Notre vie quotidienne est certes assujettie à la pesanteur, dont tiennent obligatoirement compte tous nos gestes et nos réflexes, mais c'est l'électromagnétisme qui régit en réalité notre existence : tous les phénomènes qui nous entourent et nous construisent, depuis la lumière du soleil ou les vagues de la mer jusqu'aux processus biologiques eux-mêmes, relèvent fondamentalement de l'électromagnétisme.
L'électromagnétisme, omniprésent, s'est révélé comme une source extrêmement variée et quasi inépuisable d'applications : éclairage artificiel, moteurs, communications, appareillages médicaux, etc. Mais il aura fallu des siècles de recherches théoriques et expérimentales pour que les phénomènes observés trouvent leur utilité, parfois étonnante ou inattendue. Il est remarquable que, du point de vue de la théorie fondamentale, ces phénomènes et effets, dans leur diversité et leur totalité, tiennent dans quatre équations, écrites pour première fois par James Clerk Maxwell en 1873. Il s'agit là d'une avancée exceptionnelle sur la voie de l'unification des forces gouvernant le monde physique.
Certes, depuis Maxwell, deux révolutions majeures en physique théorique ont émergé, amenant la relativité et la mécanique quantique. L'électromagnétisme « classique » – incarné dans les équations de Maxwell – n'a pas seulement survécu à ces bouleversements, il les a en grande partie inspirés. Mieux : il a depuis lors assumé le double rôle de guide et de banc d'essai pour les développements ultérieurs, suggérant la notion clé d'« invariance de jauge ».
1. Réalités et notions électromagnétiques
• Électricité
Certains corps ou objets, dans certaines situations, acquièrent une charge électrique. Elle leur est conférée par apport ou retrait d'électrons. Depuis la découverte de l'électron par J. J. Thomson en 1897, on ne connaît toujours pas la nature physique de la charge, qui accompagne toutes les particules atomiques et subatomiques.
On constate l'existence de deux espèces de charges, que l'on qua […]
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