L’expérimentation vue par les philosophes des sciences et les praticiens des sciences humaines

6Malgré leurs différences tant au niveau des techniques d’enquête qu’à celui des objectifs poursuivis, les travaux des chercheurs qui, depuis un quart de siècle déjà, se sont penchés sur la question de l’expérience scientifique, partagent une sensibilité commune : loin de réduire l’acte expérimental à son étape ultime (les résultats finaux), ils le considèrent comme un processus long et complexe qui mérite d’être étudié dans toutes ses composantes et manifestations.

La composition du numéro

12C’est dans le cadre de notre séminaire de l’EHESS consacré depuis l’année 2005 aux productions et pratiques scientifiques des ingénieurs français, civils ou militaires, dans la France du xix^e siècle et début du xx^e siècle que le thème des expériences « en vraie grandeur » ou « en plein air » a émergé. Plusieurs communications montraient qu’il existait une documentation abondante mais quasi inexplorée, produite par ces ingénieurs soucieux d’apporter des solutions rationnelles aux problèmes que posaient au cours de cette longue période, l’amélioration des réseaux de communications, l’exploitation des ressources du territoire national, l’aménagement urbain ou le réaménagement des établissements d’État, manufactures et arsenaux. Mais peu d’historiens de sciences avaient jusqu’ici reconnu le caractère scientifique de ces rapports d’expériences, bien que la plupart des ingénieurs eussent revendiqué ce statut pour leurs écrits, en communicant régulièrement, par exemple, leurs résultats à l’Académie des sciences. Nous avons donc inscrit cette thématique à l’ordre du jour de notre séminaire et mobilisé parmi les historiens des sciences et des techniques ceux dont les recherches croisaient notre problématique. Il en résulta sept communications particulièrement pertinentes qu’il nous a semblé impératif de publier pour apporter une contribution que nous pensions originale à l’historiographie sur l’expérience scientifique, exposée brièvement dans la première partie de l’Introduction au dossier.

13Le présent dossier proposé au lecteur des Documents pour l’histoire des techniques est le résultat de ce travail collectif mené au cours des années 2005 et 2006. A travers leurs recherches, les sept auteurs nous montrent la richesse des corpus documentaires mobilisés, la variété des dispositifs expérimentaux imaginés par les ingénieurs et la diversité des finalités de ces pratiques scientifiques au service de l’action.

14À travers les expériences d’hydraulique réalisées en plein air et en vraie grandeur par les officiers du génie Jean-Victor Poncelet et Joseph-Aimé Lesbros, Bruno Belhoste entend analyser une tradition expérimentale originale dont les méthodes sont très différentes de celles des physiciens expérimentateurs, beaucoup plus étudiées par les historiens des sciences. L’historiographie a, en effet, mis l’accent sur le laboratoire, et l’auteur souhaite consacrer son article à une autre modalité expérimentale avec d’autres types d’acteurs et d’autres lieux (un chantier, une route, un fleuve, un champ de bataille…), pour souligner l’importance et la vitalité d’autres cultures expérimentales, en l’occurrence celle spécifique aux ingénieurs hydrauliciens entre 1750 et 1850. Bruno Belhoste commence par préciser la dimension théorique et expérimentale de l’écoulement de l’eau par un orifice (loi de Toricelli, observations de Newton et de Mariotte, expériences de Borda, de Venturi, de Bossut, de Michelotti et de Hachette) puis détaille l’organisation des expériences réalisées par Poncelet et Lesbros en 1827 et 1828. L’auteur explique que pour l’ordonnateur de ces expériences, le général Sabatier, commandant de l’École de Metz, il s’agit de prolonger les expériences entreprises à Mézières au XVIII^e siècle par Dubuat et ainsi de rehausser le prestige de l’École de Metz, alors que pour Poncelet le but est de compléter ses recherches sur les dépenses d’eau menées à l’occasion de ses travaux sur les roues hydrauliques – Poncelet souhaite alors établir des tables de dépense d’eau pouvant servir à la construction et au fonctionnement de machines hydrauliques et des écluses. Après avoir décrit avec précision les modalités de l’expérience (étalonnage du bassin de jauge, réglage de l’ouverture de l’orifice et de la hauteur d’eau du réservoir…), Bruno Belhoste s’intéresse à la diffusion et à la réception du mémoire des deux ingénieurs, publié par l’Académie des sciences en 1832. Il insiste sur les limites de ce travail expérimental qui selon lui, n’aboutit qu’à perfectionner les résultats déjà obtenus, et n’apporte aucun résultat notable à la connaissance des lois de l’écoulement. Ce qui explique que le mémoire soit tombé dans l’oubli chez les historiens de l’hydraulique et de la mécanique des fluides. Toutefois, l’auteur signale qu’à l’occasion de ces expériences, Poncelet a découvert incidemment le phénomène des « rides capillaires » qui sera théorisé en 1871 par Thomson. En dépit de ce constat décevant, Bruno Belhoste conclut à l’évolution profonde des conditions de l’expérimentation au début du XIX^e siècle, les expériences de Poncelet et de son collaborateur ouvrant un nouveau front – les expériences de mécanique en vraie grandeur – qui fournit un modèle aux ingénieurs et expérimentateurs hydrauliciens en Europe et aux États-Unis.

15Martin Zerner, historien des sciences (CNRS/Université Paris Diderot-Paris vii) a analysé l’œuvre scientifique de l’ingénieur des ponts et chaussées, Henri Darcy (1803-1856) dans le domaine de l’hydraulique. L’auteur s’est penché, en particulier, sur le livre monumental publié par Darcy en 1856 sur Les fontaines publiques de la Ville de Dijon, dans lequel l’ingénieur expose pour la première fois la loi, qui porte par ailleurs son nom, sur l’écoulement de l’eau à travers le sable et, plus généralement, celui d’un fluide à travers un milieu poreux. Pourtant, tenter d’établir une loi serait, selon l’auteur, une démarche naturelle selon la culture scientifique des ingénieurs de l’époque, aussi l’auteur de l’article focalise-il son analyse sur la genèse de l’intérêt de Darcy pour les questions hydrauliques et sur les expériences menées dans ce domaine depuis l’époque de son affectation, sous la Restauration, à Dijon, où il étudie un projet d’adduction d’eau dans la ville. C’est dans les années 1830 que naît l’intérêt de Darcy pour les puits artésiens dont il mesure le débit, et c’est à Paris, en 1848, où il est nommé directeur des services techniques de la ville que l’ingénieur des ponts met en chantier ses expériences sur le mouvement des eaux dans les tuyaux, publiées en 1857 sous forme de mémoire adressé à l’Académie des sciences. Pour ces expériences, Darcy dispose, par ailleurs, de moyens considérables, car l’objectif assigné à ces travaux par le corps des ponts et chaussées est de fournir aux ingénieurs chargés des adductions d’eau un moyen fiable de calcul du débit en fonction de la charge hydraulique. L’auteur nous explique que les expériences et mesures effectuées à chaque occasion par Darcy portent sur des situations rencontrées couramment dans la pratique des ingénieurs, mais que l’ingénieur en a profité pour étudier la répartition des vitesses à l’intérieur des tuyaux et effectuer quelques mesures pour les faibles vitesses. C’est grâce à ces mesures qu’il établit une nouvelle loi purement expérimentale en 1851 qui sert de fondement à la loi de Darcy évoquée plus haut. Notons que cette loi est encore aujourd’hui à la base des calculs des ingénieurs dans de multiples domaines (extraction du pétrole, enrichissement de l’uranium …).

16Konstantinos Chatzis (IFSTTAR/LATTS) expose les termes de la controverse qui oppose deux polytechniciens, Jules Dupuit et Arthur Morin, dans les années 1830/1840 sur la question du « frottement de roulement ». Mais plutôt que de détailler le contenu de la controverse (régimes d’argumentation et administration de la preuve), l’auteur choisit de camper la scène scientifique française et de proposer, par l’intermédiaire de la controverse, une anthropologie historique du savant (français) de l’époque. L’article démarre avec un exposé succinct des enjeux économiques et politiques liés à l’instauration d’une police réglementant la circulation routière (« la police du roulage ») et de ses conséquences pratiques pour l’art de l’ingénieur ; question d’autant plus brûlante que ces années sont marquées par des programmes routiers de grande ampleur. L’auteur détaille, ensuite, les expériences « grandeur nature » menées en province indépendamment par l’ingénieur des ponts Dupuit et par l’artilleur Morin sur le frottement de roulement, et présente les résultats divergents auxquels sont parvenus les deux expérimentateurs. Alors que Morin obtient les moyens de poursuivre ses expériences et Dupuit l’autorisation du corps des ponts et chaussées d’effectuer de nouvelles recherches, la scène scientifique devient parisienne et placée sous le contrôle de l’Académie des sciences et d’une commission des ponts et chaussées, sollicitées par les deux rivaux. Puis l’auteur s’intéresse à la « mise en texte » du travail expérimental (rapports, essais, articles) et à ce qu’il désigne après Steven Shapin sous le vocable de « technologies littéraires », caractérisant les moyens d’exposition des résultats obtenus par la voie expérimentale. L’auteur conclut sur le caractère éminemment pratique des préoccupations des deux polytechniciens, désireux d’informer les pratiques d’un État qui se veut de plus en plus rationnel, et sur le couplage, ici direct, entre « science fondamentale » et action, pour finalement s’interroger sur la subjectivité du savant engagé dans la controverse scientifique.

17Claudine Fontanon (EHESS/Centre Alexandre Koyré) s’est intéressée aux expériences d’hydrodynamique effectuées par l’ingénieur de l’artillerie Arthur Morin dans le cadre de la commission dite « des principes du tir » crée en 1833 par le ministère de la Guerre. Bien qu’il s’agisse pour cette commission de réfléchir à l’amélioration de la formation des élèves des écoles d’artillerie, Arthur Morin et deux ingénieurs qui lui sont associés, Guillaume Piobert et Isidore Didion, décident d’élargir le programme de recherches militaires qui leur est soumis aux questions fondamentales, et non résolues à l’époque, de la résistance des différents milieux, notamment l’air et l’eau, à la pénétration des projectiles. Après avoir situé les trois acteurs de la commission des principes du tir par le biais de courtes biographies, l’auteur évoque les circonstances qui ont amené Arthur Morin à effectuer des séries d’expériences « en plein air » entre 1836 et 1841 sur la résistance de l’eau à l’avancement des corps immergés aux petites et grandes vitesses, puis semi-immergés, enfin à l’avancement des corps flottants. Il s’agit pour l’expérimentateur de préciser expérimentalement les coefficients de la loi de la résistance de l’eau à l’avancement des corps donnée par Newton aux différentes vitesses. Les expériences concernant les corps flottants entreprises à Metz et poursuivies dans les environs de Paris, sur le canal de l’Ourcq puis sur le canal Saint-Denis, sont conduites avec le souci constant des applications possibles dans le champ économique : notamment l’amélioration des formes des bateaux destinés à la navigation fluviale, en plein essor au cours des années 1830.

18Georges Ribeill (LATTS) propose d’analyser les raisons pour lesquelles les essais et mesures « grandeur nature » ont progressivement pris le relais des approches théoriques « en chambre » et de la modélisation dans la conception et l’exploitation des chemins de fer. L’auteur insiste sur le fait qu’au xix^e siècle les chemins de fer ont constitué pour les ingénieurs un objet propice à la modélisation cinématique ou mécanique, en dépit des caractéristiques d’un système soumis à des perturbations d’origine environnementale, technique ou humaine. Il rappelle les principales directions de ces premières recherches ferroviaires – géométrie de la voie, résistance des trains à la traction –, tout en insistant sur les limites de cette modélisation sur les questions du déraillement et de la stabilité rail/roue. Les ingénieurs ferroviaires sont alors incités à mettre en œuvre dès la fin du xix^e siècle des recherches expérimentales « grandeur nature » : dans un premier temps sur des circuits d’essais spéciaux, puis avec des trains expérimentaux circulant sur des voies ordinaires pour des essais de vitesse notamment, avec par exemple les « rodéos ferroviaires » entre Montereau et Sens, où la vitesse de 144 km/heure, éphémère record de vitesse en 1890, est atteinte. L’auteur aborde ensuite la question de « l’équation des freins » imposée aux réseaux français en 1901. On assiste alors à une inflation des systèmes de freins continus automatiques testés sur chaque réseau jusqu’à la conférence internationale pour l’unité technique à Berne en 1907. Il en ressortira, en 1909, la rédaction d’un protocole expérimental applicable à tous les réseaux : en France le frein Westinghouse fut mis à l’essai par le PLM en 1912 ; en Allemagne, c’est le système Kunze-Knorr. Mais aucune normalisation n’aboutit avant la Première guerre mondiale. L’auteur conclut pour le XX^e siècle à la tendance des ingénieurs de continuer à recourir aux modèles et aux pratiques de modélisation malgré les progrès liés aux essais. Il certifie toutefois que bon nombre de progrès dans la connaissance ferroviaire résultent de méthodes de mesure « embarquées » considérablement améliorées.

19Jean-Louis Bordes, historien et ingénieur des arts et manufactures, propose une étude sur la longue durée de la méthode expérimentale appliquée à l’auscultation et à la surveillance des barrages, les sites de ces ouvrages constituant selon lui un objet permanent d’essai « en vrai grandeur ». Il se propose de retracer l’histoire des appareils d’auscultation mis en œuvre au cours de procédures de plus en plus rigoureuse de surveillance de ces ouvrages d’art, exceptionnels par leurs dimensions et leur durée, en liaison avec l’évolution des techniques de construction. On peut retenir comme exemples les fissuromètres et les inclinomètres, utilisés aux États-Unis dans les années 1920 pour étudier le comportement mécanique des barrages-voûtes, ou encore le capteur à corde vibrante de l’ingénieur André Coyne conçu en 1931. L’auteur insiste sur le fait que ce sont les ingénieurs du génie civil qui ont été amenés à concevoir et construire ces instruments dans leurs tentatives de comprendre le comportement de ces grands ouvrages et d’en assurer la sécurité. Mieux, auscultation et surveillance des barrages deviendraient en France des outils de gestion du patrimoine de l’infrastructure du pays.

20Benoît Lelong (LATTS, université de Paris-Est) propose d’étudier les formes de coopération entre savants, expérimentateurs et militaires à propos des appareils ultrasonores, de la Grande Guerre à la fin des années 1920. En confrontant plusieurs technologies et configurations nationales, les marines française et anglaise, l’auteur entend montrer le caractère local et négocié des formes de coordination entre laboratoires et essais en mer. A travers l’exemple du laboratoire du Centre d’études de Toulon, Benoît Lelong met en évidence les difficultés pour les chercheurs et inventeurs, d’une part, les officiers ou ingénieurs militaires, de l’autre, à travailler ensemble. Il s’intéresse particulièrement à la mobilisation scientifique de 1915-1918 en France, notamment à travers les recherches réalisées par le physicien Paul Langevin, en association avec l’inventeur russe Constantin Chilowski, sur la détection sous marine par ultrasons, travaux effectués sans problèmes d’accès aux lieux de mise à l’épreuve de ces technologie, du laboratoire à l’essai en mer. L’auteur introduit ensuite une comparaison avec la mobilisation scientifique en Angleterre, où les travaux sont menés par de multiples groupes exploitant des expertises locales. Il s’intéresse enfin à la diversification en France des formes de l’innovation suite à la réorganisation de 1921, les modalités de coordination adoptées devenant très variables selon les technologies développées dans le domaine du sondage – sondeurs ultra sonores, matériels d’écoute, microphones électromagnétiques –, et la configuration d’acteurs en présence. Il recourt de nouveau à une comparaison avec l’Angleterre, en insistant sur l’importance stratégique de la détection sous-marine (les « asdics » ou sonars anglais), pour laquelle la lutte contre les sous-marins revêt une importance politique, l’Asdic Group représentant, selon l’auteur, une forme de vie scientifique sans équivalent en France, dans la mesure où elle intègre dans un même régime de pratiques des activités dispersées en France (des expériences de laboratoire aux essais en mer).

21Tout en invitant le lecteur à découvrir par lui-même la teneur de chaque texte et à construire ses propres vues synthétiques, soulignons de notre part la place décisive qu’occupent les ingénieurs dans ce type d’expérimentation en plein air ou en vraie grandeur, qui allie production de connaissances relevant souvent de « sciences fondamentales » et utilité pratique. Notons aussi les difficultés particulières que pose ce type d’expérimentation, à cause de multiples aléas qui interviennent lors du déroulement de l’expérience, qui ne bénéficie pas des mûrs protecteurs du laboratoire. Rien d’étonnant alors à ce que les résultats obtenus à l’occasion de ce genre d’expérimentation soient souvent difficilement reproductibles et comparables entre eux, affectés qu’ils sont par les conditions locales dans lesquelles se sont déroulées les expériences qui leur ont donné naissance.