Copyright
© 2000-2015 LHERBAUDIERE

mise en ligne
28/09/04
dernière mise à jour
02 mars 2015
Préambule


Ce préambule aurait du être écrit dès la création du site, mais il me fallait bien réfléchir à ce texte fondamental, non conventionnel et pourtant essentiel à qui veut simplement comprendre le monde dans lequel il vit. Et, pour mieux vous en faire comprendre l'importance, je l'ai enrichi d'exemples, dès décembre 2007, toujours d'actualité aujourd'hui.

Notre monde est infiniment complexe, et dès les premiers balbutiements de l'humanité, l'homme a cherché à comprendre son environnement, ce qui était louable, puis il a voulu l'expliquer ce qui l'était aussi mais c'était hors de sa portée et ce l'est toujours aujourd'hui. Cependant nombre d'individus continuent de vouloir mettre le monde en équations et croient régulièrement avoir établi des lois fondamentales qui régissent notre univers et ce faisant ils trompent régulièrement leurs disciples. Je voudrais ici présenter une autre vue, moins obséquieuse, plus déroutante peut-être pour certains, mais sans doute plus réaliste. L'objectif est de permettre au lecteur de ce site de relativiser tout ce qu'il va y lire et de garder son esprit critique et son imagination.

C'est un point sur lequel j'insiste fortement car ma longue expérience de l'enseignement et de très nombreuses discussions avec "Monsieur Toulemonde" m'ont toujours permis de constater une constante : la crédulité de chacun. La quasi totalité des lycéens et des jeunes étudiants universitaires, mais aussi les adultes confirmés, les "Monsieur Toulemonde" qui fréquentent ce site le démontrent aussi, ils manquent généralement de sens critique (ce qui ne veut pas dire qu'ils ne critiquent pas, ne nous y trompons pas) et considèrent comme vérité tout ce qu'on leur enseigne et tout particulièrement se laissent embobiner par les infos approximatives ou truquées de la télé. J'aimerais qu'ils aient une autre attitude et qu'ils considèrent (et en tirent les conséquences) qu'il ne s'agit que de l'état actuel de nos connaissances et que bien des affirmations ne sont que des hypothèses (même si leur auteur affirme être certain de ce qu'il dit), hypothèses qui se révéleront peut-être complètement erronées dans quelques années (ou quelques siècles si l'humanité existe encore). Je voudrais aussi qu'ils pensent que, quelque part sur notre planète il se peut qu'un individu ait une autre explication, mais qu'il n'a pas encore réussi à imposer son point de vue différent, lequel point de vue est peut-être faux, mais est peut-être plus correct que celui qui est en vogue actuellement.

Je voudrais illustrer cela par quelques exemples typiques : à l'époque antique, un docte savant affirma que la terre était plate et flottait sur un océan infini. Ce fut admis et quelques siècles plus tard Aristarque émit l'hypothèse que la terre était ronde et tournait sur elle-même, mais son hypothèse lui valut de gros ennuis au prétexte qu'il troublait le repos des dieux. Dix-huit siècles plus tard Copernic reprit cette idée en ajoutant, en outre, qu'elle tournait autour du soleil et eut, lui aussi, de très gros ennuis avec l'Inquisition au prétexte que sa théorie était en opposition avec les textes bibliques. Galilée n'eut guère plus de chance. Et ainsi de suite, chaque avancée de la science a été précédée par une période plus ou moins longue pendant laquelle "LA VERITE officielle" n'était qu'une stupidité et c'est toujours souvent vrai aujourd'hui.
Certaines assertions, même parfois couronnées d'un prix Nobel, ne sont que l'expression de notre ignorance et vont se révéler fausses à plus ou moins long terme, même si parfois elles ont permis des avancées technologiques.
Ainsi par exemple, Seebeck a découvert, en 1821, l'effet thermoélectrique, dont l'application à la réalisation industrielle des thermocouples a été quasi immédiate et, depuis cette date, l'emploi du thermocouple pour la détermination des températures s'est généralisé. Et pourtant l'explication de l'effet Seebeck par Seebeck lui-même et tous ses successeurs pendant 150 ans était absurde.
A la suite des travaux d'une équipe allemande (Roland Nossek/Herbert Mayer à Claustal), d'un chercheur canadien (Mc Donald) et de nos propres travaux à Rouen, nous avons pu fournir une explication sensiblement plus cohérente. La publication théorique de l'équipe rouennaise qui a clos ce problème, dans la revue internationale Thin Solid Films, date de 1972. J'ai cependant encore retrouvé dans un ouvrage très récent, écrit par un physicien renommé (ce qui ne veut pas dire omniscient ni même compétent) que je ne nommerai pas, l'explication archaïque et erronée de l'effet Seebeck considérée comme "la vérité". Manifestement cet auteur n'avait ni compris le phénomène ni lu les ouvrages de référence les plus modernes (le volume Thermoelecticity du traité international de référence Solid State Physics date de 1976 et il reprend l'explication phénoménologique correcte) et continuait à véhiculer des informations fausses. Notons que l'explication fournie dans l'encyclopédie en ligne Wikipédia n'est guère plus convaincante. Cet exemple n'est malheureusement pas isolé et les étudiants qui vont exploiter ce site et qui ne se poseront pas de questions accepteront sans broncher cette erreur (et nombre d'autres qui y fourmillent). En ce qui me concerne, en 1962 j'avais lu dans un ouvrage de physique l'explication donnée par Seebeck et celle toute aussi inexacte de certains successeurs et j'avais été troublé car "ça ne collait pas" avec ce que j'avais compris de la mécanique quantique, j'ai donc été ravi quand mon maitre m'a proposé justement de travailler sur ce problème et de le résoudre.
J'aimerais que les lecteurs de ce site aient toujours à l'esprit cette anecdote et n'oublient jamais que nos certitudes d'aujourd'hui sont parfois totalement erronées, même si technologiquement ça semble marcher.
Quelques événements incompris
Nos anciens n'avaient pas de télévision pour leur brouiller l'esprit avec des nouvelles d'ailleurs, souvent mal présentées, non vérifiées et parfois complètement fausses mais véhiculées instantanément sur les réseaux sociaux sans plus de contrôle de leur fréquente inexactitude. Ils avaient, au contraire de la plupart de nos contemporains, conservé un sens de l'observation qui se confortait avec un bon sens aujourd'hui perdu.
De nos jours on affirme péremptoirement souvent sans vérification et sans réfléchir et le résultat c'est souvent le désarroi et l'incrédulité lorsque les choses ne se passent pas comme on voudrait. Ainsi par exemple, en novembre 2004, tout à coup, sans préavis, sans prévenir la presse ni la télévision, un réseau de téléphonie est tombé en panne. Pendant quelques heures les techniciens de l'opérateur se sont affairés sans comprendre ce qui leur arrivait car selon les calculs sophistiqués des ingénieurs "cela ne devait pas se produire". Et le midi aux informations télévisées que n'a-t-on pas entendu : c'était inadmissible, insensé...bref en quelques minutes j'ai entendu un concert ininterrompu d'aneries, tant de la part des journalistes que de celle des utilisateurs interviewés. Et de doctes experts (notez qu'un expert c'est pratiquement toujours quelqu'un qui s'est autoproclamé expert) se sont penchés sur la panne, on allait voir ce qu'on allait voir...et puis un mois plus tard ces "experts" ne s'étaient manifestement pas relevés! Et n'ont jamais fourni la moindre explication. Et puis quelques jours plus tard, ce fut le tour de la SNCF dont la billetterie rendit l'âme, depuis c'est une ampoule du lustre de ma salle à manger qui a grillé et pourtant elle était récente.
Je n'ai pas informé la télé de l'événement et pourtant il participe de la même réalité que les deux précédents.
Et pour un vrai physicien ces trois événements ne sont pas inadmissibles mais tout simplement prévisibles, c'est à dire qu'ils ont une certaine probabilité de se produire. Mais en aucun cas on ne peut dire à l'avance quand ils vont se produire. En outre pour la panne informatique non seulement il n'est pas possible de dire quand elle va se produire, mais jamais on ne saura ce qui s'est réellement passé. Parce que ce n'est pas possible. Bien sûr, comme d'habitude un porte parole dûment accrédité annoncera qu'on a trouvé la panne et changé le circuit défaillant. Malheureusement ce porte parole est un parfait ignorant et, comme d'habitude, il va confondre cause et conséquence : le circuit défaillant n'est en aucun cas la raison initiale de la panne. Il a défailli parce qu'un certain nombre de conditions se sont trouvées réunies à cet instant précis et ce sont ces conditions précises que l'on ne pourra jamais identifier et les lignes qui vont suivre vont vous le faire comprendre en rectifiant un certain nombre d'idées fausses que vous avez accumulées en écoutant vos professeurs, en lisant des livres de physique (ceux du lycée entre autres souvent très approximatifs) et en écoutant les journalistes qui à longueur de journée vous confortent dans certaines aberrations.

la loi de Tartempion

Le problème fondamental que l'homme a voulu depuis toujours régler est celui justement de découvrir les règles de fonctionnement et d'organisation de notre univers. C'est une erreur fondamentale car c'est bien trop compliqué, seule l'entité que l'on nomme Dieu pourrait effectivement maîtriser tous les processus. Alors l'homme fait comme s'il y arrivait et pour cela il invente des modèles simplificateurs, des modèles qui semblent marcher et même qui marchent la plupart du temps pour peu que l'on ne soit pas trop exigeant ou pas trop attentif. Et pour faire fonctionner ses modèles l'homme les met en équations (simplifiées) et y introduit des termes qu'il appelle des constantes. Et tout le monde tombe dans le panneau et répète bêtement que tel phénomène est régi par la loi de Tartempion qui a démontré la linéarité dudit phénomène et introduit la constante de Tartempion dans l'équation qui régit le phénomène, etc...Et au bout de très peu de temps tout le monde a oublié qu'il ne s'agit pas d'une loi divine mais d'un modèle approximatif et que la pseudo linéarité dudit phénomène ne vaut que parce qu'on ne dispose pas de moyens de mesure suffisamment précis et que la constante n'en est pas une mais est une valeur statistiquement constante, c'est à dire une moyenne qui ici encore semble constante parce qu'on ne dispose pas de moyens de mesure appropriés.

de l'extremum à la moyenne statistique

Toutes les mesures que l'on fait, aussi sophistiquées soient-elles ne sont qu'une approche de la réalité et n'en reflètent jamais la diversité. Quand on mesure la résistance électrique d'un morceau de fil conducteur on croit qu'il s'agit d'une valeur définie parce que l'aiguille de l'ohm-mêtre indique une position qui ne bouge pas pendant les quelques secondes qu'il nous faut pour lire la graduation. En fait l'appareil de par son principe de fonctionnement fait l'intégration des fluctuations instantanées de ladite résistance et on croit qu'il s'agit d'une valeur fixe alors qu'il ne s'agit que d'une moyenne statistique. Si l'on disposait d'un appareil à réponse infiniment plus rapide et enregistreur de surcroit, on constaterait des fluctuations gigantesques (oui vous avez bien lu : gigantesques) de cette résistance. Cela est du à la structure même de l'atome et à son association en très grand nombre dans ce qu'on appelle un fil métallique conducteur (pour de plus amples détails voir le chapitre ad hoc dans ce site). Il y a une infinité de paramètres qui interviennent avec des vitesses de variation qui ne sont pas du tout à notre échelle mais à l'échelle des milliardièmes de seconde et qu'il nous est impossible de mettre en équation et nous ne pouvons donc constater que des valeurs statistiques moyennes sans jamais avoir la moindre idée des extremums que ces valeurs peuvent atteindre. L'ennui c'est que tous les phénomènes physiques sans exception sont régis par ces combinaisons d'infinités de paramètres et tous passent donc à un moment ou un autre par des valeurs extrêmes fort éloignées des moyennes statistiques que l'on prend trop souvent pour des constantes.

Il devrait être interdit de publier des tables de constantes, mais seulement des tables de moyennes statistiques ce qui serait sémantiquement plus correct et n'induirait peut-être pas les utilisateurs en erreur.

Ainsi pour revenir à la panne informatique précitée il y a eu à un instant donné conjonction de plusieurs extremums et c'est cette simultanéité hautement improbable mais cependant possible qui a conduit à l'incident. Il se peut que cette simultanéité ne se reproduise jamais, comme elle peut se reproduire dans les secondes qui suivent en produisant les mêmes effets et comme un milliardième de seconde plus tard cette conjonction d'extremums a disparu personne ne pourra jamais identifier de quels extremums il s'agit. L'ampoule à halogène de mon lustre a grillé. Elle fonctionnait depuis deux mois, la précédente avait duré cinq ans. Je ne ferai pas un procès au constructeur pour tromperie sur la marchandise car je sais que la cause est "aléatoire". Aléatoire est le mot que l'on utilise pour définir les événements qu'on ne maitrise pas. En fait tous les phénomènes physiques sont aléatoires mais statistiquement on peut définir des moyennes et l'on oublie qu'il ne s'agit que de moyennes statistiques.
conclusion

C'est le message essentiel de cette introduction : dans toute la suite de ce traité de physique et de ses applications en instrumentation il faudra se rappeller que toutes les constantes, toutes les équations ne sont que des approximations ou des modèles basés sur des moyennes statistiques et donc qu'il peut arriver qu'à un instant donné ça ne marche pas.

Deuxième partie: de la vanité des lois
Comme il est dit plus haut, alors qu'au paradis l'homme a enfreint les lois divines (c'est ce qu'on dit) il semble que maintenant il veuille des lois partout et la physique ne fait pas exception à la règle. Chaque chercheur (enfin presque) n'a de cesse de mettre son nom sur une loi et bien souvent il y a confusion entre un phénomène fondamental et une conséquence de ce phénomène dans des conditions particulières, on aura ainsi pléthore de lois autour du même processus.

Un sondage effectué en 2007 et répété très récemment m'a permis de constater que la majorité des étudiants ( et des ex-étudiants) n'était pas du tout consciente de ce fait que je vais illustrer sur deux exemples donnant lieu chacun à un chapitre important de ce site. Pierre Laplace au tout début du 19ème siècle établit la loi qui porte son nom en montrant qu'un conducteur traversé par un courant et placé dans un champ magnétique perpendiculaire à la direction du courant était soumis à une force tendant à le déplacer. Notons qu'il a constaté le phénomène mais n'a pu l'expliquer, ce qui sera fait un bon siècle plus tard. La conséquence capitale du constat de Laplace en fut plus tard l'invention du moteur électrique. Hall, en 1879, découvrit que ce même conducteur parcouru par un courant et placé dans un même champ magnétique perpendiculaire à la direction du courant était le siège d'une différence de potentiel transverse. Depuis on parle de l'effet Hall et pratiquement aucun opuscule de physique ne fait remarquer qu'il s'agit du même phénomène de base dont, eu égard à un choix différent de géométrie et/ou de matériaux, on a exacerbé dans les deux cas l'une des conséquences et minimisé la seconde, mais la cause et le phénomène en jeu sont les mêmes.


Il s'agit tout simplement du déplacement des électrons de conduction en présence d'un champ électromagnétique et, dans tout conducteur soumis à un tel champ, à chaque instant on peut identifier en n'importe quel point une ddp transverse et le fait que ce conducteur est soumis à une force tendant à le déplacer parce que c'est le même phénomène. En effet en l'absence de champ magnétique un conducteur soumis au seul champ électromoteur d'une ddp (qu'on va supposer continue et constante) entre ses extrémités va être parcouru par un courant stable en moyenne statistique. Ce qui veut dire qu'une section quelconque du conducteur va être traversée par un nombre moyen constant d'électrons par unité de temps et qu'une surface élémentaire quelconque de cette section va elle aussi être traversée par un nombre statistiquement constant d'électrons.

Que se passe-t-il si un champ magnétique perpendiculaire (et supposé uniforme pour simplifier le raisonnement) intervient? Chaque électron qui est une particule chargée va voir sa trajectoire devenir la combinaison de deux effets perpendiculaires et va donc s'incurver de la même manière pour tous. Il va donc dorénavant toujours y avoir statistiquement autant d'électrons qui traversent une section du conducteur mais leur répartition géographique dans un plan perpendiculaire au conducteur n'est plus uniforme, ils vont s'accumuler du même côté (B dans notre exemple). Donc statistiquement on voit bien qu'il en manquera sur l'autre bord, c'est à dire qu'il y aura un déséquilibre électrostatique ce qu'on pourra effectivement identifier en mesurant la ddp entre les deux points A et B de la section, c'est l'effet Hall.

Mais quand un électron est arrivé à la limite B du conducteur il va continuer à être soumis au champ magnétique, donc il est logique qu'il tende à sortir du matériau, mais à ce moment là c'est l'ensemble du matériau qui est en déséquilibre électrostatique et l'on sait (loi de Coulomb!) que la charge positive du conducteur va générer une force de rappel vers l'électron. Et l'on comprend alors qu'il y a deux systèmes de forces en présence qui se contrarient l'un électrostatique et l'autre d'origine magnétique auquel s'ajoute l'inertie du conducteur. Si la somme de l'inertie du conducteur et de la force électrostatique ne compense pas la force magnétique le conducteur va se déplacer pour, si je puis dire, tenter de rattraper ses électrons et c'est ce qu'a constaté Laplace. Si par contre le conducteur ne peut se déplacer, parce qu'il est fixé, la force magnétique ne pourra entrainer les électrons hors du conducteur et seul ce qu'on appelle l'effet Hall sera identifiable en pratique. Il n'y a bien qu'un phénomène mais des conditions expérimentales différentes.

Notons qu'il existe à chaque époque quelques physiciens conscients de ces difficultés et qui cherchent à unifier dans une théorie unique l'ensemble des phénomènes qu'on a, au fil du temps, séparés sous le couvert de lois personnalisées, mais c'est une tâche insurmontable. La dernière tentative datait de 2007 et a été remaniée en 2012.

En résumé n'oubliez jamais votre sens critique, y compris en lisant ce site.
Hit-Parade