L’état sphéroïdal

La bibliothèque de Lyon 1 possède, un ouvrage intitulé : Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique de Pierre Boutigny. Le sous-titre est ambitieux et mérite qu’on s’y intéresse car l’auteur n’est pas un physicien connu. Pierre Boutigny (1798-1884) est un pharmacien reconnu, membre de l’académie de Pharmacie. Il a mené des travaux sur des sujets très variés comme par exemple : l’incombustibilité des tissus organiques vivants¹, les armes à feu², ou encore le chocolat et sa fabrication³.

Page de titre, cote 45352

Les travaux qui font l’objet du livre de la bibliothèque concernent ce surprenant « état sphéroïdal ». Dans cette troisième édition l’auteur précise que : « La première édition de mes études a paru en 1842 et s’est rapidement écoulée malgré ses nombreux défauts, la deuxième en 1847 a obtenu la même faveur que la première »⁴. Il est vrai que, dans la deuxième moitié du XIX°s cet état sphéroïdal a suscité beaucoup d’intérêt comme en témoignent les articles parus dans différentes revues comme : La Nature⁵, Le Génie industriel⁶ ou le Bulletin de la Société d’Encouragement pour l’Industrie Nationale⁷. Boutigny explique: « Cette expression l’état sphéroïdal, que j’ai proposée pour désigner la modification moléculaire dont il s’agit, est aujourd’hui passée dans la langue scientifique ((Avant-propos p.VII)). Il s’agit en fait du phénomène de caléfaction, c’est à dire des gouttelettes qui se forment et roulent lorsque l’on projette de l’eau sur une surface très chaude, un phénomène somme toute très banal qui passionne Boutigny. Il entreprend une étude systématique de cet état qui dit-il a été observé au XVIIIème siècle mais : « […] les physiciens qui se sont occupés de ce phénomène semblent avoir pris à tâche d’établir et de propager des erreurs […] mais il est juste de dire qu’aucun d’eux ne l’a étudié à fond et c’est là sans doute la cause des erreurs dont il s’agit »⁸. Il consacre l’année 1836 à l’analyser le comportement des liquides volatils sur des plaques chaudes persuadé : « […] que la découverte de l’état sphéroïdal ouvre une nouvelle et large voie à la physique et à la chimie expérimentales, et que la découverte d’un quatrième état physique des corps modifiera profondément plusieurs théories considérées comme vraies et suffisantes dans l’état actuel des sciences » ⁹.

Son avant-propos donne le plan du livre : la première partie est consacrée à l’état sphéroïdal et à ses rapports à la physique, la seconde étudie les aspects chimiques et la troisième partie envisage le phénomène d’un point de vue plus théorique et philosophique. Boutigny commence par présenter un grand nombre d’expériences, elles consistent toutes à mesurer la température de la plaque chauffante et celle de la goutte de liquide. Le dispositif représenté est assez simple (fig. 4) : il varie les matériaux qu’il dispose dans des coupelles (plomb platine, argent) et les fait chauffer dans un bain d’huile afin de déterminer la température minimale pour observer le phénomène.

Fig.4. Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Cote 45352

Certaines expériences ont déjà été faites par d’autres, mais il les refait systématiquement avec une grande précision en présence de physiciens. Il fait construire ses appareils, par les meilleurs constructeurs de l’époque comme Collardeau « […] dont les instruments si parfaits sont connus du monde entier »¹⁰. La qualité de cette étude expérimentale est reconnue par la communauté scientifique. La plupart des ouvrages de physique de la deuxième moitié du XIXème siècle, ceux de Jules Jamin ou d’Henri Pellat par exemple, citent et décrivent les expériences de Boutigny. Les constructeurs d’appareils scientifiques proposent même dans leurs catalogues un « nécessaire pour les expériences sur l’état sphéroïdal des liquides, d’après M. Boutigny »¹¹ ou un « appareil de Boutigny pour répéter diverses expériences sur l’état sphéroïdal »¹².

La chaleur est un sujet qui intéresse beaucoup les scientifiques de l’époque. Les machines à vapeurs se sont bien développées, mais elles sont à l’origine de nombreux accidents graves dus à l’explosion des chaudières. Boutigny est persuadé que sa théorie basée sur les lois de l’état sphéroïdal permettra de les perfectionner : « Cependant il faut le reconnaître il reste encore des doutes sur cette cause comme sur les autres causes d’explosion des chaudières à vapeur, et ces doutes ne peuvent être dissipés que par des expériences nombreuses et variées »¹³. Il présente une expérience, reproduite dans le cours de physique d’Henri Pellat, pouvant expliquer ces explosions, et en déduit un dispositif pour y remédier.(fig. 10).

Fig.10. Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Cote 45352

A partir de ces résultats, il conçoit une chaudière dont le plan figure dans le livre (fig 12, 13) et qui lui vaut un prix de seconde classe à l’exposition universelle de 1855.

Fig.12. Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Cote 45352

Fig.13. Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Cote 45352

Si les expériences de Boutigny sont reconnues par la communauté scientifique, on ne trouve guère trace de sa théorie sur un quatrième état de la matière qu’il justifie ainsi :« Cette propriété si remarquable que possèdent les corps à l’état sphéroïdal , celle de réfléchir le calorique (que ne possèdent pas les corps à l’état liquide avec lesquels ils ont ,d’ailleurs, une grande analogie quant à la cohésion), ne doit-elle pas être prise en grande considération et militer fortement en faveur de ma manière de voir sur ce quatrième état physique ?Ajoutons à ce qui précède la suspension de l’action chimique, et nous aurons résumé les principales différences qui séparent les corps à l’état sphéroïdal des corps sous les trois autres états. Voici donc des dissemblances profondes, qui justifient pleinement mon opinion sur la nécessité d’ajouter un quatrième état physique de la matière, l’état sphéroïdal, aux trois autres états depuis longtemps admis par les physiciens »¹⁴.

Les physiciens de l’époque n’avaient pas besoin de ce quatrième état de la matière car la formation d’une couche de vapeur au voisinage de la surface chaude leur fournissait une explication satisfaisante du phénomène. Cela apparaît très clairement dès 1842, dans les comptes rendus de l’Académie des sciences de Rouen : « L’examen de ces ouvrages demandait à être d’autant plus approfondi, qu’il ne s’agissait de rien moins que de l’introduction d’une nouvelle théorie en physique; aussi M. Person n’a rien négligé pour faire ressortir que les intéressantes expériences de M. Boutigny pouvaient être expliquées par les lois connues en physique sans qu’il fût nécessaire de supposer un quatrième état des corps »¹⁵. Charles-Cléophas Person, professeur au collège Royal de Rouen a en effet repris chacun des arguments de Boutigny pour montrer leur inutilité mais il ne l’a sûrement pas convaincu puisqu’il a publié trois nouvelles éditions de l’ouvrage exposant sa théorie !

Article rédigé par Françoise Khantine-Langlois

Bibliographie :

Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Paris : Masson, 1857

Breton, Adrien et Louis. Catalogue et prix des instruments de physique, de chimie, d’optique, de mathématiques et d’astronomie, qui se trouvent… dans les magasins et ateliers de MM. Breton frères. Paris : 1852. Disponible en ligne [consulté le 9 mars 2016]

« Classe des sciences, rapport fait par M. Lévy » in Précis analytique des travaux de l’académie royale des sciences, belles lettres et arts de Rouen. 1843, p.13. Disponible en ligne [consulté le 9 mars 2016]

Ducretet, E. & Lejeune, L. Catalogue des instruments de précision. Paris : Chez les auteurs, 1893

Jamin, Jules. Cours de physique de l’école polytechnique. Paris: Gauthier-Villars, 1886

Pellat, Henri. Cours de physique à l’usage des élèves de la classe de mathématiques spéciales. Paris: P. Dupont, 1883-1886

Pellat, Henri, Duperray, Goisot. Cours de physique générale : thermodynamique : leçons professées à la Sorbonne en 1895-96. Paris : G. Carré et C. Naud, 1897

1. Boutigny, Pierre. « L’Incombustibilité des tissus organiques vivants ». Journal de pharmacie. 1849 [↩]
2. Boutigny, Pierre. Recherches à déterminer l’époque à laquelle une arme à feu a été déchargée. Evreux : [s.n.], 1839 [↩]
3. Boutigny, Pierre. Du Chocolat, de sa fabrication, des moyens de reconnaître sa falsification, et de ses propriétés alimentaires et médicales. Impr. de Ancelle fils, 1825 [↩]
4. Avant-propos p. IX [↩]
5. «L’état sphéroïdal de l’eau. Expérience de M. Lavington Fichter ». La Nature, revue des sciences et de leurs applications aux arts et à l’industrie. 1896, n°1175-2000, p. 61 [↩]
6. « Générateur de vapeur à diaphragmes par M. Boutigny ». Le génie industriel, revue des inventions françaises et étrangères. 1855, T. X, n°60, p. 310-313 [↩]
7. « Sur les moyens d’empêcher l’état sphéroïdal de l’eau dans les vases métalliques surchauffés par M. Melsens ». Bulletin de la Société d’encouragement pour l’Industrie nationale. 1883, T.10, p 507 [↩]
8. Avant-propos p. VII [↩]
9. Avant-propos p.XII [↩]
10. Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Paris : Masson, 1857, p.14 [↩]
11. Breton, Adrien et Louis. Catalogue et prix des instruments de physique, de chimie, d’optique, de mathématiques et d’astronomie…. Paris : 1852 [↩]
12. Ducretet, E. & Lejeune, L. Catalogue des instruments de précision. Paris : Chez les auteurs, 1893 [↩]
13. Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Paris : Masson, 1857,p.62 [↩]
14. Boutigny, Pierre. Études sur les corps à l’état sphéroïdal : Nouvelle branche de physique. Paris : Masson, 1857,p.219 [↩]
15. Pellat, Henri, Duperray, Goisot. Cours de physique générale : thermodynamique : leçons professées à la Sorbonne en 1895-96 . Paris : G. Carré et C. Naud, 1897, p.125 [↩]

Interfaces/fonds anciens BU Lyon

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