O R G A N O N 2 5 : 1 9 8 9 / 1 9 9 3 AUTEURS ET PROBLÈMES
Paul B rouzeng (France)
N A T A N S O N - D U H E M : UN E X E M P L E D E C O O P É R A T IO N S C IE N T IF IQ U E F R A N C O -P O L O N A IS E *
Ce sont les études et recherches consacrées à l’oeuvre de Pierre Duhem, physicien théoricien de la fin du XIXe siècle et du début du XXe siècle qui m 'ont donné l’occasion de rencontrer W ładysław Natanson, figure m arquante de la science polonaise. En effet, le physicien français ne m anque jam ais de citer Natanson comme l’un de ses principaux inspirateurs. Ainsi indique-t-il dans son oeuvre maîtresse, le Traité d'Energétique ou de Thermodynamique
Générale publié en 1911, que toute la partie consacrée à ce qu'il appelle la Dynamique Générale s ’appuie sur les travaux de Natanson dont il rappelle les
publications essentielles en début d ’ouvragé. Et lorsqu'on 1913. Duhem adresse une notice sur ses titres et travaux, avant son élection à l'A cadém ie des Sciences, il n'om et pas de citer W ładysław Natanson comm e l’un des physi ciens majeurs de la tin du XIXe siècle. Epoque importante dans l’évolution de la physique, marquée par des découvertes de grand intérêt parmi lesquelles celle des rayons X par Roentgen en 1895, de la radioactivité par Becquerel, celle du radium par Pierre et Marie Curie en 1898... Cette période fut égalem ent marquée par dés débats importants dans la communauté scientifique - notam ment à propos de l’objet de la physique - au cours desquels s ’affronteront les énergétistes d ’un côté, les mécanistes de l’autre. Période de crise de la physique, annonciatrice des profondes remises en questions provoquées et illustrées par les publications d ’Einstein sur la relativité restreinte en 1905, cinq ans après que Planck eut émis l’hypothèse du quantum d ’énergie.
Pierre D uhem fut un des défenseurs de l ’Energétism e, c ’est-à-dire d ’une doctrine qui prétendait regrouper l'en sem b le des lois de la physique à l ’in
* C o n fé re n c e d o n n é e au C en tre S c ie n tifiq u e d e l'A c a d é m ie P o lo n aise d e s S c ie n c e s a P a ris le 17 N o v e m b re 199!.
128 P. Brounzeuf*
térieur d ’une théorie fondée sur le seul concept d ’énergie et s ’appuyant sur les deux principes de la Therm odynam ique, en faisant l’économ ie de toute hypothèse sur la constitution de la m atière.
Pierre Duhem
Né en 1861 dans une fam ille fortem ent im prégnée des principes de la tradition royaliste, conservatrice, catholique intransigeante, brillant élève de C ollège Stanislas, Duhem entra à l’Ecole N orm ale Supérieure (Section Sciences) en 1882. Il en sortira prem ier de sa prom otion. Nanti de son agré gation de Sciences Physiques en 1885, il sera nom m é m aître de conférences à Lille où il restera ju sq u ’en 1893 avant de rejoindre Bordeaux, après un court passage d ’un an à Rennes. En 1894, il est professeur de physique, puis de physique théorique à la Faculté des Sciences de Bordeaux où il restera ju sq u 'à sa m ort en 1916.
D uhem avait longtem ps espéré rejoindre Paris où les scientifiques les plus brillants étaient généralem ent rapidem ent nom m és après un court pas sage dans une faculté de province. Pour Duhem, il n ’en fut rien. V ictim e de l’hostilité des chim istes, notam m ent en raison des critiques que le jeune étudiant avait portées dès 1884 sur les travaux de Berthelot - alors tout puissant dans l ’U niversité française - Pierre Duhem n ’obtint jam ais à Paris le poste q u ’il espérait. D ’autres raisons liées à l ’activité antirépublicaine, antydreyfusarde et „cléricale” du professeur de province expliquent un exil à Bordeaux, „sépulture honorable” com m e Duhem la qualifiait lui-m êm e. Peu ou mal com pris dans la com m unauté scientifique française, D uhem trou va hors des frontières une reconnaissance certaine à l’étranger: chez les sa vants allem ands com m e Ostwald, Helm. am éricains G ibbs, B ancroft et Tre- vor ou polonais, en particulier Natanson.
L ’oeuvre de Duhem s ’inscrit dans les perspectuves ouvertes par M ac- quorn Rankine. physicien écossais, auteur dès 1855 d ’un ouvrage intitulé
„Les principes de l ’A nergétiq ae". On peut considérer Rankine com m e le
véritable fondateur de l’école énergétique dont D uhem fut le seul véritable représentant en France. Dans ses prem ières publications. D uhem s ’attache à appliquer les Principes de la Therm odynam ique aux phénom ènes de la chi mie d ’abord, et à divers dom aine de la physique ensuite.
Le titre de sa prem ière publication en 1886 est significatif: „Le p otentiel
therm odynam ique et ses applications à la m écanique chim ique et à la théorie des phénom ènes électriques” . L ’ouvrage préfigure le projet de grande syn
thèse dont D uhem précise les orientations en 1905 dans „La Théorie P h y
sique, son objet, sa structure” et q u ’il réalise concrètem ent en 1911 dans le
Natanson - Duhem 129
partie théorique m athém atique joue le rôle essentiel, le chapitre consacré à la dynam ique générale contient les prem iers résultats d ’une th erm o dy nam i que réorientée, en quelque sorte, vers l ’étude des phénom ènes irréversibles.
La lecture de l’ouvrage conduit aux conclusions suivantes:
1) Dans le dom aine physico-chim ique, les racines du concept d ’irrever- sibilité des phénom enènes doivent être cherchées dans les travaux de la Sa- di-C arnot (1796-1832) et plus particulièrem ent dans dans les R é fle x io n s
sur la puissance m otrice du f e u ' publiées en 1824. Dans cet ouvrage C arnot
form ule notam m ent le second principe de la T herm odynam ique auquel Clau- sius (1822 -1 88 8) associera quelques décennies après (1865) une fonction, l ’entropie.
2) Les facteurs d ’irréversibilité qui exprim ent en quelque sorte l ’im pos- siblité pour un systèm e de suivre spontaném ent des évolutions que les cond i tions initiales autorisent (ou plutôt n ’interdisent pas) correspondent à des dissipations d ’éenergie - provoquées par exem ple par des phénom ènes de frottem ent, de viscosité ou encore par la sim ple existence d ’une rép a rti tion non uniform e des tem pératures.
3) C ’est dans la partie consacrée à la dynamique générale que Duhem réalise les premiers calculs de ces fonctions dissipatives dans le cas d ’irréver- siblités dues à la viscosité et à la répartition non uniforme des tem pératures. Ces calculs repris par de Donder, Onsager et Prigogine sont à l’origine de la Thermodynamique des processus irréversibles dont les succès furent consacrés par l’attribution du Prix Nobel de Chimie en 1977 à Prigogine.
4) Ces prem iers résultats présentés dans le Traité doivent beaucoup à N atanson ou plutôt à la conjonction des travaux de N atanson et D uhem . Les prem ières recherches que nous avons, depuis quelques sem aines, consacrées au savant polonais nous perm ettent dès à présent d 'a ffirm e r le rôle tout à ém inent joué par Natanson dans l’ém ergence de ce nouveau dom aine de recherches sur les phénom ènes irréversibles.
W ładysław N atanson
Né le 18 juin 1864 - trois ans après D uhem - à V arsovie, dans une fam ille de scientifiques - le père Ludw ig était un m édecin connu pour avoir publié quelques articles dans des périodiques scientifiques et m êm e fondé une revue - W ładysław Natanson com m ença très tôt une carrière u n iversi taire particulièrem ent brillante. Le tableau ci-contre indique les m om ents repères im portants d ’une vie tout entière consacrée à la science, à la re cherche et à l’enseignem ent.
D eux rem arques s ’im posent à l ’analyse des élém ents de la biographie de N atanson:
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1. Le savant polonais a joué un rôle im portant dans l’organisation et l’anim ation de la com m unauté des physiciens et des chim istes polonais.
2) Il a dynam isé les échanges et les relations avec les institutions et les savants étrangers.
L 'oeuvre scientifique est considérable. Elle se concrétise par 142 pub lications dans des revues scientifiques polonaises et internationales qui concernent l’ensem ble des disiciplines de la physique et de la chim ie.
Les prem ières datent de 1882 et relatent des travaux sur la dissociation de l’azote. Elles sont cosignées par son frère ainé Edw ard avec lequel il publiera de nom breux articles ju sq u ’en 1886.
Une prem ière étude de l’ensem ble illustre les intérêts portés par N atan- son au cours de sa carrière aux différents dom aines des sciences physiques. De 1882 à 1887, il s ’intéresse plus particulièrem ent aux questions de la chim ie. De 1887 à 1892, période d 'inten se activité du savant, il s ’applique à réinterpréter les résultats et les lois de la T herm odynam ique à partir de la théorie cinétique récem m ent form ulée par M axwell et surtout B oltzm ann. A ce propos il peut être considéré com m e un défenseur et un continuateur de l ’oeuvre de Boltzm ann dont on sait q u ’il fut très contesté à l’époque en A utriche et en A llem agne, notam m ent par O stw ald, Helm et M ach. A partir de 1893, l'in térêt porté à la T herm odynam ique conduit N atanson à préciser la notion de fonction de dissipation m ise en évidence pour la prem ière fois par Lord Rayleigh. C ’est alors q u ’il rencontre l ’oeuvre de Duhem .
Duhem et N atanson
Il est intéressant de noter que les itinéraires suivis par les deux savants présentent, en début de carrière, de nom breuses sim ilitudes, aussi bien en ce qui concerne les disciplines et les thèm es abordés que le projet global d ’organisation autor de la Therm odynam ique, des théories et des lois de la physico-chim ie.
En 1890, Natanson publie dans le bulletin de l’A cadém ie des Sciences polonaise une „Introduction à la physique théorique” , un dom aine auquel Duhem consacrera une large part de sa réflexion dans „la Théorie p h ysiq ue,
son objet, sa structure” quelques années plus tard.
En 1892, N atanson publie dans les archives de sciences physiques et naturelles une étude sur „la loi de correspondance en therm odynam ique et son application aux dissolutions” .
En 1894, toujours dans le bulletin de l’Académie polonaise, il transm et à quatre revues les résultats d ’une étude „sur l ’énergie cinétique du m ouvement
Natanson - Duhem 131 Natanson la volonté de favoriser par des versions en plusieurs langues de ses travaux, l'inform ation à l’intention des cibles les plus diversifiées.
Pratique à m éditer aujourd’hui, à une époque où la tendance à l ’ex p res sion dans une seule langue de com m unication, l’anglais, envahit la com m u- nauteé scientifique peut-être au détrim ent de l’appropriation des co n nais sances par de plus larges publics.
C ’est en 1896, que N atanson publie „Sur les lois des p h én o m ènes irré
versibles” , com m unication essentielle. Il l’adresse en m êm e tem ps au bulletin
de l’A cadém ie polonaise en français, au Philophical M agazine en anglais et au Zeitschrift für Physikalische Chem ie, en allem and. D uhem y pusera n o m bre d ’idées pour ses propres travaux.
M êm e stratégie en 1902, lors de la publications d ’un travail sur „la
fo n ctio n dissipative d ’un flu id e visqueux” en trois versions: polonaise, fran
çaise, allem ande.
Au cours de cette période qui va de 1891 à 1902, la correspondance échangée entre D uhem et N atanson est très significative de la com m unauté des intérêts scientifiques.
Nous avons consulté la correspondance échangée: d ’une part, celle reçue par Duhem de N atanson qui se trouve dans le „fonds D uhem ” aux archives de l’A cadém ie des sciences en France: 21 lettres dans lesquelles s ’exprim ent, au delà de l ’estim e et de l’adm iration du savant polonais pour le physicien de Bordeaux, la com m une volonté „ d ’édifier, cette belle science fondée sur la notion d ’énergie” (lettre du 3 mai 1896 reçue de C racovie, du dom icile de N atanson, 32 rue W olska).
Dans une lettre datée du 7 septem bre 1896, N atanson se félicite de la concordance des résultats obtenus dans l ’étude des phénom ènes de fro tte m ent et de viscosité et affirm e „la fécondité de la voie” tracée par D uhem dont la „portée est im m ense” .
Ju sq u ’en 1902, les lettres de N atanson à D uhem traitent de questions scientifiques: ensuite elles concernent plutôt des préoccupations relatives au fonctionnem ent de l'A cad ém ie polonaise. En 1905, en effet, sur proposition de N atanson, D uhem deviendra m em bre de l ’A cadém ie Polonaise des Sciences et des Lettres - classe des sciences m athém atiques et naturelles... Au dem eurant, les intérêts vont diverger après 1905, D uhem consacrant une part im portante de son activité à l’histoire des théories de la physique, N a tanson à l’optique (la polarisation notam m ent).
Nous avons égalem ent consulté les lettres reçues de D uhem p ar N atan son. On y retrouve naturellem ent l ’expression de l’estim e réciproque. Q u el ques phrases cependant, illustrent quelques divergences d ’appréciation no tam m ent en ce qui concerne les travaux de M axw ell et de B oltzm ann. En effet, si les deux savants se retrouvent, sur la nécessité de pro m o uv oir l’E
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nergétique en tant que théorie, ils ne portent pas le m êm e intérêt à la théorie cinétique développée, d ’abord par M axwell puis par B oltzm ann qui l ’a considérablem ent enrichie. Cette théorie est fondée sur un m odèle m écani que, le gaz étant constitué de particules - m olécules - dont on déterm ine les com portem ents m oyens. De ce m odèle M axw ell déduit la loi d ’équipar- tition des vitesses ou de l’énergie: si un gaz constitué de n particules iden tiques possède une énergie E, la valeur m oyenne de l’énergie pour chaque particule est -IL . Certes, il y a des fluctuations autour de cette valeur, m ais le m odèle perm et de réinterpréter les lois de la physique et m êm e les prin cipes de la Therm odynam ique.
Duhem , énergétiste conséquent, refuse toute référence à ce m odèle m é canique. A ce titre, il s’oppose aux travaux de M axwell et réfuté les théories du savant anglais et celles de Boltzm ann. Au contraire, N atanson qui, a passé une année dans les laboratoire de J. J. Thonson au cours de sa fo r m ation, croit en la fécondité de ces théories. De nom breuses publications du savant polonais sont consacrées à l’interprétation cinétique des lois de la physique et des principes de la Therm odynam ique. Par exem ple sur les q ua tre com m unications adressées à l’A cadém ie des Sciences de Paris en 1888 et 1893, deux sont consacrées à ces interprétations:
1. Celle transmise par Hirn, intitulée „ S u r / ' i n t e r p r é t a t i o n c i n é t i q u e d ’u n e e x p é r i e n c e d e J o u t e , d ' a p r d s la t h é o r i e c i n é t i q u e d e s g a z " (C.R.A.S. 1888).
2. Celle, présentée par Poincaré intitulée „S u r l ’i n t e r p r é t a t i o n c i n é t i q u e d e la f o n c t i o n d e
d i s s i p a t i o n ” dans laquelle Natanson associe la transformation d ’énergie aux chocs
moléculaires (C.R.A.S. 1893).
N atanson et la science polonaise
Nous ne donnerions q u ’une image incom plète de l ’activité de N atanson, si nous n ’insistions pas sur le rôle tout à fait décisif que jo u a le savant dans l’entreprise de structuration de la com m unauté des physico-chim istes de Po logne.
D ’abord par la valorisation dynam ique des travaux des savants polonais. Je donnerai trois exemples:
1. N atanson jouera en 1913, un rôle im portant dans la prom otion des travaux du plus brillant des physiciens polonais de l’époque pour l’attribution partagée du prix Nobel 1913 (Physique) Karol Stanis- law O lszew ski.
M alheureusem ent, cette initiative n ’aboutit pas au succès escom pté. Le physicien K am m erling-O nnes fut seul à recevoir le prix pour ses recherches ur les très basses tem pératures.
2. Il crée la Société Polonaise de Physique à l’im age des sociétés ana logues de différents pays européens (Royal Physical Society en A n
Natanson - Duhem 133
gleterre. la Société Française de Physique...) W . N atanson fut le prem ier président dès 1920.
3. Enfin, il assum e des responsabilités ém inentes dans les institutions polonaises tout au long de sa carrière.
Ensuite par l’action m enée pour dynam iser les échanges avec les com m unautés étrangères. W. Natanson participa aux travaux de l ’U nion In ternationale de physique pure et appliquée dont il assura la vice-présidence à partir de 1925.
L à encore, on peut donner trois exem ples:
1. N atanson fait appel aux savants étrangers les plus brillants pour anim er l’activité de l ’A cadém ie polonaise. C ’est ainsi que D uhem est, sur proposition de W. N atanson, élu m em bre de l’A cadém ie des Sciences de Cracovie en avril 1905. Parmi les m em bres étrangers de cette institution, on notera la présence de Lord K elvin, M ende- leiev et Schiaparelli.
2. N atanson est élu mem bre de diverses sociétés étrangères: La Royal Physical Society de Londres, la Société Française de Physique où il siège à partir de 1914. A la mort du savant polonais en 1937, le professeur Esclangon, président, soulignait le rôle jo u é par N atanson en faveur de la coopération scientifique:
”La Société Française de Physique perd en N atanson un de ses m em bres étrangers les plus ém inents; il parlait et écrivait notre langue à la perfection; il a été certainem ent un des bons artisans de l’in fluence française en Pologne” .
3. La correspondance de Natanson tém oigne de cette volonté d ’ouvrir la science polonaise à l’étranger. Parm i ceux qui ont écrit régulièrem ent au physicien de Cracovie, les plus ém inents furent Albert Einstein, J. J. Thom son Erw in Schrôdinger, M arie C urie, qui, bien que d ’origine polonaise fit, com m e on sait, sa carrière scien ti fique à Paris.
Conclusion:
L ’histoire nous conduit à nous donner des repères. En ce qui concerne l ’histoire des scientifiques, on ne retient souvent que les très grands nom s, ceux qui ont focalisé un tem ps les grandes m utations et form alisé les grandes théories. On aurait tort de se contenter de cette vision. Elle ne nous donnerait q u ’une im age incom plète du m ouvem ent général de la connaissance scien tifique... L a connaissance de la crête de la vague ne nous donne q u ’un reflet im parfait du m ouvem ent de l ’océan. M es recherches m ’ont conduit à m ’in téresser à des scientifiques qui, sans être de ceux qui ont bouleversé les
134 P. Brounzeng
conceptions de la science, ont contribué soit par leur travaux - c ’est le cas de D uhem - soit par le rôle q u i’ils ont joué dans la structuration du m ilieu scientifique et dans la diffusion - c ’est le cas de N atanson en Pologne - à anim er de m anière très rem arquable le m ouvem ent général.
Je rem ercie de Conseil Scientifique de l'A cadém ie polonaise des sciences de m ’avoir donné l’occasion d ’approfondir m es connaissances sur la vie et l ’oeuvre de Natanson - que j ’avais eu l’occasion de rencontrer dans l ’oeuvre de Duhem - et dont j ’ai découvert le rôle essentiel q u 'il a jo u é dans la vie scientifique, en Pologne notam m ent.
M a dernière rem arque nous renvoie à une question qui a été effleurée lors de la dernière séance de notre Centre à propos de la nationalité de N icolas Copernic. L ’un des intervenants avait revendiqué l’appartenance de Copernic à la nation polonaise. Il lui avait été répondu que les grandes noms de la science appartenaient à toute l’hum anité et que le débat sur la natio nalité des C opernic, G alilée, New ton ou Einstein était quelque peu dépassé. Force est de constater cependant que cette universalité se fonde sur un d y nam ism e qui se crée et se structure généralem ent au niveau d ’une nation m ais qui s ’enrichit et se fertilise des échanges et des coopérations avec les com m unautés étrangères.
La Science est universelle, cela ne fait pas de doute, elle devient le patrim oine de l’hum anité m ais elle progresse et se nourrit de la vigueur des com m unautés nationales dont il est tout à fait intéressant d ’étudier le fonc tionnem ent et l’évolution au cours des grandes périodes de développem ent de l’activité scientifique. A ce propos, l’oeuvre de N atanson est exem plaire.
A N N E X E
Pierre Duhem 1861-1916
1882: Entrée à l ’E co le N orm ale Supérieure (S ection S cien ces) 1888: D octeur es scien ces m athém atiques
1894: P rofesseur de physique théorique à la Faculté d es S c ie n c e s d e B ordeaux 1900: M em bre correspondant de l ’A cad ém ie des S c ie n c e s
1913: M em bre d l ’A ca d ém ie des S cien ces
O euvres Principales de Pierre Duhem La potentiel therm odynam ique
La théorie physique, son objet, sa structure
1886 1906
Natan son - Duheni 135
Traite d 'E nergétique ou de T herm odynam ique générale 1911
Le systèm e du m onde 1913-1916
W ładysław N atanson 1864-1937
1882: P u b l i c a t i o n du p r e m i e r m é m o i r e su r la d i s s o c i a t i o n d e l ' a z o t e (en c o lla b o r a tio n a v e c son frère E d w a r d )
1882-1886: Etudes de physique et de m athém atiques à Saint Petersbourg 1886-1887: Natanson tavaille dans le laboratoire C avendish à C am bridge
(dirigé par J. J. Thom son)
1888: T h è s e de d o c t o r a t à l ’U n i v e r s i t é de D o r p a t
1891: P r o f e s s e u r de p h y s i q u e th é o r i q u e à U n i v e r s i t é J a g e l l o n e d e C r a -c o v ie
1893: M em bre correspondant de l ’A cadém ie des Sciences de C racovie 1900: M em bre de l'A cadém ie des Sciences de C racovie (qui deviendra
plus tard l’Académ ie polonaise des Sciences) 1911 : M ariage avec Elżbieta Baranowska
1920: W ładysław Natanson fonde la Société polonaise de physique. Il en est le prem ier président
1922: Recteur de l ’U niversité Jagellone de Cracovie
1925: Vice-président de l’Union Internationale des Sciences pures et appliquées
O euvres Principales de W ładysław N atanson
Sur les lois des phénom ènes irréversibles 1896
Philosophical magazine
Sur les propriétés therm ocinétiques des potentiels
therm odynam iques 1897
Bulletin de / ’A cadém ie Ttes Sciences de C racovie
Le Principe de Fermat 1933
Philosophical magazine
