Paul Langevin (1872-1946)

06/03/2017
Auteurs : Marc Leconte
Publication REE REE 2017-1
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2017-1:18868
contenu protégé  Document accessible sous conditions - vous devez vous connecter ou vous enregistrer pour accéder à ou acquérir ce document.
Prix : 10,00 € TVA 20,0% comprise (8,33 € hors TVA) - Accès libre pour les ayants-droit
 

Résumé

Paul Langevin (1872-1946)

Métriques

16
8
987.04 Ko
 application/pdf
bitcache://f070c0a38f3fbced6d118272f0fbd93218ce6062

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2017-1/18868</identifier><creators><creator><creatorName>Marc Leconte</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Paul Langevin (1872-1946)</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2017</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Mon 6 Mar 2017</date>
	    <date dateType="Updated">Mon 6 Mar 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Wed 19 Sep 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">f070c0a38f3fbced6d118272f0fbd93218ce6062</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>31923</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

128 REE N°1/2017 ❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱ RETOUR SUR Marc Leconte Membre émérite de la SEE Ami d’Albert Einstein, de Jean Perrin et de Pierre et Marie Curie, Paul Langevin a porté brillamment les couleurs de la physique française dans le monde. Il n’a pas eu les honneurs d’un prix Nobel mais ses conférences et ses travaux sont restés gravés dans les mémoires. Il faut citer notamment sa théorie du magnétisme et son paradoxe des jumeaux dont nous verrons l’origine. Il fut aussi un passeur de sciences exceptionnel, professeur au Collège de France, confé- rencier et enseignant infatigable. Nous allons suivre le fil de sa vie et nous arrêter sur quelques travaux et interventions marquantes. La vie d’un physicien Paul Langevin est né le 23 janvier 1872 au 13 rue Ravigan, près de la butte Montmartre à Paris. Son père Victor s’est engagé à 18 ans dans l’armée et s’est re- trouvé en Algérie de 1854 à 1870 avec les troupes impériales de Napoléon III. Revenu en 1870 pour se marier avec Marie Adèle Pinel, petite nièce d’un psy- chiatre célèbre, Victor et son épouse s’installent sur la butte Montmartre. Il est en 1871 aux premières loges de la révolte de la Commune de Paris et est témoin des répressions qui s’ensuivent. C’est donc au sein d’une famille traumatisée par ces évènements que Paul, deu- xième enfant du couple, voit le jour. La maison rue Ra- vigan deviendra plus tard le célèbre « bateau-lavoir » où tant de peintres et d’artistes se retrouveront au cours du XXe siècle. Il indiquera plus tard : « J’ai grandi au lendemain de la guerre de 1870 entre un père républicain jusqu’au fond de l’âme et une mère dévouée jusqu’au sacrifice, au milieu de cet admirable peuple de Paris, dont je me suis toujours senti si profondément solidaire. Mon père qui avait dû, malgré lui, interrompre ses études à l’âge de dix- huit ans, m’a inspiré le désir de savoir ; lui et ma mère, témoins oculaires du siège et de la sanglante répression de la Commune, m’ont, par leurs récits, mis au cœur l’horreur de la violence et le désir pas- sionné de la justice sociale » – Paul Langevin 19451 . 1 [1] p 20 Paul, après la communale, son certificat d’étude en poche en 1883, entre sur concours à l’école primaire Lavoisier qui permet à des élèves issus de milieux pauvres de faire des études gratuites. En 1888, Paul Langevin est reçu premier au concours d’entrée de l’Ecole municipale de physique et de chimie indus- trielle fondée en 1882 par la ville de Paris. C’est une école d’ingénieur accessible à ceux qui n’ont pas reçu l’enseignement des lycées. Dans cette école, Langevin suit les cours et l’enseignement de labo- ratoire de Pierre Curie dont il deviendra l’ami. Sur les conseils de ce dernier, il renonce à une carrière d’ingénieur en se présentant au concours de l’Ecole normale supérieure en 1893 où il est reçu premier et où il passe l’agrégation avec succès en 1897. Ses mérites lui permettent d’obtenir une bourse pour un stage d’une année au Cavendish Labora- tory à Cambridge en octobre 1897. Ce laboratoire qui est l’un des meilleurs lieux d’expérimentation de la physique en Europe, est dirigé par Joseph-John Thomson (1856-1940) qui a succédé à Lord Rayleigh à l’âge de 28 ans. Au Cavendish, Langevin rencontre un jeune chercheur qui vient d’arriver de Nouvelle- Zélande, Ernest Rutherford. Ces années de la fin du XIXe siècle sont marquées pour la physique par quatre grandes découvertes : les rayons X, l’électron, l’effet Zeeman et la radioactivité. Ces découvertes furent très importantes pour la compréhension de la structure atomique. Langevin travaille sur ces sujets en com- mençant par mettre au point un dispositif expérimental pour détecter les rayons secondaires émis par les sur- faces métalliques frappées par des rayons X. Il en étu- die par la suite les propriétés. Ces résultats, ainsi que la détermination d’un coefficient de recombinaison des ions gazeux, seront présents plus tard dans sa thèse de doctorat dont le titre est « Recherche sur les gaz ionisés » en décembre 1902. Ce stage au cœur d’un la- boratoire réputé pour son excellence expérimentale et ses spéculations théoriques sera crucial pour Langevin qui se lie d’amitié avec des chercheurs qui deviendront célèbres comme Ernest Rutherford ou C.T.R. Wilson2 . Langevin travaille au Cavendish dans la période pen- dant laquelle Joseph John Thomson mesure la vitesse 2 Inventeur de la chambre à brouillard qui permet la détection des particules. Paul Langevin (1872-1946) REE N°1/2017 129 Paul Langevin (1872-1946) des électrons. Tout cela forgera la carrière scientifique de Langevin dans les années du début du XXe siècle. Début de carrière De retour à Paris, préparateur à la Faculté des sciences, il poursuit ses travaux sur l’ionisation des gaz, en par- ticulier sur les lois de la diffusion et de la mobilité des ions, sujet sur lequel il soutint sa thèse de doctorat. Après son doctorat, il obtient un poste de profes- seur suppléant au Collège de France. Ses grandes qualités qui allient de solides connaissances théoriques à une grande compétence dans l’expérimentation le font connaitre très rapidement dans le monde de la physique internationale. En 1904, à l’âge de 32 ans, il repré- sente la physique française avec Henri Poincaré, au congrès international de physique de Saint Louis aux Etats-Unis. Langevin, d’abord suppléant d’Eleuthère Mascart (1837-1908), devient son suc- cesseur, en 1909, comme professeur au Collège de France dans la chaire de phy- sique générale et expérimentale. Il en- seigne également à l’Ecole de physique et chimie de Paris et, plus tard, à l’Ecole normale de jeunes filles de Sèvres. Dès 1904, Langevin manifeste en parallèle à sa carrière de chercheur, un grand intérêt pour la didactique et la péda- gogie des sciences. Son premier grand texte sur ce sujet est présenté au cours d’une conférence intitulée l’esprit de l’enseignement scientifique3 . C’est une attaque violente des manuels et des cours de physique du secondaire. Toute sa vie, il gar- dera ce goût pour la pédagogie des sciences en général et de la phy- sique en particulier, en s’appuyant sur la révolution de l’atomisme du début du siècle. L’année 1911 marque le début des conférences Solvay à Bruxelles qui réuniront au cours du vingtième 3 [3] p25-55 siècle les plus éminents physiciens de leur temps. Langevin y rencontre pour la première fois Einstein avec qui il se lie d’une grande amitié. Il se fera l’infatigable pédagogue de la relativité en France, nous y reviendrons plus loin. Sa vie privée suit également un cours normal, en 1898, Langevin se marie avec Jeanne Desfosses avec laquelle il aura quatre enfants. Certains de ses collègues deviennent des amis comme Jean Perrin, Emile Borel ainsi que Pierre et Marie Curie. Ils forment un groupe soudé et se retrouvent fréquemment chez les uns et les autres. Après la mort tragique de Pierre Curie, les familles Langevin, Curie et Perrin assurent à tour de rôle l’éducation de leurs enfants. Ils partent ensemble en vacances à l’Arcouest petit village de pêcheur situé en face de Paimpol. Cet endroit est déjà chargé d’histoire car il a servi de villégia- ture à nombre d’intellectuels parisiens et a été surnommé Sorbonne-Plage4 . Certains de leurs enfants par la suite se marieront et seront également des scientifiques de premier plan comme Francis Perrin et Irène Curie. Tout le monde mène une vie de bohème, c’est l’esprit du temps de cette avant-guerre que l’on baptisera rétrospectivement, par référence aux évènements drama- tiques qui interviendront en 1914, la Belle Epoque. Cependant les activités de physicien ne sont pas les plus lucratives et entament la sérénité du couple Langevin. En 1911, une aventure de Paul Langevin avec Marie Curie fera scandale. Des lettres person- nelles paraissent dans la presse et Langevin provoque en duel Gustave Tery, un ancien disciple de l’EPCI qui a publié un article sur les scandales de la Sorbonne. Le duel se termine sans blessé mais Langevin quitte sa femme pour un temps et vit avec ses deux fils ainés. 4 [1] p32 Paul Langevin à Cambridge en 1897. Source : Wikipédia. Mariage de Paul Langevin. Source : Revue Regard. Marie Curie dans son laboratoire de l’EPCI. Source : serious-science.org (2016) 130 REE N°1/2017 ❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱ RETOUR SUR La grande guerre Pour Langevin, homme de science et humaniste, la pre- mière guerre mondiale marque la fin d’une époque qui ne reviendra plus ; le monde entre dans une période d’instabilité durable. Depuis près de 20 ans, Langevin évoluait dans une internationale savante dénuée a priori de considérations na- tionalistes et se réunissant périodiquement dans les grandes conférences internationales afin de valoriser et développer une science considérée comme la quintessence du progrès de l’humanité. La chute de ces idéaux est brutale et il est confronté à la réalité des luttes des nations européennes qui prendront une dimension mondiale. L’internationalisme de Langevin est d’autant plus mis à l’épreuve que le monde des sciences ne reste pas à l’écart du conflit car, quelque temps après la déclaration de guerre, les intellectuels et les scientifiques s’impliquent dans l’idéologie de l’union sacrée pour condamner tout ce qui est allemand. Les intellectuels allemands et quelques scientifiques comme Haber, Lenard, Nernst, Ostwald et Planck lancent un mani- feste paru en France dans le journal des débats sous le titre. La protestation des intellectuels allemands, c’est l’appel des 93. Ce texte se voulait un geste de solidarité avec l’armée allemande accusée par la presse internationale de barbarie. Une réponse est publiée en France sous la forme d’un ou- vrage collectif qui tend à montrer la supériorité de la science française par rapport à la science allemande. Il est signé par Deschanel, Barrès, Boutroux, Picard, Richet, Boulle, Duhem et d’autres encore. Langevin comme la plupart des intellec- tuels se dévoue au service de l’élan patriotique. En octobre 1915, après un an passé dans une caserne, Langevin est appelé par Paul Painlevé, nommé ministre de l’ins- truction et des inventions, à participer à la mobilisation scienti- fique. Les évènements forcent alors Langevin à se reconvertir dans la science appliquée. Ses premiers travaux dans ce cadre seront consacrés à l’artillerie et plus précisément à la balistique et cela se traduira par une étude publiée après la guerre. Mais c’est dans un autre domaine que Langevin va montrer ses qua- lités techniques car Paul Painlevé le sollicite pour la détection des sous-marins aux moyens d’ondes acoustiques. Fin 1914, un ingénieur russe Constantin Chilowski en avait avancé l’idée auprès du gouvernement français. Le 7 mai 1915, le Lusitania est coulé par un sous-marin allemand et cet évènement a un grand retentissement et fait craindre une guerre sous-marine. Painlevé oriente Chilowski vers Paul Langevin et Jean Perrin afin de passer de l’idée à la réalisation. Dès mai 1916 un premier brevet est déposé mais pour améliorer le dispositif qui n’est pas encore très efficace, Langevin pense à utiliser la piézoélectricité du quartz que ses amis Pierre et Jacques Curie avaient utilisé une quinzaine d’années auparavant. Des essais sont effectués à Toulon et c’est un succès. L’inven- tion intéresse la Grande Bretagne et les Etats-Unis et pous- sera Langevin à valoriser ses découvertes par des brevets, ce qui entrainera par la suite quelques imbroglios juridiques. Cette affaire transforme le partisan d’une science pure en un fournisseur de systèmes de détection destinés à la marine de guerre. Il sera d’ailleurs récompensé par l’empire britannique pour cette invention sur laquelle nous reviendrons plus loin. L’entre-deux-guerres Dès la fin de la guerre cependant, Langevin met toute son énergie à combattre le nationalisme. Il est vrai que le monde a changé et les équilibres du XIXe siècle sont remis en cause avec la disparition des empires centraux et la naissance de l’URSS en 1917. En 1919, Langevin affronte le gouvernement en signant une pétition contre le blocus de l’URSS. D’autres affaires suivent, comme par exemple la défense des mutins de la mer Noire en 1921, peu de temps après la scission du parti socialiste qui donne naissance au parti communiste. Langevin plaidera pour l’amnistie d’André Marty en évoquant la révolution de 1917, selon lui la première réalisation des espoirs de libération universelle. Toutes ces actions vont contribuer à faire considérer Langevin comme un intellectuel de gauche. Il conforte cette étiquette par diverses actions ; il participe à des associations franco-russes et cherche à déve- lopper les relations scientifiques avec l’URSS. Pendant toute l’entre-deux-guerres Langevin va faire de la politique, sans toutefois adhérer à aucun parti et, même s'il est proche du PCF, il tient à rester libre. La guerre a affecté de manière durable les relations scien- tifiques avec l’Allemagne. Le monde scientifique refuse de renouer des contacts avec la science allemande et vise à l’isoler sur le plan international. C’est une sorte de guerre froide dans les sciences qui subsistera même après les ac- cords de réconciliation de Locarno en 1925. Langevin est évidemment opposé à cet ostracisme qu’il va briser en par- tie avec la spectaculaire invitation d’Albert Einstein à Paris en 1922. Nous avons vu que Langevin et Einstein étaient amis et partageaient beaucoup d’idées, en se considérant l’un et l’autre comme citoyens du monde. En 1922 Einstein est devenu une sommité mondiale depuis que les observa- tions effectuées par Eddington ont apporté une confirmation à sa théorie de la relativité générale, mais en France il est vu comme un savant allemand. Einstein commence par refuser puis sur l’insistance de Walter Rathenau, accepte de venir à Paris. Sa visite, organisée notamment par Langevin, suscite à la fois un énorme intérêt et une hostilité des nationalistes teintés parfois d’antisémitisme car Einstein est un juif alle- mand ayant la nationalité suisse. Malgré tous ces écueils, la REE N°1/2017 131 Paul Langevin (1872-1946) visite est un succès et devient même un évènement mon- dain du Tout-Paris. C’est pour Langevin une réussite dans sa volonté de faire renaître le partage des connaissances scien- tifiques internationales et de construire la paix. L’année suivante Langevin effectue une visite à Berlin où il est bien accueilli par Einstein et des militants pour la paix mais il est frappé par la misère qui règne en Allemagne à la suite de la flambée des prix. A son retour, il écrit un rap- port alarmant dans lequel il critique les conséquences du traité de Versailles. Cette lutte pour la réconciliation et la paix se manifestera aussi par l’engagement de Langevin dans la Commission internationale de coopération intellectuelle pré- sidée par Henri Bergson de la Société des nations (SDN). Du- rant ces années d’entre-deux-guerres, Langevin développe sa sensibilité qui consiste à vouloir associer la science et la culture et d’en faire le fer de lance de l’enseignement. Dans les années 30, il fait de nombreux voyages ainsi que des conférences sur les thèmes du rôle de la science dans les sociétés. Le grand enseignant Le 25 juin 1934, Langevin est élu à l’Académie des sciences, assez tardive- ment au regard de sa déjà longue acti- vité scientifique. Il ne publie plus autant qu’avant-guerre et il est impliqué dans nombres d’associations. Cependant, Il dirige deux laboratoires au Collège de France et à l’EPCI qui arrivent en deu- xième position après le Laboratoire Curie en nombre de publications. Mais Lan- gevin est également enseignant et ses cours au Collège de France sont très novateurs par rapport au contexte français. Après la théorie de la relativité de 1919 à 1922, Langevin en- seigne la structure des atomes de 1924 à 1926, la structure de la lumière et les quanta de 1926 à 1927, les échanges matière-rayonnement de 1927 à 1929, les progrès du magné- tisme de 1929 à 1931, les bases expérimentales et théoriques de la physique des quanta de 1931 à 1932, l’atome les molé- cules, les électrons et les photons de 1933 à 1935, le champ électromagnétique de 1935 à 1936, les tenseurs en physique pure et appliquée de 1936 à 1938 et les bases de la physique quantique de 1938 à 1939. Cette liste de cours montre à quel point Langevin suit de près les avancées de la physique de son temps et qu’il s’efforce de les enseigner, d’autant qu’il est devenu président du Comité scientifique des conférences Sol- vay en 1929 (voir plus loin). En 1933 la Société française des électriciens (ancêtre de la SEE) sollicite Langevin pour célébrer le cinquantième anniversaire de sa création et il en devient président l’année suivante. Les épreuves : la deuxième guerre mondiale La montée des fascismes en Italie et surtout en Allemagne à partir de 1933 font craindre au fil des années 30 le retour de la guerre. Le pacifisme intégral de Langevin va évoluer, surtout à partir de la guerre d’Espagne en 1936 et face à la politique de non intervention de la France et la Grande Bretagne. Langevin appelle à la mobilisation internationale contre le fascisme et condamne les accords de Munich en 1938. Proche du PCF, il s’en désolidarisera sans ambiguïté lors de la signature du pacte germano-soviétique qui sonne en août 1939 le glas de la paix. En mai 1940, Langevin comme ses collègues reçoit l’ordre d’évacuer les laboratoires parisiens et se retrouve replié sur Toulouse. Confronté au choix de partir ou de rester après l’ar- mistice, il se décide à rester en refusant de quitter sa patrie aux mains des enva- hisseurs. Son ami Jean Perrin part aux Etats-Unis mais son élève devenu son collègue Frédéric Joliot-Curie5 est resté comme lui. Il revient à Paris pour faire la rentrée de l’EPCI mais, le 30 octobre 1940, il est arrêté par la gestapo et est emmené à la prison de la Santé. Il ap- prend qu’il est démis de ses fonctions et le 9 décembre il est conduit dans un appartement réquisitionné à Troyes et placé en résidence surveillée avec interdiction de quitter la ville et soumis à contrôle judiciaire à la kommandantur tous les deux jours. Pendant quatre années, forcé à une vie sédentaire, Lange- vin s’occupe en traitant de nombreux dossiers dont il n’avait pas eu le temps de s’occuper auparavant. Il lit la thèse de son fils André et rédige des rapports pour l’Académie des sciences. Il trouve même le moyen de donner quelques cours à l’Ecole normale de l’Aube. A côté de cela, il est soumis au même régime de rationnement que les Français moyens et vit entouré de son épouse et de son ancienne élève devenue sa secrétaire puis sa maitresse. Il prend soin de sa famille mais celle-ci est endeuillée quand son gendre Jacques Solo- mon est arrêté en mars 1942 puis exécuté au mont Valérien. Sa fille, Hélène Langevin, est envoyée à Auschwitz en janvier 1943. Elle reviendra vivante du camp fin 1944. En mai 1944, il réussit à quitter sa résidence à l’instigation de Joliot-Curie qui lui a procuré de faux papiers et il rejoint 5 Frédéric Joliot-Curie a épousé Irène, la fille de Marie Curie. Paul Langevin en 1940. 132 REE N°1/2017 ❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱ RETOUR SUR Irène Joliot-Curie que son mari a mis à l’abri avec ses enfants en Suisse. C’est la fin des épreuves de la guerre et à la Libération, il est célébré comme un héros et retrouve ses fonctions. Dans le grand tumulte idéologique de la Libération, il ne perd pas ses idées humanistes en témoi- gnant par exemple pour son ancien cama- rade de l’ECPI, George Claude, membre de l’action française accusé d’avoir colla- boré avec les Allemands pour la mise au point des V2. Il accepte également pour la première fois des fonctions politiques en devenant membre du conseil municipal du cinquième arrondissement de Paris, membre du conseil général de la Seine et est nommé par le général de Gaulle président de la Commission ministérielle de réforme de l’enseignement. Alors qu’il a été pendant longtemps compagnon de route du PCF, Langevin, en septembre 1944 prend sa carte, pour dit-il, rempla- cer Jacques Solomon son gendre. Il y a, à côté, de l’acte politique, le caractère affectif d’un homme déjà âgé qui a vécu des épreuves et veut rendre hommage à un être cher disparu. Dans la période difficile de l’après-guerre, Langevin va travailler à la réforme de l’enseignement qui, pour des raisons politiques, ne verra jamais le jour. Au cours de l’année 1946, il est malade et meurt épuisé par trop d’activités le 19 décembre 1946. Depuis 1948, il repose au Panthéon à côté de son ami Jean Perrin. La revue « La pen- sée » qu’il a créée en 1939, lui consacre un numéro spécial en 1947 dans lequel Albert Einstein écrit une dédicace d’une page en français dans laquelle il indique notamment : « Il me paraît certain qu’il aurait développé la théorie spéciale de la relativité si cela n’avait pas été fait ailleurs car il en avait clairement reconnu les points essentiels. Je ne peux qu’exprimer ma reconnaissance pour avoir connu cet homme, ce savant pur et illuminé ». L’œuvre scientifique En 1950, le CNRS a fait paraître un livre dont le titre est « Œuvre scientifique de Paul Langevin » dans lequel ont été présentés en 13 chapitres de tailles iné- gales, une partie importante des travaux théoriques mais aussi expérimentaux de Langevin. On se souvient que Langevin, en 1896, fait un séjour au Cavendish Laboratory qui est à l’époque à la pointe des recherches de la physique atomique. Le grand problème de la physique est d’unifier les théories de la matière et de l’électricité, mécanique et électromag- nétisme. Ces recherches d’unification irriguent ses premières contributions de 1900 à 1905. Sa thèse contribue à la physique expérimentale en étudiant une méthode nouvelle de mesure de la re- combinaison des ions et de leur mobi- lité. En 1905, Langevin publie 12 papiers dont cinq sont consacrés à la physique des ions. Un autre traite du résultat négatif de la tentative de Michelson et Morley de mesurer le déplacement de la terre dans l’éther par interférométrie. Ce dernier point est l’un des gros problèmes de la physique de l’époque et, on le sait, celui- ci sera résolu par Einstein dans l’un de ses articles de 1905. Frédéric Joliot-Curie. Source : Michel Pinault (2013). Annonce de la mort de Paul Langevin par la revue communiste Regard. Einstein à Princeton en 1950 – Source : www.biography.com. REE N°1/2017 133 Paul Langevin (1872-1946) Le magnétisme6 C’est dans le domaine du magnétisme que les travaux de Langevin sont appelé à faire date. Il réalise une syn- thèse entre la théorie électronique de Lorentz et les travaux de son professeur et ami Pierre Curie. Ce dernier avait en 1895 distingué trois types de substances : diamagnétiques, faiblement magnétiques et ferromagnétiques ; Pierre Curie avait établi une loi expérimentale (loi de Curie) qui indiquait que l’aimantation spécifique des substances faiblement ma- gnétiques (forme atténuée du ferromagnétisme) variait en raison inverse de la température. En 1905 dans un article titré « Magnétisme et théorie des électrons » Langevin inter- prète les phénomènes diamagnétiques comme étant dus aux « courant particulaires créé par les électrons comme des circuits indéformables mais mobiles de résistance nulle et de grande self induction auxquels toutes les lois ordinaires de l’induction sont applicables ». De manière très nouvelle, Langevin, reprenant une idée d’Ampère, décrit les phéno- mènes diamagnétiques en termes de circulation d’électrons. Il faut rappeler qu’à cette date la structure des atomes est encore très incertaine, Langevin parle d’ailleurs de molécules et non d’atomes dans l’article. L’application d’un champ ma- gnétique oriente les molécules, ce qui produit un moment magnétique résultant dans le sens inverse du champ. Lange- vin utilise la théorie cinétique pour énoncer une explication commune des comportements paramagnétiques et ferroma- gnétiques qui sont dans les deux cas une réorientation des molécules ayant un même moment magnétique, soumises à deux effets antagonistes, l’action du champ extérieur ayant une direction privilégiée et l’agitation thermique qui tend à une répartition uniforme dans toutes les directions. De ces forces contradictoires, il résulte un équilibre statistique et Langevin l’explicite par une formule qui permet de calculer la susceptibilité magnétique en fonction du champ et de la température. Pierre Weiss continuera ce travail dès 1906, en élaborant une théorie du ferromagnétisme. Langevin et Weiss sont reconnus aujourd’hui comme les précurseurs d’une école française du magnétisme qui trouvera sa consécration avec Louis Néel, prix Nobel de physique en 1970. L’acoustique sous-marine Nous avons vu comment Langevin avait été amené par les circonstances de la guerre à s’intéresser au problème de la détection des sous-marins par l’utilisation des ultra-sons. Nous allons détailler les aspects techniques de cette invention. En 1918, à la « Conférence interalliée sur la recherche des sous-marins par la méthode ultra sonore » Langevin décrit 6 Pour cette partie voir [2] p 331-368. ainsi ses recherches : « Chilowski propose d’utiliser les ac- tions magnétiques produites par des oscillations électriques de haute fréquence pour exciter de façon synchrone tous les points d’une surface de grande dimension par rapport à la longueur d’onde ultrasonore dans l’eau et obtenir ainsi l’émis- sion d’un faisceau permettant la recherche et la localisation des sous-marins et des mines sous-marines ». Le principe est donc d’utiliser les ultrasons qui se propagent bien mieux dans l’eau que les ondes électromagnétiques pour détecter des masses métalliques qui vont réfléchir vers l’émetteur le signal incident. Connaissant la vitesse de propagation du son dans l’eau, il est alors possible de déterminer la distance de l’objet détecté. Pour obtenir un émetteur et un récepteur ultrasonore, Langevin utilise un condensateur dont l’une des électrodes est constituée par une feuille mince de mica recouverte d’or. En appliquant une différence de potentiel, ce dispositif, qu’on appelle « condensateur chantant », émet des ultrasons de haute fréquence. Pour la réception, Langevin utilise un micro- phone à charbon. Les premiers essais dans une cuve à l’EPCI sont concluants puis de décembre 1915 à mars 1916 sur les bords de Seine. En avril 1916, l’équipe de l’EPCI se déplace à Toulon, la puissance émise est augmentée et on teste la sen- sibilité du récepteur. D’avril 1916 à février 1917, des expé- riences de réflexion sont réussies. Une fois la faisabilité du principe acquis, Langevin et Chilowski déposent un brevet7 le 24 mai 1916 dans lequel le principe de détection est dé- crit. Les ondes ultrasonores sont utilisées pour leur directi- vité car la dimension de la surface d’émission de la vibration est grande devant la longueur d’onde des vibrations sonores émises. La fréquence des oscillations est comprise entre 5 000 et 200 000. La vitesse des oscillations sonores dans l’eau est de 1 500m/s et le diamètre de la surface d’émission est compris entre 30 et 100 cm. La dualité taille de l’antenne et longueur d’onde d’émission se retrouvera plus tard avec le radar mais avec des ondes électromagnétiques. En février 1917, pour améliorer la sensibilité du récepteur, Langevin utilise la piézoélectricité du quartz. En mars 1917, Langevin construit un récepteur à quartz avec amplificateur à triode. En avril les essais sont effectués à Toulon et c’est un grand succès. Langevin va encore augmenter l’efficacité de son dispositif en utilisant à nouveau l'effet piézoélectrique, cette fois en émission. Au début la puissance est trop faible et il utilise la résonance pour amplifier le signal émis. Il trouve alors la solution à ce problème en substituant à la lame de quartz un triplé formé de deux lames d’acier entourant une lame de quartz. Un courant alternatif de haute fréquence se transforme en onde ultrasoniques. Les premiers appareils ba- 7 Brevet français n° 502913. 134 REE N°1/2017 ❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱ RETOUR SUR sés sur ces principes sont construits fin 1917 et sont essayés par la marine à l’arsenal de Toulon avec un grand succès car il est possible de détecter un sous-marin à 1 300 m8 . Le sonar était né, même si le terme ne fut utilisé que plus tard. Les alliés de la France sont très rapidement intéressés, Lan- gevin va à Londres en mars 1917 pour présenter ses premiers résultats et un officier américain vient à Toulon la même année pour observer le dispositif. C’est ainsi qu’à la conférence de 1918, une semaine de travaux a établi un historique de cette technique dans les différents pays et une commission perma- nente pour le développement des techniques ultrasonores a été constituée. Cette commission est installée à Paris et les alliés reconnaîtront la contribution majeure de Langevin à cette nouvelle technique. Le 17 septembre 1918, Langevin dépose, seul cette fois, un deuxième brevet9 qui décrit les améliorations apportées par les propriétés piézoélectriques du quartz. Celui- ci par la suite va utiliser les ultrasons dans d’autres configura- tions. C’est notamment le cas pour la mesure des variations de pression dans des canalisations qui fera l’objet d’un brevet10 déposé le 6 août 1927 et la mesure de la puissance transmise par un autre brevet11 déposé le 19 décembre 1927 qui utilise la piézoélectricité pour mesurer un couple de torsion. Par les difficultés rencontrées à l’international pour la reconnaissance de ses travaux, Langevin contribuera à une meilleure prise en compte par les scientifiques des lois et pratiques de la pro- priété intellectuelle. Les grands débats L’évolution de l’espace et du temps12 Du 6 au 11 avril 1911,la même année que le premier congrès Solvay, devant un parterre de 500 philosophes ré- unis à Bologne, se tient le quatrième congrès international de philosophie. C’est au cours de cette manifestation que Langevin donne pour la première fois en langue française une présentation de la relativité. Ce congrès de philosophes parmi lesquels on trouve Bergson et Russel, est caractérisé également par une forte présence de physiciens et la rela- tion science-philosophie est un thème majeur au regard du nombre de conférences consacrées à ce thème. Dans cet es- prit, Langevin développe une lecture très philosophique de la relativité intitulée « L’évolution de l’espace et du temps » qui montre qu’il a très vite intégré les concepts majeurs de la rela- 8 P. Biquard, Génération et détection des ultrasons jusqu’aux fréquences les plus élevées les premiers pas dans les recherches sur les ultrasons. Le Journal de Physique Colloques, 1972, vol. 33, no C6, p. C6-1-C6-3. 9 Brevet Français n° 505703. 10 Brevet Français n° 639151. 11 Brevet français n° 659658. 12 Pour cette partie voir [3] p. 109-131. tivité restreinte énoncés dans l’un des cinq articles fameux d’Einstein en 1905. Le mot restreinte n’est pas encore uti- lisé à cette date car la relativité générale sera présentée plus tard en 1916. Langevin développe l’idée que la physique relativiste véhicule une nouvelle philosophie du temps et à ses yeux la réflexion philosophique est un moteur de l’élabo- ration de la physique relativiste. Cela a pour conséquence que l’espace et les temps ont perdu leur caractère absolu et universel tel que le concevait Newton. C’est au cours de cet exposé et pour illustrer son propos que Langevin va présenter ce qu’on appelle depuis « le para- doxe des jumeaux de Langevin ». Un voyageur part à une vi- tesse proche de celle de la lumière et laisse son frère jumeau sur terre. Lorsqu’au bout de deux ans, le voyageur revient il retrouve la terre vieillie de 200 ans. Avec cette expérience de pensée, Langevin cherche à susciter une réflexion sur les conséquences du principe de relativité. Le texte de Langevin qui a été réédité et commenté dans une publication récente13 , laisse apparaitre que Langevin n’a utilisé ni le mot paradoxe et qu’il n’est pas question non plus de jumeaux. Langevin décrit un voyageur et pour lui il n’y a rien de paradoxal dans ce qu’il énonce. Ce sont les commentateurs et les exégètes qui ont forgé l’idée d’un couple de jumeaux, désynchronisés en quelque sorte, par le voyage de l’un d’entre eux. Herman Weil en 1918 introduit des jumeaux dans un exposé sur la relativité et Bergson baptise les jumeaux Pierre et Paul dans les années 20. Néanmoins le voyageur de Langevin suscitera de nombreux commentaires et spéculations notamment chez les philosophes et va attirer l’attention du grand public et par- fois aliéner une partie de celui-ci. En 1911, le malaise chez les philosophes et les scientifiques est déjà présent et l’idée d’un temps relatif est encore mal acceptée. L’aspect général de la théorie de la relativité14 En 1922, au cours de la visite d’Einstein que nous avons déjà évoquée, Langevin a été invité par l’Association générale des étudiants de Paris à faire une présentation de la relativité générale. Langevin la prononce le 30 mars devant Einstein lui-même. Son exposé est très personnel, il suit comme à son habitude une trame historique et expose la relativité à la fin d’un préambule sur la mécanique classique et l’électroma- gnétisme. Langevin conserve l’interprétation de la relativité comme une réduction de l’ensemble de la physique à l’élec- tromagnétisme. La mécanique et avec elle le mécanisme a échoué à dominer toute la physique et c’est l’électroma- gnétisme qui doit permettre de reconstruire la cinématique 13 During, Élie. Langevin ou le paradoxe introuvable. Revue de métaphy- sique et de morale, 2014, no 4, p. 513-527. 14 Pour cette partie voir [3] p. 133-178. REE N°1/2017 135 Paul Langevin (1872-1946) et la dynamique. Il conclut par le souhait qu’une nouvelle géométrie soit constituée qui comprendrait l’électromagné- tisme et la gravitation comme des aspects particuliers. Lan- gevin insiste sur l’importance de l’unification des domaines de la physique et la relativité lui semble une étape impor- tante. Quelques jours plus tard le 6 avril en présence de Langevin, Einstein débattra du temps avec Bergson, Meyer- son et Brunschvicg et il soufflera à Langevin qu’il n’a rien compris à l’exposé de Bergson. Là encore l’accord philoso- phie-science ne se fera pas. Les conférences Solvay15 Les conférences Solvay trouvent leur origine dans la vo- lonté d’un industriel belge, Ernest Solvay, qui a fait fructifier la petite raffinerie de sel héritée de son père, grâce à un procédé économique de fabrication en grande quantité du carbonate de sodium. Son entreprise, Solvay and Cie, consti- tuée en 1863 va, en quelques années, croître avec la pro- duction de sodium. De nouvelles usines sont construites en Europe. Une usine est implantée à Dombasle en France et 15 Pour cette partie voir [1] p 143-147 et [4] p. 60-72. sera la plus importante production de sodium au monde en 1872. Devenu très fortuné, Ernest Solvay consacre une partie de sa fortune à des œuvres philanthropiques et sociales et dans les sciences. Solvay était particulièrement attiré dans les années 1880 par l’étude de la structure de la matière et la théorie de la gravitation. Il consulta quelques savants de l’époque pour discuter des relations entre la gravitation et l’électromagnétisme et il tenta d’élaborer une théorie unifiée de ces phénomènes, en souhaitant créer une sorte de forum de discussion sur les évolutions de la physique. En 1910, Ernest Solvay rencontra à Bruxelles Walther Nernst, disciple de Boltzmann, professeur de chimie à l’uni- versité de Berlin et l’un des grands savants de l’époque, connu pour avoir énoncé le troisième principe de la ther- modynamique. Solvay proposa à Nernst l’organisation d’une conférence internationale sur les grands problèmes de la physique de l’époque et qui réunirait entre autres Planck, Einstein et Lorentz. Le 13 mars 1911 les invitations étaient lancées en Angleterre, Allemagne, Autriche, France, Pays-Bas et Danemark. La plupart des physiciens invités répondirent favorablement et la première conférence Solvay de physique se déroula à Bruxelles du 30 octobre au 3 novembre 1911. Premier congrès Solvay en 1911. 136 REE N°1/2017 ❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱ RETOUR SUR Langevin, Marcel Brillouin, Marie Curie, Jean Perrin et Henri Poincaré représentaient la France. La conférence avait pour thème « La théorie du rayonnement et les quanta » et chaque présentation était suivie par un débat. Langevin fit une pré- sentation intitulée « La théorie cinétique du magnétisme et les magnétons ». Le succès de cette conférence fut tel qu’on envisagea d’en organiser d’autres de manière plus ou moins périodique. C’étaient des conférences très élitistes dont les participants étaient des scientifiques de premier plan. Dès la première de ces conférences, Langevin occupa une place importante et il assistera à toutes les conférences qui se tiendront de son vivant. Avec Maurice de Broglie, Paul Langevin rédigea le rapport de la première conférence. En 1921 il fut élu membre du comité scientifique et en devint le président en 1929, à la mort de Lorentz. L’importance des conférences Solvay sur la physique se révéla décisive dans les débats qui animeront la physique au cours du XXe siècle. Certaines d’entre elles, comme celle de 1927, qui voit s’affronter le déterminisme classique avec la nouvelle mécanique quantique (débat per- sonnifié par Einstein et Bohr), resteront historiques, voire mythiques. Langevin présidera les conférences suivantes, en 1930 sur le magnétisme et en 1933 sur « Structure et propriétés du noyau ». En 1936 le congrès sera ajourné à la suite de la situation politique et des ennuis de santé de Langevin. Un nouveau congrès prévu fin octobre 1939 sera annulé car la guerre, déclarée début septembre, mobilise les physiciens in- vités. Le suivant, sur les nouvelles particules, prévu en 1948, se déroulera après sa mort. Le rôle qu’a tenu Langevin dans l’organisation de ces conférences est conforme à ses qualités de grand savant qui connaît bien les milieux scientifiques internationaux et les enjeux de l’évolution de la physique la plus récente et révolutionnaire. Cette activité le mobilise de manière impor- tante car il délègue assez peu et il s’impose la lecture un mois avant de toutes les communications présentées. Il tra- duit lui-même les rapports en français, allemand et anglais. Les fonctions que remplit Langevin au comité Solvay et d’autres participations à nombre de conférences nationales ou internationales ont pour conséquence que le nombre de travaux purement scientifiques de Langevin ont forte- ment diminué à partir des années 20. Cela traduisait un choix sans doute raisonné de Langevin en faveur de ce type Congrès Solvay en 1930 – Source : Revue Regard 1946. Marc Leconte est ancien secrétaire du club RSSR de la SEE (radars, sonars et systèmes radioélectriques), membre du comité de rédaction de la REE, membre émérite SEE et médaillé Ampère. Il est également le promoteur et le principal animateur du Cercle Histoire des sciences et techniques de la SEE. Au sein de Dassault Electronique, il a passé une quinzaine d’années (1976-1991) à l’étude, au développement et aux essais en vol du radar RDI du Mirage 2000. Ensuite pendant trois ans, il a participé à l’étude d’un démonstrateur laser franco-britannique CLARA. A partir de 1995 il a élargi son activité aux domaines des études concurren- tielles et stratégiques dans les domaines des radars aéroportés et de la guerre électronique. Il a exercé les mêmes activités dans la division aéronautique de Thales après la fusion de Dassault Elec- tronique et de Thomson-CSF. A partir des années 90 et en paral- lèle, il s’est intéressé à l’histoire des sciences et des techniques et a publié plusieurs articles s’y rapportant. L'AUTEUR REE N°1/2017 137 Paul Langevin (1872-1946) d’activités, tournées plus vers la diffusion de la science que vers la recherche. Conclusion Paul Langevin a commencé sa carrière à une époque de grandes mutations de la physique et on peut dire avec certi- tude qu’il a pris le train en marche. Formé comme atomiste, ses premiers travaux ont marqué l’histoire du magnétisme et Il a été l’un des tout premiers en France à comprendre et à enseigner la théorie de la relativité d’un point de vue conceptuel plutôt que formel. Mais il s’est confronté égale- ment à la science appliquée avec la mise au point du premier sonar. Enfin, sur son apport à la nouvelle physique quantique, il suffit de rappeler qu’il comprit seul la thèse de Louis de Broglie sur la mécanique ondulatoire et qu’il envoya celle-ci à Einstein. Ce grand savant était aussi un humaniste qui ne s’est jamais perdu dans de vains combats. Références [1] Bensaude-Vincent, Bernadette. Langevin-Science and vigi- lance. 1987. [2] Langevin, Paul. Oeuvres scientifiques. 1950. [3] Langevin, Paul. Propos d’un physicien engagé : pour mettre la science au service de tous. Vuibert, 2007. [4] Mehra, Jagdish. The Solvay Conferences on physics: Aspects of the development of physics since 1911. Springer Science & Business Media, 2012.