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THÈSE DE DOCTORAT DE l’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE Spécialité Histoire des

THÈSE DE DOCTORAT DE l’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE Spécialité Histoire des Sciences Institut Mathématique de Jussieu (IMJ) Laboratoire Histoire des Sciences Mathématiques (HSM) Présentée par Francis BEAUBOIS Le Soleil comme laboratoire des pratiques scientiﬁques dirigée par David AUBIN Soutenue le 27 juin 2014 devant le jury composé de : Mr. David Aubin Directeur de thèse Université Paris 6 Mr. Matthias Dörries Rapporteur Université de Strasbourg Mr. Helge Kragh Rapporteur Université d’Aarhus, Danemark Mme. Charlotte Bigg Examinateur Centre Koyré, Paris Mr. Guy Boistel Examinateur Centre François viète, Nantes Mr. Christophe Lecuyer Examinateur Université Paris 6 Mme. Nicole Vilmer Examinateur Observatoire de Paris-Meudon « La science cherche le mouvement perpétuel. Elle l’a trouvé ; c’est elle-même » Victor Hugo (1864), William Shakespeare, p. 140. Remerciements Mes premiers remerciements vont à David Aubin, responsable du projet histoire des sciences mathématiques à l’Institut de mathématiques de Jussieu, pour m’avoir accordé sa conﬁance et donné l’opportunité de poursuivre le sujet entamé pendant mon mémoire de Master. L’équipe du laboratoire m’a oﬀert un espace de discussion appréciable, et je remercie ici vivement Catherine Goldstein pour ses messages de soutient, ô combien salvateurs par moment, ainsi que Jim Ritter pour les conversations très fructueuses que nous avons eues ensemble. Je remercie également tous les membres de mon jury pour avoir eu l’amabilité d’accepter de relire mon travail et de venir en débattre à l’occasion de ma soutenance. Je leur en suis inﬁniment reconnaissant. Entreprendre un tel projet allait demander quelques sacriﬁces, m’étais-je dit. Je les avais bien sous-évalués. Ce travail n’aurait pu aboutir sans le soutient indéfectible de ma femme Élise et de mes enfants, Judith, Richard et Alexandre. Mes parents m’ont fourni de leur côté les moyens de prendre ce recul nécessaire à l’achèvement de cette thèse, qu’ils en soient ici chaleureusement remerciés. Bien sûr, je ne peux oublier les conversations et l’appui de mon ami Roland Lehoucq, toujours prêt à m’encourager et me stimuler par son enthousiasme. Mes pensées vont également en direction de Julien Lepot, qui a suivi dans le détail, et en musique, l’évolution de ce travail, semaine après semaine. Il en a partagé les moments forts, jusqu’à son terme, sans pour autant montrer de signe d’épuisement ! Enﬁn, de multiples personnes m’ont apporté au ﬁl des mois leur aide, chacun dans leur domaine – pour m’accueillir dans une bibliothèque, pour me fournir des renseignements, pour me guider dans mes recherches, pour m’aider en reprographie –, qu’ils en soient ici également remerciés. iii iv Remerciements Table des matières Remerciements iii Table des ﬁgures xi Introduction 1 I Le Soleil, un nouvel objet de science 13 1 Une constellation de mesures et d’observations sur le Soleil au début du XIXe siècle 15 1.1 L’observation des taches solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2 La théorie de William Herschel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3 La photométrie et la mesure de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.4 L’analyse spectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.5 L’analyse polariscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2 La mesure de la constante solaire (I) 45 2.1 Claude Pouillet, un pionnier de la physique solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.1.1 La mesure de la constante solaire et la température du Soleil . . . . . . . . . 47 2.1.2 Réception des travaux de Pouillet. Le début avorté de la physique solaire . . . 55 2.1.3 Un tremplin pour faire reconnaître ses travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.2 Une tradition qui s’ancre dans la « physique du globe » . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.2.1 L’actinométrie de John Herschel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.2.2 Le point de vue du météorologiste : James Forbes . . . . . . . . . . . . . . . . 74 v vi Table des matières 2.2.3 Un nouvel espace pour une nouvelle recherche ? L’apparition du « physical observatory » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 3 Un cadre conceptuel sur mesure : thermodynamique et source d’énergie du Soleil 85 3.1 L’émergence de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.2 Premières approches quantitatives sur la source d’énergie du Soleil . . . . . . . . . . 97 3.2.1 Julius Robert Mayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.2.2 John James Waterston . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.2.3 Hermann von Helmholtz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.3 Le destin du Soleil : William Thomson et le second principe de la thermodynamique 112 3.3.1 La théorie météoritique reprise par Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.3.2 La théorie dite de Kelvin-Helmholtz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 3.4 Théories alternatives, ou comment échapper à la mort thermique de l’Univers . . . . 132 II Le temps de la synthèse 139 4 Hervé Faye et la constitution physique du Soleil 141 4.1 Le problème de l’atmosphère du Soleil. Sur les pas d’Arago... entre rupture et continuité143 4.1.1 Arago et la culture de la précision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.1.2 Entre rupture et continuité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 4.2 Éclipse, photographie et la nouvelle objectivité des sciences . . . . . . . . . . . . . . 150 4.2.1 Éclipses et atmosphère du Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.2.2 Une nouvelle objectivité : photographie et administration de la preuve . . . . 154 4.3 Entre observation et expérimentation : spectroscopie et théorie physique du Soleil . . 163 4.3.1 L’émergence d’une « chimie céleste » et ses conséquences sur la constitution physique du Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 4.3.2 Entre pratique du laboratoire et pratique de l’observatoire . . . . . . . . . . . 167 4.4 La dynamique des taches solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 4.4.1 Supériorité de la pratique de l’astronome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 4.4.2 Le temps de la synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uploads/Litterature/ these-archivage-2970291o.pdf