’ordre, l’industrie et l’économie qui règnent dans la maison de travail de Munich. Plus de quinze cent pauvres, arrachés à la fainéantise et à la  mendicité, jouissant d’une existence heureuse et agréable, au lieu d’être l’opprobe et le fléau de la société, composent cet établissement, dû au soins du comte de Rumford. » !!!
Le second volume est consacré aux recherches sur la chaleur. Rumford s’oppose à l’existence du calorique. Il prouve que les qualités de surface qui aident les corps à prendre de la chaleur, les aident aussi à perdre celle qu’ils ont, et qu’en général la facilité de donner, comme celle de recevoir, est inverse du pouvoir de réfléchir. Sans cela l’équilibre thermique ne pourrait s’établir entre les corps. Rumford a imaginé, pour ces expériences, un instrument qu’il a nommé thermoscope, et qui est propre à faire apercevoir les moindres différences de chaleur. C’est un tube de verre horizontal , dont les deux extrémités sont redressées et terminées par des boules. Tout l’appareil est plein d’air, et le milieu du tube horizontal contient une bulle de liquide coloré. On ne peut échauffer l’air de l’une des boules, sans que la bulle soit chassée vers l’autre ; et elle est si sensible, que l’approche de la main suffit pour la faire marcher. Leslie obtenait, de son côté, les mêmes résultats en Angleterre avec un instrument à-peu-près semblable, qu’il nomme thermomètre différentiel.
  Mémoires sur la chaleur.Paris, F. Didot. An XII, 1804. 1ère édition française.1 volume in-8 ; LVIII, 166 pp.
Cet ouvrage contient quatre essais: Une notice historique de diverses expériences faites par l’auteur dès 1778 –  Recherches sur la nature de la chaleur, et la manière dont elle est propagée ; mémoire présenté à la Société Royale de Londres au mois de décembre 1803, traduit par Pictet – Mémoire sur la chaleur, lu à la séance publique de l’Institut National le 6 prairial an 12 (25 juin 1804) – Observations sur les petits puits qui se forment en été dans de grandes masses solides de glace… mémoire présenté à la Société Royale de Londres au mois de novembre 1803, traduit par Pictet.
En 1798,  Rumford, surveille le forage de tubes à canon en cuivre à l’arsenal de Munich.  Il est bien connu que cette opération échauffe fortement les pièces.  Ceci est interprété, à l’époque, comme la libération d’un fluide contenu dans la matière, le calorique, lorsque la mèche rogne le métal.  Un jour, Thompson constate que, lorsqu’on utilise une mèche mal affutée, l’échauffement est beaucoup plus important alors que la pénétration de l’outil est insignifiante.  Il est ainsi frappé par le caractère inépuisable de cette source de chaleur qui ne peut donc provenir de la matière elle-même mais du travail mécanique fourni.   Il note :
 » D’où vient la chaleur produite par l’opération mécanique du forage des canons ?  Est-elle fournie par les copeaux qui sont séparés par la tarière de la masse solide du métal ?…  En réfléchissant sur ce sujet, nous ne devons pas oublier de prendre en considération cette circonstance hautement remarquable que la source de chaleur produite, dans ces expériences, par le frottement paraissait manifestement inépuisable.  Il est à peine nécessaire d’ajouter que ce qu’un corps isolé quelconque, ou un système de corps, peut continuer à fournir sans limitation, ne peut pas être une substance matérielle… » »Je ne connais qu’une chose que l’on puisse ainsi produire indéfiniment, sans transformer la matière : c’est du mouvement ».Il faudra attendre encore 50 ans pour que cette interprétation énergétique ne triomphe avec Joule.
Cet exemplaire a fait partie des bibliothèques de Dumas et Sabatier.
  Recherches sur les bois et le charbon.Paris. De l’Imprimerie d’Éverat. 1812. EO.1 brochure in-4 ; (2), 60 pp.
Cette rare brochure contient deux mémoires lus à l’Institut le 30 décembre 1811 ( Notice de quelques nouvelles expériences sur les bois et le charbon) et les 28 septembre et 5 octobre 1812 ( Recherches sur la structure des bois, la gravité spécifique de leurs parties solides, et les quantités de liquides et de fluides élastiques qu’ils contiennent dans différentes circonstances ; sur les quantités de charbon qu’ils peuvent fournir, et les quantités de chaleur qui sont développées dans leur combustion).  
Ce texte a été réédité sans changements en 1813 en 128 pages.
Bernard

À lire ensuite

Bibliophilie et Sciences: Foucault, son pendule, son gyroscope et ses miroirs

Amis Bibliophiles bonsoir,
J’avais 13 ans et mes parents insistèrent pour que nous assistions à une démonstration dans l’un des refroidisseurs d’une centrale nucléaire française en construction: le plus grand Pendule de Foucault du monde jamais installé allait nous prouver de visu que la terre tourne. Je me souviens qu’il faisait tomber des sortes de quilles disposées les unes à côté des autres.
Quelques années plus tard, nouveau rendez-vous avec le Pendule, pour ma première rencontre avec Eco, tiens, un bibliophile.
Quelques années encore et nous sommes en 2010, et un autre bibliophile, Bernard, m’envoie un texte sur Foucault, pour qu’enfin la boucle se boucle. Je, nous, allons enfin tout savoir.
Léon Foucault (1819-1868), est un physicien et astronome français. Véritable autodidacte, il s’emploie, après avoir commencé des études de médecine, à perfectionner les procédés photographiques de Daguerre. Il rédige le feuilleton scientifique du Journal des Débats à partir de 1845. Physicien de l’Observatoire en 1855, il est élu membre du Bureau des Longitudes en 1862 et de l’Académie des Sciences en 1865. En janvier 1851, pour montrer expérimentalement la rotation journalière de la terre autour de l’axe des pôles, Foucault installe dans sa cave de la rue d’Assas un pendule constitué d’un fil métallique de 2 m de long qui supporte une lourde sphère de 5 kg. Il constate que le plan d’oscillation du pendule tourne lentement par rapport aux murs de la cave. Les lois de la mécanique en déduisent que c’est la cave qui tourne autour du pendule. Au mois de février il renouvelle son expérience avec un pendule de 11 m à l’observatoire de Paris. Les oscillations du pendule durent plus longtemps et la déviation est nettement visible.
Louis Napoléon Bonaparte ayant eu connaissance des travaux de Foucault lui demande de réaliser son expérience dans un lieu prestigieux : ce sera le Panthéon. L’expérience a lieu le 31 mars 1851. La sphère pesait 28 kg et le fil avait 67 m de long. Vous pouvez voir ce pendule au Musée des Arts et métiers à Paris ainsi qu’une démonstration.
Cependant Foucault ne comprenait pas pourquoi la rotation du pendule s’effectuait plus lentement que la rotation de la Terre d’un facteur 1/sin λ. Foucault, à qui Poinsot en avait demandé une démonstration plus frappante encore pour les sens, présenta en 1852 à l’Académie des Sciences l’appareil qu’il venait d’inventer et qu’il nommait gyroscope. Il est constitué d’une masse lourde, appelée rotor, en mouvement de rotation rapide (150 à 200 rotations par minute) et pendant assez longtemps (une dizaine de minutes) autour d’un axe restant fixe dans un référentiel galiléen.Foucault se rendit aussi compte que son appareil pouvait servir à indiquer le Nord. En effet, en bloquant certaines pièces, le gyroscope s’aligne sur le méridien. Le compas gyroscopique était né.
J’ai réuni en un volume les Comptes Rendus des séances de l’Académie des Sciences du 3 février 1851 et du 27 septembre 1852 ; il contient les textes fondamentaux de Léon Foucault sur le mouvement de la terre.
Démonstration physique du mouvement de rotation de la terre au moyen du pendule – sur une nouvelle démonstration expérimentale du mouvement de la terre… Sur les phénomènes d’orientation des corps tournants entraînés par un axe fixe à la surface de la terre… [Paris, Mallet-Bachelier. 1851-1852].1 volume in-4 ; (2) pp, pp 121 à 148, pp 409 à 447.
La revue l’Illustration du 5 avril 1851 consacre un important article illustré sur l’expérience du Panthéon. Cet article est extrait de celui que Foucault avait écrit pour le Journal des Débats du 31 mars 1851.
Un autre problème du moment était celui de la vitesse de la lumière. La théorie corpusculaire supposait une accélération de la lumière lors de son passage de l’air dans l’eau. La théorie ondulatoire supposait l’inverse. Avec Hippolyte Fizeau, Foucault entreprit une série d’expériences sur la lumière et la chaleur. Grâce à un dispositif composé d’un miroir rotatif, de deux miroirs concaves et d’une source lumineuse, Foucault montre en 1850 que la lumière se meut plus rapidement dans l’air que dans l’eau, faisant ainsi définitivement pencher la balance du côté de la théorie ondulatoire. La même année, il effectue une mesure particulièrement précise de la vitesse de la lumière, à 1% près de la valeur exacte.Foucault présente ses travaux dans sa thèse soutenue le 25 avril 1853. Cette thèse est ici dans le tome 41 des Annales de Chimie et de Physique, 3ème série.
Sur les vitesses relatives de la lumière dans l’air et dans l’eau.Paris, Masson. 1854.1 volume in-8 ; pp 129 à 163, 1 pl.Il y a quelques années, René a déniché une sirène de Cagniard de La Tour destinée à réaliser l’expérience de Foucault, dans ce but elle a été modifiée par l’adjonction d’un miroir.Comme son nom l’indique la sirène émet un son dont la fréquence varie avec la vitesse de rotation d’un tambour percé de trous. La sirène classique comporte un totalisateur, elle a constitué le premier fréquencemètre.Une petite précision : son nom de Sirène vient de ce qu’elle peut chanter sous l’eau.

Foucault meurt jeune et ses travaux sont éparpillés dans différentes revues scientifiques peu accessibles. Ce n’est qu’en 1878 que Charles-Marie Gariel (1841-1924), ingénieur des Ponts et chaussées et professeur de physique à l’Ecole de médecine de Paris publie un recueil de ses travaux scientifiques. Les planches sont des exemples de finesse et de précision.
Recueil des travaux scientifiques.Paris, Gauthier-Villars. 1878. 2 volumes in-4 ; (4), portrait, XXVIII, 592 pp. – Atlas: (4), 18 pp, 19 pl.
Merci Bernard!
Hugues