• <b>Physique</b><br>Aimant en fer à cheval, milieu du XVIII<SUP>e</SUP> siècle (Historisches Museum Basel). Réalisé en 1755 par le constructeur bâlois Johann Dietrich, l'instrument provient du premier laboratoire de l'université de Bâle, à l'époque où Daniel Bernoulli, qui publia un article sur cet instrument, occupait la chaire de physique.

Physique

Tirant son nom du grec physis, qui signifie nature, la physique désigne de nos jours l'étude de phénomènes naturels mesurables et que l'on peut appréhender par la méthode expérimentale et les mathématiques. Une conception différente, plus globale et fondée sur des spéculations philosophiques, issue de l'Antiquité, prédominait encore au début des Temps modernes. Mais les découvertes de Copernic, Kepler, Galilée, Descartes et Newton ruinèrent la cosmologie héritée d'Aristote et de Ptolémée. Elles instituèrent une astronomie et une physique modernes où la Terre n'était plus le centre de l'univers; les lois de Newton, valables aussi bien pour la Terre que pour les corps célestes, rendirent caduc le dogme aristotélicien, fondé sur l'opposition catégorique entre les mondes céleste et terrestre.

Au XIXe s., les nouvelles recherches sur l'électricité, le magnétisme et la chaleur firent passer à l'arrière-plan l'image du monde purement mécaniste qui avait prédominé jusqu'alors. L'étude théorique de ces phénomènes finit par susciter une approche entièrement nouvelle de la nature et de sa description par la science physique; la théorie de la relativité et la physique quantique jouèrent un rôle déterminant à cet égard.

1 - Les débuts de la physique moderne

La querelle entre physique aristotélicienne et physique moderne laissa des traces profondes, en Suisse aussi. Au XVIIe s. encore, les académies et autres écoles supérieures considéraient Aristote et Ptolémée comme des autorités incontestées. A Zurich et à Berne, les tenants d'opinions divergentes étaient généralement condamnés au silence ou à l'exil. Néanmoins, plusieurs savants suisses jouèrent un rôle éminent dans la diffusion des idées nouvelles. Par exemple, le Genevois Michel Varro publia en 1584 un traité sur le mouvement dans lequel il anticipait des thèses importantes de Galilée. Les Bernoulli, mathématiciens et physiciens bâlois, et Leonhard Euler développèrent systématiquement le calcul différentiel et intégral de Newton et de Leibniz, afin de l'appliquer à la physique. Jean et Jacques Bernoulli parvinrent ainsi à résoudre le problème de la chaînette et celui des brachystochrones. Leonhard Euler et Daniel Bernoulli furent des pionniers de la mécanique, de l'hydrostatique, de l'hydrodynamique, de l'optique et de la théorie de l'élasticité. Jacques Bernoulli, déjà cité, annonça dès 1687 la tenue à Bâle de cours de physique et d'un collegium experimentale, continué plus tard par Theodor Zwinger. En 1726, le Conseil de Bâle fit aménager un cabinet de physique, dans lequel officia par la suite Daniel Bernoulli, souvent en présence de plus de cent personnes.

Une importante école de physique apparut à Genève vers le début du XVIIIe s.; d'abord, sous la pression de l'orthodoxie ecclésiastique, elle se consacra surtout à des recherches expérimentales. Le cartésien Jean-Robert Chouet devint ainsi l'un des pionniers romands de ce type de démarche en sciences naturelles. En 1737, on créa une chaire de physique expérimentale à l'académie de Genève. Jean Jallabert, son premier titulaire, est l'auteur d'une monographie détaillée sur l'électricité, sujet que traiteront aussi Charles-Gaspard et Auguste De la Rive. Parmi les autres physiciens genevois, citons Horace Bénédict de Saussure, qui étudia les phénomènes atmosphériques en haute montagne lors de son expédition de 1787 sur le Mont-Blanc; Georges-Louis Le Sage, Marc-Auguste Pictet et Pierre Prevost, qui travaillèrent sur les fondements d'une physique mécanique et corpusculaire; Jean-Daniel Colladon, qui détermina la vitesse du son dans l'eau du Léman; ainsi que Jacques-Barthélemy Micheli du Crest, Jean-André Deluc et Ami Argand, qui construisirent de nombreux instruments et appareils (thermomètres, baromètres, hygromètres, paratonnerres, lampe Argand).

L'essor des sciences naturelles et particulièrement de la physique au XVIIIe s. (Lumières) explique la naissance, en Suisse comme à l'étranger, de sociétés savantes. En 1746 fut fondée à Zurich, sous la présidence de Johannes Gessner, professeur de mathématiques et de physique au Carolinum, la Société de physique, future Société zurichoise des sciences naturelles. Ses membres se réunissaient tous les quinze jours; Gessner leur avait donné en 1745-1746 un cours de physique expérimentale et d'histoire naturelle par lequel il les avait familiarisés avec les nouvelles théories de Galilée et de Newton. Les années suivantes, on fit lors des séances des essais sur la pompe à air, la machine à électriser, les aimants artificiels et les pendules. Des sociétés analogues se formèrent à Bâle, Berne et Genève. Une organisation faîtière, la Société helvétique des sciences naturelles, fut créée en 1815; elle s'appelle depuis 1988 Académie suisse des sciences naturelles (ASSN).

<b>Physique</b><br>Aimant en fer à cheval, milieu du XVIII<SUP>e</SUP> siècle (Historisches Museum Basel).<BR/>Réalisé en 1755 par le constructeur bâlois Johann Dietrich, l'instrument provient du premier laboratoire de l'université de Bâle, à l'époque où Daniel Bernoulli, qui publia un article sur cet instrument, occupait la chaire de physique.<BR/>
Aimant en fer à cheval, milieu du XVIIIe siècle (Historisches Museum Basel).
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Auteur(e): Erwin Neuenschwander / PM

2 - L'institutionnalisation aux XIXe et XXe siècles

Les connaissances nouvelles en électrodynamique et en thermodynamique débouchèrent bientôt sur des applications techniques: machines à vapeur, moteurs électriques, etc. (Industrialisation). Cette évolution, combinée au développement des universités et à la fondation des futures écoles polytechniques fédérales (EPF), se traduisit par la création de nouvelles chaires de physique. Albert Mousson fut le premier professeur de physique expérimentale de l'université de Zurich (fondée en 1833); il enseigna aussi dès 1855 au Polytechnicum, où il eut pour collègue Rudolf Clausius, esprit plus théorique, qui reste célèbre pour avoir découvert le second principe de la thermodynamique et, à Zurich même, la notion d'entropie. Parmi les professeurs zurichois, citons encore Alfred Kleiner, Heinrich Friedrich Weber et Pierre-Ernest Weiss. Le premier favorisa la venue d'Albert Einstein qui, tout en travaillant à l'Office fédéral des brevets à Berne, avait publié en 1905, des articles fondamentaux sur les quanta d'énergie lumineuse, le mouvement brownien et la théorie de la relativité restreinte. Il inaugura ainsi une période glorieuse pour la physique zurichoise, qui put compter entre 1909 et 1958 sur les travaux de cinq Prix Nobel: Albert Einstein, Peter Debye, Max von Laue, Erwin Schrödinger et Wolfgang Pauli. Si Einstein et von Laue ne firent qu'un bref passage à Zurich, les trois autres s'y attardèrent davantage. Debye y développa une explication, basée sur la théorie quantique, de la chaleur spécifique des corps solides aux basses températures, y mit au point sa théorie des moments dipolaires et perfectionna avec Paul Scherrer la méthode d'analyse structurelle des cristaux qui porte leurs noms. Erwin Schrödinger y donna en 1926 sa formulation de la mécanique ondulatoire et Wolfgang Pauli, le fondateur de la théorie des champs quantiques le plus important, y exposa en 1930 son hypothèse du neutrino. Pauli, Scherrer et Gregor Wentzel y fondèrent des écoles pionnières en physique. Vécurent en outre en Suisse avant la Deuxième Guerre mondiale les physiciens Raoul Pictet (première liquéfaction de l'oxygène), Johann Jakob Balmer (inventeur de la formule de Balmer), Wilhelm Conrad Röntgen (cet Allemand qui découvrit les rayons X à Wurtzbourg en 1895 avait fait ses études et sa thèse à Zurich), Charles-Edouard Guillaume (prix Nobel en 1920 pour la découverte de l'invar) et Auguste Piccard (qui entreprit des ascensions stratosphériques en ballon pour mesurer le rayonnement cosmique).

La Société zurichoise de physique fut fondée en 1887. La Société suisse de physique, aujourd'hui l'une des principales sociétés spécialisées de l'Académie suisse des sciences naturelles, naquit en 1908. Par sa revue (Helvetica Physica Acta, 1928-1999), ses congrès annuels et ses nombreux rapports d'évaluation sur les recherches en cours, elle a fortement contribué au développement de la discipline en Suisse.

Auteur(e): Erwin Neuenschwander / PM

3 - Le développement de la recherche après 1945

Après la Deuxième Guerre mondiale, la recherche scientifique dans le domaine de la physique connut un essor impressionnant dans les hautes écoles suisses. A l'université de Berne, par exemple, depuis sa fondation en 1834, on est passé pour les sciences exactes de l'unique chaire de physique et mathématiques occupée par Friedrich Trechsel, à sept instituts, une trentaine de chaires et plus de cent collaborateurs. Préparée avant 1945 (séparation des mathématiques et de la physique en 1847, création de chaires de physique théorique et d'astronomie en 1913 et 1921, attribuées à Paul Gruner et Sigmund Mauderli), cette évolution se précipita après la nomination de Friedrich Georg Houtermans en 1952 (création de nouveaux départements, notamment en cosmologie et planétologie, écologie, climatologie, météorologie et physique des hautes énergies). Avec le successeur de Houtermans, Johannes Geiss, des physiciens bernois prirent part à plusieurs missions spatiales (Astronautique). Le climatologue bernois Hans Oeschger, physicien de l'environnement, acquit une réputation internationale. La physique appliquée (micro-ondes et lasers en particulier) bénéficia de la collaboration non seulement avec l'industrie locale, mais aussi avec des entreprises fédérales (Office des poids et mesure, PTT, services de l'armement).

On observe partout une évolution analogue. Genève inaugura en 1952 un nouvel institut de physique où travaillèrent Ernst Carl Gerlach Stückelberg von Breidenbach et Josef-Maria Jauch (physique théorique). L'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) fut fondée en 1953; elle compte au début du XXIe s. quelque 3000 collaborateurs et attire chaque année des milliers de savants du monde entier. Le renforcement systématique de la recherche à l'EPUL (Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL, dès 1969) date aussi des années 1950. En 1958, les Chambres approuvèrent un crédit spécial pluriannuel en faveur de la recherche sur l'énergie nucléaire. On créa notamment en 1961 le centre de recherches en physique des plasmas (intégré à l'EPFL en 1973), qui collabore depuis 1979 avec la Communauté européenne de l'énergie atomique (Euratom) et avec les grands projets internationaux JET (Joint European Torus) et ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, fusion thermonucléaire).

Le principal promoteur dans le domaine de la physique nucléaire fut Paul Scherrer. Avec un groupe d'industriels, il participa à la fondation de la société Reaktor AG, qui devint en 1960 l'Institut fédéral de recherche en matière de réacteurs, puis en 1988 l'Institut Paul Scherrer (PSI), en fusionnant avec l'Institut suisse de recherche nucléaire ouvert en 1968 et dirigé depuis sa fondation par Jean-Pierre Blaser. Scherrer forma de nombreux élèves qui, engagés dans les hautes écoles du pays, contribuèrent alors à la réputation internationale de la Suisse en la matière (Energie nucléaire).

Dans l'après-guerre, grâce au soutien massif de la Confédération et du Fonds national suisse de la recherche scientifique créé en 1952, l'EPF de Zurich put également se doter de plusieurs nouveaux instituts: physique des corps solides (1956), physique nucléaire (1959), physique des hautes énergies (1960) et physique de l'atmosphère (1962). La physique progressa fortement aussi à l'université de Zurich, après 1949, où officièrent d'abord, Hans Heinrich Staub et Walter Heitler. A Bâle, la recherche se concentra sur la physique nucléaire de basse énergie, la physique appliquée et la spectroscopie. A Neuchâtel, on fonda en 1975 à la faculté des sciences, à côté de l'institut de physique, un institut de microtechnique et l'on renforça les liens déjà existants avec le Laboratoire suisse de recherches horlogères et, dès sa fondation en 1984, avec le Centre suisse d'électronique et de microtechnique.

Les chiffres suivants illustrent les résultats de cette évolution: en 1993, selon une étude du Conseil suisse de la science, quelque 1400 physiciens et astronomes travaillaient dans les hautes écoles suisses et au PSI; les dépenses annuelles consenties pour l'enseignement et la recherche se montaient à 350 millions de francs. En 2000, le seul PSI occupait environ 1200 collaborateurs de quarante-cinq nations, dans de multiples domaines (physique des solides, science des matériaux, physique des particules élémentaires, biologie, énergies nucléaire et non nucléaire, énergie et environnement). Il met à leur disposition un cyclotron (accélérateur de particules), une source de neutrons par spallation et la source suisse de rayonnement synchrotron, mise en service en 2001. Ces équipements permettent notamment d'acquérir de nouvelles connaissances dans le secteur très prometteur des nanotechnologies.

L'industrie assume en Suisse une part importante des recherches en physique. A cet égard, l'industrie des machines, l'industrie électrique, l'horlogerie et l'industrie optique coopèrent étroitement avec les hautes écoles (recherches sur le microscope électronique à Genève, Lausanne et Zurich en collaboration avec la maison Trüb, Täuber & Co.; sur l'imagerie par résonance magnétique à l'EPF de Zurich avec Trüb, Täuber & Co. et Spectrospin AG; sur l'affichage par cristaux liquides ou LCD au centre de recherche du groupe Brown, Boveri & Cie à Baden-Dättwil). On rencontre en outre sur ce terrain des entreprises actives dans les télécommunications, la technologie médicale, les instruments de mesure, la microélectronique, le traitement des surfaces et l'armement (par exemple Ascom, Siemens Albis, Kern, Wild Leitz, Mettler-Toledo, Balzers et Leybold, Charmilles Technologies, Swatch Group, Georg Fischer, Oerlikon-Bührle, Contraves) et des institutions extra-universitaires comme l'Observatoire physico-météorologique de Davos, l'Institut fédéral pour l'étude de la neige et des avalanches à Davos, le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux (Empa) ou le Centre suisse d'électronique et de microtechnique. Le laboratoire d'IBM à Rüschlikon, ouvert en 1961, a patronné des travaux importants, comme ceux de Heinrich Rohrer et Gerd Binnig (développement du microscope à effet tunnel, Nobel 1986), ou ceux de Karl Alexander Müller et Georg Bednorz (découverte de la supraconductivité à haute température critique, Nobel 1987). De sa fondation à 2009, le prix Nobel de physique a été attribué à une quinzaine de Suisses (dont Felix Bloch, émigré) ou d'étrangers travaillant au CERN (Carlo Rubbia, Simon van der Meer, Jack Steinberger et Georges Charpak).

Auteur(e): Erwin Neuenschwander / PM

Références bibliographiques

Fonds d'archives
– Actes de la Soc. suisse de physique, inst. de physique théorique, université de Bâle
Bibliographie
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– F. Aemmer et al., éd., Geschichte der Kerntechnik in der Schweiz: die ersten 30 Jahre, 1939-1969, 1992
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– A. Hool, G. Grasshoff, Die Gründung der Schweizerischen Physikalischen Gesellschaft, 2008

Auteur(e): Erwin Neuenschwander / PM