Orientation vers la physique et la chimie

Durant l’été 1774, le commandant de l’École du Génie de Mézières, M. de Ramsault, propose à Monge de l’accompagner dans un voyage dans les Pyrénées. Ils partent  avec la fille de Ramsault et trois autres personnes de Mézières. Ce voyage de trois mois dans les Pyrénées (de fin juin à fin septembre) permet à Monge de vivre une expérience de collaboration scientifique. À Barèges, Monge fait la connaissance d’un jeune médecin de Paris, M. d’Arcet, gendre du chimiste Rouelle. Ils effectuent ensemble, à l’aide d’un baromètre à mercure portatif, des observations barométriques à diverses altitudes afin d’obtenir la mesure précise de la hauteur des montagnes. On dispose alors de peu de renseignements nets. Monge pense que le pic du Midi est peut-être la plus haute montagne de l’Europe, venant après le pic de Ténériffe aux Canaries.[1] Ces observations parurent en 1776, en annexe à une leçon inaugurale de d’Arcet pour l’installation de la chaire de chimie au Collège de France.[2] À l’occasion de ce voyage Monge produit une correspondance destinée à un ami de Mézières, Monsieur Tisseron.[3]

René Taton dans une étude de l’œuvre mathématique de Monge montre que l’intense travail en mathématique des années 1770 est réalisé en même temps que s’amorce une ouverture de ses recherches vers la physique.

D’après sa correspondance nous voyons que Monge s’est intéressé en 1772 à la question des cordes vibrantes, question dont il reprendra plus tard l’étude de façon beaucoup plus ample ; qu’à la suite de Vandermonde, il s’est occupé quelques temps de questions se rattachant aux déterminants et qu’en 1776, il s’intéresse au célèbre mémoire de Lagrange sur les intégrales singulières.[4] Néanmoins, quand on compare cette période à celle de ses débuts, on ne peut manquer de constater une sérieuse baisse de rendement ; celle-ci s’explique d’ailleurs aisément, car il semble qu’assez tôt le goût très vif de Monge pour les mathématiques ait fait place pendant de longues périodes à une préférence marquée pour les recherches de physique. [5]

L’historien explique cette préférence en notant que le tempérament de Monge le pousse à s’intéresser à des problèmes concrets.[6] Mais ne peut-on pas déterminer non pas un changement des domaines de ses recherches mais une extension de son domaine d’investigation non seulement par le biais d’une généralisation du travail effectué à cette période en calcul différentiel et intégral mais aussi dans le cadre de d’une recherche collective au sein de l’Académie. À cette période, il concentre son activité sur les dossiers les plus urgents de l’agenda scientifique.

Le 24 juin 1783, Monge écrit à son ami du Marchais que, depuis quatre ans, il ne s’occupe plus de mathématiques :

Les circonstances m’ont jeté sur la physique et toutes les autres considérations me sont devenues presque étrangères. [7]

Quelles sont les différentes circonstances, autres que celle de son mariage avec la propriétaire d’une forge, qui ont orienté Monge vers la physique et la chimie ? Monge est chargé d’un enseignement de physique dès 16 ans chez les Oratoriens de Lyon. En 1769, Monge aide l’abbé Nollet dans ses recherches.[8] En avril 1770, après la mort de Nollet, Monge enseigne la physique à Mézières, même si sa nomination n’est officielle que le 1^er janvier 1776.[9] En 1774, il participe à un travail de mesures barométriques dans les Pyrénées. Dans la correspondance de Monge durant le voyage dans les Pyrénées, se manifeste l’importance qu’il donne aux phénomènes naturels.

Il faut aussi prendre en compte qu’à cette époque la chimie et la physique sont très appréciées et sous l’influence de Lavoisier, plusieurs mathématiciens de l’Académie des Sciences de Paris, Vandermonde, Meusnier et Laplace s’intéressent aussi à des travaux de physiques ou de chimie.[10] En février 1777, dans le laboratoire de Lavoisier, Monge participe avec son ami Vandermonde à des expériences sur le refroidissement dans le vide de la machine pneumatique. Marcellin Berthelot dans son ouvrage consacré à la Révolution chimique de Lavoisier associe Monge aux expériences effectuées dans le laboratoire à l’Arsenal. Il s’agit des expériences de Black sur l’acide carbonique et sur la chaleur, de Priestley sur le gaz, de Cavendish sur l’eau et l’acide nitrique.[11]

Berthelot présente les savants spectateurs de ces séances publiques en en dressant une liste : Guyton de Morveau, Cousin, Lagrange, Laplace, Fourcroy, Berthollet[12] et Monge.[13] René Taton suggère que Monge n’est pas simple spectateur, et qu’il faut revoir le rôle de Monge dans l’élaboration de la chimie nouvelle et dans le développement de certaines théories physiques, comme celle du calorique.[14] De même, l’historien des sciences italien, Luigi Pepe présente Monge et les mathématiciens, Lagrange, Laplace et Vandermonde comme acteurs de la fondation de la nouvelle chimie dans le cercle de Lavoisier.[15] Dans une biographie consacrée à Lavoisier, Bernadette Bensaude-Vincent, décrit les dîners donnés chez Madame Lavoisier auxquels sont conviés les proches collègues du chimiste en citant la « Notice sur la vie et les travaux de Lavoisier », rédigée par l’élève de Lavoisier, Fourcroy :

Les savants de toutes les nations y étaient admis. Priestley, Fontana, Blagden, Ingenhousz, Landriani, Jacquin le fils, Watt, Bolton et d’autres physiciens et chimistes illustres d’Angleterre, d’Allemagne et d’Italie s’y trouvaient réunis avec Laplace, Lagrange, Borda, Cousin, Meusnier, Vandermonde, Monge, Guyton, Berthollet. Je n’oublierai jamais les heures fortunées que j’ai passées dans ces doctes entretiens ; tout ce que j’ai entendu et recueilli d’utile pour le progrès des sciences et pour le bonheur des hommes ne sortira jamais de ma mémoire. [16]

L’historienne remarque que parmi les savants français qui se retrouvent à l’Arsenal, on compte relativement peu de chimistes.[17] L’Académie des Sciences permet à Lavoisier et aux autres savants de cultiver des relations entre savants au-delà de leur classe respective. Au sujet de la collaboration entre Lavoisier, Monge et Laplace, l’interaction est si forte, si constante qu’en 1789, Lavoisier écrit dans le Discours préliminaire au Traité élémentaire de chimie, qu’il leur est devenu impossible de distinguer les idées des uns et des autres.[18]

Sur l’eau, Lavoisier mène ses recherches en collaboration étroite avec Meusnier ancien élève de Monge. Sur ce dernier sujet, les recherches sont mises en place dans un cadre expérimental lourd d’un point de vue financier et technique. Les expériences sur l’eau établies par Cavendish, refaites par Monge à Mézières, sont encore répétées par Lavoisier et Meusnier.[19] L’intérêt de Monge pour l’étude de la physique et de la chimie le conduit à demander et à obtenir 4900 livres pour l’installation d’un laboratoire de chimie à l’École de Mézières.[20] Monge se livre à de nombreuses expériences d’optique et d’électricité.[21] En 1783, Monge effectue à Liège, en Lorraine et en Hollande des visites de fabriques de canons et de manufactures[22]. À son retour, il invite son ancien élève et ami du Marchais à venir travailler avec lui dans son laboratoire :

Je vous offre un charmant cabinet de physique, dans lequel je me plais beaucoup et qui donne de la jalousie à ma femme. Nous y sommes assez bien installés pour y faire de bonnes expériences. Il ne nous manquera peut-être que des substances ? Mais j’ai les principales, des acides et des alkalis. [23]

En juin et juillet, Monge accompagné de Clouet[24], attaché à l’École du Génie, réalise « une expérience majeure, celle de la synthèse de l’eau à partir de l’oxygène et de l’hydrogène dans un eudiomètre traversé par une décharge électrique. »[25] Ils travaillent à des expériences relatives à la composition de l’acide nitreux. Monge reconnaît la priorité de Cavendish. On dispose aux archives de l’Académie des Sciences dans le fonds Lavoisier du Mémoire par M. Monge sur des expériences relatives à la composition de L’acide nitreux[26], il comporte en marge une note de Monge :

Ces expériences ont été faites en 1783 et ne signifient presque plus rien depuis la découverte de M. Cavendish. Je ne les destine pas à l’impression, mais M. L’abbé Hauÿ en fera l’usage qu’il voudra.[27]

Ici, la dimension collective de l’engagement scientifique de Monge est très sensible. L’année suivante, il réussit la liquéfaction du gaz sulfureux, ce résultat a une grande portée théorique en établissant la continuité entre l’état gazeux et l’état liquide pour d’autres corps que l’eau.[28]

En février 1785, Monge participe à l’expérience spectaculaire préparée par Lavoisier et Meusnier pendant presqu’un an et conçue par le chimiste comme un événement historique qui constitue un objet de gloire  nationale. Monge pose les scellés sur les divers flacons après la double expérience de synthèse et décomposition de l’eau qui dure deux jours. Les jours suivants Lavoisier et Meusnier analysent et pèsent soigneusement les produits, les gaz résiduels et les divers appareils. Des problèmes techniques empêchent cette expérience d’être concluante et démonstrative. Pourtant elle demeure historique.

Berthollet, chargé de certifier le bon déroulement de l’expérience, annonce publiquement le 6 avril 1785 qu’il admet le principe de l’acide et de l’oxygène. Lavoisier et son entourage voient dans ce geste une conversion de Berthollet à leurs idées. Ce mouvement de conversion est suivi à l’Académie et il entraîne une division au sein de l’institution scientifique entre un groupe de savants, composé de Lavoisier, Monge, Laplace, Berthollet et les autres.[29] Monge ne revendique pas une part de gloire dans l’établissement de la preuve. Le 14 mars 1787, Monge remarque dans une lettre au chimiste Van Marum[30] que l’expérience de Lavoisier et de Meusnier a coûté plus de 6000 livres tandis que sa propre expérience sur la composition de l’eau faite dans son laboratoire à Mézières n’a coûté que 2 livres.[31]

Voir Monge expérimentateur ingénieux et acteur de la Révolution de Lavoisier 

Le dictionnaire de Physique

Le 27 janvier 1781, Monge signe avec l’éditeur Panckoucke un contrat[32] qui l’engage à livrer les articles d’un dictionnaire de physique, partie de l’Encyclopédie méthodique[33]. Lorsque Panckoucke sollicite d’Alembert pour guider son choix d’un auteur pour la partie Physique de l’Encyclopédie méthodique, c’est Monge qu’il lui conseille.[34] Dans le prospectus de 1781, Panckoucke publie le synopsis de chacune des matières traités dans l’Encyclopédie méthodique. L’étude qui est faite de la présentation du volume de Physique par Monge montre que tout en restant dans les axes posés par d’Alembert dans l’Encyclopédie et repris à la Cyclopaedia Chambers, Monge exprime la nécessité de réactualiser les connaissances. Il reprend les travaux de d’Alembert en Physique générale sur les propriétés générales des corps telles que l’étendue, l’impénétrabilité, la mobilité, l’inertie, la pesanteur. 

La physique générale est encore dans le même état où elle était à l’époque de la première édition du dictionnaire Encyclopédique : les effets des propriétés générales des corps étant d’ailleurs de nature à être fourni au calcul, et les articles de l’Encyclopédie qui ont rapport à ces propriétés, ayant ou entièrement rédigés ou revus par M. d’Alembert, nous ne pouvions mieux faire que de conserver tous les morceaux dont ce grand géomètre enrichi cet Ouvrage ; nous nous permettrons néanmoins les additions que comporte l’histoire de la science, et nous rapporterons les opinions de quelques philosophes modernes sur les affections générales de la matière.[35]

Si la réactualisation des connaissances exposées dans l’Encyclopédie de 1751 est nécessaire pour la Physique générale, c’est surtout les progrès fulgurants en Physique particulière, c’est-à-dire dans « l’étude des propriétés particulières des corps qui résultent des propriétés et de l’arrangement respectif des éléments qui entrent dans leur composition » qui exigent un réel changement. La physique particulière doit commencer par traiter les premiers éléments, mais reste à les déterminer.

Mais le Feu, L’Eau, l’Air et la Terre doivent-ils être regardés rigoureusement comme tels et les pricnipes des corps peuvent-ils être réduis à un nombre aussi petit ? […] les articles Feu, Flamme, Chaleur, Froid, Fluides élastiques, Thermomètre, etc. seront entièrement refaits. [….] il est nécessaire que dans notre Dictionnaire les articles suivants, Eau, Glace, Congélation, Ébullition, Évaporation, Fumée, Machine à feu, Météore aqueuc, Pluie, Brouillard, Rosée, Neige, Frimas …etc. soient traités d’une manière absolument nouvelle. […] Quelques unes de ces vues sont nouvelles, et nous obligeront à faire des changements aux articles Air, Atmosphère, Baromètre, etc. et à refaire à neuf ceux-ci, Éprovette, etc. [36]

La publication a un considérable retard. Le 25 novembre 1788, est signé en annexe au contrat un document qui fixe le prix à payer à Monge par feuillet et le délai de livraison. Monge ne parvient pas à venir à bout de cette commande. Le 19 juin 1789, un dernier document est signé entre les parties. Il stipule la participation du physicien Berthollon[37] à la rédaction du dictionnaire.[38] Le dictionnaire de Physique est publié en 1793 et signé par Monge et Berthollon mais aussi par Cassini. La contribution de Monge reste difficile à déterminer avec précision.[39] Selon Taton, Monge se serait réservé quelques articles, notamment ceux dont on retrouve des brouillons dans les archives : « air », « attraction », « feu », « eau », « machine pneumatique ».[40] Est noté dans le premier tome que la publication du second est prévue dans les  six premiers mois de l’année 1794.[41] Ce retard est justifié d’un point de vue scientifique et pédagogique dans l’Avertissement au lecteur.

Si l’on se fût empressé de publier le Dictionnaire de Physique, on aurait été forcé de saisir la Science dans un état, pour ainsi dire, fugitif, et l’on aurait que faiblement remédié au mal par un supplément qui, à l’inconvénient des perpétuelles contradictions, aurait encore joint celui de détruire l’ordre et l’unité du point de vue. [42]

Les auteurs expliquent qu’au début des années 1780, ils n’ont pas assez de recul pour l’interprétation théorique des résultats de leurs observations et de leurs expériences. Les connaissances de Physique ne peuvent pas encore constituer un corps cohérent et autonome de connaissances organisées afin de manifester les principes et les liens entre l’ensemble des résultats accumulés. Tant que n’ont pas été déterminés les principes qui fondent un domaine en en éclairant les méthodes et les voies d’investigation, on ne peut pas procéder à la construction d’un ouvrage pédagogique et scientifique. La recherche qui est engagée dans l’élaboration d’un dictionnaire de Physique est semblable à celle nécessaire à l’élaboration des traités élémentaires. Est une fois encore exprimée la nécessité d’un développement théorique poussé pour établir un ordre élémentaire des connaissances.

Lorsqu’on a commencé l’Encyclopédie méthodique c’était l’époque à laquelle la Physique faisait les progrès les plus rapides. 

La plupart des fluides élastiques étaient connus à la vérité ; mais on ne savait encore rien sur leur composition, et il y avait trop peu de temps qu’on les observait pour connaître leurs affections générales, et les actions particulières qu’ils exercent les uns sur les autres.

On connaissait les principaux phénomènes de la matière de la chaleur […] ; mais les expériences que l’on avait sur cet objet, étaient en trop petit nombre pour établir avec certitude une théorie, et l’on avait pas eu le temps d’appliquer cette Théorie jusqu’aux plus petits détails de la plupart des phénomènes.[43]

La méthode d’acquisition de connaissances en physique s’effectue selon un double mouvement, le premier des expériences et des observations à l’interprétation théorique, puis réciproquement de l’application et de l’extension de l’interprétation théorique au plus grand nombre de phénomène dans leur plus précise complexité.

On savait que l’air peut tenir plus ou moins d’eau en dissolution, que tantôt il en enlève, et que tantôt il en abandonne aux corps avec lesquels il est en contact ; mais on n’avait pas d’instrument comparable au moyen duquel on pût s’assurer de l’état de l’air à cet égard ; et même il a fallu un certain temps pour reconnaître que cet instrument est sensible à la pression de l’atmosphère.

La mauvaise qualité des instruments constitue aussi un obstacle déterminant pour les progrès de la  Physique en montrant les liens de dépendance étroits entre progrès des sciences et progrès des arts.

Enfin rien ne pouvait encore faire soupçonner que l’eau fût une substance composée ; cette découverte en jetant du jour sur un très grand nombre de phénomènes qui étaient obscurs, et en donnant des idées exactes sur beaucoup d’autres, par rapport auxquels on était dans l’erreur, a fait une révolution dans la Science. [44]

Le discours tenu par les auteurs dans l’Avertissement au lecteur offre des pistes pour comprendre l’orientation de l’activité scientifique de Monge en Physique et en Chimie. Avec son expérience de chercheur en Chimie et d’enseignant de Physique, Monge est la personne adéquate pour la rédaction d’un dictionnaire.[45] De la même façon la responsabilité scientifque et éditoriale de Monge a dû stimuler son attention sur les phénomènes naturels de 1780 à 1794. Monge envisage sa pratique scientifique dans une dimension collective et se concentre sur les domaines scientifiques dans lesquels beaucoup de travail reste encore à accomplir pour leur fondation et pour la diffusion des connaissances acquises. L’avertissement au lecteur ne permet plus de mettre le retard de publication de l’ouvrage sur le seul compte de difficultés à rédiger ou bien sur un grand nombre d’activités qui ne laissent pas de temps à Monge pour remplir les obligations du contrat avec l’éditeur Panckoucke. La physique est un domaine dans lequel la sensation d’accélération du progrès est intense à la deuxième moitié du XVIII^e siècle.  Il est ici manifeste que les domaines de la physique et de la chimie ne sont pas encore distincts. Monge met en lumière la révolution théorique accomplie par la chimie de Lavoisier et ses impacts dans l’ensemble des sciences physiques. L’élève de Monge, Hachette souligne non seulement la collaboration étroite entre chimistes et mathématiciens, mais plus encore l’engagement des mathématiciens en tant que tels dans les chantiers de recherche ouverts en chimie et en physique.

Les résultats d’analyse qui excitent un véritable intérêt, sont ceux d’où l’on déduit l’explication de phénomènes naturels ; la recherche des rayons de courbure d’une surface ou des sections faites dans cette surface, paroitrait encore un objet de pure curiosité, si l’explication de la capillarité donnée par M. Laplace, n’était pas une nouvelle preuve que les vérités mathématiques les plus abstraites sont comme des pierres d’attente qui doivent servir de base au système de nos connaissances physiques.

Les forces qui agissent dans les tubes capillaires étant de la nature de celles qu’on regarde comme la cause des actions chimiques, l’application du calcul à ce genre de forces est, dans l’histoire des sciences, une époque très remarquable ; elle est d’ailleurs un nouveau lien de la physique et de la géométrie.

[..] La même théorie s’applique à l’adhésion des corps à la surface des fluides, ainsi qu’à l’attraction et à la répulsion apparente des petits corps qui nagent à la surface des fluides ; M. Monge avait déjà fait voir que ces attractions et répulsions étaient une conséquence de la capillarité (Voyez les Mémoires de l’Académie de Paris, année 1787) ; si on se rappelle que c’est aux mêmes savants qu’on doit la plus belle expérience de ce siècle, la composition de l’eau, on sera pénétré d’admiration pour les génies qui, à l’exemple de Newton, perfectionnent à la fois les sciences physiques et mathématiques. [46]

Les rapports entre mathématiques et physique ne sont pas seulement à entendre au sein des physicomathématiques au travers de l’usage des méthodes infinitésimales, ils apparaissent même plus serrés dès lors que les domaines sont mieux distingués.

 

Comment citer cette page

Marie Dupond, "Orientation vers la physique et la chimie"
Site "La correspondance inédite du géomètre Gaspard Monge (1746-1818)"
Consulté le 20/12/2024 sur la plateforme EMAN
https://eman-archives.org/monge/orientation-vers-la-physique-et-la-chimie

Page créée par Marie Dupond le 19/10/2018
Page modifiée par Marie Dupond le 18/12/2018