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L'œuvre de Pascal et la Physique moderne - article ; n°1 ; vol.16, pg 23-52

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Revue d'histoire des sciences et de leurs applications - Année 1963 - Volume 16 - Numéro 1 - Pages 23-52
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Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.

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Publié le 01 janvier 1963
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Langue Français
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Mme Michelle Sadoun Goupil
L'œuvre de Pascal et la Physique moderne
In: Revue d'histoire des sciences et de leurs applications. 1963, Tome 16 n°1. pp. 23-52.
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Sadoun Goupil Michelle. L'œuvre de Pascal et la Physique moderne. In: Revue d'histoire des sciences et de leurs applications.
1963, Tome 16 n°1. pp. 23-52.
doi : 10.3406/rhs.1963.4439
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/rhs_0048-7996_1963_num_16_1_4439L'Œuvre de Pascal
et la physique moderne
En l'absence de documents nouveaux et inédits sur cette ques
tion, il serait bien présomptueux de prétendre consacrer une étude
réellement originale à l'œuvre de Pascal en physique, après tant
de recherches diverses menées sur ce sujet. Aussi n'est-ce pas le
but que nous nous proposons. Nous tenterons plus modestement
d'évoquer les réflexions que la lecture de l'œuvre de Pascal et de
quelques-uns des ouvrages qu'elle a inspirés suggère à l'esprit
d'un physicien moderne.
Rappelons que les principaux écrits de Pascal consacrés à
la physique sont les Expériences nouvelles touchant le vide...
(4 oct. 1647), la « Réponse à la lettre du P. Noël » (29 oct, 1647),
la « Lettre à M. Le Pailleur au sujet du P. » (févr. 1648),
les documents concernant « la grande expérience de l'équilibre
des liqueurs » (Lettre à F. Périer du 15 nov. 1647, « Relation de
l'expérience faite par M. » le 19 sept. 1648 : documents
publiés en oct. 1648), enfin les Traités de l'équilibre des liqueurs et
de la pesanteur de la masse de /'air..., œuvre posthume de laquelle
on doit rapprocher la Préface pour le traité du vide, témoin d'un
grand projet de Pascal, resté inachevé.
Quelques autres textes méritent également l'attention : les
« Lettres à M. de Ribeyre » (16 juill. et 8 août 1651), réponses de
Pascal à une attaque qui l'avait profondément blessé, le fragment
De Vesprit géométrique et de Varl de persuader, enfin tout l'ensemble
capital des Pensées.
Il serait en effet difficile, et peu souhaitable, de vouloir dissocier
complètement l'œuvre de Pascal comme physicien et mathémat
icien de ses écrits de penseur chrétien. Son mode de penser,
d'exposer, toute sa démarche intellectuelle se retrouvent sous des revue d'histoire des sciences 24
formes voisines dans ces textes d'inspiration apparemment si
profondément différente. Au fond de lui-même, il reste préoccupé
des mêmes problèmes, abordés dans des perspectives différentes :
le néant, l'infini, l'homme et sa place véritable entre ces deux
pôles :
L'œuvre physique de Pascal, écrit J. Chevalier, procède bien de son génie.
Cette œuvre dont on peut dire qu'elle inaugure la méthode de la science expéri
mentale fait corps avec sa pensée la plus profonde, et s'y rattache par des liens
si intimes qu'on ne saurait les séparer l'une de l'autre (1). ;
L'EXPÉRIENCE BAROMÉTRIQUE DE ROUEN
C'est à l'occasion de l'expérience de Torricelli et des contro
verses qu'elle souleva sur la question du vide, que Pascal eut
l'occasion d'établir et d'appliquer sa méthode spécifique de
recherche. Rappelons-en rapidement les circonstances.
Sa famille, étant à Rouen, reçoit en octobre 1646, la visite de
Pierre Petit, intendant des fortifications, qui se rend à Dieppe.
Celui-ci est au courant de l'expérience de Torricelli, plus connue
alors sous le nom d' « expérience d'Italie » et que plusieurs physi
ciens ont essayé de réaliser à Paris, mais sans succès. Petit désire
la refaire lui-même grâce à l'aide des verriers de Rouen qui ont
une excellente réputation. Les échecs de Paris, en effet, étaient
dus aux tubes de verre utilisés, trop courts et trop peu résistants.
L'expérience intéresse vivement Etienne Pascal et son fils qui
décident de réunir tout le matériel nécessaire, mercure pur et
tubes de verre longs et résistants.
L'expérience a lieu au retour de Petit, en présence d'Etienne
et de Biaise Pascal. P. Petit en a laissé un compte rendu précis
et détaillé dans une lettre à Chanut (26 nov. 1646). Nous y appre
nons que l'expérience réussit bien, comme nous la connaissons,
et que, dès les premières observations faites, s'engage la discussion
sur les questions qu'elle soulève.
Sur cela nous nous mîmes à philosopher avant que de passer outre (2).
(1) Pascal, Œuvres complètes, texte établi et annoté par Jacques Chevalier, Paris,
N.R.F., 1954, « Bibliothèque de la Pléiade », p. 361. Nous noterons dorénavant cette
édition par PL.
(2) Pascal, Œuvres de Biaise Pascal publiées selon l'ordre chronologique avec intro
ductions et notes par L. Brunschvicg, P. Boutroux et F. Gazier (t Les Grands Écrivains
de la France »), Paris, Hachette, 1904-1914, 14 vol. (ici, t. I, p. 329). -
Dans la suite, cette édition sera notée : G.E. l'œuvre de pascal et la physique moderne 25
' le problème du vide i
L'expérience de Torricelli pèse en effet tout de suite la question
métaphysique de l'horreur du vide. Pour la majorité des contemp
orains de Pascal, le vide n'existe pas ; c'est un dogme, il a autorité
absolue. Cela, autant pour les Aristotéliciens selon lesquels la nature a
une horreur invincible du vide, que pour les disciples de Descartes
selon lesquels tout espace est par définition plein de matière, un
espace apparemment vide étant en fait plein de matière subtile.
Voici ce que Pascal écrit à ce sujet :
1 Le consentement universel des peuples et la foule des philosophes concourent
à l'établissement de ce principe que la nature souffrirait plutôt sa destruction
propre que le. moindre espace vide.
Mais il ajoute : , . .
Quelques esprits des plus élevés en ont pris un plus modéré (1).
Certains, en effet, s'élèvent contre l'opinion générale et admettent
l'existence réelle du vide. La lettre de Petit nous apprend
qu'É. Pascal « était de longtemps persuadé de cette opinion de
Héron et de plusieurs autres philosophes » et qu'il « fut ravi de la
voir à son sens confirmée par cette expérience » (2).
Aussi la discussion s'établit immédiatement devant la question
suivante : Quelle est la nature de « ce » que le mercure laisse derrière
lui quand il descend dans le tube ?
Question facile à résoudre quand on admet le vide, mais embarr
assante et délicate pour les tenants des théories du plein. Petit
et les Pascal sont persuadés de la simplicité et de l'exactitude de
la première solution : le haut du tube est vide, mais ils se rendent
compte combien il serait difficile de faire partager leur opinion
à la majorité des physiciens de l'époque. D'après le récit de Petit,
Biaise Pascal prend part à la discussion et montre ce trait d'esprit
caractéristique qu'il développera plus tard : prévoir les objections
que pourraient faire les contradicteurs à sa conclusion personnelle*
Ici, il objecte :
Que les simpliciens (ceux qui se fient au sens commun) pourraient dire que cet
espace qui (apparaît) vide (est) de l'air, lequel pour éviter le vide aurait pénétré
le verre et serait entré par les pores (3). r ,
(1) Récit de la grande expérience des liqueurs (« Au Lecteur ») (G.E., t. I, p. 369; PL.,
p. 400).
(2) Lettre de Petit à Chanut, 26 nov. 1646 (G.E., t. I, p. 329).
(3) Ibid. revue d'histoire des sciences / 26
Voilà un problème à approfondir pour Pascal, qui aussitôt
entreprend de s'appliquer à ruiner le principe de l'horreur du vide,
selon sa méthode personnelle, basée sur des réflexions qu'il a
faites à partir d'expériences.
Pour cela il en réalise tout un ensemble (celle d'Italie et d'autres
qu'il invente) et les discute dans une série de conférences publiques
faites à Rouen et dont quelques témoignages nous sont par
venus (1). Ces expériences sont décrites dans le récit des Expériences
nouvelles touchant le vide.
Dans la méthode qu'a suivie Pascal pour montrer l'existence
du vide, le physicien moderne retrouve les grands traits des
méthodes actuelles.
Pascal refuse de se plier au dogme du plein. Son esprit est
dégagé de toute opinion métaphysique a priori concernant la nature
des choses. Pour lui, seules ont autorité, en physique, les expériences.
Il s'en explique clairement dans la Préface pour le traité du vide,
fragment remarquable qui peut être considéré comme l'un des
premiers textes où la philosophie des sciences est présentée sous
une forme très moderne.
Les secrets de la nature, écrit-il, sont cachés ; quoiqu'elle agisse, on ne découvre
pas toujours ses effets ; égale à elle-même, elle n'est pas toujours également connue.
Les expériences qui nous donnent l'intelligence multiplient continuellement;
et comme elles sont les seuls principes de la physique, les conséquences multiplie#t
à proportion (2).
Jusqu'à l'expérience de Torricelli, les observations s'accordaient
bien avec la théorie du plein et l'horreur du vide — ce qui justifie
l'opinion des Anciens ; mais on vient ainsi d'en découvrir une qui
ne concordait pas.
Au lieu de douter de l'expérience au nom d'un dogme qui
prête à la Nature des sentiments, ce qui soulève la méfiance de
tout esprit « géomètre » à son égard, il vaut mieux reconsidérer
le principe de base. Avec une grande objectivité scientifique,
c'est ce que fait Pascal. Il a d'ailleurs très bien jugé la valeur des
hypothèses servant de base à sa théorie. Il expose sa pensée sur
ce sujet dans une partie de la Lettre écrite en réponse au P. Noël,
texte à rapprocher de la Préface pour le traité du vide, en ce qui
(1) Cf. P. Humbert, L'œuvre scientifique de Biaise Pascal, Paris, 1947, pp. 78, 79.
(2) Préface pour le traité du vide (G.E., t. II, p. 129 ; PL., p. 532). l'œuvre de pascal et la physique moderne 27
concerne la réflexion du savant sur les principes de la science qu'il
étudie.
Nous sommes donc redevable à ce Père Jésuite — souvent
ridiculisé, mais qui a surtout le tort de défendre des conceptions
fausses et dépassées — d'avoir, par sa controverse acharnée, fourni
à Pascal l'occasion d'exposer sa méthode sous une forme remar
quable. Selon Pascal, il existe trois sortes d'hypothèses : les vraies,
les fausses et les douteuses. Les fausses sont faciles à reconnaître,
car une seule contradiction avec l'expérience suffît à conclure de
leur fausseté. Les vraies, de même, sont faciles à juger, quand on
peut montrer que le fait de les nier conduit à une absurdité.
Suivant sa méthode,1 clairement établie, et en ne s'appuyant
que sur les expériences, Pascal s'applique à montrer avec beaucoup
de prudence l'existence réelle du vide. Il procède par étapes, avec
« circonspection », expression qu'il emploie lui-même dans la lettre
à F. Périer du 15 novembre 1647.
Il conçoit d'abord, en vue de sa démonstration, une série
d'expériences dans laquelle il varie les conditions expérimentales.
Il a en effet remarqué quels facteurs pouvaient avoir une influence
sur le résultat et l'interprétation : la nature du liquide, l'inclinaison
et la forme du tube.
Il constate — et l'expose dans les Expériences nouvelles lou
chant le vide — que, pour un même liquide, la hauteur verticale
entre ses deux niveaux, dans la cuve et dans le tube, est toujours
la même, quelles que soient la forme et l'inclinaison du tube ; et
que, pour deux liquides différents les hauteurs sont dans le rapport
des masses volumiques — ce dernier résultat avait été prévu par
Torricelli et vérifié par son ami Ricci.
En lisant le récit de ces expériences dans ce que Pascal appel
ait son « Abrégé du traité du vide », on peut déceler que déjà
il avait une vue nette de l'ensemble de l'hydrostatique et que son
exposé sûr ne donne volontairement que des conclusions très
partielles, car le moment de donner les générales
n'est pas encore venu. Il le dit d'ailleurs dans la lettre à Périer
citée plus haut :
Ce n'est pas que je n'eusse ces mêmes pensées lors de la production de mon
abrégé ; et toutefois, faute d'expériences convaincantes, je n'osais pas (et je n'ose
pas encore) me départir de la maxime de l'horreur du vide (1).
(1) Lettre de Pascal à F. Périer du 15 nov. 1647 (PL., p. 393; G.E., t. II, p. 153). revue d'histoire des sciences 28
Rappelons tout de suite que cela n'est pas l'avis de tous ceux
qui ont fait une étude critique des travaux de Pascal. De
nombreuses controverses se sont élevées au sujet de ses œuvres
physiques ; son originalité, sa probité intellectuelle même, ont été
sérieusement attaquées parfois avec quelque raison, semble-t-il.
Pour la clarté de l'exposé nous y reviendrons plus loin, conti
nuant pour l'instant à examiner les écrits de Pascal sans entrer
dans les détails historiques de la controverse.
A la fin de son premier récit, Pascal livre la conclusion de la
première étape de sa démonstration : il n'y a pas de « matière connue
et tombant sous le sens » (1) en haut du tube qui est plein de vide
apparent. Il énonce les propriétés de ce vide apparent. Puis il donne
ces mêmes propriétés comme étant celles du vide absolu dont il
considère l'existence une hypothèse à confirmer, en pré
voyant les objections. Celles-ci ne tardent pas à venir avec les
controverses et les discussions du P. Noël que nous avons déjà
évoquées.
En terminant ce stade de ses études sur le vide, Pascal affirme
la conclusion, déjà exposée par Galilée dont il se montre fidèle
disciple : que la nature a une horreur du vide limitée et non plus
absolue.
Mais, à la différence de ce maître, il ne s'arrête pas là. Il continue
sa démonstration avec patience et prudence. Nous pouvons penser
qu'il ne veut affirmer comme certain que ce qu'il peut prouver
par des faits expérimentaux irréfutables ; et ceux relatés dans
les Nouvelles expériences sur le vide ne permettent pas d'aller
plus loin.
Ayant jugé qu'il a suffisamment montré et démontré « qu'aucune
des matières qui tombent sous nos sens, et dont nous avons connais
sance, ne remplit cet espace vide en apparence », il ajoute :
Mon sentiment sera, jusqu'à ce qu'on m'ait montré l'existence de quelle matière
qui le remplisse, qu'il est véritablement vide, et destitué de toute matière (2).
C'est par l'expression « mon sentiment sera - » que Pascal
nous livre son hypothèse de l'existence réelle du vide qu'il va
maintenant démontrer, toujours avec méthode et circonspection,
en répondant à la deuxième question que pose l'expérience de Tor-
(1) Expériences nouvelles touchant le vide (PL. p. 369 ; G.E., t. II, p. 55).
(2) Ibid. l'œuvre de pascal et la physique moderne 29
ricelli. Celle-ci concerne la cause de l'élévation du mercure dans
le tube.
En effet, si on rejette le fait que la nature ait horreur du vide,
il faut expliquer pourquoi le liquide monte dans le tube et y reste
suspendu, contre l'observation générale qui voit tomber les corps
vers le bas.
Ce qui retient le mercure n'est pas à rechercher dans une attrac
tion qui aurait son origine dans le tube, mais au contraire à l'exté
rieur ; c'est la pression de l'air qui appuie sur le liquide de la cuvette
et non sur celui du tube.
Certes, de nombreux physiciens avaient, avant lui, pensé et
dit que l'air était pesant et comprimait les corps qui s'y trouvent
plongés — opinion par ailleurs bien controversée. C'est le cas d' Isaac
Beeckmann auquel Descartes doit une partie de sa formation
d'esprit. Tout en admettant l'existence de la matière subtile, il
professe la pesanteur de l'air, sa pression, et même l'existence du
vide.
C'est aussi le cas de Jean Rey, médecin et chimiste, qui reconnaît
que l'augmentation de poids constatée quand on chauffe des
métaux dans l'air est due à une addition d'air qui est pesant.
Au cours de sa correspondance avec Mersenne, il affirme cette
pesanteur de l'air à plusieurs reprises.
Dans cette question du vide et de la pesanteur de l'air, Baliani
et Galilée ont eu l'intuition de la vérité. Ainsi Baliani écrit à
Galilée le 26 octobre 1630 :
Je ne suis plus de l'opinion vulgaire selon laquelle il n'y a pas de vide... et pour
tout dire j'ai commencé de croire que le vide était naturellement possible dans le
temps même que j'ai reconnu à l'air un poids sensible (1).
Ce dernier passage montre, pour la première fois, le lien étroit
entre les deux questions : existence du vide et pesanteur de l'air ;
tant il est exact que les effets attribués à l'horreur du vide sont
en fait, dus à la pesanteur, causes qui l'une comme l'autre ne
tombent pas sous le sens commun.
Baliani poursuit :
Voici mon opinion, il n'est pas vrai que le vide répugne à la nature des choses ;
il est seulement vrai qu'il ne peut se produire sans grande violence, et l'on peut
(1) Lettre de Baliani à Galilée (26 oct. 1630), traduction de R. Dugas (La mécanique
au XVII' siècle, Paris, 1954, pp. 206-207). t
30 REVUE D'HISTOIRE DES SCIENXES
déterminer quelle est cette violence requise pour obtenir le vide. D'ailleurs, si
l'air est pesant il n'y a entre l'eau et l'air qu'une différence de plus ou de moins (1).
C'est bien ici, exprimées par un autre, les idées dont Pascal
a fait la base de son travail, ses hypothèses, ses principes. Baliani
écrit encore à Galilée :
J'estime que plus l'air se trouve élevé au-dessus du sol plus il est léger ; tou
tefois, je crois son immensité tellement grande qu'en dépit de la faiblesse de son
propre poids spécifique, si l'on sentait toute la charge de l'air qu'on porte sur
soi, on éprouverait un très grand poids -, il ne serait cependant pas infini ; il aurait
une valeur déterminée, en sorte qu'au moyen d'une force proportionnée à ce poids
on pourrait le surmonter et produire le vide (2).
Ces derniers mots éclairent le passage noté plus haut quant
au lien entre vide et poids de l'air, et montrent que Baliani avait
véritablement l'intuition de la vérité.
Galilée semble se rallier à ces vues dans ses Discorsi de 1638,
mais il ne relève pas le lien entre la pesanteur de l'air et la résistance
à la production du vide.
Enfin, Torricelli lui-même, pour expliquer son expérience, émet
l'idée que la cause de la suspension du mercure dans le tube est la
pesanteur de l'air ; il le dit clairement dans une lettre à Ricci ;
On peut supposer que la force qui empêche le vif argent de tomber en dépit
de sa nature, a sa force à l'intérieur du vase, soit qu'elle provienne du vide, soit
qu'elle ait pour cause quelque matière extrêmement raréfiée. Mais je prétends.
que cette force est extérieure et qu'elle vient du dehors. Sur la face du liquide
contenu dans la cuvette, pèse une colonne d'air haute de 50 milles. Ce n'est donc
point merveille si le vif argent entre dans le tube de verre et s'y élève jusqu'à
faire équilibre ^ la gravité de l'air extérieur qui le pousse. En un vase semblable
mais beaucoup plus long, l'eau montera à peu près à 18 brasses ; elle s'élèvera
plus haut que le vif argent dans le rapport où celui-ci est plus lourd que l'eau
afin de faire équilibre à la même cause qui pousse également l'eau et le vif
argent (3), ,..,■>,. -
Pascal a eu certainement connaissance, sinon de la lettre, du
moins des pensées de Torricelli, car il écrit dans sa première lettre
à Mr de Ribeyre : .
Dès l'année 1647, nous fûmes avertis d'une très belle pensée qu'eut Torricelli
(1) Ibid.
(2)
(3) Lettre de Torricelli à Ricci du II juin 1644 (traduction de P. Duhem, Revue
générale des sciences, 1906, p. 809). l'œuvre de pascal et la physique moderne 31
touchant la cause des effets qu'on a jusqu'à présent attribués à l'horreur du
vide (1).
' Cette hypothèse, Pascal l'a faite sienne en reconnaissant que
l'idée n'était pas de lui et son apport personnel consiste, nous
semble-t-il, à avoir de cette idée géniale, mais qui n'était qu'une
hypothèse, cherché et donné la preuve, la démonstration expéri
mentale, et d'en avoir fait une réalité scientifique qu'il montre
d'ailleurs n'être qu'un cas particulier d'une réalité beaucoup plus
générale.
Donc Pascal est certain de la causalité de la pesanteur de
l'air, mais il sait que ce n'est qu'une hypothèse, qu'il faut prouver
solidement selon la seule méthode que son esprit envisage.
A nouveau, il conçoit et réalise des expériences prévues pour
cela. C'est ce qui fait son originalité et ce que nous pouvons appeler
son « modernisme ». En effet, nous voyons bien Baliani, Galilée,
Torricelli, pressentir et même, pour le dernier, sentir la réalité,,
mais leur esprit ne poursuit pas le travail qui, d'une idée juste hypothétique, fera une explication prouvée expérimentalej'
ment, donc scientifiquement valable.
l'expérience du vide dans le vide
Ce qui est un point d'arrivée pour ces savants, Pascal en fait,
lui, un point de départ. Quelles sont donc les expériences qu'il a
envisagées pour prouver son hypothèse ? •/•
On pense tout.de suite à la plus célébrera plus décisive aussi,
que Pascal lui-même appelait la « grande expérience » : celle du
puy de Dôme, réalisée suivant ses directives par son beau-frère
Florin Périer le 19 septembre 1648; mais il ne faut pas oublier
toutes celles qu'il a décrites et qui convergeât vers le même point,
et tout d'abord celle du « vide dans le vide ».
De nouveau, à propos de cette expérience, des controverses
éclatent quant à la paternité de son idée. Vient-elle de Roberval,
d'Auzout ou de Pascal ? Un témoignage, qui semble de valeur, en
faveur de Pascal est celui du P. Noël qui parle de cette expérience
(1) Lettre à Mr de Ribeyre, 16 juillet 1651 (PL., p. 402; G.E., t. II, p. 494). Lettre
qui contient bien des erreurs historiques, volontaires ou non, Pascal l'ayant écrite pour
se défendre d'une accusation de plagiat » mais le témoignage envisagé ici semble tout à
fait valable.