Autodidaxie et simplicité

Fils d’un ouvrier forgeron, Michaël Faraday naquit le 22 septembre 1791 dans les environs de Londres. Issu d’une famille modeste, il reçut une éducation sommaire (lecture, écriture et quelques rudiments d’arithmétique) et il commence à travailler à 13 ans comme coursier chez un libraire ; En 1805, il débute un apprentissage de relieur et libraire. Souvent malade, son père meurt en 1810.  Il n’avait donc que 20 ans et toute sa vie. Cette situation pousse le jeune Faraday à se débrouiller par soi-même avec volonté et en toute simplicité.

Son travail quotidien était propice à la lecture et comme Franklin (qui fit un apprentissage dans une imprimerie), il dévore des quantités de livres pour se cultiver par autodidaxie mais surtout pour assouvir une curiosité insatiable. Faraday se mit à lire avec voracité des livres de physique et de chimie. En 1812, il assista à quatre conférences de H. Davy qui marqua un tournant dans sa vie. Ce fut une réelle opportunité, il prit des notes, les mis au propre et les relia in-4 dans un livre de qualité puis il les envoya à Davy en sollicitant son aide. Le chimiste, professeur et directeur du laboratoire à la « Royal Institution » répondit aimablement et salutairement pour lui proposer un poste d’assistant scientifique qui venait de se libérer. Faraday prit son service le 1^er mars 1813.

Dans cette petite suite d’évènements de la vie, le mot opportunité prend tout son sens et la vie d’un homme (ou d’une femme) peut radicalement changer lorsque l’intrication des faits confirme l’évolution du cours des choses. C.-G. Jung parlait de « synchronicité » pour traduire cette réalité qu’on nomme vulgairement la chance ou le hasard. J’y reviendrai par la suite…

La Royal Institution est fondée en 1799 (entre autre par Cavendish) pour diffuser la connaissance et encourager l’enseignement libre et gratuit de la philosophie tout en proposant des découvertes scientifiques liées à l’amélioration des techniques et  proposer ainsi des inventions « à des fins ordinaires de la vie ».

De voyage en découverte

Il entame un voyage en Europe avec Davy (octobre 1813-avril 1815) puis à la Royal Institution, il assiste les professeurs au cours de leurs leçons. Faraday a consacré sa vie à cette Institution. Il travaillait énormément pour rattraper son retard, il apprenait beaucoup tout en menant correctement ses fonctions quotidiennes et il fut promu super intendant (1821). Sa première publication (1816) traite de chimie. Il inaugure les réunions du soir (Friday Evening Discourses de la Royal Institution) en 1826 où les spécialistes de chaque discipline rendaient compte des progrès de la connaissance, il initia également le cours scientifique pour enfants (Christmas Juvenile lectures). A cette époque là ses publications sont régulières et elles vont s’étendre sur une quarantaine d’années. Il est élu « fellow » de la Royal Society en 1824, directeur du laboratoire de la Royal Institution (1825). En 1844, l’Académie des Sciences l’accueille comme l’un des 8 membres étrangers et la France le nomme commandeur de la Légion d’honneur en 1855.

Fellow : Elu par les paires pour une reconnaissance unanime des travaux scientifiques.

Cette ascension fulgurante et unanime, c’est celle d’un garçon pauvre mais opiniâtre, laborieux et idéalement respectueux pour transmettre les connaissances scientifiques et prolonger les expérimentations nécessaires pour faire progresser la science.

Faraday avait l’envergure du vrai savant mais elle contrastait avec son caractère teinté de retenu, de discrétion et de simplicité. Il avait même fait comprendre qu’il n’accepterait pas de titre de noblesse et il a refusé la présidence de la Royal Society. Il ne s’était pas entouré de toute une équipe qui travaillait pour lui, mais seulement d’un assistant qu’il garda 40 ans car « il faisait toujours exactement ce qu’on lui disait, et rien de plus ».

Chimie et électricité

Ses travaux en chimie sont, en quelques sortes, une continuité de l’approche de Davy mais ils lui permettent d’aborder les phénomènes physiques avec des déductions intuitives qui le conduisent à inventer la dynamo. Après les travaux d’Oersted et d’Ampère (avec lequel il était ami), il découvre l’induction électromagnétique (1831) qui se produit dans un circuit fermé et conducteur. Ce circuit fermé est le siège d’un courant induit à chaque fois que le flux du champ magnétique qui le traverse varie dans le temps. Soit le circuit est mobile et le champ magnétique est permanent, soit le circuit est fixe dans un champ magnétique variable.

La loi de Faraday permet de calculer la force électromotrice dans un circuit :

Dans un circuit unique, il se produit des phénomènes d’auto-induction c’est-à-dire

et le flux F =  L.I où L est le coefficient d’auto-inductance et I le courant dans le circuit, on obtient donc la tension d’une bobine (inductance) :

De nos jours, il existe trois composants électriques essentiels pour un régime transitoire dans les circuits en électroniques : la résistance électrique (conducteur ohmique), la bobine et le condensateur.

Ampère était à quelques mois de cette découverte des phénomènes d’auto-induction, mais il reconnu aisément que Faraday l’avait devancé. Pour comprendre l’immense progrès scientifique qui résulte de cette loi, il faut savoir que cette découverte est à la base de la conception du champ électromagnétique. Faraday est donc un trait d’union entre les électriciens et la théorie de Maxwell, entre les phénomènes électriques et la théorie électromagnétique de la lumière.

Il réalise d’autres études qui se portent sur les propriétés diélectriques et le diamagnétisme. En chimie ou plutôt en électrochimie il apporte, pour la première fois, une base quantitative des électrolyses et donc de l’interprétation atomistique des phénomènes électriques qui se produisent, au sein d’une solution aqueuse, à cause d’une réaction d’oxydoréduction forcée à la suite du passage d’un courant électrique.

Première loi : « L’ampleur selon laquelle une réaction électrochimique se produit dépend uniquement de la quantité d’électricité qui traverse la solution ».

Deuxième loi : « La masse [m] d’une substance qui est produite à la suite du passage d’une quantité déterminée d’électricité [I] est proportionnelle à la masse molaire [M] de la dite substance, divisée par le nombre d’électrons [n] qui sont consommés ou produits par entité formulaire [de temps] ». On a :

Avec F la constante de Faraday : F = 96485 C/mol

Ses recherches permettent donc, à Nernst, d’écrire plus tard sa fameuse équation décrivant les potentiels standards de réduction et la force électromotrice au sein d’une pile :

En 1862, ses dernières notes indiquent un « essai d’identification des effets d’un champ magnétique sur les raies du spectre », son expérience échoua mais 34 ans plus tard, Zeeman, avec un appareil plus puissant valide l’intuition de Faraday.

Comme l’exprimait J.-B. Dumas à l’Académie des Sciences le 18 mai 1868 :

Faraday a développé « cet art de se servir du concret pour arriver à l’abstrait et de soumettre l’abstrait au contrôle du concret. »