La théorie physique, son objet et sa structure

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Pierre Duhem

Chronologie : Vie, regards
sur ses œuvres, éléments sur sa pensée

 

1861 : Pierre
Duhem naît à Paris d’un père commerçant ;
sa mère, très croyante, issue d’un milieu bourgeois, exercera une influence sur
sa pensée religieuse. Un grand-oncle humaniste, ancien professeur au Collège royal
d’Angers, infléchira également sa vocation. Pierre Duhem étudie au collège Stanislas à Paris où il
s’oriente vers les sciences, même
s’il montre aussi du goût pour l’histoire.
Jules Moutier, professeur de physique qui eut l’idée, semble-t-il en premier,
d’appliquer les théorèmes de la thermodynamique à la dissociation chimique, a
sur lui une influence décisive. Ombrageux,
frondeur, Pierre Duhem n’emploie pas à se faire des amis la gloire que ses résultats brillants lui confèrent, préférant
brosser des caricatures de ses professeurs. Il montre également un grand
intérêt pour l’histoire naturelle, et
s’appliquera notamment à reproduire fidèlement divers organismes vivants pour
des planches d’observations.

1882 : Pierre
Duhem est reçu major au concours d’entrée de l’École normale supérieure. Il continue de s’y distinguer et propose
dès 1884 une thèse sur le potentiel
thermodynamique
, cependant refusée par le jury. Elle est publiée en 1886 sous le titre Le Potentiel thermodynamique.
La pensée de l’auteur apparaît inspirée du physico-chimiste américain Willard Gibbs (1839-1903), du physicien Hermann
von Helmholtz (1821-1894), dont il
développera la théorie électromagnétique (en opposition à celle de Maxwell,
qu’il jugera contradictoire), et du mathématicien et physicien français François Massieu (1821-1896). Duhem y
traite des propriétés des solutions – il y donne notamment l’équation
Gibbs-Duhem –, de l’équilibre des phases liquides et gazeuses et des
dissociations, mêlant problèmes de
physique et de chimie
. Il devient ainsi un des fondateurs de la chimie
physique moderne
, proposant d’appliquer le potentiel thermodynamique aux
domaines de la statique et de la dynamique chimique, au lieu de confiner les
phénomènes chimiques à la mécanique. De manière générale Duhem s’est opposé aux conceptions atomistes comme celles de Boltzmann, de même qu’il se
montrera opposé à la relativité restreinte. Son projet sera donc de fonder une énergétique ou thermodynamique générale capable
d’embrasser les thèses de la physique et de la chimie. Il sera notamment un pionnier de l’étude de la thermodynamique des processus irréversibles. Cependant,
ses travaux en thermodynamique intéresseront, d’abord et surtout, et du moins
en France, les mathématiciens.

1887 : Il
devient maître de conférences à
l’université de Lille tout en
continuant en parallèle ses recherches et de publier nombre de travaux. L’année
suivante il soutient une thèse en mathématiques sur la théorie du magnétisme. Suite à une
grave altercation avec le doyen de la faculté, il quitte l’université de Lille
en 1893 et rejoindra définitivement celle de Bordeaux l’année suivante, à la chaire de physique théorique. Du fait des diverses inimités qu’ils
se crée, il n’obtiendra jamais le poste qu’il appelait de ses vœux à Paris.

1896 : Exemple
parmi d’autres de ses recherches, Duhem élabore cette année-là une théorie distinguant équilibres apparents
et équilibres réels, dite des faux
équilibres
, qui le mène à étudier plus en profondeur les équilibres
métastables. En 1898, il prouve et étend la règle des phases de Gibbs.

1903-1906 :
Les Recherches
sur l’hydrodynamique
(1903-1904)
comme les Recherches sur l’élasticité signalent les domaines où Duhem a
tenté de trouver des prolongements à ses recherches en thermodynamique, en
étudiant par exemple la propagation des ondes dans des liquides visqueux,
compressibles et conducteurs de la chaleur, ce qui le mène à suggérer la notion
de « quasi-ondes », qui
sera reprise cinquante ans après sa mort. Son ouvrage majeur,
La Théorie physique. Son objet et sa structure, paraît en 1906. Duhem y
expose sa philosophie des sciences,
qu’il a surtout développée à partir de 1893, imprégnée de ses propres
recherches et de ses thèses. Il présente le dessein de la théorie physique comme l’élaboration d’un système abstrait où se retrouveraient simplement classées, et non expliquées les lois
expérimentales
. La physique se situe pour lui seulement du côté des apparences sensibles, de la représentation, et la métaphysique se
voit donc réservée la question de la réalité matérielle. Dans le chapitre
« Physique de croyant » notamment, l’on comprend que cette distinction
a aussi pour but de préserver la
métaphysique
, selon un « positivisme
catholique 
» admettant par exemple les thèses métaphysiques de Thomas
d’Aquin. Duhem n’est pas pour autant simplement positiviste, conventionnaliste
ou instrumentaliste, dans le sens où lui pense qu’au gré de son
perfectionnement, la théorie physique atteint à une « classification naturelle » se faisant l’écho d’un ordre ontologique. Son constat que
l’expérience de physique, plus qu’une observation, est aussi l’interprétation
théorique du phénomène qu’elle observe – ce qui équivaut à dire que les faits
et les hypothèses ne sont jamais isolés –, mène Duhem à formuler une de ses
thèses principales, selon laquelle « une expérience de physique ne peut jamais
condamner une hypothèse isolée
, mais seulement tout un ensemble
théorique ». Duhem s’oppose
donc au concept d’experimentum crucis (expérience cruciale), de même qu’à l’induction, des erreurs d’interprétation pouvant être commises dans
le mouvement allant des faits de l’expérience vers la théorie via l’approche
toujours imparfaite d’une loi numérique. La vérification expérimentale vient selon
lui couronner une théorie mais ne la fonde pas, et cette théorie n’est jamais qu’une convention
commode
, qui repose sur le bon sens
lorsqu’il s’agit de la circonscrire en abandonnant certaines hypothèses. Le
philosophe des sciences qu’est Duhem se prolonge en historien des sciences lorsqu’il observe ces retouches continuelles des
théories
au fil de l’histoire, qui traduisent à ses yeux les progrès vers cette « classification naturelle » en
laquelle il croit. Les travaux du philosophe et de l’historien sont donc
étroitement liés.

1911 : Le Traité
d’énergétique
constitue une tentative d’unifier sciences physiques et chimiques sous une thermodynamique généralisée, à laquelle
l’électromagnétisme reste cependant rebelle. Fervent critique des conceptions
atomistes et mécanistes, Pierre Duhem s’abstient consciencieusement tout au
long de l’ouvrage d’employer ces notions d’« atome » et de
« molécule » qu’il rejette.

1913 : En
raison de son caractère et de ses idées extrêmes, Pierre Duhem ne devient membre titulaire (non résident) de l’Académie des sciences que trois ans
avant sa mort, après en être devenu membre correspondant en 1900. Cette
année-là finissent de paraître ses Études sur Léonard de Vinci, exemple
de ses travaux d’historien des sciences, comme son Système du monde
(1913-1917 pour les cinq premiers volumes, 1954-1959 pour les cinq derniers).
En tant que tel Duhem s’oppose aux thèses considérant l’Église comme une
puissance obscurantiste qui aurait entravé les progrès de la science, en
montrant que les savants de la Renaissance et des siècles suivants, vus comme
les représentants d’un renouvellement des sciences (Léonard de Vinci, Copernic,
Galilée, Kepler) poursuivent et reprennent en réalité des travaux entamés dès
le XIIIe siècle – et Duhem d’appuyer le rôle de Jean Buridan (1292-1363),
de son disciple Albert de Saxe (≈ 1316-1390) et du polymathe
Nicolas Oresme (≈ 1321-1382). En 1908 dans Sauver les apparences. Sur la notion de
théorie physique de Platon à Galilée
, le philosophe et l’historien se
rejoignent à nouveau puisque Duhem montre comment Kepler et Galilée croyaient
s’inscrire à la suite d’Aristote en pensant expliquer les phénomènes, alors
qu’ils annonçaient le projet plus modeste de l’ordre de la représentation que
constituent les théories de Newton. Dans tous ses travaux d’historien des
sciences (Le Mixte, 1902 ; L’Évolution de la mécanique,
1903 ; Les Origines de la statique, 1905-1906), Duhem s’attache à
observer le progrès des théories physiques vers des classifications
naturelles
, qu’entrave selon lui tout modèle explicatif.

1916 : Pierre Duhem meurt à
cinquante-cinq ans lors de vacances
à
Cabrespine près de Carcassonne (Aude). Son œuvre se déploie dans vingt-deux
ouvrages, quarante-cinq volumes et quatre cents articles. Monarchiste, catholique conservateur, antisémite et antidreyfusard,
il se distinguait par son intransigeance
et ses idées marginales au sein du
milieu universitaire. Les inimitiés qu’elles lui valurent en France ont retardé
la reconnaissance de son œuvre en physique et en chimie, qui eut lieu plus
précocement à l’étranger.

 

 

« Malgré cette
conviction, que le physicien est impuissant à justifier, il est non moins
impuissant à y soustraire sa raison. Il a beau se pénétrer de cette idée que
ses théories n’ont aucun pouvoir pour saisir la réalité, qu’elles servent
uniquement à donner des lois expérimentales une représentation résumée et
classée ; il ne peut se forcer à croire qu’un système capable d’ordonner
si simplement et si aisément un nombre immense de lois, de prime abord si disparates,
soit un système purement artificiel ; par une intuition où Pascal eût
reconnu une de ces raisons du cœur que
la raison ne connaît pas, il affirme sa foi en un ordre réel dont ses
théories sont une image, de jour en jour plus claire et plus fidèle. »

 

Pierre Duhem, La Théorie physique, 1906

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