COULOMB CHARLES AUGUSTIN (1736-1806)

Le physicien

Après avoir reçu le prix de l'Académie en 1777, Coulomb vit adopter son compas magnétique suspendu à couple de torsion par l'Observatoire de Paris, qui lui demanda de résoudre les problèmes apparemment insolubles de la déclinaison magnétique des instruments. Il entreprit donc d'autres recherches sur la torsion et présenta en 1784 les résultats obtenus. Il décrivit le pendule de torsion dont il ébaucha les applications possibles à l'étude et à la détermination quantitatives des relations de forces dans divers domaines de la physique : électricité, magnétisme, résistance des fluides et propriétés élastiques de la matière. Les bases réelles de la théorie de l'élasticité seront établies par Navier, Poisson et Cauchy dans les premières décennies du xix^e siècle. Coulomb ne s'attaqua jamais aux problèmes généraux de l'élasticité, mais la solution simple et élégante qu'il apporta aux problèmes de torsion dans les cylindres, son invention du pendule de torsion et les applications qu'il en fit guidèrent les nouveaux physiciens. Son équation sur la force résistante du couple de torsion dans les cylindres fins (ou, comme il l'écrivait, du moment de la force de torsion) est M = μθd⁴/l, où M est le couple de rappel, μ une constante (le coefficient de rigidité), θ l'angle de torsion, et d et l respectivement le diamètre et la longueur du cylindre. En même temps, Coulomb établit une théorie fondée sur des mesures expérimentales, qui tenait compte à la fois des régions linéaires et non linéaires de torsion dans différents matériaux ayant été soumis auparavant à des contraintes élastiques différentes.

Coulomb est surtout connu aujourd'hui pour ses travaux sur l'électricité et le magnétisme, qui marquèrent une étape majeure de l'histoire de ces deux sciences. Il s'efforça d'étendre la conception newtonienne des forces centrales attractives et répulsives aux domaines de l'électricité et du magnétisme. Il devenait alors nécessaire de remplacer les anciennes théories de l'électricité atmosphérique et du tourbillon magnétique par l'hypothèse newtonienne de l'action à distance de toutes les particules les unes sur les autres. Dans sa célèbre série de sept mémoires (1785-1791), Coulomb détermina les lois quantitatives d'attraction électrostatiques et magnétiques ; on les connaît dans la terminologie moderne sous les formes :

où F est la force s'exerçant entre deux charges électriques q₁ et q₂ (ou deux pôles magnétiques m₁ et m₂) séparées par une distance r, et où K est une constante. Coulomb vérifia expérimentalement ces lois de façons diverses, mais toujours à l'aide du pendule de torsion. Dans des études plus poussées, il introduisit la notion de « masse électrique », étudia les déperditions de charges électriques et leur distribution à la surface des conducteurs. En magnétisme, il introduisit l'idée de champ démagnétisant et celle du magnétisme dû à la polarisation moléculaire.

Coulomb développa une théorie dite « de deux fluides électriques, l'un positif et l'autre négatif, et de deux fluides magnétiques » pour expliquer nombre de phénomènes électrostatiques et magnétiques. Il est généralement admis qu'il fut le principal responsable de la diffusion de cette théorie dans le monde scientifique. Il appliqua la théorie des deux fluides dans ses travaux, mais déclarait le faire uniquement en vue de présenter, « avec le moins d'éléments possible, les résultats du calcul et de l'expérience, et non d'indiquer les véritables causes ». Il établit clairement l'équivalence mathématique des théories fondées sur un fluide ou sur deux fluides, mais ses contemporains ne le suivirent pas, et la théorie des deux fluides domina l'histoire de l'électricité et du magnétisme pendant plusieurs décennies.[...]