• Vers la révolution scientifique du 20e siècle

    Vers la révolution scientifique du 20e siècle

     

    Dans le dernier quart du 19ème siècle et au début du 20ème, la science a multiplié les découvertes capitales, ruiné des conceptions qui paraissaient solidement fondées, édifié de nouvelles théories. Ainsi s’est préparée la grande révolution scientifique du 20ème siècle, celle qui mène à l’ère atomique.

     

     

    I – Conditions meilleures du travail scientifique

     

    Les progrès des sciences, de plus en plus rapides dans la période contemporaine, s’expliquent par le perfectionnement du travail scientifique dans les pays civilisés : développement de l’enseignement supérieur dans les Universités, dans les Écoles et Instituts techniques de jour en jour plus nombreux et plus fréquentés ; accroissement des laboratoires et du personnel de recherche – savants et techniciens – ; progrès conjugués de la méthode expérimentale et de la méthode mathématique ; amélioration de l’outillage scientifique et emploi de procédés nouveaux – méthode graphique, appareils enregistreurs, cinématographie, etc – permettant d’obtenir des résultats d’une exactitude et d’une précision croissantes, susceptibles d’être formulés en langage mathématique. Enfin la coopération scientifique, nationale et internationale, a remédié à la dispersion et à la spécialisation des recherches par la publication de revues scientifiques, par l’organisation de conférences et de congrès entre savants.

    La production scientifique a été si abondante qu’il faut se borner à mentionner les découvertes qui ont eu les résultats les plus marquants ; ceux-ci ont été obtenus dans le domaine des sciences expérimentales, le plus souvent à l’aide de l’outil mathématique, de plus en plus perfectionné.

     

    II – Progrès de la physique

     

    • Utilisation des découvertes antérieures

    En thermodynamique, et à partir de travaux déjà anciens de Faraday, l’Anglais Andrews avait trouvé les conditions théoriques de la liquéfaction des gaz – compression et refroidissement – (1863) ; le Français Cailletet découvrit le procédé de réfrigération par brusque détente après compression (1878), qui aboutit à la solution du problème et permit la mise au point des premières techniques du froid. Dans le domaine de l’électromagnétisme, et à partir de ceux des travaux de Faraday qui avaient fourni le principe de la production de courant induit, le technicien belge Gramme construisit la première machine dynamo-électrique (1869), invention d’une importance comparable à celle de la machine à vapeur au 18ème siècle, et source de toutes les industries électriques. L’Américain Graham Bell inventa le téléphone (1876).

    • Les découvertes et théories révolutionnaires

    De nouvelles découvertes et théories élargirent le champ de la physique, révolutionnèrent les idées admises sur la structure du monde physique, matière et lumière, la conception générale de l’univers.

    Une première découverte capitale fut celle de l’analyse spectrale (1860), due aux recherches de 2 Allemands, Kirchhoff et Bunsen, sur le spectre solaire et les spectres des éléments chimiques. La spectroscopie fit connaître la composition chimique des astres et découvrir l’unité chimique de l’univers.

    En 1873, l’Anglais Maxwell fonda la théorie électromagnétique de la lumière. S’appuyant sur d’anciennes expériences de Faraday, il établit mathématiquement l’existence des ondes électromagnétiques et calcula leur vitesse de propagation ; comme cette vitesse était celle de la lumière – 300 000 km/s – il affirma non pas seulement l’analogie, mais l’identité des ondes lumineuses et des ondes électromagnétiques. Cette théorie fut confirmée par l’Allemand Hertz, qui montra expérimentalement que le champ électromagnétique se propage dans l’espace par ondes, comme la lumière (1886). L’émission d’ondes électriques – les ondes hertziennes – et l’invention d’un détecteur capable de les capter conduisirent à l’invention de la télégraphie sans fil (1896) puis de la téléphonie sans fil (1906), dues aux travaux du Français Branly, du Russe Popov et de l’Italien Marconi.

    De nouveaux progrès furent réalisés à partir de la théorie électronique du Hollandais Lorentz, concluant à la structure atomique de l’électricité (1892). Les expériences du Français Jean Perrin et de l’Anglais J.-J Thomson établirent l’existence des électrons ou atomes d’électricité (1897). L’atomisme, jusqu’alors conception théorique, entra dans le domaine expérimental et trouva un point d’appui dans une série de nouvelles découvertes révolutionnaires : découverte des rayons X ou rayons ayant la propriété de traverser certains corps opaques, par l’Allemand Röntgen (1895) – découverte de la radioactivité, propriété qu’ont certains corps de se détruire spontanément en émettant des corpuscules électrisés et des radiations X, par le Français Becquerel (1896) – découverte du radium et du caractère atomique de la radioactivité, par Pierre et Marie Curie (1900).

    L’étude des phénomènes radioactifs et de la structure de l’atome permit, au début du 20ème siècle, d’approfondir la connaissance de la matière. L’Anglais Rutherford étudiant la structure interne de l’atome en montra la complexité, et la décrivit comme une sorte de système solaire infiniment petit se composant d’un noyau central autour duquel gravitent, dans le vide, des électrons en nombre variable selon la nature chimique des corps. L’Allemand Planck établit que l’énergie est émise par les électrons, non pas de manière continue à la façon d’un courant, mais d’une manière discontinue et par quantités finies, sous forme d’un bombardement de grains d’énergie, de « quanta » d’énergie : c’est la théorie des quanta (1900). Le Danois Bohr expliqua le mécanisme d’émission de l’énergie : c’est en « sautant » d’une orbite sur une autre que les électrons produisent de l’énergie. En 1905 survinrent les découvertes bouleversantes d’un jeune savant d’origine juive, Albert Einstein. Il construisit la théorie de la relativité restreinte : l’espace et le temps sont des notions non pas distinctes mais indivisibles ; ils constituent un seul « espace-temps » ; il en résulte que la masse d’un corps en mouvement varie avec sa vitesse. De cette théorie qui devait rendre son nom à jamais célèbre, Einstein déduisit l’équivalence des notions de masse et d’énergie, qu’il formula : E = mc2 – la quantité d’énergie contenue dans une masse de matière est égale au produit de cette masse par le carré de la vitesse de la lumière. L’ère atomique était en germe dans cette équation – la matière apparaissait en effet comme une condensation d’énergie ; pourquoi ne pourrait-on parvenir un jour à dégager et rendre utilisable une partie de cette énergie ?

     

    III – Progrès de la chimie

     

    La chimie, comme la physique à qui elle devint de plus en plus étroitement liée dans l’exploration d’un domaine commun, celui de la matière, a réalisé elle aussi des progrès considérables.

    Les travaux du Français Sainte-Claire Deville sur les phénomènes de dissociation (1857), de l’Américain Gibbs sur les équilibres chimiques (1876), ont amené la création d’une chimie physique. Le Français Berthelot mesura la vitesse des réactions chimiques, la quantité de chaleur qu’elles mettent en jeu, et créa ainsi la thermochimie. Berthelot a de plus résolu l’important problème de la synthèse organique : par des expériences de laboratoire, il démontra la possibilité de fabriquer n’importe quelle substance organique ; c’est ainsi qu’il réalisa la synthèse de l’alcool, de l’acétylène, de la benzine… (vers1860). A la suite des travaux du Russe Mendeleïev – qui publia en 1869 sa célèbre classification des éléments par ordre de poids atomiques croissants – d’autres savants introduisirent dans la chimie organique la théorie et la notation atomiques, qui ont permis de découvrir des corps nouveaux et même de prévoir en partie leurs propriétés.

     

    IV – Biologie et médecine expérimentale

     

    Dans les sciences biologiques, les théories de Cuvier sur la fixité des espèces, jusqu’alors prédominantes, ont été battues en brèche par l’Anglais Darwin. Comme Lamarck, il concluait de ses observations au transformisme, c’est-à-dire à l’évolution des espèces, qu’il expliquait par la sélection naturelle des individus les plus forts et les mieux doués ; il soutenait que tous les animaux et toutes les plantes dérivent de quelques types primitifs. Cette théorie orienta les naturalistes vers l’étude des organismes inférieurs, des modes de reproduction, des lois de l’évolution. L’Autrichien Mendel établit expérimentalement les lois de l’hérédité (1866), qui rendaient compte de la possibilité d’apparition d’espèces nouvelles par voie de mutations. L’Américain Morgan expliqua ces lois en fonction de la distribution des gènes, porteurs des caractères héréditaires, à l’intérieur des chromosomes ou noyaux des cellules de reproduction. On a donné le nom de génétique à la science qui s’occupe de ces problèmes.

    Entre toutes les sciences biologiques, la physiologie – ou science des fonctions vitales – a fait des progrès décisifs lorsque le Français Claude Bernard eut démontré par ses découvertes – notamment sur la fonction glycogénique du foie, c’est-à-dire la propriété que possède cet organe de mettre le sucre en réserve – que les phénomènes vitaux pouvaient se ramener en dernière analyse à des phénomènes physico-chimiques, et que la méthode expérimentale leur était applicable (1865). Une branche nouvelle de la chimie, la biochimie, étudia les phénomènes chimiques tels qu’ils se passent dans les êtres vivants. Du même coup la médecine se transforma ; on commença à employer des médicaments de fabrication chimique, dont l’action avait été scientifiquement étudiée : ce sont les débuts de la chimiothérapie.

    Pasteur, venu de la chimie à la biologie, fit un admirable usage de la méthode expérimentale. Il découvrit que les fermentations étaient dues non pas à la « génération spontanée », mais à des êtres vivants infiniment petits, les microbes, qui se multiplient dans un milieu favorable ; pour empêcher ou détruire les fermentations nuisibles, il indiqua le procédé du chauffage ou pasteurisation (1867). Puis il découvrit que les maladies infectieuses étaient dues à la pénétration de certains microbes dans l’organisme ; il montra que l’inoculation d’un vaccin – une culture microbienne à virulence atténuée – pouvait préserver de la maladie (1879). En 1881, Pasteur trouva le vaccin contre le charbon – une maladie qui décimait alors le bétail – ; en 1885, il réussit la vaccination contre la rage. Pasteur fut reconnu dans le monde entier comme un bienfaiteur de l’humanité. Une souscription internationale permit de fonder à Paris, en 1888, l’Institut Pasteur pour la recherche de remèdes contre toutes les maladies infectieuses. Un an avant sa mort, en 1894, le maître put assister à la découverte par un de ses élèves, le docteur Roux, d’un sérum antidiphtérique.

    Les applications des méthodes pastoriennes à la médecine et à la chirurgie, l’antisepsie ou destruction des microbes par des désinfectants, l’asepsie ou préservation des microbes par stérilisation des instruments et pansements, ont réduit les risques d’infection, de complications postopératoires. La société a pu entreprendre une lutte rationnelle contre la maladie, la contagion, les épidémies, fonder ce qu’on appelle l’hygiène sociale. La durée moyenne de la vie humaine a augmenté : en France, de 34 ans au 18ème siècle, elle est passée à 47 ans à la fin du 19ème siècle, à 50 ans vers 1910 – elle devait atteindre 63 ans au milieu du 20ème siècle.


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