Histoire du son

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Marc Louwers

Avant-propos

J’ai exercé le métier d’acousticien pendant quarante ans. Il m’a donné les moyens de vivre décemment, d’élever une famille, de rencontrer des personnes d’horizons très différents et de réaliser des choses intéressantes.

Qu’est-ce que l’acoustique ? Le Petit Robert nous dit : « Partie de la physique (en relation avec la physiologie, la psychologie et la musique) qui traite des sons et des ondes sonores. »

C’est une bonne définition et les termes entre parenthèses sont là bien à propos. L’acousticien doit avoir des notions de physique, car il doit comprendre comment les sons sont générés et comment ils se propagent. Mais cela ne lui suffit pas pour bien faire son métier. Il doit aussi comprendre comment fonctionne l’ouïe en relation avec le cerveau ; on touche là à la physiologie et à la psychologie. L’être humain est doté du langage pour communiquer. La tâche de l’acousticien est de favoriser cette communication et il doit donc comprendre comment la parole et le langage sont générés et comment ils se propagent ; on touche là à la linguistique. Et enfin, il faut avoir des notions de musique, source d’émotions chez l’être humain.

L’acousticien est donc bien à la croisée de plusieurs chemins qui vont de la physique à la psychologie en passant par la linguistique, la musique et la physiologie. À l’aube d’une nouvelle vie, j’ai choisi de me pencher sur l’histoire du son, ce que je n’avais pas vraiment eu le temps de faire au cours de ma vie précédente, dite « active ». Comment aborder cet aspect historique, moi qui ne suis pas historien et qui n’ai d’autre outil à ma disposition que ma curiosité ?

Il me semblait nécessaire de citer quelques étapes importantes des différentes disciplines en relation avec le son, la parole, le langage, le chant ou la musique.

Les historiens des sciences traitent fort peu du son, peut-être justement à cause de la multiplicité des aspects de cette science, de cet art, diront certains. Dans l’Histoire générale des sciences de René Taton seule une dizaine de pages sur plus de 3 000 sont consacrées à l’acoustique. L’apparition de l’électricité au XIXe siècle provoqua une révolution dans le domaine de l’acoustique ; Alexandre Koyré ne nous en parle pas dans ses écrits sur les révolutions en sciences. Dans le magnifique livre Éléments d’histoire des sciences, ouvrage collectif codirigé par Michel Serres, pas un mot non plus.

Finalement, seuls les acousticiens ont raconté l’histoire de leur métier. Citons le très complet Petite Histoire de l’acoustique de mon confrère français René Liénard. François Baskevitch, qui a la double casquette d’acousticien et d’historien, a écrit de nombreux textes sur l’histoire des sons, depuis l’Antiquité grecque jusqu’à la Révolution française.

Frederick Victor Hunt, acousticien américain, avait commencé à écrire un ouvrage historique sur le sujet. Il est décédé avant d’avoir pu terminer son projet et seule la première partie, Origins in Acoustics, qui s’arrête à Newton, a été publiée en 1978, après sa mort. Citons encore deux textes anglo-saxons anciens : Anecdotal History of the Science of Sound to the Beginning of the 20th Century de Clarence Dayton Miller (1935) et l’introduction historique à la deuxième édition de l’ouvrage The Theory of Sound de John William Strutt Rayleigh (1949), rédigée par Robert Bruce Lindsay.

Comment structurer cet ouvrage ? En chapitres, chacun portant sur un sujet précis, comme dans l’ouvrage de René Liénard ? Robert Bruce Lindsay examine le chemin du son : source-propagation-récepteur. J’ai finalement choisi la chronologie, en mêlant les différents sujets mais en les organisant en chapitres, qui peuvent être lus séparément mais forment néanmoins un tout. Comment traiter chaque sujet, comme la physique des sons, la musique ou la linguistique pour lesquelles quantité d’ouvrages de référence ont été rédigés ? J’ai choisi quelques thèmes précis portant sur des moments déterminés. Ils forment 100 moments qui s’échelonnent sur l’histoire de l’humanité depuis les temps les plus anciens jusqu’à aujourd’hui.

Dans plusieurs religions, le chant, la parole et la musique sont donnés à l’homme par Dieu. L’hindouisme possède Sarasvatî, la déesse de la musique, et Vác, celle de la parole. La gamme chinoise a été inventée à l’époque du premier empereur légendaire chinois, Huangdi, il y a plus de 4 500 ans. Les archéologues ont trouvé la trace écrite d’une chanson au Moyen-Orient, chez les Hittites, ancienne de plus de 3 000 ans. Viracocha, le dieu des Amérindiens, donne la parole et le chant à l’homme. Et c’est au Pérou, avec la civilisation de Chavín, que l’on trouve peut-être la première trace d’acoustique architecturale. Dans les religions chrétiennes, il faut attendre la cinquième génération d’enfants d’Adam et Eve pour découvrir Yubal, « l’ancêtre de tous ceux qui jouent de la lyre et du chalumeau », et c’est après le Déluge que Dieu donne un langage unique à tous les humains.

Nos grottes préhistoriques occidentales possèdent des marquages de zones acoustiques particulières, de silence ou de résonance, au même titre que des scènes de chasse ou de guerre.

Ce sont les philosophes grecs qui développent réellement la philosophie et la science du son et du langage dans notre monde occidental. La théogonie grecque nous offre Euterpe, muse de la musique, Erato, celle de la poésie, et Melpomène, celle du chant. Notre théorie musicale remonte à Pythagore, sans doute inspirée par des voyages de ce dernier en Phénicie, où elle existe déjà. Les philosophes grecs atomistes, platoniciens, aristotéliciens et stoïciens apportent tous leur contribution à une science du son encore balbutiante. Les Romains Cicéron et Quintilien portent haut l’art du discours.

Le catholicisme met à mal l’avancée des philosophies et des sciences. Justinien ferme les académies grecques en 529 et la plupart des savants et philosophes émigrent en Perse ou au Moyen-Orient. Les sciences et philosophies grecques y sont enrichies par les connaissances arabes, perses et hindoues. Elles nous reviennent avec les invasions par l’Afrique du Nord et l’Espagne à partir du VIIIe siècle.

Le Moyen Âge se caractérise par l’emprise des religions sur la science occidentale, que ce soit le catholicisme en Europe ou l’islam au Moyen-Orient. L’enseignement y est dominé par les religions et donc les savants ont beaucoup de mal à s’affranchir de la tutelle de Dieu. Pendant près de mille ans, les moines se demandent comment rendre compatibles les sciences (et dans le mot « science », j’englobe la philosophie) avec les « vérités » révélées par Dieu. Il est symptomatique que les premiers savants européens qui s’extraient de ce joug soient les Anglais, la religion chrétienne anglicane ayant été la première à manifester son indépendante vis-à-vis de la papauté. Les expérimentateurs anglais Robert Boyle, Robert Hooke et Francis Bacon apporteront des contributions importantes au développement de la science du son.

Le XVIIe siècle est très riche pour la science acoustique. Galilée et Newton y montrent leur génie, même si leurs découvertes acoustiques sont une goutte d’eau par rapport au reste de leurs apports scientifiques. Les savants jésuites italiens de la Renaissance portent à leur apogée l’acoustique géométrique, tout à fait compatible avec la doctrine chrétienne. Des avancées sont encore apportées à l’acoustique en France avec Joseph Sauveur et Marin Mersenne. Claude Perrault rédige le premier « traité sur le bruit » en 1680.

Le XVIIIe siècle est plus le siècle des « lumières » que celui des sons, au sens figuré, mais aussi au sens propre avec la théorie ondulatoire de la lumière de Christiaan Huygens, qui peut néanmoins aussi s’appliquer au son.

Les premières découvertes physiologiques relatives au son apparaissent à la fin du XVIIIe et au début du XIXe siècle avec Lazzaro Spallanzani, René Laennec, Alfonso Corti et Manuel Garcia. On découvre les centres du langage dans notre cerveau avec le Français Paul Broca et l’Allemand Carl Wernicke au milieu du XIXe siècle.

La première moitié du XIXe siècle est marquée par le développement des théories mathématiques et plusieurs savants développent les premières théories physiques du son, toujours valables aujourd’hui. Le magnifique ouvrage The Theory of Sound de l’Anglais John William Strutt, devenu Lord Rayleigh par anoblissement, paraît en 1878. Cet ouvrage est toujours une référence en matière de théorie acoustique, comme les multiples ouvrages relatifs au son de l’acousticien allemand Hermann von Helmholtz.

Le XIXe siècle marque aussi le début de la linguistique et des études de nos langues indo-européennes.

Le développement de l’électricité au milieu du XIXe siècle permet l’apparition des appareils acoustiques que nous utilisons tous encore aujourd’hui, sous des formes bien sûr plus élaborées : le téléphone, les appareils d’enregistrement et de diffusion sonore, même si les premiers phonographes et gramophones sont purement mécaniques et fonctionnent sans électricité.

La seconde moitié du XIXe siècle marque l’apogée des ingénieurs plutôt que des scientifiques de l’acoustique. Le capitalisme américain crée et impose les brevets à l’échelle mondiale et confisque beaucoup de découvertes européennes, comme le téléphone de l’Italien Antonio Meucci et le phonographe du Français Charles Cros.

La linguistique moderne et la physiologie relative au son naissent au XXe siècle avec le linguiste suisse Ferdinand de Saussure et l’école slave de linguistique décimée par la montée du communisme, du fascisme et de l’antisémitisme, qui pousseront nombre de savants à émigrer aux États-Unis. Le XXe siècle voit le développement de l’acoustique comme science de l’ingénieur, que ce soit en acoustique architecturale, industrielle ou environnementale.

La science du son possède deux prix Nobel : l’Italien Guglielmo Marconi et l’Allemand Karl Ferdinand Braun reçoivent le prix Nobel de physique en 1909 pour le développement de la radiodiffusion ; le Hongrois Georg von Békésy celui de médecine en 1961 pour ses découvertes sur le fonctionnement de l’oreille interne.

Le développement des neurosciences au XXIe siècle est un moteur essentiel pour le développement de nos connaissances sur le cerveau, que ce soit pour le fonctionnement de l’ouïe ou du langage. Nous ne savons toujours pas aujourd’hui pourquoi et comment nous apprécions telle ou telle musique ni ce qui génère nos émotions sonores.

Enfin, la dernière expédition spatiale martienne ouvre de nouvelles perspectives aux mesures sonores dans l’espace avec la découverte expérimentale de la vitesse du son très étonnante mesurée dans l’atmosphère de la planète Mars.

J’exprime un regret au moment de mettre la dernière main à cette recherche historique sur l’acoustique, celui de la grande difficulté d’accéder aux connaissances de l’Extrême-Orient asiatique et surtout indien et chinois, car les événements ou moments rapportés dans cet ouvrage sont essentiellement ceux de notre culture occidentale. J’ai du mal à imaginer que des découvertes acoustiques importantes n’aient pas été faites par les magnifiques civilisations indiennes, japonaises, coréennes ou chinoises, très absentes des 100 moments rassemblés dans cet ouvrage.

-30 000 Le marquage sonore des grottes préhistoriques

Il y a environ 40 000 ans, de nombreuses innovations apparaissent parmi les premières sociétés humaines. Celles-ci vont de pair avec des créations artistiques, notamment les peintures rupestres (art pariétal) et la production d’instruments de musique.

Il existe des preuves considérables de l’importance du son dans la Préhistoire et des chercheurs ont suggéré des liens entre certaines peintures des grottes et la création sonore ou musicale.

Instruments de musique préhistoriques

Les fouilles archéologiques entreprises dans le voisinage ou dans les grottes préhistoriques ont mis au jour de multiples instruments de musique.

De nombreuses flûtes datant de plus de 20 000 ans taillées dans des os d’animaux (rennes, rapaces…) ou en ivoire de défense de mammouth ont été découvertes, comme sur les sites de Hohle Fels, Vogelherd et Geissenklösterle en Allemagne ou dans la grotte d’Isturitz en France. La plus ancienne flûte connue à ce jour est un os découvert dans la grotte de Divje Babe en Slovénie, taillé et percé dans un fémur de jeune ours. Elle est datée de 40 000 ans à peu près ; l’espace entre les trous et leur diamètre permettent une position aisée des doigts. Ces différentes flûtes datent le plus souvent de la période d’Homo Sapiens, mais aussi du Néandertal pour le site slovène.

D’autres instruments tels que des racleurs en os, des sifflets, des rombes ou des lithophones ont été aussi découverts en de nombreux endroits. On pense aujourd’hui que la conque de la grotte de Marsoulas en France découverte en 1931 et datant de 18 000 ans, travaillée de l’intérieur et percée en sa pointe, serait un instrument de musique plutôt qu’un réservoir à eau comme on l’a longtemps cru. Il est probable que d’autres instruments de musique existaient en matériaux organiques et donc périssables, comme des tambours ou d’autres instruments en bois.

Spécificités acoustiques des grottes préhistoriques

Les premiers êtres humains ont réalisé des instruments de musique, mais il est probable qu’ils aient aussi tenu compte des caractéristiques acoustiques des grottes pour leurs cultes et rituels.

Les grottes préhistoriques présentent certaines caractéristiques acoustiques spécifiques : de grands volumes avec une réverbération très longue en raison des parois de pierre réfléchissant le son. Lorsque l’on parle ou émet un son dans ces grands volumes, l’acoustique est telle qu’elle peut renforcer l’ambiance que l’on souhaite donner à une cérémonie rituelle ; des galeries reliant ces grands volumes où existent des zones avec amplification des sons et des zones avec absence de réverbération.

Ces phénomènes sont analogues aux « ventres » et « nœuds » des ondes sonores présents dans les conduits ou dans les cordes vibrantes, par exemple ; la présence de stalactites ou de colonnes pleines ou creuses qui peuvent jouer le même rôle musical que nos tuyaux d’orgue si on les frappe avec la main ou tout outil de type baguette ; des petites niches qui jouent le rôle de résonateurs acoustiques comme en utiliseront les Grecs dans leurs théâtres ainsi que les acousticiens contemporains dans la correction des grands volumes.

Lors d’un voyage récent en Andalousie, j’ai pu visiter la très belle Cueva de la Pileta, près de Ronda. Outre les décorations rupestres, le guide (qui est aussi le petit-fils du découvreur de la grotte voici un siècle) nous a montré l’« orgue » de la grotte constitué de colonnes de calcaire creuses et qui émettent chacune un son différent lorsqu’on les frappe avec la paume de la main. Les notes de ces sons sont bien sûr fonction du diamètre de la colonne et du volume intérieur de celle-ci. Au pied de cet orgue, une très grosse pierre (de plusieurs dizaines, voire de centaines de kilos) semble avoir été posée là par l’homme. Lorsque l’on frappe cette pierre avec le pied, on entend la résonance d’un volume sous celle-ci.

Nous sommes en présence clairement de ce que l’on peut qualifier de « lithophones » : lithophone naturel pour les colonnes de calcaire creuses de la grotte (l’orgue) ; peut-être créé par l’homme pour la grande pierre au sol. On peut se demander si cet aménagement n’a pas été réalisé dans le but de créer cet effet acoustique...

Décorations à caractère acoustique des grottes préhistoriques

Dans son magnifique ouvrage L’Art de la Préhistoire, André Leroi-Gourhan nous disait déjà au milieu du siècle passé que les superbes décorations des grottes préhistoriques n’avaient pas uniquement un rôle esthétique, mais portaient des significations funéraires, rituelles et religieuses et que les signes (lignes ou pointillés) constituaient les prémices d’une écriture semblable par exemple aux hiéroglyphes égyptiens. On n’a toujours pas déchiffré aujourd’hui la pierre de rosette paléolithique de ces signes multiples.

L’acoustique est restée absente des études archéologiques jusqu’à la fin du XXe siècle. Aujourd’hui, les savants sont d’accord pour affirmer qu’il y a souvent un lien entre acoustique et signification de ces décorations. Dans un article du bulletin de la Société préhistorique française d’archéologie paru en 1982, Iégor Reznikoff et Michel Dauvois montrent qu’il existe une correspondance presque parfaite entre la présence d’ornementations dans deux galeries de la grotte du Portel en France et les zones à renforcement acoustique de la grotte. Des traces de percussions ont aussi été découvertes sur des stalactites « sonores » de la grotte du Portel. Les auteurs ont pu montrer la présence de signes (points rouges) à l’oreille à proximité de lieux à caractéristiques sonores particulières.

Ma rapide visite guidée de la grotte de la Pileta ne m’a pas permis d’approfondir la correspondance entre acoustique et décoration de la grotte, mais cela mériterait clairement d’être fait.

Depuis le début du XXIe siècle, l’acoustique prend sa place dans les études archéologiques et de nombreuses grottes ont fait l’objet d’études de la correspondance entre résonance acoustique et marquages. On peut aujourd’hui affirmer que le marquage sonore faisait partie de la décoration des grottes du Paléolithique. Les zones à forte résonance acoustique sont souvent l’objet de décorations ou de marques et inversement, certaines marques correspondent à des zones à fortes particularités sonores et ne peuvent s’expliquer que par des raisons acoustiques.

Les effets acoustiques des grottes préhistoriques ont sans doute impressionné les hommes qui les ont occupées. Les rites préhistoriques faisaient certainement l’objet de chants, de messages vocaux, voire de musique. Les hommes du Paléolithique ont associé ces lieux de rituels et de cultes aux propriétés acoustiques qu’ils présentaient et ont sans doute repéré ces zones par des signalisations colorées. Ceci leur permettait d’adapter les cultes et rituels aux zones à fort effet acoustique, qu’ils ont peut-être parfois pu amplifier ou aménager comme ils l’ont fait dans certains sites remarquables, comme Stonehenge, par exemple.

Le son, l’acoustique, la musique et probablement le chant font certainement partie du quotidien de nos ancêtres depuis plusieurs dizaines de milliers d’années.

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-2697 Ling Lun crée les douze lüs en écoutant le chant du phénix

Houangdi (l’empereur jaune) est le premier des cinq empereurs mythiques chinois. Il aurait régné pendant cent ans, de 2697 à 2597 avant Jésus-Christ, selon la légende. Il est considéré comme le père de la civilisation chinoise.

Selon la tradition chinoise, lui-même, sa famille et ses ministres sont les auteurs de nombreuses inventions, comme l’acupuncture, les arts martiaux, l’écriture ou l’élevage du ver à soie.

Création des douze lüs

Dès son accession au pouvoir, Houangdi envoya un savant, Ling Lun, dans l’ouest de la Chine, au-delà des monts Koumloun, au pays des Bactriens, avec pour mission de créer la musique chinoise.

Dans les forêts lointaines de la vallée de Hie-ki, Ling Lun tomba en admiration devant le chant du fenghuang, ou phénix chinois, le plus doux et le plus sage des oiseaux, celui qui règne sur tous les autres. Dans la tradition chinoise, le fenghuang représente l’impératrice. Il est le symbole de la féminité et est souvent associé au dragon, qui représente l’empereur et la masculinité. Ceci est l’une des nombreuses illustrations des célèbres yin et yang chinois.

Pour perpétuer ce chant, Ling Lun tailla et perça des branches de bambou accordées aux différents sons du fenghuang. À partir du plus beau son, il créa une flûte de bambou reproduisant la note qui deviendrait le son fondamental de la musique chinoise, le houang chong (cloche jaune), proche de notre fa occidental.

Il tailla ensuite d’autres branches de bambou selon une succession de quintes : la deuxième branche un tiers plus courte que la première ; la troisième un tiers plus courte que la deuxième, soit d’une longueur égale aux 4/9 (2/3 x 2/3) de la première ; la quatrième un tiers plus courte que la troisième, soit 8/27 (4/9 x 2/3) de la première ; la cinquième un tiers plus courte que la quatrième, soit 16/27 de la première ; et ainsi de suite.

Ling Lun s’arrêta à la douzième branche, car la treizième avait un son très proche du ton initial, le houang chong, mais une octave plus haut. Selon la tradition chinoise, il créa ainsi les douze lüs (lü veut dire « mesure » en chinois). Lors de son retour, Houangdi écouta et admira l’harmonie des douze sons et il fit couler des cloches aux sons des douze lüs. Il existe en Asie une tradition de la cloche très ancienne.

Les cinq premiers lüs sont les notes fondamentales chinoises et portent un nom qui indiquent leur fonction : la première s’appelle le « palais » (kong) et représente le prince ; la deuxième s’appelle la « délibération » (chang) et représente le ministre ; la troisième s’appelle la « corne » (kiao) et représente le peuple ; la quatrième s’appelle la « manifestation » (tché) et représente les affaires ; la cinquième s’appelle les « ailes » (yu) et représente les objets.

Ces cinq premiers lüs sont proches de nos notes fa, sol, la, do, ré. C’est la première gamme pentatonique. Par une succession de quintes, Ling Lun aurait ainsi créé une gamme de notes similaire à celle que nous connaissons en Occident depuis Pythagore (580-490 av. J.-C.), mais deux mille ans auparavant.

En imitant le son de l’oiseau, Ling Lun rendit aussi possible la création d’une musique correctement conçue pour s’harmoniser avec l’univers. Il est évident que les douze lüs font aussi référence aux douze cycles de la lune et aux douze signes du zodiaque chinois, comme le signalait déjà le missionnaire Joseph-Marie Amiot (1718-1793) dans son ouvrage paru à sa mort en 1793, au retour d’un voyage de plusieurs années en Chine.

L’étude de la musique chinoise et de ses instruments a de tout temps suscité de nombreuses publications. Ainsi, une encyclopédie de la musique chinoise écrite au XVIIIe siècle comprend 482 volumes ! Ce qui précède n’est donc qu’une trop courte description de la création de la gamme chinoise.

En 1978 a été faite une importante découverte archéologique, celle de la tombe du seigneur Yi du pays de Zeng (-433). Elle est connue sous le nom de la « tombe du marquis de Zeng ».

Cette tombe en bois enterrée sous plusieurs mètres de terre comprend plusieurs salles. Outre les sarcophages du seigneur Yi et des dignitaires de sa cour, elle contient 125 instruments de musique, dont un magnifique carillon composé de 65 cloches en bronze situées dans une pièce à part, dans une sorte de salon de musique.

L’étude de ces instruments a corroboré beaucoup d’éléments déjà connus de la musique ancienne chinoise, notamment concernant les lüs.

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-1400 Hymne à Nikkal : la plus ancienne chanson écrite

L’écriture, et donc l’histoire, commence à Sumer, à l’embouchure des fleuves Tigre et Euphrate, qui délimitent la Mésopotamie. C’est là que l’on a découvert les plus anciennes tablettes d’argile (datant d’environ 3300 ans avant notre ère) gravées de signes en forme de coins ou de clous, formant ce que l’on nommera l’« écriture cunéiforme ».

Plusieurs milliers de tablettes ont été découvertes dans cette région qui s’étend de la Perse à l’est jusqu’à l’Égypte à l’ouest ; l’Égypte, où une écriture proche mais spécifique et plus connue chez nous sera développée : les hiéroglyphes. L’écriture cunéiforme était celle de plusieurs langues différentes comme le sumérien, le babylonien, l’accadien, l’assyrien… ce qui a rendu son déchiffrement long et difficile. Les bases du déchiffrement ont été jetées au début du XIXe siècle par le jeune philologue allemand Georg Friedrich Grotefend (1775-1853) à partir de noms de souverains gravés sur des stèles, connus dans nos alphabets grec et latin.

L’hymne à Nikkal d’Ougarit

Dans les années 1950, un ensemble de tablettes d’argile portant des écritures cunéiformes ont été extraites d’une tombe de l’ancienne ville cananéenne amorite d’Ougarit, sur la côte méditerranéenne (aujourd’hui Ras Shamra en Syrie), datées d’environ 1400 avant Jésus-Christ.

Certaines tablettes contiennent 36 hymnes en langue hourrite. L’une d’elles reproduit un hymne religieux presque complet à Nikkal, la déesse sémitique des vergers et épouse du dieu de la lune, avec des instructions pour chanter et jouer l’hymne sur un instrument (lyre ou harpe) à neuf cordes.

Les tablettes contiennent également des instructions pour le réglage de l’instrument, ce qui en fait la plus ancienne pièce de musique annotée au monde. Il a fallu vingt ans pour que deux historiennes et musicologues, la Belge Marcelle Duschesne-Guillemin (1907-1997) et l’Américaine Anne Draffkorn Kilmer (1938-), parviennent à déchiffrer l’œuvre et les instructions musicales.

Les successions de notes de musique ainsi que la manière d’accorder l’instrument font référence à un système musical heptatonique comme celui que nous connaissons en Occident. Ce système est donc plus ancien de près de dix siècles que celui décrit et « conçu » par Pythagore (580-490 av. J.-C.) en Grèce.

Les Grecs envahirent le Moyen-Orient à plusieurs reprises, notamment au VIIe siècle avant notre ère, et purent ainsi assimiler les connaissances de la Mésopotamie. Pythagore lui-même voyagea dans la région dans sa jeunesse avant de créer son école dans le sud de l’Italie vers 530 avant Jésus-Christ.

La musique de Mésopotamie

La musique joua un rôle très important dans la civilisation mésopotamienne, comme l’attestent les multiples écrits des tablettes qui nous sont parvenues. Les chants et musiques de louange aux dieux et aux rois sont nombreux, comme celui au dieu agraire Ningirsu figurant sur les célèbres cylindres de Gudea, retrouvés en 1877 lors de fouilles archéologiques à Girsu (aujourd’hui Tello en Irak). Ces cylindres racontent la construction du temple au dieu Ningirsu par Gudea, souverain de la cité de Girsu, dans le pays de Sumer, qui régna approximativement de 2140 à 2120 avant Jésus-Christ.

« Lorsque, avec Ushumgalkalamma, sa lyre bien-aimée, le fameux instrument mélodieux, son conseiller, tu auras apporté des présents [...], le cœur de Ningirsu sera apaisé, il te révélera les plans de son temple. » Parmi les serviteurs divins au service de Ningirsu, Ushumgalkalamma, musicien et chanteur du roi Gudea, reçut la tâche de charmer son maître, aux humeurs changeantes, afin de lui permettre de prendre les bonnes décisions. Il était assisté par l’esprit d’une lyre qui apporte la consolation dans les sombres moments : « Pour jouer du tambour-tigi au doux son, pour que les instruments algar et mirîtum résonnent pour Ningirsu, [...] son musicien bien-aimé Ushumgalkalamma accomplissait ses devoirs pour le seigneur Ningirsu. Pour calmer le cœur et apaiser la pensée, pour sécher les larmes des yeux qui pleurent, pour enlever la douleur au cœur douloureux et rejeter au loin le chagrin du cœur du dieu qui s’élève comme les vagues de la mer, se répand comme l’Euphrate et submerge comme un déluge d’orage, sa lyre, Lugaligihush, accomplissait ses devoirs pour le dieu Ningirsu. »

L’épopée de Gilgamesh, personnage héroïque, et la vie quotidienne sont aussi les sujets de nombreux hymnes mésopotamiens. Aujourd’hui, des musiciens rendent vie à cette musique. Citons par exemple le chanteur, musicien et compositeur franco-syrien Abed Azrié, né à Alep, et Peter Pringle, chanteur, musicien et compositeur canadien.

Les instruments de musique

Flûtes, cymbales, claquettes et grattoirs font partie des instruments découverts lors des fouilles archéologiques en Mésopotamie, mais les plus beaux sont sans conteste les lyres et les harpes. De tels instruments, découverts dans les tombes royales d’Ur par l’archéologue britannique Charles Leonard Woolley (1880-1960) en 1929, ont été reconstitués et sont conservés au British Museum et au musée de Pennsylvanie aux États-Unis ; c’était le cas également au musée d’art de Bagdad, mais la collection a été détruite lors de la guerre du Golfe de 2003. La géopolitique mondiale n’a pas fini d’anéantir cette civilisation du Moyen-Orient, l’une des plus anciennes et des plus magnifiques de l’humanité.

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-1300 L’amplificateur du chant du Lanzon au temple de Chavín de Huantar

La civilisation de Chavín est l’une des plus anciennes du Pérou. Le site de Chavín de Huantar avait déjà été signalé par des écrits de conquistadors espagnols et, plus près de nous, par l’archéologue italo-péruvien Antonio Raimondi (1826-1890), le Français Charles Wiener (1851-1913) et l’Allemand Ernst Willendorf (1830-1908). Mais c’est le père de l’archéologie péruvienne Julio César Tello (1880-1947) qui y a réalisé les premières fouilles systématiques dans les années 1920.

Les structures du site de Chavín de Huantar ont été élevées à différents moments entre les années 1500 et 300 avant Jésus-Christ. La civilisation de Chavín a donc commencé près de deux mille ans avant la civilisation inca. Le site est situé à environ 500 kilomètres au nord de Lima, dans les montagnes andines, à 3 200 mètres d’altitude, à la croisée de deux vallées et de plusieurs routes menant à l’est vers l’Amazonie, au nord dans les montagnes et à l’ouest vers la mer, à plus de 300 kilomètres. Il se compose d’un vieux temple adossé à un plus récent, qui donne sur une grande place carrée.

La civilisation de Chavín est l’une des premières à être organisées socialement en Amérique, avec les prêtres comme classe dirigeante et des « spécialistes » comme les tailleurs de pierre, les tisserands ou les spécialistes de l’irrigation, entretenus par l’État. Les paysans appliquent les techniques prônées par les spécialistes et assurent l’approvisionnement de la population. Les pèlerins viennent à Chavín de Huantar pour assister aux cérémonies religieuses, en fonction des cycles des saisons et de l’astronomie. Le site a été inscrit sur la liste du patrimoine mondial de l’Unesco en 1985.

Amplificateur acoustique naturel du vieux temple de Chavín de Huantar

Les iconographies religieuses figurent sur de grands monolithes tournés vers le ciel. Elles représentent principalement des jaguars, des caïmans et des faucons qui symbolisent les dieux de la terre, de l’eau et du ciel.

Le plus célèbre monolithe est le « Lanzon » (la lance), découvert par Julio César Tello. Il est érigé dans une salle enterrée dans le vieux temple. Il mesure 4,50 mètres de haut et pointe vers le ciel, reliant les dieux du ciel et de la terre. Il a la forme d’un couteau, dont le tranchant illustre un être mi-homme, mi-jaguar et est orienté vers l’est, au soleil levant. On accède au Lanzon par un réseau de couloirs enterrés qui présentent de petites ouvertures donnant au pied des escaliers et dans le bas des gradins de la place circulaire du vieux temple, où se rassemblaient les fidèles.

Les cérémonies religieuses utilisaient la musique ; on a retrouvé des instruments de musique sur le site et en particulier plusieurs conques marines décorées, dont une extrémité était taillée en forme d’embouchure et l’autre percée pour diffuser le son. Ces conques, ou strombi galeati, proviennent de mers chaudes situées donc à plusieurs centaines de kilomètres de Chavín de Huantar. Ces instruments seront utilisés plus tard par les Incas également. On les retrouve aussi dans d’autres civilisations antiques, comme en Mésopotamie.

Une expérimentation récente menée conjointement par les services archéologiques péruviens, l’Université américaine de Stanford et le musicien et compositeur péruvien d’origine quechua Tito La Rosa a montré que le son joué par un pututu dans la crypte autour du Lanzon était amplifié par le réseau de couloirs souterrains en pierre et se propageait dans tout le vieux temple vers les fidèles par les ouvertures pratiquées au pied des escaliers et des gradins. Ce son symbolise le chant du dieu jaguar. Les prêtres qui seuls sans doute avaient accès à la crypte du vieux temple pouvaient ainsi « sonoriser » leurs manifestations religieuses.

On a à Chavín de Huantar un aménagement acoustique d’un édifice religieux vieux de plus de 3 000 ans qui rappelle les echeas des temples grecs antiques, mais est bien plus ancien.

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-700 Les Muses de la Théogonie

Les Muses désignent dans la mythologie grecque les neuf filles de Zeus et de Mnémosyne qui président aux arts. Mnémosyne est la déesse de la mémoire. Elle fut aimée de Zeus qui dormit avec elle pendant neuf nuits. Une année plus tard, Mnémosyne donna naissance, au sommet de l’Olympe, à neuf filles qu’on appela les Muses (du grec Μοῦσαι, moûsai), chacune associée à un art : Clio (l’histoire), Euterpe (la musique), Thalie (la comédie), Melpomène (la tragédie), Terpsichore (la danse), Erato (l’élégie), Polymnie (la poésie lyrique), Uranie (l’astronomie) et Calliope (l’éloquence). Que ce soit par leur fonction ou par leur attribut, elles avaient toutes ou presque un lien avec la musique, le chant, le théâtre ou la poésie. Elles ont donc toutes leur place dans cet ouvrage. Le mot « muse » est bien sûr à l’origine du mot « musique » et de ses traductions dans nos langues occidentales.

Hésiode (VIIIe siècle avant notre ère)

Hésiode naquit à Askra, un petit village de Béotie, au pied du mont Hélicon, non loin de Thèbes ; c’est lui-même qui nous l’apprend dans sa Théogonie. On ne connaît rien de sa vie réelle, mais bien ce que les légendes grecques nous en ont rapporté. On raconte ainsi qu’il gagna un concours de poésie face à Homère, organisé par les fils du roi d’Eubée pour célébrer les funérailles de leur père. Hésiode en sortir vainqueur grâce à un poème célébrant l’agriculture et la paix face au poème épique d’Homère célébrant la guerre. Voulant dédier sa victoire aux Muses, Hésiode se rendit auprès de l’oracle de Delphes, où la Pythie lui fit une prédiction : « Heureux ce mortel qui visite ma demeure, cet Hésiode que chérissent les Muses immortelles ! Sa gloire s’étendra aussi loin que les rayons de l’aurore. Mais redoute le bois fameux de Zeus. C’est là que le destin a marqué le terme de ta vie. » Hésiode, pensant que la prédiction désignait le temple de Zeus Néméen sur le site d’Olympie, s’éloigna du Péloponnèse et s’établit à Oïnoé, ville de la Locride. Il y vécut longtemps, se maria et eut un fils.

Plutarque (46-125) rapporte qu’un jour, alors qu’il séjournait chez un hôte avec un certain Milésios, Hésiode fut accusé du viol de la fille de son hôte et tué par les frères de la victime. Ce qu’Hésiode ignorait, c’est que le lieu de ces événements, une région boisée proche de la mer, était consacré à Zeus Néméen. Son corps fut jeté à la mer ; la prophétie de la Pythie s’était réalisée. La légende raconte que le corps d’Hésiode fut transporté par une troupe de dauphins jusqu’au golfe de Corinthe, où les Locriens célébraient la fête d’Ariane. Hésiode fut enterré sur le mont Néméion, en un endroit gardé secret par les habitants de Naupacte, de peur que ceux d’Orchomène leur en prennent les cendres.

Dans l’Antiquité, les poèmes d’Hésiode étaient récités dans toute la Grèce par les rhapsodes, des artistes allant de ville en ville, récitant ou déclamant les œuvres écrites.

Auparavant, il existait dans chaque cité de Grèce une version des mythes divins ; la Théogonie d’Hésiode, si elle n’élimina pas les autres textes, notamment L’Odyssée d’Homère, s’imposa comme le plus beau récit des origines pour les Grecs anciens.

Hésiode est même considéré comme le meilleur poète grec face à Homère dans le Certamen d’Alcidamas (420-360 av. J.-C.).

La Théogonie

La Théogonie (en grec ancien Θεογονία, Theogonía) est l’œuvre fondatrice de la mythologie grecque du poète grec Hésiode. Le terme « théogonie » vient du nom θεός, theós, « dieu », et du verbe γεννάω, gennáō, « engendrer ». Il s’agit donc d’un récit de l’origine des dieux, « la race sacrée des Immortels toujours vivants ».

Le récit commence par une longue invocation aux Muses. Dans ce prologue, Hésiode, venu faire paître son troupeau sur le mont Hélicon, aperçoit les Muses pendant leurs rituels sacrés. Elles dotent Hésiode de sa qualité de poète. Elles lui remettent un rameau de laurier et le chargent d’accomplir une mission sacrée : celle de conter leur histoire et celle des dieux de l’Olympe. Dans le poème d’Hésiode, on comprend tout de suite l’importance de la musique et du chant chez les Grecs. Dès le premier vers de la Théogonie, c’est en chantant que les Muses demandent au berger Hésiode de raconter la naissance des dieux grecs.

Une stèle célèbre conservée au British Museum de Londres, L’apothéose d’Homère, représente les neuf Muses. On y voit, de haut en bas et de gauche à droite, Zeus avec son sceptre et à sa gauche l’aigle, puis Mnémosyne, la mère des Muses ; les muses Clio, Thalie, Melpomène, Euterpe et Terpsichore descendant l’escalier ; les muses Calliope, Uranie et Polymnie, Apollon et la muse Erato. À droite un personnage inconnu (peut-être un poète) sur un trépied.

Les personnages de la rangée inférieure symbolisent les différents arts. Ils saluent Homère assis sur la gauche.

Les musées

Dans tout le monde grec antique, des festivals et des concours musicaux en l’honneur des Muses étaient organisés et les écoles philosophiques portaient leur nom : Mouseia, terme qui donnerait plus tard le mot « musée ». Les cités de l’Antiquité grecque possédaient généralement un temple des Muses, appelé Mouseion ou Museion. Ce lieu était riche de tous les dons faits aux déesses. Au IIIe siècle avant notre ère, après la mort d’Alexandre le Grand (356-323), Ptolémée Ier le Lagide (386-263), un général grec devenu roi d’Égypte, ouvrit dans une aile de son palais, à Alexandrie-du-Nil, une institution destinée à accueillir artistes, savants, livres et objets d’art et la baptisa Museion, en référence à la tradition grecque. Cette institution, inspirée par le naturaliste Aristote (384-322), reste la plus belle illustration de l’hellénisme. Elle réunissait les savants de toutes les disciplines : les mathématiciens, les poètes, les géographes et astronomes, les ingénieurs...

Démétrios de Phalère (360-282), le constructeur du Musée, inclut aussi dans l’enceinte de l’établissement une immense bibliothèque. Au fil des siècles, celle-ci recueillit jusqu’à 700 000 manuscrits, soit l’essentiel du savoir antique. Ce musée fut détruit par les multiples guerres du Moyen-Orient et il n’en reste plus rien aujourd’hui.

Les Romains reprirent à leur compte l’idée de Ptolémée Ier sous le nom de Museum. Quand les papes de la Renaissance créèrent des « cabinets de curiosités », à l’instar des riches mécènes de leur temps, ils ne craignaient pas de les ouvrir au public, aux copistes et aux artistes. C’est ainsi qu’apparurent les premiers musées modernes, lieux dédiés à la conservation et à l’exposition des œuvres d’art. En 1737, à Paris, l’Académie des Beaux-Arts installa ses expositions dans le salon carré du Louvre. De là l’emploi du mot « salon » dans la langue française pour désigner des expositions de toutes sortes. En 1759 ouvrit à Londres le British Museum, premier grand musée de l’ère moderne. En 1793, la République française fonda le Musée du Louvre.

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-600 Le vocabulaire du son chez les philosophes grecs antiques

L’univers sonore est déjà décrit dans L’Iliade et dans L’Odyssée (VIIIe siècle avant notre ère). Homère y décrit la voix qui se distingue par son intensité, sa hauteur et son timbre. Le son se meut dans l’espace, écrit-il ; il est une force capable d’ébranler les obstacles et de frapper l’oreille. Le poète Homère parle aussi de la résonance et de l’écho. Toutes ces particularités de l’univers sonore sont décrites, mais Homère, le poète, ne tente pas de les expliquer.

Le mathématicien Pythagore (580-490 av. J.-C.) codifia la musique occidentale. La gamme créée par Pythagore resterait inchangée dans la musique jusqu’au XVIIe siècle et notre gamme actuelle en est très proche. Pythagore s’intéressait à la musique, mais pas à la perception ou à la propagation du son.

Ce sont les philosophes grecs qui tentèrent d’expliquer les phénomènes sonores, comme ils tentèrent d’expliquer l’origine et le fonctionnement du monde et de l’esprit humain.

Plusieurs courants philosophiques naquirent au Ve siècle avant notre ère et deux s’opposèrent, y compris sur la notion du son : l’école des atomistes d’Abdère en Thrace et les aristotéliciens d’Athènes.

Plus tard, les stoïciens apportèrent aussi leur contribution à la science du son. Les théories sonores esquissées par les philosophes grecs restèrent toutefois plus philosophiques que scientifiques au sens où nous concevons ces deux mots aujourd’hui.

À l’époque, science et philosophie étaient étroitement liées et se complétaient.

Le vocabulaire acoustique du grec ancien

Si les explications sur le son et l’ouïe sont très succinctes, le vocabulaire acoustique du grec ancien est très riche en nuances concernant le son, plus que nos langues actuelles qui ont parfois modifié le sens subtil des mots du grec ancien. Ainsi, quatre mots désignent le son dans le grec ancien : Φθόγγος, phtongos : le son en général, au sens « technique » du terme ; Φουη, phonè : le son créé par le souffle de la voix. Ce son de la voix comprend à la fois un message : λόγος, logos et une sonorité : Φθόγγος, phtongos ; Ψόϕος, psophos : le bruit, le son créé par le choc chez les aristotéliciens : le préfixe pso- exprime quelque chose de désagréable ; ἦχος, echos : le son avec la notion de résonance, de persistance.

À partir de ces quatre mots, plusieurs dizaines de mots créés qui désignent des sons particuliers, en y ajoutant des particules ou des préfixes. Citons par exemple les trois préfixes parmi les plus connus : αντι, anti : en retour, en réponse, réfléchi ; αµφι, amphi : autour ; µελι, meli : doux.

Deux autres mots sont encore issus du vocabulaire du son : mουσική, moûsikế : la musique, mot dérivé de µουσικός, mousikós : les Muses ; αύδα, auda : le chant.

Tous ces mots sont déclinés de multiples façons en y ajoutant des préfixes ou des particules.

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-530 L’échelle musicale de Pythagore

Le mathématicien Pythagore (580-490 av. J.-C.) codifia la musique occidentale.

La musique fut probablement déjà créée par les Chinois, près de vingt siècles plus tôt, et transmise (ou (ré)inventée) en Mésopotamie mille ans avant le mathématicien grec ; la gamme de Pythagore et de ses disciples resta inchangée dans la musique occidentale jusqu’au XVIIe siècle et notre gamme actuelle en est très proche.

Vie de Pythagore

Pythagore naquit sur l’île grecque de Samos vers 580 avant Jésus-Christ. Son nom évoque déjà le mystère (Pyth-agoras veut dire « celui qui est annoncé par la Pythieé) et l’on connaît fort peu de choses sur sa vie. Il aurait voyagé pendant sa jeunesse en Perse, en Égypte et en Crète. Il quitta Samos vers -540, alors sous le joug du tyran Polycrate (574-522 av. J.-C.), et partit pour le sud de l’Italie. Il y fonda une communauté ou une école (les historiens actuels la qualifient souvent de « secte ») à Crotone, dans le golfe de Tarente, aux environs de -530. C’était une communauté à la fois philosophique, scientifique, politique et religieuse, aux règles très strictes. Les jeunes admis prononçaient le serment de silence et n’avaient droit à l’enseignement oral du maître qu’au bout de plusieurs années. Après cette période de silence, les membres se divisaient en plusieurs catégories : les vénérables, qui s’occupaient de religion ; les politiques, qui s’intéressent aux lois, aux affaires humaines, tant dans la communauté pythagoricienne que dans la cité ; les contemplatifs, qui étudient l’arithmétique, la musique, la géométrie, l’astronomie, soit les quatre sciences qui formeraient le quadrivium au Moyen Âge, mais aussi les sciences concrètes comme la géographie, la météorologie, la médecine, la mécanique et aussi la grammaire, la poésie…

Plusieurs écoles naquirent ensuite dans le sud de l’Italie. La communauté prônait un régime autoritaire, ce qui ne plaisait pas au peuple de Crotone qui finit par se révolter et provoquer la destruction des communautés pythagoriciennes vers -500.

Selon les sources, Pythagore serait mort au cours de l’incendie de la communauté de Crotone ou quelques années plus tard, vers -490, à Métaponte, dans le sud de l’Italie.

La pensée pythagoricienne

De même que le personnage historique de Pythagore est mal connu, on ne lui connaît aucun ouvrage écrit et sa pensée fut transmise, complétée et enrichie par les disciples de son école. Les premiers écrits connus sont ceux de son disciple Philolaos (environ 490-400 av. J.-C.), qui serait né à Crotone et aurait connu Pythagore dans son enfance. Philolaos quitta le sud de l’Italie lors des destructions des communautés pythagoriciennes et fonda une école à Thèbes, en Grèce. Il fut le maître d’autres philosophes grecs à qui il enseigna les savoirs de Pythagore.

Philolaos a beaucoup écrit et a rassemblé toutes ses pensées et celles de Pythagore dans un seul livre, De la nature (en grec Περὶ Φύσεως, Perì phúseōs), dont on ne connaît que quelques fragments aujourd’hui mais qui connut un grand succès auprès des autres philosophes grecs de l’Antiquité et qui permit ainsi de perpétuer la pensée de l’école pythagoricienne. On peut lire dans l’un des fragments conservés que, dans le monde, « tout est explicable par le nombre et rien ne peut être connu ou même conçu sans lui ».

Selon les pythagoriciens, l’arithmétique permet donc de tout expliquer, non seulement en science, mais aussi en musique et en astronomie : le monde a été conçu sur le modèle de l’harmonie du nombre, comme la musique. Les pythagoriciens construisirent une représentation ordonnée du monde où tout était déterminé par les nombres et la musique, en bon ordre, harmonie et perfection. Ce serait l’origine de la pensée de l’harmonie musicale des sphères.

La gamme pythagoricienne

Pythagore et ses disciples codifièrent la musique sur la base des nombres et créèrent le système musical occidental tel qu’il existe encore aujourd’hui. Pour eux, « l’harmonie » de deux sons joués simultanément ou successivement peut s’expliquer mathématiquement. Ainsi, musique et nombres sont intimement liés par les lois de l’harmonie.

La tradition rapporte que Pythagore fut charmé par les sonorités harmonieuses rendues par des marteaux de différents poids frappés par un forgeron sur une enclume. Il pesa les marteaux et découvrit qu’ils pesaient 6, 8, 9 et 12 unités de poids. Toutes les associations deux par deux de ces sons produisaient des sons harmonieux, selon lui, à l’exception de l’association 8 et 9.

Si l’on divise ces chiffres par 6, nous obtenons les fractions 1, 4/3, 3/2, et 2, qui sont ce que l’on appelle l’unisson, la quarte, la quinte et l’octave.

L’allusion au forgeron est symbolique et sans doute légendaire, car en réalité, on sait aujourd’hui que les notes résultant du choc des marteaux sur l’enclume ne sont pas proportionnelles à la masse des marteaux mais bien à la racine carrée de leurs masses.

Pythagore et ses disciples menèrent des expériences avec un « monocorde », une longue caisse rectangulaire, étroite et graduée, sur laquelle une corde était tendue au moyen d’un poids que l’on pouvait faire varier, comme donc la tension de la corde. Un chevalet mobile délimitait à volonté la longueur de la corde sur laquelle on voulait expérimenter.

Ces expériences permirent de montrer que la production des sons harmonieux s’induit des rapports en nombres entiers de la longueur de la corde entrant en vibration. Ainsi, plus une corde est longue, grosse, lourde et faiblement tendue, plus ses vibrations sont lentes et plus le son est grave. Plus une corde est courte, fine, légère et fortement tendue, plus ses vibrations sont rapides et plus le son est aigu.

La corde entière donne le son fondamental qui sert de note de référence. En plaçant le chevalet au milieu de la corde, on obtient l’octave ; le rapport d’octave est de 2/1. En plaçant le chevalet au tiers de la corde, le côté long donne la quinte du son fondamental (rapport 3/2). Si l’on place le chevalet au quart, le côté long donne la quarte.

Pour obtenir des sons harmonieux, il suffit de poursuivre en raccourcissant toujours la longueur de la corde par tiers. L’écart entre la quinte et la quarte, soit 1/12, donne le ton qui est défini comme l’écart entre deux notes conjointes.

Les pythagoriciens indiquent que le son le plus « harmonieux » avec la note fondamentale est celui situé à l’octave supérieure. Les autres rapports harmonieux sont donc la quinte et la quarte.

En faisant une succession de douze quintes, on tombe sur une note très proche de la note donnée par la succession de sept octaves, mais pas exactement la même. Cet écart (audible), le très petit intervalle entre le si dièse et le do, est appelé le « comma pythagoricien ». Une « quinte du loup », une quinte légèrement modifiée, a ainsi remplacé la dernière des douze quintes pour tomber juste.

Notre système, basé sur cette « gamme » faite d’une succession de quintes pures, présente une division de la gamme en sept notes (do, ré, mi, fa, sol, la, si en français ; C, D, E, F, G, A, H dans les langues germaniques).

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-380 Les simulacres des atomistes Leucippe et Démocrite

Leucippe (450-370 av. J.-C.) et son disciple Démocrite (460-370 av. J.-C.) sont à l’origine de la théorie « atomiste » de la matière. Ils créèrent une école philosophique à Abdère, en Thrace, dans le nord de la Grèce.

L’atomisme est basé sur trois concepts : le plein, le vide et le mouvement (du plein dans le vide). Selon les atomistes, la nature est constituée d’assemblages de corpuscules élémentaires indivisibles, les atomes (du grec ἄτομος, « sans partie », « insécable »), qui baignent et se meuvent dans un océan de vide. L’air serait lui-même constitué d’atomes qui se déplacent dans le vide. Il est difficile d’attribuer la paternité de la notion d’atome à Leucippe ou à Démocrite. Aucun écrit de Leucippe ne nous est connu, au contraire de Démocrite dont les écrits nous sont relatés par le doxographe Diogène Laërce (IIIe siècle) notamment.

Pour les atomistes, les sensations sont des simulacres constitués d’atomes qui émanent des objets et se déplacent vers l’organe perceptif du corps humain pour y apporter des informations : les simulacres qui stimulent ainsi les cinq sens, et donc l’ouïe. Le son serait donc un simulacre qui se meut dans nos oreilles.

Aujourd’hui, la signification du mot « simulacre » a bien changé. Il a acquis un sens péjoratif par rapport à la notion bien concrète et objective des atomistes grecs, sans doute à cause de la rivalité entre l’école athénienne de Platon (428-346 av. J.-C.) et Aristote (384-322 av. J.-C.) et celle d’Abdère.

Platon était farouchement opposé aux idées des atomistes et à leur conception de la matière et du monde. Ses disciples n’eurent de cesse de dénigrer les atomistes et leurs idées furent écartées jusqu’au XIXe siècle, où la découverte de l’atome les remit à l’honneur.

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-370 Archytas de Tarente se penche sur l’origine des sons

Archytas de Tarente (435-347 av. J.-C.) est un mathématicien, plus observateur et expérimentateur que théoricien.

Il est le premier à s’être penché sur l’origine de la production du son. Ses écrits ne nous sont pas parvenus, mais nous sont rapportés par le philosophe et doxographe Porphyre de Tyr (234-310).

Archytas est à l’origine de l’affirmation selon laquelle le son est créé par un choc. Cette considération fut reprise et développée par tous les philosophes de l’école athénienne, dont les plus célèbres sont Platon 428-346 av. J.-C.) et Aristote (384-322 av. J.-C.). Voici ce que nous dit Archytas :

« Il ne peut se produire de son que si des corps se heurtent entre eux. Le choc se produit au moment de la rencontre et de la collision de corps en mouvement.

Il y a son, tantôt quand des corps, animés de mouvements contraires, se freinent mutuellement en se heurtant, et tantôt quand des corps, emportés dans une même direction, mais à des vitesses inégales, sont heurtés par ceux qui les suivent en voulant les dépasser. Or, beaucoup de ces bruits sont tels que notre nature ne nous permet pas de les percevoir, soit en raison de la faiblesse du choc, soit parce qu’une grande distance nous en sépare, soit encore en raison de l’excès d’amplitude de ces bruits (car les bruits de forte amplitude ne pénètrent pas en notre ouïe, de la même façon que rien ne pénètre à l’intérieur d’un vase à l’embouchure étroite quand on veut y verser une trop grande quantité). »

Archytas tente de trouver des correspondances entre les paramètres du son et leurs causes. Les paramètres du son sont, pour lui, la hauteur, l’intensité et la distance de propagation.

Les paramètres des causes sonores sont la force du choc ou du souffle de la voix et la distance de propagation. Ainsi selon Archytas, « plus le choc est puissant, plus le son se propage loin. Plus le choc est rapide, plus le son est aigu. Plus le souffle de la voix est fort, plus le son de la voix est fort et aigu et plus il se propage loin »

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-358 L’harmonie de Platon

La vie de Platon est mal connue. Il serait né à Athènes en 428 ou 427 avant notre ère dans une famille noble. Il reçut, dit-on, une éducation classique des familles nobles de l’époque et fut orienté vers la politique, qu’il abandonna assez vite. Il rencontra Socrate à l’âge de 20 ans en -407 et devint son disciple jusqu’à la mort du maître en -399.

À ce moment, Platon fit un voyage en Égypte puis en Italie du Sud où il aurait rencontré Philolaos, disciple de Pythagore (384-322 av. J.-C.) et Archytas de Tarente (435-347 av. J.-C.). À cette occasion, vers -388, il approfondit ses connaissances et aurait élaboré sa théorie sur la dualité entre l’âme et le corps ainsi que ses connaissances des nombres.

Il rentra à Athènes et fonda, en -387, près de Colone et du gymnase d’Acadèmos, une école nommée « l’Académie », selon le modèle des pythagoriciens. Il y enseigna pendant quarante, ans jusqu’à sa mort. En -367, âgé de 60 ans, Platon transmit la direction de l’Académie à ses disciples. Il effectua plusieurs voyages en Sicile qui traversait alors une période troublée et y rencontra à nouveau Archytas. Pendant les quatorze dernières années de sa vie, de -360 à -346, Platon ne semble pas avoir quitté Athènes ; au sein de l’Académie, il continua à écrire et à étudier, rédigeant ses derniers ouvrages, dont le Timée.

Selon Platon, la science ne porte pas sur les impressions des sens ni sur les opinions que l’âme peut former sur elles, mais sur la réalité des choses et de la nature.

Platon parle fort peu du son dans ses ouvrages. Dans Τίμαιος, le Timée, le dernier « dialogue » de Platon avec son maître Socrate (470-399 av. J.-C.), Platon indique que la voix et l’audition ont été données par les Muses à l’homme afin qu’il atteigne l’harmonie destinée à aider l’âme à résoudre ses problèmes.

Dans ses écrits sur la nature, Empédocle (490-435 av. J.-C.), le poète, philosophe et scientifique grec d’Agrigente en Sicile, avait déjà écrit que l’ouïe résonne en harmonie avec le son perçu.

Platon reprit les affirmations de son aîné Archytas et les compléta concernant le mécanisme de l’audition : « L’audition est un coup donné par l’air à travers les oreilles. Le mouvement qui s’ensuit commence au cerveau puis au sang, arrivant jusqu’à l’âme située dans le foie. Si le mouvement est rapide, le son est aigu ; s’il est lent, le son est grave ; s’il est uniforme, le son est égal et doux, il est rude dans le cas contraire. »

Platon, âgé de 80 ans environ, mourut à Athènes en -347 ou en -346 « au cours d’un repas de noces ». La tradition symbolique veut qu’il soit mort à l’âge de 81 ans, 81 étant le carré de 9, lui-même carré de 3, nombre impair et premier. Platon fut inhumé à l’Académie. Son école subsista pendant neuf siècles, jusqu’au règne de l’empereur byzantin Justinien (482-565) en 529, où elle fut dissoute.

-330 Le son dans l’âme d’Aristote

Biographie

Aristote naquit en -384 à Stagire, dans le nord de la Grèce, aux portes de la Chalcidique qui appartenait alors au royaume de Macédoine. Son père était un médecin reconnu et Aristote reçut une éducation classique, poursuivie par son oncle qui le recueillit à la mort de ses parents, probablement victimes d’une épidémie. À 17 ans, il se rendit à Athènes et entra à l’Académie de Platon, où son esprit brillant fut rapidement remarqué et où il enseigna même la rhétorique. Il y rédigea ses premières œuvres. À la mort de Platon, en -347, Aristote s’éloigna de l’Académie, probablement déçu de ne pas avoir été nommé à la succession de son maître. Il fonda d’abord une annexe de l’Académie à Assos, puis une école à Atarnée, en Asie mineure, où il fuit en raison de l’hostilité grandissante envers les Macédoniens en guerre avec Athènes. En -342, Philippe (382-336 av. J.-C.), roi de Macédoine, le fit venir à Pella en Macédoine pour être le précepteur de son fils Alexandre (356-323 av. J.-C.), futur Alexandre le Grand, alors âgé de 14 ans. Lorsque celui-ci succéda à son père assassiné en -335, Aristote revint à Athènes et fonda son école, le Lycée, à proximité d’un sanctuaire consacré à Apollon Lycien (épithète renvoyant à un dieu loup ou chasseur de loups), au nord d’Athènes. Les enseignants y professaient en marchant sur un lieu de promenade (peripatos) à proximité du Lycée.

Les aristotéliciens sont donc « ceux qui se promènent près du Lycée » (Λύκειοι Περιπατητικοί, Lukeioi Peripatêtikoi), d’où le nom de « péripatéticiens » que l’on utilise pour désigner les disciples d’Aristote. Le Lycée comprenait une bibliothèque, un musée (mouseîon), sanctuaire consacré aux Muses, ainsi que des salles pour l’étude et la recherche. C’est au Lycée qu’Aristote rédigea la plus grande partie de son œuvre.

La mort d’Alexandre en -323 réveilla l’hostilité envers les Macédoniens. Aristote quitta Athènes en -322 et se réfugia à Chalcis, sur l’île d’Eubée, dans sa propriété familiale, où il mourut quelques mois plus tard, à 62 ans.

Importance de l’œuvre d’Aristote

Son disciple et ami de longue date, Théophraste (371-288 av. J.-C.), lui succéda à la direction du Lycée. L’école subit un lent déclin au profit de deux nouvelles écoles grecques : celles d’Épicure et des stoïciens. Le Lycée fut détruit par les Romains en -86 qui emmenèrent la bibliothèque d’Aristote à Rome, ce qui permit aux savants romains de prendre connaissance et de s’inspirer des philosophes grecs, comme Cicéron pour l’écriture de De Republica, par exemple.

Il fallut attendre la fin de l’Antiquité pour qu’Aristote revienne au premier rang grâce aux savants grecs et romains ayant fui au Moyen-Orient, où les savants et philosophes musulmans traduisaient, commentaient et enrichissaient l’œuvre d’Aristote.

Son œuvre revint en Occident avec les invasions musulmanes. À partir de sa redécouverte, la pensée d’Aristote influença fortement la philosophie et la théologie de l’Occident jusqu’au XVIIe siècle. Associée au développement des universités, qui débuta au XIIe siècle, elle marqua profondément la scolastique et, par l’intermédiaire de l’œuvre de Thomas d’Aquin (1226-1274), le catholicisme.

Au XVIIe siècle, l’astronomie de Copernic et la science de Galilée (1564-1642) et de Newton (1643-1727) marquèrent le recul de toute la science grecque associée au géocentrisme, y compris la pensée aristotélicienne.

Aristote embrassa tous les domaines de la philosophie et de la science de son époque. Beaucoup de concepts qui nous sont familiers et naturels aujourd’hui furent créés par ce savant philosophe, le « Premier Maître », selon les savants arabes qui le commentèrent entre le Ve et le XIIe siècle. Il est le créateur d’une classification des animaux qui influença les zoologistes pendant des siècles. On lui doit la division ternaire des sciences entre la science théorique ou contemplative (la plus noble), la science pratique ou expérimentale et la science productive, comme l’agriculture à son époque. Il créa les « catégories ». Aristote distinguait aussi les cinq vertus intellectuelles : la technè (l’art, la science expérimentale ou la technique), l’épistèmè (la connaissance ou la science théorique), la phronésis (la prudence), la sophia (la sagesse) et le noûs (l’intelligence). Aristote développa encore une théorie générale des causes, qui traverse l’ensemble de son œuvre : la cause matérielle, la cause formelle, la cause efficiente (le sculpteur) et la cause finale. Pour lui, une explication complète d’une chose requiert d’avoir pu décrire ces quatre causes.

L’Organom

Dans son ouvrage majeur, Organom (« instrument »), qui comporte six traités, il invente et développe la logique, qui n’est pas une science mais un instrument, pour mener une réflexion juste. L’un des outils de démonstration principaux de la logique d’Aristote est le syllogisme.

On connaît son syllogisme célèbre : « Tous les êtres humains sont mortels. Socrate est un être humain, donc Socrate est mortel » : les deux premières affirmations sont la « prémisse majeure » et la « prémisse mineure », des propositions données et supposées vraies qui permettent de démontrer et d’établir la validité formelle de la conclusion. Mais attention, il existe de faux syllogismes : un sophisme, s’il est volontairement faux, ou un paradoxe, s’il est involontairement invalide. Exemple de syllogisme invalide : « Jésus est le fils de Dieu, Joseph est le père de Jésus, donc Joseph est Dieu » !

Dans l’Organom, Aristote aborda aussi la rhétorique, l’art du discours qui serait porté à son apogée avec les Romains Cicéron (106-43 av. J.-C.) et Quintilien (35-100).

De l’Âme

Aristote aborde les sens et donc l’ouïe dans Περὶ Ψυχῆς, Peri psychès : De l’Âme, autre ouvrage majeur, considéré comme la première œuvre systématique de psychologie et de théorie de la connaissance. Il a été abondamment commenté dans l’Antiquité et au Moyen Âge par des penseurs grecs, romains ou médiévaux, en langue arabe avec Avicenne (980-1037) et Averroès (1126-1198) ou latine avec Thomas d’Aquin. Selon Aristote, l’âme fait partie intégrante du corps ; il se distingue en cela de la plupart des autres philosophes de l’Antiquité, et en particulier de son maître Platon. L’âme d’Aristote, située dans le cœur, est le moteur qui fait qu’un corps naturel organisé est doué de vie. Aristote distingue quatre sortes d’âmes : l’âme végétative, générative ou nutritive, qui permet à toutes les espèces d’êtres vivants, y compris donc les végétaux, de se nourrir et de se reproduire ; l’âme sensitive, apanage des animaux, qui donne les sens, du plus bas au plus haut : le toucher, le goût, l’odorat, l’ouïe, la vue, la perception du plaisir et de la douleur, le désir ; l’âme motrice ou appétitive, qui fait que les animaux peuvent se mouvoir pour satisfaire leurs besoins. La faculté motrice n’est pas une âme à part entière, même si Aristote parle de quatre fonctions (nutrition, sensation, mouvement, pensée) ; l’âme intellective, qui appartient seulement aux animaux rationnels, les humains.

Deux parties de l’ouvrage De l’Âme concernent le sens de l’ouïe.

Le texte est dense et parfois complexe. Voici quelques citations que l’on peut extraire des passages sur l’ouïe : « Certaines choses ne produisent pas de son (l’éponge, la laine), d’autres oui comme l’airain et les corps durs et lisses. Ces choses peuvent résonner et causer un son réel (en acte) entre l’objet et l’ouïe. » « Le son, en acte, se produit en rapport avec un autre corps et dans un milieu. » « C’est un choc qui crée le son. » « C’est l’air qui fait que l’on entend quand il est mis en mouvement jusqu’à l’ouïe. » « C’est parce que le son est dans l’air qu’après avoir mû le dehors, il meut aussi le dedans. L’air qui est dans les oreilles y est logé profondément pour y être immobile, afin que l’oreille perçoive exactement toutes les nuances du mouvement. Voilà pourquoi nous entendons aussi dans l’eau. L’eau ne pénètre pas jusqu’à l’intérieur de l’oreille. Si elle y entre, nous ne pouvons plus entendre. » « Tout corps frappé ne rend pas le son, comme par exemple lorsqu’une pointe frappe une autre pointe. Il faut que l’air soit agité en grande quantité. » « On ne perçoit pas le grave ou l’aigu en l’absence de son comme on ne perçoit pas les couleurs en l’absence de lumière. » « L’aigu meut l’air un grand nombre de fois en un court espace de temps ; le grave le meut fort en un long espace de temps. » « La nature a créé le souffle à la fois pour la respiration qui est indispensable et pour la voix, faite seulement pour le bonheur de l’individu ; comme la langue sert pour le goût qui est nécessaire et pour le langage qui n’a pour but que le bien être. » « La voix est un son exprimant quelque chose ; pour qu’il y ait voix il faut que le corps frappant soit animé et qu’il y mette une intention. »

On retrouve chez Aristote la notion de choc donné à l’air pour émettre un son. Aristote fait la distinction entre la voix née d’un souffle (la respiration) et le son créé par un choc. On y trouve aussi la notion de fréquence, terme inconnu à l’époque, qui distingue le grave de l’aigu. On voit aussi apparaître, dans l’explication de la voix, la notion de causalité, chère à la logique d’Aristote. Les disciples et successeurs d’Aristote traitèrent également de l’ouïe, notamment dans les Προβλήματα, Problemata, en s’appuyant sur l’analogie des ronds dans l’eau des stoïciens qui leur permet d’affiner la théorie de la propagation du son, restée très vague chez Platon et Aristote. Les théories aristotéliciennes éclipsèrent les théories atomistes pendant plusieurs siècles et ce n’est qu’au XIXe siècle que l’atome comme élément fondamental de la matière fut réhabilité.

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-300 L’harmonique selon Aristoxène de Tarente

Aristoxène de Tarente est un philosophe grec, chef de l’école musicale qui porte son nom. Il naquit à Tarente vers 350 avant notre ère, reçut une première éducation savante de son père et entra ensuite à l’école d’Athènes, alors dirigée par Aristote (382-322 av. J.-C.). Il aurait écrit plus de 450 ouvrages. Il adopta la théorie d’Aristote sur la matérialité de l’âme liée au corps.

Il s’opposa aux théories musicales de Pythagore (580-490 av. J.-C.) basées sur les nombres. On connaît des fragments de deux ouvrages d’Aristoxène sur la musique : Éléments harmoniques et Éléments rythmiques. Aristoxène fut cité comme théoricien de la musique grecque par plusieurs auteurs latins, notamment par Cicéron (106-43 av. J.-C.) et Vitruve (90-20 av. J.-C.), qui dit s’être inspiré des ouvrages d’Aristoxène pour la description des vases des théâtres grecs dans son ouvrage De Architectura. Selon Aristoxène, les théories musicales véritables doivent remplir deux conditions essentielles : chaque proposition fondamentale doit être « véritable, évidente, exempte de démonstration », car « une proposition qui réclamerait une démonstration (mathématique, par exemple) ne saurait être fondamentale » ; les propositions doivent être « reconnues par la perception ». « On ne contestera pas la solidité des choses qui reposent sur ces deux bases », écrit-il.

Il n’est donc pas question ici de baser la musique uniquement sur une succession de règles mathématiques, même si Aristoxène ne les rejette pas dans ses écrits. Il faut également baser les règles musicales sur la sensation de l’harmonie.

Aristoxène tenta de réformer et d’organiser la musique. Selon lui, un traité d’harmonique doit se diviser en sept parties : « La première se rapporte aux genres qui distinguent le chant ; la seconde, aux intervalles ; la troisième, aux sons ; la quatrième, aux systèmes ou échelles musicales ; la cinquième, aux tons ; la sixième, à la métabole ou mutation dans les genres, les tons, les systèmes, ou dans le caractère moral du chant ; enfin, la septième partie concerne la mélopée, ou composition mélodique, c’est-à-dire l’application des règles établies dans les six parties précédentes. »

Aristoxène ne réussit cependant pas son entreprise de rénovation des méthodes musicales. Ce sont les théories de Pythagore qui passèrent à la postérité. On ne connaît presque rien de sa fin de vie. Il pourrait être décédé entre 300 et 280 avant notre ère.

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-280 Le choc et les corpuscules de l’atomiste Épicure

Épicure serait né à Athènes en -341. Son père, Néoclès, enseignait la grammaire et sa mère, Chérestrate, était magicienne. Épicure fut élevé à Samos, son père étant un colon athénien.

En -306, à 35 ans, il s’installa à Athènes et y acheta un jardin ; l’École du jardin devint le centre des études épicuriennes. Il y passa le reste de sa vie. C’est pendant cette dernière période qu’il écrivit un très grand nombre de ses œuvres et de ses lettres. Selon Diogène Laërce (180-240), Épicure serait l’auteur de quelque trois cents ouvrages quasiment tous perdus ; il ne subsiste que ceux recopiés par Diogène Laërce lui-même : La lettre à Hérodote, La lettre à Pythoclès, La lettre à Ménécée, Les maximes capitales ainsi que Les sentences vaticanes. En science, Épicure était un adepte de l’atomisme de Leucippe (450-370 av. J.-C.) et de Démocrite (460-370 av. J.-C.). La philosophie d’Épicure a pour objectif principal l’atteinte du bonheur par la satisfaction des désirs naturels et nécessaires. Épicure nous dit qu’il ne faut craindre ni Dieu ni la mort, que le bonheur est facile à atteindre et la douleur éphémère.

La doctrine d’Épicure eut un très grand succès, tant par le nombre de ses disciples que par l’affection et les sentiments qu’elle sut nourrir : « Le charme de cette doctrine égalait la douceur des sirènes », écrit Diogène Laërce. Elle gagna aussi Rome et toute l’Italie, avec Lucrèce (98-55 av. J.-C.) notamment, qui en fut tellement inspiré qu’il dédia à Épicure son ouvrage poétique De rerum natura.

Épicure et le son

La lettre adressée à son disciple Hérodote (simple homonyme du grand historien) concerne la physique ; celle à Pythoclès parle des corps célestes ; la lettre adressée à Ménœcée concerne la morale.

Pour décrire le mécanisme de génération des sons et l’audition, voici ce qu’Épicure nous dit dans la lettre à Hérodote : « On entend lorsqu’un courant/souffle/flux nous est transmis par celui qui parle, ou par l’objet qui émet un son. La voix se produit à partir d’un choc qui, à l’intérieur de notre corps, émet une quantité de “matière vocale” et se transmet à l’extérieur depuis notre bouche. Le choc qui se fait en nous toutes les fois que nous émettons un son, c’est lui qui, par le moyen de corpuscules émis en un courant aérien, forme ce qui nous procure la sensation auditive. Ce courant/souffle/flux se répand dans le vide en corpuscules homogènes, ensembles d’atomes insécables, l’objet sonore. Celui-ci est une représentation conforme à l’objet émis. Cet “objet sonore” pénètre en nous et crée la perception auditive à l’aide de notre âme qui fait partie intégrante de notre corps. »

Selon Épicure, le son est donc un objet et sa propagation suppose le déplacement de matière dans le vide. Cette théorie de l’existence du vide et des atomes (le plein) sera combattue, dénigrée et éclipsée par les successeurs de Platon (428-346 av. J.-C.) et Aristote (384-322 av. J.-C.), qui nieront l’existence du vide et prôneront la continuité de la matière, constituée à partir des quatre éléments : l’air, l’eau, la terre et le feu.

Par ailleurs, l’âme fait partie intégrante de notre corps pour Épicure et est elle-même un ensemble d’atomes. Cette théorie matérialiste est aussi en opposition avec celle de Platon pour qui l’âme est dissociée du corps et immatérielle.

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-220 Les ronds dans l’eau de Chrysippe de Soles et des stoïciens

La base de la philosophie stoïcienne fut élaborée par Zénon de Kition (332-262 av. J.-C.), qui l’enseigna sous la Stoa Poïkilè (Stoa Poecile), soit le Portique des peintures. Mais c’est Chrysippe de Soles (280-206 av. J.-C.) qui la compléta et la rendit cohérente. Il aurait écrit plusieurs centaines d’ouvrages relatés par Diogène Laërce (180-240).

Le vide, selon les stoïciens, est infini. Le monde occupe ce vide illimité mais est formé des cinq éléments continus des aristotéliciens. Le son est créé soit par la voix (pneuma), soit par un choc. Chrysippe fut le premier à parler d’ondes sonores : « On entend quand l’air, placé entre celui qui parle et celui qui écoute, est ébranlé en cercles concentriques et vient frapper les oreilles, comme l’eau dans un réservoir est agitée par cercles concentriques lorsqu’on y jette une pierre. »

Le son est donc une forme prise par l’air, qui se déplace sans que la matière soit déplacée. Cette analogie est conforme à la théorie aristotélicienne : l’air est continu et divisible.

Les successeurs d’Aristote (383-322 av. J.-C.) trouvèrent dans la pensée stoïcienne une justification de la nature et de la propagation des sons (et des autres sens) conforme à leurs conceptions. Elle resta la seule représentation visuelle du son jusqu’à Chladni (1756-1829) et ses célèbres figures.

L’analogie a peut-être inspiré Françoise Hardy pour sa célèbre chanson Les ronds dans l’eau.

« Tu voudrais que ta voix

domine le tumulte,

tu voudrais que l’on t’aime

un peu comme un héros

mais qui saurait quand même

faire des ronds dans l’eau. »

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-84 Cicéron, le grand orateur et théoricien du discours

Marcus Tullius Cicero naquit à Arpinium, petite ville du Latium, en -106. Il n’appartenait pas à la noblesse mais à une importante famille plébéienne. Il fit des études de droit et de rhétorique et exerça d’abord le métier d’avocat, où il manifesta rapidement de grands talents d’orateur. Il entama une carrière politique et fut nommé consul en -63. Il prononça en cette même année les célèbres discours des Catilinaires, où il dénonce la conjuration de Catilina qui voulait renverser la République de Rome. Il fut accusé par ses détracteurs d’avoir fait exécuter les conjurés sans procès et fut contraint à l’exil. Il avait cependant l’estime de Pompée et de César, qui dominaient la vie politique à Rome à cette époque, et put regagner la capitale romaine en -57. Par la suite, il prit parti pour Octave contre Antoine qu’il dénonça dans ses derniers grands discours, les Philippiques, prononcés en -44. Octave finit par s’allier à Antoine et Cicéron, lâché par Octave, fut assassiné par les soldats d’Antoine en -44.

L’art oratoire de Cicéron

Outre ses plaidoiries d’avocat, son abondante correspondance et ses discours célèbres d’homme politique, Cicéron rédigea de nombreux ouvrages sur l’art oratoire, notamment De l’invention oratoire (-84) dans lequel il détaille les différentes étapes nécessaires à l’élaboration d’un bon discours : l’exorde, la narration, la division, la confirmation, la réfutation et la conclusion. Pour chaque étape, il convient de réaliser un inventaire (inventio), ou recherche d’éléments et d’arguments. Dans les arguments, il faut distinguer ce qui est utile et ce qui est moral ou beau (honestum), les deux types d’arguments pouvant se côtoyer dans un même discours.

Dans Les trois dialogues sur l’orateur (-55), écrit trente ans plus tard, fort de son expérience, Cicéron reprit ses réflexions théoriques. Il adopta une nouvelle approche pour en faire une œuvre philosophique et littéraire, la première du genre à Rome. Il présenta son ouvrage sous forme de dialogues platoniciens entre les grands orateurs romains. Cicéron présente, dans cette œuvre, sa célèbre théorie des trois objectifs de l’orateur : « Prouver la vérité de ce qu’on affirme, se concilier la bienveillance des auditeurs, éveiller en eux toutes les émotions utiles à la cause », soit, en résumé, « instruire, plaire, émouvoir ». Sur les subdivisions du discours (-54) est un abrégé méthodologique destiné à son fils. Dans Sur l’orateur (-46), Cicéron développe une nouvelle théorie fondamentale pour l’esthétique oratoire latine, sur les trois niveaux de style que doit maîtriser l’orateur idéal : les styles simple, médian et élevé, à appliquer selon l’importance du sujet du discours et l’objectif de l’orateur – informer, plaire ou ébranler l’auditoire. Son œuvre abondante a fait l’objet de nombreuses traductions françaises depuis le XIXe siècle. Cicéron représenta sans doute le sommet de l’art oratoire à Rome. Quintilien, l’autre grand théoricien de l’art oratoire romain, dans son manuel De institutione oratoria écrit en 95, un siècle et demi après la mort de Cicéron, présente Cicéron comme le modèle absolu de l’éloquence.

Biblio 021, 022

-55 Le grand poète épicurien latin Lucrèce et les sons

Le poète romain Titus Lucretius Carus (98-55 av. J.-C.) fut un disciple d’Épicure (341-270 av. J.-C.). On connaît fort peu de choses de sa vie et de sa mort ; certains auteurs parlent de suicide. D’aucuns prétendent que l’Église chrétienne aurait tenté d’effacer toute trace des intellectuels opposés au christianisme. Il nous reste son très long et beau poème en six livres, De rerum natura, De la nature des choses, dans lequel Lucrèce loue la philosophie épicurienne.

L’atomisme de Lucrèce et Épicure

Après avoir présenté et « démontré » les fondements et « principes » (principia) de la philosophie épicurienne (livres 1 et 2), Lucrèce applique ces préceptes à l’homme (livre 3) qui est constitué à la fois d’un corps et d’une âme. Il les applique ensuite aux perceptions (livre 4), dont l’ouïe. Lucrèce aborde ensuite la genèse du monde (livre 5) et les meteora, phénomènes célestes (livre 6).

Lucrèce se range également derrière la théorie des atomistes grecs avec les atomes se mouvant dans un océan de vide et nous envoyant « des simulacres qui sont des membranes se détachant des corps qui voltigent dans l’air dans toutes les directions pour toucher nos sens » : « Esse ea quae rerum simulacra vocamus, quasi membranae summo de corpore rerum dereptae, volitant ultroque citroque per auras » (livre 4, vers 34-36). « Nec variae cessant voces volitare per auras » (« Et des voix sans arrêt voltigent dans les airs ») (livre 4, vers 221).

Comme Épicure, Lucrèce préfigure les théories matérialistes et démontre que l’on n’a pas besoin de Dieu pour créer les choses et que l’on n’a rien à attendre ou à craindre de lui. Il décrit le clinamen qui, dans la physique épicurienne, est un écart, une déviation (littéralement une déclinaison) spontanée des atomes par rapport à leur chute dans le vide, qui permet aux atomes de s’entrechoquer. Cette déviation est spatialement et temporellement indéterminée et aléatoire, elle permet d’expliquer l’existence des corps, assemblage d’atomes : « Voici encore, en cette matière, ce que je veux te faire connaître. Les atomes descendent en ligne droite dans le vide, entraînés par leur pesanteur. Mais il leur arrive, on ne saurait dire où ni quand, de s’écarter un peu de la verticale, si peu qu’à peine on peut parler de déclinaison. Sans cet écart ils ne cesseraient de tomber à travers le vide immense, comme des gouttes de pluie ; il n’y aurait point lieu à rencontres, à chocs, et jamais la nature n’aurait rien pu créer » (livre 2, vers 216-219).

Le son dans De rerum natura

Aristote (384-322 av. J.-C.) était incapable d’expliquer et de décrire les paramètres du timbre, c’est-à-dire la « couleur » des sons. Lucrèce pour sa part nous dit que la « couleur » des sons est caractérisée par la forme de leurs atomes. Il aborde aussi la question de la diffusion du son qui suppose un grand nombre de ces flux pour arroser un auditoire. Il nous explique comment les sons se propagent au travers d’obstacles comme une porte, par exemple, au travers de laquelle passe le son mais pas la lumière : les simulacres sonores sont de nature beaucoup plus fine que les simulacres visuels et ils peuvent ainsi traverser les pores de la matière, ces espaces vides entre les atomes, même si certains corpuscules sonores sont arrêtés ou altérés par les obstacles. Cette théorie sera éliminée et combattue dès les débuts de la pensée chrétienne, en raison de la supposition de l’existence du vide et de la nature discontinue de la matière, mais surtout par l’absence de nécessité de recourir à Dieu pour décrire l’origine des choses.

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-25 Vitruve et les « echea » des théâtres grecs antiques

Rien ne fascine autant les profanes (et les acousticiens) que l’acoustique des théâtres grecs antiques.

Le théâtre d’Épidaure, construit vers -400 et complété avec l’extension des gradins supérieurs deux siècles plus tard, est emblématique de cette qualité sonore.

C’est l’architecte romain Vitruve (Ier siècle av. J.-C.) qui nous a transmis l’une des explications acoustiques de la qualité des théâtres grecs antiques dans son ouvrage De Architectura.

Les théâtres grecs antiques

Les théâtres grecs furent construits à flanc de colline de manière à permettre la réalisation des gradins (κοῖλον, koïlon), insérés dans le paysage sans fondations profondes. L’orchestra (ὀρχήστρα), surface plane circulaire, situé au pied des gradins, était destiné à recevoir les chanteurs et les musiciens. Au centre de l’orchestra, un autel (θυμέλη, thymele) était parfois aménagé, dédié à Dionysos, dieu du vin, des arts et de la fête.

Derrière l’orchestra, les acteurs récitaient sur le proskénion (προσκήνιον), en général un plancher en bois surélevé de 3 à 4 mètres à l’origine, peu profond (pas plus de 2 à 3 mètres) et long. Derrière le proskénion se trouvait la scène (σκηνή, skéné), bâtiment d’une hauteur pouvant atteindre 6 mètres qui servait de coulisses et non de scène comme on la conçoit aujourd’hui.

Dans les théâtres, des spectacles parlés et musicaux étaient joués en l’honneur des dieux. Le public et les acteurs entraient par les deux passages entre les sièges des spectateurs (πάροδοι, parodoï) ; la parodos était aussi le premier chant entonné par les chœurs dans la comédie grecque.

La plupart des théâtres ont été aménagés dans des sites majestueux. Le plus grand et le plus célèbre théâtre grec est celui d’Épidaure, construit en l’honneur d’Asclépios, dieu guérisseur. La partie inférieure des gradins fut construite au IVe siècle avant notre ère et les gradins supérieurs au IIe siècle avant notre ère, pour répondre au succès des représentations qui y avaient lieu régulièrement.

Le rapport entre le nombre de rangées final et le nombre de rangées initial est égal au nombre d’or, ce qui renforce encore la magie du lieu qui pouvait accueillir jusqu’à 14 000 personnes.

Si beaucoup de théâtres grecs furent construits, la plupart ont été détruits au cours des guerres successives de l’Antiquité.

Marcus Vitruvius Pollio

Marcus Vitruvius Pollio, dit Vitruve, est un architecte romain du Ier siècle avant notre ère, l’auteur d’un traité d’architecture, De Architectura, première et unique encyclopédie antique de l’art de bâtir. Il comporte dix livres, dont le cinquième parle notamment de l’acoustique des théâtres antiques.

Vitruve est surtout connu pour avoir défini les proportions idéales de l’homme, ce qui a inspiré le dessin mondialement célèbre de Léonard de Vinci (1452-1519), L’Homme de Vitruve, à une époque où tout ce qui provenait de l’Antiquité suscitait un regain d’intérêt. Vitruve est aussi resté célèbre pour avoir déterminé les trois qualités qu’une construction doit présenter : firmitas, utilitas et venustas, autrement dit force (ou pérennité), utilité et beauté. Cette maxime orne la médaille du prix Pritzker, l’équivalent du prix Nobel en architecture.

Les « echea » et « vasa aerea » des théâtres antiques grecs

Dans son livre V de De Architectura, Vitruve parle de la conception et de la réalisation des « echea » et « vasa aerea » (vases d’airain) des théâtres grecs. Leur conception est celle qui lui fut transmise par le traité d’harmonique d’Aristoxène de Tarente (approx. 350-300 av. J.-C.).

Aristoxène naquit en Italie (à Tarente), mais vécut toute sa vie en Grèce. Il aurait écrit plus de 450 ouvrages, dont plusieurs sur la musique, parmi lesquels un traité.

Vitruve indique que les petits théâtres présentent des echea ou niches sur une rangée horizontale au milieu de la hauteur des gradins. Treize niches situées à égale distance doivent être aménagées et des vases accordés sur la gamme harmonique doivent y être insérés. Les vases accordés sur la note I sont placés dans les niches aux extrémités, et ainsi de suite jusqu’à la niche centrale où le vase est accordé sur la note VII de la gamme. Les théâtres de plus grande taille présentent trois rangées horizontales d’echea, comme c’est le cas pour le théâtre de Lyttos en Crète, par exemple. Les vases de la rangée inférieure sont accordés sur la gamme harmonique, ceux de la rangée centrale sur la gamme chromatique et ceux de la rangée supérieure sur la gamme diatonique.

Les vases sont accordés sur les notes suivantes, qui portent de jolis noms poétiques :

Gamme harmonique

Gamme chromatique

Gamme diatonique

I

Nète des hyperbolées

Chromatique des hyperbolées

Paramèse des hyperbolées

II

Nète disjointe

Nète du tétracorde disjoint

Paramèse du tétracorde disjoint

III

Paramèse

Chromatique du tétracorde conjoint

Paramèse du tétracorde conjoint

IV

Nète des sinèmènes

Parypathe des mèses

Lichane des mèses

V

Mèse

Parypathe des hypathes

Lichane des hypathes

VI

Hypathe des mèses

Paramèse

Prolambanomène

VII

Hypathe des hypathes

—

Mèse

Les notes aiguës sont placées aux extrémités et les notes plus graves au centre. Elles sont presque toutes situées dans les deuxième et troisième octaves de notre gamme actuelle.

Ces notes ne correspondent pas à la hauteur précise des notes que nous connaissons aujourd’hui, mais aux positions des sons dans l’accord de la lyre.

Analyse acoustique des théâtres grecs et des « vasa aerea »

L’acoustique naturelle du théâtre d’Épidaure, l’un des rares à ne pas avoir été détruit, est unanimement reconnue comme bonne pour la parole. Les raisons en sont les suivantes : le site du théâtre est isolé et très calme. Le bruit de fond est par conséquent très faible et la parole peut porter loin sans être masquée par un bruit urbain, par exemple. Des réflexions apportées par l’orchestra, ainsi que par les parois verticales du proskénion renforcent également le son de la voix vers les spectateurs.

Les gradins apportent un effet de diffraction et créent des sources sonores secondaires pour les spectateurs, comme le ferait un obstacle pour une onde qui le heurterait lorsqu’elle se propage dans l’eau. Par contre, les théâtres grecs sont aménagés en plein air, ce qui est néfaste à une bonne acoustique naturelle pour la musique.

Le bruit de fond bas du site permet une grande dynamique du signal musical, mais celui-ci reste « sec » et une réverbération « artificielle » apporte une amélioration certaine pour la musique. C’est précisément ce qu’apportaient les vases d’airain positionnés dans les niches.

Les trois mécanismes d’amplification du son par les echea

— Résonance structurelle du vase d’airain.

— Résonance du volume d’air contenu dans le vase.

— Ondes stationnaires dans la niche.

Comportement acoustique de la niche et du vase d’airain dans les gradins des théâtres

Avec ce dispositif d’echea, on est en présence d’un triple système d’amplification du son : le vase résonne lorsqu’il est atteint par le son de la voix ou de la musique, comme tout instrument à percussion. Cette première résonance se produit à la fréquence propre du vase, comme une cloche résonne à sa fréquence propre lorsqu’elle est heurtée par le marteau ou comme le diapason lorsqu’il est mis en vibration. Cette vibration est d’une intensité plus faible que lorsque l’instrument à percussion est mis en vibration par le choc de la baguette, mais elle est bien réelle : chacun a peut-être en mémoire le verre de cristal qui explose sous le chant de la cantatrice. L’air contenu dans le vase entre en résonance comme pour le tuyau d’orgue, par exemple, et comme pour tout instrument à vent. Le volume de la niche dans lequel est posé le vase (par l’intermédiaire de supports, comme l’indique Vitruve, pour lui permettre de mieux résonner) présente aussi des fréquences propres, qui sont fonction des dimensions de la niche. Ces fréquences sont connues des preneurs de son dans les espaces d’enregistrement mal conçus (on les supprime aujourd’hui avec des absorbants de type « Bass Trap »).

Les dimensions des niches indiquées par Vitruve (profondeur de 2 pieds, par exemple) fournissent des modes propres situés dans les deuxième et troisième octaves de notre gamme, soit à des fréquences proches de celles indiquées par Vitruve pour les notes des vases d’airain.

Si l’on accorde ces trois fréquences de résonance différente à la même note, on aura une triple amplification du son. Ces notes étaient probablement audibles même avec une excitation de faible puissance comme la voix ou la musique. Les echea pouvaient aussi produire des notes sous l’action du vent. Il s’agit réellement d’une réverbération naturelle assistée comme on en réalise électroniquement aujourd’hui dans certaines salles. Les dimensions des vases auraient pu par exemple être les suivantes, plusieurs combinaisons de volume, d’orifice et de col étant possibles, comme le démontrerait Helmholtz au XIXe siècle : Nète des hyperbolées : volume du vase : 1 litre, diamètre du trou : 10 cm, longueur du col : 2 cm. Mèse : volume du vase : 2 litres, diamètre du trou : 7 cm, longueur du col : 2 cm. Etc.

On n’a retrouvé aucun vase d’airain, mais il est tout à fait vraisemblable que les Grecs aient pu concevoir les vases et les niches aux bonnes fréquences indiquées par Vitruve. Quelle fantastique expérience devait offrir l’écoute de la brise du Péloponnèse excitant les echea dans le théâtre d’Épidaure !

Vitruve signale dans De Architectura que le général romain Lucius Mummius Achaïus (193-140 av. J.-C.) ramena les vases du théâtre de Corinthe à Rome comme trophée en -146 (et donc environ un siècle avant Vitruve), après la destruction totale de Corinthe par son armée. Le bronze étant un matériau précieux et noble, les vases d’airain furent sans doute fondus pour en faire des armes ou reconvertis.

Les auteurs signalent la présence d’echea dans de nombreux théâtres en Grèce et ailleurs, notamment à Lyttos en Crète (totalement détruite au IIIe siècle avant notre ère dans sa guerre contre Cnossos), Aizani en Turquie (Phrygie), Scytopolis en Israël, Gerasa en Jordanie, etc.

Certains historiens doutent de leur existence, mais les raisons suivantes semblent l’attester : il est peu vraisemblable qu’un tel nombre de témoignages différents aient pu être inventés ; la description de ces vases et des niches est tout à fait réaliste sur le plan acoustique ; les vases acoustiques perdurèrent et évoluèrent par la suite. Ils subsistent nombreux de nos jours, bien que conçus pour des édifices différents et avec des matériaux et une conception acoustique différente.

Théâtres romains

Vitruve signale la mise en place d’echea dans les théâtres romains mais en utilisant une technique « plus économique », à savoir un vase en poterie (dolium) inséré dans les parois avec un effet très utile (« utilissimus effectus »).

Si l’on noie une poterie dans un mur au lieu d’un vase en airain posé dans une niche, on perd la fréquence propre de l’instrument à percussion et les modes propres aux niches. La poterie ne peut vibrer par elle-même de par sa nature (la poterie « vibre » moins que le métal) et parce qu’elle est « bloquée » par la paroi. On ne conserve donc que la résonance des cavités des vases et on comprendra beaucoup plus tard que le fonctionnement en est différent, le vase faisant alors office d’absorbant, de type résonateur, plus que d’instrument à vent.

Le théâtre romain s’inspira du théâtre grec, mais avec des différences. Si les gradins des théâtres grecs étaient aménagés à même le sol, Rome construisit de véritables bâtiments pour ses théâtres avec une structure porteuse pour les gradins (cavea). L’orchestra devint une zone de sièges réservés aux sénateurs. Les acteurs jouaient sur un proscénium beaucoup plus profond et moins haut (environ 1,20 mètre), avec un mur de fond de scène se terminant au point le plus élevé des gradins.

Par la suite, les théâtres purent même être couverts pour protéger les acteurs et les spectateurs des intempéries, formant alors des volumes fermés avec une autre acoustique à maîtriser.

Signalons enfin que l’artiste contemporain italien Michele Spanghero a réalisé une « echea aeolica » en 2015, en hommage aux « echea » antiques, où le vent excite les fréquences propres de son œuvre.

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63 Le bruit, le silence et le repos selon Sénèque

Sénèque (-4 av. J.-C.-65 ap. J.-C.) fut un philosophe, dramaturge et homme politique romain, né à Cordoue en Andalousie dans une famille romaine aisée. Son père, Sénèque l’Ancien, était rhéteur et historien. Sénèque reçut une éducation poussée à Rome et devint le conseiller de l’empereur Caligula et le précepteur puis le conseiller de l’empereur Néron (-4 av. J.-C.-67 ap. J.-C.). Il tomba en disgrâce en 62, se retira de toute fonction politique et entama une correspondance avec son ami Lucilius, écrivain et gouverneur de Sicile. Il fut contraint au suicide par Néron après la conjuration de Pison. Beaucoup d’auteurs doutent cependant que Sénèque ait participé à la conjuration.

Ses lettres à Lucilius, sa dernière œuvre et la plus volumineuse, sont au nombre de 124. Il y présente ses conceptions philosophiques de stoïcien ; on raconte qu’il aurait ainsi tenté de convertir au stoïcisme son ami Lucilius, plutôt philosophe épicurien.

Voici un extrait de la lettre 56 dans laquelle Sénèque traite du silence, du bruit et du repos. C’est la première fois que ces thèmes sont traités de manière philosophique (lettres à Lucilius, traduction par Joseph Baillard, Hachette, 1914, volume 2 : « La voix humaine, je crois, cause plus de distraction que les autres bruits : elle détourne vers elle la pensée ; ceux-ci ne remplissent et ne frappent que l’oreille. Parmi les bruits qui retentissent autour de moi sans me distraire, je mets celui des chariots qui passent, du forgeron logé sous mon toit, du serrurier voisin, ou de cet autre qui, près de la Meta sudans [fontaine près du Colisée, en face de l’arc de Constantin], essaye ses trompettes et ses flûtes, et beugle plutôt qu’il ne joue. Mais les sons intermittents m’importunent plus que les sons continus. Au reste, je me suis si bien aguerri à tout cela que je pourrais même entendre la voix écorchante d’un chef de rameurs marquant la mesure à ses hommes. Je force mon esprit à une constante attention sur lui-même et à ne se point détourner vers le dehors. Que tous les bruits du monde s’élèvent à l’extérieur, pourvu qu’en moi aucun tumulte ne se produise, que le désir et la crainte ne s’y combattent point, que l’avarice et le goût du faste n’y viennent point se quereller et se malmener l’un l’autre. Qu’importe en effet le silence de toute une contrée, si j’entends frémir mes passions ? »

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95 De institutione oratoria de Marcus Fabius Quintilianus

Marcus Fabius Quintilianus, ou Quintilien, naquit vers 35 de notre ère à Calagurris Iulia Nasica (aujourd’hui Calahorra), dans la province romaine de Tarraconaise, qui s’étendait sur toute la moitié nord de l’Espagne, de la Galice jusqu’à Valence. Son père exerçait la profession de rhéteur et avocat à Rome et Marcus Fabius y acquit une culture générale complète.

Quintilien exerça la profession d’avocat à Rome pendant quelques années, puis il regagna l’Espagne en 61 avec Galba (-3 av. J.-C.-69 ap. J.-C.), nommé par Néron (37-68) gouverneur de la province de Tarraconaise. Pendant sept ans, il y fut professeur d’éloquence et avocat.

Quintilien rentra à Rome en 68, après l’assassinat de Néron, lorsque Galba fut nommé empereur. Il y exerça la double profession de rhéteur et d’avocat pendant vingt ans. Lorsqu’il accéda au pouvoir en l’an 69, Vespasien (9-79) décida de promouvoir un enseignement public et nomma Quintilien professeur de rhétorique rémunéré par l’administration romaine. Son école de rhétorique devint l’une des plus courues de Rome, éduquant à l’art oratoire les fils des familles riches. Ami de Pline l’Ancien (23-79), Quintilien comptait parmi ses élèves Pline le Jeune (61-114), les neveux de Domitien (51-96), les petits-fils de l’impératrice Domitilla (?-69) et peut-être Tacite (58-120). Après vingt années d’enseignement, il se retira de la vie publique en 89, non sans avoir obtenu plusieurs distinctions, et notamment les ornements consulaires et le laticlave (bande pourpre ornant la tunique des sénateurs romains). Peu avant de mourir, Quintilien fit paraître sa plus grande œuvre, écrite entre 93 et 95 : De institutione oratoria. Il mourut probablement peu après l’assassinat de l’empereur Domitien en 96.

De institutione oratoria

De institutione oratoria, ou De l’institution oratoire, ou encore Au sujet de la formation de l’orateur, compte douze livres qui nous sont intégralement parvenus. L’ouvrage de Quintilien est un manuel complet sur les aspects techniques de la rhétorique. Quintilien mit deux ans à écrire ce livre, que l’on peut considérer comme le résumé du cours de rhétorique qu’il professa pendant vingt ans.

Dans les deux premiers livres, Quintilien donne le parcours que doit suivre un enfant pour être formé à l’art oratoire. Dans son troisième livre, il décrit, de façon théorique, les cinq étapes qui caractérisent cet art oratoire : l’inventio (invention) : trouver quoi dire ; la dispositio (disposition) : savoir organiser ce qu’on va dire ; l’elocutio (élocution) : choisir la façon de le dire ; l’actio (action) : savoir allier la parole et le geste ; la memoria (mémoire) : retenir ce qu’on doit dire.

Quintilien achève ce livre par la description des trois genres caractéristiques de l’éloquence, qu’il emprunte à la Poétique et rhétorique d’Aristote : genre judiciaire, genre démonstratif et genre délibératif.

Dans les livres IV à VI, il détaille la composition du discours et de ses parties : l’exorde et la narration (livre IV), l’argumentation et la réfutation (livre V), la péroraison (livre VI). Ensuite, il traite de la disposition du discours (livre VII), de l’élocution (livre VIII), des figures de pensée et de mots (livre IX), de l’entraînement oratoire et des auteurs à pratiquer (livre X), de la mémoire et de l’action (livre XI). Enfin, dans le livre XII, il donne les qualités indispensables à l’orateur : moralité et culture philosophique, juridique et historique.

L’ouvrage de Quintilien restera le modèle de l’art oratoire pendant des siècles. On dira de l’ouvrage : « Pour la rhétorique, qu’on s’en tienne à Quintilien. Quiconque, en l’étudiant, ne parvient pas à l’éloquence, n’y parviendra jamais ».

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510 Boèce : la musique du monde, de l’homme et des instruments

Anicius Manlius Severinus Boethius, communément appelé Boèce, naquit à Rome vers 480 et mourut à Pavie en 524, mis à mort sur les ordres de l’empereur Théodoric le Grand, dont il avait longtemps été le conseiller, suite à de sombres rivalités et jalousies au sein de sa cour.

Il traduisit en latin et commenta les écrits et la doctrine des philosophes et savants grecs, en particulier Pythagore (580-490 av. J.-C.), Platon (428-346 av. J.-C.) et Aristote (384-322 av. J.-C.). Son travail fut la source antique principale de la philosophie médiévale avant le XIIIe siècle, qui vit le retour de la pensée grecque, traduite et enrichie par les apports des philosophes et savants du Moyen-Orient.

Peu avant sa mort, déjà en exil, il écrivit son chef-d’œuvre, La Consolation de philosophie, en 524, son livre le plus personnel et le couronnement de son entreprise intellectuelle.

La philosophie, personnifiée par une femme, convertit le prisonnier Boèce à la notion platonicienne du souverain Bien. Cet ouvrage, alternant prose et poésie, fut le livre le plus lu à l’époque médiévale après la Bible et permit la transmission des doctrines platoniciennes en langue latine. Pédagogue, Boèce est l’inventeur du terme quadrivium pour désigner l’apprentissage de l’arithmétique, de la géométrie, de la musique et de l’astronomie, qui suit le trivium de l’enseignement grec qui comprend la grammaire, la dialectique et la rhétorique.

De institutione musica

Boèce écrivit de très nombreux ouvrages, parmi lesquels De institutione musica vers 510, ouvrage de première importance qui permit aux érudits médiévaux de comprendre la musique grecque. Boèce y introduit la classification tripartite de la musique : la musica mundana, la musica humana et la musica instrumentalis.

La musica mundana, ou musique des sphères et du monde, commande le mouvement des astres et des planètes dans un ballet cosmique, reflet de l’harmonie universelle. La musica humana, ou musique de l’homme, régit les rapports entre l’âme et le corps ou entre la sensibilité et la raison. La musica instrumentalis, ou musique instrumentale, est produite par la voix ou les instruments. Les règles de la consonance qui la régissent sont le résultat de rapports de proportion mathématiques simples et universels, ceux de Pythagore et de ses disciples.

Boèce était très imprégné des théories de Pythagore sur l’harmonie des nombres qui influencent toutes les choses du monde et donc aussi l’harmonie des sons, issue de l’harmonie de l’octave et de la quinte.

L’illustration ci-après se rapporte à deux traités de Boèce, De institutione arithmetica (livre II) et De institutione musica (livre V). Les trois cadres unissent les savoirs reliant à travers le temps Boèce, Pythagore, Platon et Nicomaque de Gérase, mathématicien et philosophe néopythagoricien, à travers l’art de la musique exprimant la science des nombres et des proportions.

Boèce (480-524) au monocorde, manuscrit anglais.

Vers 1130. Cambridge University Library.

Le commentaire du premier cadre, où l’on voit Boèce s’initier à l’art du monocorde, est le suivant : « Boèce, consul et scrutateur de la plus éminente philosophie, pour estimer par le monocorde ce qui se distingue de la parole, juge par l’écoute du son en parcourant de son index le nerf [la corde] tendu. » Le second cadre montre Pythagore pesant les cognées et établissant les proportions numériques par l’étude des sons à partir de l’allégorie des forgerons : « Pythagore, physicien ami des choses cachées de la physique, discerne [l’harmonie] en pesant avec pondération et repousse ce qui est dissonant. Il constate ainsi, en faisant vibrer les cloches, ce que sont les vraies proportions. » Dans le troisième cadre, on voit Platon le philosophe, dépositaire du savoir pythagoricien, dialoguer d’égal à égal avec le mathématicien Nicomaque. Ils sont face à face, l’index, doigt doctoral, symétriquement levé, ce qui montre leur parfaite complicité spirituelle, et portent chacun le volume de la Musica. Le commentaire illustre ainsi cette transmission du savoir : « Platon, le plus grand des philosophes, qui enseigne lui-même ces matières. Comment, à partir de liens disparates, peut résonner une seule sonorité [harmonie]. Rejoint ainsi les raisonnements de Nicomaque. »

Boèce nous dit également que chaque son est créé par l’harmonie céleste, car l’univers est régi par des rapports numériques harmonieux, et que les distances entre les planètes dans la représentation géocentrique de l’univers – Lune, Mercure, Vénus, Soleil, Mars, Jupiter, Saturne, sphère céleste (étoiles) – sont réparties selon des proportions musicales, ces distances correspondant à des intervalles musicaux d’un ton ou d’un demi-ton.

À chaque planète est également associée une muse : Clio à la Lune, Caliope à Mercure, Trepsicore à Vénus, Melpomène au Soleil, Erato à Mars, Euterpe à Jupiter, Polyhimnie à Jupiter et Uranie aux étoiles célestes. L’harmonie céleste basée sur les nombres fera autorité pendant plus d’un millénaire.

Même les astronomes Kepler (1571-1630), Johan Daniel Titius (1729-1796) et Johan Elert Bode (1747-1826) tenteront de rapprocher leurs observations scientifiques de l’harmonie des nombres de Pythagore (580-490 av. J.-C.) et de Boèce.

Cette quête d’harmonie de l’homme, de la musique et du monde par le son justifia d’élever la musique au même niveau que l’arithmétique, la géométrie et l’astronomie et de rassembler l’ensemble de ces quatre disciplines en un quadrivium, l’essentiel de l’enseignement classique supérieur qui serait professé jusqu’à la fin du Moyen Âge.

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529 Justinien ferme les académies d’Athènes

Au cours des premiers siècles de notre ère, Rome connut un lent déclin ; le dernier empereur romain d’Occident, Romulus Augustule, abdiqua en 476. La religion chrétienne s’était imposée dans tout l’Empire romain. En Grèce, les écoles de pensée continuèrent à étudier et à commenter les textes des grands philosophes Platon et Aristote. On soumettait les textes à une analyse littérale expliquant tous les mots, la lexis, qui donnerait au Moyen Âge la lectio ou lectura. Puis on reprenait les résultats de cette analyse dans la theoria, une explication et une interprétation du texte étudié. Lexis et theoria étaient ainsi les deux étapes successives du processus d’analyse des commentaires de Platon et d’Aristote. Cette analyse rigoureuse des textes conduisit au maintien de la théologie païenne grecque avec des dieux multiples allant à l’encontre du christianisme et de son Dieu unique. C’est par paganisme qu’en 529, l’empereur d’Orient Justinien Ier (vers 482-565) ferma les écoles d’Athènes. La plupart des philosophes grecs fuirent l’Italie et la Grèce pour le Moyen-Orient. Ainsi, par exemple, Simplicios (vers 480-549), le dernier commentateur grec célèbre, fuit Athènes et s’exila en Perse, à la cour du roi philosophe sassanide Khosro Ier, en 532. Dans ses Dialogues, Galilée choisit d’appeler son personnage péripatéticien Simplicio. Mais la philosophie grecque n’était pas morte pour autant ; elle continuerait à dominer le savoir pendant plus d’un millénaire. Les savants et philosophes du Moyen-Orient traduisirent les savoirs grecs dans leurs langues respectives, tout en cherchant à les rendre compatibles avec les religions chrétienne, juive et musulmane, puis ils transmirent ces savoirs à l’Occident lors des conquêtes de l’Europe via l’Andalousie et le Sud de l’Italie.

Quatre savants du Moyen-Orient furent particulièrement importants pour cette transmission du savoir grec : Al Kindi, ou Abū Yūsuf Ya’qūb ibn Is’āq al-Kindī, né à Koufa en Arabie en 801 et mort à Bagdad en 873, est considéré comme le premier grand philosophe arabe « hellénisant ». D’un esprit encyclopédique, premier philosophe de langue arabe, il chercha à synthétiser, organiser et évaluer l’ensemble des savoirs de son temps en s’intéressant à des domaines très variés : philosophie, mathématiques, astronomie, physique, chimie, technologie, musique... Il écrivit près de 300 ouvrages, généralement sous la forme de brefs traités, dont sept sur la musique ; seuls une trentaine nous sont parvenus. Il traduisit aussi en langue arabe les principaux textes des philosophes grecs, ce qui permit à ses successeurs arabes d’en prendre connaissance, voire de les enrichir ; Al Farabi, né à Wâsij, près de Farab, dans le Kazakhstan actuel, en 872 et mort à Damas, en Syrie, en 950, approfondit toutes les sciences et tous les arts de son temps. Il serait appelé le « second maître de l’intelligence », le premier étant Aristote (384-322 av. J.-C.) et le troisième Avicenne (980-1037). Al Farabi écrivit notamment le Kitāb al-mūsīqī al-kabīr, ou « Grand Livre de la musique ». Au début de l’ouvrage, il expose sa théorie de la production des sons et développe largement, en les complétant, les thèses aristotéliciennes sur les chocs. Nous sommes ici environ treize siècles après Aristote, mais la conception du son est toujours basée sur les mêmes théories. Dans son ouvrage, Al Farabi décrit aussi les instruments de musique de son époque et de sa région. Pour le tunbur, un luth à manche long, il imagine de nouveaux systèmes de frettes pour en améliorer les possibilités mélodiques. Il étudie les flûtes et les harpes. Son ouvrage, qui nous a été transmis dans son intégralité, est fondamental pour l’histoire de la musique persane et arabe, car il s’agit d’une encyclopédie musicale de tout ce qu’ont fait les Grecs, les musiciens perses de la cour sassanide, les auteurs préislamiques et les musiciens de l’époque d’Al Farabi lui-même ; Averroès de son nom latinisé, ou Ibn Rushd, naquit à Cordoue, en Andalousie, en 1126 et mourut à Marrakech en 1198. Il exerça les fonctions de grand cadi (juge suprême) à Séville et à Cordoue et fut le médecin privé des sultans almohades à Marrakech, à une époque charnière où le pouvoir était passé des Almoravides aux Almohades. Son œuvre eut une grande importance en Europe occidentale, où elle influença les philosophes médiévaux latins et juifs dits « averroïstes ». Nous ne connaissons toutefois aucun contenu de son œuvre qui soit lié au son ; enfin, le rabbin Maïmonide, ou Moshe ben Maïmon (ou Ha Rambam), naquit à Cordoue en 1138 et mourut à Fostat (en Égypte, à l’entrée du delta du Nil) en 1204. Il est considéré comme l’une des plus éminentes autorités rabbiniques du Moyen Âge. Maïmonide joua un rôle majeur dans la transmission en Occident médiéval d’une philosophie néo-aristotélicienne élaborée de manière à concilier les impératifs de la raison et de la science en conformité avec les préceptes de la religion juive.

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1025 Le moine Guido d’Arezzo fixe la notation musicale latine

Brève histoire de la notation musicale

La notation musicale est présente dès les origines de l’écriture ; on en trouve la trace sur des tablettes babyloniennes.

Boèce (480-524), dans son ouvrage De institutione Musica, désigne des notes de musique par les lettres A, B…, mais la hauteur des notes n’est pas fixée et varie d’un morceau à l’autre.

Au IXe siècle, l’Occident chrétien reprend une notation alphabétique apparue probablement en Grèce antique ; seules les sept premières lettres de l’alphabet sont utilisées, répétées ensuite dans une graphie différente selon l’octave : a, A, aa…

Parallèlement apparaissent également les neumes, signes généralement notés au-dessus du texte et permettant au chantre de retrouver une mélodie. La notation neumatique évoluera mais restera en vigueur durant tout le Moyen Âge, jusqu’à la généralisation de notre notation actuelle.

Au XIe siècle apparaît la portée, système de quatre (pour le chant grégorien) puis de cinq lignes, où les notes prennent place de façon à préciser leur hauteur et aussi à faciliter la réalisation des rythmes dans la musique polyphonique.

Les tablatures apparaissent au Moyen Âge. Elles constituent un système de notation spécifique à un instrument donné. Les formes de tablature varient selon les époques. Elles seront abandonnées progressivement au cours du XVIIe siècle pour les instruments à clavier, mais perdureront pour les instruments à corde, comme le luth et la guitare. Les méthodes d’apprentissage actuelles pour guitare sont ainsi en quelque sorte l’évolution des tablatures du Moyen Âge.

Le XVIe siècle, enfin, sous l’influence de l’imprimerie, favorise la diffusion de la notation standardisée que nous connaissons aujourd’hui et qui, pour l’essentiel, se figera entre 1650 et 1750.

La notation musicale latine

Guido d’Arezzo (Guidus Aretinus en latin) est un moine bénédictin italien né en 992 à Pomposa (près de Ferrare en Toscane) et mort vers 1050. Il est célèbre pour sa contribution à la pédagogie musicale, et notamment à l’élaboration d’un système de notation musicale sur portée.

Il écrit d’importants ouvrages sur la musique : Micrologus de disciplina artis musicæ (vers 1025 ou 1026), l’un des plus imposants traités du Moyen Âge. Il est destiné aux maîtres et aux experts et non aux simples chantres ; Regulæ rythmicæ, synthèse du précédent, destinée à l’enseignement ; Prologus in Antiphonarium, une explication technique de la notation sur portée ; Epistola ad Michaelem, qui contient des éléments biographiques et une explication de sa méthode pour apprendre le chant.

Pour faciliter l’apprentissage, il invente une gamme de six notes, l’hexacorde, qu’il place sur une portée de quatre lignes. Pour avoir des « mots » à chanter, Guido d’Arezzo a l’idée d’utiliser un texte latin, l’hymne à saint Jean-Baptiste dû à Paolo Diacono (env. 730-799), dont chaque vers commence un ton au-dessus du précédent. Chaque vers commence aussi par le nom d’une note de musique : ut, ré, mi, fa, sol, la.

Vers l’an 1030, Guido se rend à Rome pour y rencontrer le pape Jean XIX et lui présenter sa nouvelle méthode de solfège (« solfège » vient des mots « sol » et « fa »). Impressionné, le pape aurait invité Guido à s’établir à Rome, mais ce dernier serait tombé malade, aurait quitté la ville et se serait rendu à Arezzo. On perd sa trace après 1033 et on pense qu’il serait mort à Arezzo vers 1050.

Au début, la gamme ne compte que six notes. Le si n’apparaîtra qu’au XVIe siècle, grâce au moine Anselme de Flandres ; son nom est une contraction des lettres s et i de « San Ionanes ». Par la suite, Bononcini (1642-1678), en 1673, remplacera ut par do, plus facile à chanter, soit en hommage au musicien italien Doni (1595-1647), soit parce qu’étant la première syllabe de « Dominus ». La portée de Guido d’Arezzo, étendue à cinq lignes, se généralise très vite à l’ensemble du monde musical.

Dans les pays anglo-saxons, la dénomination alphabétique est conservée. On utilise toujours les lettres de A à G pour désigner les notes (de la à sol). En Allemagne, la lettre H remplace B, attribuée au si bémol. Johann Sebastian Bach (1685-1750) utilisait comme « signature » les quatre notes si𝄬-la-do-si♮, soit B-A-C-H, formant une « croix » par leur emplacement sur la portée.

Au XXe siècle, certains compositeurs prennent plus de liberté avec l’écriture musicale classique. Pierre Boulez (1925-2016) dans Périforme, s’interroge d’ailleurs sur l’écriture musicale : « Puis-je m’en tenir à l’éventuel, ou dois-je inclure le prévu ? Jusqu’à quel point vais-je égarer le déchiffreur de songes ? Me faut-il donner les clefs de la compréhension ? Ou puis-je me murer solidement dans ma forteresse imaginaire ? Qu’il est facile d’écrire, qu’il est difficile de composer. »

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1027 Les sens dans Le Grand livre de la guérison d’Avicenne

Le philosophe et médecin persan Avicenne, ou Ibn Sīnā, « fils de Sina », Pur-e Sinâ en persan, naît en 980 à Afshéna, près de Boukhara, dans l’actuel Ouzbékistan, et meurt en 1037 à Hamadan, en Iran.

Rédigeant principalement en arabe classique, il s’intéresse à de nombreuses sciences, comme la médecine, l’astronomie, l’alchimie et la psychologie. Il replace l’ensemble des connaissances médicales de son temps dans une vaste synthèse philosophique et logique, combinant la logique d’Aristote avec le néoplatonisme.

Avicenne élève ainsi la médecine au rang de discipline intellectuelle (d’où son inscription dans le cursus dès la fondation des premières universités de l’Occident médiéval). La médecine s’intègre dans une philosophie naturelle compatible avec le monothéisme, ses textes médicaux sont bientôt traduits en hébreu et en latin.

En 1027, il écrit Le Livre de la guérison, sans doute son ouvrage le plus important, avec son Canon de la médecine. L’un des chapitres concerne la perception et la sensation.

Avicenne s’appuie sur Platon et le néoplatonisme pour expliquer que l’âme est en contact avec le monde réel par la sensation et la perception. La sensation se fait par les cinq organes des sens qui communiquent avec le cerveau. Il s’agit d’un ensemble primaire de sensations. La perception est une intériorisation dans l’âme, par puissance appréhensive de l’âme sensible, dotée des sens internes : le sens commun, la puissance formative d’images, la puissance imaginative, la puissance estimative, la puissance conservative et remémorative.

Avicenne développe et perfectionne des notions reprises d’Aristote (384-322 av. J.-C.) et de Galien (130-201), qui distinguent trois puissances : la pensée, l’imagination et la mémoire. Il localise ces cinq sens ou facultés internes dans trois cavités, les trois premiers ventricules du cerveau. Il établit ainsi un fonctionnement en réseau fait de réception, de transmission et de traitement des impressions.

Ce réseau complexe existe aussi chez l’animal. Selon Avicenne, le mouton fuit devant le loup parce qu’il comprend l’intention cachée dans l’image du loup se formant dans son cerveau.

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1230 Robert Grosseteste, précurseur de la phonétique

Dans l’Empire romain, l’enseignement visait à former les élites politiques et administratives des cités. L’effondrement de l’Empire d’Occident permit à l’Église de prendre en main cette formation.

Au début du Moyen Âge, en Europe occidentale, l’enseignement était ainsi dispensé aux clercs dans les abbayes ; il devint donc chrétien. On y enseignait les sept « arts libéraux » répartis en deux cycles : le trivium, comprenant la grammaire, la rhétorique et la dialectique, suivi du quadrivium créé par Boèce, comprenant l’arithmétique, la géométrie, l’astronomie et la musique. Ces écoles se situaient soit à la campagne, dans les abbayes, soit dans les villes, dépendant alors des cathédrales (l’École de Chartres, par exemple).

À la fin du XIIe siècle, les clercs se groupèrent en corporations (universitates) afin de pouvoir se livrer librement à la recherche et à l’enseignement, indépendamment des autorités ecclésiastiques, encouragés en cela par les souverains. Des universités furent créées, souvent à partir de ces mêmes écoles.

Le terme « universitas » désigne l’ensemble formé par les enseignants et les élèves et est destiné à donner à cet ensemble une valeur juridique indépendante. Les créateurs des « universitates » sollicitèrent et obtinrent du Saint-Siège des bulles leur garantissant cette liberté, la « libertas scolastica », autonomie d’ordre juridique et intellectuel.

Les premières universités furent ainsi Bologne (1088), Parme (1117) et Modène (1175) en Italie ; Oxford (1167) et Cambridge (1209) en Angleterre ; Paris (1200) et Montpellier (1220) en France ; Palencia (1212), Salamanque (1218) et Valladolid (1240) en Espagne ; Coimbra (1290) au Portugal ; Heidelberg (1386) et Cologne (1388) en Allemagne ; Louvain (1425) en Belgique.

C’est dans ce contexte qu’apparut Robert Grosseteste (1175-1253), moine franciscain et figure centrale du mouvement intellectuel de la première moitié du XIIIe siècle en Angleterre. Il étudia à Oxford et à Paris, enseigna à Oxford et en devint le « magister scholarum », nous dirions recteur aujourd’hui, en 1224. Il fit venir à Oxford des lettrés de plusieurs pays, y compris de Grèce, en leur demandant d’apporter avec eux tout ce qui leur était possible comme traités de grammaire, ce qui contribua à asseoir la réputation de cette université. En 1235, il fut nommé évêque de Lincoln (dont dépend Oxford), où il mourut. Il est considéré comme le premier savant expérimentaliste ; son élève Roger Bacon (1214-1294) fut son digne successeur.

Pour lui, le raisonnement scientifique doit partir des faits (quia), en rechercher les causes (propter quid) par l’examen des faits concrets et ne doit pas être issu d’un raisonnement philosophique ou religieux. Robert Grosseteste écrivit plusieurs courts traités scientifiques en latin, dont les plus célèbres concernent l’optique.

De Generatione Sonorum

Vers 1230, il publia un court traité sur le son, très original, d’à peine une centaine de lignes, De Generatione Sonorum. Il y aborde d’abord la naissance du son, mais aussi comment est créée la voix en analysant les voyelles, les consonnes et les syllabes. Ce petit ouvrage est considéré comme le premier traité de phonétique.

Grosseteste décrit ainsi l’origine du son : émis par un corps, comme la corde d’un instrument ou une cloche, par exemple, le son est issu d’une vibration de ce corps autour d’une position d’équilibre et ce sont les forces internes du corps vibrant qui le ramènent à sa position d’équilibre en passant même par des positions intermédiaires non naturelles : « Lorsqu’un corps capable de résonner est frappé violemment, certaines parties résonantes de ce corps s’éloignent de leurs positions naturelles, auxquelles elles reviennent contraintes par la nature du corps, et, de cette manière, à cause de la force de l’attraction auxquelles les parties vibrantes sont soumises, elles reviennent complètement à leurs positions naturelles, et ont même un mouvement supplémentaire vers des positions non naturelles ; et l’inclinaison naturelle repousse à nouveau le corps vers sa position naturelle et crée ainsi un tremblement subtil aux extrémités du corps résonant. Et ce tremblement est évident au toucher et à la vue. De telles vibrations de chaque petite partie du corps résultent nécessairement de leur déplacement autour de la position naturelle, consistant en un allongement de la dimension longitudinale associé à une contraction de la dimension transversale ; et inversement, en revenant vers la position naturelle, on a une contraction de la dimension longitudinale associée à un allongement de la dimension transversale. Et ce mouvement d’expansion et de compression dans chaque partie du corps résonant, où le mouvement local de vibration est significatif, est le son ou la capacité sonore naturelle du corps vibrant. »

Ces lignes nous plongent directement dans la théorie « élastique » des matériaux, qui sera développée quatre siècles plus tard par le savant anglais John Hooke (1635-1703). Ensuite, Grosseteste explique, en trois lignes concises, comment le son se propage dans l’air jusqu’aux oreilles et à l’« âme » : « Et lorsque les parties du corps sonore vibrent, elles déplacent l’air près d’elles en leur communiquant un mouvement similaire qui arrive jusqu’à nos oreilles et ce phénomène n’est pas ignoré par l’âme et constitue le sens de l’ouïe. »

Puis Grosseteste nous indique qu’un son peut aussi être créé de façon volontaire par notre respiration qui donne la voix destinée à créer des images issues de notre imagination : « Ergo sonus formatus a primo motivo, in quo est imaginatio, vox est. »

L’on découvre des passages complètement novateurs qui préfigurent la phonétique et les études sur la formation de la voix. Grosseteste explique encore que les sons de la voix sont créés sur la base de sept types de mouvements différents : en ligne droite (avant/arrière ou de haut en bas) ; circulaire ; de dilatation et contraction ; un point se déplaçant sur un cercle se déplaçant lui-même en ligne droite ; Un point se déplaçant sur un cercle se déplaçant lui-même sur un autre cercle ; un mouvement de dilatation/contraction se déplaçant sur un cercle se déplaçant lui-même en ligne droite ; un mouvement dilatation/contraction se déplaçant sur un cercle se déplaçant lui-même sur un autre cercle.

Grosseteste assimile ces sept mouvements aux sept voyelles grecques. Il indique aussi que les écritures occidentales ont associé les lettres représentant les sons aux mouvements correspondant à ces sons. Ainsi, le son i est rectiligne et représenté par une ligne, le son o par un mouvement circulaire représenté par un cercle (comme le mouvement de nos lèvres pour créer ce son), le son a par une combinaison de mouvements rectilignes créant un triangle, le son grec ε (epsilon) étant une combinaison de mouvements autour d’un cercle… Ensuite, Grosseteste aborde les consonnes qui ne sonnent pas toutes seules mais associées à une voyelle : « Consonnes, qui sont ainsi appelées parce qu’elles semblent sonner avec une autre, et qu’il n’est pas possible d’écouter seules comme précédemment [les voyelles], mais par une combinaison vocale. »

On en arrive finalement aux syllabes qui, associées, forment les mots, les phrases et donc notre langue : « À cela je réponds : la force motrice, qui donne la voix, du début de la syllabe à sa fin, incline l’esprit et l’instrument [vocal] pour créer le son souhaité, et donc déplace la respiration et les instruments [vocaux] en conséquence. »

Grosseteste n’avait bien sûr pas les connaissances scientifiques dont nous disposons aujourd’hui pour analyser les mouvements de l’organe vocal et ses affirmations sont approximatives. Mais elles montrent son approche pragmatique dans l’élaboration du modèle phonétique. En un petit traité acoustique de trois pages et demie, il révolutionne la science du son en la plaçant sur le plan de l’observation après quinze siècles, des dizaines de scientifiques et philosophes grecs, latins, perses et arabes ainsi que plusieurs milliers de pages dérivées plus ou moins directement des théories et philosophies grecques.

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1100-1400 De ecclesiarum vasis

Les moines copistes du Moyen Âge perpétuèrent les connaissances des vases acoustiques des théâtres grecs par des copies de l’encyclopédie De Architectura de Vitruve où ceux-ci étaient décrits. À la Renaissance, de nombreuses copies et traductions de cet ouvrage important de l’Antiquité furent réalisées en raison du regain d’intérêt pour tout ce qui était antique.

L’intégration de vases acoustiques dans les lieux de culte se perpétua ainsi durant tout le Moyen Âge. Beaucoup furent intégrés dans les murs et voûtes des églises ou abbayes, car ils avaient la réputation d’améliorer l’acoustique. Il était en effet souhaitable de donner la meilleure qualité acoustique aux lieux de culte où était transmise la parole de Dieu. Si les vases grecs étaient réalisés en bronze (airain) et posés dans des niches, ce qui leur permettait de résonner comme un instrument à percussion, ceux du Moyen Âge étaient réalisés en terre et figés dans les murs ou les voûtes, souvent intégrés à la décoration. Seule la résonance du volume du vase pouvait donc fonctionner du point de vue acoustique. Autre différence fondamentale des édifices religieux : les théâtres grecs étaient en plein air et il s’agissait de créer une certaine réverbération avec les vases pour aider la parole ou la musique à se propager ; les églises étaient des espaces fermés avec des volumes imposants et une réverbération longue peu favorable à l’intelligibilité de la parole. Il s’agissait donc de diminuer cette réverbération pour améliorer la transmission du message divin. Et c’est précisément ce que faisaient les vases intégrés dans les murs et les voûtes.

Effets acoustiques des vases de nos édifices religieux, dessin de l’auteur.

Nous savons aussi aujourd’hui (depuis Helmholtz au XIXe siècle) que ces vases présentaient une forte absorption du son dans les fréquences graves inférieures à leur fréquence de résonance et qu’ils diminuaient les défauts acoustiques liés aux voûtes concaves (défauts appelés focalisations). Les vases créaient en plus une diffusion des rayons sonores dans toutes les directions. C’est précisément pour ces propriétés d’absorption et de diffusion qu’ils sont encore utilisés aujourd’hui. Citons les rosaces de la nef centrale du Musée d’Orsay à Paris et les rangements de la bibliothèque de l’abbaye d’Ardenne à Caen. Tous ces effets améliorent l’intelligibilité de la parole et sont donc favorables à l’amélioration acoustique des lieux de culte. Signalons pour terminer que de nombreuses poteries acoustiques furent probablement détruites ou rebouchées lors de la rénovation d’édifices religieux par méconnaissance de leur utilité. C’est ainsi le cas de la sainte-chapelle de Riom (puy de Dôme en France), où 80 poteries furent sciemment rebouchées lors d’une rénovation intervenue au milieu des années 1970.

Lors d’une conférence du GALF (ancêtre de la Société française d’acoustique) sur le sujet des poteries acoustiques en 1978, une personne interpella le conférencier René Floriot en lui disant que l’on avait des difficultés à mesurer l’efficacité des poteries acoustiques. Il eut cette réponse que je fais mienne : « Monsieur, il n’est point besoin d’instruments sophistiqués pour mesurer leur efficacité. Une bonne oreille suffit. Demandez au chanoine, gardien de la sainte-chapelle de Riom, s’il n’a pas entendu de différence après la rénovation de la sainte-chapelle ! »

Les témoignages écrits et visuels de l’existence des vases acoustiques des églises sont nombreux. Voici quelques citations qui parlent des effets bénéfiques et de l’intégration des vases acoustiques : « Je suis un misérable petit vase d’argile. Je ne dis pas cela de moi-même mais grâce à la vraie lumière : l’Homme est un vase que Dieu a créé pour lui-même et qu’il a rempli de son inspiration pour y accomplir ses œuvres » (Hildegarde de Bingen, 1098-1179) ; « Les corps creux sont réputés renforcer les sons ») saint Thomas d’Aquin ; (1225-1274) ; « Le vigile de l’Assumption Nostre-Dame, aprez ceu que frêre Ode le Roy, priour de Seans, fuit retournez du chapitre gralde dessus dit, il fit et ordonnoit de mettre les pots au cuer de leglise de Seans, portant qu’il avoit vu altepart en aucune église et pensant qu’il y fesoit meilleur chanter et que il y resonneroît plus fort. Et y furet mis tuis en ung jour on point tant douvrier quil suffisoit » (Chroniques des moines célestins de Metz, 1432) ; « Comment varie le son des vases avec le diamètre de leurs orifices ?) Léonard de Vinci (1452-1519) ; « Le maçon Jacques Bodmer installe des pertuis ès vottes du templ, afin que la parolle de Dieu qui y est annoncée soit d’autant plus facilement entendue » (extrait des comptes du temple de Lutry en Suisse, XVIe siècle) ; « Trois grandes “gerles” de terre seront placées dans le mur à la droite du cœur sous chacune des trois fenêtres de la Chartreuse du Val de Bénédiction de Villeneuve-lès-Avignon » (Chroniques du Val de Bénédiction de Villeneuve-lès-Avignon, 1603) ; « Payé 24 sols au tupinier de Belon pour trois douzaines de petits pots pour mettre dans la muraille du chœur, propres à faire raisonner la voix » (extrait des comptes du chapitre de Saint-Denis-de-Vergy en Bourgogne, 1616) ; « Qui sait ce que l’on fait derrière ce rideau ? De cinquante choristes que le public entretien dedans telle maison, quelque fois ils ne seront pas six à l’office, ces chœurs sont accommodés avec des pots dans la voûte, et dans les murailles, en sorte que six voix y feront autant de bruit, que quarante ailleurs. C’est le portique d’Athènes appelé heptaphonon, ou une voix résonante au septuple, par une forme d’écho, un moins modéré appelleroit ceste industrie, une pieuse fraude » (Apocalypse de Méliton, 1635) ; « Commande, pour la somme de dix livres, à Hervé Lecan d’Ergué dix pots à mettre dans les murs de l’église pour faire écho » (extrait des comptes de l’église Saint-Idunet de Trégourez, Finistère, 1666). Et voici quelques lieux de culte où l’on peut les admirer aujourd’hui : église Saint-Séverin de Cologne (Rhénanie du Nord Westphalie, Allemagne), XIIIe-XVe siècle ; abbaye d’Orval (Belgique), XIIIe siècle ; basilique Notre-Dame d’Avioth (Meuse, France), XIVe siècle ; église Saint-Jacques de Tournai (Belgique), XIIe-XIIIe siècles ; église de Villette (Vaud, Suisse), XIIIe-XIVe siècles ; chartreuse Notre-Dame du Val de Bénédiction de Villeneuve-lès-Avignon (Vaucluse, France), XIVe siècle ; église Saint-Hilaire d’Estables en Margeride (Lozère, France), XI-XIIIe siècles ; cathédrale Notre-Dame et Saint-Privat de Mende (Lozère, France), XVe siècle ; église Saint-Idunet de Trégourez (Finistère, France), XVe siècle.

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1484 Le grande cloche maudite de Dhammazedi

Neuvième roi Môn de Birmanie (Myanmar), Dhammazedi (1412-1492) fut d’abord le conseiller de la reine Shin Sawbu (1394-1471), la plus vénérée de Birmanie. Celle-ci fit embellir la magnifique pagode Shwedagon de Rangoon, la capitale ; elle fit élargir la plateforme de la pagode, la fit paver de pierre et entourer de piliers et de lampes. Elle fit aussi battre son propre poids en feuilles d’or pour couvrir le stûpa central, ce qui lui conféra cet éclat qu’elle possède encore aujourd’hui. Elle transféra le pouvoir royal à son fidèle conseiller Dhammazedi à partir de 1464. Celui-ci ordonna un recensement du royaume vers 1480. Trop zélés, ses ministres ne comptèrent pas seulement les ménages ; ils les taxèrent également lourdement, récoltant ainsi environ 300 tonnes de monnaie de cuivre, à la grande colère du souverain Dhammazedi. Pour apaiser son courroux, les ministres proposèrent de faire couler le cuivre dans une cloche. C’est ainsi qu’est née la plus lourde cloche de l’histoire. Les chroniqueurs notèrent également que la date choisie pour la fonte de la cloche, le 5 février 1484, était astrologiquement inappropriée. Les sages conseillers du roi Dhammazedi l’incitèrent à la reporter, car les étoiles de la constellation du Crocodile n’étaient pas favorablement alignées. Mais la date fut maintenue et le roi présenta la cloche à la pagode Shwedagon à Rangoon (alors connue sous le nom de Dagon). Selon les textes de l’époque, le métal de la cloche, outre le bronze constitué de cuivre et d’étain, comprenait aussi de l’argent et de l’or et la cloche aurait également été incrustée d’émeraudes et de saphirs extorqués au peuple birman.

Un siècle plus tard, en 1583, un marchand de pierres précieuses vénitien nommé Gasparo Balbi (1550-1623) visita l’ancienne Dagon et décrivit longuement la pagode Shwedagon : « J’ai trouvé dans une belle salle une très grande cloche que nous avons mesurée, et j’ai trouvé qu’elle avait sept pas et trois largeurs de main et elle est pleine de lettres du haut vers le bas, si proches les unes des autres que l’une touche l’autre, mais il n’y avait aucune personne qui pouvait les comprendre. »

À partir de 1530, la dynastie des rois Môn commença à décliner. Commerçants et aventuriers européens arrivèrent en Birmanie. Dans les années 1590, un aventurier portugais, Filipe de Brito y Nicote (1566-1608), établit un nouveau poste commercial à Syriam (aujourd’hui Thanlyin), de l’autre côté du fleuve par rapport à Dagon (aujourd’hui Rangoon). En 1608, celui-ci fit enlever la cloche du roi Dhammazedi du site de la pagode Schwedagon, la fit descendre de la colline jusqu’à un radeau dans le ruisseau Pazundaung puis la fit transporter par des éléphants jusqu’à la rivière. La cloche et le radeau furent attachés à son navire pour le voyage à travers la rivière jusqu’à Thanlyn, pour qu’elle y soit fondue et transformée en canons. Cependant, au confluent des rivières Bago et Yangon, le radeau se brisa et la cloche coula, emportant avec elle le navire de Filipe de Brito. En représailles du vol de la cloche, toute la garnison portugaise fut tuée par les Birmans en colère et les archives nous indiquent que le chef portugais fut mis à mort, fixé sur des pieux en bambou.

Tous les récits de l’histoire de Rangoon insistent sur le fait que, si la cloche de Dhammazedi ne fut jamais récupérée, le sommet de celle-ci pouvait encore être vu au-dessus de l’eau à marée basse durant tout le XIXe siècle. Certains témoins racontent aujourd’hui avoir été emmenés jusqu’au site de la cloche par leurs aînés pour observer le tourbillon se formant dans l’eau au niveau de la cloche immergée. La rivière n’est pas particulièrement profonde à cet endroit (environ 12 mètres), mais il y a au fond une très grosse épaisseur de boue.

La cloche de Dhammazedi est aujourd’hui toujours enfouie quelque part dans la boue. Son emplacement aurait été repéré en août 2014 par des chercheurs birmans.

La cloche : un objet important dans le bouddhisme et l’hindouisme d’Asie

Il y a une très longue tradition de l’art de la cloche en Asie. L’empereur jaune chinois Huángdì fit fondre, en 2697 avant notre ère, un carillon de douze cloches pour célébrer la création des douze lüs (notes) de la musique chinoise.

Plusieurs cloches datant de la dynastie Shang (XVIIIe-XIe siècles avant notre ère) sont exposées au Musée de l’histoire chinoise à Pékin.

La cloche de Mingun, en Birmanie, coulée en 1807 à Mandalay, pèse 90 tonnes (55555 peik-thar, l’unité de masse traditionnelle birmane, que l’on peut lire sur l’image ci-dessus) et a un diamètre de 5 mètres. Sans battant à l’intérieur, elle est frappée à l’extérieur avec un heurtoir en teck. Elle est restée longtemps la plus lourde du monde.

La plus grande cloche au monde actuellement en fonctionnement est celle du temple de Hanshan à Suzhou, en Chine, fondue en 2010. La cloche, sur laquelle sont inscrits les noms de 10 000 bouddhas, mesure 9 mètres de hauteur pour 6 mètres de largeur maximale et pèse 108 tonnes. 108 est un chiffre aux multiples significations importantes dans le bouddhisme (et l’hindouisme), comme les 108 épreuves de Bouddha pour atteindre l’illumination. Attribut essentiel des dignitaires du lamaïsme, la Dril-bu ou petite cloche à main rituelle tenue de la main gauche représente la femme, la sagesse et la connaissance. Son complément, le Dor-je, petite croix tenue de la main droite, représente le masculin, la voie et la méthode pour atteindre la connaissance. Les associations symboliques qui existent entre les deux objets sont multiples : soleil et lune, masculin et féminin, nuit et jour, etc.

En Inde, la cloche symbolise l’ouïe et ce qu’elle perçoit, le son, « reflet de la vibration primordiale ».

La tsar Kolokol de Moscou

La tsar Kolokol (en russe Царь-колокол, « tsar des cloches » en français) est une cloche en bronze, visible au Kremlin à Moscou, pesant 200 tonnes, d’une hauteur de 6,24 mètres et d’un diamètre de 6,60 mètres. Elle fut fondue en 1735 par la célèbre famille de fondeurs russes Motorin à la demande de la tsarine Anne Ire de Russie (1693-1740) pour réaliser le rêve de son grand-père Alexis Ier (1629-1676).

C’est actuellement la plus grosse cloche du monde, mais elle n’a jamais sonné. Elle se brisa, par choc thermique, dans la fosse où elle achevait d’être fondue, lorsqu’on voulut éteindre le gigantesque incendie de Moscou en mai 1737. Un éclat de 11,5 tonnes s’en détacha et est visible là où elle fut ensuite installée sur un piédestal au Kremlin.

Vocabulaire français de la campanologie

Les cloches de nos pays occidentaux font partie de notre quotidien. Elles nous annoncent des dangers comme les incendies, la brume pour les marins, mais aussi des événements heureux, publics ou privés, comme avec la clochette que l’on actionne pour annoncer un discours lors d’un repas. Elles sont situées en haut des édifices publics, comme le beffroi, ou religieux, comme le clocher. Elles sonnent l’heure dans nos villes et nos villages.

Le vocabulaire français créé autour de la cloche est beaucoup plus poétique que son symbolisme religieux chrétien de puissance et d’autorité. La cloche est suspendue au joug par une anse. Les parties de la cloche, du haut vers le bas, sont le cerveau, l’épaule, la robe, souvent garnie d’une faussure. La panse se termine dans la partie basse par la lèvre inférieure ou la pince. Le battant frappe la cloche pour émettre la note. La cloche est fondue et coulée par le fondeur de cloches ou saintier, et installée par le campaniste. L’étude des cloches s’appelle la campanologie et le collectionneur de cloches est le campanophile. Nous avons donné des noms anthropomorphiques aux différents organes de la cloche. Nous avons aussi nommé nos cloches célèbres : le bourdon de Notre-Dame de Paris s’appelle Emmanuel.

Nos animaux d’élevage portent des sonnailles ou clarines pour nous indiquer leur présence et nous permettre de retrouver les « brebis égarées ».

Les cloches sont réalisées selon une composition, des dimensions, un processus de fabrication et sont enfin accordées pour émettre la note précise que nous leur avons assignée.

Nous les assemblons pour former des carillons ; les compositeurs ont créé de belles musiques pour carillon, ritournelles ou sonates, qui sont jouées à partir d’une table de jeu.

Perpétuer cet artisanat

Les cloches sont traditionnellement faites en airain ou en bronze composé de 75 à 80 % de cuivre et 20 à 25 % d’étain. Certaines cloches sont aujourd’hui réalisées en d’autres métaux, voire en terre cuite, porcelaine, cristal, etc.

Il nous faut préserver et perpétuer cet art ou artisanat. Il n’y a plus de fondeur de cloches en Belgique. La famille Sergeys de Louvain était la dernière famille de fondeurs de cloches belge ; elle a arrêté ses activités en 1970. Il reste un très petit nombre de fondeurs en Europe occidentale ; ils seraient 45 dans le monde. Rien qu’en France, au milieu du XIXe siècle, ils étaient 86...

Aujourd’hui, trois fondeurs de cloches renommés sont encore en activité : Dominique Bollée dans le Loiret, Cornille Havard dans la Manche et la famille Paccard à Sevrier, près d’Annecy. Certains artisans coulent des cloches de façon plus ponctuelle comme la société Voegelé à Strasbourg. Quelques fondeurs de clochettes et sonnailles exercent aujourd’hui encore dans le Sud-Ouest de la France et en Franche-Comté, notamment la fonderie Jean Obertino et fils à Morteau, dans le Doubs.

La famille de fondeurs de cloches et de carillons Paccard à Annecy, en exercice depuis la fin du XVIIIe siècle, est célèbre dans le monde entier. C’est la huitième génération de cette petite entreprise familiale qui en assure toujours la bonne tenue. L’entreprise Paccard a notamment reçu une commande de 54 cloches du gouvernement américain en 1950 : une pour chaque État des États-Unis, trois autres pour des édifices publics et une restituée à la Ville d’Annecy en remerciement pour la qualité du travail réalisé et pour signifier que la liberté est un bien partagé. Ces liberty bells (« cloches de la liberté ») sont des répliques de la cloche de la liberté de Philadelphie qui sonna le jour de l’indépendance américaine en 1776.

En 1998, la Fonderie Paccard fut choisie pour réaliser la World Peace Bell (Cloche de la paix mondiale), la plus grosse cloche en volée du monde, d’un poids de plus de 33 tonnes, destinée à la Millenium Monument Company à Newport, aux États-Unis. Elle a sonné l’arrivée du troisième millénaire. On peut aujourd’hui lui commander de petites cloches fondues dans ses ateliers comme cadeau ou comme symbole d’un événement heureux.

Je souhaite encore longue vie à ces artisans de France et du monde qui perpétuent ce savoir et cette technique ancestrale.

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1560 Les luthiers de Crémone

Le violon n’existe pas au Moyen Âge. Les instruments à cordes sont cependant très nombreux : les luths, lyres, guitares et violes notamment. L’instrument le plus proche du violon est le rebec, instrument à trois cordes frottées.

La famille Amati invente le violon

À la fin du XVe siècle, les juifs sont chassés d’Espagne par Isabelle la catholique (1451-1504). Parmi eux, le luthier Manuel Haviv. Il fuit l’Espagne pour Italie du Nord et s’installe à Brescia, où il reprend son métier de luthier. Il confectionne notamment des rebecs. Manuel est juif et l’Église catholique italienne lui interdit de vendre directement ses rebecs aux musiciens ; il doit passer par des intermédiaires « agréés » par la Ville de Brescia.

Pour s’adapter à son nouveau pays d’adoption, Manuel change de nom. Manuel Haviv (qui peut se traduire par « Dieu avec nous, aimé et généreux ») s’appelle désormais Gottardo (« dieu courageux ») Amati. Gottardo Amati s’affilie aussi à la puissante guilde de la laine, ce qui lui assure une certaine protection, un réseau de distribution pour ses instruments en même temps qu’un approvisionnement plus facile pour les boyaux destinés à la fabrication des cordes.

Il change un peu la forme des rebecs et en crée quatre modèles de tailles différentes : le dessus, l’alto, le ténor et la basse, essayant ainsi de contourner l’interdiction de l’Église.

En 1511 naît Andrea, le fils de Gottardo, qu’il forme au métier de luthier. Andrea quitte Brescia, qui dépend de la République de Venise, pour Crémone, dans le duché voisin de Milan, où résident beaucoup d’ébénistes, mais sans doute aussi pour tenter d’échapper aux ennuis que l’administration et l’Église de Brescia infligeaient à son père. Mais cela n’est pas simple et l’Inquisition interdit toujours à Andrea Amati (1511-1580) de vendre ses instruments à trois cordes, qu’elle considère comme des rebecs.

Andrea Amati rajoute alors une quatrième corde et crée ainsi le violon. Cela change complètement le jeu de l’instrument et Andrea modifie en profondeur la forme et la taille de l’instrument, qui devient à peu de choses près le violon que nous connaissons aujourd’hui.

On attribue donc à la famille Amati l’invention du violon, même si des violons apparaissent aussi en Allemagne à la même époque ; ceux-ci proviennent peut-être de Crémone. Des fresques et peintures de l’époque permettent de dater son apparition vers 1520. En 1560, Andrea Amati reçoit une très grosse commande de Catherine de Médicis (1519-1589) pour son fils Charles, âgé de 10 ans, le futur Charles IX (1550-1574). Andrea livrera au total 38 instruments aux rois de France entre 1560 et 1572.

Un violoncelle issu de cette commande nous est parvenu. On l’appelle « Le Roi » et il fait actuellement partie de la collection du National Music Museum de Vermillion, dans le Dakota du Sud aux États-Unis. Certains violons d’Andrea Amati nous sont parvenus également et peuvent encore être joués aujourd’hui.

Les deux fils d’Andrea, Antonio (153-1595) et Girolamo (1561-1630), seront luthiers eux aussi, tout comme le cinquième fils de Girolamo, Niccolo (1596-1684). Niccolo Amati a de nombreux apprentis célèbres, qui viennent d’Italie et de toute l’Europe. Andrea Guarneri, qui fonde la famille de fabricants de violons Guarneri, est l’un de ses élèves. On pense aussi qu’Antonio Stradivari apprend lui aussi la lutherie dans l’atelier de Niccolo Amati.

De tous les violons de la famille Amati, ceux de Niccolo sont souvent considérés comme les plus adaptés au jeu moderne. Celui-ci arrête le métier vers 1670. Girolamo II Amati (1649-1740), l’un de ses douze enfants, reprend l’atelier de son père et sera le dernier luthier de la famille. Niccolo Amati meurt à Crémone en 1684, à l’âge de 87 ans.

Antonio Stradivari ou la perfection du violon

Antonio Giacomo Stradivari naît à Crémone en 1644 et meurt dans sa ville natale en 1737, à l’âge de 93 ans. Il est le plus célèbre luthier de l’histoire grâce à l’exceptionnelle qualité des instruments, mais aussi à son extrême longévité. Ses deux fils ne lui survivront que de quelques années. Il semble que le succès de ses instruments résulte d’un extrême souci de perfection.

Les musicologues s’accordent à définir trois périodes dans sa production : de 1670 à 1680 environ, où ses instruments, d’assez petites tailles, sont proches de la forme des violons fabriqués par Niccolo Amati chez qui il aurait été apprenti de 1666 à 1679 ; à partir de 1700, où ses instruments acquièrent une sonorité plus puissante, probablement avec l’apparition de salles de concert de plus en plus vastes. Stradivari allonge le corps de ses instruments pour répondre à ces besoins ; enfin, à partir de 1710, il revient à un modèle de violon plus traditionnel, notamment dans les proportions du coffre. Cette période est d’ailleurs qualifiée par les experts d’âge d’or de sa production qui voit la réalisation de violons d’anthologie.

Dans les dernières années de sa vie, Antonio Stradivari dirige toujours son atelier, avec ses deux fils et ses élèves. Ses violons portent une étiquette mentionnant « Sotto la disciplina di Antonio Stradivari », mais aussi parfois son âge : « de anni 89 », par exemple.

Des centaines d’instruments fabriqués par Stradivari nous sont parvenus, dont certains dans un état de conservation exceptionnel, avec leur montage d’origine.

La famille de luthiers Guarneri

Andrea Guarneri (1626-1698) est le fondateur de la « Maison Guarneri » de Crémone. Il est l’élève de Niccolo Amati et le grand-père du plus célèbre luthier de la famille, Bartolomeo Giuseppe Guarneri del Gesù (1698-1744).

Les premiers instruments de la maison Guarneri ressemblent à ceux de la maison Amati. C’est le petit-fils du fondateur, Giuseppe Guarneri del Gesù, qui fera la renommée de l’atelier. Il est le contemporain d’Antoni Stradivari et tous deux sont considérés comme les meilleurs luthiers de leur époque. Les instruments de Giuseppe Guarneri del Gesù sont un peu plus petits mais plus sonores que les Stradivari. Le musicien virtuose et compositeur italien génois Niccolo Paganini (1782-1840) jouera toute sa vie sur un violon « Guarnerius » et fera la réputation de la maison. Son violon « Il Cannone » de 1743, légué à la ville de Gênes, est exposé au Palazzo Doria-Tursi, l’hôtel de ville de Gênes, l’un des quarante-deux palais Rolli de la ville, classé au patrimoine de l’humanité.

D’autres familles, sans doute moins célèbres, ont fait la réputation de Crémone comme capitale mondiale du violon. Aujourd’hui encore, de nombreux ateliers de lutherie perpétuent cette tradition d’excellence dans la fabrication des instruments née au XVIe siècle.

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1614 John Napier invente les logarithmes

John Napier (1550-1617) est un théologien, physicien, astronome et mathématicien écossais. Issu d’une riche famille noble de Merchiston, près d’Édimbourg, il est instruit dans la maison familiale par des tuteurs puis entre au Salvator’s College de l’Université de St Andrews, alors la plus prestigieuse d’Écosse. En 1566, il voyage en Allemagne, en Suisse et en France, ce qui lui procure une remarquable formation académique. De retour chez lui en 1571, John Napier trouve Édimbourg en pleine guerre civile entre catholiques et protestants et en proie à une épidémie de peste. Fervent protestant, Napier conçoit des machines de guerre pour aider la reine Élisabeth Ire dans le conflit avec l’Espagne. Il publie également un ouvrage de théologie sur l’Apocalypse. À la mort de son père, en 1608, il devient baron de Merchiston et hérite de toutes les propriétés familiales. Il revient habiter au château de Merchiston, où il passe les neuf dernières années de sa vie. Il y poursuit une intense activité. Il publie Mirifici logarithmorum canonis descriptio en 1614.

En 1619, deux ans après sa mort, son fils Robert, qui l’a assisté dans ses derniers travaux, publie à titre posthume Mirifici logarithmorum canonis constructio.

Le mathématicien

C’est en mathématiques que Napier exerce une influence importante, reconnue de son temps. À l’époque de Napier, les calculateurs professionnels ont une excellente maîtrise de l’arithmétique. Leur travail est indispensable dans les milieux commerciaux et bancaires, notamment pour calculer les intérêts. Il a certainement tout le loisir d’observer leurs méthodes de travail lorsqu’ils travaillent pour son père, sir Archibald Napier, directeur de la Monnaie écossaise. Il s’aperçoit que les calculateurs sont totalement dépendants des abaques pour réaliser toutes les opérations, ce qui entraîne un manque de précision.

En astronomie, on utilise des tables trigonométriques (sinus et cosinus) depuis plusieurs siècles pour réaliser des calculs astronomiques. Déjà au XIe siècle, l’astronome arabe Ibn Yunus a conçu et utilisé des tables pour réaliser des calculs astronomiques.

Les calculs astronomiques se développent beaucoup au cours du XVIe siècle suite à la découverte du système héliocentrique de Copernic (1473-1543), ce qui pousse les mathématiciens à chercher des outils facilitant ces calculs avec beaucoup de produits et de quotients. De la même manière, les voyages nombreux des navigateurs du XVIe siècle nécessitent des calculs nombreux pour se repérer en mer.

Napier a une vision élégante permettant de transformer un calcul de multiplications ou de divisions de plusieurs nombres par une somme ou une différence. Il imagine deux mouvements conjoints, celui d’un point G sur un segment [TS] tel que la vitesse du point G est proportionnelle à la distance GS et celui d’un autre point C sur une demi-droite [Bx) se déplaçant à vitesse constante.

Les deux points partent en même temps, l’un de B l’autre de T, avec la même vitesse initiale. Napier met alors en relation à intervalle de temps régulier la distance GS et la distance BC qu’il appelle le « logarithme » de la distance GS (mot qu’il invente et qui vient du grec logos, « relation », et arithmeticos, « nombre »). Napier prend comme intervalle de temps le temps nécessaire pour que le point G, parti de T, avance d’une unité ; les distances GS sont alors en progression géométrique. L’étude des suites géométriques est déjà ancienne et l’existence d’une relation entre addition des indices et multiplication des termes de la suite géométrique est aussi connue depuis fort longtemps.

Napier détermine alors la distance parcourue durant cet intervalle de temps par le point C, cette valeur étant la raison de la suite arithmétique. Il trouve ainsi un moyen de transformer un calcul de produit en un calcul de somme. Il effectue cette transformation pour un très grand nombre de cas différents et crée ainsi une table de logarithmes. Pour effectuer le produit de deux nombres figurant dans les tables, il suffit de chercher leur logarithme, de les additionner, de rechercher l’antilogarithme du résultat, c’est-à-dire le nombre dont le logarithme est la somme.

La publication en 1614 de son ouvrage Mirifici logarithmorum canonis descriptio, traduit rapidement en anglais par Edward Wright (1561-1615) et suivi de Mirifici logarithmorum canonis constructio en 1619, en fait l’inventeur officiel des tables logarithmiques.

Le mathématicien anglais Henry Briggs (1561-1630), avec qui Napier s’est beaucoup entretenu au cours du processus de développement des logarithmes, poursuit ce travail et publie en 1624 ses tables de logarithmes décimaux, Arithmetica logarithmica, en précisant les méthodes d’emploi des tables pour calculer des sinus, des cosinus ou des angles. L’analogie des deux mouvements rectilignes conjoints de Napier donnera aussi naissance à quelques outils de calcul simplificateurs, notamment la règle à calcul inventée par l’Anglais Edmond Wingate (1596-1656) en 1627, et qui sera utilisée, comme les tables de logarithmes, d’ailleurs, jusqu’à l’apparition des calculettes à la fin des années 1960.

La règle à calcul est un instrument mécanique qui permet le calcul analogique et sert à effectuer facilement des opérations arithmétiques de multiplication et de division par simple déplacement longitudinal d’un coulisseau gradué.

John Napier lui-même crée différents outils facilitant les calculs, notamment un abaque de multiplication binaire (en puissances de 2) qui permet d’effectuer toutes les multiplications de nombres comme le fait aujourd’hui un ordinateur ainsi que les « bâtons de Napier » facilitant le calcul des produits, quotients, puissances et racines de nombres.

Néanmoins, ces outils ne connaîtront pas le même succès que les tables de logarithmes, car ni les abaques, ni la règle à calcul ni ces bâtons de Napier n’ont la précision des tables de logarithmes, pour peu que celles-ci soient réalisées avec un nombre suffisant de chiffres. C’est ce qui fera le succès des tables jusqu’à l’avènement des outils de calcul informatiques dans la deuxième moitié du XXe siècle.

Conséquences de la découverte des logarithmes

Au-delà des facilités de calculs arithmétiques, les logarithmes attisent la curiosité des mathématiciens. Ils permettent en effet de calculer des aires sous des surfaces courbes comme les hyperboles, par exemple. Le grand mathématicien suisse Euler (1707-1783) introduira le nombre e (comme la première lettre de son nom) et le logarithme associé qu’on appellera logarithme Népérien (en base e).

À la fin du XIXe siècle, pour calculer l’atténuation dans une ligne de transmission de longueur L et de coefficient d’atténuation α, il faut élever (1-α) à la puissance L. Sans calculatrice, on cherche log(1-α) dans la table, on le multiplie par L avant de reconvertir, en recourant de nouveau à la table, le logarithme en rapport. En exprimant l’atténuation par la longueur de câble équivalente, même si le circuit en question n’est pas un câble, on simplifie largement les opérations. Des ingénieurs du laboratoire Bell ont défini une unité de transmission basée sur dix fois le logarithme décimal. Cette unité a été nommée « décibel » en 1923 et notée dB en l’honneur du fondateur du laboratoire et pionnier des télécoms, Alexander Graham Bell.

Le médecin allemand Ernst Weber (1795-1878) est l’un des premiers à avoir abordé quantitativement le lien entre nos sensations et les stimuli ayant donné naissance à ces sensations. Ses recherches seront approfondies par le médecin et psychologue allemand Gustav Fechner (1801-1887) qui fournira la base d’une théorisation possible de la relation esprit-matière. Il découvre, en 1850, la célèbre loi selon laquelle la sensation ressentie par un être humain (goût, perception de la lumière, ouïe…) varie comme le logarithme de l’excitation. Gustav Fechner nommera la relation quantitative qu’il a découverte « loi de Weber », en hommage aux travaux de Weber. Leurs successeurs garderont toutefois les deux noms pour désigner la loi et l’on parle aujourd’hui de « loi de Weber-Fechner ».

Une unité à progression logarithmique semble particulièrement pertinente dans un domaine où la perception humaine est en jeu ; l’usage du décibel est dès lors établi. Comme les autres perceptions, la perception auditive varie comme le logarithme de l’excitation, à savoir ici la pression acoustique sur le tympan. Les acousticiens ont donc aussi adopté le décibel comme unité de travail.

Biblio 045, 046

1626 Francis Bacon, les maisons des sons de la Nouvelle Atlantide

Francis Bacon (1561-1626) naît dans la petite ville de Gorhambury, à environ 50 km au nord de Londres. Il reçoit une éducation studieuse, d’abord par sa mère très érudite, puis à l’Université de Cambridge. Adulte, il entame une carrière à la fois philosophique et politique auprès de la reine Élisabeth Ire (1533-1603) puis de son successeur Jacques Ier (1566-1625) à partir de 1607. Il est fait vicomte de Saint-Alban (la région où il a grandi) en 1618 mais tombe en disgrâce dès 1621. Il abandonne complètement la politique et consacre le reste de sa vie à développer et à appliquer sa méthode scientifique à toutes les sciences. Francis Bacon meurt d’une pneumonie en 1626 après avoir contracté une infection pulmonaire lors d’expériences sur la congélation. Il n’aura pas le temps de terminer la gigantesque tâche qu’il s’est assignée ; comme il l’a écrit : « Vita brevis, ars longa ».

Il est célèbre pour sa méthode scientifique qu’il décrit dans son ouvrage Novum Organum, paru en 1620. Francis Bacon nous dit qu’il faut partir de faits réels constatés et suivre ensuite un processus rigoureux (induction) pour arriver à la conclusion d’un raisonnement. Il met l’accent sur les méthodes empiriques et jette les bases d’une science appliquée (scientia operativa). C’est donc un savant empirique dans la lignée de Robert Grosseteste (1175-1253) et de Roger Bacon (1220-1292).

C’est à la fin de sa vie qu’il écrit des ouvrages traitant du son, au cours de ce que l’on a appelé le « fameux quinquennat » (1621-1626).

Sylva sylvarum ou histoire naturelle en dix volumes

Sylva sylvarum de Francis Bacon paraît de manière posthume en 1626, édité par son secrétaire, William Rawley, à partir de ses notes. Cet ouvrage rédigé en anglais recense et décrit mille expériences portant sur des sujets aussi divers que les plantes, l’air, la médecine… et les sons. Il est divisé en dix « centuries » qui présentent chacune cent expériences et observations empiriques à réaliser dans un domaine déterminé. Il en va ainsi du son au century 3.

Ces expériences n’ont pour la plupart pas été réalisées, mais l’une d’entre elles est restée célèbre car elle décrit comment mesurer la vitesse du son à partir d’un clocher et d’un cierge. Il s’agit de faire résonner une cloche et d’en même temps allumer un cierge en haut d’un clocher et de placer un auditeur à un mile de distance et de mesurer le retard entre la perception de la lumière du cierge et du son de la cloche. La lumière est perçue presque instantanément par l’observateur ; le rapport entre la distance entre l’observateur et le clocher et la durée entre la perception visuelle de la lumière et la perception sonore de la cloche nous donne la vitesse du son. Cette expérience sera réalisée à plusieurs reprises pendant près de deux siècles pour mesurer la vitesse du son.

The New Atlantis

Dans son roman inachevé The New Atlantis écrit en latin en 1624 et paru après sa mort en 1627, Francis Bacon décrit une île, Bensalem, gouvernée par une société philosophique savante, la Maison de Salomon, sur laquelle sont bâties des maisons présentant des expériences dans les différentes disciplines scientifiques. La Nouvelle Atlantide fait penser au roman 1984 de Georges Orwell (1903-1950), avec cette ville idéale et parfaitement organisée. Voici la description des « maisons des sons » : « Nous avons également des maisons des sons, où nous expérimentons et démontrons tous les sons et leurs origines. Nous avons des harmonies dont vous n’avez pas l’usage, des quarts de sons, et des tremblements tantôt perçants, tantôt doux. Nous avons aussi divers instruments de musique qui vous sont inconnus, certains plus mélodieux que vous n’en avez jamais entendus, ainsi que des cloches et des sonneries délicates. Nous représentons des sons amples et graves ; ainsi que les sons fins et aigus ; nous émettons de véritables tremblements et gazouillis. Nous représentons et imitons tous les sons articulés, les textes écrits, les voix ainsi que les chants des animaux terrestres et des oiseaux. Nous avons certaines assistances auditives qui s’adaptent à l’oreille et font grandement progresser l’audition. Nous avons aussi divers échos étranges, réfléchissant la voix plusieurs fois, comme lorsqu’on lance la voix au loin. Nous avons certains échos qui rendent la voix plus forte et d’autres plus faible, certains plus aigus et d’autres plus graves. Oui, certains échos rendent la voix différente ou articulent le son différemment de celui qu’ils reçoivent. Nous avons aussi des moyens de transmettre des sons à grande distance par des vases concaves, des tuyaux, ou à travers des lignes tortueuses. »

Biblio 047, 048

1633 Descartes découvre l’inhibition latérale

René Descartes naît en 1596 à La Haye-en-Touraine, village rebaptisé aujourd’hui Descartes, et meurt en 1650 à Stockholm. En novembre 1616, il obtient son baccalauréat et une licence en droit civil et canonique de l’Université de Poitiers. Après ses études, il part vivre à Paris. Il quitte la France pour les Pays-Bas et s’engage en 1618 à l’école de guerre de Maurice de Nassau, prince d’Orange, et fait la même année la connaissance du physicien Isaac Beeckman (1588-1637). Son Abrégé de musique (Compendium musicæ) est rédigé (en latin) pour ce dernier.

En 1619, Descartes quitte la Hollande pour le Danemark, puis l’Allemagne, où la guerre de Trente Ans éclate, et il assiste au couronnement de l’empereur Ferdinand à Francfort. Il s’engage alors dans l’armée du duc Maximilien de Bavière. Il s’installe définitivement en Hollande au printemps 1629. Descartes veut expliquer tous les phénomènes de la nature : il étudie les êtres vivants et fait de nombreuses dissections à Amsterdam pendant l’hiver 1631-1632. Ces expérimentations l’amèneront à rédiger le Traité de l’homme.

Les lettres de cette période montrent son esprit entièrement tourné vers la science ; on trouve néanmoins quelques remarques esthétiques sur la musique. Elles nous renseignent également sur son caractère susceptible et exigeant. Dans une lettre à Mersenne du 4 novembre 1630, Descartes dit songer à faire un traité de morale. Le père Marin Mersenne (1588-1648) est l’animateur à Paris d’un réseau de mathématiciens et de scientifiques issus de nombreux pays.

Descartes rencontre, en 1643, la princesse palatine et philosophe Élisabeth de Bohême (1618-1680), en exil en Hollande, et commence une abondante correspondance avec la jeune femme, traitant notamment d’éthique. En septembre 1649, il accepte de devenir le précepteur de la reine Christine (1626-1689) à Stockholm, résidant alors chez l’ambassadeur de France, Pierre Chanut. Il supporte mal le climat suédois et meurt d’une pneumonie le 11 février 1650 à Stockholm, où il est enterré. En 1667, son corps est ramené à Paris dans l’église de l’abbaye Sainte-Geneviève.

Descartes est considéré comme l’un des fondateurs de la philosophie moderne. Il reste célèbre pour avoir exprimé dans son célèbre Discours de la méthode le « cogito ergo sum » – je pense, donc je suis –, fondant ainsi le système des sciences sur le sujet pensant dans le monde qui l’entoure. Sa méthode scientifique, exposée dans son Discours de la méthode en 1637, est une rupture par rapport à la scolastique enseignée depuis des siècles. Descartes nous invite à user du « bon sens qui est la chose du monde la mieux partagée » pour insister davantage sur « l’importance d’en bien user au moyen d’une méthode qui nous préserve, autant que faire se peut, de l’erreur ».

La philosophie de Descartes se caractérise par sa simplicité et prétend rompre avec les interminables raisonnements scolastiques du Moyen Âge.

L’Homme

L’ouvrage L’Homme (De Homine) de René Descartes devait être une partie de son ouvrage Le Monde, beaucoup plus vaste. Bien que rédigé vers 1633, comme Le Monde, Descartes ne les publie pas de son vivant, sans doute parce qu’il est alarmé par la condamnation de Galilée par l’Inquisition italienne cette année-là. Dans Le Monde, Descartes se montre en effet partisan de la théorie de l’héliocentrisme. Après sa mort en 1650, son manuscrit français, dont des exemplaires ont circulé parmi ses amis, est édité et publié : la première version publiée (1662) est une traduction latine de De Homine par Florentius Schuyl (1619-1669), la seconde version française originale est publiée en 1664 à Paris. Ce livre est considéré comme le premier ouvrage complet de physiologie. Descartes nous y explique comment le corps humain, considéré comme une simple machine, est dirigé par le cerveau. Il émet l’hypothèse, qu’il ne peut pas vérifier, que les nerfs communiquent entre eux depuis un ordre du cerveau. Il faudra attendre le XXe siècle pour voir cette hypothèse vérifiée avec le développement des neurosciences. Voici comment Descartes nous explique son hypothèse sur le transfert d’information entre nos nerfs permettant le couplage automatique des muscles de l’œil et le mouvement de ceux-ci depuis une instruction donnée par le cerveau : « Si les esprits qui viennent du cerveau tendent à couler avec plus de force par bf que par cg, ils ferment la petite peau g, et ouvrent f, et ce plus ou moins, selon qu’ils agissent plus ou moins fort ; au moyen de quoi les esprits contenus dans le muscle E se vont rendre dans le muscle D, par le canal ef ; et ce plus ou moins vite, selon que la peau f est plus ou moins ouverte : si bien que le muscle D, d’où ces esprits ne peuvent sortir, s’accourcit, et E se rallonge ; et ainsi l’œil est tourné vers D. Comme au contraire, si les esprits qui sont dans le cerveau tendent à couler avec plus de force par cg que par bf, ils ferment la petite peau f et ouvrent g ; en sorte que les esprits du muscle D retournent aussitôt par le canal dg dans le muscle E, qui par ce moyen s’accourcit, et retire l’œil de son côté. Car vous savez bien que ces esprits, estans comme un vent ou une flamme très subtile, ne peuvent manquer de couler très promptement d’un muscle dans l’autre, si töt qu’ils trouvent quelque passage ; encore qu’il n’y ait aucune autre puissance qui les y porte, que la seule inclination qu’ils ont à continuer leur mouvement, suivant les lois de la nature. Et vous savez outre cela, qu’encore qu’ils soient fort mobiles et subtils, ils ne laissent pas d’avoir la force d’enfler et de roidir les muscles où ils sont enfermez ; ainsi que l’air est dans un balon le durcit, et fait tendre les peaux qui le contiennent. Or il vous est aisé d’appliquer ce que je viens de dire du nerf A, et des deux muscles D et E, à tous les autres muscles et nerfs ; et ainsi d’entendre comment la machine dont je vous parle, peut estre meüe en toutes les mesmes façons que nos corps par la seule force des esprits animaux qui coulent du cerveau dans les nerfs. Car pour chaque mouvement, et pour son contraire, vous pouvez imaginer deux petits nerfs, ou tuyaux, tels que sont bf, cg et deux autres tels que sont dg, ef, et deux petites portes ou valvules telles que sont Hfi, et g. »

Dans ce traité, Descartes décrit l’interaction entre les nerfs que l’on appellera au XXe siècle l’« inhibition naturelle » sans avoir connaissance de l’existence des neurones.

Trois siècles plus tard, le prix Nobel Georg von Békésy (1899-1972) démontrera l’exactitude de ce fonctionnement dans sa découverte du fonctionnement de la cochlée de l’oreille interne.

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1636 Marin Mersenne, l’animateur de la recherche scientifique au XVIIe siècle

Marin Mersenne naît dans la Sarthe, dans une famille aisée, en 1588. Il étudie au Collège du Mans puis au Collège des Jésuites à la Flèche. En 1609, il entre au Collège royal de Paris. Il étudie à la Sorbonne. En 1611, il entre dans l’ordre des minimes. Il réside d’abord au couvent de Saint-Pierre à Jabline, près de Meaux, puis au couvent de la place Royale à Paris, à partir de 1619.

Il est en contact avec toute la communauté scientifique de son époque et y joue le rôle d’animateur en créant notamment l’Academia Parisiensis en 1635, qui préfigure l’Académie des sciences créée par Colbert en 1666.

Il s’intéresse à presque tous les domaines scientifiques de son temps et écrit quantité d’ouvrages sur la religion, les mathématiques et les sciences. Il meurt à Paris d’une pleurésie en 1648.

Mersenne n’a pas révolutionné les sciences ni l’acoustique, mais il mérite d’être cité, car il a contribué à rassembler toutes les connaissances de son époque dans ses multiples ouvrages.

Harmonie universelle (1636)

Le premier livre de son Harmonie universelle, écrit en 1636-1637, traite de la nature des sons pendant sur de cent pages.

Cet ouvrage est rédigé sous la forme de propositions qu’il démontre, soit la même forme littéraire que les Problemata des successeurs d’Aristote.

Dans cet ouvrage, Marin Mersenne se penche longuement sur la vitesse du son et il apporte un certain nombre de considérations intéressantes issues de ses entretiens et/ou expérimentations.

Dans son traité sur la voix, Mersenne explique comment on peut amplifier celle-ci en utilisant les courbes coniques, en particulier la parabole (proposition XXIX) et l’hyperbole (proposition XXX).

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1638 Les « virgolette » de Galilée ou la première gravure sonore

Galileo Galilei naît à Pise en 1564 et meurt dans sa maison familiale à Arcetri, près de Florence, en 1642, à l’âge de 77 ans. Son père est un musicien (luthiste) et théoricien de la musique connu, mais Galilée ne s’intéressera à la musique et à l’acoustique qu’à la toute fin de sa vie. Il reçoit d’abord une éducation religieuse et suit des études de médecine, qu’il abandonne pour les mathématiques. Il montre une grande habileté manuelle et commence jeune à faire des expériences scientifiques. À 19 ans, il est frappé par la régularité de l’oscillation des lustres de la cathédrale de Pise dont il mesure la période, ce qui le pousse à étudier la mécanique, notamment celle des pendules, dont il démontre la loi des oscillations qu’il justifie à l’aide de ses mesures de jeunesse. On dit aussi qu’il fait des mesures de la chute des corps du haut de la célèbre tour de Pise. Il enseigne les mathématiques, la mécanique et l’astronomie à l’Université de Padoue. Il construit plusieurs lunettes astronomiques à partir de 1609, qu’il perfectionne au fur et à mesure et qui lui permettent de faire les découvertes qui le rendront célèbres : le relief de la Lune, la composition de la voie lactée, quatre satellites de Jupiter ainsi que les taches solaires, pour ne citer que les plus célèbres. Toutes les expériences que mène Galilée confirment les théories de l’héliocentrisme de Copernic et vont lui attirer les foudres de l’Église, qui lui signifie d’abord en 1616 que l’héliocentrisme, étant contraire aux Saintes Écritures, ne peut à ce stade être défendu ni enseigné. Galilée poursuit ses recherches scientifiques et publie, en 1632, son célèbre Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, écrit en italien pour toucher le plus grand nombre et où il compare ironiquement les systèmes de Ptolémée (géocentrisme) et de Copernic (héliocentrisme). Cet ouvrage et d’autres écrits de Galilée aboutiront à son célèbre procès et à sa condamnation à mort en 1633, condamnation qui sera commuée en assignation à résidence jusqu’à sa mort, après sa fameuse abjuration préparée par l’Inquisition. »

Galilée termine sa vie dans sa maison familiale d’Arcetri, près de Florence. Ses œuvres sont traduites et publiées en Europe.

En 1636, l’éditeur hollandais Louis Elzevier, qui lui rend visite à Arcetri, reçoit une ébauche de son dernier ouvrage en italien : Discours concernant deux sciences nouvelles, où Galilée fait part de ses dernières découvertes et où il traite brièvement mais de façon prémonitoire du son et qui sera publié à Leyde en Hollande en 1638. C’est le dernier livre qu’il écrira. Il meurt aveugle dans sa maison en 1642.

Discours concernant deux sciences nouvelles (1638)

Cet ouvrage traite principalement de mécanique et du mouvement local. C’est aussi un bilan des recherches ou des expériences que Galilée n’a pas publiées auparavant. Il en est probablement ainsi de l’expérience de gravure sonore que Galilée relate et qui date probablement d’expériences de jeunesse.

Il est rédigé sous la forme de dialogues entre trois personnages, comme son célèbre ouvrage Dialogue sur les deux grands systèmes du monde : Salviati, Sagredo et Simplicio.

Filippo Salviati (1582-1614) est un ancien élève de Galilée à l’Université de Padoue et en est devenu l’ami intime. Il représente Galilée dans les écrits. Giovan Francesco Sagredo (1571-1620) est aussi un ancien élève de Galilée et il joue le rôle de l’honnête homme plein de bon sens et sans préjugé. Simplicio est un être inventé par Galilée qui représente l’institution bien établie, nous dirions aujourd’hui le « politiquement correct ».

Le livre contient quatre journées de discussions où ces trois personnages débattent. L’ouvrage final aurait sans doute contenu plus de journées si la cécité et la mort de Galilée n’avaient pas interrompu sa rédaction. À la fin de la première journée, Galilée nous parle des pendules et des consonances musicales des instruments à cordes et il aborde ainsi les phénomènes sonores et vibratoires :

« Il y a trois manières de rendre plus aigu le son d’une corde : la raccourcir d’abord, l’étirer ou plutôt la tendre davantage ensuite, enfin l’amincir. Si donc en conservant à une corde même tension et même grosseur on désire entendre l’octave, il convient de raccourcir de moitié, c’est-à-dire après avoir pincé la corde entière, de pincer ensuite sa moitié ; si en revanche, tout en conservant la même longueur et la même grosseur, on désire faire monter d’une octave en la tendant davantage, il ne suffit pas de doubler sa tension, mais il faut la quadrupler, en sorte que si la corde était tendue d’abord par un poids d’une livre, il sera nécessaire pour la rendre plus aiguë d’une octave de lui attacher quatre livres ; et enfin si avec la même longueur et la même tension, on désire une corde plus mince et donnant l’octave, sa grosseur ne pourra être que le quart de la grosseur de la corde donnant la note la plus grave. Et ce que je dis de l’octave, à savoir que son rapport existant entre les longueurs, doit s’entendre de tous les autres intervalles musicaux. [...] Avant d’aller plus loin, je tiens ici à vous faire remarquer que, parmi les trois manières de rendre un son plus aigu, celle que vous attribuez à l’amincissement de la corde doit plus correctement être rapportée au poids. Si les cordes sont faites d’une même matière, l’altération du son répond bien à celle de la grosseur : ainsi une corde en boyau pour donner l’octave doit être quatre fois plus grosse qu’une autre corde également en boyau, et une corde en laiton quatre fois plus grosse qu’une autre corde également en laiton ; mais si l’on veut obtenir l’octave d’une corde en boyau avec une corde en laiton, on doit faire celle-ci non pas quatre fois plus grosse, mais quatre fois plus pesante que celle-là : étant donc non quatre fois plus grosse mais quatre fois plus pesante, la corde en métal pourra le cas échéant être plus mince que la corde en boyau qui pourtant apporte l’octave aiguë. D’où il suit que si l’on monte deux épinettes, l’une avec des cordes d’or et l’autre avec des cordes en laiton, la longueur, la grosseur et la tension étant les mêmes, la première, par suite de la densité deux fois plus grande de l’or, sera accordée environ une quinte plus bas. »

Voilà, données par Galilée, les principales conditions de variation des notes des cordes en fonction de leur nature et de leurs propriétés géométriques. Et voici comment Galilée nous propose, à partir d’une expérience de ronds dans l’eau, de graver le métal pour nous permettre de conserver et de mesurer les intervalles entre ces ondes :

« Il m’est arrivé plusieurs fois, tandis que je faisais vibrer un très grand verre presque entièrement rempli d’eau, d’abord d’observer les ondes qui se forment dans l’eau avec une parfaite régularité, puis, si le ton venait à monter d’une octave, de voir aussitôt chacune des ondes se diviser en deux : phénomène qui prouve clairement que le rapport d’un à deux est bien la forme de l’octave. […] Mais comme l’eau ne les laisse voir et observer que le temps durant lequel le doigt exerce son frottement, et que même alors elles ne sont pas stables, mais se font et se défont continuellement, ne serait-ce pas une belle chose si l’on pouvait en produire, avec une grande précision, qui fussent capables de durer longtemps, je veux dire des mois et des années, offrant ainsi toute commodité pour être mesurées et comptées ? [...] mon seul rôle fut de noter l’observation, de l’apprécier à sa valeur, puis d’y percevoir la confirmation d’importantes spéculations, encore qu’en elle-même elle fut fort banale. Je raclais en effet avec un ciseau de fer tranchant une plaque de laiton dans le but d’enlever quelques taches, lorsqu’en déplaçant avec rapidité mon ciseau j’entendis à une ou deux reprises, entre les nombreux coups donnés, un sifflement très fort et clair ; regardant la plaque, je vis alors une longue suite de minces virgules, parallèles entre elles et séparées par des intervalles rigoureusement égaux. Passant et repassant le ciseau un grand nombre de fois, je m’aperçus que des marques apparaissaient sur la plaque seulement lorsqu’un sifflement était émis, et qu’il n’y avait pas la moindre trace de ces petites virgules quand le raclage ne s’accompagnait d’aucun bruit. Je recommençai plusieurs fois le même jeu en faisant glisser mon ciseau tantôt plus vite et tantôt moins vite : le sifflement obtenu était d’un ton parfois plus aigu et parfois plus grave ; j’observai aussi que les traces laissées à l’occasion d’un son plus aigu étaient plus serrées, et à l’occasion d’un son plus grave plus espacées ; d’autres fois encore, si le passage du ciseau avait été plus rapide à la fin qu’au début, on entendait le son devenir plus aigu, et l’on voyait les petites virgules devenir plus denses, mais toujours elles conservaient leur grande netteté et leur parfaite équidistance ; de plus, chaque fois qu’un sifflement se produisait, je sentais le fer trembler dans mes doigts en même temps qu’une sorte de frisson parcourait ma main. Ainsi le fer nous laisse-t-il voir et entendre exactement ce que nous accomplissons, pour notre part, lorsque nous parlons d’abord à voix basse puis à voix très haute : si en effet nous émettons un souffle sans former aucun son, le mouvement que nous ressentons dans la gorge et dans la bouche n’est rien comparé à la vibration intense que nous éprouvons dans le larynx et dans tout le gosier quand nous utilisons la voix, et particulièrement dans les tons graves et forts. Il m’est aussi arrivé un jour de remarquer que deux des cordes de l’épinette vibraient à l’unisson de deux des sifflements décrits plus haut, et parmi les plus différents en hauteur, puisque leur intervalle était précisément celui d’une quinte parfaite : mesurant les distances entre les stries laissées par l’un et l’autre passage du ciseau, je pus alors constater que le même espace qui contenait quarante-cinq stries dans un cas, en contenait trente dans l’autre, ce qui est exactement le rapport de la quinte. »

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1642 Les Jésuites de Bologne et l’apogée des rayons sonores

La compagnie de Jésus fut créée par quelques jeunes « compagnons » pour servir l’Église catholique, dont le Basque Eneko Loiolakoa (1491-1556), qui prendrait le nom d’Ignace de Loyola. Partis d’Espagne au début des années 1530 pour se rendre à Jérusalem, les compagnons étaient unis dans le grand idéal de vivre en Terre sainte la même vie que le Christ.

La tradition catholique raconte qu’en chemin, ils prêtèrent serment d’allégeance au Christ, à Montmartre, à Paris, en 1534. Ils prononcèrent les vœux de pauvreté, de chasteté et de se rendre dans les deux ans en pèlerinage à Jérusalem. Les nouveaux amis décidèrent de ne plus se séparer et créèrent ainsi ce qui deviendrait la Compagnie de Jésus. Ils arrivèrent à Venise en 1536 mais ne purent continuer vers la Terre sainte en raison de la guerre avec les Turcs. Ignace de Loyola fut ordonné prêtre à Venise en 1537. Ils passèrent par Bologne et arrivèrent à Rome en 1539, où ils prêtèrent allégeance au Pape Paul III. La « compagnie » regroupait déjà plusieurs dizaines de personnes et ils avaient le désir de donner un second souffle à l’Église catholique en crise et en proie au doute avec le succès de la réforme protestante.

Les compagnons rédigèrent la Prima Societatis Jesu instituti summa, esquisse des constitutions de la Compagnie. Ignace de Loyola soumit ce texte à Paul III qui vit en ces hommes dynamiques une aide pour donner un nouvel élan à l’Église. Malgré quelques oppositions à la Curie, la création de la « Compagnie de Jésus » fut acceptée par le pape Paul III le 27 septembre 1540 par sa bulle Regimini militantis ecclesiæ. Le 22 avril 1541, Ignace fut élu premier supérieur général de la Compagnie de Jésus puis il fit, avec ses compagnons, sa profession dans la basilique Saint-Paul-hors-les-Murs de Rome. L’ordre fut dès lors constitué. Les membres de la Compagnie partirent très rapidement comme missionnaires en Europe, mais aussi en Afrique, en Asie et en Amérique du Sud, pour créer un réseau d’écoles, de collèges et de séminaires. Ces établissements d’enseignement donnèrent bientôt naissance à l’élite intellectuelle de l’Église catholique.

Au XVIIe siècle, les Jésuites italiens compteront beaucoup de scientifiques éminents, dont certains auront d’ailleurs des ennuis avec l’Inquisition. Ils seront opposés aux théories de l’héliocentrisme de Copernic et de Galilée mais apporteront des contributions importantes dans des domaines scientifiques où la doctrine de l’Église ne risquerait pas d’être mise en doute.

Il en va ainsi de l’acoustique géométrique où, si l’on n’aborde pas la notion de génération du son, on peut parler de la propagation des rayons sonores sans risque de froisser l’Inquisition.

Giuseppe Biancani

Prêtre jésuite italien, astronome et mathématicien, Giuseppe Biancani naquit en 1566 à Bologne et décéda en 1624 à Parme. Il publia en 1620 un ouvrage en latin : Sphera mundi, seu cosmographia demonstrativa, ac facili methodo tradita. Il y expose que Dieu a créé la Terre selon une symétrie parfaite : les plus hautes montagnes ont leur équivalent dans les profondeurs des océans.

Dans le sommaire, l’ouvrage est présenté comme la somme des découvertes faites par télescope par Tycho Brahe, Johannes Kepler, Galilée, Nicolas Copernic et d’autres.

L’ouvrage présente une troisième partie traitant de l’« Echonometria idest geometrica tractatio de echo », où il passe en revue dix-sept théorèmes de l’acoustique géométrique ainsi que des corollaires. Il expose les différentes configurations de réflexion sonore par des surfaces planes ou courbes ainsi que les échos dans les montagnes.

Mario Bettini

Philosophe, mathématicien et astronome, Mario Bettinus ou Bettini naquit en 1582 à Bologne et mourut dans la même ville en 1657.

Il publia en 1642 un ouvrage en deux volumes intitulé Apiaria Universae Philosophiae Mathematicae in Quibus Paradoxa et Nova Pleraque Machinamenta Exhibentur. Le dixième chapitre, Sonimetrica, est consacré à la propagation des rayons sonores de façon plus détaillée que ne l’avait fait Biancani vingt-deux ans auparavant.

Bettini démontre les réflexions sonores apportées par des surfaces courbes de type ellipse et met en évidence les focalisations et concentrations des sons apportées par ce type de surfaces.

Il imagine des instruments tronqués de forme ellipsoïde qui transmettraient les sons émis au foyer à longue distance et d’autres objets permettant d’enflammer des choses à distance par réflexion sur les miroirs internes de l’ellipsoïde.

Bettini décrit aussi des formes de voûte qui faciliteraient la communication vocale.

Ces considérations géométriques inspireront le savant jésuite Athanase Kircher (1602-1680) et surtout le diplomate et ingénieur anglais Samuel Morland (1625-1695) dans ses études sur les porte-voix, qui sera un sujet d’étude récurrent aux XVIIe et XVIIIe siècles.

Biblio 052, 053

1647 La recherche de la langue originelle : van Boxhorn et la langue scythe

Le chapitre 11 de la Genèse nous raconte la construction de la tour de Babel après le déluge ; là où Yahvé rassemble tous les humains qui parleront désormais tous la même langue ; puis Yahvé disperse les humains sur toute la Terre. Le mythe (ou la réalité) d’une langue unique originelle est donc ancré dans notre civilisation chrétienne. Les savants occidentaux qui se sont penchés sur l’histoire et l’origine des langues ont sans nul doute été influencés par ce récit biblique. Certains ont recherché cette langue « initiale » créée par Dieu ; parmi eux, un érudit protestant flamand du XVIIe siècle, Marcus Zuerius van Boxhorn (1612-1653).

L’hypothèse de la langue scythe par Marcus Zuerius van Boxhorn

Marcus Zuerius van Boxhorn (1612-1653) fut professeur à l’Université de Leyde et écrivit plusieurs ouvrages sur l’histoire de sa patrie. L’Université de Leyde était renommée à l’époque pour son enseignement de la linguistique et sa bibliothèque possédait plusieurs ouvrages sur l’étude des langues.

C’est dans son ouvrage Antwoord van Marcus Zuerius van Boxhorn gegeven op de Vraaghen, hem voorgestelt over de Bediedinge van de afgodinne Nehalennia (Réponse de Marcus van Boxhorn aux questions qui lui ont été posées concernant la déesse Nehalennia) paru en 1647, écrit au départ pour chercher l’origine de la divinité Nahalennia, dont on venait de retrouver des statuettes en Zélande, que van Boxhorn établit l’hypothèse d’une langue initiale parlée par les peuples scythes qui occupaient une région englobant l’Ukraine, le Kazakhstan et l’Iran actuels. La déesse Nehalennia est sans doute d’origine germanique ou celtique. Elle est attestée et représentée sur de nombreux autels votifs découverts autour de ce qui est aujourd’hui la province de Zélande, où l’Escaut se jette dans la mer du Nord. Sans doute protégeait-elle les marins, car elle est parfois représentée avec un bateau à ses pieds.

Le culte de Nehalennia est antérieur au christianisme et remonte au moins au IIe siècle avant notre ère.

En tentant de retrouver l’origine de cette déesse païenne dans d’autres langues, van Boxhorn en vint à comparer ces différentes langues entre elles. Il étudia et compara dans un premier temps de façon approfondie le néerlandais, le grec, le latin, le persan et l’allemand. Il ajouta ensuite les langues slaves, scandinaves et d’Europe centrale. Il compara ces langues avec la langue des peuples scythes, parlée selon lui antérieurement à toutes les autres, et analysa leurs similitudes. Il conclut que c’est la langue scythe qui est à l’origine de toutes les langues que l’on appellerait plus tard « indo-européennes ».

Van Boxhorn transforma cette recherche sur Nehalennia en un vrai traité d’étude comparative des langues. Il considère la langue comme un système ouvert et met en garde contre les mots d’emprunt qui se propagent parmi les langues et les cultures et qui peuvent influencer la comparaison des langues. Toute similitude ne signifie pas lien de parenté. Une parenté de langues est souvent suspectée à tort sur la base de mots similaires, adoptés par une langue et provenant d’une autre langue. Van Boxhorn prétendait vouloir éviter ces interprétations erronées en comparant systématiquement la morphologie de l’inflexion et d’autres caractéristiques grammaticales. Pour lui, la relation entre les langues doit être « vérifiable sur la base de correspondances grammaticales systématiques et pas seulement postulée sur la base de formes de mots d’apparence similaire ». Il doit y avoir une similitude plausible de sens entre les mots des langues concernées. C’est encore mieux lorsqu’une exception ou une anomalie dans une langue apparaît également dans l’autre. Ainsi, selon lui, l’hébreu ne descend pas de la langue scythe et n’est pas non plus la langue originelle, comme le croient certains.

Concernant la question de l’origine de la déesse Nehalennia, van Boxhorn dit ne pas avoir de réponse. Mais d’autres noms, comme des noms de ville, sont aussi d’origine inconnue.

Malgré toutes ces mises en garde, la conclusion de van Boxhorn sur la langue scythe comme langue initiale sera remise en doute plus tard. Il reste en tout cas le précurseur de la méthodologie d’étude du langage que nous appelons aujourd’hui la « méthode comparative » et qui sera élaborée deux siècles plus tard par les premiers linguistes du XIXe siècle.

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1650 Athanase Kircher : l’acousticien baroque

Le XVIIe siècle marque un tournant dans l’histoire de l’acoustique en Occident. Tout au long du Moyen Âge et de la Renaissance, l’étude du langage, de la linguistique et de la physique du son progressent peu, au contraire de la musique qui subit un bel essor durant ces périodes. À partir de là, les savants vont s’intéresser à l’étude du son en tant que tel, de son origine et de ses modes de propagation. Celui qui symbolise et résume le mieux ce tournant est le moine jésuite Athanase Kircher.

Kircher naît à Geisa en Allemagne en 1602, dans une famille de neuf enfants dont il est le cadet. Il commence son éducation au collège jésuite près de la prestigieuse abbaye de Fulda et entre dans l’ordre jésuite de Paderborn en 1618. Il poursuit une éducation littéraire et scientifique dans différentes villes d’Allemagne et témoigne d’une capacité intellectuelle hors du commun. En 1631, il publie déjà son premier ouvrage sur le magnétisme, Ars Magnesia, et il écrira près de quarante ouvrages au cours de sa vie dans différents domaines scientifiques aussi variés que les mathématiques, l’astronomie, la lumière, la médecine, l’archéologie, la vulcanologie, l’histoire, les langues orientales… et l’acoustique. Il quitte l’Allemagne en proie à la guerre de Trente Ans au début des années 1630 et se rend à Rome, en passant par Avignon, invité par le pape Urbain VIII. Il restera à Rome jusqu’à la fin de sa vie et y mourra célèbre à 78 ans après y avoir notamment créé le musée Kircher en 1651 consacré à l’Égypte ancienne (il est considéré comme le père de l’égyptologie). Kircher est appelé « Homo Universalis », l’homme aux cent savoirs, et on dira de lui que c’est le dernier homme à avoir connu tout sur tout.

Musurgia Universalis (1650)

Kircher publie Musurgia Universalis en 1650, ouvrage en latin de deux tomes, dix livres et plus de 1 200 pages consacrées à la musique et à l’acoustique. Le sous-titre de son ouvrage, « Ars magnae consoni et dissoni », peut être considéré comme la définition qu’il donne de la « musurgie » (mot créé par Kircher) : l’art supérieur de la consonance et de la dissonance. Tout un programme !

Dans le premier livre, De natura soni et vocis, Kircher décrit le fonctionnement de l’oreille et la création de la voix humaine ainsi que la création des chants ou cris des animaux. Il reporte notamment les chants des oiseaux sur des portées.

Les livres 2 à 5 décrivent les connaissances des différentes musiques à son époque. Dans le livre 6, De musica instrumentali, Kircher étudie les instruments de type claviers, à cordes, à vent et les cloches. Il en invente certains avec une imagination féconde.

Les livres 7, 8 et 10 font état du caractère magique et religieux de la musique. Kircher est un savant jésuite. Tout ouvrage publié à l’époque doit être soumis à l’autorisation des censeurs de la Compagnie de Jésus et ces chapitres leur sont probablement destinés.

Il crée notamment l’Arca Musarythmica dans le livre 8, dispositif permettant à un non-musicien de créer un morceau de musique à partir de fragments musicaux arrangés à l’avance, indiqués sur des baguettes disposées dans une boîte et que l’auteur peut assembler à sa guise.

Le livre 9, De Magia consoni et dissoni, peut être considéré comme le premier traité très complet sur l’acoustique géométrique. Kircher considère que le son se propage et se réfléchit sur les parois comme la lumière sur un miroir. Il a déjà abordé l’analogie son/lumière dans son ouvrage Ars magna lucis et umbrae, paru en 1646.

Kircher met en évidence les phénomènes de focalisation sonore des surfaces courbes (d’autres savants ont déjà décrit ces phénomènes avant lui), et notamment la concentration des rayons sonores aux foyers des ellipses. Il en déduit la possibilité de réaliser des systèmes d’amplification des voix par concentrations successives aux foyers d’ellipses et imagine ainsi un porte-voix constitué d’une succession d’ellipsoïdes.

Kircher aborde, dans le livre 9, les réflexions du son par les surfaces planes et propose différentes expériences abondamment illustrées. Il nomme d’ailleurs le phénomène d’écho ou de réflexion du son une « magie phonocamptique ». Il utilise ces expériences pour expliquer les phénomènes acoustiques particuliers comme les échos flottants entre les murs parallèles de la Villa Simonetta à Milan (aujourd’hui un centre culturel).

Il imagine aussi des statues parlantes qui transmettraient les conversations de la rue, par l’intermédiaire de tuyaux de formes optimisées, dans les pièces des maisons et propose de réaliser des systèmes de transmission de la parole entre des espaces différents dans un même bâtiment par des tuyaux secrets.

Toujours dans le livre 9, il propose de réaliser divers instruments de musique, notamment des carillons et des orgues actionnés par des dispositifs hydrauliques.

Phonurgia Nova (1673)

En 1673, âgé de 70 ans, Kircher met à jour ses expériences d’acoustique géométrique et rassemble ses propositions, sur près de 300 pages, dans son ouvrage le plus important sur l’acoustique, Phonurgia Nova, sans doute le premier livre de l’histoire traitant exclusivement d’acoustique.

Kircher y développe la propagation du son dans les tubes selon l’acoustique géométrique et imagine de nombreux porte-voix, tous plus « perfectionnés » les uns que les autres, en réponse au savant anglais Samuel Morland qui revendique l’invention du porte-voix dans un ouvrage paru en 1671, soit plusieurs années après Musurgia Universalis de Kircher où ce dernier en décrivait déjà le principe.

Kircher est le premier à émettre l’hypothèse que les conditions atmosphériques peuvent avoir une incidence sur la propagation du son. Athanase est baroque et propose différents instruments très astucieux fonctionnant avec le vent, notamment une harpe éolienne.

Il poursuit ses études d’acoustique architecturale commencées dans Musurgia Universalis et décrit ainsi les transmissions de paroles chuchotées dans des galeries acoustiques, comme dans le palais de l’électeur à Heidelberg.

Il décrit un système de parlophone par lequel le seigneur, à l’étage dans ses appartements, pourrait communiquer avec ses domestiques situés dans les pièces du rez-de-chaussée. Il étudie en détail les voûtes elliptiques censées transmettre et amplifier les voix. Il est le premier à indiquer que le revêtement des parois a une influence sur la propagation du son. Il préconise dans Phonurgia Nova de revêtir les voûtes d’un mélange d’eau et de gomme arabique pour améliorer la réflexion du son.

Pour Kircher, le son n’est pas simplement un phénomène physique. Il a une influence importante sur le cerveau humain et il prétend que la musique peut être utilisée comme thérapie pour certaines affections. Ainsi, les « tarantolati », personnes piquées par les araignées tarentules venimeuses, atteintes de folie et qui dansent continuellement, peuvent, selon Kircher, être guéries par certains types de musique.

L’apport de Kircher

Les ouvrages de Kircher sont décomposés en de multiples « propositions » qu’il « démontre » comme une démonstration géométrique avec hypothèse, thèse, démonstration et conclusion. Ses démonstrations ne sont pas empreintes de la plus grande rigueur scientifique, mais elles amènent en tout cas le lecteur à y réfléchir. Les abondantes illustrations très didactiques facilitent la compréhension et la persuasion et son traité d’acoustique restera une référence jusqu’au XIXe siècle. Kircher aura exposé en détail les échos/réflexions sonores de l’acoustique géométrique en utilisant l’analogie lumière/son. « Sonus lucis simia est », indique-t-il. Il aura cependant ignoré les phénomènes de diffraction et les aspects ondulatoires du son.

La théorie ondulatoire de la lumière sera présentée en 1678 par Christiaan Huygens (1629-1695), physicien hollandais, et publiée en 1690, après la mort de Kircher.

Kircher symbolise parfaitement l’époque baroque italienne, inventive et magique, décriée par les savants « rationnels » du siècle suivant, celui des lumières ; il est notamment ignoré par l’Encyclopédie de Diderot et d’Alembert.

Il aura, en tout cas, marqué son époque par sa grande créativité et son savoir universel.

Biblio 055

1657 Cyrano de Bergerac imagine le baladeur et les écouteurs

Savinien de Cyrano, dit de Bergerac, naquit à Paris en 1619 et mourut à Sannois, aujourd’hui dans les Yvelines, en 1655. Il grandit dans une propriété louée par ses parents au bord de l’Yvette, proche de Paris : le domaine de Mauvières. Il ne vécut donc jamais en Gascogne, mais il aimait rajouter « de Bergerac » à son nom.

Sa famille déménagea à Paris en 1636 et Savinien y poursuivit ses études. Il rentra à l’armée en 1639, mais n’y resta qu’un an. Il poursuivit ensuite des études de rhétorique puis de philosophie au Collège de Lisieux. Il apprit aussi l’escrime auprès d’un maître d’armes et la danse auprès d’un maître à danser.

Il fréquentait les libertins bourgeois, et pour certains érudits, de Paris et commença à écrire.

En 1647 parut une traduction par Jean Baudouin d’un livre de l’écrivain anglais Francis Godwin : L’homme dans la Lune, ou Le voyage chimérique fait au monde de la lune nouvellement découvert, qui inspira beaucoup Savinien pour son diptyque Les états et empires de la Lune et Les états et empires du Soleil.

Il écrivit une pièce de théâtre, La mort d’Agrippine, ainsi que Les Œuvres diverses de Mr de Cyrano Bergerac, ouvrages publiés en 1654.

En 1655, il fut blessé à la tête « par une poutre tombée accidentellement du plafond » ou en duel, on ne sait trop. Il fut transporté dans la maison de son cousin à Sannois, mais il contracta une infection et succomba à sa blessure à l’âge de 36 ans.

Les états et empires de la Lune

En 1657, deux ans après sa mort, son ami d’enfance Henri Le Bret fit publier Histoire comique par Monsieur de Cyrano Bergerac, contenant les Estats & Empires de la Lune, puis en 1662 parut Les Nouvelles Œuvres de Monsieur de Cyrano Bergerac, contenant l’Histoire comique des Estats et empires du Soleil, plusieurs lettres et autres pièces divertissantes. Les deux ouvrages forment un même projet romanesque, intitulé « L’autre monde ».

L’auteur y raconte les voyages d’un personnage, lui-même, « Je », sur la Lune, et de « Dyrcona » sur le Soleil (Dyrcona étant certainement l’anagramme de D+Cyrano). Cette œuvre est considérée comme l’un des premiers romans de science-fiction. L’auteur rend compte des observations qu’il a pu faire sur la Lune et le Soleil de sociétés indigènes, dont le mode de vie est parfois totalement différent de celui des terriens et parfois au contraire identique, ce qui lui permet d’en dénoncer les travers. La structure de chacune des deux parties est assez similaire : sur la Lune comme sur le Soleil, le narrateur rencontre différents personnages, êtres humains ou animaux, avec lesquels il aborde toutes sortes de sujets.

Voici comment Savinien de Cyrano profite du voyage sur la Lune pour nous décrire le fonctionnement de nos sens, et en particulier de l’ouïe. Il s’agit clairement d’une description atomiste des sens, probablement due aux contacts qu’eut Cyrano avec le savant contemporain Pierre Gassendi (1592-1655), ami de Marin Mersenne (1598-1648) et fervent défenseur de la théorie atomiste de la matière et des sens.

« Enfin, ces premiers et indivisibles Atomes font un cercle sur qui roulent sans difficulté les difficultez les plus embarrassantes de la Phisicque. Il n’est pas jusques à l’opération des Sens, que personne encore n’a peû bien concevoir, que je n’explique fort aysément avec les petits corps. Commençons par la veuë, elle mérite, comme la plus incompréhensible, nostre premier début. Elle se faict donc, à ce que je m’imagine, quand les tunicques de l’œil dont les pertuis sont semblables à ceux du verre, mettent cette poussière de feu qu’on appelle rayons visuels, et qu’elle est arrestée par quelque matière opaque qui la faict rejaillir chez soy, car alors rencontrant en chemin l’image de l’objet qui la repousse , et cette image n’estant qu’un nombre infini de petits corps qui s’exalent continuellement en esgalles superficies du subjet regardé, elle la pousse jusques à nostre oeil.

Vous ne manquerés pas de m’objecter que le verre est un corps opaque et fort serré ; que cependant au lieu de rechasser ces autres petits corps, il s’en laisse percer : Mais je vous responds que les pores du verre sont taillez de mesme figure que ces Atomes de feu qui le traversent, et que, de mesme qu’un crible à froment n’est pas propre à cribler de l’avoine, ni un crible à avoine à cribler du froment, ainsy une boëtte de sapin, quoy que ténuë quilaisse esehapperc les sons, n’est pas pénétrable à la veüe ; et une pièce de cristal, quoy que transparente, qui se laisse percer à la veüe n’est pas pénétrable à l’oüyed.

Je ne pus m’empescher de l’interrompre : Un grand Poëte et Philosophe de nostre Monde, luy dis-je, a parlé après Épicure, et luy après Démocrite, de ces petits corps presque comme vous ; c’est Ollrquoy vous ne me surprenez point par ce discours ; et je vous prie, en le continuant, de me dire comment, par ces principes, vous expliqueriez la façon de nous peindre dans un miroir ?

Il est fort aisé, me réplicqua-t-il, car figurés vous que ces feux de nostre oeil ayant traversé la glace, et rencontrant derrière un corps non diaphane qui les rejette, ilz repassent par où ilz estoient venus, et trouvant ces petits corps, partis du nostre, cheminant en superficies esgalles, estendus sur le miroir, ils les ramènent à nos yeux, et nostre imagination, plus chaude que les autres facultez de l’Ameg, en attire le plus subtil, dont elle faict chez elle un portraict en racourcy.

L’opération de l’oüye n’est pas plus malaisée à concevoir. Pour estre un peu succinct, considérons-la seulement dans l’harmonie : voilà donc un luth touché par les mains d’un maistre de l’art : Vous me demanderés comment se peut-il faire que j’apperçoive, si loin de moy, une chose que je ne veois point ? De mes oreilles sort-il des esponges qui boivent cette musique pour me la rapporter ? ou ce joüeur engendre-t-il dans ma teste un autre petit joüeur avec un petit luth, qui ayst ordre de me chanterj les mesmes airs ? Non ; mais ce miracle procède de ce que la corde tirée venant à frapper les petits corps dont l’air est composé, elle le chasse dans mon cerveau, le perçant doucement avec ces petits riens corporels ; l’a repoussée et selon que la corde est bandée, le son est hault, à cause qu’elle pousse les Atomes plus vigoureusement ; et l’organe ainsy pénétré en fournit à la fantaisie assez de quoy faire son tableau ; si trop peu, il arrive que nostre mémoire n’ayant pas encore achevé son image, nous sommes contraincts de luy répéter le mesme son, affin que des matériaux que luy fournissent, par exemple, les mesures d’une Sarabande, elle en desrobe assez pour achever le portraict de cette Sarabande. Mais cette opération n’est presque rien ; le merveilleux, c’est lors que par son ministère nous sommes esmeus tantost à la joye, tantost à la rage, tantost à la pitié, tantost à la resverie, tantost à la douleur. Cela se faict, je m’imagine, si le mouvement que ces petits corps reçoivent rencontre dedans nous d’autres petits corps remuez de mesme sense, ou que leur propre figure rend susceptibles du mesme esbranlement ; car alors les nouveaux venus excitent leurs hostes à se remüer comme eux; et, de cette façon, lorsqu’un air violent rencontre le feu de nostre sang, incliné ou mesme esbransle, il anime ce feu à se pousser dehors : c’est ce que nous appelions : ardeur de courage.

Si le son est plus esbranlée, à cause que la matière est plus volatile, en la promenant le long des nerfs, des membranes et des pertuis de nostre chair, elle excite ce chatoüillement qu’on appelle joye. Il en arrive ainsy de l’ébullition des autres passions, selon que ces petits corps sont jettés plus ou moins violemment sur nous, selon le mouvement qu’ilz reçoivent par la rencontre d’autres bransles, et selon ce qu’ilz trouvent à remuer chez nous. Voicy quant à l’oüye. »

Et voici comment Savinien de Cyrano nous explique la constitution des livres des habitants de la Lune : « A peine fut-il hors de présence que je me mis à considérer attentivement mes livres ; les boëstles, c’est-à-dire leurs couvertures, me semblèrent admirables pour leur richesse; l’une estoit taillée d’un seul diamant plus brillant sans comparaison que les nostres ; la seconde ne paroissoit qu’une monstrueuse perle fenduë en deux.

Mon Démon avoit traduit ces livres en langage de ce Monde-là ; mais parce que je n’ay point encore parlé de leur Imprimerie, je m’en vais expliquer la façon de ces deux volumes. A l’ouverture de la boëstte, je trouvé dedans un je ne sçay quoy de métal, casi tout semblable à nos Horloges, plein d’un nombre infiny de petits ressorts et de machines imperceptibles : C’est un Livre à la vérité, mais c’est un Livre miraculeux qui n’a ny fueillets ny caractères; enfin, c’est un Livre où pour apprendre les yeux sont inutiles ; on n’a besoin que d’oreilles. Quand quelqu’un donc souhaitte lire, il bande avec une grande quantité de touttes sortes de clefs cette machine ; puis il tourne l’esguille sur le chapitre qu’il désire escouter, et au mesme temps il sort de cette noix, comme de la bouche d’un homme ou d’un instrument de musique, tous les sons distincts et différens qui servent entre les grands Lunaires à l’expression du langage.

Lorsque j’euse réfléchi sur cette miraculeuse invention de faire des livres, je ne m’estonné plus de veoir que les jeunes hommes de ce païs-là possédoient davantage de connoissance à seize et à dix-huit ans que les barbes grises du nostre, car sçachant lire aussi tost que parler, ilz ne sont jamais sans lecture ; dans la chambre, à la promenade, en ville, en voyage, à pied, à cheval, ilz peuvent avoir dans la poche ou pendus à l’arçon de leurs selles une trentaine de ces livres dont ilz n’ont qu’à bander un ressort pour en oüyr un chapitre seulement, ou bien plusieurs s’ilz sont en humeur d’escouter tout un livre : Ainsy vous avés éternellement autour de vous tous les grands Hommes, et morts et vivans, qui vous entretiennent de vive voix. Ce présent m’occupa plus d’une heure ; et enfin, me les estant attachez en forme de pendans d’oreilles, je sortis en ville pour me promener. Je n’eus pas achevé d’arpenter la ruë qui tombe vis à vis de nostre maison, que je rencontré à l’autre bout une trouppe assez nombreuse de personnes tristes. »

Cette description prémonitoire de nos baladeurs et écouteurs actuels sortent de l’imagination de Savinien/Cyrano. Elles lui ont peut-être été inspirées par une lettre « écrite » d’Amsterdam par le capitaine Vosterloch le 23 avril 1632 et parue dans le Courrier véritable, journal satirique éphémère de 1632, parodie imaginaire de La Gazette de France, probablement l’œuvre de son ami Charles Sorel (1602-1677), où sont décrites les éponges sonores, véritables enregistreurs d’aujourd’hui.

« Mais ce qui nous estonne davantage, et qui nous fait admirer la Nature, c’est de voir qu’au défaut des arts libéraux et des sciences qui nous donnent le moyen de communiquer ensemble, et de descouvrir par escrit nos pensées à ceux qui sont absens, elle leur a fourny de certaines esponges qui retiennent le son et la voix articulée, comme les nostres font les liqueurs.

De sorte que quand ils se veulent mander quelque chose, ou conférer de loin, ils parlent seulement de près à quelqu’une de ces esponges, puis les envoyent à leurs amis, qui, les ayant reçues, en les pressant tout doucement en font sortir ce qu’il y avoit dedans de paroles, et sçavent par cet admirable moyen tout ce que leurs amis désirent. Et pour se resjouir quelquesfois, ils envoyent quérir dans liste Cromatique des concerts de Musique, de voix, et d’instrumens dans les plus fines de leurs esponges, qui leur rendent, estant pressées, les accords les plus délicats en leur perfection. »

Le XVIIe siècle baroque était très créatif et on le voit, Savinien de Cyrano de Bergerac en fut un digne représentant.

Il est aujourd’hui principalement connu à travers la pièce Cyrano de Bergerac d’Edmond Rostand (1868-1918), créée sur scène en 1897, adaptée au cinéma à plusieurs reprises, dont le film réalisé par Jean-Paul Rappeneau en 1990 avec l’inoubliable interprétation de Gérard Depardieu. Un personnage de L’Île du jour d’avant (1994) d’Umberto Eco (1932-2016), qui se déroule au XVIIe siècle, nommé Monsieur de Saint-Savin, libertin qui rêve d’écrire un roman sur la Lune et ses habitants, est une référence à l’œuvre de Cyrano, ce que confirme la ressemblance phonétique entre Savinien et Saint-Savin ; Umberto Eco a aussi eu recours à ce procédé et a créé, par exemple, Jorge de Bulgos dans son livre Le Nom de la Rose, une référence à Jorge Luis Borges (1899-1986).

Biblio 056

1660 Robert Boyle : le son ne se propage pas dans le vide

Robert Boyle naît en 1627 dans une riche famille irlandaise au château de Lismore, dans le comté de Waterford, en Irlande. Il est connu comme un grand savant expérimentateur et catholique. Après des études au Collège d’Eton, il poursuit ses études à Genève puis à Florence, où il découvre l’œuvre de Galilée (1564-1642). Il apprend ainsi la méthode expérimentale qui marquera toute sa vie scientifique et dont il écrira une philosophie ou théorie dans son ouvrage Some considerations touching the Usefulness of Experimental Natural Philosophy en 1663. De retour en Angleterre, il s’établit à Oxford en 1654. Il rencontre Robert Hooke (1635-1703), jeune physicien et brillant expérimentateur comme lui, qui l’aide à fabriquer une pompe à vide sur les idées du savant allemand Otto von Guericke (1602-1686). Il réalise de nombreuses recherches expérimentales sur les gaz et trouve, entre autres, la loi des gaz « parfaits » qui porte son nom et celui de l’abbé et savant français Edme Mariotte (1620-1684), qui la découvre indépendamment et à peu près en même temps que lui : « à température constante une même masse d’air occupe un volume V inversement proportionnel à sa pression P », autrement écrit P x V = constante. Il participe au « collège invisible », réunions de savants anglais qui donneront naissance à la Royal Society de Londres en 1660. Grand expérimentateur, Boyle publie un grand nombre d’ouvrages sur les sujets les plus divers : chimie, propriétés des gaz, électricité, magnétisme, physiologie, fermentation… et théologie. Ses comptes-rendus expérimentaux sont des modèles de précision et de clarté. Il préfère la preuve expérimentale aux argumentations théoriques. Avec lui s’annonce la grande génération des chimistes du XVIIIe siècle, comme Lavoisier (1743-1794), et la chimie moderne. Son influence sur le développement des idées modernes en physique et en chimie est considérable. Bien que fervent catholique, il prône une théorie corpusculaire de la matière opposée aux « prescriptions » scientifiques aristotéliciennes du catholicisme. Il meurt en 1691 à Londres, à 64 ans, après avoir acquis une renommée nationale et internationale. Ses œuvres complètes en cinq volumes seront publiées pour la première fois à Londres en 1744, sous le titre de The Works of the Honourable Robert Boyle.

Le son peut-il se propager dans le vide ?

Beaucoup de savants du XVIIe siècle ont voulu savoir si le son pouvait se propager dans le vide. Le mathématicien et savant vénitien Giovanni Francesco Sagredo (1571-1620), proche ami de Galilée qui en fait un personnage de son Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, décrit une expérience avec une cloche dans une jarre de verre scellée en sortant du four de cuisson du verre. La réduction de pression lors du refroidissement de la jarre de verre ne produit pas un vide très poussé, mais la diminution du son émis qui s’ensuit amène Sagredo à conclure, sans doute un peu rapidement, que le son ne se propage pas dans le vide.

En 1643, le mathématicien et savant expérimentateur italien Evangelista Torricelli démontre la pression atmosphérique en montrant qu’un tube rempli de mercure retourné sur une cuve elle-même remplie de mercure monte sur une hauteur de 76 cm dans le tube sous la pression de l’atmosphère. Au-dessus du mercure, il y a du vide, puisque rien n’a pu remplacer le mercure dans la partie supérieure du tube. « La nature n’a pas peur du vide », écrit-il. Certains restent sceptiques, comme le grand savant Athanase Kircher (1602-1680). Son traité Musurgia paru en 1650 contient une « digression » (livre 1, pages 11-13) intitulée « Utrum in vacuo fieri possit sonus » (« Si le son peut être produit dans le vide »).

Kircher commence par critiquer les arguments de ses confrères scientifiques et philosophes sceptiques sur l’existence du vide dans le tube de Torricelli : « D’autres philosophes plus avertis, qui se moquent d’un vide aussi fantastique, expliquent l’absence de vide laissé dans le tube de différentes manières. Certains croient que bien qu’il ne s’agisse pas d’un vide, il n’y a toujours pas d’air, mais un corps très fin qui ressemble presque à de la lumière, qu’ils appellent éther, qui pénètre dans tous les pores de tous les corps, puisqu’il existe sur tous les corps du monde et est également présent dans le tube avec le mercure enfermé, c’est pourquoi il n’est pas surprenant que l’éther reste à la place de l’air lorsque le mercure disparaît, pénétrant éventuellement les pores du verre. Il y a aussi des gens qui croient que l’air ne pénètre pas par les pores, mais pénètre les parois du tube et la surface la plus extérieure du mercure. Ils prétendent que le mercure n’est pas assez près des parois du tube de sorte qu’une partie de l’air ne peut pas se déposer à la place du mercure et entrer de l’extérieur autour du cylindre du tube et le long du bord du mercure, surtout s’il s’agit d’aider la nature au travail. D’autres, qui philosophent un peu plus librement, croient que le mercure est retenu par une force d’équilibre dans un certain espace à l’intérieur du tube. Enfin, d’autres croient que les parties du tube que le mercure a abandonnées sont remplies d’une substance très légère comme des vapeurs du mercure. Si le poids étendu du mercure attaché ne permet plus d’expansion et si aucun autre corps ne peut monter, le mercure est retenu de force dans le tube à un degré ou à un autre, et par conséquent aussi dans l’une ou l’autre réduction de poids. Ce sont les points de vue qui expliquent l’essence de ce que certains penseurs contemporains considèrent comme un véritable vide. La dernière de ces opinions est considérée à juste titre comme la plus probable. »

Ensuite, Kircher indique avoir suggéré une expérience pour vérifier l’existence du vide de Torricelli à un « mathématicien surdoué », peut-être Gasparo Berti (1600-1643), qui a participé aux expériences de Torricelli. L’expérience consiste en une boule de verre « parfaitement bien » scellée, renfermant une cloche et un marteau métallique retenu puis libéré par un aimant et générant ainsi le son de la cloche. Kircher nous dit que le son de la cloche a été entendu et il en conclut qu’il n’y a pas de vide au-dessus de la colonne.

Kircher conclut ainsi sur l’absence de vide au-dessus de la colonne : « Puisque l’air est la cause matérielle d’un son, il ne peut y avoir de son s’il manque de l’air. Avec l’expérience présentée et le son entendu, nous avons montré que l’existence d’un vide dans la nature peut difficilement être confirmée ».

En réalité, il est clair que le vide n’a pas pu être réalisé correctement autour de la cloche et du marteau, comme l’indique d’ailleurs la faible hauteur de la colonne décrite par Kircher, et cela induit Kircher en erreur. D’autres expériences similaires ont lieu en Italie, notamment menées par les savants de l’Academia del Cimento qui réaliseront une mesure précise de la vitesse du son dans l’air, et dont fait peut-être partie Gasparo Berti qui relate l’expérience à Kircher.

Mais à chaque fois, les conclusions sont faussées par l’insuffisance de vide ou par la transmission des vibrations de la cloche aux parois de verre de la boule.

L’expérience décrite par Kircher servira toutefois de base aux expériences de Robert Boyle grâce aux progrès de la pompe à vide imaginée par Otto von Guericke.

La pompe à vide d’Otto von Guericke

Otto von Guericke (1602-1686) est un homme politique allemand, bourgmestre de Magdebourg et passionné de science. Il est en correspondance avec Torricelli et Boyle qui font leurs expériences sur le vide et il invente une pompe à vide ingénieuse conçue pour extraire l’air. Il conçoit ainsi ce que l’on appellera les « hémisphères de Magdebourg ».

Guericke démontre la force de la pression atmosphérique avec des expériences spectaculaires, comme en 1654, à la cour de Frédéric-Guillaume Ier de Brandebourg (1595-1640), où il raccorde deux demi-sphères de cuivre de 40 cm de diamètre (les hémisphères de Magdebourg) et extrait l’air de l’intérieur de celles-ci. Il attache ensuite chacun des hémisphères à un attelage de huit chevaux et montre qu’ils ne sont pas capables de les séparer. Quand il remet l’intérieur des hémisphères à pression atmosphérique, ils se séparent facilement. Il répétera l’expérience la même année à Berlin avec vingt-quatre chevaux. Avec ses expériences, Guericke met fin de façon spectaculaire à l’hypothèse de l’« horror vacui », qui supposait que la nature « déteste » le vide, qui fut pendant des siècles un problème pour les philosophes et les scientifiques.

Robert Boyle démontre l’absence du son dans le vide

Robert Boyle a connaissance de la nouvelle pompe à vide imaginée par Otto von Guericke, avec qui il est en contact. Aidé par Robert Hooke, il perfectionne la pompe et il va mener toute une série d’expériences sur le vide qui vont faire avancer la science. Celles-ci seront publiées dans l’ouvrage Nouvelles expériences physico-mécaniques, touchant le ressort de l’air et ses effets (1660).

Voici le texte de l’expérience 27 exposée dans l’ouvrage où Boyle démontre que le son ne se propage pas dans le vide :

« Que l’air soit le milieu par lequel les sons sont transmis à l’oreille, cela est connu depuis de nombreuses années et c’est encore l’enseignement habituel dans les écoles. Mais cette opinion a été récemment remise en cause par certains philosophes sur la base d’une expérience faite par le savant Kircher, et d’autres savants, qui ont (comme ils nous l’assurent) observé que si une cloche, avec un battant d’acier, était attachée à l’intérieur d’un tube et qu’après avoir fait le vide à l’intérieur de ce tube, la cloche reste suspendue à l’extrémité supérieure du tube ; que si un vigoureux choc était appliqué à l’extérieur du tube à la cloche, elle attire le battant, qui lors de l’enlèvement de la charge, frappera contre le côté opposé de la cloche, et produira ainsi un son très audible d’où les expérimentateurs ont conclu : ce n’est pas l’air, mais un corps plus subtil qui est le médium des sons. Mais parce que nous avons pensé que, pour invalider une telle conclusion de cette expérience (la plus élégante, qui pouvait bien être réalisée sans l’outil expérimental dont nous disposons maintenant), certaines choses pourraient être assez erronément alléguées ; nous avons jugé bon de faire quelques expériences, afin de découvrir ce que fait l’air dans la transmission des sons, en mettant en œuvre diverses autres configurations pouvant être essayées dans notre dispositif expérimental concernant les sons. Nous avons pris une montre, dont nous avons ouvert le boîtier, afin que l’air contenu puisse sortir librement dans celui du récepteur. Et cette montre était suspendue dans la cavité du bocal uniquement par un fil, qui rendait impossible la transmission du son au sommet du bocal. Et puis fermant celui-ci avec un matériau étanche, nous avons écouté près des côtés de celui-ci, et nous avons assez clairement entendu le bruit fait par l’aiguille de la montre. Ceux d’entre nous, qui participaient à cette expérience, ont observé que le bruit semblait venir directement en ligne droite de la montre à l’oreille. Et il était observable à cette fin, que nous avons trouvé une disparité manifeste de bruit, en tenant nos oreilles près des côtés du récepteur, et près du couvercle de celui-ci ; laquelle différence semblait provenir de celle de la nature du verre du bocal, de la structure du couvercle et du matériau de scellement. Nous avons alors poursuivi notre Expérience. La pompe après avoir été déployée, il semblait que de temps en temps le son devenait de plus en plus sourd, de sorte que lorsque le récepteur fut vide autant qu’il l’était pour les expériences précédentes, ni nous, ni les autres personnes qui étaient alors dans la pièce, ne pouvaient plus entendre le moindre son de l’intérieur du bocal, en appliquant nos oreilles tout à côté ; bien que nous puissions facilement apercevoir le mouvement de l’aiguille qui marquait les secondes, et celui du balancier, qui prouvait que la montre ne restait pas immobile, ni ne s’écartait remarquablement de son mouvement habituel. Et pour nous convaincre que c’était bien l’absence d’air autour de la montre qui nous empêchait d’entendre le son, nous avons laissé entrer l’air extérieur lentement à l’aide du robinet de la pompe. Nous avons alors clairement pu entendre le bruit fait par la montre, bien que nous tenions parfois nos oreilles à deux pieds de distance de l’extérieur du bocal. Et cette expérience étant réitérée dans un autre lieu, réussit de la même manière. Ce qui semble prouver que, que l’Air soit, sinon le seul, du moins le principal médium des Sons. Nous signalerons encore qu’après l’expérience précédente, nous avons positionné une cloche d’environ deux pouces de diamètre au fond du bocal, qui était soutenue au milieu de la cavité du bocal par un ressort, pressé avec ses deux extrémités contre les parties opposées de l’intérieur du récipient dans lequel, lorsqu’il était fermé, nous avons observé que la cloche sonnait. Après avoir fait le vide dans le bocal, nous n’avons pu discerner aucun son (certains en ont entendu un léger). Il semble donc que l’air soit le principal milieu de transmission son et que très peu de particules d’Air, suffisent à le propager. »

Robert Boyle met ainsi fin à la controverse sur le son dans le vide. Il montre expérimentalement que le son a besoin de l’air pour se propager par une succession de compressions et dilatations des particules d’air et qu’il ne peut se propager dans le vide.

On démontrera théoriquement plus tard les phénomènes ondulatoires, que le son est une onde mécanique et que, comme une vague à la surface de l’eau, il se propage de proche en proche.

Le son peut aussi se propager dans d’autres milieux, comme l’eau ou les corps solides, mais par un mode de propagation plus complexe en raison de leur raideur. Les savants montreront plus tard que plus un corps est dense, plus le son s’y propage vite. Ainsi, dans l’air, la vitesse du son est d’environ 340 mètres par seconde, dans l’eau 1 500 mètres par seconde et dans l’acier, elle atteint 5 000 mètres par seconde.

La lumière ou les ondes radio sont aussi des ondes, mais pas mécaniques, qui résultent de déplacements de matière. Ce sont des ondes électromagnétiques, résultat de la vibration couplée d’un champ électrique et d’un champ magnétique variables dans le temps. Les ondes électromagnétiques se déplacent dans le vide, l’air ou tout autre milieu à la vitesse de la lumière : 300 000 000 mètres par seconde.

Mais nous sortons ici du monde de l’acoustique.

Biblio 057, 058

1665 Robert Hooke, le plus grand savant expérimentateur du XVIIe siècle

Robert Hooke est le plus grand scientifique expérimentateur du XVIIe siècle. Il est né en 1635 sur l’île de Wight et mort à Londres en 1703.

En 1653, Hooke étudie à l’Université d’Oxford ; il y devient l’assistant de Robert Boyle (1627-1691) en 1655 ; il aurait participé à la réalisation de la pompe à vide qui a permis à Boyle de réaliser ses expériences sur le vide et les gaz. Il participe à la création de la Royal Society en 1660. En 1662, il est nommé démonstrateur à la Royal Society et responsable des expériences (curator of experiments) exécutées lors des réunions.

En septembre 1665, il publie en anglais son livre le plus célèbre, Micrographia, qui contient de nombreuses observations réalisées à l’aide de microscopes et de télescopes. De 1677 à 1683, il est le premier secrétaire de la Royal Society.

Robert Hooke meurt en 1703 à Londres et son corps est inhumé en l’église St Helen’s Bishopsgate.

En 1705 sont publiées The Posthumous Works of Dr. Robert Hooke. Son journal, comme ses œuvres en général, concerne un très grand nombre de sujets scientifiques différents auxquels il a contribué de façon originale et inventive, notamment en concevant, dessinant et mettant au point des dispositifs expérimentaux. Ses apports importants sont cités dans presque tous les domaines scientifiques : astronomie, mécanique, optique, biologie, botanique, paléontologie, géologie, horlogerie, météorologie, architecture… et acoustique.

Il s’est beaucoup querellé et opposé à Newton (1642-1727), l’autre grand savant anglais du XVIIe siècle, à qui il a reproché de s’être inspiré de ses travaux sans le citer pour élaborer ses théories de la gravité (notamment). Les deux hommes sont fort différents : Hooke est un savant expérimental qui écrit en anglais, Newton est un grand théoricien qui écrit en latin et ils ne se supportent pas.

On n’a conservé aucun portrait de Robert Hooke et l’on raconte que l’un de ses portraits aurait été détruit lors du déménagement, en 1710, de la Royal Society alors que Newton en était à son tour le premier secrétaire...

Apports de Hooke en acoustique

Dans la préface de son ouvrage Micrographia en 1665, Hooke indique avoir inventé un dispositif qui s’apparente à un téléphone mécanique (l’électricité n’a pas encore fait son apparition). Il s’agit d’un système reliant deux dispositifs acoustiques de type cornet avec un câble, sans doute métallique, tendu entre les deux.

En juillet 1681, Robert Hooke présente son nouveau dispositif pour produire des tonalités musicales distinctes en frappant les dents de roues en laiton à rotation rapide. De cette façon, Hooke peut générer pour la première fois des ondes sonores de fréquence connue et fournir une démonstration empirique de la correspondance entre la perception humaine de la hauteur d’un son et la propriété physique de la fréquence des ondes sonores. En ajustant différentes roues les unes à côté des autres sur le même axe, il a pu vérifier les rapports de fréquence pour les intervalles musicaux, tels que les quintes et les quartes parfaites. Ce type de générateur sera perfectionné et utilisé plus tard par le savant français Felix Savart (1791-1841).

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1666 Les embarras de Paris de Nicolas Boileau

Les problèmes de bruit dans nos villes ne datent pas d’aujourd’hui. Voici la célèbre sixième satire Les embarras de Paris, écrite en 1660 et publiée en 1666 par Nicolas Boileau (1636-1711), appelé Despréaux par son père. Nicolas Boileau est le poète et écrivain classique par excellence, partisan des Anciens dans la querelle des Anciens et des Modernes qui aura cours au XVIIe siècle. Ce poème est écrit dans une très belle langue, car, comme le dit Boileau dans son Art poétique, ce que l’on conçoit bien s’énonce clairement, et les mots pour le dire arrivent aisément.

« Qui frappe l’air, bon Dieu ! de ces lugubres cris ?

Est-ce donc pour veiller qu’on se couche à Paris ?

Et quel fâcheux démon, durant les nuits entières,

Rassemble ici les chats de toutes les gouttières ?

J’ai beau sauter du lit, plein de trouble et d’effroi,

Je pense qu’avec eux tout l’enfer est chez moi :

L’un miaule en grondant comme un tigre en furie ;

L’autre roule sa voix comme un enfant qui crie.

Ce n’est pas tout encor : les souris et les rats

Semblent, pour m’éveiller, s’entendre avec les chats,

Plus importuns pour moi, durant la nuit obscure,

Que jamais, en plein jour, ne fut l’abbé de Pure.

Tout conspire à la fois à troubler mon repos,

Et je me plains ici du moindre de mes maux :

Car à peine les coqs, commençant leur ramage,

Auront des cris aigus frappé le voisinage

Qu’un affreux serrurier, laborieux Vulcain,

Qu’éveillera bientôt l’ardente soif du gain,

Avec un fer maudit, qu’à grand bruit il apprête,

De cent coups de marteau me va fendre la tête.

J’entends déjà partout les charrettes courir,

Les maçons travailler, les boutiques s’ouvrir :

Tandis que dans les airs mille cloches émues

D’un funèbre concert font retentir les nues ;

Et, se mêlant au bruit de la grêle et des vents,

Pour honorer les morts font mourir les vivants.

Encor je bénirais la bonté souveraine,

Si le ciel à ces maux avait borné ma peine ;

Mais si, seul en mon lit, je peste avec raison,

C’est encor pis vingt fois en quittant la maison ;

En quelque endroit que j’aille, il faut fendre la presse

D’un peuple d’importuns qui fourmillent sans cesse.

L’un me heurte d’un ais dont je suis tout froissé ;

Je vois d’un autre coup mon chapeau renversé.

Là, d’un enterrement la funèbre ordonnance

D’un pas lugubre et lent vers l’église s’avance ;

Et plus loin des laquais l’un l’autre s’agaçant,

Font aboyer les chiens et jurer les passants.

Des paveurs en ce lieu me bouchent le passage ;

Là, je trouve une croix de funeste présage,

Et des couvreurs grimpés au toit d’une maison

En font pleuvoir l’ardoise et la tuile à foison.

Là, sur une charrette une poutre branlante

Vient menaçant de loin la foule qu’elle augmente ;

Six chevaux attelés à ce fardeau pesant

Ont peine à l’émouvoir sur le pavé glissant.

D’un carrosse en tournant il accroche une roue,

Et du choc le renverse en un grand tas de boue :

Quand un autre à l’instant s’efforçant de passer,

Dans le même embarras se vient embarrasser.

Vingt carrosses bientôt arrivant à la file

Y sont en moins de rien suivis de plus de mille ;

Et, pour surcroît de maux, un sort malencontreux

Conduit en cet endroit un grand troupeau de bœufs ;

Chacun prétend passer ; l’un mugit, l’autre jure.

Des mulets en sonnant augmentent le murmure.

Aussitôt cent chevaux dans la foule appelés

De l’embarras qui croit ferment les défilés,

Et partout les passants, enchaînant les brigades,

Au milieu de la paix font voir les barricades.

On n’entend que des cris poussés confusément :

Dieu, pour s’y faire ouïr, tonnerait vainement.

Moi donc, qui dois souvent en certain lieu me rendre,

Le jour déjà baissant, et qui suis las d’attendre,

Ne sachant plus tantôt à quel saint me vouer,

Je me mets au hasard de me faire rouer.

Je saute vingt ruisseaux, j’esquive, je me pousse ;

Guénaud sur son cheval en passant m’éclabousse,

Et, n’osant plus paraître en l’état où je suis,

Sans songer où je vais, je me sauve où je puis.

Tandis que dans un coin en grondant je m’essuie,

Souvent, pour m’achever, il survient une pluie :

On dirait que le ciel, qui se fond tout en eau,

Veuille inonder ces lieux d’un déluge nouveau.

Pour traverser la rue, au milieu de l’orage,

Un ais sur deux pavés forme un étroit passage ;

Le plus hardi laquais n’y marche qu’en tremblant :

Il faut pourtant passer sur ce pont chancelant ;

Et les nombreux torrents qui tombent des gouttières,

Grossissant les ruisseaux, en ont fait des rivières.

J’y passe en trébuchant ; mais malgré l’embarras,

La frayeur de la nuit précipite mes pas.

Car, sitôt que du soir les ombres pacifiques

D’un double cadenas font fermer les boutiques ;

Que, retiré chez lui, le paisible marchand

Va revoir ses billets et compter son argent ;

Que dans le Marché-Neuf tout est calme et tranquille,

Les voleurs à l’instant s’emparent de la ville.

Le bois le plus funeste et le moins fréquenté

Est, au prix de Paris, un lieu de sûreté.

Malheur donc à celui qu’une affaire imprévue

Engage un peu trop tard au détour d’une rue !

Bientôt quatre bandits lui serrent les côtés :

La bourse ! ... Il faut se rendre ; ou bien non, résistez,

Afin que votre mort, de tragique mémoire,

Des massacres fameux aille grossir l’histoire.

Pour moi, fermant ma porte et cédant au sommeil,

Tous les jours je me couche avec que le soleil ;

Mais en ma chambre à peine ai-je éteint la lumière,

Qu’il ne m’est plus permis de fermer la paupière.

Des filous effrontés, d’un coup de pistolet,

Ébranlent ma fenêtre et percent mon volet ;

J’entends crier partout : Au meurtre ! On m’assassine !

Ou : Le feu vient de prendre à la maison voisine !

Tremblant et demi-mort, je me lève à ce bruit,

Et souvent sans pourpoint je cours toute la nuit.

Car le feu, dont la flamme en ondes se déploie,

Fait de notre quartier une seconde Troie,

Où maint Grec affamé, maint avide Argien,

Au travers des charbons va piller le Troyen.

Enfin sous mille crocs la maison abîmée

Entraîne aussi le feu qui se perd en fumée.

Je me retire donc, encor pâle d’effroi ;

Mais le jour est venu quand je rentre chez moi.

Je fais pour reposer un effort inutile :

Ce n’est qu’à prix d’argent qu’on dort en cette ville.

Il faudrait, dans l’enclos d’un vaste logement,

Avoir loin de la rue un autre appartement.

Paris est pour un riche un pays de Cocagne :

Sans sortir de la ville, il trouve la campagne ;

Il peut dans son jardin, tout peuplé d’arbres verts,

Recéler le printemps au milieu des hivers ;

Et, foulant le parfum de ses plantes fleuries,

Aller entretenir ses douces rêveries.

Mais moi, grâce au destin, qui n’ai ni feu ni lieu,

Je me loge où je puis et comme il plaît à Dieu. »

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1671 Le Tuba Stentoro-Phonica de Samuel Morland

Le porte-voix a suscité l’intérêt des savants intéressés par l’acoustique, car il devait permettre d’amplifier la parole. Ce fut particulièrement le cas au cours des XVIIe et XVIIIe siècles, avant l’avènement de l’électricité et de ses applications multiples dans les communications.

La forme particulière du pavillon reste aujourd’hui encore synonyme d’amplification au point que le « mégaphone » actuel la conserve, même si elle n’a qu’un rôle minime d’amplification en regard du système électroacoustique intégré à cet appareil.

Le porte-voix intéresse le diplomate et inventeur anglais Samuel Morland (1625-1695), qui présente un instrument « de son invention » : le « Tuba Stentoro-Phonica » en 1671. Samuel Morland naît dans le petit village de Sulhamstead, à l’ouest de Londres, en 1625. Il fait des études de mathématiques et de langues à Winchester puis à Cambridge. Il entre ensuite dans la fonction publique à Londres et réalise plusieurs missions diplomatiques en Europe : en Suède, en Italie et à Genève entre 1653 et 1658. En 1660, il reçoit le titre de baronnet.

Samuel Morland invente plusieurs choses au cours de sa vie, notamment concernant les systèmes d’alimentation hydraulique ainsi que différentes « machines à calculer ».

Il travaille à l’entretien des équipements hydrauliques des jardins de Londres et des domaines royaux. Il meurt en 1995 et est enterré dans l’abbaye de Westminster.

Samuel Morland et le Tuba Stentoro-Phonica

Samuel Morland annonce l’invention d’une « trompette parlante » lors d’une session de la Royal Society en 1670. L’année suivante, il la présente au roi Charles II d’Angleterre et publie un article sur le nouvel instrument qu’il appelle le « Tuba Stentoro-Phonica », en l’honneur de Stentor, le personnage d’Homère doté d’« une voix de bronze, aussi forte que celle de cinquante hommes réunis ».

Dans son article, Morland indique que la forme optimale du porte-voix doit encore être déterminée scientifiquement « selon les lois de l’acoustique ». Il demande ainsi aux savants de mettre au point la bonne forme de son instrument.

L’époque baroque est l’apogée de l’acoustique géométrique et les savants ont déjà imaginé amplifier la voix à l’aide d’un système similaire au porte-voix de Samuel Morland.

En 1589, l’écrivain italien Giambatista Della Porta (1535-1595), fasciné par le merveilleux, écrivait dans son ouvrage Magiae Naturalis : « Nous avons déjà montré dans les spectacles visuels comment nous pouvons voir loin, maintenant nous allons construire des instruments avec lesquels nous pourrons entendre depuis de nombreux milles. » Mais il s’agissait sans doute, dans l’esprit de Della Porta, d’un instrument d’aide à l’audition plus qu’un porte-voix.

En 1642, Mario Bettini (1582-1657) présentait des dispositifs favorables à la propagation de la voix dans le dixième chapitre de son ouvrage Apiaria. Les savants jésuites du XVIIe siècle ont presque tous traité de la trompette parlante dans leurs mémoires sur l’acoustique géométrique, à commencer par le plus célèbre d’entre eux, Athanase Kircher (1602-1680), dans son ouvrage Musurgia paru en 1650. Il publia d’ailleurs en 1673 Phonurgia Nova, une version revue et augmentée de Musurgia, présentant un très grand nombre de porte-voix et de dispositifs destinés à améliorer la communication orale. On connaît aussi la trompette comme instrument depuis la plus haute Antiquité. Mais l’invention du porte-voix restera attribuée à Samuel Morland pendant longtemps ; une bonne communication est très importante dans la diffusion des savoirs !

L’un des huit exemplaires encore connus de nos jours est exposé en l’église paroissiale Saint-Pierre-et-Saint-Paul à Harrington, dans le Northamptonshire, en Angleterre. L’appareil est connu sous le nom de « Harrington Vamping Horn ».

On raconte aussi qu’une trompette de Morland fut encore utilisée une dernière fois dans l’église de Braybrooke aux États-Unis, le dimanche de Pâques 1958, par le révérend G. R. Loxton.

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1680 Le premier « traité sur le bruit » de Claude Perrault

Claude Perrault naît le 25 septembre 1613 à Paris dans une famille de sept enfants. Son frère cadet Charles est célèbre pour ses contes, parus en 1693, après la mort de Claude.

Claude Perrault est connu pour avoir été l’architecte de la façade de l’aile est du palais du Louvre, dite « colonnade du Louvre ». Il dessine aussi des plans pour le château de Versailles, notamment la grotte de Thétis, le bain de Diane et le Grand Canal. Il est encore connu pour ses travaux en anatomie, en physique et en histoire naturelle. Il meurt d’une septicémie contractée lors d’une dissection animale le 9 octobre 1688.

Claude Perrault est un homme reconnu et célébré de son temps, même si on l’a un peu oublié aujourd’hui.

Le tome 2 de son ouvrage Essais de physique, ou Recueil de plusieurs traités touchant les choses naturelles, paru en 1680, est intitulé Du bruit. C’est à notre connaissance le premier traité sur le « bruit ». Il est divisé en trois parties avec des titres en forme de questions, ce qui est une forme courante à l’époque. Première partie : quelle est l’agitation de l’air qui fait le bruit ? Deuxième partie : de quelle manière la rencontre de deux corps produit l’agitation particulière qui fait le bruit ? Troisième partie : comment l’agitation particulière de l’air qui fait le bruit est rendue sensible à l’organe de l’ouïe ?

Claude Perrault y fait un inventaire très complet des connaissances de son époque sur le son et l’ouïe, dans un style très clair, facile et agréable à lire. Le tome 2 se termine par une centaine de pages consacrées à « la musique des Anciens ».

Claude Perrault est aussi l’auteur de deux traductions commandées par Colbert du traité De Architectura de Vitruve, l’une parue en 1673 sous le titre Dix livres d’architecture de Vitruve corrigés et traduits nouvellement en français, rééditée en 1684 avec quelques « enrichissements » personnels. Ce sont les traductions très bien écrites de Claude Perrault qui ont contribué à faire connaître en français cet important ouvrage d’architecture antique avec les connaissances acoustiques sur les théâtres grecs qu’il comporte.

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1687 Isaac Newton, le génie du XVIIe siècle

Isaac Newton naît en 1642 dans le manoir de Woolsthorpe, près de Grantham, à 170 km au nord de Londres, de parents cultivateurs. Il a une enfance difficile : son père meurt peu avant sa naissance et il est élevé par ses grands-parents après le remariage de sa mère. Son entourage persuade sa mère, qui le destinait à devenir cultivateur, de permettre à Isaac de poursuivre des études, d’abord à l’école et au collège de Grantham, puis à l’Université de Cambridge où il entre en 1661 et qu’il ne quittera pas pendant près de quarante ans. Il y suit le quadrivium des universités et apprend la géométrie, l’arithmétique, l’astronomie et la musique. Ensuite, il obtient une bourse qui lui assure des moyens de subsistance et lui permet d’entamer ses recherches. L’épidémie de peste ayant occasionné la fermeture de l’université en 1665, il retourne dans la maison familiale et met à profit son séjour de dix-huit mois pour se livrer à la réflexion, posant les jalons de son œuvre scientifique. En 1668, Newton obtient le master of arts du Collège de Cambridge et est nommé professeur en 1669, à l’âge de vingt-six ans. En 1672, il devient membre de la Royal Society. Il entretient au long de sa vie une correspondance avec les savants et philosophes importants de Grande-Bretagne et du continent. En 1687, il publie son œuvre majeure, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, qui est la synthèse de toutes ses recherches en physique réalisées depuis plusieurs années. En avril 1696, il démissionne du Collège de Cambridge et quitte la ville pour devenir directeur de la Maison de la monnaie (Royal Mint) à Londres, ce qui lui apporte une aisance économique et la consécration sociale. Il quitte toutefois cette institution en 1699 pour poursuivre ses recherches. Il publie une synthèse de ses découvertes sur la lumière en 1704 dans un important ouvrage, Opticks. Il est nommé président de la Royal Society en 1703, poste qu’il conservera jusqu’à sa mort. Il est anobli par la reine en 1705. À la fin de sa vie, il publie différents écrits sur la théologie. Newton meurt en 1727, à l’âge de 84 ans. Ses funérailles sont somptueuses. Son cercueil, d’abord exposé dans l’abbaye de Westminster, est transporté dans la nef de l’abbaye où il repose aux côtés des rois d’Angleterre.

Voltaire (1694-1778) ramène en France depuis Londres une copie de son ouvrage Principia. Il commente, admiratif : « Ce fameux Newton, ce destructeur du système cartésien, mourut au mois de mars de l’an passé 1727. Il a vécu honoré de ses compatriotes et a été enterré comme un roi qui aurait fait du bien à ses sujets. »

Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687)

Son ouvrage Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, écrit en latin et publié en 1687, est considéré comme une œuvre majeure de l’histoire des sciences. Newton y formule sous une forme très simple l’ensemble des lois des mouvements des corps qui sont encore valables aujourd’hui et qui s’appliquent aussi bien aux corps célestes qu’aux objets sur terre.

Les plus connues sont presque passées dans le langage commun. La conservation de la quantité de mouvements : les changements de mouvement (masse x accélération) sont proportionnels à la force appliquée, ce qui suppose que sans force appliquée, le mouvement du corps reste uniforme (voire au repos s’il n’y a pas de mouvement initial) ; le principe d’égalité action/réaction.

Ces lois de la mécanique, et tous les corollaires, constituent une synthèse magistrale des découvertes de Newton lui-même, mais aussi d’autres savants avant lui : Kepler (1571-1630), Galilée (1564-1642), Hooke (1635-1703)…

Newton dira : « Si j’ai vu plus loin, c’est parce que j’étais assis sur les épaules de géants ». Il apportera des modifications à son œuvre Principia tout au long de sa vie et une seconde édition paraît en 1713 puis une troisième en 1726. L’acoustique est peu présente dans l’œuvre de Newton, mais celle-ci comporte plusieurs apports révolutionnaires pour l’époque.

Où Newton explique la diffraction du son

« La pression ne se propage point en ligne droite dans un fluide à moins que les parties de ce fluide ne soient placées dans des lignes droites. » Newton explique que la pression sonore ne se propage pas uniquement en ligne droite, mais que chaque point est une source sonore qui propage le son. Les dessins de Newton sont très explicites et montrent ce que nous appelons aujourd’hui la diffraction du son. Le phénomène de l’obstacle visuel qui n’occulte pas complètement le son est alors connu et constitue une faiblesse de la théorie de l’acoustique géométrique selon laquelle le son se propage ou se réfléchit en ligne droite. Newton explique en quelques lignes claires et simples la diffraction des sons : « Nous l’avons expérimenté avec les sons qui sont entendus, même lorsqu’il y a une maison interposée, ou lorsqu’ils entrent par la fenêtre d’une chambre se dilatent dans toutes les parties et sont entendus dans tous les angles de la chambre, non parce qu’ils sont réfléchis par les parties opposées, mais parce qu’ils sont propagés directement depuis la fenêtre. » Cette explication préfigure et justifie la théorie des ondes d’Huygens (1629-1695) qui sera publiée trois années plus tard. La diffraction de la lumière existe aussi, mais elle n’est pas visible à l’œil nu en raison des énormes différences de dimensions entre les ondes sonores et lumineuses (environ un million de fois plus petites). Pour la première fois, c’est l’acoustique qui permet de justifier l’optique !

Où Newton utilise des analogies magnifiques entre la propagation des sons dans l’air, le baromètre, le mouvement d’un pendule et le mouvement d’un point sur un cercle pour tenter de calculer la vitesse du son

« Des pulsions étant propagées dans un fluide, chacune des particules de ce fluide, qui vont et qui viennent par un mouvement réciproque très prompt, sont toujours accélérées et retardées suivant les lois des oscillations des pendules. » Newton part de la comparaison originale entre le mouvement alternatif de l’eau dans un tube en U et le mouvement d’un pendule. Ces deux mouvements a priori différents sont tous deux soumis à sa théorie des graves (nous disons aujourd’hui de la gravitation universelle). Il effectue une autre analogie remarquable : les pulsions ou mouvements très rapides des points sur une droite (on dirait aujourd’hui vibrations) peuvent être assimilés au mouvement d’un point autour d’un cercle à vitesse constante. Tout ceci permet à Newton de calculer la vitesse de propagation du son à partir des périodes des pendules, connues à son époque, et de sa théorie des graves. Les théories mathématiques des ondes sont inconnues de Newton et des autres savants de son époque et ces analogies remarquables permettront à Newton de retrouver les valeurs expérimentales de la vitesse du son déjà connues par des expérimentations nombreuses au cours du XVIIe siècle, notamment celles de Derham (1657-1735) en Angleterre.

Les calculs de Newton conduiront malheureusement à une valeur sous-estimée d’environ 20 % de la vitesse du son dans l’air. Newton ne donnera aucune explication convaincante de cet écart. Ce ne sont pas les analogies qui sont ici la cause de cette imprécision, mais bien un phénomène d’échanges thermiques entre les molécules d’air en mouvement rapide non pris en compte dans les théories des gaz « parfaits », connues à l’époque, de Boyle (1627-1691) en Angleterre et Mariotte (1620-1684) en France. De brillants mathématiciens du XVIIIe siècle se casseront aussi les dents en tentant de justifier ces imprécisions : Euler (1707-1783), d’Alembert (1717-1783), Bernoulli (1700-1782), Lagrange (1736-1813) et il faudra attendre cent trente ans pour voir Laplace (1749-1827) corriger cette imprécision de Newton en 1816. Sur ces très courtes pages consacrées au son, on voit toute l’inventivité et l’originalité de Newton par rapport aux scientifiques antérieurs et de son époque. La science de Newton a créé une révolution scientifique d’une ampleur que l’on ne retrouvera qu’avec Einstein au début du XXe siècle.

Biblio 065, 066

1690 Christiaan Huygens : la lumière et le son sont des ondes

Christiaan Huygens naît à La Haye aux Pays-Bas en 1629. Il est le deuxième fils d’une famille cultivée de La Haye. Il montre très jeune de l’intérêt pour les mathématiques et les sciences, mais manifeste une certaine opposition à l’école pour les matières qui ne l’intéressent pas. À 15 ans, son père engage un mathématicien comme professeur particulier qui lui assurera, entre autres, de grandes connaissances scientifiques à son entrée à l’Université de Leyde. Christiaan connaît aussi la musique et parle cinq langues, dont le grec, le latin, le français et l’italien. Il part en France en 1655 et y restera pendant seize ans. En 1666, Jean-Baptiste Colbert (1619-1683) crée l’Académie royale des sciences dont Huygens sera nommé premier directeur scientifique. Il côtoie les plus grands savants de son temps à Paris et aussi en Angleterre, où il fait plusieurs voyages. Il rencontre Newton (1643-1727) à Londres et les deux savants nourrissent une grande estime mutuelle. Il retourne à La Haye, sa ville natale, en 1681 et il y meurt en 1695.

Huygens contribue de façon très importante au progrès des sciences. En astronomie, il est notamment célèbre pour sa découverte du satellite de Saturne, Titan, qu’il décrit dans Le Système de Saturne (1659), où il fait une première description exhaustive du système solaire à six planètes et à six lunes, avec une précision alors inégalée. Pour la première fois, il est possible d’avoir une idée de la dimension du système solaire, de l’éloignement des planètes entre elles et de la position exacte de la Terre en son sein, ainsi que de sa taille, « nettement plus grande que Mars ou Mercure, à peine plus grande que Vénus mais nettement plus petite que Jupiter et Saturne ».

En mécanique, il élabore la formule du calcul de la force centrifuge.

En optique et en acoustique, il est célèbre pour la formulation de la théorie ondulatoire de la lumière et des sons, formulée dans le Traité de la lumière (1690). Grâce aux propriétés des cristaux, en particulier grâce au spath d’Islande, Huygens découvre que les lois de réflexion et de réfraction de la lumière sont conservées si l’on suppose une propagation de la lumière sous la forme d’ondes. La double réfraction du spath d’Islande peut être expliquée avec la théorie ondulatoire, ce qui n’est pas le cas avec une théorie corpusculaire. En octobre 1677, il écrit à Colbert pour lui annoncer qu’il a résolu le problème de la réfraction, et au milieu de l’année 1679, il fait une présentation de sa théorie devant l’Académie royale des sciences de Paris. Il publie le Traité de la lumière en français à la fin de sa vie, en 1690, où il fait une synthèse très claire de la théorie ondulatoire des sons et de la lumière. À la fin de ce traité, il publie aussi une dissertation sur la cause de la pesanteur.

Huygens justifie la théorie ondulatoire des sons et de la lumière. Il explique pourquoi on peut considérer que le son comme la lumière se propagent sous la forme d’ondes. Il décrit la différence de comportement entre la lumière et le son. Et enfin, il justifie que la théorie ondulatoire peut aussi expliquer comment les ondes lumineuses et sonores peuvent se propager en ligne droite.

Huygens explique la réflexion et la réfraction des ondes lumineuses par les cristaux plus loin dans son traité. Cet ouvrage aura un immense impact sur l’acoustique et l’optique, mais de façon postérieure à Huygens, surtout à partir du XIXe siècle, lorsque les mathématiciens formuleront les équations d’ondes.

Huygens et la musique

Tout au long de sa carrière, Huygens montre un vif intérêt pour la musique et la vie musicale de son temps. Comme mathématicien et physicien, il s’intéresse surtout aux fondements théoriques de la musique et aux problèmes pratiques dans le domaine de la théorie musicale, au centre de l’actualité à son époque. Ces problèmes concernent principalement la division de l’octave et l’accordage des instruments à clavier. Les idées et découvertes les plus importantes de Huygens dans ce domaine sont contenues dans une lettre sur Le Cycle harmonique qu’il adresse en 1691 à Henri Basnage de Beauval (1656-1710), l’éditeur protestant en exil à La Haye du périodique Histoire des Ouvrages des Sçavans.

Huygens y propose de diviser l’octave en 31 tons égaux. C’est une contribution de plus aux contributions de l’époque aux nouveaux « tempéraments » de la gamme, sans doute plus célèbre en raison de la notoriété de son auteur que de l’intérêt musical du contenu.

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1701 Joseph Sauveur crée le mot « acoustique » pour la science des sons

Joseph Sauveur est né à La Flèche en 1653 ; il est fils d’un notaire de province. Il souffre de graves troubles de l’audition et de la parole qui le handicaperont toute sa vie. Il étudie au collège des Jésuites de La Flèche puis à dix-sept ans, il monte à Paris.

Malgré son handicap, ou grâce à la curiosité que ce handicap encourage, Joseph Sauveur commence rapidement à enseigner les mathématiques aux enfants des nobles de la cour, notamment le duc de Chartres, neveu de Louis XIV. Il rencontre Étienne Loulié (1654-1702), musicien et lui aussi précepteur des nobles, auprès de qui il découvre la musique.

Sauveur commence à travailler avec Loulié sur « la science du son », qu’il appelle « acoustique ». Il est nommé à l’Académie des sciences et en 1686, il obtient la chaire de mathématiques au Collège de France, qui lui accorde une rare dispense : il ne doit pas réciter un discours de mémoire en raison de ses problèmes d’élocution.

Il publie le premier traité d’acoustique en 1701, Principes d’acoustique et de musique ou système général des intervalles des sons. Il y développe une théorie complète des cordes vibrantes ainsi qu’une étude mathématique des intervalles entre les sons où il introduit les logarithmes inventés par John Napier (1550-1617).

Joseph Sauveur meurt à Paris en 1716.

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1711 Le luthiste anglais John Shore fixe le diapason

Historique

Les premiers à créer des notes de référence sont les Chinois avec les douze lüs, selon la légende, il y plus de 4 500 ans, matérialisés par des tuyaux de bambou conservés par l’Empereur. En Occident, le système musical des Grecs est basé sur le tétracorde qui couvre l’étendue de la voix humaine, soit deux octaves. Le système musical grec est plus basé sur les intervalles entre les notes, les quintes, que sur les hauteurs absolues des notes. On pense que la mèse grecque est proche de notre fa actuel.

Au Moyen Âge et à la Renaissance, les tonalités de référence sont données le plus souvent par des instruments à tons fixes, tels que les tuyaux d’orgue ou de petites flûtes graduées, que l’on appelle diapason à pompe, permettant aux facteurs d’instruments d’ajuster leurs flûtes ou les tuyaux d’orgue qu’ils accordent. Mais la hauteur des notes de référence peut varier d’une ville à l’autre. Le la de l’octave centrale (ou la3) varie entre le la bémol et le si bémol actuels.

Un petit diapason à pompe du XVIIIe siècle, conservé au musée du Conservatoire de Paris, porte deux graduations : l’une indique le la de l’Opéra de Paris, l’autre celui de la chapelle de Versailles, avec une différence d’un demi-ton environ entre les deux. À Weimar, du temps de Bach, les orgues sont accordées plus haut, le la étant proche du si bémol actuel.

Le diapason de John Shore

On attribue l’invention du diapason que nous connaissons aujourd’hui, en forme de fourchette à deux dents (tuning fork en anglais), au musicien anglais John Shore en 1711.

John Shore (1662-1752) appartient à une famille de trompettistes réputés, notamment son père Mathias et son oncle William. La famille Shore est très en vue dans les orchestres royaux. John joue notamment lors du couronnement du nouveau roi George Ier le 20 octobre 1714. Ses talents de luthiste sont reconnus aussi et il joue dans des orchestres aussi prestigieux que ceux de Henry Purcell (1659-1695) et de Georg Friedrich Haendel (1685-1759).

Le petit objet métallique qu’il conçoit génère une note fixe et lui permet d’accorder plus facilement son luth. Il en donnera un exemplaire au grand maître allemand Haendel (1685-1759). Il est conservé à la Coram Foundation de Londres depuis 1751 et on a mesuré sa fréquence à 423 Hz en 1880, soit proche du la bémol actuel. La forme inventée par John Shore est très adaptée à un instrument de référence ; on sait aujourd’hui que le son généré par cette forme de diapason est très pur, avec très peu d’harmoniques, ce qui facilite l’accord des instruments. Les diapasons modernes ressemblent au diapason de Shore à la différence près qu’ils répondent à la fréquence du la de référence actuel normalisé à 440 Hz ; cette fréquence de référence n’est que pure convention et on le voit, elle a beaucoup changé au cours du temps. On constate d’une façon générale que la hauteur du la3 de référence monte. Depuis Robert Hooke (1635-1703) et ses roues dentées, on sait maintenant compter les vibrations des notes. On ne se sert toutefois pas de cette possibilité de façon systématique. De temps à autre, un physicien relève l’usage d’un diapason à tel endroit et le note à titre documentaire, sans que cette connaissance joue un rôle quelconque dans la pratique. Ces observations font apparaître une hausse de la note du diapason.

À l’Opéra de Paris, le la du diapason est en 1704 plus bas que notre la bémol (405 Hz) ; en 1810, il est à mi-chemin entre nos la bémol et la (423 Hz). En 1830, il atteint la hauteur actuelle (440 Hz), qu’il dépasse en 1858 (449 Hz). Le diapason de Beethoven, conservé à la British Library, donne un la à 455,4 Hz. Au temps de Bach, les orgues de Weimar sont plus près de notre si bémol que de notre la.

On ne peut pas généraliser le fait que diapason ancien était plus bas que le nôtre, mais la tendance à la hausse est réelle.

La législation s’empare du son de référence

Cette hausse constante du diapason finit par inquiéter les chanteurs. En 1812 déjà, alors que le diapason de l’Opéra est un quart de ton plus bas que l’actuel, le directeur du Conservatoire de Paris, Bernard Sarrette (1765-1858), tente d’imposer un diapason pris par moyenne entre les divers la relevés à Paris.

L’affaire est reprise en 1858. Une commission ministérielle est nommée et entreprend une enquête internationale qui révèle un écart de plus d’un ton entre les la extrêmes échelonnés de 455,5 Hz à Bruxelles à 434 Hz à Londres. La commission propose la valeur de 435 Hz, qui devient obligatoire en France à partir de l’année suivante par arrêté ministériel. Un congrès à Vienne entérine en 1885 cette référence, qui devint ainsi internationale. L’article 282 du traité de Versailles de 1919, qui tire les conséquences de la Première Guerre mondiale, impose aux signataires d’adopter les résolutions du congrès de Vienne de 1885 (!). Même après sa normalisation officielle, le phénomène d’ascension continue de se produire, bien que moins brutalement. On peut supposer que l’on souhaite sans cesse augmenter la brillance du jeu. Des relevés en 1938 montrent, à Paris, une moyenne de 440 Hz à 442 Hz ; aux États-Unis 445 Hz ; en Angleterre 451 Hz ; en Autriche on atteint le si bémol (460,85 Hz) et on le dépasse à Prague (467,5 Hz).

Un congrès international se réunit à Londres en 1939, qui décide de porter le diapason officiel à 440 Hz à une température de 20 °C, alors que le précédent était prévu pour une température de 15 °C. Cette valeur est toujours la valeur « officielle », entérinée même par une norme internationale en 1975 : la norme ISO 16.

Devant cette escalade d’augmentations du la de référence, des voix s’élèvent. Une majorité de physiciens préconisent, sur des critères prétendument numériques, un la à 432 Hz, objet en 1950 d’un vœu de l’Académie des sciences française qui ne sera suivi d’aucun effet. Devant les difficultés engendrées par un diapason trop haut pour les instruments anciens ou leurs copies, certains musiciens spécialistes de ma musique ancienne prennent l’habitude de s’accorder plus bas, soit un demi-ton environ sous le diapason usuel.

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1718 Le concours de dissertation de l’Académie des sciences de Bordeaux sur l’écho

L’Académie royale des Sciences, des arts et des belles-lettres de Bordeaux est créée par décret de Louis XIV en 1712. En l’année 1718, elle est présidée par Charles Louis de Secondat, baron de La Brède et de Montesquieu (1689-1755). Montesquieu en sera le directeur annuel à quatre reprises : en 1718, 1726, 1735 et 1748, année de la parution de L’esprit des lois. Le concours annuel de 1718 est consacré à l’écho. Le savant et abbé Jean de Hautefeuille (1647-1724) remporte le concours ; il est alors déjà âgé de 71 ans. Voici le discours introductif du président Montesquieu, 39 ans, ainsi que la « Dissertation sur la cause de l’écho » du vainqueur.

Extraits du discours prononcé à l’Académie des sciences, des arts et des belles lettres de Bordeaux le 1er mai 1718 par Monsieur le président de Montesquieu

« Le jour de la naissance d’Auguste il naquit un laurier dans le palais, des branches duquel on couronnoit ceux qui avoient mérité l’honneur du triomphe. Il est né, Messieurs, des lauriers avec cette académie, et elle s’en sert pour faire des couronnes aux savants ; il n’est point de climat si reculé d’où l’on ne brigue ses suffrages ; dépositaire de la réputation, dispensatrice de la gloire, elle trouve du plaisir à consoler les philosophes de leurs veilles, et les venger pour ainsi dire de l’injustice de leur siècle, et de la jalousie des petits esprits. Les dieux de la fable dispensoient différemment leurs faveurs aux mortels, ils accordoient aux âmes vulgaires une longue vie, des plaisirs, des richesses, les pluies et les rosées étoient les récompenses des enfants de la terre, mais aux âmes plus grandes et plus belles, ils réservoient la gloire, comme le seul présent digne d’elles. C’est pour cette gloire que tant de beaux génies ont travaillé, et c’est pour vaincre, et vaincre par l’esprit, cette partie de nous-mêmes la plus céleste et la plus divine. Qu’un triomphe si personnel a de quoi flatter ? On a vu des grands hommes uniquement toucher des succès qu’ils devoient à leur vertu, regarder comme étrangères toutes les faveurs de la fortune. On en a vu tout couverts des lauriers de Mars, jaloux de ceux d’Apollon, disputer la gloire d’un poète et d’un orateur.

Tantus amor laudum, tantæ est victoria curæ.

Lorsque ce grand cardinal à qui une illustre académie doit son institution, eut vu l’autorité royale affermie, les ennemis de la France consternés, et les sujets du roi rentrer dans l’obéissance, qui n’eut pensé que ce grand homme étoit content de lui-même ? Non ; pendant qu’il étoit au plus haut point de sa fortune, il y avoit dans Paris, au fond d’un cabinet obscur un rival secret de sa gloire ; il trouva dans Corneille un nouveau rebelle qu’il ne put soumettre ; c’étoit assez qu’il eut à soutenir la supériorité d’un autre génie, et il n’en fallut pas davantage pour lui faire perdre le goût d’un grand ministère, qui devoit faire l’admiration des siècles à venir. Quelle doit donc être, Messieurs, la satisfaction de celui, qui, vainqueur de tous ses rivaux se trouve aujourd’hui couronné par vos mains ?

Le sujet proposé étoit plus difficile à traiter qu’il ne paroit d’abord : c’est en vain qu’on prétendroit réussir dans l’explication de l’écho, c’est-à-dire du son réfléchi, si l’on n’a une parfaite connaissance du son direct : c’est encore en vain que l’on iroit chercher du secours chez les anciens aussi malheureux sans doute dans leurs hypothèses, que les poètes dans leurs fictions, qui attribuèrent l’effet de l’écho aux malheurs d’une nymphe causeuse, que Junon irritée changea en voix pour avoir amusé sa jalousie, et par la longueur de ses contes (artifice de tous les temps) l’avoir empêchée de surprendre Jupiter dans les bras de ses maîtresses. Tous les philosophes conviennent généralement que la cause de l’écho doit être attribuée à la réflexion des sons, ou de cet air, qui frappé par le corps sonore, va ébranler l’organe de l’ouïe. Mais s’ils conviennent en ce point, on peut dire qu’ils ne vont pas longtemps de compagnie, que les détails gâtent tout et qu’ils s’accordent bien moins dans les choses qu’ils entendent, que dans celles qu’ils n’entendent pas. Et premièrement si cherchant la nature du son direct, on leur demande de quelle manière l’air est poussé par le corps sonore ? les uns diront que c’est par un mouvement d’ondulation, et ne manqueront pas d’alléguer l’analogie de ces ondes avec celles qui sont produites dans l’eau par une pierre qu’on y jette : mais les autres à qui cette comparaison paroit suspecte, commenceront dès ce moment à faire secte a part ; et on les feroit plutôt renoncer au titre de philosophe que de leur faire passer l’existence de ces ondes dans un corps fluide tel qu’est l’air, qui ne fait point comme l’eau une surface plane étendue sur un fond ; sans compter que dans ce système on devroit, disent-ils, entendre plusieurs fois le même coup de cloche, puisque la même impression forme plusieurs cercles et plusieurs ondulations.

Ils aiment donc mieux admettre des rayons directs qui vont, sans se détourner de la bouche de celui qui parle à l’oreille de celui qui entend ; il suffit que l’air soit pressé par le ressort du corps sonore, pour que cette action se communique. Que si considérant le son par rapport à la vitesse, on demande à tous ces philosophes, pourquoi il va toujours également vite, soit qu’il soit grand, soit qu’il soit faible ; et pourquoi un canon qui est a 171 toises de nous, demeurant une seconde à se faire entendre, tout autre bruit quelque faible qu’il soit ne va pas moins vite ? On trouvera le moyen de se faire respecter, et on les obligera, ou à avouer qu’ils en ignorent la raison, ou du moins on les réduira à entrer dans de grands raisonnements, ce qui est précisément la même chose. Que si l’on entre plus avant en matière, et qu’on vienne à les interroger sur la cause de l’écho, la cohue répondra tout d’abord que la réflexion suffit, et on verra d’un autre côté un seul homme qui répond qu’elle ne suffit pas: peut-être goutera-t-on ses raisons, surtout si on peut se défaire de ce préjugé, un contre tous. Or de ceux qui n’admettent que la réflexion seule, les uns diront que toutes sortes de réflexions produisent des échos, et en admettront autant que de sons réfléchis ; les murailles d’une chambre, disent-ils, feroient entendre un écho, si elles n’étoient trop proches de nous, et ne nous envoyoient le son réfléchi dans le même instant que notre oreille est frappé par le son direct ; selon eux tout est rempli d’échos, Jovis omnis plena ; vous diriez que comme Héraclite ils admettent un concert et une harmonie dans l’univers qu’une longue habitude nous dérobe ; d’autant mieux que, la réflexion étant souvent dirigée vers des lieux différents de celui où se produit le son, parce qu’elle se fait toujours par un angle égal a celui d’incidence, il arrive souvent que l’écho ne rend point les sons à celui qui les envoie ; cette nymphe ne répond pas toujours à ceux qui lui parlent ; il y a des occasions où sa voix est méconnue de ceux même qui l’entendent ; ce qui pourroit peut-être servir à faire cesser bien du merveilleux, et à rendre raison de ces voix entendues en l’air, que Rome, cette ville des sept montagnes, mettoit si souvent au nombre des prodiges. [...]

Mais les autres qui ne croient pas la nature si libérale, veulent des lieux et des situations particulières, ce qui fait qu’ils varient infiniment et dans la disposition de ces lieux, et dans la manière dont se font les réflexions a cet égard. Avec tout ceci on n’est pas fort avancé dans la connaissance de la cause de l’écho : mais enfin un philosophe est venu, qui ayant étudié la nature dans sa simplicité, a été plus loin que les autres : les découvertes admirables de nos jours fur la dioptrique et la catoptrique ont été comme le fil d’Ariane qui l’ont conduit dans l’explication de ce phénomène des sons: chose admirable ! il y a une image des sons comme il y a une image des objets aperçus : cette image est formée par la réunion des rayons sonores ; comme dans l’optique ; l’image est formée par la réunion des rayons visuels : on jugera sans doute par la lecture qui va se faire que l’Académie n’a pu se refuser à l’auteur de cette découverte, et qu’il mérite de jouir de ses suffrages, et de la libéralité du protecteur. Cependant je ne puis passer ici une difficulté commune a tous les systèmes, et qui dans la satisfaction où nous étions d’avoir contribué à donner quelque jour à un endroit des plus obscurs de la physique, n’a pas laissé que de nous humilier. On comprend aisément que l’air qui a déjà produit un son, rencontrant un rocher un peu éloigné, est réfléchi vers celui qui parle, et reproduit un nouveau son, ou un écho : mais d’où vient que l’écho répète précisément la même parole, et du même ton qu’elle a été prononcée ? Comment n’est-il pas tantôt plus aigu tantôt plus grave ? Comment la surface raboteuse des rochers ou autres corps réfléchissants ne change-t-elle rien au mouvement, que l’air a déjà reçu pour produire le son direct ? Je sens la difficulté, et plus encore mon impuissance de la résoudre. »

Extrait de la dissertation sur la cause de l’écho de Jean de Hautefeuille

« La Phisique offre aux Sçavans diverses questions à éclaircir, sur lesquelles les progrez faits dans cette Science ne sont pas encore sensibles. Celle de l’Écho est de ce nombre ; les Phisiciens de cabinet sont au niveau de ceux de l’école sur cette matiere ; ce n’est pas qu’elle n’ait été assez souvent traitée, tous les Livres nous en parlent : mais ils ne nous en aprennent rien. En mettant à l’écart les partisans des qualitez occultes, ou (ce qui revient au même), des vertus sonantes et resonantes, l’Écho, si nous en croyons nos Auteurs les plus habiles, ne consiste que dans la reflexion du Son ; mais qui ne s’aperçoit de la fausseté, ou tout au moins de la defectuosité de cette definition. L’experience nous enseigne que si l’on parle au devant d’une muraille si haute et si large que l’on voudra, suposons la même de marbre le plus dur et le plus poli, l’Air mú et modifié qui forme la Voix sera poussé contre cette muraille, et sera ensuite reflechi, sans qu’il y ait d’Écho. Ainsi quoi qu’on ne puisse pas disconvenir que la reflexion de cet Air mû et modifié ne soit necessaire pour produire l’Écho, il faut aussi avouer qu’il est evident que cette reflexion ne Suffit pas pour expliquer la nature de ce Phenomene. Cette difficulté se presente dabord. Il faut donc supléer quelque chose à cette definition ; et ce qu’il y faut supléer, sera précisement ce que l’on demande. »

Dissertation sur l’écho

Le contenu de ce texte n’a rien de très innovant sur le plan scientifique. On y retrouve l’analogie avec les ronds dans l’eau connue depuis l’Antiquité ainsi que l’analogie entre son et lumière, tout aussi ancienne. C’est un témoignage des connaissances acoustiques rudimentaires au XVIIIe siècle. La théorie ondulatoire de la lumière, publiée par Huyghens (1629-1695) en 1690, soit presque vingt ans auparavant, en est totalement absente, d’abord parce qu’elle est un peu en dehors du sujet (on aurait pu toutefois commencer à réfléchir sur l’application qui pouvait en être faite sur le son), mais aussi peut-être parce que Huygens et Hautefeuille s’étaient opposés sur un autre sujet quelques années plus tôt.

1721 La première mention du microphone

Lorsqu’un mot figure dans un dictionnaire, c’est qu’il est déjà utilisé depuis quelques années au moins au par certaines personnes, comme les scientifiques pour le mot « microphone ». Le mot existe donc déjà au XVIIIe siècle. Le Petit Robert 2021 date à 1721 la première apparition du mot en français dans l’histoire des sciences : « Instrument augmentant l’intensité des sons de manière à les rendre perceptibles. » Il nous dit aussi que c’est en 1878 qu’il prend la signification actuelle : « Capteur électroacoustique transformant une vibration sonore en signe électrique », et ce, d’après le même mot anglais microphone.

Voici quelques dates de l’histoire de cet instrument de base des acousticiens, présent aujourd’hui dans le monde entier dans les téléphones cellulaires.

1827 : le savant anglais Charles Wheatstone (1802-1875) propose un appareil destiné à faciliter l’écoute des sons faibles, qu’il désigne déjà sous le nom de microphone.

1877 : le premier microphone à charbon est réalisé par l’ingénieur allemand Emil Berliner (1851-1929), l’inventeur du gramophone. Il perfectionne son modèle initial en ajoutant une bobine à induction l’année suivante, publie un brevet en 1878 et vend les droits à la société de Graham Bell (1847-1922) qui l’utilisera dans l’industrialisation de son téléphone.

1878 : l’Américain David Edward Hughes (1832-1900) crée le premier microphone à charbon « opérationnel ». Le son fait vibrer le barreau de charbon, ce qui induit une variation de la résistance dans le circuit électrique.

1879 : Henry Hunnings (1842-1886) utilise le charbon en poudre. Le microphone à charbon, dans ses versions beaucoup plus élaborées, existe encore aujourd’hui.

1916 : l’ingénieur américain Edward Christopher Wente (1889-1972) invente le microphone à condensateur dans le cadre du développement du téléphone par la société de Graham Bell.

1928 : l’ingénieur allemand Georg Neumann (1898-1976) crée sa société et commercialise le célèbre microphone en forme de bouteille, d’une grande qualité et très robuste. La société Georg Neumann développera jusqu’à aujourd’hui plusieurs modèles très célèbres, notamment le modèle U47 en 1949.

1931 : la firme RCA commercialise le premier microphone à rubans.

1957 : le premier microphone sans fil est réalisé en Californie par Raymond Litke (1920-1986).

1964 : James West et Gerhard Sessler, des laboratoires Bell, créent le premier microphone à électret.

1983 : Sennheiser commercialise le premier petit microphone que l’on accroche à ses habits avec une pince.

XXIe siècle : la miniaturisation des microphones se poursuit avec le développement des téléphones cellulaires.

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1728 L’acoustique et le son dans Cyclopaedia

En 1728 paraît à Londres Cyclopaedia or an Universal Dictionary of Arts and Sciences, la première encyclopédie moderne, grâce aux souscriptions.

Le mot « encyclopédie » vient du latin encyclopaedia, mot créé à la Renaissance sur la base du grec ancien ἐγκύκλιος, énkúklios (« circulaire ») et παιδεία, paideía (« instruction »). Cet ouvrage rassemble donc l’ensemble des connaissances. Cyclopaedia est aussi un ouvrage important, car il est le premier à avoir utilisé les références croisées, un système de renvois subsistant aujourd’hui encore et qui nous est très utile et familier lorsque nous consultons une encyclopédie ou un dictionnaire.

Le rédacteur en chef de la première édition de 1728 est Ephraim Chambers (1680-1740), dont la biographie nous est fort peu connue. Après sa mort, ses successeurs George Lewis Sott (1708-1780), et John Hill (1716-1775) assureront les mises à jour et les six rééditions jusqu’au supplément paru en 1753.

Cyclopaedia aura un immense succès qui incitera les auteurs à en réaliser des traductions. Une traduction italienne est éditée à Venise en 1748-1749. C’est la première encyclopédie en langue italienne.

En 1739, Ephraïm Chambers se rend en France pour y proposer une traduction française, mais cela n’aboutit pas, à cause de la dédicace au roi Louis XV que l’on veut imposer à l’ouvrage, dit-on. Après la mort d’Ephraïm Chambers en 1740, John Mills, assisté de l’académicien allemand et traducteur en français Gottfried Sellius, se rend à nouveau en France, mais la France veut réaliser une version élargie et les relations entre les éditeurs français et anglais s’arrêtent. Le premier tome de l’Encyclopédie paraîtra en 1758. En août 1820 paraît une version enrichie de Cyclopaedia en 45 volumes, dont six volumes de planches, éditée par Abraham Rees (1743-1825). Elle est appelée la Cyclopaedia de Rees.

En 1868 paraît à Édimbourg la première édition de l’encyclopédie Britannica, l’une des meilleures encyclopédies scientifiques du monde, qui s’inspire beaucoup de Cyclopaedia et qui est toujours éditée aujourd’hui, de façon numérique uniquement, et qui comprend plus de 4 000 contributeurs.

L’acoustique dans Cyclopaedia

L’acoustique et le son sont présents dans Cyclopaedia sous plusieurs rubriques et, pour ce qui nous concerne ici en premier lieu, à l’entrée « acoustique ». On y trouve aussi la description des autres rubriques auxquelles le mot « acoustique » renvoie : diffusion, ear (oreille), echo, hearing (audition), sound (son) et whispering-place (lieu de murmure), ainsi qu’une description du mot vibration, mais dans un sens purement mécanique qui ne fait pas référence au rayonnement acoustique par vibration.

Le langage est aussi présent, tout comme la voix (voice). La linguistique n’existe pas encore à cette époque et on ne trouve pas trace de la science du langage ni de ses sous-ensembles, comme la phonétique, par exemple.

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1745 Fin de la saga de la mesure de la vitesse du son dans l’air

Le sujet de la vitesse du son a beaucoup occupé les savants des XVIIe et XVIIIe siècles intéressés par le son ; la faute au grand génie Newton (1643-1727) qui commit une imprécision théorique dans son ouvrage Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica publié en 1687 et sema le trouble dans la sphère scientifique européenne. La valeur calculée par Newton (environ 300 mètres par seconde) était inférieure aux mesures déjà réalisées (environ 350 mètres par seconde) avant la parution de son ouvrage et ce n’est pas l’imprécision des données ou des mesures qui peut justifier un tel écart.

Les mesures étaient en général réalisées la nuit et utilisaient le même processus : émissions simultanées d’une lumière et d’un son (cloche, coup de canon, tir d’armes à feu…) et mesure du retard entre la perception lumineuse, considérée à juste titre comme presque instantanée, et le son perçu.

Le milieu du XVIIe siècle vit naître des « Académies » scientifiques en Europe qui serviraient de catalyseurs des recherches scientifiques et en particulier pour la mesure de la vitesse du son dans l’air.

Mesures italiennes

En 1657, la toute jeune Accademia del Cimento de Florence organisa des mesures de la vitesse du son à l’initiative du duc de Toscane, Ferdinand (1610-1670), amateur de sciences, comme le seraient ses fils. C’est lui qui réussit à atténuer légèrement la peine infligée par l’Inquisition à Galilée (1564-1642). Son fils cadet, Léopold de Médicis (1617-1675), fut d’ailleurs l’élève de Galilée.

L’Academia del Cimento était une organisation scientifique dédiée uniquement aux sciences expérimentales ; elle ne survécut pas aux pressions de l’Inquisition opposée aux expérimentations scientifiques de toutes natures et fut dissoute en 1667, au moment où Léopold de Médicis (1617-1675) était nommé évêque.

Les résultats des activités de l’Accademia furent publiés en 1667 dans l’ouvrage Saggi di Naturali esperienze fatte nell’ Accademia del Cimento. Les savants Vincenzo Viviani (1622-1703) et Giovanni Alfonso Borelli (1608-1679) furent chargés de réaliser des mesures de la vitesse du son.

Pour ce faire, des coups d’arquebuse furent tirés à une extrémité de la nouvelle Via Bosco di San Moro dalle Mullina à Florence, dans la nuit du 10 octobre 1656. Borelli se tenait à l’extrémité de l’avenue, à une distance d’exactement 3 000 braccia (brasses), et Viviani à mi-chemin, chacun avec deux pendules identiques pour mesurer la durée entre la lumière émise par le coup de feu et le son perçu, chaque oscillation des pendules étant calibrée à une seconde.

La moyenne de toutes les mesures réalisées (on ignore combien de coups de feu furent tirés !) conduisit à déterminer une vitesse (convertie en unité de mesure actuelle) de 350 mètres par seconde, soit une grande précision par rapport aux valeurs que nous connaissons aujourd’hui. Il aurait toutefois été utile de mentionner la température, car celle-ci influe légèrement sur les résultats, ce qu’ignoraient Viviani et Borelli.

Mesures anglaises

Entre 1650 et 1700, plusieurs mesures de la vitesse du son furent réalisées en Angleterre, qui donnèrent des résultats dispersés et éloignés de la valeur calculée par Newton selon sa théorie de la gravité. En 1665, donc avant la publication des Principia de Newton en 1687, le physicien anglais Robert Boyle (1627-1691) réalisa des mesures de la vitesse du son à Londres, qui donnèrent un résultat de 1 200 pieds anglais par seconde, soit environ 365 mètres par seconde. En 1700, les astronomes anglais John Flamsteed (1646-1719) et Edmund Halley (1656-1742) réalisent des mesures donnant une vitesse de 1 142 pieds anglais par seconde, soit 348 mètres par seconde, proche des Italiens, mais différente des autres mesures réalisées en Angleterre et en France.

Les astronomes étaient des savants réputés pour réaliser des mesures précises et leur valeur est très proche de la réalité, mais la Royal Society de Londres, créée en 1668, ne se satisfaisait pas de valeurs aussi dispersées. En 1708, de nouvelles mesures furent réalisées par William Derham (1657-1735), savant et théologien nouvellement élu à la Royal Society en 1703. En 1709, il publia les résultats de ces mesures et indiqua la vitesse de 1 072 pieds parisiens par seconde, soit 348 mètres par seconde. Derham utilisa un télescope placé au sommet de la tour de l’église Saint-Laurent d’Upminster, dont il était le recteur, pour observer l’éclair d’un tir de fusil de chasse. Il mesura le temps avec un pendule jusqu’à ce qu’il entende le coup de feu, comme les Italiens. Des mesures furent aussi faites à partir de coups de feu provenant d’autres monuments locaux, notamment l’église Sainte-Marie-Madeleine de North Ockendon. Les distances furent calculées à partir de la connaissance des coordonnées géodésiques des points réalisées par triangulation, et ainsi, la vitesse du son pouvait être calculée avec précision. Les résultats, proches de ceux réalisés en 1700 par les astronomes, clôturèrent pour un temps les mesures anglaises de la vitesse du son. Celles-ci furent reprises au XIXe siècle, une fois que la théorie du son eut fait beaucoup de progrès et où l’on souhaita vérifier expérimentalement l’influence des conditions météorologiques : vitesse et direction du vent, pression atmosphérique, température…

Mesures françaises

En France, entre 1630 et 1650, plusieurs valeurs mesurées très dispersées (entre 280 et 450 mètres par seconde) furent rapportées par Marin Mersenne (1588-1648) et son ami Pierre Gassendi (1592-1655), mais les conditions de mesures médiocres (trop courtes distances, imprécisions sur la durée mesurée…) rendirent leurs auteurs eux-mêmes sceptiques sur les valeurs obtenues.

En 1677, les astronomes Jean-Dominique Cassini (1625-1712), Jean Picard (1620-1682) et Olof Römer (1644-1710) réalisèrent des mesures entre le nouvel Observatoire de Paris (inauguré en 1667) et le quai de Grève. Ils obtinrent une vitesse de 356 mètres par seconde.

En 1738, soit près de cinquante ans après la parution des Principia de Newton, l’Académie des sciences française chargea les astronomes César François Cassini de Thury (1714-1762), petit-fils de Dominique Cassini qui avait réalisé les mesures de 1677, Giovanni Domenico Maraldi (1709-1788) et l’abbé Nicolas Louis de la Caille (1713-1762) d’organiser de nouvelles mesures de la vitesse du son. Celles-ci s’avérèrent les plus précises et les plus riches en enseignements du XVIIIe siècle. Les savants firent leurs mesures sur une ligne de 14 636 toises (environ 29 kilomètres) entre la tour de Montlhéry et la pyramide de Montmartre à Paris.

Les mesures furent réalisées dans les deux directions pour éliminer l’incidence du vent. Les températures furent aussi relevées, même si on ne connaissait pas les effets de la température sur la propagation du son à cette époque.

Voici le compte-rendu des expériences réalisées, paru dans l’ouvrage Leçons de physique expérimentale publié par le physicien et abbé Jean Antoine Nollet (1700-1770) en 1745 :

« Par quelque milieu que le son se transmette, il employé un tems qui est sensible, lors même que la distance est assez médiocre ; bien différent en cela de la lumière, dont la propagation se fait dans un instant très-court à des distances fort grandes. Cette différence est un moyen commode, & dont on n’a pas manqué de faire usage pour mesurer la vîtesse du son. Car si l’on fait tirer un coup de canon ou une boëte à une distance connue, on peut prendre sans erreur sensible, l’éclat de lumière qu’on apperçoit comme le signal du son naissant & l’on comptera, par le moyen d’un pendule à secondes, le tems qui s’écoulera jusqu’à ce qu’on l’entende ; ainsi le tems sera connu comme l’espace, ce qui donnera la vîtesse.

Cette expérience faite & répétée depuis longtems, par l’Académie del Cimento, par MM. Flamsteed, Halley, Derham &c, avoir fait conclure la vîtesse du son, de 180 toises mesure de France par seconde ; mais il restoit encore quelque incertitude sur les résultats, soit parce qu’ils ne s’accordoient point parfaitement entr’eux, soit parce qu’on avoit employé des distances trop peu considérables. En 1738, l’Académie des sciences (Mémoire de l’Académie des sciences 1738, page 128), pour terminer avec précision une question qui peut être d’une application utile, soit pour la Géographie, soit pour la sûreté de la navigation, chargea MM. de Turi, Maraldi, & l’Abbé de la Caille, de faire à cet égard les expériences nécessaires, & avec les précautions les plus convenables au sujet. Ces Académiciens firent leurs opérations sur une ligne de 14636 toises qui avoit pour termes la tour de Montlhery, & la pyramide de Montmartre ; & voici quels en furent ses principaux résultats :

1o. Le son parcourt 173 toises mesure de Paris en une seconde de tems de jour ou de nuit, par un tems serein ou par un tems pluvieux. Le mouvement de la lumière n’a donc point de part à la propagation du son ; & les vapeurs mêlées avec les particules de l’air n’interrompent point le mouvement de vibration.

2o. S’il fait un vent dont la direction soit perpendiculaire à celle du son, celui-ci a la même vîtesse qu’il auroit par un tems calme.

3o. Mais si le vent souffle dans la même ligne que parcourt le son, il le retarde ou il l’accélére selon sa propre vîtesse ; c’est-à-dire, qu’avec un vent favorable le son parcourt 173 toises par seconde, plus la vîtesse du vent ; & tout au contraire, si le vent est directement opposé. Et voilà pourquoi, lorsque le vent change de direction & de vîtesse, on entend du même lieu certaines cloches que l’on ne peut entendre dans d’autres tems. Ainsi connoissant la vitesse du son accélérée par le vent, on pourra estimer la vîtesse propre du vent ; car ôtant de la vîtesse accélérée 173 toises par seconde pour celle du son, le reste sera celle du vent.

4o. La vîtesse du son est uniforme, c’est-à-dire, que dans des tems égaux & pris de suite, il parcourt toujours des espaces semblables.

5o. L’intensité ou la force du son ne change rien à sa vîtesse : quoiqu’un son plus fort s’étende plus loin qu’un plus foible, celui-ci parcourt comme l’autre 173 toises par seconde.

Toutes ces connoissances, & les épreuves par lesquelles on les a acquises, fournissent des moyens prompts & commodes, pour mesurer l’étendue des lieux où les opérations géométriques ne sont point nécessaires ou pratiquables, comme la largeur des lacs ou des rivières à leur embouchure. Car puisqu’après avoir apperçu la lumière d’une arme à feu, chaque seconde de tems répond à une distance de 173 toises, c’est une chose fort aisée de sçavoir combien il s’est écoulé de secondes, jusqu’au moment où le bruit se fait entendre. Le même moyen peut être d’un grand secours dans un tems couvert, pour des vaisseaux qui craignent de se briser contre les côtes; car si au lieu d’un fallot, qui en pareil cas ne se voit pas de fort loin, on faisoit tirer de tems en tems quelques boëtes ou quelques coups de canon, cette lumière, qui est beaucoup plus active & plus perçante, indiqueroit bien mieux l’endroit que l’on doit aborder ou éviter, & le bruit qui succéderoit, en marqueroit la distance à des navigateurs attentifs. »

Signalons qu’une toise de Paris vaut 1,95 mètre. La vitesse mesurée est donc 337 mètres par seconde, proche de la valeur réelle. La grande quantité de mesures de la vitesse du son, avec des unités de mesures de distances toutes différentes entre elles, montra la nécessité d’harmoniser les unités de mesures. Chaque pays, voire chaque région ou ville avait sa propre façon d’exprimer les distances, ce qui rendait les comparaisons compliquées. À la fin du XVIIIe siècle, un système métrique décimal vit le jour, avec comme premières grandeurs de base (et unités) la longueur (le mètre), la masse (le kilogramme) et le temps (la seconde). Le Bureau international des poids et mesures (BIPM) fut créé beaucoup plus tard, en 1875. Il révisa régulièrement les grandeurs de références, comme la dématérialisation du kilogramme de référence en 2018, en fonction des besoins de mesures toujours plus précises de l’infiniment grand et de l’infiniment petit.

Influence des conditions météorologiques

Le rapport de synthèse, rédigé par l’abbé Nollet, esquisse aussi l’influence des conditions météorologiques. À ce titre, le savant et philosophe italien Giovanni Ludovico Bianconi (1717-1781) fit des mesures identiques à Bologne en janvier et en juin 1740 et il put conclure que « la vitesse de propagation du son augmente lorsque la température augmente ». Ceci fut aussi confirmé par l’explorateur et scientifique français Charles Marie de la Condamine (1701-1773), été mandaté par l’Académie des sciences pour réaliser des mesures géodésiques et des mesures de la vitesse du son en Amérique du Sud en 1744. La Condamine réalisa des mesures de vitesse du son à Quito, en altitude et avec une température proche de 10 °C, et entre Cayenne et Kourou, en Guyane française, au niveau de la mer et avec une température proche de 40 °C. Ces mesures confirmèrent les influences des conditions météorologiques sur la propagation du son dont on commençait à soupçonner l’importance, mais on était à l’aube de leur connaissance au milieu du XVIIIe siècle. Si les savants expérimentateurs avaient bien avancé sur la connaissance de la vitesse du son, les plus grands théoriciens des mathématiques étaient dans l’embarras et le seraient encore pendant cent cinquante ans après la parution des Principia de Newton. Les Français d’Alembert (1717-1783) et Lagrange (1736-1813), le Suisse Euler (1707-1783) et la famille suisse Bernouilli, Jean le père (1667-1748) et Daniel le fils (1700-1782) s’essayèrent sans succès à calculer théoriquement la vitesse du son. C’est finalement le mathématicien français Pierre-Simon de Laplace (1749-1827) qui y parvint au début du XIXe siècle.

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1749 Émilie du Châtelet traduit Newton en français, seule traduction française à ce jour

Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil naît en 1706 dans une famille aristocratique mais assez ouverte aux idées naissantes des lumières. Son père engage des précepteurs pour ses fils et sa fille Émilie qui manifeste très vite de grandes capacités intellectuelles. Elle apprend le grec, le latin et l’allemand ainsi que les sciences (la philosophie naturelle) et les mathématiques pour lesquels elle manifeste de grandes prédispositions. Elle poursuivra l’étude des mathématiques et de la physique toute sa vie en prenant des cours auprès de savants de renom et en lisant les ouvrages majeurs de physique. Elle épouse à 19 ans, en 1725, le marquis Florent Claude du Châtelet (1695-1765). Ils auront trois enfants. Le marquis, pris par sa carrière militaire, ne voit sa femme que très rarement et la laisse vivre librement et fréquenter les intellectuels.

Pierre Louis Moreau de Maupertuis (1698-1759), membre de l’Académie des sciences, auprès de qui elle a pris des cours de mathématiques et qui est aussi le premier savant français à relayer les théories d’Isaac Newton (1643-1727) en France, lui enseigne les théories de Newton.

Le mathématicien allemand Johann Samuel König (1712-1757), réfugié en France, lui fait découvrir le grand savant allemand Leibniz (1646-1716), surnommé le « dernier génie universel ». Une controverse oppose à l’époque Leibniz et Newton sur la paternité de découvertes mathématiques.

Émilie du Châtelet écrit l’ouvrage Institutions de physique qui paraît en 1740 (puis 1742 et 1744 pour des éditions complétées). Ce livre fait une comparaison très respectée entre les théories de Newton, Leibniz et Descartes (1596-1650). Cet ouvrage contribue à montrer que Newton et Leibniz, les deux plus grands savants du XVIIe siècle, ont réalisé chacun leurs découvertes en mathématique à peu près en même temps et séparément.

Émilie du Châtelet rencontre Voltaire (1694-1778) vers 1730, avec qui elle aura une longue liaison. François-Marie Arouet, dit Voltaire, découvre les écrits de Newton lors de son séjour à Londres de 1726 à 1728. Voltaire a 32 ans et il est profondément impressionné par l’esprit de liberté qu’il voit dans la société anglaise. Il écrit à Londres ses Lettres philosophiques, appelées parfois Lettres de Londres, qui seront publiées en 1732.

Alors qu’en France règne la monarchie absolue, la loi d’Habeas corpus de 1679 et la Déclaration des droits de 1689 protègent les citoyens anglais contre le pouvoir du Roi. L’Angleterre est déjà une monarchie constitutionnelle. Voltaire est présent en 1727 aux obsèques solennelles de Newton à l’abbaye de Westminster et il fait la comparaison avec la France dont il déplore l’archaïsme des institutions, en matière de liberté des citoyens et de reconnaissance des savants et philosophes : «  [À] supposer que Descartes soit mort à Paris, on ne lui aurait certainement pas accordé d’être enseveli à Saint-Denis, auprès des sépultures royales . »

Voltaire ramène en France la troisième édition de l’ouvrage écrit en latin Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica de Newton publiée en 1726 et veut contribuer à propager en France les idées scientifiques de Newton.

Voltaire est impressionné par la qualité de l’ouvrage Institutions de physique d’Émilie du Châtelet et il l’encourage à traduire les Principia de Newton. Émilie du Châtelet réalise alors une magnifique traduction en français de cet ouvrage complexe et ardu, de 1745 à sa mort. Cette traduction fait toujours autorité aujourd’hui, au point qu’elle reste la seule traduction française à ce jour de cet ouvrage majeur des sciences. Émilie du Châtelet meurt prématurément en couche en 1749 et l’édition finale de la traduction sera publiée en 1759, dix ans après sa mort. Cet ouvrage est plus qu’une simple traduction. Il comporte aussi en fin d’ouvrage des commentaires et compléments apportés par Émilie du Châtelet.

Hommages

Trois ans après sa parution, l’ouvrage Institutions de physique d’Émilie du Châtelet est traduit dans plusieurs langues, dont l’italien.

En mai 1746, elle devient membre associé de l’Académie de Bologne, première femme française élue dans une académie des sciences.

Voltaire écrit à sa mort dans son Éloge historique de Madame la Marquise du Châtelet : «  J’ai perdu un ami de vingt-cinq années, un grand homme qui n’avait de défaut que d’être femme, et que tout Paris regrette et honore. On ne lui a pas rendu justice pendant sa vie. »

Plusieurs établissements d’enseignement de France portent aujourd’hui son nom.

Voici enfin un extrait de la dédicace que Voltaire écrit à Émilie du Châtelet en préface d’un ouvrage qu’il publie sur Newton, Éléments de Newton, donnés au Public, peut-être et probablement aidé par Émilie du Châtelet dans sa rédaction :

« À Madame la marquise du Chastelet

Tu m’appelles à toi, vaste et puissant génie,

Minerve de la France, immortelle Émilie.

Je m’éveille à ta voix, je marche à ta clarté,

Sur les pas des vertus et de la vérité.

[...]

Vous, à qui cette voix se fait si bien entendre,

Comment avez-vous pu, dans un âge encore tendre,

Malgré les vains plaisirs, ces écueils des beaux jours,

Prendre un vol si hardi, suivre un si vaste cours,

Marcher après Newton dans cette route obscure

Du labyrinthe immense où se perd la nature ?

Puissé-je auprès de vous, dans ce Temple écarté,

Aux regards des Français montrer la Vérité,

Tandis qu’Algaroti, sûr d’instruire et de plaire,

Vers le Tibre étonné conduit cette Étrangère.

Que de nouvelles fleurs il orne ses attraits,

Le compas à la main j’en tracerai les traits ;

De mes crayons grossiers je peindrai l’immortelle ;

Cherchant à l’embellir, je la rendrais moins belle.

Elle est, ainsi que vous, noble, simple et sans fard,

Au-dessus de l’éloge, au-dessus de mon art. »

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1751 L’acoustique dans l’Encyclopédie : une forte inspiration de Cyclopaedia

L’épopée de la rédaction de l’Encyclopédie

L’Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers est un ouvrage majeur du XVIIIe siècle. Par la synthèse des connaissances du temps qu’elle contient, elle représente un travail rédactionnel et éditorial considérable pour cette époque.

À l’origine, l’Encyclopédie doit être la traduction en français de la Cyclopædia d’Ephraïm Chambers (1680-1740), dont la première édition anglaise date de 1728. La France ne possède alors aucun ouvrage de ce genre, les métiers et les arts mécaniques étant tenus pour mineurs. Chambers se rend en France en 1740 et rencontre l’éditeur André Le Breton (1708-1779) à qui il propose de traduire Cyclopaedia. Mais les deux hommes ne parviennent pas à s’entendre et le projet de traduction ne voit pas le jour.

Après la mort de Chambers, en 1743, John Mills (1717-1794) et Gottfried Sellius (1704-1767), traducteurs renommés, proposent à nouveau à l’éditeur André Le Breton de traduire Cyclopaedia.

C’est Gottfried Sellius, déjà bien introduit en France, qui propose John Mills comme cotraducteur. Ils signent un premier accord mais rapidement, la collaboration tourne à nouveau au fiasco avec les éditeurs français.

Selon les sources anglaises, John Mills aurait été escroqué par Le Breton. Selon les sources françaises, le projet prenait trop d’ampleur et ne respectait pas le cadre et le budget convenus.

En 1746, Mills retourne en Angleterre ; il a été débouté de ses réclamations en justice contre l’éditeur.

Celui-ci s’associe à trois autres éditeurs parisiens et ils entament la rédaction d’un projet de plus grande ampleur : ce sera l’Encyclopédie. En 1746, ils obtiennent le privilège d’édition pour vingt ans.

Le Breton nomme Denis Diderot (1713-1784) et Jean Le Rond d’Alembert (1717-1783) à la tête d’un projet de rédaction d’une encyclopédie originale le 16 octobre 1747. Diderot gardera cette charge pendant les vingt-cinq années suivantes et verra le projet s’achever. Les éditeurs décident que l’Encyclopédie sera vendue par souscription. Le premier tome paraît en 1751. Il contient le « Discours préliminaire » rédigé par d’Alembert qui prône une divulgation des savoirs hors de l’autorité de l’Église et dénonce le tribunal de l’Inquisition qui a fait condamner Galilée en 1633 alors que les observations lui donnaient raison.

L’Église dénonce le projet et obtient la suspension de l’édition en 1752. Celle-ci sera levée un an plus tard grâce à Malesherbes (1721-1794), chef de la censure royale et favorable à la publication de l’Encyclopédie.

Les volumes 2 à 7 paraissent jusqu’en 1757, mais les opposants ne désarment pas et le pape met l’Encyclopédie à l’index en 1759. Le privilège de souscription est supprimé. La rédaction continue cependant clandestinement et les volumes de planches paraissent en 1762, pour beaucoup empruntées à la revue périodique Descriptions des arts et métiers, dont les propriétaires attaquent en justice les éditeurs de l’Encyclopédie pour plagiat. Les propriétaires de la revue Descriptions des arts et métiers sont eux aussi déboutés par les tribunaux. Entre-temps, d’Alembert s’est retiré du projet en 1758 suite aux critiques nombreuses que subit l’Encyclopédie, notamment celles sur l’article « De l’esprit » rédigé par Claude-Adrien Helvétius (1715-1771). Les articles musicaux font aussi l’objet d’attaques, notamment par le compositeur Jean-Philippe Rameau (1683-1764). En 1762, le climat politique change, les Jésuites sont expulsés sur un arrêt du Parlement. Les volumes 8 à 17 paraissent sans privilège, sous une adresse étrangère. Finalement, en 1765, Diderot achève le travail de rédaction et de supervision après s’être toutefois élevé contre des modifications unilatérales faites par les éditeurs dans certains articles. Des rééditions et adaptations plus ou moins officielles et/ou contrefaites vont encore apparaître. En 1770, un éditeur suisse entreprend la publication d’une encyclopédie similaire, « d’inspiration plus européenne et protestante », l’Encyclopédie dite d’Yverdon. Une encyclopédie monumentale, issue de celle de Diderot et d’Alembert dont elle se veut une version améliorée et enrichie, paraît de 1782 à 1832 sous le nom d’Encyclopédie méthodique, dite Encyclopédie Panckoucke. Celle-ci comprend plus de 150 volumes de textes et plus de 50 volumes de planches.

Le son dans l’Encyclopédie

Le contenu des articles de l’Encyclopédie sur le son est décevant. Il s’agit presque entièrement et simplement la traduction des articles similaires de la Cyclopaedia anglaise.

La science du son n’a clairement pas suscité un enthousiasme débordant de la part des rédacteurs de l’Encyclopédie. Pourtant, des apports existent depuis la parution de Cyclopaedia, notamment par d’Alembert sur les théories des cordes vibrantes. Denis Diderot lui-même a rédigé les « Principes généraux d’acoustique » dans ses Cinq mémoires de mathématique publiés en 1748.

Par contre, l’entrée « langage » fait l’objet d’une rédaction beaucoup plus développée que dans l’encyclopédie anglaise. L’entrée « linguistique », la science du langage, n’apparaît toujours pas.

Voici l’article de l’Encyclopédie concernant l’acoustique : « acoustique (Enc., I, 111a), s. f. est la doctrine ou la théorie des sons. Voyez Son. L’Acoustique est proprement la partie théorique de la Musique. C’est elle qui donne les raisons plus ou moins satisfaisantes du plaisir que nous fait l’harmonie, qui détermine les affections ou propriétés des cordes vibrantes, etc. Voyez Son, Harmonie, Corde. » Ce court article non signé est écrit par Jean-Jacques Rousseau qui rédige également l’article sur le son : « SON (en musique) (Enc., XV, 345-348) (p. 345a) […]. Je suppose d’abord que le véhicule du son n’est autre chose que l’air même. Premièrement, parce que l’air est le seul corps intermédiaire de l’existence duquel on soit parfaitement assuré, entre le corps sonore et l’organe auditif, qu’il ne faut pas multiplier les êtres sans nécessité, et que l’air suffit pour expliquer la formation du son; et de plus, parce que l’expérience nous apprend qu’un corps sonore ne rend pas de son dans un lieu exactement privé d’air. Si l’on veut absolument imaginer un autre fluide, on peut aisément lui appliquer tout ce que nous avons à dire de l’air dans cet article. »

L’Encyclopédie suscite un enthousiasme extraordinaire dans le public, qui se manifeste jusque dans les milieux des courtisans proches de la royauté. Elle marque une révolution scientifique, pour utiliser le terme de l’historien des sciences Alexandre Koyré (1892-1964), et ce, malgré la faiblesse des articles relatifs à l’acoustique. Diderot s’en remet à la postérité pour juger de son œuvre : « Cet ouvrage produira sûrement avec le temps une révolution dans les esprits, et j’espère que les tyrans, les oppresseurs, les fanatiques et les intolérants n’y gagneront pas. Nous aurons servi l’humanité. »

Les encyclopédistes ont clairement servi l’humanité.

Biblio 078

1794 Lazzaro Spallanzani découvre le système d’orientation par ultrasons des chauves-souris

Lazzaro Spallanzani (1729-1798) est un biologiste, géologue et vulcanologue italien. Il commence des études de droit à l’Université de Bologne mais s’intéresse vite aux sciences et aux mathématiques en suivant les cours réputés dans toute l’Europe de la physicienne italienne Laura Bassi (1711-1778), qui propage les théories de Newton dans toute l’Italie.

Lazzaro Spallanzani réalise une série d’expériences sur les chauves-souris. En privant ces animaux des sens de la vue, de l’odorat et du toucher, il constate qu’ils conservent leurs capacités de voler alors qu’en les privant de l’ouïe, ils perdent tout sens d’orientation.

On parle à l’époque d’un éventuel sixième sens de ces animaux. On découvrira à la fin du XIXe siècle qu’il s’agit d’ultrasons et ce n’est qu’en 1940 que Griffin (1915-2003) et Galambos (1914-2010) décriront avec précision le système d’ultrasons très sophistiqué utilisé par les chauves-souris : l’écholocalisation.

La chauve-souris émet par le larynx des ultrasons dont elle recueille l’écho. Ce système, très sensible et perfectionné, permet à la chauve-souris d’obtenir une image précise de son environnement et notamment de ses proies ; son système auditif lui permet même de tenir compte de leur vitesse de déplacement.

Nous savons aujourd’hui également que d’autres animaux utilisent les ultrasons pour communiquer ou se déplacer, notamment, dans l’eau, les baleines et les dauphins.

Le naufrage du Titanic en 1912 après avoir heurté un iceberg et la nécessité de pouvoir localiser les sous-marins ennemis au cours de la Première Guerre mondiale vont donner un coup d’accélérateur aux développements des techniques de détection par ultrasons qui aboutiront à la mise au point du SONAR.

Biblio 079, 080

1802 Ernst Chladni : l’homme qui fit voir les sons

Ernst Florens Friedrich Chladni est un physicien, musicien et créateur d’instruments de musique allemand, né à Wittenberg, en Allemagne, en 1756. Il manifeste son intérêt pour les sciences et la musique mais son père, professeur de droit à l’Université de Wittenberg, le pousse à entamer une carrière juridique. C’est ainsi que Chladni obtient un diplôme de droit de l’Université de Leipzig en 1782. Après la mort de son père, il se trouve libre de développer ses intérêts pour la musique et la science, ce qu’il fera avec un succès remarquable.

On sait depuis longtemps que les cordes génèrent des sons par vibrations et les connaissances scientifiques de la fin du XVIIIe siècle permettent de démontrer et de prédire les vibrations des cordes, notamment grâce aux travaux du mathématicien suisse Johann Bernoulli (1667-1748). Par contre, les connaissances scientifiques et mathématiques manquent pour modéliser les vibrations et le rayonnement sonore des corps solides.

Chladni commence par étudier le rayonnement sonore d’une plaque, c’est-à-dire un corps solide d’épaisseur « fine » (par rapport aux autres dimensions) et doté d’une rigidité, au contraire d’une membrane (peau d’un tambour, par exemple) qui ne possède pas de rigidité.

Il cherche une méthode expérimentale de visualisation des vibrations et des sons et met en évidence ce que l’on appellera ensuite les « figures de Chladni ».

Il fait une première description de ses expériences dans son ouvrage Entdeckungen über die Theorie des Klanges qui paraît à Leipzig en 1787, puis de façon plus détaillée dans un second ouvrage, Die Akustik, qui paraît à Leipzig également, en 1802.

Chladni crée aussi des instruments de musique, l’euphone et le clavicylindre. Polyglotte, il voyage dans toute l’Europe pour promouvoir ses découvertes et ses instruments de musique. Il est nommé membre de l’Académie des sciences de Russie et de Prusse. Napoléon, présent et impressionné lors de la présentation des résultats de ses recherches à Paris devant l’Académie des sciences en 1808, lui commande une traduction française de son ouvrage Die Akustik, traduction que Chladni assure lui-même et qui paraît en 1809. Chladni fera par ailleurs avancer de façon considérable l’étude des météorites en émettant l’hypothèse qu’elles sont des corps créés lors de la formation des planètes (et de notre système solaire) alors qu’à son époque, les savants croient qu’elles sont liées au volcanisme de la terre. Il poursuit ses recherches et l’enseignement de la musique et des sciences en Allemagne jusqu’à sa mort en 1829.

Les figures de Chladni

Pour étudier le rayonnement sonore des plaques, Chladni prend une plaque de cuivre qu’il fixe de façon rigide en son centre. Il la saupoudre de sable et en frotte le bord avec un archet. Sous l’excitation de l’archet, la plaque vibre, le sable se déplace depuis les zones de fortes vibrations vers les zones où la plaque ne vibre pas, les nœuds de vibration, formant ainsi des figures géométriques.

Chladni met en application cette méthode de mesure innovante, fait varier la position de l’archet (point d’excitation), la forme, la taille et l’épaisseur des plaques, les points fixes, le matériau…

Figures de Chladni.

Il montre que l’on peut également atténuer la vibration à certains endroits en y posant un doigt, fait varier bon nombre de paramètres et fait ainsi une étude expérimentale très complète des vibrations des plaques. Son dispositif permet de visualiser ce que les physiciens appellent les « modes vibratoires ». Il est possible de voir des vidéos de figures de Chladni sur Internet.

Importance des travaux de Chladni

Les travaux expérimentaux de Chladni impressionnent les physiciens et mathématiciens du début du XIXe siècle. Napoléon promet une bourse importante à la personne qui lui présentera une explication de ce qu’il vient d’observer.

Sophie Germain (1776-1831), une remarquable mathématicienne française qui a appris les mathématiques en autodidacte à partir de notes de cours empruntées à des étudiants de sexe masculin fréquentant l’École polytechnique, résout le problème et remporte le prix. Elle acquiert immédiatement une renommée mondiale pour ce travail.

Les recherches de Chladni boostent les travaux des mathématiciens et physiciens intéressés par la description mathématique des corps vibrants.

En complément des travaux de Sophie Germain, elles permettent d’autres contributions majeures de scientifiques comme Navier (1785-1836), Poisson (1781-1840) et Cauchy (1787-1857) notamment. Les calculs théoriques peuvent en effet être vérifiés expérimentalement par la méthode mise au point par Chladni.

Aujourd’hui, les figures de Chladni font partie des travaux pratiques de beaucoup d’élèves ingénieurs ou physiciens. Les facteurs d’instruments utilisent parfois cette technique pour vérifier la bonne exécution d’instruments comme la guitare ou le violon.

Depuis Chladni, d’autres techniques ont permis de visualiser les vibrations sonores. Le physicien français Jules Antoine Lissajous (1822-1880) mettra au point une technique optique. Aujourd’hui, on utilise une lumière laser et l’holographie qui permet également de visualiser les vibrations des corps solides.

Le médecin suisse Hans Jenny (1904-1972) crée la cymatique au milieu du XXe siècle, basée aussi sur la visualisation des ondes sonores et vibratoires, qui est destinée à démontrer les effets des vibrations et des sons sur l’homme.

Les figures de Chladni ont été revisitées par des artistes plasticiens comme le peintre suisse Philippe Deléglise, par exemple. Elles ont parfois inspiré les écrivains. Ainsi, l’écrivain américain James Davenport Whelpley (1817-1872) publie une nouvelle intitulée The Atoms of Chladni en 1860 dans le Harpers New Monthly Magazine.

Le compositeur de musique contemporaine Karlheinz Stockhausen (1928-2007) utilisera les figures de Chladni dans son œuvre Alphabet für Liège composée sur commande de la Ville de Liège en 1972 à l’initiative de Philippe Boesmans (né en 1938) pour le festival « Nuits de Septembre ».

L’essence même d’Alphabet est de montrer comment les vibrations sonores peuvent affecter les êtres vivants ainsi que la matière inanimée. L’œuvre est composée de treize scènes ou images musicales, chacune illustrant les effets du son, allant de la visualisation des vibrations acoustiques jusqu’à une démonstration des techniques mantriques asiatiques.

La troisième scène a pour but de rendre les vibrations du son visibles en matériau solide. Pour ce faire, Stockhausen utilise les figures de Chladni.

Outre leur intérêt scientifique, les figures de Chladni ont suscité et suscitent encore le rêve et la poésie et elles n’ont pas fini de faire parler d’elles.

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1804 Les révolutionnaires parisiens Hassenfratz et Biot mesurent la vitesse du son dans les solides

Travailleurs infatigables de la République

La Révolution française a permis de démocratiser l’enseignement et à des personnes issues de milieux populaires d’arriver à de hauts niveaux d’éducation. Hassenfratz et Biot en sont deux exemples. Tous deux sont de purs produits de la Révolution française, dont ils embrassent très vite les idées. Ils seront reconnus par les institutions issues de cette révolution et confirmées par Napoléon, l’École polytechnique notamment. Scientifiques expérimentateurs, ils apportent leurs savoir-faire à plusieurs disciplines très différentes des sciences et travailleront toute leur vie au service des institutions de la République et de l’Empire. Jean-Henri Hassenfratz naît en 1755 à Paris et meurt, à Paris également, en 1827. Il est le premier professeur de physique de l’École polytechnique et l’un des premiers inspecteurs des mines. Il écrit un volumineux ouvrage en quatre tomes sur La sidérotechnie ou l’art de traiter les minerais de fer pour en obtenir de la fonte, du fer ou de l’acier et il peut être considéré comme l’un des pères scientifiques de la sidérurgie française. Jean-Baptiste Biot naît en 1774 à Paris et y meurt en 1862. Il est connu pour ses travaux sur l’astronomie, le magnétisme et la polarisation de la lumière notamment. La loi de Biot et Savard sur le champ magnétique créé par un courant électrique est enseignée encore aujourd’hui dans les premières études physiques de nos écoles.

Expériences de mesure de la vitesse du son dans les corps solides

La mesure de la vitesse du son est l’un des rares sujets acoustiques qui taraudent les scientifiques depuis longtemps, et ce, de façon presque continue. Hassenfratz et Biot prendront part à ces recherches avec les compétences, l’engouement, la ténacité et la méticulosité qui les caractérisent. Hassenfratz, inspecteur des mines, confirme que le son se propage plus vite dans les roches que dans l’air.

Voici le compte-rendu de l’expérience qualitative qu’il mène en 1794 :

« Hassenfratz étant descendu dans une des carrières situées au Sud de Paris, chargea quelqu’un de frapper avec un marteau contre une masse de pierre qui forme le mur d’une des galeries pratiquées au milieu des carrières. Pendant ce temps, il s’éloignait peu à peu du point où la percussion avait lieu, en appliquant une oreille contre la masse de pierre ; bientôt il distingua deux sons, dont l’un était transmis par la pierre, et l’autre par l’air. Le premier arrivait à l’oreille beaucoup plus tôt que l’autre ; mais il s’affaiblissait aussi beaucoup plus rapidement, à mesure que l’observateur s’éloignait, en sorte qu’il cessa d’être entendu à la distance de cent trente-quatre pas, tandis que celui auquel l’air servait de véhicule ne s’éteignit qu’à la distance de quatre cents pas. »

Biot mène une expérience beaucoup plus précise avec des moyens plus conséquents dans les souterrains de Paris. Il utilise la longue colonne de tuyaux de fonte destinée à porter les eaux de la Seine de Marly à l’aqueduc de Lucienne. 376 tuyaux forment ainsi une longueur totale de 951 mètres. Voici comment Biot rapporte son expérience : « On adaptait à l’un des orifices de ce canal, un anneau de fer de même diamètre que lui, portant à son centre un timbre (une cloche) et un marteau que l’on pouvait laisser tomber à volonté. Le marteau, en frappant sur le timbre, frappait aussi le tuyau, avec lequel il était en communication par le contact de l’anneau de fer. Ainsi, en se plaçant à l’autre extrémité de la ligne on devait entendre deux sons, l’un transmis par le métal du tuyau, l’autre par l’air. En effet, on les entendait fort distinctement en appliquant l’oreille contre les tuyaux et même sans l’y appliquer. Le premier son, plus rapide, était transmis par le corps des tuyaux, le second par l’air. Des coups de marteau frappés sur le dernier tuyau produisaient aussi cette double transmission. On observait soigneusement, avec des chronomètres à demi-secondes, l’intervalle de deux sons transmis. J’ai trouvé par ces expériences que le son se transmettait 10 fois aussi vite par le métal que par l’air. En effet, il y eut un intervalle de 2,53 secondes entre les deux sons transmis, la vitesse du son dans l’air étant 340m/s. »

On disposera plus tard d’outils théoriques très complexes permettant de valider les mesures de transmission des sons dans les solides, notamment avec la mathématicienne Sophie Germain (1776-1831) et le mathématicien Lagrange (1736-1813).

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1816 Pierre-Simon de Laplace corrige Newton

Pierre-Simon Laplace, comte puis premier marquis de Laplace, naît en 1749 à Beaumont-en-Auge dans le Calvados et meurt en 1827 à Paris. Il est un mathématicien, astronome, physicien et homme politique français. Laplace saura tirer habilement parti de tous les changements politiques intervenus en France au cours de sa vie, depuis l’Ancien Régime jusqu’à sa mort. En 1799, il est nommé ministre de l’Intérieur sous le Consulat. Napoléon Ier lui confère le titre de comte de l’Empire en 1808. En 1817, il est fait marquis par Louis XVIII, après la restauration des Bourbons. Laplace est l’un des principaux scientifiques de la période napoléonienne. En effet, il apporte des contributions fondamentales dans différents champs des mathématiques, de l’astronomie et de la théorie des probabilités. Il contribue de façon décisive à l’émergence de l’astronomie mathématique, reprenant et étendant le travail de ses prédécesseurs dans son Traité de mécanique céleste (1799-1825). Cet ouvrage majeur, en cinq volumes, a transformé l’approche géométrique de la mécanique développée par Newton en une approche fondée sur l’analyse mathématique.

Contribution en acoustique

En acoustique, Laplace a réalisé une correction brillante de la formule approximative de Newton qui avait jeté le trouble dans le monde scientifique, alors que de très nombreuses mesures réalisées au cours des XVIIe et XVIIIe siècles avaient donné des résultats proches entre eux mais éloignés de la valeur prédite par la formule de Newton (1642-1727). On ignore ce qui a conduit Laplace à trouver cette modification à apporter à la formule.

Voici le texte qu’il lit devant l’Académie des sciences de Paris sur la vitesse du son dans l’air et dans l’eau, le 23 décembre 1816 :

« Newton a donné, dans le second livre des Principes mathématiques de la Philosophie naturelle, l’expression de la vitesse du son : la manière dont il y parvient est un des traits les plus remarquables de son génie.

La vitesse conclue de cette expression est plus petite d’environ un sixième que celle qui résulte des expériences faites avec un grand soin, en 1738, par les membres de cette Académie.

Newton, qui avait déjà reconnu cette différence par les expériences faites de son temps, a essayé de l’expliquer ; mais les découvertes modernes sur la nature de l’air atmosphérique ont détruit cette explication et toutes celles que divers géomètres avaient proposées. Heureusement ces découvertes nous présentent un phénomène qui m’a paru être la vraie cause de l’excès de la vitesse observée du son sur sa vitesse calculée, ce que la plupart des physiciens géomètres ont ensuite adopté.

Ce phénomène est la chaleur que l’air développe par sa compression.

Lorsqu’on élève sa température, sa pression restant la même, une partie seulement du calorique qu’il reçoit est employée à produire cet effet : l’autre partie, qui devient latente, sert à dilater son volume. C’est elle qui se développe quand on réduit par la compression l’air ainsi dilaté à son volume primitif.

La chaleur dégagée par le rapprochement de deux molécules voisines d’une fibre aérienne vibrante, élève donc leur température, et se répand de proche en proche sur l’air et les corps environnants ;mais cette diffusion et l’irradiation se faisant avec une extrême lenteur relativement à la vitesse des vibrations, on peut supposer sans erreur sensible que, pendant la durée d’une vibration, la quantité de chaleur reste la même entre deux molécules voisines. Ainsi ces molécules, en se rapprochant, se repoussent davantage, d’abord, parce que leur température étant supposée constante, leur répulsion mutuelle augmente en raison inverse de leur distance ; ensuite, parce que le calorique latent qui se développe élève leur température. Newton n’a eu égard qu’à la première de ces deux causes de répulsion ; mais il est visible que la seconde cause doit accroître la vitesse du son, puisqu’elle augmente le ressort de l’air.

En la faisant entrer dans le calcul, je parviens au théorème suivant : “La vitesse réelle du son est égale au produit de la vitesse que donne la formule newtonienne, par la racine carrée du rapport de la chaleur spécifique de l’air soumis à la pression constante de l’atmosphère et à diverses températures, à sa chaleur spécifique lorsque son volume reste constant.”

Si l’on suppose, avec plusieurs physiciens, que la chaleur contenue dans une masse d’air soumise à une pression constante et à des températures diverses est proportionnelle à son volume (ce qui doit s’écarter peu de la vérité), la racine carrée précédente devient celle du rapport de la différence de deux pressions, à la différente des quantités de chaleur que développent deux volumes égaux d’air atmosphérique soumis respectivement à ces pressions, en passant d’une température donnée à une même température inférieure, la plus petite de ces quantités de chaleur et la plus petite de ces pressions étant prises pour unités. Désirant de comparer ce théorème à l’expérience, j’ai heureusement trouvé les données d’observation qu’il suppose, parmi les nombreux résultats du travail intéressant de MM. La Roche et Bérard sur la chaleur spécifique des gaz. Ces habiles physiciens ont mesuré les quantités de chaleur que dégagent, par un abaissement de température d’environ 80 degrés, deux volumes égaux d’air atmosphérique; l’un comprimé par le poids de l’atmosphère, l’autre comprimé par ce même poids augmenté de trente-six centièmes. Ils ont trouvé que la chaleur dégagée, relative à la plus grande pression, était 1,24 ; la chaleur relative à la plus petite pression étant l’unité.

Il faut donc, suivant le théorème précédent, pour avoir la vitesse réelle du son, multiplier la vitesse déduite de la formule de Newton par la racine carrée du rapport de 36 centièmes à 24 centièmes, ou par la racine de 3/2.

À la température de six degrés, cette formule donne 282,42 m pour l’espace que le son doit parcourir dans une seconde sexagimale. En la multipliant par racine de 3/2 cet espace devient égal à 345,35 m. Les académiciens français l’ont observé de 337,18 m. La différence de ces deux résultats peut tenir à l’incertitude des expériences ; mais la petitesse de cette différence établit d’une manière incontestable que l’excès de la vitesse observée du son sur sa vitesse calculée par la formule newtonienne est dû à la chaleur latente que la compression de l’air développe.

Il résulte de ce qui précède que, la pression étant constante, si l’on augmente un volume donné d’air en élevant sa température, et qu’ensuite on le réduise par la compression à son volume primitif, il dégagera par cette compression un tiers de la chaleur employée.

Il est à désirer que les physiciens déterminent, par des expériences directes, le rapport des chaleurs spécifiques de l’air à pression constante et de l’air à volume constant, rapport que nous venons de trouver égal à 1,5. La vitesse du son, observée par les académiciens français, donne 1,4254 pour ce rapport : peut-être, vu la difficulté des expériences directes, cette vitesse est le moyen le plus précis de l’obtenir.

J’ai conclu (page 166, Cahier d’octobre) les vitesses du son dans l’eau de pluie et dans l’eau de mer égales à 2642,8 m et 2807,4 m par seconde sexagésimale, en partant des expériences de Canton sur la compression de ces liquides ; et en n’ayant égard qu’à la diminution linéaire des dimensions du volume comprimé.

J’ai reconnu qu’il faut considérer la diminution totale de ce volume, et qu’ainsi les nombres précédents doivent être divisés par racine de 3, ce qui les réduit à 1525,8 m, et 1620,9 m ; en sorte que la vitesse du son dans l’eau douce est quatre fois et demie plus grande que dans l’air. »

Cette lecture, sans aucune formule, est destinée à des personnes du monde des sciences mais n’ayant pas forcément des connaissances approfondies en mathématique.

Dans son traité Développement de la théorie des fluides élastiques et application de cette théorie à la vitesse du son qui paraît en 1821, Laplace donne une démonstration mathématique rigoureuse de son affirmation.

Les valeurs de la vitesse du son dans l’eau sont erronées, Laplace ne dispose pas des valeurs mesurées par Colladon en 1826 sur le Grand Lac (aujourd’hui appelé lac Léman). Ce sont les valeurs de compressibilité de l’eau dont il dispose qui sont fausses, car la formulation de Laplace est correcte. L’exemple de calcul de la vitesse du son dans l’eau ne figure d’ailleurs plus dans son traité de 1821.

Laplace a ainsi brillamment corrigé le grand Newton, trente ans après la parution des Principia, là où les plus brillants savants et mathématiciens de son époque se sont cassé les dents.

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1816 Franz Bopp, la grammaire comparée et les langues indo-européennes

Franz Bopp (1791-1867) est un philologue et linguiste allemand, considéré comme le père de la grammaire comparée en linguistique et initiateur de l’étude des langues indo-européennes. Il étudie les langues à Aschaffenburg, près de Francfort, et il manifeste un intérêt tout particulier pour les langues orientales. Il publie en 1816 sa thèse préfacée par son professeur, Karl Windischmann (1775-1839) : Du système des conjugaisons de la langue sanskrite, comparée à ceux du grec, du latin, du perse et des langues germaniques. L’ouvrage de Franz Bopp marque l’acte de naissance de la linguistique comparée. Au-delà des exemples, il établit un ensemble de règles pour l’étude et la comparaison entre les langues. Son Apport à la linguistique comparée, initié par van Boxhorn (1612-1653), est encore reconnu comme important par tous les linguistes. Il se voit confier, en 1821, la chaire de sanskrit de l’Université de Berlin, devient en 1822 membre de l’Académie des sciences de Prusse et, en 1825, professeur de langues orientales et des langages à Berlin. Il meurt à Mayence en 1867.

Le XIXe siècle et les langues indo-européennes

Au début du XIXe siècle, des savants allemands, comme Franz Bopp, les frères Jacob (1785-1863) et Wilhelm (1786-1859), Grimm et le Danois Rasmus Rask (1787-1832) reprennent les études comparatives entre les langues classiques (grec et latin), les langues germaniques, slaves, le persan et surtout le sanskrit, la langue ancienne de l’Inde qui commence à être étudiée et connue.

D’autres linguistes du XIXe siècle étendront cet ensemble de langues aux langues celtiques, les langues baltes, l’arménien, l’albanais, puis, au XXe siècle, le hittite et le tokharien, pour constituer la famille de langues baptisées indo-européennes. L’indo-européen devient un objet d’études scientifiques et le sanskrit est considéré par beaucoup comme la langue originelle possible.

Jusqu’à aujourd’hui, on n’a trouvé aucune trace d’une éventuelle langue initiale. La théorie de la langue initiale est en perte de vitesse aujourd’hui, mais la linguistique nous a habitués à plusieurs révolutions.

Biblio 086

1819 Laennec invente le stéthoscope

René Laennec naît en 1781 à Quimper et meurt en 1826 à Douarnenez. Il est le créateur du diagnostic médical par auscultation et du stéthoscope. René Laennec est issu d’une riche famille bretonne. Sa mère meurt de tuberculose lorsqu’il a 15 ans et il est confié à un oncle médecin, son père étant officier dans la marine. Il fait des études de médecine à Paris et est nommé docteur en médecine en 1804. Il est nommé à l’hôpital Necker à Paris et s’intéresse aux maladies respiratoires qui ont emporté sa mère et font des ravages à l’époque. Il crée ce qu’il nomme lui-même le stéthoscope (du grec στῆθος, poitrine et σκοπεϊν, observer) qui permet d’éloigner l’oreille du médecin de son patient pour des raisons de pudeur et d’hygiène. L’usage en est attesté en mars 1817 sur les feuilles des malades à l’Hôpital Necker. Laennec utilise au début de simples feuilles de papier roulées, puis il perfectionne le dispositif et réalise ceux-ci en un cylindre démontable en buis. Au départ, Laennec préfère que son instrument s’appelle simplement «  le cylindre », car il pense qu’il est inutile de nommer un instrument aussi fondamental. Il a des remords face aux noms que lui donnent ses collègues et décide finalement que si son instrument doit avoir un nom, ce sera « stéthoscope ».

Laennec est aussi un tourneur sur bois qualifié et possède un petit atelier au sous-sol de sa maison avec un tour à bois où il stocke différents types de bois qu’il utilise pour tourner des flûtes. Il est aussi un flûtiste accompli.

Le stéthoscope est composé de deux pièces. Une extrémité est pourvue d’un trou à placer contre l’oreille ; l’autre extrémité est creusée en un cône en forme d’entonnoir. Un bouchon est inséré dans ce cône ainsi qu’un tube en laiton creux placé à l’intérieur. Ce bouchon est placé dans l’extrémité en forme d’entonnoir du stéthoscope pour écouter le cœur et retiré pour examiner les poumons. En février 1818, il présente ses découvertes dans un discours à l’Académie des sciences, et en 1819, il publie son Traité d’auscultation médiate ou Traité du diagnostic des maladies des poumons et du cœur, fondé principalement sur ce nouveau moyen d’exploration où il décrit son instrument et classe les bruits émis dans le thorax. Le stéthoscope y est décrit comme mesurant 30 cm de long et 4 cm de diamètre avec un trou central de 1 cm sur toute sa longueur. Son stéthoscope peut être acheté pour 2 francs avec l’achat du Traité d’auscultation médiate.

Son ouvrage et son instrument connaîtront un très grand succès immédiat et mondial. Son stéthoscope subira rapidement des perfectionnements par d’autres médecins ; celui que nous connaissons aujourd’hui avec un embout pour chaque oreille sera inventé par le médecin américain George Cammann (1804-1863) en 1852.

En 1822, René Laennec devient titulaire de la chaire de médecine pratique du Collège de France. On lui doit bien d’autres contributions à la médecine, comme ses études de la péritonite et de la cirrhose. Il est à l’origine du terme « mélanome » et en a décrit les métastases pulmonaires.

Sa contribution peut-être la plus importante est l’introduction d’une rigueur toute scientifique qui impose des règles d’observation objectives. Quand il publie son traité en 1819, il inscrit en début d’ouvrage cette devise en grec : « La partie la plus importante de notre art consiste à être en mesure d’observer correctement. » On pourrait dire de même pour le bon acousticien en remplaçant « observer » par « écouter ».

Laennec est lui-même atteint de tuberculose, diagnostiqué par son neveu au moyen du stéthoscope qu’il a inventé. Il se retire dans son manoir de Kerlouarnec en Ploaré, proche de Douarnenez, où il s’éteint en 1826 à l’âge de 45 ans.

Dans son testament, il lègue son stéthoscope à son neveu, qu’il considérera comme « le plus grand héritage de sa vie ».

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1821 Sophie Germain démontre la théorie des surfaces vibrantes

La jeunesse de Sophie Germain

Sophie Germain naît à Paris au sein d’une famille bourgeoise et cultivée en 1776. Son père est commerçant en soie et tissus et la bibliothèque familiale compte plusieurs écrits scientifiques et mathématiques, dont le Cours de mathématiques à l’usage des gardes du pavillon et de la marine d’Étienne Bézout et l’Histoire des mathématiques de Jean-Étienne Montucla. Adolescente, Sophie Germain se plonge dans ces ouvrages au cours des années de la révolution, où elle sort peu. Ses parents libéraux lui permettent de lire les derniers ouvrages scientifiques qui lui font découvrir les sciences en autodidacte, les femmes n’étant pas autorisées à recevoir une éducation scientifique. Elle apprend aussi le latin généralement utilisé à cette époque pour la diffusion des sciences. En 1794, elle a 18 ans et se procure les cours de la toute nouvelle École polytechnique, réservée aux hommes (l’École polytechnique, qui se veut ouverte à des jeunes gens de toute condition, restera fermée aux femmes jusqu’en 1972). Pour ce faire, elle utilise le nom d’un élève sans doute démissionnaire, Antoine Auguste Le Blanc. Sous le nom de « Monsieur Le Blanc », elle envoie ses questions ou remarques à Joseph-Louis Lagrange (1736-1813), grand mathématicien et professeur à Polytechnique, qui, impressionné par la complexité et la rigueur de ses analyses, la convoque pour un entretien et découvre le stratagème. Lagrange défendra et protégera Sophie Germain toute sa vie face aux attaques souvent sexistes des autres savants mathématiciens de l’époque.

Après cette rencontre, Sophie Germain acquiert une petite notoriété au sein du cercle des scientifiques parisiens. Le mathématicien écrivain Jacques Antoine Joseph Cousin (1739-1800) met à sa disposition tous les moyens qu’il possède, notamment sa vaste bibliothèque, pour qu’elle puisse s’adonner à sa passion.

Sophie Germain et la théorie des nombres

En 1798 paraît Essai sur la théorie des nombres, l’ouvrage du mathématicien français Adrien-Marie Legendre (1752-1833) où Sophie Germain découvre le célèbre théorème de Pierre de Fermat (1601-1665) décrit dans son ouvrage Varia Opera Mathematica (1679) : « [I]l est impossible de partager soit un cube en deux cubes, soit un bicarré en deux bicarrés, soit en général une puissance quelconque supérieure au carré en deux puissances de même degré », autrement dit il n’existe aucun nombre entier (supérieur à 2) solution de l’équation xn + yn = zn.

Le grand mathématicien suisse Leonhard Euler (1707-1783) a démontré le théorème de Fermat pour n = 3, mais sa formulation générale reste sans démonstration. Ce théorème attise l’intérêt de Sophie Germain qui démontre que ce théorème est vrai pour toute une série de nombres premiers particuliers (que l’on appellera nombres premiers de Sophie Germain) et qu’il l’est aussi pour tout nombre premier inférieur à 100. Mais elle ne peut démontrer le théorème d’une façon générale. Il faudra attendre 1995 avec Andrew Wiles (né en 1953).

Sophie Germain aura de longs et fructueux échanges épistolaires avec Legendre sur ce sujet. Elle ne publiera jamais le théorème qui porte son nom, c’est Legendre qui s’en chargera. Divers théorèmes de Sophie Germain sont insérés par Legendre dans le supplément à la deuxième édition de sa Théorie des nombres. En 1801 paraissent en latin les Disquisitiones arithmeticae du grand mathématicien allemand Carl Friedrich Gauss (1777-1855), le « Prince des mathématiques ». Sophie Germain se plonge dans sa lecture, approfondit tout ce qui s’y trouve et adresse à son auteur un premier courrier volumineux (il y en aura dix), le 21 novembre 1804, signé du pseudonyme « Le Blanc ». Ainsi commence une correspondance relativement assidue, qui va constituer longtemps la seule trace des travaux de Sophie Germain en théorie des nombres, mais prise très au sérieux par un Gauss habituellement avare de compliments, ce qui en indique le niveau.

En 1806, Napoléon envahit la Prusse et la ville de Brunswick où demeure Gauss est assiégée. Gauss est un opposant notoire à Napoléon ; il a refusé de venir à Paris pour recevoir un prix que lui a octroyé l’Académie des sciences en guise de protestation contre l’empereur. Sophie craint qu’il n’arrive malheur à Gauss. Elle écrit à un ami de sa famille, le général Pernéty qui assiège la ville, de prendre soin du grand mathématicien allemand. Gauss apprend par le général français la véritable identité de Monsieur Le Blanc ; les correspondances échangées entre le général Pernéty, Sophie Germain et Gauss nous relatent ces péripéties. Le mathématicien allemand, évidemment très surpris, marque sa grande admiration pour les talents de Monsieur Le Blanc devenu Sophie Germain.

La difficile reconnaissance de la démonstration de la théorie des vibrations des surfaces par Sophie Germain

En 1808, le physicien et musicien allemand Ernst Chladni (1756-1829) donne une conférence au cours de laquelle il dessine des figures géométriques sur une plaque vibrante dont il frotte le bord avec l’archet d’un violon. La plaque vibre, émet un son, et le sable dessine des figures géométriques sur la plaque avec des zones couvertes de sable où l’ampleur de la vibration est maximale et d’autres sans sable où la vibration est nulle. Selon la forme et le nombre des supports qui soutiennent la plaque, sa position ou l’endroit où est appliqué l’archet qui la fait vibrer, des figures différentes apparaissent. Sophie Germain a travaillé sur un problème formulé par Leonhard Euler, que l’on peut considérer comme l’équivalent du problème des surfaces mais en plus simple : les cordes vibrantes, bien connues pour le lien qu’elles font entre musique et mathématiques.

Déterminer mathématiquement la façon dont ces figures apparaissent pour des surfaces et non de simples cordes est un problème scientifique autrement difficile.

L’Académie des sciences de Paris, sans doute à l’instigation et à la demande de Napoléon qui a assisté à la conférence, lance un concours qui consiste à « donner la théorie mathématique des surfaces élastiques et de la comparer à l’expérience ».

Mais le délai est très court. Sophie Germain est la seule à remettre un mémoire, le 21 septembre 1811. Le 4 décembre 1811, elle apprend de Legendre que le prix ne lui sera pas attribué, car l’équation principale qu’elle a formulée pour modéliser le problème de la vibration a été jugée incorrecte par le jury. Mais le jury précise également que Lagrange a, en suivant le raisonnement de Sophie Germain, déduit une équation qui semble juste. De fait, l’équation de Lagrange sert aujourd’hui de base à l’analyse vibratoire des plaques. En même temps qu’il décide de ne pas décerner le prix, le jury reconnaît que le délai accordé n’était pas suffisant pour présenter un travail de qualité et décide de relancer un concours, les mémoires devant être remis au début du mois d’octobre 1813.

Avant de rédiger son deuxième mémoire, Sophie Germain étudie attentivement et assimile les méthodes présentées dans l’ouvrage Mécanique analytique de Lagrange, mais elle se heurte à la résolution de l’équation différentielle de Lagrange que Legendre lui a communiquée.

Elle acquiert une grande confiance en elle à mesure qu’elle constate que ses équations prédisent les formes géométriques de Chladni avec une grande précision. Le nouveau mémoire, épais de plus de cent pages, est remis le 21 septembre 1813. Elle est à nouveau la seule à présenter un mémoire, mais sa foi en elle s’accompagne d’une défiance croissante envers les membres du jury.

Lagrange, l’un des plus susceptibles d’apprécier son travail, est mort en avril 1813 et les nouveaux membres du jury, en particulier le mathématicien et scientifique Siméon Denis Poisson (1781-1840), ne considèrent pas le talent scientifique de Sophie Germain. Il existe de toute évidence une grande similarité entre ses prédictions et les résultats expérimentaux, mais la commission décide d’accorder à Sophie Germain une mention « honorable » ; elle suspend le concours et prolonge le délai pour soumettre les mémoires au 1er octobre 1815.

En août 1814, pendant une session de l’Académie des sciences, Poisson affirme qu’il a trouvé la solution à la question. Sûr de son fait, il tente donc de faire suspendre la nouvelle édition du prix. Mais sa malhonnêteté (la formule qu’il a déduite est inspirée du deuxième mémoire remis par Germain) et des erreurs dans ses travaux font que le prix est maintenu.

Le troisième mémoire de Sophie Germain contient des différences significatives. Il ne se limite pas à l’étude des plaques plates, mais admet des surfaces plus générales, pour se démarquer des résultats de Poisson, qui se limitent au cas de surfaces planes.

Le prix est finalement accordé à Sophie Germain qui devient la première femme à recevoir un prix de l’Académie des sciences de Paris.

La cérémonie officielle de remise du prix extraordinaire a lieu le 8 janvier 1816. Sophie Germain n’est pas invitée à y assister, car les seules femmes admises aux séances de l’Académie sont les épouses des membres. Malgré tous ses efforts, Sophie sent bien qu’elle n’est toujours pas considérée comme membre à part entière de la communauté scientifique. La mathématicienne continue de peaufiner son mémoire sur le problème de la vibration des surfaces.

En 1821, elle publie à compte d’auteur son mémoire, principalement pour présenter un travail qui s’oppose à celui de Poisson.

En 1826, elle présente une nouvelle version révisée du mémoire de 1821, que l’Académie n’a toujours pas examiné.

Bien que l’Académie juge le document incomplet et banal, le mathématicien Augustin Louis Cauchy (1789-1857), choisi pour relire son texte, lui recommande de le publier.

À la même époque, plusieurs travaux sont édités, qui apportent une solution plus satisfaisante au problème des plaques vibrantes : ceux de Joseph Fourier (1768-1830) et surtout ceux de Henri Navier (1785, 1836), qui rappelle que le travail de Sophie Germain a inspiré le sien.

Les hommages tardifs

En 1823, Sophie Germain est enfin admise de plein droit à assister aux séances de l’Académie des sciences, grâce à son ami Joseph Fourier (1768-1830) qui en est devenu le secrétaire perpétuel. Elle sera la première femme à obtenir ce droit.

Au cours des dernières années de sa vie, Sophie Germain ne produit pas de nouveaux résultats mathématiques. Outre ses écrits philosophiques, cette période est marquée par son amitié avec le mathématicien d’origine italienne Libri (1803-1869).

Nous devons à Libri de mieux connaître la vie de Sophie Germain. Dans une lettre de 1826 à Libri, elle lui dit sa désillusion du manque de reconnaissance à son égard : « Je me trouve presqu’aussi étrangère au mouvement des sciences que si j’habitais un autre pays. […] Vous ne croiriez peut-être pas qu’étant au milieu de Paris je ne puisse réussir à voir un Monsieur Savart qui a fait mille expériences curieuses. Il les montre à des gens qui n’en peuvent tirer aucun parti. Ces faits sont de mon domaine et c’est à moi seule qu’ils restent cachés. Voilà le privilège des dames, elles obtiennent des compliments et aucun avantage réel. » Elle signale aussi à son ami qu’on lui a diagnostiqué un cancer.

En 1830 éclate la révolution de Juillet, mais, d’après Libri, Germain s’en tient à l’écart, préférant se concentrer sur le rassemblement de ses notes qui seront publiées ultérieurement dans Pensées diverses de Sophie Germain. Elle rassemble ses travaux tant que la maladie le lui permet et fait état des terribles souffrances contre lesquelles elle doit constamment lutter dans les trois lettres qu’elle écrit à Libri, qui sont le seul témoignage direct dont nous disposons sur la dernière année de sa vie. Elle s’y inquiète pour Cauchy, contraint de s’exiler à cause de la révolution, déplore la disparition en mai 1830 de son ami Joseph Fourier, est angoissée par le sort d’Évariste Galois renvoyé de l’École normale au motif de son implication dans les événements de 1830.

En mai 1831, elle adresse une dernière lettre à Libri. Elle s’éteint à son domicile parisien, au numéro 13 de la rue de Savoie, le 27 juin 1831. Sur la suggestion de Gauss, l’Université de Göttingen lui décerne en 1830 le titre de Docteur honoris causa, mais elle meurt avant de pouvoir le recevoir. Elle est inhumée au cimetière du Père-Lachaise. Sur son certificat de décès, en 1831, elle apparaît comme rentière et non comme scientifique : « Ce ne sont pas des affaires de femmes », dit le fonctionnaire.

Une plaque commémorative est apposée sur la maison où elle est morte. Y est enfin écrit : « Sophie Germain philosophe et mathématicienne ».

De nombreux établissements scolaires portent son nom. Un buste est érigé dans la cour du lycée parisien Sophie Germain en 1931 pour le centenaire de sa mort. Son isolement et sa marginalité, parce qu’elle était une femme, auraient pu faire en sorte que ses impressionnants travaux passent totalement inaperçus. Ce sont d’abord ses écrits philosophiques qui ont peut-être contribué à la tirer de l’oubli. À sa mort, son neveu, Armand-Jacques Lherbette, ayant trouvé dans les papiers de sa tante un opuscule, « Considérations générales sur l’état des sciences et des lettres », le publie. Il attire alors l’attention de philosophes, dont le journaliste et écrivain Hippolyte Stupuy (1832-1900), qui s’attachera en 1879 à faire revivre le souvenir de Sophie Germain, alors totalement oubliée.

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1822 Joseph Fourier développe la théorie de la chaleur

Jean Baptiste Joseph Fourier est un enfant de la Révolution française. Il naît à Auxerre en 1768 dans une famille pauvre et est orphelin à 10 ans. Il entre dans un pensionnat catholique à Auxerre où il manifeste un profond intérêt pour les études, en particulier les mathématiques. L’évêque d’Auxerre lui permet d’intégrer à 12 ans, en 1780, l’École militaire d’Auxerre tenue alors par les bénédictins de la Congrégation de Saint-Maur. Élève brillant, il est nommé professeur de mathématiques dès l’âge de 16 ans. Le ministre de la Guerre refuse de l’intégrer au corps des ingénieurs de l’armée, car il n’est pas noble. Il entre alors, en 1787, à l’abbaye de Saint-Benoît-sur-Loire, où il enseigne les mathématiques.

La Révolution française dissout les ordres religieux et il est rendu à la vie civile. Il est élu par le peuple d’Auxerre président de la Société populaire. Il refuse de participer à la Terreur et est emprisonné. La destitution de Robespierre lui épargne probablement l’échafaud. Il est nommé professeur assistant à l’École centrale des travaux publics dont le directeur est le grand mathématicien Gaspard Monge (1746-1818). Celle-ci devient l’École polytechnique par la loi du 15 fructidor an III (1er septembre 1795). Fourier enseigne la géométrie sous la tutelle de Monge et l’analyse sous la tutelle du mathématicien Joseph-Louis Lagrange (1736-1830) auquel il succède en 1797 comme professeur titulaire du cours d’analyse et de mécanique ; il n’a pas 30 ans.

En 1798, il est désigné pour faire partie de la campagne d’Égypte où il rencontre et se lie d’amitié avec les frères Champollion.

À son retour en France en 1802, Napoléon nomme Fourier préfet de l’Isère à Grenoble, ce qui ne l’enchante guère. Il se plonge dans la recherche sur la conduction de la chaleur. Il présente à l’Académie des sciences un mémoire intitulé Théorie de la propagation de la chaleur dans les solides en 1807, où l’on trouve déjà une bonne partie des résultats qui formeront son œuvre maîtresse, la Théorie analytique de la chaleur publiée en 1822 et qui fait près de 700 pages.

Fourier crée en 1810 la Faculté (université) impériale de Grenoble, dont il devient le recteur. Jacques-Joseph Champollion (1778-1867) devient son secrétaire et son jeune frère, Jean-François Champollion (1790-1832), est nommé professeur d’histoire. C’est devant l’Académie delphinale que le jeune Jean-François Champollion présente, en 1810, sa célèbre communication, « L’Écriture des Égyptiens ». Fourier prend ses distances avec Napoléon. Il est destitué en 1815 et s’installe à Paris. En 1817, il est élu à l’Académie des sciences et est nommé au poste de secrétaire perpétuel de l’Académie en 1822. C’est à son initiative que la mathématicienne Sophie Germain (1776-1831) est autorisée à assister aux séances de l’Académie des sciences. En 1823, Fourier est nommé membre étranger de la Royal Society de Londres, puis membre de l’Académie française en 1826. Point culminant de sa vie universitaire, il remplace Pierre Simon de Laplace (1749-1827), celui qui corrigea Newton, à sa mort en 1827 en tant que président du conseil de perfectionnement de l’École polytechnique. Il tombe malade et meurt à Paris en 1830.

L’apport de la théorie générale de la chaleur

Dans son étude de la transmission de la chaleur, Fourier arrive à une équation difficile à manier mathématiquement. Il a alors l’idée, originale pour l’époque, de remplacer son équation par une série de sinus et cosinus beaucoup plus faciles à utiliser. Il démontre que la somme de ces sinus et cosinus reconstitue la fonction initiale. On appellera ce processus de résolution « l’analyse de Fourier ». Chaque fonction peut être décomposée en une somme (ou une série) de sinus et de cosinus : l’analyse « harmonique » est née. Il est plus aisé de trouver les coefficients de la série d’harmoniques et ensuite de reconstituer la loi recherchée à partir de cette série (somme).

Fourier est probablement l’un des premiers à avoir proposé une théorie selon laquelle les gaz de l’atmosphère terrestre augmentent la température à sa surface, une première ébauche de l’effet de serre. Ses travaux sur la chaleur le poussent à étudier les équilibres énergétiques sur les planètes : celles-ci reçoivent l’énergie sous forme de rayonnement solaire, ce qui augmente leur température ; elles perdent également de l’énergie par radiation infrarouge, ce que Fourier appelle « chaleur obscure », ce qui tend à diminuer la température sur les planètes. On atteint un équilibre ; l’atmosphère des planètes limite donc les pertes de chaleur. Fourier est conscient de l’universalité de sa théorie de la chaleur et des domaines d’application de ses outils, il le dit d’ailleurs dans un discours.

Georg Simon Ohm (1789-1854), l’un des pères de l’électricité, montrera en 1843 que la théorie de la chaleur de Fourier peut s’appliquer au son, phénomène périodique. Sa théorie restera peu utilisée jusqu’à l’avènement des outils électroniques cent ans plus tard.

Le développement des domaines d’application des vibrations, de l’acoustique, de l’électricité et de toutes ces disciplines aux lois périodiques aboutira au XXe siècle à la naissance du traitement du signal et des analyseurs de spectre appelés aujourd’hui aussi « analyseurs de Fourier ».

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1826 Jean-Daniel Colladon mesure la vitesse du son dans l’eau

Jean-Daniel Colladon naît à Genève en 1802. Il fait des études d’ingénieur et travaille d’abord dans les laboratoires de André-Marie Ampère et Joseph Fourier à Paris. En 1827, à 25 ans, Colladon obtient le grand prix de l’Académie des sciences de Paris pour des recherches sur la compressibilité des liquides, menées avec son ami Genevois Charles-François Sturm (1801-1857). Il participe à la création de l’École centrale de Paris (1828-1829), où il enseigne jusqu’en 1839. Il travaille ensuite jusqu’à la fin de sa vie comme consultant scientifique à Genève pour de nombreux projets européens, comme le percement du tunnel du Saint-Gothard, du tunnel ferroviaire sous la manche et la fourniture en gaz de villes comme Genève et Naples. Il meurt à Genève en 1893.

Dans ses mémoires rédigés à la fin de sa vie, il décrit les mesures de la vitesse du son dans l’eau réalisées en 1826 et répétées en 1841.

Voici un extrait :

« Je partis donc seul, essentiellement pour m’occuper de la vitesse du son dans l’eau et pour rapporter ensuite nos instruments et faire nos expériences à Paris.

Nous étions à fin septembre ; j’allai d’abord passer huit jours à Avully où mon père, ma mère et ma sœur ne m’avaient pas vu depuis dix mois, et on peut juger de l’extrême plaisir que j’eus à les revoir. Je cherchais un local qui fût propre à mes expériences, lorsque Monsieur de Candolle m’offrit d’aller les faire chez lui à la campagne La Pierrière, située à deux kilomètres de Genève sur la rive droite du lac.

Il m’offrit la plus large hospitalité et me dit : “Venez, vous aurez l’aide de mon fils Alphonse et celle de mon jardinier que je mets à votre disposition ; vous aurez d’ailleurs deux bateaux et un petit port qui sert à les garder.”

Je choisis une cloche que l’on pût frapper sans crainte avec un marteau en la tenant suspendue dans l’eau. L’arsenal possédait l’ancienne cloche dite des chaînes, qu’on y avait reléguée et qui pesait soixante-cinq kilogrammes. Je pus en avoir la disposition et je la fis porter chez Monsieur de Candolle.

Pour le jour de notre première expérience, Monsieur de Candolle avait invité quelques amis pour m’aider et je fis ma première mesure à environ mille mètres de distance.

Tandis que le jardinier de Monsieur de Candolle s’était écarté dans un bateau avec la cloche, j’étais dans un autre bateau pour écouter et j’avais une montre qui m’avait été prêtée par Monsieur Tavan el qui indiquait les quarts de seconde. Je pus entendre à celle distance les coups frappés sur la cloche, ayant pour cela plongé la tête dans l’eau au moment du signal qui indiquait de frapper. Monsieur de Candolle qui tenait la montre mettait en mouvement l’aiguille des secondes à cet instant, il l’arrêtait lorsque je lui donnais de la main le signal de l’arrivée du son à mon oreille. Il soufflait ce jour-là une légère bise qui faisait osciller le bateau et je m’étais assez mouillé.

En rentrant, nous prîmes le thé, puis nos amis nous quittèrent ; Monsieur de Candolle et moi nous allâmes nous coucher. Je ne m’endormis pas tout de suite, car je cherchais un moyen d’entendre le son sans avoir à plonger la tête. Je pensai alors qu’un vase métallique fermé par le bas et qui serait immergé par un poids, pourrait peut-être transmettre le son de l’eau à l’air du vase et qu’on l’entendrait du dehors. Pour l’essayer, je pourrais prendre un arrosoir lesté de manière à s’enfoncer dans l’eau. J’étais si impatient de voir quel résultat j’obtiendrais, qu’à cinq heures du matin je réveille Alphonse de Candolle et lui communique mon idée. Nous nous habillons à la hâte, nous chargeons le jardinier de rester au port avec la cloche, tandis que je traverse avec de Candolle le lac qui a dans cette partie environ 1 500 mètres de largeur. Arrivés là, je plonge l’arrosoir et fais signe de frapper. Aussitôt j’entends dans l’arrosoir, sans que ma tête plongeât dans l’eau, les coups frappés sur la cloche. Ce fut une immense joie, car désormais l’expérience était bien plus facile ; je pourrai voir le signal de frapper donné dans le premier bateau et lire moi-même sur la montre le temps nécessaire pour l’arrivée du son.

Le jour même, je commandai un appareil composé d’un tube que terminait par en bas une espèce de cuillère fermée par une plaque qui avait environ vingt décimètres carrés de surface ; l’appareil serait lesté par des poids, de manière que soixante ou soixante-quinze centimètres de tube restassent dehors de l’eau. Lorsque mon appareil fut fini, je le fis porter chez Monsieur de Candolle et je fis des expériences parallèlement au rivage, en éloignant les deux bateaux jusqu’à six kilomètres de distance.

Ces expériences ayant pleinement réussi, je songeai alors à les répéter dans le grand lac, et je choisis la distance de Rolle à Thonon, qui est la plus grande largeur du lac. La profondeur moyenne du lac, entre ces deux points, est d’à peu près cent cinquante mètres et les bords sont accessibles partout. La distance de Rolle au clocher de Thonon est de 14 237 mètres. Pour le côté de Rolle, je priai mon père d’y aller lui-même. Je lui dis d’user de fusées et de feux d’artifice pour les signaux, et, comme la rondeur de la terre empêche de voir de Thonon ce qui se passe de l’autre côté au bord du lac, je lui dis de prendre une barque qui eût un mât d’au moins douze mètres de haut, et d’installer au haut une lampe avec un manchon opaque qui s’enlèverait au moment de frapper le coup.

La rive de Thonon était comprise alors dans les douanes savoyardes et je prévoyais des difficultés énormes pour moi à vaincre cet obstacle en y arrivant. Je connaissais Monsieur de Magny qui était consul sarde à Genève ; je lui exposai ma découverte et le désir que j’avais de la vérifier dans la plus grande largeur du grand lac. Monsieur de Magny me donna des lettres pour la douane. Je partis avec un aide, emportant avec moi des fusées pour les différents signaux et une montre qui pouvait s’arrêter au quart de seconde.

Arrivés à la douane, nous descendons pour permettre l’inspection de la voiture ; je donne à celui qui déchargeait le char la lettre de Monsieur de Magny et j’attends. Au bout d’un moment on me prie de passer au bureau ; je vois l’employé supérieur qui tenait encore la lettre ouverte de Monsieur de Magny et qui me demande avec quoi sont faites les fusées que j’emporte ; je lui réponds qu’elles sont faites avec de la poudre ; il me dit alors qu’il lui est impossible de les laisser passer, parce qu’il y a défense absolue de laisser passer de la poudre à la douane ; je lui réponds qu’il m’est impossible de faire mes expériences, puisque mes fusées ont pour but de donner le signal de frapper. Cet homme était partagé entre l’envie qu’il avait de me laisser passer avec les fusées et la crainte de perdre sa place s’il les laissait passer, il répétait incessamment : “La poudre ne peut pas passer”, et il me montrait en même temps son ordonnance. “Vous me dites que ces fusées sont faites avec de la poudre, par conséquent je ne peux vous les laisser passer par aucune considération, sans quoi je risquerai de perdre ma place.” Je compris alors son objection et je lui dis : “Oui, elles sont faites avec de la poudre, mais le travail a détruit la poudre et maintenant on ne pourrait plus s’en servir comme de la poudre ordinaire.” Cet homme évidemment satisfait de celle explication me dit : “Ah, s’il en est ainsi, je peux alors vous les laisser passer”, et il me rendit les fusées.

Arrivé à Thonon, je fais remiser le char el j’envoie un homme retenir un bateau, pendant que je prends à la hâte une soupe et que je mesure une ficelle de deux cents mètres, puis je descends, je prends station à deux cents mètres du bord et je tire une fusée pour aviser de frapper la cloche. J’avais dit de frapper trois coups de suite et que le premier seul compterait. J’entends les trois coups parfaitement distincts, mais je ne peux voir aucun signal de lumière à Rolle.

L’expérience fut manquée de ce fait, mais j’avais acquis la certitude que le son me parvenait. La distance entre le clocher de Thonon et la tour de Rolle est de 14 237 mètres. Le clocher de Thonon est à 350 mètres de la rive ; la distance entre les deux rives est donc de 13 887 mètres. En retranchant encore 400 mètres pour la distance des deux bateaux à la rive, on trouve 13 487 mètres comme distance entre les deux bateaux. À cette distance le son est aussi net et aussi bref qu’il l’était à mille mètres de distance. Le bruit d’une clef frappant un corps dur en donne une idée assez exacte. Je sus plus tard pourquoi je n’avais pu voir les signaux ; mon père n’ayant pu trouver de barque portant un mât de douze mètres de hauteur, en avait pris une dont le mât n’avait que sept à huit mètres. Je changeai alors le signal des coups ; je plaçai près de l’endroit où la cloche était suspendue un petit plan métallique sur lequel je mis un quart ou une demi-livre de poudre et je m’assurai que celle poudre en brûlant produirait un éclair visible à quelques degrés au-dessus de l’horizon.

J’ai pu faire, avec ce système, diverses expériences ; les trois d’entre elles les plus exactes furent celles du 7, du 15 et du 18 novembre 1826. Le temps que le son a mis à parcourir ces 13 487 mètres a été de neuf secondes et quart, ce qui donne pour la vitesse réelle du son dans l’eau, à huit degrés centigrades, 1 437 mètres de vitesse. La formule de la vitesse du son élaborée par Monsieur Laplace en admettant qu’il n’y ait point de chaleur dégagée par la compression rapide et successive des molécules liquides dans la transmission du son donne 1 437,8 mètres par seconde. Notre expérience a donné pour la vitesse mesurée : 1 435 mètres ce qui démontre bien qu’il n’y a pas de chaleur dégagée dans la compression.

Newton avait donné la formule de la vitesse du son dans l’air et lorsqu’on a mesuré directement celle vitesse, on l’a trouvée plus grande que la vitesse calculée, la différence s’élevant à un sixième de la valeur observée. Monsieur Laplace a réussi à donner l’explication de cette différence qui doit être attribuée à l’accroissement d’élasticité des molécules d’air qui se réchauffent. En y ayant égard Monsieur Poisson a fait voir que si la compression et la dilatation sont de 1/116, la température doit s’élever ou s’abaisser de un degré centésimal, et M. Laplace a trouvé que la vitesse du son est telle que la donne la formule de Newton, multipliée par la racine carrée du rapport de la chaleur spécifique sous un volume constant. La formule de Newton est alors à peu près d’accord avec la vitesse réelle que donne l’observation. »

Les mesures réalisées par Colladon et analysées avec son ami Sturm sont importantes non seulement pour les résultats précis qu’elles fournissent, mais aussi comme validation de la correction apportée par le physicien Laplace quelques années auparavant, en 1816, à la formule de calcul de la vitesse du son de Newton.

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1831 La roue dentée de Savart pour mesurer la fréquence des sons

Félix Savart naît à Mézières dans les Ardennes en 1791 et meurt à Paris en 1841. Il étudie à Metz où son père travaille à l’École militaire. On le destine à la carrière militaire, mais il entame des études de médecine à Metz en 1808 qui sont interrompues entre 1810 et 1814, quand il est enrôlé dans l’armée napoléonienne comme médecin de régiment. En 1814, Savart est démobilisé et reprend sa formation médicale à Strasbourg et, deux ans plus tard, il sort diplômé en médecine de l’université. Il traduit, à la fin de ses études, l’important ouvrage De Arte medica du médecin et écrivain latin Aulus Cornelius Celsus (vers 25 av. J.-C.-vers 50 ap. J.-C.), ouvrage médical en huit tomes le plus complet sur la médecine à Rome à cette époque. Il retourne à Metz pour exercer la médecine en cabinet, mais le métier ne le tente guère et il se passionne pour l’étude du son et des instruments de musique comme le violon. Il commence à construire des violons en essayant de baser la forme de l’instrument sur des principes mathématiques. Il se rend à Paris, officiellement pour trouver un éditeur pour son livre (qui ne paraîtra jamais), mais surtout pour rencontrer Jean-Baptiste Biot (1774-1862) qui enseigne la physique et l’acoustique à la Faculté des sciences. Doué expérimentalement, Savart aide Biot, moins intéressé par l’acoustique, dans ses expériences sur l’électromagnétisme et ils trouveront ensemble la loi de Biot-Savart sur ce sujet. En contrepartie, Biot aide Savart à trouver un poste d’enseignant dans une école privée à Paris. En 1827, Savart est élu à la section de physique de l’Académie des sciences en remplacement de Fresnel (1788-1827), décédé en juillet de la même année. Il enseigne au Collège de France à partir de 1828 et y devient titulaire de la chaire de physique générale et expérimentale pour succéder à Ampère (1775-1838).

Avec le docteur Simon, originaire de Metz, il crée une rare et exceptionnelle collection d’instruments dont certains sont de son invention. Il occupera son poste jusqu’à sa mort subite en 1841, quelques mois avant son cinquantième anniversaire. Il est aussi élu membre correspondant étranger de la Royal Society en 1839.

Savart et l’acoustique

Au moment où Savart arrive à Paris, il a écrit et publié un mémoire en 1819 à l’Académie des sciences sur les instruments à cordes : Mémoire des instruments à cordes et à archet, qu’il présente à Biot.

Ce mémoire contient la conception d’un violon trapézoïdal dont Savart prétend qu’il possède des performances acoustiques supérieures au violon traditionnel. Il en reste un exemplaire au Musée des instruments de la Villette à Paris, don des frères Gand, luthiers, et un autre à l’École polytechnique de Paris.

Félix Savart collabore beaucoup avec le luthier Jean-Baptiste Vuillaume (1798-1875) pour améliorer la performance de ses instruments en utilisant les techniques de visualisation des vibrations de Chladni (1756-1829). Il effectue plusieurs mesures sur des échantillons de bois différents. Il aurait reçu des déchets de languettes de bois issues de violons italiens célèbres (Stradivarius et Guarnerius del Gesù).

Savart met du sable sur ces échantillons, tous de même taille, et frotte avec un archet sur l’angle de ces languettes. Aucune synthèse n’a jamais été publiée par Savart sur ce sujet, probablement en raison du manque de résultats concrets.

Il a certainement souhaité améliorer la facture des violons à l’aide de la science mais aujourd’hui encore, l’apport des sciences à la facture instrumentale des violons est limité en raison du comportement vibratoire et acoustique très complexe de l’instrument et du frottement de l’archet sur les cordes. La facture instrumentale reste, même de nos jours, un savoir artisanal plus qu’une science.

Savart a écrit plusieurs articles dans toutes les branches de l’acoustique : les vibrations, la musique, la voix humaine, l’ouïe, etc. : Mémoire sur la communication des mouvements vibratoires entre les corps solides (1820), Recherches sur les usages de la membrane du tympan et de l’oreille externe (1822), Recherches sur les vibrations de l’air (1823), Mémoire sur les vibrations des corps solides, considéré en général (1824), Recherches sur les usages de la membrane du tympan et de l’oreille externe (1824), Mémoire sur la voix humaine (1825), Nouvelles recherches sur les vibrations de l’air (1825), Mémoire sur la sensibilité de l’organe de l’ouïe (1830), qui en fait un précurseur de la psychoacoustique, Notes sur la limite de perception des sons graves (1831).

Dans le cadre de son enseignement, on peut lire son Cours de physique expérimentale comme professeur au Collège de France pendant l’année scolaire 1838-1839.

Savart a également conçu et mené des expériences importantes sur le son. Il a notamment perfectionné les roues dentées de Robert Hooke (1635-1703) et a créé un système de génération de sons purs en fonction du nombre de dents de la roue et de la vitesse de rotation. Savart a pu ainsi déterminer la fréquence des différentes notes de musique. Il accélère la rotation de la roue jusqu’à ce qu’un son soit produit correspondant à la note jouée. Il peut ainsi associer à la note de musique une fréquence calculée à partir du nombre de dents de la roue et de la vitesse de rotation.

En 1834, Savart construit des roues en laiton d’une largeur de 82 cm, contenant jusqu’à 720 dents. Le dispositif constitué de ces roues, qui peuvent produire des fréquences jusqu’à 24 000 Hz, constitue le premier générateur d’ultrasons. Ce dispositif permet aussi à Savart de mesurer le seuil humain de détection des sons dans les basses fréquences (infrasons) et dans les hautes fréquences (ultrasons).

La roue de Savart sera utilisée jusqu’à la fin du XIXe siècle et permettra de mesurer la capacité auditive de distinguer les clics successifs de la roue.

Toutes ces expériences ont fait la renommée de Savart en France et au-delà. En l’honneur de tous ses apports en acoustique, le nom de Savart a été donné à une mesure de la hauteur du son qui utilise les logarithmes, le savart, intervalle représentant le plus petit son perceptible par l’oreille humaine ; une octave représente 300 savarts.

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1842 L’effet Doppler pour les navires, le son et la lumière

Christian Andreas Doppler naît à Salzbourg en 1803. Il étudie les mathématiques et la physique à l’Institut polytechnique impérial-royal de Vienne, où il devient assistant en 1829. En 1835, il part pour Prague et il est nommé à l’École polytechnique en 1841. Un an plus tard, à l’âge de 38 ans, Doppler donne une conférence à la Société royale des sciences de Bohème et publie en 1842 son ouvrage le plus remarquable, Über das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels (Sur la lumière colorée des étoiles binaires et quelques autres étoiles du ciel). Doppler a publié plus de cinquante articles sur les mathématiques, la physique et l’astronomie.

Les recherches de Christian Doppler seront interrompues par la Révolution hongroise de 1848 ; il retourne alors à Vienne, où il est nommé directeur de l’Institut de physique expérimentale de l’Université en 1850. Il abandonne sa fonction en 1852, car il est atteint de tuberculose.

Il décède à Venise en 1853 et on peut voir sa tombe dans le cimetière de l’île San Michele, en face de Venise.

L’effet Doppler

L’effet Doppler est le changement de fréquence d’une onde par rapport à un observateur qui se déplace par rapport à la source de l’onde. L’exemple courant le plus connu du décalage de fréquence Doppler est le changement de hauteur du son perçu lorsqu’un véhicule actionnant une sirène s’approche et s’éloigne d’un observateur.

Par rapport à la fréquence émise, la fréquence perçue est plus élevée lors de l’approche, identique au moment du passage et plus faible lors de l’éloignement.

Voici quelques extraits de son ouvrage (traduction de l’auteur) :

« Il me semble très remarquable que, pour autant que je sache, dans la théorie de la lumière et du son, ainsi que dans la théorie générale des ondes, presque aucune considération n’a été donnée jusqu’à présent à au moins une circonstance qui peut très bien se produire : il semble que l’on ait complètement ignoré le fait que lorsqu’on parle des ondes lumineuses et sonores, nous sommes en présence de sensations lumineuses et sonores et non pas simplement de processus objectifs.

Si ces vibrations d’éther ou d’air sont reçues et ressenties par l’œil ou l’oreille de n’importe quel observateur, la couleur et l’intensité d’une sensation de lumière, ou la hauteur et la force de tout son, dépendent de ces déterminations purement subjectives, et non pas uniquement de l’état objectif des phénomènes. S’il arrive donc d’une manière ou d’une autre qu’une différence entre le processus objectif et le résultat subjectif apparaisse, alors il faut sans aucun doute adhérer aux sensations subjectives.

Mais là-dessus, cher lecteur, je vous invite à lire les lignes suivantes et conclure par vous-même. »

Doppler parle de l’éther pour la lumière et de l’air pour le son. On sait depuis l’expérience de Boyle (1627-1691) de 1660 que le son ne se propage pas dans le vide, au contraire de la lumière. On considère encore à l’époque de Doppler que la lumière se propage dans un autre fluide : l’éther.

« Tant que l’on suppose que l’observateur et la source des ondes conservent leur position d’origine inchangée, il n’y a bien sûr plus aucun doute que les déterminations subjectives coïncideront complètement numériquement avec les déterminations objectives.

Mais que se passerait-il si, soit l’observateur, soit la source, ou les deux à la fois, changeaient de position, s’éloignaient l’un de l’autre, ou se rapprochaient, et ce, avec une vitesse qui pourrait être comparée à celle à laquelle les ondes avancent ?

Dans ce cas aussi, peut-on s’attendre à une telle correspondance entre les deux phénomènes ?

Je ne pense guère que le lecteur doive se sentir enclin à répondre par l’affirmative à cette question sans examen préalable. »

Doppler pose le problème et il part de l’analogie d’un navire sur l’océan.

« En fait, rien ne semble plus compréhensible, que le chemin et le temps intermédiaires entre deux vagues successives doivent être raccourcis pour un observateur sur un navire lorsque celui-ci se déplace vers la vague, et allongés lorsqu’il s’en éloigne, et qu’en même temps l’intensité de la vague augmente dans le premier cas, et doit nécessairement diminuer dans le second. Selon l’expérience commune, l’observateur sait qu’un navire, qui se dirige droit contre les vagues venant en sens inverse, subit un plus grand nombre et des impacts de vagues beaucoup plus violents qu’un navire au repos ou en mouvement dans le sens de la houle. Mais ce qui est vrai des vagues de l’océan l’est-il aussi pour les ondes sonores ou lumineuses ? Eh bien, il n’y a pratiquement rien de substantiel à opposer à cela.

Nous pensons opportun d’établir les formules nécessaires, très simples, et en les appliquant expérimentalement aux ondes sonores, rendre ainsi un petit service à l’acoustique. »

Suit une démonstration mathématique de l’effet de décalage de fréquence pour une onde en fonction de la vitesse de la source de l’onde et celle de l’observateur.

« Comme on le sait, une oreille exercée peut distinguer des différences de tonalité jusqu’à un quart de ton, et il serait donc seulement nécessaire d’avoir une vitesse d’à peine 17 pieds par seconde pour provoquer une augmentation ou une diminution d’un quart de ton. Si l’on prend maintenant en compte que l’approche ou l’éloignement peut être réciproque, le cas n’est pas inconcevable où à une vitesse mutuelle de 8 pieds par seconde, de petits changements de ton peuvent être perçus par un observateur attentif. »

À l’époque, on ne dispose pas de l’analogie de la sirène de l’ambulance qui nous est familière aujourd’hui. L’effet Doppler sonore sera confirmé expérimentalement par le physicien néerlandais Christoph Buys Ballot (1817-1890) en 1845 en utilisant des musiciens jouant une note calibrée sur un train de la ligne Utrecht-Amsterdam. Doppler s’attache ensuite au sujet qu’il considère comme principal pour sa démonstration : l’astronomie.

« Je veux maintenant me rapprocher de mon objectif en appliquant immédiatement les considérations données ci-dessus aux phénomènes lumineux.

Lorsqu’un objet lumineux, qu’il émette de la lumière ou qu’il soit simplement illuminé, s’approche ou s’éloigne de l’œil d’un observateur avec une vitesse qui est contraire à la vitesse de la lumière, ce mouvement entraîne nécessairement un changement de couleur et d’intensité de la lumière.

L’intensité augmente avec une approche, alors que les changements de couleur du blanc au vert avec une vitesse croissante, à partir de là au bleu et enfin au violet.

Lorsqu’il s‘éloigne, son intensité diminue et la lumière blanche se transforme progressivement en jaune, orange et enfin en rouge.

Si la vitesse est suffisamment élevée, la lumière blanche ou colorée peut même devenir complètement insensible dans les deux cas, en ce que dans le premier cas les intervalles de temps des pulsations individuelles sont trop petits, dans le second, en revanche, trop grands pour être ressentis.

La vitesse des planètes de notre système solaire, même si elles sont au périhélie, est peu importante par rapport à la vitesse de la lumière. La terre se déplace à une vitesse de 4,7 miles par seconde, avec Vénus elle est de 6,7 et avec Mercure 8,3 miles par seconde. Il n’est donc pas étonnant que nous n’ayons pas encore observé de changement de couleur et encore moins une disparition totale.

Si la vitesse de notre terre était au moins dix fois plus grande qu’elle ne l’est réellement, alors toutes les étoiles fixes dans les régions orientales de l’écliptique sans exception devraient apparaître de couleur bleue ou verte, tandis que sur le côté ouest opposé, elles devraient apparaître orange ou rouge. »

On donnera le nom de Doppler à ce décalage en fréquence que l’on observe. Les applications principales de l’effet Doppler concernent l’astronomie et le domaine médical.

L’effet Doppler permet de déterminer directement la vitesse d’une étoile. En étudiant son spectre lumineux, on constate que les raies de couleur sont décalées en longueur d’onde par rapport aux mêmes raies observées en laboratoire. Le décalage d’une raie visible se produit soit vers le rouge, ce qui indique que l’étoile s’éloigne, soit vers le bleu, si elle se rapproche. En médecine, le « Doppler » permet l’étude de la circulation sanguine dans les vaisseaux. On peut ainsi quantifier les débits, les fuites ou des rétrécissements éventuels des vaisseaux.

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1843 Georg Simon Ohm applique la théorie de Fourier à l’acoustique

Georg Simon Ohm naît en 1789 à Erlangen, en Allemagne. Ses parents sont d’origine modeste mais attachent une grande importance à l’éducation de leurs enfants. Martin, le frère cadet de Georg, deviendra d’ailleurs un mathématicien réputé. En 1805, à l’âge de quinze ans, il entre à l’Université de sa ville natale où Karl Christian von Langsdorf (1757-1834) lui enseigne les mathématiques et l’influence fortement. Il obtient un poste d’enseignant en Suisse, qu’il occupe de 1806 à 1811, où il parfait ses connaissances en mathématiques. En 1811, il retourne à l’Université d’Erlangen. Il mène une carrière d’enseignant en mathématiques et en physique dans différentes institutions en Allemagne. Il finit par entrer à l’École polytechnique de Nuremberg en 1833 puis devient en 1852 professeur de physique expérimentale à l’Université de Munich, où il meurt en 1854. Ce qui est actuellement connu sous le nom de « loi d’Ohm » est publié dans le livre Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Le circuit galvanique étudié mathématiquement) en 1827, dans lequel Ohm fournit une théorie mathématique complète du circuit électrique. On y perçoit déjà l’influence de Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) et de son développement des fonctions sinus et cosinus. Ses travaux sont reconnus tardivement ; d’abord par la Royal Society de Londres qui lui décerne la médaille Copley en 1841 et dont il devient membre étranger en 1842, puis finalement en Allemagne où il est nommé membre de l’Académie de Bavière en 1845. Son nom sera donné à l’unité de résistance électrique : l’ohm.

Ohm, l’acousticien sans oreille musicale

Introduit par Jean Baptiste Joseph Fourier dans sa Théorie analytique de la chaleur de 1822, le théorème de Fourier transforme mathématiquement une fonction périodique représentant l’évolution d’un signal dans le temps (propagation de la chaleur, vibrations d’une corde, mouvement des marées, circulation des corps célestes…) en termes de séries de sinus et cosinus.

À l’été 1843, Georg Simon Ohm publie un article peu connu mais important dans l’histoire de l’acoustique : Über die Definition des Tones, nebst daran geknüpfter Theorie der Sirene und ähnlicher tonbildender Vorrichtungen (Sur la définition d’une tonalité avec la théorie associée de la sirène et des dispositifs de production de sons similaires).

Ohm fait une application mathématique du théorème de Fourier à l’analyse des tonalités d’une sirène. Il montre, d’une part, que le son de la sirène contient une fréquence fondamentale correspondant à la hauteur fondamentale du son et, d’autre part, que chaque son émis par la sirène est une somme de fréquences (harmoniques) qui peuvent être représentées par des séries de valeurs sinus et cosinus superposées : une « série de Fourier ». À partir de l’étude de la sirène, Ohm généralise cette abstraction mathématique à tous les sons. Au moment de leur publication, peu de gens reconnaissent l’importance de ces résultats. Aujourd’hui, cette abstraction est familière aux acousticiens puisqu’elle a donné naissance aux « analyseurs », qui sont utilisés dans la visualisation des différentes fréquences des bruits, voire de la musique.

Après un débat avec l’acousticien August Seebeck (1805-1849), Ohm ne mène pas ses recherches acoustiques plus loin, se décrivant comme un acousticien sans oreille musicale.

Ohm était probablement peu intéressé par la musique ou l’acoustique. Deux ans après sa mort, en 1856, le physicien allemand Hermann von Helmholtz (1821-1894) montre expérimentalement la validité du développement mathématique d’Ohm à l’aide d’une série d’expériences sur des résonateurs accordés aux harmoniques des séries de Fourier.

Helmholtz est très intéressé par la musique, l’acoustique et le fonctionnement de notre appareil auditif alors que le seul but d’Ohm était d’établir une définition physique d’un ton sur la base d’une analyse mathématique.

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1849 Antonio Meucci invente le téléphone

Les précurseurs du téléphone

La transmission de la parole est la base de la communication entre les êtres et elle fascine les savants. En 1665, Robert Hooke (1635-1703) imagine déjà la transmission de la parole par un fil métallique entre deux personnes. Mais la vibration générée par l’onde sonore dans le fil transmetteur s’atténue rapidement le long du fil et les applications concrètes se heurtent à l’obstacle de cette atténuation. L’invention de l’électricité au XIXe siècle révolutionne les sciences et ouvre de nouveaux horizons en acoustique.

Plusieurs savants ont l’idée de transformer l’onde sonore en une onde « électromagnétique », ce qui présente plusieurs avantages : la faible atténuation et la vitesse de transmission (vitesse de la lumière) quasi instantanée à l’échelle humaine. En 1838, le premier télégraphe électrique est construit par le physicien et inventeur anglais Wheatstone (1802-1875) et mis en service entre Londres et Birmingham. Chaque lettre est codée en impulsion électrique transmise puis décodée à l’arrivée et il ne s’agit pas d’une transmission de la parole elle-même. Le code de l’Américain Samuel Morse (1791-1872) lié au télégraphe est encore célèbre aujourd’hui.

Les inventeurs du XIXe siècle

Le télégraphiste français Charles Bourseul (1829-1912) énonce le principe du téléphone dans le magazine L’Illustration du 26 août 1854, mais ses supérieurs ne croient pas à la possibilité de réaliser le principe.

L’inventeur italien Innocenzo Manzetti (1826-1877), appelé par les gens de sa région le Léonard d’Aoste, réalise plusieurs expériences de transmission de la parole entre 1860 et 1865. Selon le témoignage du chanoine Édouard Bérard, en 1864, « il a pu transmettre distinctement un discours et une piste musicale jusqu’à deux kilomètres ». En 1865, il présente au journal La Feuille d’Aoste un premier modèle de son système de transmission. Les témoignages sont nombreux, mais Manzetti ne publie aucun écrit et ni ne dépose de brevet pour son « télégraphe vocal », comme il l’aurait nommé.

Le professeur de physique et de musique allemand Johann Philipp Reis (1834-1874) transmet à distance des sons musicaux en 1861. Il baptise sa machine « téléphone ». Il la présente devant l’Association des physiciens de Francfort le 26 octobre 1861, mais ce petit professeur d’une école de province ne reçoit aucun accueil favorable de la communauté scientifique allemande. Une biographie écrite de Sylvanus P. Thomson (1851-1916), professeur de physique à l’Université de Bristol en Angleterre, rend hommage à celui qui aurait pu être considéré comme l’inventeur du téléphone.

Le physicien et inventeur américain Amos Emerson Dolbear (1837-1910) invente le téléphone électrostatique en 1865, mais plus préoccupé par ses activités d’enseignement et de recherche à l’Université Tufts à Medford, dans le Massachusetts, il ne dépose un brevet qu’en 1876. Il est mal défendu par ses avocats lorsque ce brevet est présenté à la commission d’analyse, comme le reconnaîtra le magazine Scientific American en 1881 : « Si Dolbear avait été attentif aux formalités du bureau des brevets, il est possible que le téléphone parlant, aujourd’hui si largement crédité à Monsieur Bell, serait recueilli parmi ses propres lauriers. »

Antonio Meucci, l’inventeur du téléphone reconnu à titre posthume

Antonio Meucci naît en 1808 à Florence. À partir de novembre 1821, il y fréquente l’Académie des Beaux-Arts pendant six ans, où il apprend les arts et les sciences. L’Académie de Florence est en effet pourvue d’une riche bibliothèque et d’un laboratoire de conception et de réalisation de machines et d’instruments de physique. Meucci est aussi actif dans les organisations qui militent pour l’indépendance et l’unification de l’Italie. Il sera d’ailleurs l’ami de Garibaldi (1807-1882) qu’il hébergera plus tard à New York. En 1833, Meucci est emprisonné pendant trois mois pour ses activités politiques. Il est engagé dans le prestigieux Teatro della Pergola de Florence comme mécanicien de scène. Il y applique et perfectionne les notions techniques qu’il a apprises à l’Académie et il construit un système d’interphonie acoustique (comme il en existe dans les navires) pour assurer la communication entre la scène et les cintres, permettant de transmettre les ordres de changement de décor sans perturber le spectacle. Ce « téléphone acoustique » est toujours en service aujourd’hui.

En 1835, il doit quitter l’Italie et part pour Cuba avec la troupe du théâtre de Florence. L’impresario catalan de la troupe, Francisco Martí y Torrens (1786-1866), lui a obtenu un contrat pour travailler au théâtre Tacon de Cuba. Meucci restera à Cuba jusqu’en 1850. Il y perfectionne ses connaissances en électricité et participe notamment à des expériences d’électrothérapie sur des patients. Au cours de l’une d’elles, en 1849, Meucci, situé dans une pièce voisine où se trouve le générateur électrique, entend la voix d’un patient qui tient une cuiller de cuivre en bouche reliée à un fil électrique. Il a l’impression que la voix se transmet par la cuiller et l’installation électrique jusqu’à la spatule de cuivre que Meucci tient en main. Il renouvelle l’expérience en isolant la cuiller et il n’entend plus la voix. Il se rend compte qu’il vient de réaliser la première transmission de la parole par voie électrique.

En 1850, son contrat à Cuba n’est plus renouvelé et il quitte l’île pour New York, n’étant toujours pas le bienvenu en Italie. Meucci construit un atelier de fabrication de bougies stéariques (la première usine du genre en Amérique), selon un procédé qu’il a lui-même conçu. Il construit également un système de communication par téléphone entre son atelier et sa maison pour communiquer avec sa femme, atteinte de rhumatisme articulaire et qui a du mal à se déplacer.

Garibaldi, qui est également arrivé à New York après l’échec de la première guerre d’indépendance de l’Italie en 1849, est hébergé par Meucci pendant un an avec un autre partisan de l’indépendance italienne.

Les affaires de Meucci ne sont pas florissantes. Il poursuit toutefois ses recherches sur le téléphone, essaye et met au point avec succès plusieurs types de combinés. En 1867-1868, il réalise un téléphone très performant et résout les problèmes essentiels des communications à longue distance, tels que le circuit dit « antilocal », la « charge inductive de ligne » et la signalisation d’appel. Entre 1860 et 1861, Meucci publie une description de son invention dans le journal Eco d’Italia à New York. Les exemplaires de ce journal pour l’année 1860 et 1861 ont curieusement disparu aujourd’hui de toutes les archives et bibliothèques américaines. Il fonde en 1871 la société Telettrofono, avec trois associés italiens, dans le but de poursuivre les expériences et la fabrication du « Telettrofono ».

Parallèlement, Meucci s’estime prêt et décide de déposer un brevet. Ses associés et lui-même ne roulent pas sur l’or et ils ne peuvent déposer qu’un « caveat », ou « avertissement de brevet », qui ne requiert qu’une mise de fonds de départ modeste mais nécessite un renouvellement annuel de 10 dollars (au lieu d’un budget de départ de 250 dollars pour un brevet complet). Fin 1874, il ne peut renouveler son brevet qui tombe de ce fait dans le domaine public. Meucci contacte le directeur d’une compagnie de télégraphes en 1872, la Western Union, pour lui montrer son « télégraphe parlant » et lui propose de réaliser un essai dans ses bureaux. Le directeur de la compagnie diffère la rencontre pendant deux ans et prétend finalement avoir perdu le prototype et les documents que Meucci lui a laissés.

Un siècle plus tard, on prouvera qu’Alexander Graham Bell a travaillé dans le laboratoire où ont été entreposés les appareils de Meucci… et on retrouvera une traduction des notes de Meucci datant de 1874 dans des documents archives de la société Bell Telephone.

En mars 1876, Alexandre Graham Bell (1847-1931) dépose un brevet du téléphone qu’il a « développé » au cours des dernières années. Il fonde la Bell Telephone Company, notamment avec les moyens financiers de son beau-père, Gardiner Greene Hubbard (1822-1897), avocat et homme d’affaires. Il montre son appareil à l’Exposition internationale de Philadelphie en 1876 et aussi à Londres, où il installe un téléphone à la Chambre des Communes. Il reçoit ainsi la consécration internationale. Meucci protestera contre la légalité du brevet de Bell, y compris devant la justice américaine, jusqu’à sa mort. Mais ses protestations resteront vaines face à la richesse et à la puissance grandissante de Bell. Meucci sera toutefois soutenu par la communauté italienne et la presse. En 1885, un article est ainsi publié par le Chicago Herald qui compare les téléphones de Bell et de Meucci. Le travail et les revendications de Meucci sont largement traités dans ce document. Le supplément no 520 de la célèbre revue Scientific American de décembre 1885 présente aussi les découvertes de Meucci, antérieures à celles de Bell.

En 1887, le gouvernement des États-Unis décide d’annuler le brevet délivré à Bell pour fraude et fausse déclaration, mais Graham Bell conteste et l’affaire va jusqu’à la Cour suprême des États-Unis qui juge le recours de Bell recevable et renvoie le dossier pour examen. Finalement, la justice américaine refuse d’annuler le brevet de Bell sous le prétexte grossier que le téléphone de Meucci serait mécanique et non électrique. Les actions en justice traînent en longueur pendant que la Bell Telephone Company poursuit son expansion.

Meucci meurt dans la misère en 1889, à l’âge de 81 ans. Ses actions en justice s’arrêtent, mais pas le soutien de la communauté italienne. Guglielmo Marconi (1874-1937), l’un des inventeurs de la radio, prendra sa défense et fera notamment réaliser une réplique de son invention.

L’historien italo-américain Giovanni E. Schiavone (1898-1983) publie un ouvrage de recherche historique en 1958 où il démontre l’antériorité des découvertes de Meucci sur celles de Bell qui, selon lui, n’aurait jamais dû obtenir le brevet déposé en 1876. Dans cet ouvrage, il qualifie ainsi les rendus de la justice américaine en la matière d’« indiscutablement l’une des plus éclatantes erreurs judiciaires dans les annales de la justice américaine » et le refus d’annuler le brevet de Bell comme « l’une des plus malhonnêtes sentences dans les annales de l’Amérique et non seulement malhonnêtes, mais outrageusement offensantes ».

Ce livre impressionne Basilio Catania (1926-2010), directeur général du Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni, l’un des plus importants organismes de recherche italien en télécommunications. Catania reprend les actions pour réhabiliter Meucci, y compris lorsqu’il prend sa retraite, et ce, pendant plus de trente ans. Sa réputation internationale lui permet d’avoir accès à toute une série de documents. Il publie plus d’une centaine d’articles ainsi qu’un volumineux ouvrage en deux tomes pour réhabiliter Meucci et il obtient finalement en 2002 un arrêt de la Chambre des représentants des États-Unis qui reconnaît Meucci comme l’inventeur du téléphone et reconnaît même implicitement que Graham Bell a probablement été inspiré par les travaux de ce dernier.

Voici le texte de cette résolution :

« Attendu qu’Antonio Meucci, le grand inventeur italien, a eu une carrière à la fois extraordinaire et tragique ; attendu qu’après avoir immigré à New York, Meucci a continué à travailler avec une vigueur incessante sur un projet qu’il avait commencé à La Havane, Cuba, une invention qu’il a appelée plus tard le “teletrofono”, impliquant des communications électroniques ; attendu que Meucci a mis en place un lien de communication rudimentaire dans sa maison de Staten Island qui reliait le sous-sol au premier étage, et plus tard, lorsque sa femme a commencé à souffrir d’arthrite invalidante, il a créé un lien permanent entre son laboratoire et la chambre au deuxième étage de sa femme ; attendu qu’ayant épuisé la plupart de ses économies pour poursuivre son travail, Meucci n’a pas pu commercialiser son invention, bien qu’il l’ait démontrée en 1860 et en ait fait publier une description dans un journal en italien de New York ; attendu que Meucci n’a jamais appris l’anglais assez bien pour naviguer dans la complexe communauté des affaires américaine ; attendu que Meucci n’a pas été en mesure de réunir des fonds suffisants pour financer le processus complet de demande de brevet, et a donc dû se contenter d’un caveat, une annonce renouvelable chaque année d’un brevet imminent, caveat qui a été déposé pour la première fois le 28 décembre 1871 ; attendu que Meucci a appris plus tard que le laboratoire affilié à Western Union aurait perdu ses modèles de travail, et Meucci, qui, à ce stade, vivait de l’aide publique, n’a pas été en mesure de renouveler le caveat après 1874 ; attendu qu’en mars 1876, Alexander Graham Bell, qui a mené des expériences dans le même laboratoire où les équipements de Meucci avaient été déposés, a obtenu un brevet et a ensuite été crédité d’avoir inventé le téléphone ; attendu que le 13 janvier 1887, le gouvernement des États-Unis a demandé l’annulation du brevet délivré à Bell pour fraude et fausse déclaration, une affaire que la Cour suprême a jugée recevable et renvoyée pour procès ; attendu que Meucci est décédé en octobre 1889, que le brevet de Bell a expiré en janvier 1893 et que l’affaire a été abandonnée comme sans objet sans jamais atteindre la question de fond sous-jacente du véritable inventeur du téléphone ayant droit au brevet ; et attendu que si Meucci avait été en mesure de payer les frais de 10 $ pour maintenir le caveat après 1874, aucun brevet n’aurait pu être délivré à Bell : Maintenanm, par conséquent, qu’il soit acté que c’est le sentiment de la Chambre des représentants que la vie et les réalisations d’Antonio Meucci doivent être reconnues, et son travail dans l’invention du téléphone doit être publiquement établi. »

La communauté italienne tout entière aura donc défendu Antonio Meucci pendant plus d’un siècle après sa mort pour finalement réussir à le réhabiliter entièrement. Aujourd’hui, on peut visiter un musée Garibaldi-Meucci, voisin de la propriété de Meucci à Staten Island. Le maire de New York, Rudolph Giuliani (né en 1944), d’origine italienne, instaurera en 2000 le « Meucci day » au 1er mai.

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1851 Alfonso Corti décrit notre oreille interne

Alfonso Giacomo Gaspare Corti naît à Gambarana, en Lombardie, près de Pavie, en 1822, dans une famille noble italienne.

Il montre rapidement de l’intérêt pour les sciences naturelles et s’inscrit en médecine à l’Université de Pavie. En 1845, contre la volonté paternelle, Corti part à Vienne terminer ses études et travailler à l’institut d’anatomie de Joseph Hyrtl (1810,-1894), sujet qui l’intéresse plus que les enseignements de l’Université de Pavie. Il obtient son diplôme de médecine en 1847 avec une thèse sur le système sanguin d’un reptile. Il devient ensuite assistant auprès du professeur Hyrtl.

Avec le déclenchement de la Révolution de 1848, il quitte Vienne et, après un bref service militaire en Italie, rend visite à d’éminents scientifiques à Berne, Londres et Paris.

Au début de 1850, Corti reçoit l’invitation de l’anatomiste suisse Albert Kölliker (1817-1905) et s’installe à Würzburg. Au laboratoire Kölliker, il commence à travailler sur le système auditif des mammifères.

Corti passe une courte période à Utrecht, où il rend visite aux professeurs hollandais Jacobus Schroeder van der Kolk (1797-1862) et Pieter Harting (1812-1885). Au cours de son séjour, il apprend à utiliser des méthodes pour conserver plusieurs préparations de la cochlée. D’Utrecht, il retourne à Würzburg pour terminer ses recherches au cours desquelles il peut disséquer au moins 200 cochlées humaines et de différents animaux.

Il publie son article célèbre, « Recherches sur l’organe de l’ouïe des mammifères », en français en 1851 dans le journal Kölliker Zeitschrift für wissenschaftliche Zoologie.

La même année, après la mort de son père, il hérite du titre de « Marchese de San Stefano Belbo » et retourne en Italie.

En 1855, Corti épouse la fille d’un noble voisin, Maria Bettinzoli, avec qui il aura une fille, Bianca, et un fils, Gaspare. Son épouse décède prématurément en 1861. Corti développe progressivement une maladie dégénérative, une arthrite déformante, et les quinze dernières années de sa vie seront marquées par la progression inexorable de sa maladie.

Il meurt dans son domaine de Corvino San Quirico en 1876.

Alfonso Corti a décrit de manière précise et valide le comportement de l’oreille interne et beaucoup de ses observations restent encore valides aujourd’hui.

Il n’a pas pu décrire le fonctionnement du nerf auditif raccordé à l’oreille interne, ce qui sera réalisé par le physicien hongrois Georg von Békésy (1899-1972) un siècle plus tard et vaudra à von Békésy et son équipe le prix Nobel de médecine en 1960.

Il a réalisé et publié l’ensemble de ses travaux entre sa vingt-cinquième et sa trente-deuxième année et il meurt presque inconnu.

C’est le professeur Albert Kölliker, entre autres, qui lui rendra hommage, décrira en détail ses découvertes et donnera le nom d’« organe de Corti » à l’oreille interne.

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1855 Le laryngoscope de Manuel Garcia

Manuel Vicente Patricio Rodríguez Sitches dit Manuel Garcia (junior) est un professeur de chant, né à Madrid en 1805 dans une famille de musiciens et de chanteurs et décédé à Londres en 1906, à l’âge de 101 ans. Son père, Manuel Garcia (1775-1832), et sa mère, Joaquina Sitches Briones (1778-1864), sont des chanteurs d’opéra célèbres. Manuel Garcia père est aussi professeur de chant et le couple destine ses enfants à une carrière de chanteur. Comme ses sœurs, Manuel reçoit une éducation musicale dès son plus jeune âge. La plus jeune sœur, Maria Felicia (1808-1836), sera l’une des plus célèbres cantatrices de tous les temps, connue sous le nom de « La Malibran », du nom de son mari. Elle décédera tragiquement des suites d’une chute de cheval à l’âge de 28 ans, ce qui contribuera à sa légende. Pauline, l’autre sœur de Manuel, devient pianiste accompagnatrice.

Manuel Garcia junior épouse une autre cantatrice, Eugénie Mayer (1814-1880), et leurs enfants feront également une carrière musicale. La famille Garcia s’installe à Paris. En 1828, Manuel décide d’abandonner la carrière de chanteur après une tournée difficile et il s’engage dans l’armée française. Il est affecté aux hôpitaux militaires où il apprend l’anatomie et en particulier l’anatomie du larynx, qui l’intéressait quand il était chanteur. Il devient professeur de chant, comme son père, à partir de 1829 et est nommé professeur au Conservatoire de Paris en 1835. Manuel Garcia essaye de comprendre comment fonctionne l’organe vocal, sa double formation médicale et musicale lui est bien sûr très utile et il publie son premier Traité complet de l’art du chant en 1840. Il l’enrichira et le complétera par la suite avec de nouvelles éditions en 1847, 1851 et 1857, année où il publie son Nouveau traité complet de l’art du chant en deux parties. Cet ouvrage sera encore réédité plusieurs fois mais sans changement jusqu’en 1884. Il met au point un appareil destiné à observer les cordes vocales, le laryngoscope, lors de la production de la voix. Cet appareil consiste en un petit miroir situé au bout d’un manche que l’on enfonce dans la bouche, comme le font les dentistes aujourd’hui.

En 1848, Manuel Garcia quitte Paris à la suite de la Révolution et s’installe à Londres. Il obtient un poste de professeur de chant à la Royal Academy of Music, où il enseignera jusqu’en 1895. Son enseignement devient très apprécié et il formera de nombreux chanteurs d’opéra très célèbres.

Un tableau de lui est réalisé en son honneur par le peintre américain John Singer Sargent (1856-1925) à l’occasion de son centenaire en 1905. Il meurt à Londres l’année suivante.

Le laryngoscope

Le médecin anglais Benjamin Guy Babbington (1794-1866) a déjà examiné ses patients avec un appareil proche du laryngoscope en 1829. Manuel Garcia développe le laryngoscope pour observer la voix chantée, sur lui-même et sur d’autres personnes. Cela lui permet de bien comprendre comment fonctionne l’organe vocal, comment les registres vocaux sont générés et il utilise ces connaissances dans le cadre de son enseignement. Par la suite, le médecin Ludwig Türck (1810-1868), professeur de médecine à Vienne, améliore le dispositif de Garcia et publie en 1860 un Manuel de laryngoscopie. Au même moment, le physiologiste hongrois Johann Nepomuk Czermak (1828-1873) développe largement la laryngoscopie en médecine et publie aussi un ouvrage en 1860, Du laryngoscope et de son emploi en physiologie et en médecine.

En 1943, le médecin britannique Robert Reynolds Macintosh (1897-1989) met au point des lames courbes et obtient un modèle très proche de celui qui est encore utilisé aujourd’hui en médecine.

L’apport de Manuel Garcia

Manuel Garcia veut améliorer la technique vocale par une meilleure connaissance du fonctionnement du larynx. Le premier chapitre de la Méthode Garcia, qu’il publie en 1840, est précédé d’une description abrégée de l’appareil phonatoire et d’importants extraits du Mémoire sur la voix humaine qu’il soumet parallèlement à l’Académie des sciences de Paris en 1840. On sait à l’époque de Garcia qu’il existe trois registres de voix : la voix de poitrine, la voix de tête, plus aiguë, et un régime intermédiaire appelé « fausset ». Par registre, on entend les sons produits par un même régime de fonctionnement de l’organe vocal. Garcia pressent, dès ses débuts comme chanteur et professeur de chant, que le régime de fausset et le régime de tête proviennent du même mécanisme de génération vocale. Il en fait déjà part à l’Académie des sciences de Paris dans sa présentation en 1840 et il l’indique dans son premier Traité complet de l’art du chant de la même année. Pour la présentation publique de son Mémoire devant l’Académie le 12 avril 1841, Garcia vient accompagné de chanteurs qui font des démonstrations vocales. Il fait entendre aux membres du jury l’alternance de la même note chantée en poitrine et en fausset. Ensuite, il fait constater qu’après une inspiration maximale, une note tenue en poitrine dure comparativement plus longtemps que la même note tenue en fausset avec la même intensité. Les membres de l’Académie mesurent la durée avec un pendule et concluent, après plusieurs essais, que la dépense d’air étant significativement différente, il s’agit bien de deux modes distincts d’émission de la voix.

Les expérimentations ultérieures de Garcia faites à l’aide du laryngoscope confirmeront par la suite ses hypothèses et il présente ses Observations physiologiques sur la voix humaine à la Royal Society of London en 1855. À partir de cette date, il regroupe les registres de fausset et de tête en un seul registre qu’il appelle « fausset-tête » pour conserver les dénominations antérieures et ne pas trop perturber les chanteurs et professeurs de chant pour qui les expérimentations scientifiques ne sont pas forcément essentielles.

Avec Garcia, les registres de chant deviennent donc basés sur des mécanismes du larynx. Il en fait une description très pédagogique et accessible à tous. Il montre aussi que lorsqu’un chanteur passe d’un registre à l’autre, par exemple de poitrine à fausset-tête, une sorte de hoquet se produit, que l’on appelle le coup de glotte et qui se traduit physiologiquement par une modification du système laryngé. Aujourd’hui, les outils d’observation scientifique ont beaucoup évolué et ont confirmé ses expérimentations. Manuel Garcia reste le plus grand observateur de la production vocale, grâce à ses connaissances à la fois vocales et scientifiques.

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1856 Le compte-rendu d’acoustique architecturale de Joseph Henry

Joseph Henry (1797-1878) est un physicien américain connu pour ses travaux en électromagnétisme ; l’unité internationale d’inductance électrique a d’ailleurs été appelée le « henry » en son honneur. En 1847, Joseph Henry devient le secrétaire de la Smithsonian Institution, institution de recherche scientifique américaine dont le siège est à Washington. Il est ainsi amené à gérer des travaux de rénovation et notamment l’aménagement d’une salle de conférence dans le siège de l’institution.

Joseph Henry, qui ne maîtrise probablement pas l’acoustique architecturale, réalise une série d’expériences acoustiques et il en appliquera les résultats en vue d’une bonne intelligibilité de la parole dans le cadre de l’aménagement de cette salle de conférence.

Il en fait le compte-rendu oralement devant l’American Association Adv. of Science. Le contenu de cette conférence figure dans ses œuvres complètes.

Joseph Henry indique, en 1856, combien il est important d’intégrer les études acoustiques dès les premiers stades de la conception architecturale, que celle-ci doit avoir un but utilitaire et pas seulement être une œuvre d’art et que l’architecture varie d’une époque à une autre et est fonction de son environnement. Henry nous montre que l’acoustique architecturale est une science qui à la fois obéit à des concepts théoriques et nécessite des expérimentations. Il a vérifié jusqu’à quelle distance il était possible de bien comprendre un orateur lorsque l’on est face à lui, sur le côté ou derrière lui.

« Dans un cercle de 30 mètres de diamètre, le locuteur au centre, et l’auditeur placé successivement en différents points de la circonférence, la voix était entendue le plus distinctement directement devant, progressivement moins de chaque côté, jusqu’à ce qu’à l’arrière elle soit à peine audible. Le rapport de distance pour une audition distincte directement devant, sur les côtés et à l’arrière était d’environ 30 mètres, 25 mètres et 10 mètres. Ces nombres peuvent servir à déterminer la forme sous laquelle un public doit être disposé dans un champ ouvert afin que ceux à la périphérie de l’espace peuvent tous avoir une occasion favorable d’entendre, bien qu’une telle disposition ne doive pas être recommandée comme forme d’une salle avec un mur réfléchissant serait derrière l’orateur. »

Il a également déterminé expérimentalement l’intervalle de perceptibilité de deux sons successifs, c’est-à-dire quand une réflexion sonore est perçue comme un écho gênant pour l’intelligibilité de la parole et quand elle est favorable à cette intelligibilité en renforçant la voix. Il a ainsi pu déterminer que cet intervalle de perceptibilité est d’1/16 de seconde, ce qui correspond à une distance de 10 mètres.

« Le son aussi, en rencontrant un objet, est réfléchi conformément à la loi de la lumière, rendant l’angle d’incidence égal à l’angle de réflexion. Cependant, la tendance à la divergence dans un seul faisceau sonore semble être beaucoup plus grande pour le son que dans le cas de la lumière. La loi semble néanmoins bien respectée pour tous les faisceaux réfléchis dans une direction proche de la perpendiculaire. C’est de la loi de propagation et de réflexion du son que dépend la philosophie de l’écho. Connaissant la vitesse du son, il est facile de calculer l’intervalle de temps qui doit s’écouler entre l’impulsion originelle et le retour de l’écho. Le son se déplace à la vitesse de 340 mètres en une seconde à la température de 15 °C.

Il est connu par l’expérience universelle qu’aucun écho n’est perceptible à partir d’un mur proche, bien que dans tous les cas une réflexion soit renvoyée à l’oreille. La raison en est que l’oreille ne peut pas distinguer la différence entre des sons similaires, comme celui de l’impulsion originale et de sa réflexion si elles se succèdent à moins d’un intervalle donné, qui ne peut être déterminé que par une expérience réelle, et comme il s’agit d’un élément important dans la construction des bâtiments, on a tenté de le déterminer avec un certain degré de précision.

À cet effet, l’observateur a été placé immédiatement devant le mur de l’extrémité ouest du bâtiment Smithsonian à une distance de 30 mètres ; les mains ont ensuite été frappées ensemble. Un écho distinct a été perçu; la différence entre le temps du passage de l’impulsion de la main à l’oreille, et celui de la main à la paroi et de retour à l’oreille, était suffisamment grande pour produire deux impressions tout à fait distinctes.

L’observateur s’est ensuite progressivement approché du bâtiment jusqu’à ce qu’aucun écho ou prolongement perceptible du son ne soit observé. En mesurant avec précision cette distance et en la doublant, nous trouvons l’intervalle d’espace dans lequel deux sons peuvent se succéder sans apparaître séparément. Mais si deux rayons sonores parviennent à l’oreille après avoir parcouru des distances dont la différence est plus grande que celle-ci, ils produisent l’effet de sons séparés. Cette distance, nous l’avons appelée la limite de la perceptibilité en termes d’espace. Si nous convertissons cette distance avec la vitesse du son, nous déterminons la limite de la perceptibilité dans le temps. Dans l’expérience réalisée, la limite de la distance dans ce cas était d’environ 10 mètres, variant peut-être légèrement avec l’intensité du son et l’acuité des différentes oreilles. Cela donnera environ le seizième de seconde comme limite de temps nécessaire à l’oreille pour distinguer séparément deux sons similaires. De cette expérience nous apprenons que le son réfléchi peut tendre à renforcer l’impression ou à la perturber, selon que la différence de temps entre les deux impressions est supérieure ou inférieure à la limite de la perceptibilité. »

Il parle encore de l’amélioration de l’intelligibilité de la parole grâce à une surface réfléchissant le son proche de l’orateur : « Un avantage important peut être tiré du principe de réflexion du son par une disposition appropriée des surfaces réfléchissantes derrière l’orateur. On voit fréquemment dans les églises, comme pour diminuer l’effet de la voix du prédicateur, une masse de draperies placée directement au fond de la chaire. Quelque satisfaisante que cela puisse être d’un point de vue esthétique, cela va certainement à l’encontre des arrangements acoustiques corrects, dont le grand objet devrait être de marier chaque articulation de la voix, et de la transmettre sans mélange avec d’autres impulsions et avec aussi peu de perte que possible aux oreilles du public. »

Joseph Henry introduit la notion de réverbération près de cinquante ans avant Wallace Clement Sabine, le créateur de l’acoustique des salles modernes.

« Un autre effet de la transmission de toutes les réflexions du son est celui qu’on appelle la réverbération, qui consiste en un son prolongé, et qui est bien plus fréquemment la cause de l’imprécision de la perception des articulations du locuteur que le simple écho.

La réverbération est produite par la réflexion répétée d’un son sur les murs de la salle. Si par exemple une seule impulsion a lieu au milieu d’une longue salle aux parois nues et perpendiculaires, une impulsion passera dans chaque sens, se reflétera sur les parois, se recroisera au point d’origine, se reflétera à nouveau, et ainsi de suite jusqu’à ce que l’impulsion d’origine soit entièrement absorbée par les matériaux solides qui la confinent.

L’impression sera conservée sur l’oreille pendant l’intervalle de transmission de deux ondes successives, et ainsi un son continu sera maintenu, en particulier si les murs de n’importe quelle partie de la pièce sont à moins de 30 pieds de l’oreille.

Il sera évident d’après cela que chaque pièce a une acoustique propre, et que pour un son de la hauteur appropriée, elle résonnera avec une grande force. Il doit être évident aussi que la persistance d’un seul son et la tendance à la confusion dans la perception distincte dépendront de plusieurs conditions : d’abord, de la taille de la salle ; deuxièmement, de la force du son ou de l’intensité de l’impulsion ; troisièmement, de la position des surfaces réfléchissantes ; et quatrièmement, de la nature du matériau des surfaces réfléchissantes. En ce qui concerne le premier d’entre eux, plus la pièce est grande, plus il faudra de temps pour que l’impulsion le long de la hache atteigne le mur ; et si nous supposons qu’à chaque collision une partie de la force d’origine est absorbée, il faudra le double du temps pour l’éteindre totalement dans une pièce double de la taille, car, la vitesse du son étant la même, le nombre de collisions dans un temps donné sera l’inverse de la distance que doit parcourir le son. »

Henry traite ici de l’importance de l’orientation des parois sur la réverbération de la salle. Une salle avec des parois non parallèles aura une réverbération plus courte qu’une salle parallélépipédique de même volume.

« La continuité de la réverbération dépendra de la position des surfaces réfléchissantes. Si celles-ci ne sont pas parallèles les unes aux autres, mais obliques, de manière à réfléchir le son non pas à l’opposé mais au mur adjacent, sans passer par l’axe le plus long de la pièce, il sera évidemment plus vite absorbé. Tout obstacle, également, qui pourrait tendre à casser l’onde et perturber la réflexion dans l’axe de la pièce servira à diminuer la résonance de la salle.

Par conséquent, bien que les panneaux, le plafond et l’introduction d’une variété de surfaces obliques n’empêchent pas un écho isolé, pourvu que la distance soit suffisamment grande et le son suffisamment fort, mais qu’ils n’ont cependant aucun effet important sur l’arrêt de la résonance est évident à partir de la théorie et de l’expérience.

Dans une pièce de 20 m² dans laquelle la résonance d’un seul son intense durait six secondes, lorsque des caisses et d’autres objets étaient placés le long des murs, sa durée était réduite à deux secondes. »

Joseph Henry montre également l’importance de la nature des parois sur la réverbération : des parois lisses et réfléchissantes vont allonger la réverbération.

« Enfin, la durée de la résonance dépendra de la nature du matériau de la paroi. Une correction a toujours lieu à la surface d’un nouveau milieu, et la quantité de celle-ci dépendra de la force élastique ou du pouvoir de résister à la compression et de la densité du nouveau milieu. Par exemple, un mur d’azote, s’il pouvait être réalisé, transmettrait presque la totalité d’une onde sonore dans l’air et n’en réfléchirait qu’une très petite partie ; une cloison de papier de soie produirait à peu près le même effet. Cependant, une paroi d’acier poli, d’une épaisseur suffisante pour ne pas céder, refléterait en pratique toute l’impulsion de l’air qui tomberait sur elle. »

Il nous décrit ensuite l’application des expérimentations réalisées à l’étude acoustique concrète de la salle de conférence de la Smithsonian Institution.

« Je vais maintenant décrire brièvement la salle de conférence de la Smithsonian Institution, qui a été construite conformément aux faits et aux principes énoncés précédemment, dans la mesure du moins où ils pouvaient être appliqués. Il y avait un autre objectif dans la construction de cette salle en plus de l’intelligibilité précise : la vision distincte. Il était souhaitable que chacun eût l’occasion de voir les expériences qui pouvaient être faites, ainsi que d’en entendre distinctement l’explication.

Par une heureuse coïncidence de principes, il arrive que les dispositions pour assurer la vue dégagée ne gênent pas celles nécessaires à une audition distincte. La loi du Congrès autorisant l’établissement de la Smithsonian Institution a ordonné qu’une salle de conférence soit fournie ; et en conséquence, dans le premier plan, la moitié du premier étage du bâtiment principal était consacrée à cette fin. Il s’est avéré impossible cependant de construire une salle sur des principes acoustiques dans cette partie du bâtiment, qui était nécessairement occupée par deux rangées de colonnes.

Le seul endroit convenable qui pouvait être trouvé était donc au deuxième étage. Le bâtiment principal mesure 60 mètres de long et 15 mètres de large ; mais en plaçant la salle de conférence au milieu de l’étage, une plus grande largeur a été obtenue au moyen des piliers en saillie.

La galerie principale a la forme d’un fer à cheval occupant trois côtés de la salle. Le podium de l’orateur est placé entre deux parois obliques. Les angles de la pièce coupés par ces murs offrent des niches pour les escaliers des galeries. Les coins opposés sont également cloisonnés de manière à offrir des évidements dans le même but. La hauteur générale de la salle est quelque peu évasée, et l’orateur est placé pour ainsi dire dans l’embouchure d’une immense trompette.

Le son de sa voix et celui de la réflexion immédiatement derrière lui sont projetés en avant vers le public ; et comme la différence de distance parcourue par les deux rayons est bien dans les limites de la perceptibilité, aucune perturbation n’est produite par le son réfléchi sur le son direct.

Encore une fois, en raison des murs obliques derrière le podium et de la multitude de surfaces, y compris la galerie, les piliers, les écrans d’escalier, etc., ainsi que le public, directement devant, toute réverbération est limitée. Les murs derrière le podium sont composés de bois et de plâtre, et ont donc tendance à donner un son plus intense mais moins prolongé que s’ils étaient en maçonnerie lourde. Ils sont également destinés à bien mettre en évidence l’affichage de plans. Les sièges sont disposés en courbes et étaient destinés à s’élever selon une courbe “panoptique”, proposée à l’origine par le professeur Bache, qui permet à chaque individu de voir au-dessus de la tête de la personne qui se trouve immédiatement devant lui. La forme originale de la pièce ne permettait cependant pas que cet objectif soit pleinement réalisé, et donc l’élévation est quelque peu inférieure à ce que la courbe indiquerait. Le plafond est de 7,5 mètres de haut, et donc dans la limite de perceptibilité. Il est parfaitement lisse et ininterrompu à l’exception d’une ouverture ovale presque au-dessus du podium à travers laquelle la lumière pénètre. Aucun écho n’est émis du plafond, tandis que celui-ci aide l’ouïe dans la galerie par la réflexion à cet endroit des rayons obliques.

L’architecture de cette salle est due au capitaine D. S. Alexander, du corps des ingénieurs topographiques qui a pleinement apprécié tous les principes du son que j’ai donnés, et a varié ses plans jusqu’à ce que toutes les conditions requises soient remplies dans la mesure du possible. »

Cette présentation peu connue, très concrète et claire par un savant éminent dans une branche de la science qu’il ne maîtrisait probablement pas avant de l’expérimenter mériterait d’être lue dans toutes les écoles d’acoustique architecturale.

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1857 Le phonautographe de Martinville

Édouard-Léon Scott de Martinville naît en 1817 à Paris. Sa noble famille est d’origine écossaise et est établie en Bretagne depuis plus de deux siècles. Typographe et libraire, Édouard Scott recherche un moyen mécanique d’enregistrer la parole. Il crée la première machine capable de faire la trace graphique d’un son. Il dépose un dossier décrivant son fonctionnement à l’Académie des sciences en 1857.

La commission d’examen trouve le dossier intéressant, mais elle estime qu’il nécessite un complément avec la réalisation d’un vrai phonautographe. Scott reçoit l’aide de Karl Rudolph Koenig (1832-1901) pour la réalisation. Le brevet est validé le 25 mars 1857 : « Phonautographie de la voix humaine à distance », Édouard-Léon Scott (brevet d’invention no 31.470, archives de l’INPI).

Scott de Martinville vend quelques dizaines de phonautographes à des établissements d’enseignement et des laboratoires scientifiques qui s’en servent pour étudier les sons. Scott et Kœnig n’ont pas en vue la même utilisation pour l’appareil : Kœnig, lié aux milieux scientifiques, est plus conscient des exigences des chercheurs ; Scott est plus intéressé par la parole et a des vues plus larges notamment pour le théâtre, la lecture de textes en général et la phonétique. Le dossier du phonautographe est traduit en anglais et présenté aux scientifiques de Londres ainsi qu’à Vienne par Koenig. L’intérêt de la communauté scientifique se porte plus sur Koenig que sur Scott, pourtant l’artisan inventeur. Ce dernier en gardera une grande amertume. Il écrit dans l’introduction de son dernier livre mémoire de 1878 : « Je ne demande pour mes efforts qu’une seule récompense [...] de ne pas oublier de prononcer mon nom dans cette affaire. »

Scott ne fera pas fortune avec son invention qui reste le premier instrument enregistrant une vibration acoustique de l’air. Il meurt libraire vendeur d’estampes et de photographies à Paris en 1878, alors que naît le phonographe.

En 2008, un groupe de chercheurs américains ayant retrouvé des enregistrements de Scott de 1860 (les plus anciens actuellement connus) parvient à restituer le son d’une voix chantant Au clair de la lune. La voix serait celle de Scott de Martinville lui-même chantant lentement pendant vingt secondes. Gloire lui est rendue cent cinquante ans après son invention.

Description du phonautographe d’Édouard-Léon Scott de Martinville

Voilà comment la cinquante-cinquième leçon du cours de physique de l’École polytechnique, De l’évaluation numérique des sons, décrit le fonctionnement du phonautographe.

Le phonautographe.

« Monsieur Scott est parvenu à obtenir le tracé graphique d’un son ou d’un mélange quelconque de sons, transmis à travers l’air, au moyen d’un instrument qu’il a nommé phonautographe. Tel qu’il est construit par M. Koenig, le phonautographe se compose d’un paraboloïde en tôle de zinc, terminé par un anneau sur lequel un second anneau maintient tendue une membrane très mince.

Une pièce mobile, qui par une pointe appuie sur la membrane, sert à en modifier convenablement la tension. Le style, formé d’une soie de sanglier et terminé par une barbule de plume, est fixé sur la membrane avec une goutte de cire d’Espagne. Il appuie sur un cylindre, recouvert d’une feuille de papier noirci à la flamme d’une lampe à huile, et porté sur un support solide par une vis sans fin. Le style entre en vibration aussitôt qu’un son quelconque est produit dans le voisinage du paraboloïde, qui le concentre à son foyer comme l’indiquent les lignes brisées LI, L’I’, L’’I’’, L’’I’’..., et communique l’impulsion à la membrane ; il suffit alors de faire avancer le cylindre en tournant la manivelle, pour obtenir sur le papier enduit de noir de fumée une hélice tremblée qui représente les vibrations de l’air.

On coupe ensuite la feuille de papier suivant une ligne parallèle à l’axe du cylindre, on l’enlève et on la trempe dans un bain d’alcool afin de fixer le dessin qu’elle porte. La figure 427 est un exemple des dessins qu’on obtient lorsque plusieurs sons se superposent. »

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1860 Gustav Theodor Fechner jette les bases de la psychophysique

Gustav Theodor Fechner (1801-1887) est un philosophe et psychologue allemand, l’un des fondateurs de la psychophysique, c’est-à-dire l’étude de la relation entre la sensation ressentie et le stimulus physique à l’origine de cette sensation. Il naît à Gross Särchen en Prusse en 1801. Orphelin à 5 ans de son père pasteur, son oncle, pasteur lui aussi, pourvoit à son éducation. Il entre à la faculté de médecine à l’âge de 16 ans, puis la délaisse pour assister aux cours du mathématicien et philosophe Ernst Heinrich Weber (1795-1878) qui enseigne la physiologie et les mathématiques à Leipzig. Fechner étudiera toute sa vie la relation entre l’esprit (psycho) et le corps (physique).

Il aurait une « révélation » en 1850. Fechner pense même avoir trouvé, dans son sommeil, comment mesurer cette relation entre corps et esprit grâce à une équation mathématique simple reliant l’intensité de la sensation (ce que l’on ressent subjectivement) à celle du stimulus. L’histoire des sciences a retenu 1850 comme la date de fondation de la psychophysique. Fechner nous montre que toutes les sensations – la lumière, le son, la sensation de poids… – ne varient pas linéairement avec le stimulus (si l’on double le stimulus, on ne double pas la perception) mais comme le logarithme du stimulus. C’est la loi de Weber-Fechner, en l’honneur de ces deux pionniers de la psychophysique. L’échelle des stimuli produisant la croissance linéaire de la sensation est donc en progression géométrique, et réciproquement la sensation est un logarithme de l’intensité de la stimulation : S (sensation) = Logk I (intensité du stimulus physique). k est une constante liée à la nature de la perception et qui doit être déterminée expérimentalement par des tests perceptifs réalisés auprès de personnes.

Fechner indique aussi qu’il y a un seuil en dessous duquel une augmentation du stimulus physique ne produit pas d’augmentation de la perception. Ainsi, pour la sensation de poids, ce seuil est d’environ 10 %. Une personne aura du mal à noter une différence entre un poids de 100 g et un poids de 110 g ou entre un poids d’un kilogramme et un poids de 1,1 kilogramme.

Pour le son, les expériences de Fechner montrent que la constante k = 10 et cela donnera le logarithme en base 10 de la pression acoustique, soit le bel, et que le seuil d’augmentation de la perception du son est le dixième de bel ou décibel, que nous connaissons en acoustique. En 1860, Fechner publie son œuvre majeure Elemente der Psychophysik, où il expose sa théorie et les résultats de ses expériences.

Fechner, jusqu’à sa mort, nourrira sa conception de la psychophysique. Il publie In Sachen der Psychophysik (Pour la psychophysique) en 1877 puis Revision der Hauptpunkte der Psychophysik (Révision des points fondamentaux de la psychophysique) en 1882, où il s’appuie sur de nouvelles expériences sur la vision et l’audition, puis sur la perception de l’espace et du temps. Il prolongera sa théorie en la généralisant dans le domaine de l’esthétique avec Zur experimentellen Ästhetik (Pour une esthétique expérimentale) en 1871 et Vorschule der Ästhetik (en 1876) en 1876.

Il meurt à Leipzig en 1887 à l’âge de 86 ans.

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1861 Les aires de Broca et Wernicke, centres du langage

Le milieu du XIXe siècle voit la naissance de travaux scientifiques importants sur les différentes fonctions du cerveau et son fonctionnement. Les moyens d’investigation dont disposent les scientifiques de l’époque sont bien sûr simplement des examens anatomiques sur des personnes blessées ou décédées et des observations comportementales de malades. La radiographie et la résonance magnétique sont inconnues. Les médecins français Paul Broca (1824-1880) et allemand Carl Wernicke (1848-1905) vont jouer un rôle déterminant dans la compréhension du fonctionnement du cerveau, considéré encore à l’époque par beaucoup de scientifiques comme un organe fonctionnant de façon globale.

Broca et Wernicke montreront la spécificité de la localisation des fonctions du cerveau affectées au langage. C’est en étudiant l’aphasie, ou altération du langage, qu’ils feront leurs découvertes.

Paul Broca

Paul Broca naît en 1824 à Sainte-Foy-la-Grande, en Gironde, dans un foyer protestant. Son père est médecin et chirurgien des armées impériales, et sa mère est la fille d’un pasteur protestant, maire de Bordeaux sous la Révolution. Il entre à 17 ans à la faculté de médecine de Paris. Il est chirurgien des hôpitaux et agrégé à 28 ans et devient professeur de pathologie chirurgicale à l’Université de Paris. En 1859, Broca fonde avec dix-huit collègues la Société d’anthropologie. Il participe aux discussions vives entre les médecins qui pensent que le cerveau fonctionne comme un ensemble et ceux qui distinguent dans le cerveau plusieurs centres agissant indépendamment. En 1861, un homme, Monsieur Leborgne, hospitalisé depuis vingt et un ans et en train de mourir est conduit à Paul Broca. Ce monsieur est surnommé « Tan », car depuis son admission, il ne peut prononcer que cette syllabe, souvent répétée, alors que son intelligence est préservée, attestée par plusieurs échanges sans paroles avec les médecins. Pour Broca, il s’agit d’une perte du langage articulé ou « aphémie » (on dira plus tard « aphasie »). « Tan » meurt quelques jours plus tard et l’examen du cerveau montre des lésions de la partie moyenne du lobe frontal de l’hémisphère gauche. Broca fera d’autres examens anatomiques sur des personnes atteintes de troubles du langage et fera part de ses conclusions à l’Académie d’anthropologie lors de la séance du 2 avril 1863, dont voici quelques extraits :

« M. Broca. Des observations assez nombreuses me permettent de supposer avec quelque apparence de certitude que cela est vrai, au moins pour la fonction du langage articulé. J’ai recueilli et communiqué à la Société anatomique une première observation prise chez un malade atteint de cette privation de parler, à laquelle j’ai donné le nom d’aphémie. Il y avait une lésion de la troisième circonvolution frontale, et peut-être aussi de la seconde. […] Voilà huit faits où la lésion a siégé dans le tiers postérieur de la troisième circonvolution frontale. Ce chiffre me paraît suffisant pour donner de fortes présomptions. Et chose bien remarquable, chez tous ces malades la lésion existait du côté gauche. M. Gratiolet. Ces observations soulèvent une grande difficulté philosophique. Comment comprendre la conservation de l’intelligence coïncidant avec la perte du langage ?

M. de Jouvencel. Il me semble que la perte de la faculté du langage n’implique nullement la perte de l’intelligence comme tendraient à le faire croire les paroles de M. Gratiolet. La pensée ne s’élabore pas sous forme de mots. Ceux-ci ne sont qu’une formule, une expression qui peut faire défaut pour une raison quelconque sans que l’intelligence ait perdu son activité. M. Broca. Un des malades que j’ai observés pouvait entretenir une sorte de conversation à l’aide d’une collection de petits papiers où étaient inscrites les réponses aux questions usuelles qu’on lui adressait. Nous essayâmes de lui faire répéter quelques mots dont il avait conservé le souvenir, nous parvînmes même à lui apprendre quelques mots à la lecture, mais il nous fut impossible d’obtenir jamais un substantif. »

Plus tard, sa découverte de la spécificité cérébrale du langage lui sera contestée, parce qu’un de ses prédécesseurs, le docteur Dax de Sommières, dès 1836, dans un mémoire non publié, a rapporté des « observations tendant à prouver la coïncidence du dérangement de la parole avec une lésion de l’hémisphère gauche du cerveau ». Lassé sans doute par ces polémiques, Broca ne consacrera pratiquement plus aucun travail à l’aphasie après 1865 et se dédie à d’autres études médicales et anthropologiques. Il développe des idées racistes sur la prédominance de l’intelligence de la race blanche et sexistes sur l’intelligence supposée moindre des femmes. À la fin de sa vie, Paul Broca est élu sénateur inamovible. Il est aussi membre de l’Académie de médecine et reçoit des distinctions de plusieurs institutions en France et ailleurs. Il meurt d’une rupture d’anévrisme, à l’âge de 56 ans, le 9 juillet 1880.

Carl Wernicke

Carl Wernicke naît en 1848 à Tarnowitz, en Haute Silésie, actuellement en Pologne, dans une famille modeste. Il étudie la médecine à l’Université de Breslau (Wroclaw) et reçoit le titre de docteur en médecine en 1870. Il a l’opportunité de passer six mois à Vienne et de parfaire ses connaissances auprès du psychiatre et neuroanatomiste Theodor Hermann Meynert (1833-1892). Wernicke est fortement inspiré par les recherches sur le langage et la communication de Paul Broca. Alors qu’il étudie à Vienne avec Meynert, Carl Wernicke publie en 1874, à l’âge de 26 ans, Der Aphasische Symptomencomplex. Dans son livre, il décrit l’aphasie « sensorielle », aujourd’hui connue sous le nom d’aphasie de Wernicke, comme étant différente de l’aphasie « motrice », décrite par Broca. Il décrit l’aphasie sensorielle comme une parole fluide mais désordonnée, une compréhension altérée de la parole et une lecture silencieuse altérée. L’emplacement des dommages détermine quelle aphasie développe le patient.

L’aphasie sensorielle résulte de lésions du lobe arrière temporal gauche et l’aphasie motrice (de Broca) résulte de lésions du lobe frontal postérieur gauche. Les travaux de Paul Broca et de Carl Wernicke conduiront à des découvertes révolutionnaires concernant la localisation des fonctions cérébrales de la parole. En tant que telles, les zones concernées du cerveau seront nommées d’après ces scientifiques.

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1863 Hermann von Helmholtz démontre le comportement des résonateurs acoustiques

La connaissance des résonateurs acoustiques date de plus de deux mille ans. Elle a d’abord été élaborée et maîtrisée par les Grecs dans les théâtres antiques puis transmise empiriquement par le savoir des artisans du Moyen Âge.

Ce n’est qu’au XIXe siècle que le savant Hermann von Helmholtz (1821-1894) comprend scientifiquement comment fonctionne un résonateur, et ce, d’abord pour étudier et mieux connaître le comportement de l’oreille interne et non pour améliorer l’acoustique des salles. Les résonateurs à base de cavités sont utilisés de façon répandue aujourd’hui pour améliorer les conditions d’écoute dans les bâtiments, mais aussi dans certains secteurs industriels.

Hermann Helmholtz naît à Potsdam près de Berlin en 1821. Il est le fils aîné d’un professeur de lycée. Comme la condition de ses parents ne lui permet pas de poursuivre des études de physique, il s’inscrit à l’École de médecine militaire. C’est ainsi qu’il devient médecin militaire de 1843 à 1848, affecté à la garnison de Potsdam. En 1848, Helmholtz se voit confier la chaire d’anatomie de l’Académie des Beaux-Arts de Berlin et, l’année suivante, la chaire de physiologie de l’Université de Kœnigsberg. Il devient membre de la nouvelle Société de physique de Berlin. Il manifeste un intérêt pour toutes les matières scientifiques. Sa formation de médecin lui permet d’être nommé professeur d’anatomie et de physiologie à Bonn (1855), puis professeur de physiologie à Heidelberg (1858). En 1871, il obtient la chaire de physique de l’Université de Berlin et en 1888, la présidence du premier bureau allemand des Poids et Mesures, la Physikalisch-Technische Reichsanstalt, poste qu’il conservera jusqu’à sa mort.

Le grand talent d’Helmholtz est d’être à la fois excellent expérimentateur et d’avoir une grande capacité de démonstration théorique physique et/ou mathématique. Dans la lignée de ses contemporains allemands Weber (1795-1878) et Fechner (1801-1887), Helmholtz manifeste de l’intérêt pour les rapports entre la physique et les sens. Il entreprend pour cela des expériences qui relient les perceptions aux grandeurs physiques.

Il meurt à Berlin en 1894 sous les honneurs scientifiques du monde entier. Le plus grand organisme de recherche allemand, la Helmholtz-Gemeinschaft, porte son nom. Il est composé de quinze centres de recherche indépendants dans le domaine des sciences et de la médecine.

Helmholtz et les résonateurs acoustiques

Helmholtz manifeste un grand intérêt pour l’étude du fonctionnement de l’audition et la musique. Il publie en 1863 un ouvrage qui fera référence pendant toute la première moitié du XXe siècle : Die lehre von den tonempfindungen als physiologische grundlage fur die theorie der muzik (L’étude des sensations sonores comme base physiologique de la théorie de la musique).

Helmholtz tente dans cet ouvrage à la fois de mieux comprendre le fonctionnement de l’ouïe en liaison avec le cerveau mais aussi la notion de timbre en musique, propriété qui caractérise la spécificité d’une musique ou d’un instrument. La notion de timbre est toujours mal connue aujourd’hui ; on ne comprend toujours pas ce que sous-tend la notion d’émotion que suscite en nous une musique, une poésie ou même toute œuvre d’art.

Les neurosciences font progresser notre connaissance du fonctionnement du cerveau en ce début du XXIe siècle, mais beaucoup reste à démontrer dans le domaine des émotions et il n’est pas étonnant que Helmholtz, quelle que fût son intelligence, ait buté sur l’explication rationnelle du timbre.

Dans cet ouvrage, Helmholtz démontre le fonctionnement des résonateurs acoustiques et en met au point un certain nombre. Il sait que ceux-ci ont été inventés par les savants grecs pour l’acoustique des théâtres antiques et il souhaite les utiliser pour démontrer le comportement de l’ouïe. Il ne se doute pas que ceux-ci seront à nouveau utilisés pour l’acoustique des salles et dans beaucoup d’autres applications, et cela, jusqu’à aujourd’hui, grâce à la démonstration de leur comportement acoustique qu’il en fait.

Principe des résonateurs

Helmholtz fait l’hypothèse que la masse d’air dans le col vibre sur le volume d’air inclus dans le volume du résonateur qui joue le rôle de ressort.

Il trouve avec cette analogie, la fréquence de résonance fr des résonateurs avec :

c = la vitesse du son dans l’air, soit environ 340 m/s ;

S = la surface de l’orifice du résonateur ;

L = la longueur du col ;

V = le volume du résonateur.

Des fréquences de résonances plus basses (sons plus graves) sont donc obtenues en augmentant le volume d’air ou la longueur du col et en diminuant la surface de l’orifice du résonateur.

Une analogie entre ressort mécanique et résonateur acoustique aide à comprendre le comportement des résonateurs d’Helmholtz : la masse d’air contenue dans le col du résonateur acoustique vibre sur le ressort de raideur k constitué par le volume d’air V du résonateur. Des analogies plus complètes ont été développées par la suite, intégrant le raccord entre le col et le volume du résonateur (effet d’amortissement), la forme de l’orifice, la viscosité de l’air…

Application des résonateurs en acoustique des salles

Les acousticiens savent aujourd’hui que l’utilisation de résonateurs de Helmholtz correctement positionnés et dimensionnés améliore l’acoustique de grands volumes dans les bâtiments :

— en diminuant le temps de réverbération en basses fréquences (effet d’absorption dans les graves) ;

— en diminuant les effets de focalisation (d’une voûte ou d’une coupole) par les ondes réémises de façon omnidirectionnelle avec un certain retard (effet de diffusion) ;

— en diminuant les phénomènes d’onde stationnaire (effets de diffusion et d’absorption dans les graves) ;

— en régularisant les transitoires (phénomène de diffusion).

On trouve par exemple quatre résonateurs accordés à des fréquences différentes dans chaque rosace en stuc de la grande nef centrale du musée d’Orsay à Paris.

Deux cents résonateurs environ ont été intégrés dans les panneaux de bois de la bibliothèque de l’abbaye d’Ardenne à Caen en France lors de la rénovation achevée en 2016. Ils contribuent à abaisser la réverbération du volume de la bibliothèque et améliorent l’intelligibilité de la parole. Les orifices sont visibles sur la photo ci-dessus.

On peut comparer le fonctionnement des résonateurs depuis les Grecs jusqu’à notre époque contemporaine.

Autres applications des résonateurs d’Helmholtz

Le principe du résonateur de Helmholtz est aussi le principe de base des enceintes acoustiques « Bass Reflex ». L’enceinte contenant le haut-parleur est ouverte par un tube où l’air se déplace et crée donc un résonateur auxiliaire entrant en résonance. Ceci permet d’abaisser la fréquence de coupure basse de l’enceinte. C’est un moyen efficace d’étendre la bande passante du haut-parleur et ce dispositif améliore le rendu sonore à l’extrémité basse du spectre.

Des résonateurs sont mis en place dans certains moteurs automobiles, pas pour des raisons acoustiques, mais pour actionner la fermeture d’une soupape et augmenter la performance du moteur à bas régime.

Les avions actuels présentent beaucoup de matériaux dont la structure est en nid d’abeille. Cette structure est en effet très résistante. En certains endroits (près des réacteurs notamment), l’une des parois du panneau en nid d’abeille est perforée de manière à créer toute une série de résonateurs avec les petits volumes des structures en nid d’abeille. Les volumes en jeu dans les nids d’abeille étant très petits, on a une efficacité acoustique dans les hautes fréquences utile pour réduire le bruit des réacteurs.

En 1864, J. C. Maxwell montre que dès que l’on agite un électron, il émet une onde, appelée « onde électromagnétique », qui se propage à la vitesse de la lumière. H. R. Hertz vérifie cela expérimentalement en 1888. On montrera plus tard que ces ondes sont réfléchies par les surfaces et leur détection permet ainsi de repérer des obstacles, ce qui entraînera le développement du système de détection radar. En 1935, H. E. Hollmann a l’idée d’utiliser la résonance des cavités pour augmenter la puissance et la résolution des systèmes de détection radar en accordant la fréquence de l’onde électromagnétique avec la fréquence de résonance des cavités. Le « magnétron » est né. L’ingénieur P. Spencer, alors qu’il travaille à l’amélioration de la technologie radar en 1946, constate qu’une barre de chocolat posée à côté de l’antenne émettrice du magnétron a fondu. Il en déduit la possibilité de réchauffer les aliments à l’aide de ce principe et le développement de cette technique donne naissance au four à micro-ondes.

Les micro-ondes font bouger les molécules d’eau de l’aliment qui s’orientent en direction du champ électrique qui compose ces ondes. Ce champ étant tournant, les molécules d’eau s’agitent dans tous les sens et les liaisons entre molécules d’eau ont tendance à freiner leur rotation : c’est ce freinage qui provoque l’échauffement. Les fours à micro-ondes actuels utilisent toujours un magnétron à cavités.

Ces deux applications utilisent les résonateurs à cavités mais avec des ondes électromagnétiques circulant à la vitesse de la lumière (300 000 km/s) au lieu d’ondes sonores circulant à la vitesse de 340 m/s. On se situe donc en présence d’autres types d’ondes et d’autres gammes de dimensions, mais avec les mêmes principes physiques !

Herman von Helmholtz n’aurait jamais pu anticiper que ses résonateurs imaginés pour étudier le comportement de notre système auditif susciteraient tant d’applications dans notre vie de tous les jours.

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1876 Une singularité acoustique : la fosse d’orchestre wagnérienne

Richard Wagner a été longtemps mis au ban des compositeurs après la Seconde Guerre mondiale. Il est heureusement remis à l’honneur aujourd’hui, avec des représentations de ses œuvres qui marquent les esprits dans les opéras du monde entier. La spécificité de la fosse d’orchestre « wagnérienne » de la Festspielhaus de Bayreuth mérite de faire partie de l’histoire de l’acoustique.

Contexte historique

La plupart des opéras présentent une fosse d’orchestre située devant la scène et ouverte sur la salle. Cette disposition est née dans les opéras italiens et a été adoptée dans presque toutes les salles lyriques du monde.

La Festspielhaus de Bayreuth

L’œuvre lyrique de Wagner accorde une place plus grande aux instruments puissants (cuivres, percussions…) que les opéras traditionnels des compositeurs italiens (ou même que les opéras de Mozart). Les premières représentations de ses œuvres dans des salles d’opéra traditionnelles laissent un goût d’inachevé à Richard Wagner. Il imagine alors une fosse d’orchestre en grande partie couverte, à la fois pour atténuer les instruments les plus puissants et pour créer un « fondu » sur la musique de l’orchestre et diffuser une musique plus « uniforme » vers le public. Wagner espère pouvoir faire construire une salle d’opéra selon ses désirs à Munich ou à Berlin, les deux grandes capitales culturelles allemandes, mais c’est la petite ville de Bayreuth en Bavière qui lui propose un terrain à la fois pour la salle et pour sa propriété familiale. Il impose ses vues aux architectes et la Festspielhaus de Bayreuth est construite de 1872 à 1876 avec l’aide financière de l’empereur Louis II de Bavière. Elle est inaugurée en 1876 avec son opéra L’Or du Rhin et suivent trois cycles complets de sa tétralogie Der Ring des Nibelungen inspirée de la mythologie germanique et en particulier du Nibelungenlied, poème épique germanique du Moyen Âge. La salle rompt avec l’architecture traditionnelle des opéras à l’italienne : plan en amphithéâtre au lieu d’en fer à cheval, parterre en forte pente, absence de loges latérales au profit de colonnes grecques… et, ce qui est moins perceptible aux spectateurs : fosse d’orchestre très couverte et peu ouverte vers la salle.

Coupes sur la fosse d’orchestre de la salle de la Festspielhaus de Bayreuth.

Caractéristiques acoustiques de la fosse d’orchestre wagnérienne

Si la fosse d’orchestre wagnérienne permet de répondre partiellement aux souhaits de son concepteur, à savoir créer un son uniforme pour l’orchestre et atténuer les instruments puissants, elle présente néanmoins un certain nombre de problèmes, en particulier pour les musiciens, surtout ceux situés sous la scène : absence de retour des chanteurs sur la scène. Ceci est compensé aujourd’hui par des retours visuels (écrans) et sonorisés, mais pas forcément audibles pour les musiciens lors des passages musicaux forte. Les instruments de musique puissants dans un petit volume saturent très vite et peuvent créer un son altéré s’ils ne sont pas contrôlés. L’acousticien peut tempérer (mais pas complètement) cela en posant des matériaux absorbants sur les parois de la fosse ; niveaux sonores très élevés dans la partie couverte (> 100 dB), désagréables pour les musiciens.

Toutes ces raisons ont fait que la fosse wagnérienne a été abandonnée par la suite dans les autres opéras construits ou rénovés au profit de la fosse italienne classique ouverte. Il arrive qu’une petite partie de la fosse soit aménagée sous la scène pour permettre à un orchestre plus important d’y jouer, mais jamais dans les proportions de la fosse de Bayreuth.

Aujourd’hui

Le Festival d’opéra de Bayreuth créé par Richard Wagner reste aujourd’hui l’un des plus grands festivals d’opéra au monde. Il est toujours dirigé par les descendants du compositeur qui perpétuent sa mémoire.

Le jeu de l’orchestre dans la salle de Bayreuth nécessite, on l’aura compris, une adaptation tout à fait particulière des musiciens et du chef. Il serait intéressant de pouvoir écouter la même œuvre, jouée par le même orchestre et le même chef dans plusieurs salles différentes et si possible à des places similaires dans chaque salle, pour pouvoir saisir l’influence de l’acoustique de la fosse (et de la salle) de Bayreuth. Je crois que personne au monde n’a eu ou n’aura jamais cette opportunité !

1877 Charles Cros invente le phonographe

Charles Cros naît à Fabrezan, dans l’Aude, en 1842. Élève brillant, il étudie le sanscrit, l’hébreu ainsi que la musique et les mathématiques.

Il obtient son baccalauréat à l’âge de 14 ans. Il est le frère cadet d’Antoine Cros (1833-1903), médecin, et d’Henry Cros (1840-1907), peintre, sculpteur et verrier. Il est à la fois poète et un scientifique très créatif.

Charles Cros est d’abord professeur de chimie à l’Institut parisien des sourds-muets de 1860 à 1863, mais l’enseignement ne le passionne guère et il se consacre à la recherche scientifique.

En 1867, il présente à l’Exposition universelle de 1867 un prototype de télégraphe automatique. En 1869, il présente à la Société française de photographie un procédé de photographie en couleurs qui est à l’origine du procédé de trichromie, dont il partage la paternité avec Louis Ducos du Hauron (1837-1920). Il adresse à l’Académie des sciences, le 30 avril 1877, un mémoire décrivant le principe du phonographe, huit mois avant qu’Edison en dépose le brevet aux États-Unis.

À côté de cette activité de création scientifique, il mène une vie de bohème et fréquente les artistes parisiens de cette époque, et notamment le Cercle des vilains bonshommes et le Cercle des poètes zutistes, qu’il crée en dissidence du premier jugé trop bourgeois. Il y fréquente, notamment, les poètes Verlaine et Rimbaud et le peintre Henri Fantin-Latour (1836-1904), qui immortalisera ces réunions d’artistes dans le célèbre tableau Le coin de table en 1872.

Le premier recueil de poèmes de Charles Cros, Le coffret de santal et son célèbre poème « Le hareng saur », paraît en 1873.

En 1878, Charles Cros épouse Mary Hjardemaal dont il a deux fils, le poète Guy-Charles Cros (1879-1956) et René Cros (1880-1898). Mais très vite, sa santé devient fragile en raison de sa vie de bohème et de son abus d’absinthe. Il meurt dans le dénuement à Paris en 1888, à l’âge de 45 ans.

Son fils Guy-Charles fera connaître son œuvre poétique après sa mort. Elle sera enfin reconnue, notamment par les surréalistes, à sa juste valeur.

Le paléophone/phonographe de Charles Cros

En 1876, Charles Cros avertit certains de ses amis, notamment le journaliste Alfonse Allais (1854-1905), de sa découverte d’un moyen d’enregistrer les sons et surtout de pouvoir ensuite les reproduire à l’identique, ce que ne permettait pas le phonautographe d’Édouard-Léon Scott de Martinville (1817-1869) créé en 1857. Il dépose son mémoire décrivant son système d’enregistrement et de reproduction sonore devant l’Académie des sciences de Paris le 30 avril 1877, mais ne reçoit dans un premier temps aucun retour.

Le premier à mentionner l’invention de Charles Cros est l’abbé Lenoir, le 10 octobre 1877, dans la chronique scientifique qu’il tient dans le journal La Semaine du clergé, sous le pseudonyme de Le Blanc et que Lenoir / Le Blanc appelle « phonographe ». Cros préfère, quant à lui, l’appellation de « paléophone », qu’il trouve plus conforme aux propriétés de son invention : la voix du passé. Le journaliste et vulgarisateur scientifique Victor Meunier (1817-1903) écrit également un article dans le journal Le Rappel no 2832, mardi 11 décembre 1877, intitulé « Le son mis en bouteille par Monsieur Charles Cros ».

On ignore si Thomas Edison (1847-1931), qui dépose son brevet du phonographe aux États-Unis en janvier 1878, a lu le mémoire de Charles Cros ou les articles de presse. Il y a toutefois une coïncidence troublante sur le choix du nom choisi par Edison pour le dépôt de son brevet : le « phonographe ».

Charles Cros obtient finalement l’ouverture de son dossier par l’Académie des sciences le 3 décembre 1877. Voici la description qu’elle en fait dans son compte-rendu :

« Monsieur Charles Cros demande l’ouverture d’un pli cacheté, déposé par lui le 30 avril 1877 et portant le titre : “Procédé d’enregistrement et de reproduction des phénomènes perçus par l’ouïe”. Ce pli, ouvert en séance par Monsieur le Secrétaire perpétuel, contient la note suivante :

En général, mon procédé consiste à obtenir le tracé du va-et-vient d’une membrane vibrante et à se servir de ce tracé pour reproduire le même va-et-vient, avec ses relations intrinsèques de durées et d’intensités, sur la même membrane ou sur une autre, appropriée à rendre les sons et bruits qui résultent de cette série de mouvements.

Il s’agit donc de transformer un tracé extrêmement délicat, tel que celui que l’on obtient avec des index légers frôlant des surfaces noircies à la flamme, de transformer, dis-je, ces tracés en reliefs ou creux résistants, capables de conduire un mobile qui transmettra ses mouvements à la membrane sonore.

Un index léger est solidaire du centre de figure d’une membrane vibrante ; il se termine par une pointe (fil métallique, barbe de plume, etc.) qui repose sur une surface noircie à la flamme. Cette surface fait corps avec un disque animé d’un double mouvement de rotation et de progression rectiligne. Si la membrane est au repos, la pointe tracera une spirale simple ; si la membrane vibre, la spirale sera ondulée, et ses ondulations représenteront exactement tous les va-et-vient de la membrane, en leur temps et en leurs intensités.

On traduit au moyen de procédés photographiques actuellement bien connus, cette spirale ondulée et tracée en transparence, par une ligne de semblable dimension, tracée en creux ou en relief dans une matière résistante (acier trempé par exemple).

Cela fait, on met cette surface résistante dans un appareil moteur qui la fait tourner et progresser d’une vitesse et d’un mouvement pareils à ceux dont avait été animée la surface d’enregistrement. Une pointe métallique, si le tracé est en creux (ou un doit à encoche s’il est en relief), est tenue par un ressort sur ce tracé, et, d’autre part, l’index qui supporte cette pointe est solidaire du centre de figure de la membrane propre à produire des sons. Dans ces conditions, cette membrane sera animée, non plus sur l’air vibrant, mais par le tracé commandant l’index à la pointe, d’impulsions exactement pareilles, en durées et en intensités, à celles que la membrane d’enregistrement avait subies.

Le tracé spiral représente des temps successifs égaux, par des longueurs croissantes ou décroissantes. Cela n’a pas d’inconvénients si l’on n’utilise que la portion périphérique de cercle tournant, les tours de spire étant très rapprochés ; mais alors, on perd la surface centrale.

Dans tous les cas, le tracé en hélice sur un cylindre est très préférable, et je m’occupe actuellement d’en trouver la réalisation pratique. »

On n’a pas de trace de réalisation concrète du procédé par Charles Cros, plus artiste qu’ingénieur. Son ami Alphonse Allais prétendra pourtant avoir entendu l’invention de Charles Cros.

André Lenoir reviendra longuement le 20 novembre 1878, à l’occasion d’une mise au point adressée à Thomas Edison, sur l’antériorité de Charles Cros dans l’invention du phonographe. Il conclura sa démonstration par cette maxime : « Sic nos, non vobis », « C’est donc à nous et non à vous ». C’est en effet sous le nom de « phonographe » qu’André Lenoir a décrit, en 1877, l’appareil imaginé par Charles Cros, qui n’avait pas encore de nom. André Lenoir ne manque pas de souligner qu’il est l’inventeur de cette désignation et qu’Edison s’est contenté de reprendre le nom à son compte.

Charles Cros tentera de faire valoir l’antériorité de son invention auprès de la justice américaine, mais que peut un pauvre poète et inventeur français sans soutien face aux moyens financiers du capitaliste Edison, qui obtiendra plus de mille brevets au cours de sa vie ? Charles Cros sera débouté par les tribunaux américains.

À défaut des dollars, Charles Cros, mort sans le sou en 1888, aura reçu la reconnaissance posthume de sa poésie par les poètes et de ses inventions par les scientifiques.

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1878 Thomas Alva Edison s’approprie et industrialise le phonographe

Thomas Alva Edison (1847-1931) est le prototype du self-made man américain, travailleur infatigable, ayant le sens des affaires et de l’industrie. Il naît en 1847 à Milan, dans l’Ohio. Il travaille très jeune, dès 12 ans, comme vendeur de journaux dans un train reliant Port Huron et Detroit, dans le Michigan, où ses parents ont emménagé. À 15 ans, il achète une machine à imprimer et édite son propre hebdomadaire qu’il vend sur la ligne ferroviaire. Il s’initie au télégraphe et trouve plusieurs emplois de télégraphiste qui vont l’amener à Boston, puis à New York. Il dépose déjà le brevet d’un télégraphe automatique à 19 ans. Il aide un jour le télégraphiste de la Western Union à résoudre une panne importante et se voit proposer une place d’assistant de l’ingénieur en chef à New York. Parallèlement à son emploi, il étudie à l’école publique gratuite Cooper Union pour parfaire ses connaissances en sciences. Thomas Edison fonde l’Edison Electric Light Company en 1874, à 27 ans. Il y organise le travail de manière très performante. En 1876, il installe son entreprise dans une zone presque inhabitée, le Menlo Park, dans le New Jersey, au sud de New York. Il y rassemble tous les services nécessaires au développement industriel et notamment un centre de recherche qui regroupe rapidement plusieurs dizaines d’ingénieurs chargés de trouver des produits industriels adaptés au marché. C’est de ses laboratoires que sort, notamment, le brevet d’ampoule électrique à incandescence en 1879, qui assurera la fortune de son entreprise dans les premières années. Le culot E27 que nous connaissons toujours aujourd’hui sur nos ampoules électriques est issu d’un brevet d’Edison.

Il se lie et s’associe avec des hommes d’affaires parmi les plus riches de New York, ce qui assure le développement de son groupe industriel qui déménage à West Orange, toujours dans le New Jersey. L’Edison Electric Light Company deviendra en 1889 l’Edison General Electric Company, puis la General Electric en 1892. Aujourd’hui, General Electric est toujours l’un des premiers groupes industriels des États-Unis.

Thomas Edison poursuivra son activité jusqu’à la fin de sa vie et plus d’un millier de brevets seront obtenus en son nom dans les domaines les plus variés comme l’électricité, la chimie, le cinéma et bien sûr le son, avec le brevet du phonographe déposé en décembre 1877.

Il meurt à 84 ans en 1931, couvert d’honneurs dans son pays. La ville de Memlo Park, qui a grandi autour de son site industriel, prendra le nom d’Edison en 1954.

Le phonographe

Le Français Charles Cros a déposé une note décrivant le phonographe (plus exactement le « paléophone » comme préfère l’appeler son inventeur) le 30 avril 1877. Edison dépose son brevet en décembre de la même année et l’obtient le 19 février 1878. A-t-il alors connaissance de l’invention de Charles Cros par les différents articles de presse parus au cours de l’année 1877 en France ? On ne le saura jamais. Les spécialistes pensent qu’Edison et son équipe ont développé le phonographe indépendamment de Charles Cros. La machine industrielle bien huilée d’Edison aura facilement raison du pauvre poète sans le sou Charles Cros, qui réclamera vainement l’antériorité de l’invention. Edison a le sens de la communication. Il vient présenter ses phonographes en Europe, en offre même un exemplaire à Gustave Eiffel, dont il loue le génie pour la construction de sa tour.

La France ne défendra pas beaucoup son compatriote, allant jusqu’à offrir la légion d’honneur à Edison en 1879 pour son invention du phonographe !

Fonctionnement du phonographe

Le phonographe est un procédé mécanique qui permet d’enregistrer et de reproduire des sons. Une aiguille enregistreuse interchangeable fixée sur un diaphragme grave un sillon sur un cylindre de cuivre (remplacé plus tard par de la cire) recouvert d’une feuille d’étain plus ductile que le cuivre.

Les vibrations du diaphragme générées par le son émis (voix, musique…) sont transmises à la pointe qui grave ainsi sur la feuille d’étain un sillon ayant la forme d’une hélice qui défile devant l’aiguille par rotation d’un cylindre, amovible lui aussi, constituant l’enregistrement effectué. Une fois l’enregistrement terminé, le cylindre gravé peut être lu par le stylet, la pointe faisant vibrer le diaphragme, transformant le sillon gravé en sons via un pavillon.

Le cylindre peut, en principe, être lu un nombre infini de fois. Afin de ne pas endommager le sillon, il convient d’utiliser des aiguilles assez ductiles et qu’il faut remplacer très rapidement.

Le phonographe connaît un grand succès et il est vendu à l’étranger par des importateurs, sous licence d’Edison, avec leurs accessoires : cylindres et aiguilles.

Les phonographes seront perfectionnés par Edison lui-même, mais aussi par les petits fabricants qui apparaîtront de par le monde, comme l’Italien Gianni Bettini (1860-1938) qui sortira plusieurs luxueux phonographes dans les années 1890.

Certains, comme Charles Morand Pathé (1863-1957) en France, auront des ennuis avec le redoutable industriel américain pour avoir outrepassé les licences et copié l’« inventeur ».

Le phonographe avec ses enregistrements sur cylindres n’assurera toutefois pas la fortune d’Edison ni des autres fabricants, car le cylindre sera vite concurrencé et supplanté par le gramophone et ses disques plats inventés par l’Allemand Emil Berliner en 1887.

Tous ces inventeurs se tourneront rapidement vers le cinéma au début du XXe siècle.

1878 The Theory of Sound de John William Strutt (Lord Rayleigh) : le premier ouvrage complet sur la théorie du son

John William Strutt est né en 1842 dans le comté d’Essex, en Angleterre, et il fait des études de mathématiques au Trinity College de Cambridge, où il est engagé comme chercheur.

À la mort de son père en 1872, il prend sa succession et devient baron Rayleigh, troisième du titre. La gestion du domaine familial ne l’intéresse guère et il abandonne cette responsabilité à son jeune frère en 1875 pour se consacrer à la science. En 1879, il est nommé professeur de physique au laboratoire Cavendish de Cambridge suite à la disparition prématurée du grand physicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879).

Après la publication de The Theory of Sound en 1878, à l’âge de 37 ans, il se consacre à l’étude des gaz et obtient le prix Nobel de physique en 1904 pour ses travaux sur les gaz et la découverte d’un nouveau composant de l’air : l’argon.

Lord Rayleigh produit plus de 400 publications qui concernent tous les domaines de la physique de son époque : optique, électricité, magnétisme, etc. Il est nommé aux plus hautes fonctions scientifiques de la Royal Society de Londres et de l’Université de Cambridge. Il décède en 1919, à l’âge de 76 ans.

Une unité d’intensité lumineuse, le rayleigh, porte son nom, qui reste également attaché à une onde sismique superficielle, l’onde de Rayleigh.

The Theory of Sound

Cet ouvrage de relative jeunesse est devenu un classique de l’acoustique et l’est resté jusqu’à aujourd’hui.

Sur plus de trente chapitres et mille pages, Lord Rayleigh rédige une théorie de l’ensemble des branches de l’acoustique, depuis les vibrations des cordes, plaques, membranes… jusqu’au mécanisme de l’audition en passant par la propagation des sons dans les différents milieux : air, liquides, solides.

Il est un outil essentiel pour toutes les personnes scientifiques intéressées par l’acoustique. Le premier volume paraît en 1877, le second une année plus tard. L’ouvrage sera réédité à plusieurs reprises jusqu’à l’édition la plus récente qui date de 2011.

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1881 Le théâtrophone de Clément Ader

Clément Ader, surtout connu pour ses créations d’aéronefs, naît à Muret, en Haute-Garonne, en 1841.

Élève doué, il obtient son bac à 15 ans et un diplôme d’ingénieur à Toulouse à 20 ans. Il construit des vélocipèdes, les premiers avec des roues en caoutchouc, et s’intéresse au téléphone fraîchement inventé et commercialisé en Europe.

En 1880, il participe à la création de la Société générale des téléphones à Paris, premier réseau téléphonique privé de la capitale française, avec deux ingénieurs de la compagnie américaine Bell.

La société lance en 1881 le théâtrophone, sur une idée d’Ader, et le présente lors de l’exposition internationale d’électricité à Paris en 1881. Deux micros sont installés de chaque côté de la scène de l’Opéra Garnier et permettent d’écouter l’opéra dans un bâtiment voisin. La présentation est un succès, les acteurs de la pièce Le Tribut de Zamora de Charles Gounod sont clairement audibles. La presse et les intellectuels sont conquis.

Les théâtrophones sont dès lors installés dans les cafés, les théâtres et l’on peut écouter cinq ou dix minutes d’une représentation en insérant une pièce de 50 centimes ou un franc dans la machine. C’est une sorte de préfiguration du juke-box.

La société de Clément Ader vend aussi des abonnements aux particuliers qui permettent d’écouter différentes représentations chez soi. Elle comptera plusieurs centaines d’abonnés et se développera à l’international en Belgique, au Portugal et en Suède.

Toutefois, des problèmes juridiques autour des droits de diffusion commencent à surgir. Giuseppe Verdi porte plainte auprès du Tribunal de Bruxelles après avoir entendu l’une de ses œuvres sur un théâtrophone. Il obtient gain de cause en 1899. Cette décision fera date dans la jurisprudence sur les droits d’auteur.

L’arrivée de la radio et du phonographe sonnera aussi le déclin du théâtrophone. La société de Clément Ader cessera définitivement ses activités dans les années 1930. Clément Ader se tournera alors vers l’aéronautique avec le succès que l’on sait.

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1887 Emil Berliner invente le disque

Emil Berliner est un inventeur allemand né en 1851 à Hanovre, en Allemagne, et décédé à Washington en 1929. Il émigre à Washington en 1870, chez un ami de son père, Nathan Gotthelf. Il travaille pendant trois ans dans le commerce de Gotthelf et part ensuite à New York. Il fait des petits boulots et étudie le soir à la Cooper Union qui délivre des cours gratuits aux adultes. Il s’initie à l’électricité et installe un petit laboratoire dans son appartement où il se livre à des expériences. Il réussit à améliorer un microphone utilisé dans les premiers téléphones, dépose un brevet qu’il vend à la compagnie de téléphone d’Alexander Graham Bell. Avec l’argent obtenu, il poursuit ses expériences et s’intéresse aux phonographes brevetés et vendus par Edison. En 1887, il dépose un brevet pour un support sonore en forme de disque au lieu des cylindres des phonographes ; le gramophone est né. Le brevet comprend également un appareil d’enregistrement et de lecture. Il fonde la Berliner Gramophone Company aux États-Unis avec d’autres investisseurs américains. Berliner teste plusieurs matériaux pour graver ses disques.

Après avoir testé des plaques de verre enduites de noir de fumée qu’il juge insatisfaisantes, il utilise de petits disques de zinc laqué fait à base de gutta-percha, une gomme issue du latex naturel. Ainsi commence la commercialisation des disques Berliner 5 pouces (12,5 cm de diamètre). Les disques Berliner 7 pouces (17,5 cm) issus d’une matière semblable à l’ébonite apparaissent ensuite aux États-Unis en 1895, suivis des disques 10 pouces (25 cm de diamètre) en 1901 puis des 12 pouces (30 cm) en 1903. Berliner a rapidement des problèmes juridiques avec ses associés américains qui l’empêchent de vendre ses gramophones aux États-Unis. Il émigre à Montréal en 1900 où il crée une nouvelle société, Berliner Gramophone Company, qui va connaître un succès grandissant. Le 16 juillet 1900, Emil Berliner enregistre aux bureaux des brevets la marque de commerce de sa compagnie, le chien Nipper écoutant un gramophone.

Il crée aussi en 1898 la Deutsche Grammophon Company à Hanovre, avec son frère Joseph (1858-1938) resté en Allemagne. Le logo du chien Nipper de la Deutsche Grammophon sera remplacé par la couronne de tulipe en 1949 sur un dessin de Hans Domizlaff (1892-1971) réalisé en 1940.

La société Deutsche Grammophon, célèbre pour son catalogue de musique classique, existe toujours aujourd’hui, même si le capitalisme mondial lui a fait connaître de multiples propriétaires depuis sa création. En 2022, elle rejoint le groupe Universal.

Les studios d’enregistrement Emil Berliner, branche de la société Deutsche Grammophon, sont aujourd’hui situés à Berlin.

Emil Berliner meurt en 1929 d’une crise cardiaque à Washington, où il est enterré.

Il a marqué l’histoire du disque et de l’enregistrement dans le monde.

1888 L’histoire de l’enregistrement sur bande « magnétique » commence avec Oberlin Smith

Le principe de l’enregistrement sur bande magnétique (1888)

Oberlin Smith naît à Cincinnati, aux États-Unis, en 1840. Au décès de son père en 1853, il s’installe avec sa mère et sa sœur dans le New Jersey, où il apprend la mécanique. Il trouve un emploi dans une petite entreprise de Bridgeton puis crée en 1863 son entreprise avec un cousin, J. Burkett Webb, spécialisée dans la construction de grosses presses mécaniques : la Ferracute Machine Company. Son cousin quitte l’entreprise pour effectuer un parcours universitaire. Oberlin Smith poursuit les activités de la société avec son frère Frederick. L’entreprise exporte de grosses presses dans le monde entier, notamment en Chine et en Bolivie. Oberlin s’occupe des aspects techniques et son frère des aspects administratifs et financiers. Le fils d’Oberlin, Perceval, conservera l’entreprise familiale après la mort d’Oberlin en 1926, à l’âge de 86 ans. La Ferracute Machine Company sera vendue en 1937 et arrêtera ses activités définitivement en 1968.

Oberlin est un ingénieur talentueux et inventif dans le domaine de la mécanique, mais aussi dans l’ingénierie en général. Il s’intéresse au développement des inventions phares de l’époque : le téléphone, le phonographe. Il publie un article dans la revue The Electrical World en 1888 sur les possibles développements du phonographe : « Some Possible Forms of Phonograph ». Le phonographe consiste à graver mécaniquement le son dans un support en forme de cylindre. Il en est de même pour le gramophone inventé en 1888, l’année où paraît l’article de Smith, par Emil Berliner (1851-1929) où la gravure mécanique est réalisée sur un disque.

Oberlin nous explique comment imprimer le son par variation de la magnétisation d’un fil, d’une corde ou d’une bande de coton, de soie imprégnée de poudre de fer ou de tout autre matériau « aimanté ». La variation du son et donc la variation de la vibration du microphone génèrent une variation du courant électrique dans la bobine qui elle-même crée un champ magnétique variable proportionnel au son dans le fil ou la corde.

Ensuite, lors de la réécoute, le son est restitué en déroulant la même bande magnétisée selon le principe inverse : la variation du champ magnétique induit un champ électrique variable dans le circuit, lui-même générant une vibration dans la membrane et ainsi le rayonnement du son enregistré.

Le premier enregistrement de Valdemar Poulsen (1900)

Le principe est ingénieux et fonctionnera, mais il sera difficile à mettre en œuvre. L’ingénieur danois Valdemar Poulsen (1869-1942) réussira là où Smith a échoué.

Poulsen commence sa carrière comme ingénieur en téléphonie à la Copenhagen Telephone Company en 1893. Il expérimente l’enregistrement électromagnétique des messages téléphoniques. Il publie notamment un article dans La Nouvelle Revue de physique et de chimie en 1896, « Résistance électrique des cordes vibrantes ». Il construit le premier enregistreur magnétique fonctionnel appelé « Telegraphon » en 1898 avec son collaborateur Peder O. Pedersen (1874-1941), et en dépose le brevet. Pedersen deviendra professeur de télégraphie, de téléphonie et de radio en 1912 à Copenhague et le restera jusqu’à sa mort.

À la foire de Paris de 1900, Poulsen enregistre la voix de l’empereur François-Joseph, aujourd’hui conservée au Musée danois des sciences et de la technologie et considérée comme le plus ancien enregistrement sonore magnétique.

Poulsen arrête rapidement ses recherches sur l’enregistrement magnétique et se ensuite vers la radio après 1902. Seul un petit nombre de ses machines ont été fabriquées.

La bande magnétique (1931)

La bande magnétique (ou ruban magnétique) proche de celle que nous connaissons sera développée en Allemagne à partir de 1928 par Fritz Pfleumer (1886-1945). Dans les années 1930-1940, en raison de la montée des tensions politiques puis de la Seconde Guerre mondiale, les avancées technologiques concernant la bande magnétique sont gardées secrètes. Le premier enregistreur opérationnel sera le Magnetophon K1 de la firme allemande AEG en 1935.

La K7 (1963)

L’ingénieur néerlandais Lou Ottens (1926-2021), directeur de Philips Audio, crée la cassette compacte et le magnétophone à cassettes en 1963 au sein de la filiale belge de l’entreprise Philips, à Hasselt. La cassette démocratise l’enregistrement audio comme l’a fait l’appareil photo de poche Kodak pour la photographie. La simplicité d’utilisation et le faible coût font passer au second plan la piètre qualité de l’enregistrement.

À partir des années 1980, l’enregistrement magnétique sera de plus en plus concurrencé par le son numérique et l’ordinateur.

1889 Le catalogue des appareils d’acoustique de Karl Rudolph Koenig

Karl Rudolph Koenig naît à Königsberg en Prusse en 1832. Il manifeste très tôt de l’intérêt pour la musique. Après ses études secondaires, Rudolph étudie la physique et la philosophie. Il quitte la Prusse pour Paris et prend un poste d’apprenti dans l’atelier du luthier de Jean-Baptiste Vuillaume. Koenig y passera sept ans, jusqu’en 1858, date à laquelle il crée sa propre entreprise de fabrication d’appareils acoustiques. Il sera un artisan remarquable et beaucoup de ses appareils fonctionnent encore aujourd’hui. Il est une source historique très riche pour celui qui se penche sur l’acoustique du XIXe siècle. Il est notamment celui qui a réalisé le seul exemplaire d’époque conservé du phonautographe d’Édouard-Léon Scott de Martinville. Ses appareils, comme les explications données dans son ouvrage Quelques expériences d’acoustique, montrent une grande connaissance des instruments de musique et de la science acoustique.

L’entreprise commence dans son appartement parisien, qui se compose d’un salon, d’une chambre et d’un atelier ainsi que d’un laboratoire. C’est un petit endroit calme où Koenig travaille sur l’acoustique et la musique. Il ne se mariera jamais. Il consacre la plupart de son temps libre et de son argent à sa passion. En 1861, il saisit l’opportunité de se développer et déménage son entreprise au Lycée Louis-le-Grand de Paris.

En 1859, Koenig publie son premier catalogue des appareils acoustiques. Il les présente aux Expositions universelles de Londres en 1862, de Paris en 1867 et de Philadelphie en 1876. Cela lui assure une renommée et lui permet de trouver des clients pour ses appareils haut de gamme, magnifiquement réalisés mais qui n’intéressent qu’un public scientifique ou professionnel de l’acoustique ou de la musique. Son catalogue sera édité à plusieurs reprises entre 1859 et 1889 ; la dernière édition comporte 272 appareils avec un intitulé en trois langues, français, anglais et allemand. Une courte explication en français est donnée, accompagnée parfois de dessins illustrant l’appareil. Les dernières éditions renvoient à son ouvrage Quelques expériences d’acoustique paru en 1882 « pour de plus amples explications ».

Vers 1860, Rudolph Koenig commence à collaborer avec l’acousticien allemand avec Hermann von Helmholtz (1821-1894). Koenig deviendra le principal fabricant et vendeur d’instruments imaginés et conçus par Helmholtz dans le cadre de ses recherches sur les sons et le timbre en musique.

Le travail de Koenig souffrira de copies et de contrefaçons. Voici ce qu’il indique en introduction de la dernière version de son catalogue (1889) :

« J’ai appris qu’on vend dans différents pays beaucoup d’instruments d’acoustique d’une fabrication très inférieure, comme provenant de ma maison, instruments qui portent souvent même ma marque et mon nom, et qui pourtant ne sont pas du tout construits par moi. De plus j’ai rencontré dans mes voyages des collections d’instruments, qu’on avait supposé sortir de mon établissement, parce qu’elles contenaient quelques rares pièces portant ma marque et réellement construites par moi, tandis que tous les autres avaient une autre provenance. J’ai vu par exemple des séries de résonateurs, qui ne contenaient qu’un seul authentique et portant ma marque, tandis que tous les autres, sans aucune marque, ne provenaient pas seulement d’un autre constructeur, mais étaient aussi loin de répondre aux notes pour lesquelles, soi-disant, ils devaient être accordés. Il est aussi à remarquer que même des diapasons réellement accordés et marqués par moi n’arrivent pas toujours à leur destination sans avoir perdu leur exactitude en passant par d’autres mains, car j’en ai vu auxquels on avait ajouté des pièces pour les monter électriquement, ou les arranger pour d’autres expériences, pièces sur lesquelles je n’avais naturellement pas pu compter en les accordant.

Pour ces différentes raisons je prie instamment messieurs les savants qui préfèrent s’adresser pour mes appareils à des intermédiaires, au lieu de me donner directement leurs ordres, de ne choisir que des maisons dont la parfaite honorabilité et la délicatesse leur sont absolument connues.

Quant à des agents spécialement chargés par moi de la vente de mes appareils et qui ne vendraient des instruments d’acoustique qu’uniquement de ma fabrication, je n’en ai dans aucun pays. »

On peut admirer aujourd’hui une partie des appareils d’acoustique de Koenig au Conservatoire des arts et métiers de Paris, à la Smithsonian Institution aux États-Unis et au département de physique de l’Université de Toronto.

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1895 La première liaison radio par Guglielmo Marconi à Salvan

Guglielmo Giovanni Maria Marconi naît près de Bologne, en Italie, en 1874, dans une famille aisée. Son père est un propriétaire terrien et sa mère irlandaise est une petite-fille du fondateur de la Distillerie Jameson Whiskey. Il fait ses études à Bologne dans le laboratoire du physicien Augusto Righi (1850-1920), l’un des pères de l’électromagnétisme.

En 1895, il fait des expériences sur les ondes radio découvertes par Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) sept ans auparavant, que l’on appelle aujourd’hui les « ondes hertziennes ». Il reproduit le matériel utilisé par Hertz en améliorant notamment sa sensibilité.

Après ses premières expériences peu fructueuses en Italie, il réalise à Salvan en Suisse une liaison télégraphique de 2,4 km durant l’été 1895. Cette expérimentation sera officiellement reconnue par l’Union internationale des télécommunications (UIT) en septembre 2008 comme la première liaison télégraphique sans fil de l’histoire.

À l’automne 1895, Marconi vient proposer ses services à l’État italien qui ne veut pas l’aider. Il part alors pour l’Angleterre, où il trouve les soutiens financiers qui vont lui permettre de mener à bien ses expériences et de fonder la Compagnie Marconi. Il dépose plusieurs brevets à partir de 1896.

Le 12 décembre 1901, Guglielmo Marconi réalise la première transmission radio transatlantique entre Signal Hill à Saint-Jean de Terre-Neuve au Canada et Poldhu dans le sud du comté des Cornouailles en Angleterre. Cette liaison transatlantique fait grand bruit, rend Marconi célèbre et contribuera à lui valoir le prix Nobel de physique en 1909, partagé avec le scientifique allemand Karl Ferdinand Braun (1850-1918). Braun permettra de supprimer l’émetteur radio à étincelle d’Augusto Righi et de le remplacer par une liaison à induction électromagnétique, ce qui améliorera beaucoup le rendement.

En 1930, Marconi est nommé à la tête de l’Académie royale d’Italie par Mussolini. Il réalise en 1931 la première transmission radiophonique d’un pape, Pie XI, annonçant personnellement au microphone : « Avec l’aide de Dieu, qui met à disposition de l’humanité tant de forces mystérieuses, j’ai réussi à préparer cet instrument qui donnera aux fidèles du monde entier la consolation d’entendre la voix du Saint-Père. »

Le 20 juillet 1937, Marconi meurt à Rome d’une crise cardiaque.

Salvan en Suisse, capitale historique de la communication radio

On ignore ce qui amène Guglielmo Marconi dans ce petit village de Salvan, à 7 km au-dessus de Martigny, dans le Valais suisse, en cet été 1895 : peut-être une halte dans un endroit calme pour réaliser des essais de communication lors d’un voyage qui le mène de la maison familiale Griffone près de Bologne à l’Angleterre, où il se rend régulièrement pour affaires. Peut-être aussi pour disposer d’un relief plus escarpé que la plaine de Bologne et permettre de poser son émetteur au sommet d’une crête. Sans doute pour avoir un endroit tranquille où réaliser ses expériences à l’abri des regards indiscrets, car comme il l’indiquera plus tard, il ne comprend pas pourquoi un système aussi simple que celui qu’il a conçu n’a pas été réalisé plus tôt.

Toujours est-il que Marconi s’arrête à Salvan. Il demande l’aide d’un petit garçon de 10 ans, neveu de l’hôtelier chez qui il loge, Maurice Gay-Balmaz. Le témoignage de Maurice Gay-Balmaz sur les expériences qui se déroulent à Salvan à l’été 1895 est recueilli beaucoup plus tard et est diffusé par la Radio suisse romande en 1969.

Marconi dispose son émetteur sur un rocher, appelé « Pierre Bergère », qui domine le village. Le récepteur est tenu par Maurice Gay-Balmaz, d’abord à quelques mètres pour les premiers essais de réglage. Au bout d’un certain temps, le dispositif fonctionne et Marconi demande à Maurice Gay-Balmaz de s’éloigner de plus en plus loin pour finir par ne plus être visible. Grâce à cela, il peut confirmer que les ondes radio (ondes électromagnétiques) ne se propagent pas en ligne droite et peuvent franchir des obstacles. Après plusieurs semaines d’expérimentations fructueuses, Marconi regagne l’Italie et réalise un nouvel essai depuis sa propriété devant témoins, sur une distance de 2,5 km. Quelques mois plus tard, Marconi invite Maurice Gay-Balmaz en Italie pour le remercier de son aide, mais ses parents refusent en raison de son jeune âge.

On connaît le succès de Marconi comme inventeur de la télécommunication sans fil. À l’occasion du centenaire du brevet de Marconi, la commune et la Société de développement de Salvan mettront sur pied une exposition avec la collaboration des Postes et télégraphes suisses et du musée Audiorama de Montreux. Cette exposition deviendra permanente au musée Marconi, sur la place centrale de Salvan. Un « sentier Marconi » part du musée, monte vers le bloc sur lequel Marconi a placé son émetteur, passe par plusieurs endroits où des signaux ont été reçus en 1895 et se termine à la maison où Marconi a séjourné, dans la « rue des Millionnaires ». Des panneaux explicatifs jalonnent le parcours.

Comme cet épisode majeur du développement de la radio se devait d’être mieux connu dans le monde scientifique, Freddy Gardiol, professeur honoraire, et Yves Fournier, historien, entreprennent des démarches pour le faire reconnaître « officiellement » par l’Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE). Le dossier de candidature, complété et documenté, est soumis pour évaluation aux commissions d’experts de l’IEEE qui accordera le titre de « Milestone » au site de Salvan où Marconi a fait ses expériences.

Une plaque commémorative en bronze est inaugurée le 26 septembre 2003 pour marquer l’événement, malheureusement sans le témoin des premiers essais, décédé en 1975 à l’âge de 80 ans.

Quelques dates de l’épopée de la radiodiffusion

L’invention de la radio est une œuvre qui s’étend sur plusieurs décennies par progrès successifs.

Cette épopée part de la découverte des ondes électromagnétiques, de l’invention du télégraphe, et aboutit aux premiers matériels utilisables pour communiquer sans fil.

Voici quelques dates importantes du début de la radiodiffusion. En 1837, les savants anglais Charles Wheatstone (1802-1875) et William Fothergill Cooke (1806-1879) fabriquent le premier télégraphe électrique. En 1840, l’Américain Samuel Morse (1791-1872) brevette le télégraphe électrique et son assistant Alfred Vail (1807-1859) invente le code dit « Morse », du nom de son employeur. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) met en évidence les ondes radio qui seront appelées « ondes hertziennes » en son honneur. En 1890, Édouard Branly (1844-1940) découvre le principe de la radioconduction et met au point le premier détecteur d’ondes sensible, le radioconducteur, qui prendra le nom de « cohéreur ». En 1892, le Hongrois Tivadar Puskás (1844-1893) invente le Telefon Hìrmondò, le premier journal radio. La légende raconte que le mot « Allô ! » (ou ha-lo !) vient du hongrois hallom (« je vous entends »). Tivadar Puskás aurait répondu cela lors de son premier essai de journal radio. Les étrangers qui assistaient à cette expérience ont repris ce mot sous la forme d’une onomatopée devenue internationale. En 1893, le professeur russe Alexandre Popov (1859-1906) découvre le principe de l’antenne qui va permettre des liaisons radio à grande distance. En 1895, Guglielmo Marconi expérimente les premières liaisons hertziennes à la villa Griffone, en Italie, et franchit une étape significative de la télégraphie sans fil à Salvan (Valais) dans les Alpes suisses, durant l’été 1895. En 2008, le village de Salvan sera reconnu par l’Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens et honoré par l’Union internationale des télécommunications comme le berceau des télécommunications. En 1897, Guglielmo Marconi réalise la première communication radio en morse sur 14 km en Grande-Bretagne. En 1898, le lieutenant de vaisseau Camille Papin Tissot établit la première liaison radio opérationnelle française en mer : 1 800 mètres entre le Borda et le sémaphore du Parc aux Ducs à Brest et Eugène Ducretet établit la première liaison télégraphique hertzienne entre la tour Eiffel et le Panthéon de Paris, distants de 4 kilomètres. En 1901, Marconi effectue la première liaison radio transatlantique entre Terre-Neuve et les Cornouailles. En 1906, le Canadien Reginald Fessenden (1866-1932) établit la première transmission de la voix par radio. La première application spectaculaire de la télégraphie sans fil est la sécurité maritime. Dès le début du XXe siècle, les paquebots s’équipent de la radiotélégraphie. Dès 1904, la station Ouessant TSF avec l’indicatif (radio) FFU (station française fixe de Ushant), effectue des liaisons radiotélégraphiques sur une longueur d’onde des 600 mètres avec une flotte de 80 paquebots. La première liaison commerciale transatlantique fonctionne en 1907 entre l’Irlande et Terre-Neuve. Deux catastrophes maritimes célèbres montrent l’efficacité de la radio : en 1909, 920 passagers sont sauvés lors de la collision entre les bateaux République et Florida grâce à l’appel en télécommunication sans fil. Le Titanic utilise pour la première fois le code SOS en 1912. Vers 1913, les premières bandes de fréquences radio partagées entre plusieurs services font leur apparition. En mai 1914, dans une annexe du château royal à Laeken, en Belgique, une première radio diffuse des émissions de manière régulière, telles que des concerts. La station sera dynamitée sur ordre du Roi au début de la guerre, en août 1914, pour éviter qu’elle ne passe aux mains des Allemands. Après la Première Guerre mondiale, plusieurs stations radio voient le jour de par le monde et diffusent des programmes comme les nouvelles, les prévisions météo et de la musique. En France, Radio Tour Eiffel diffuse un premier concert en 1921. La BBC est fondée en 1922. En 1938, Orson Welles diffuse sa célèbre émission radio mettant en scène une attaque martienne. Le 18 juin 1940, le général de Gaulle fait son célèbre appel depuis Londres : « Ici Londres, les Français parlent aux Français... »

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1895 Les phonèmes de Jan Ignacy Niecisław Baudouin de Courtenay

Jan Niecisław Baudouin de Courtenay naît près de Varsovie en 1845, dans ce pays tiraillé entre les trois géants voisins que sont la Russie, la Prusse et l’empire austro-hongrois. En 1862, il entre à l’Université de Varsovie où il obtient une maîtrise d’histoire et de philosophie en 1866. Il quitte la Pologne et étudie dans différentes universités étrangères, dont l’Université Charles de Prague, l’Université de Iéna et l’Université Humboldt de Berlin. En 1870, il obtient un doctorat à l’Université de Leipzig pour son travail Sur l’ancienne langue polonaise antérieure au XIV e siècle.

Baudouin établit l’école de linguistique de Kazan en Russie au milieu des années 1870 et est professeur dans cette université à partir de 1875. Plus tard, il est nommé à la tête de la faculté de linguistique de l’université allemande de Dorpat, en Estonie actuelle, à l’époque appelée Université de Iouriev, où il est en poste de 1883 à 1893.

Entre 1894 et 1898, il occupe le même poste à l’Université de Cracovie puis est nommé à Saint-Pétersbourg. Après l’indépendance de la Pologne en 1918, il retourne à Varsovie, où il devient le personnage central du département de linguistique de l’université. À partir de 1887, il occupe un fauteuil de l’Académie polonaise des arts et des sciences et, à compter de 1897, il est membre de l’Académie des sciences de Saint-Pétersbourg. En 1925, il est l’un des fondateurs de la Société polonaise de linguistique.

Patriote polonais, il défend aussi les minorités ethniques de son pays et aura des ennuis avec l’autorité russe lors de la gouvernance de la Pologne par la Russie. Il meurt à Varsovie en 1929, âgé de 84 ans.

Les apports de Baudouin de Courtenay en linguistique

Les travaux des linguistes avant Baudoin de Courtenay consistent souvent à étudier les langues dans un contexte historique et s’opposent à la recherche de la langue indo-européenne originelle.

Baudouin de Courtenay prétend que toute recherche d’une langue originelle (Ursprache) est inutile et illusoire. Ses travaux marquent donc une transition entre les linguistes du XIXe siècle (et précédemment) et ceux du XXe siècle qui structureront l’étude des langues par elles-mêmes et pas uniquement dans le cadre d’une évolution historique.

Baudouin de Courtenay aura une influence importante sur le structuralisme, tel qu’il sera développé d’abord par le Suisse Ferdinand de Saussure (1857-1913) puis par l’école slave de Nikolaï Sergueïevitch Troubetzkoï (1890-1938) et Roman Jakobson (1896-1982) à la fin des années 1920.

Avec son élève Mikołaj Kruszewski (1851-1886), Baudouin de Courtenay crée la théorie des alternances en phonétique. Il invente le terme « phonème », sorte d’unité de langage. Il en propose une définition dans Versuch einer Theorie phonetischer Alternationen (Essai de la théorie des alternances) qu’il publie en 1895. Les acousticiens utilisent des phonèmes particuliers composés de deux consonnes entourant une voyelle lorsqu’ils réalisent des tests perceptifs d’intelligibilité de la parole.

Tout au long de sa carrière, Baudouin de Courtenay écrira de nombreux articles scientifiques dans toutes les langues qu’il maîtrise : polonais, russe, tchèque, slovène, italien, français et allemand. Il est un adepte de l’espéranto comme langue auxiliaire internationale.

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1898 Wallace Clement Sabine : la naissance de l’acoustique des salles

L’acoustique des salles est l’étude de la géométrie et des matériaux d’un espace afin d’y créer une bonne qualité d’écoute. Cette science est née il y a un peu plus d’un siècle grâce à un assistant en physique de l’Université Harvard à Boston : Wallace Clement Sabine (1868-1919). On trouve déjà des traces de traitement acoustique des lieux d’écoute dans les parois des théâtres grecs et romains. Les lois physiques de l’acoustique sont connues depuis fort longtemps, mais l’acoustique appliquée débute réellement à la fin du XIXe siècle.

L’auditorium du Fogg Art Museum de Boston

En 1895, l’Université Harvard inaugure un nouvel auditorium dans le Fogg Art Museum. Celui-ci a été conçu sur la base des plans d’un auditorium voisin qui donne entière satisfaction (l’auditorium Sanders) et de toutes les connaissances acoustiques de l’époque, mais dès l’inauguration, le discours des enseignants s’avère totalement inaudible pour les étudiants présents. Charles William Elliot (1834-1926), le recteur de Harvard, est très mécontent. Il s’adresse au responsable du département de physique, John Trowbridge (1843-1923), et lui demande de corriger l’acoustique désastreuse du nouvel auditorium. Personne dans le service ne se sent capable de fournir une solution de rattrapage et Trowbridge demande alors à Wallace Clement Sabine, jeune assistant fraîchement nommé, de résoudre le problème. Si Sabine a des connaissances théoriques de l’acoustique de par sa formation en physique, il y a un monde entre la théorie et la pratique (comme dans toutes les disciplines scientifiques) et aucun exemple de correction acoustique d’une salle n’a jamais été publié. Le compte-rendu de Joseph Henry (1797-1878), publié en 1856, lui est peut-être connu mais il ne donne que des recommandations générales et difficilement transposables. Au cours des trois années suivantes, Wallace C. Sabine va transformer l’acoustique architecturale en une science expérimentale aboutie.

La durée de réverbération

Sabine comprend que la décroissance du son (ce qu’il appellera la « réverbération ») est beaucoup plus lente dans le nouvel auditorium du Fogg Art Museum que dans l’auditorium Sanders et que ceci est la source du manque d’intelligibilité. Il décide d’en chercher la raison et comment cette réverbération peut être mesurée et maîtrisée. En tant qu’assistant à l’université, il a en charge un laboratoire expérimental de mesures physiques et il va mettre en pratique de façon à la fois rigoureuse et inventive ses aptitudes expérimentales. Il commence par mettre au point un dispositif de mesure de la durée de décroissance du son.

La source sonore est un tuyau d’orgue accordé sur le do4 (512 Hz) dont l’air est soufflé par un dispositif électropneumatique (comme les orgues du même type). Le courant électrique déclenchant et arrêtant le dispositif de soufflage d’air dans le tuyau d’orgue est utilisé comme marqueur et une lampe est allumée lors de l’arrêt du soufflage. Comme récepteur, Sabine utilise l’oreille d’un observateur humain. La tâche de l’observateur est de presser un bouton qui éteint la lampe lorsque le son devient inaudible dans la salle, ce qui fournit une deuxième impulsion électrique. Un chronographe, instrument de mesure déjà très au point à l’époque et dont la précision est le centième de seconde, est utilisé pour mesurer la durée entre l’arrêt du souffle dans le tuyau d’orgue et l’inaudibilité indiquée par l’observateur. Sabine appelle « durée de réverbération » la durée de décroissance du son de 60 dB après arrêt de la source. Il procède ainsi à des mesures de durée de réverbération dans différentes salles de l’université avec l’aide de techniciens de son service utilisés comme observateurs. Pour ne pas être perturbées par le bruit ambiant de l’université, ces mesures ont lieu la nuit, aux moments les plus calmes, c’est-à-dire entre minuit et 5 heures du matin environ.

Dans l’auditorium défaillant, la durée de réverbération dépasse cinq secondes alors qu’elle n’est que de trois secondes dans l’auditorium Sanders. Au cours des trois années qui suivent, de 1895 à 1898, Wallace C. Sabine, aidé par ses collaborateurs, procédera à des milliers de mesures acoustiques nocturnes. Ces mesures permettront de mettre au point l’acoustique de la salle moderne.

En bon expérimentateur rigoureux, il commence par valider un certain nombre de choses et il constate les propriétés suivantes : la durée de réverbération d’une salle est la même en tous points, indépendamment de la position de la source et de celle de l’observateur ; les différents observateurs perçoivent globalement la même durée de réverbération, ce qui permet déjà de simplifier et de limiter le nombre de mesures à réaliser.

Le coefficient d’absorption acoustique des matériaux « alpha Sabine »

Wallace C. Sabine a rapidement compris que la taille et la forme de la salle ainsi que les matériaux utilisés sont les variables qui peuvent influencer l’acoustique d’une salle. Dans le cas de la correction acoustique d’une salle existante, seuls les matériaux peuvent en général être modifiés. Au cours de 1896, il obtient la permission de déménager temporairement les 400 coussins des sièges de l’auditorium Sanders. Ceux-ci doivent être néanmoins remis en place après chaque séance de mesures ! Il procède à des mesures de durée de réverbération dans différentes salles de l’université avec différentes quantités et localisations de coussins. Lorsque les salles possèdent des fenêtres, il procède aussi à des mesures de réverbération fenêtres ouvertes et fermées et constate que la durée de réverbération est réduite lorsque l’on augmente la surface des fenêtres ouvertes comme lorsque l’on augmente la quantité de coussins. Le son quitte la salle par la fenêtre ouverte et est donc « absorbé » pour la salle concernée. Le m² de fenêtre ouverte devient l’unité d’absorption acoustique. Cette terminologie est encore utilisée dans certaines langues, notamment en néerlandais où l’on parle de « m² open raam absorptie ». Plus l’absorption est importante, plus la durée de réverbération est réduite. Il constate que 1 m² de coussins absorbe moins que 1 m² de fenêtres ouvertes. Ceci lui permettra de définir le pourcentage d’absorption d’un matériau par rapport à la fenêtre ouverte (qui absorbe 100 % du son), appelé encore aujourd’hui « coefficient alpha Sabine ».

Il procède aussi à des mesures de réverbération dans des amphithéâtres avec et sans public, ce qui permet de définir le coefficient d’absorption des personnes (par m² de surface occupée par le public et par nombre de personnes) et qui lui sera bien utile dans l’étude acoustique des salles par la suite.

Parallèlement et au cours des années suivantes, Wallace C. Sabine procède à des mesures d’absorption acoustique de différents matériaux dans une salle des Laboratoires Jefferson, dans l’Illinois, où travaille son cousin Paul E. Sabine (les Laboratoires Jefferson actuels de Riverbank dans l’Illinois possèdent toujours un laboratoire de mesures acoustiques). Il enrichit son système de mesures en utilisant successivement plusieurs tuyaux d’orgue permettant de mesurer les propriétés acoustiques des matériaux à différentes fréquences.

Le traitement acoustique de l’auditorium du Fogg Art Museum : premier « conseil » acoustique

Toutes ces mesures vont bien au-delà de la mission qui lui a été confiée de corriger l’acoustique du Fogg Art Museum ; elles lui permettent néanmoins de comprendre les phénomènes. Au début, ces mesures intéressent, voire amusent ses collègues et les autorités de l’université mais début 1898, le recteur somme W. C. Sabine de fournir une solution au problème de l’auditorium du Fogg Art Museum. Sabine présente bientôt un plan et des spécifications de matériaux. Il préconise la mise en place de surfaces de tissus remplis de feutre d’environ 20 mm d’épaisseur en vingt et un endroits différents sur les murs de l’auditorium. Cette solution est mise en œuvre au cours de l’été 1898 et lors de la rentrée universitaire, il s’avère que l’acoustique de l’auditorium donne pleine satisfaction. La durée de réverbération est réduite de 5,6 à 2,2 secondes. Ces matériaux resteront en place pendant 75 ans, jusqu’à la destruction du bâtiment.

La réputation de Wallace C. Sabine comme acousticien se propage rapidement dans le monde universitaire de Boston.

La formule de Sabine. C’est une hyperbole !

À cette époque, la construction d’une nouvelle salle de concert de 2 600 places à Boston est décidée en complément du Music Hall qui ne donne pas satisfaction. Les architectes et l’équipe de Henry Lee Higginson, fondateur et directeur de l’Orchestre philharmonique de Boston, décident de s’inspirer du Neues Gewandhaus de Leipzig (1 560 places) récemment inauguré et dont l’acoustique est unanimement louée par les musiciens et le public. Cette salle sera détruite pendant la Seconde Guerre mondiale sous les bombardements, comme une grande partie de Leipzig. La salle actuelle est celle qui a été reconstruite après la guerre et inaugurée en 1959. Mais du fait de l’augmentation de près de 70 % du nombre de places, les plans élaborés par le bureau d’architectes McKim, Mead and White inquiètent Henry Lee Higginson. Il en parle aux autorités de Harvard qui lui suggèrent de demander conseil à Wallace C. Sabine. Celui-ci hésite, car une chose est de proposer des traitements dans une salle existante où il est possible de réaliser des mesures expérimentales, une autre est de valider une géométrie et des matériaux sur les plans d’une future salle. Il n’est bien sûr pas possible d’en attendre la réalisation pour se rendre compte que la profondeur de la salle est trop importante (ce qui était déjà le cas sur les plans d’origine) et les matériaux inadéquats. Sabine, jeune assistant de seulement 30 ans, ne dispose pas des outils de conception nécessaires à ce travail et il demande deux semaines de réflexion avant de donner sa réponse.

Au cours de ces deux semaines, Sabine remet à plat toutes les mesures acoustiques qu’il a réalisées depuis trois ans sur les différentes configurations des salles de différentes tailles et réverbérations, les analyse afin de trouver un lien entre toutes ces données. Le samedi soir 29 octobre 1898, lorsqu’il dispose celles-ci sur un graphique avec horizontalement la quantité d’absorption dans la salle et verticalement la durée de réverbération, il a comme une illumination. Il se tourne vers sa mère proche de lui et s’écrie : « J’ai enfin trouvé, c’est une hyperbole ! »

Les courbes liant l’absorption et la réverbération sont en effet celles d’hyperboles A x T = K. A = la quantité d’absorption dans la salle en m², c’est-à-dire la somme des surfaces de matériaux multipliées par leurs coefficients d’absorption respectifs : (A = ∑ Si αi). T = la durée de réverbération en secondes.

En analysant les différentes courbes des salles, il trouva que la constante K (paramètre des hyperboles) est directement proportionnelle au volume de la salle K = 0,163 x Volume (en m³). Il trouve ainsi la formule de Sabine : T = 0,163 V/A que tout acousticien de salle connaît et utilise encore aujourd’hui. Sabine et d’autres acousticiens démontreront plus tard la justesse théorique et les conditions d’application de cette formule trouvée expérimentalement.

Il dispose maintenant d’un outil lui permettant de prévoir la durée de réverbération d’une salle. Il est en effet possible de calculer le volume et les différentes surfaces de matériaux à partir des plans et coupes de l’architecte. Si l’on connaît les coefficients d’absorption des matériaux (y compris le public et les sièges, ce que les nombreuses mesures réalisées depuis trois ans ont permis), il est possible de calculer la durée de réverbération et de vérifier si celle-ci est adéquate à l’usage de la salle.

Wallace C. Sabine, premier consultant acousticien du Boston Symphony Hall

Fort de cette théorie novatrice, Wallace C. Sabine accepte d’examiner les plans des architectes du futur Boston Symphony Hall. Ceux-ci sont basés sur le Neues Gewandhaus de Leipzig, mais l’augmentation du nombre de places décidée avec le maître d’ouvrage a conduit à des dimensions trop importantes. Si les plans d’origine avaient été maintenus, il est certain que l’acoustique aurait été déficiente. Le travail en commun permet notamment de réduire la profondeur de la salle prévue initialement. Sabine conseille également les matériaux à mettre en place.

Il suggère aussi de réduire la largeur de la scène, ce qui permettra « d’augmenter la force sonore de l’orchestre et permettra une meilleure attaque ». La réduction de la taille de la scène n’a que peu d’influence sur la réverbération, mais s’avérera être un conseil judicieux pour l’acoustique de la salle.

Wallace C. Sabine consigne ses recherches par écrit. Il publie en 1900, peu avant l’ouverture du Boston Symphony Hall, son plus célèbre article, Reverberation, où il explique de façon très didactique et simple tout le processus qui l’a conduit à élaborer sa formule et aussi les conseils prodigués aux concepteurs de la salle de Boston.

Il est certain que sans son intervention, la salle de Boston aurait été moins appréciée des musiciens et spectateurs. Son acoustique naturelle (non amplifiée) est toujours intacte aujourd’hui et la salle reste l’une des meilleures salles de concert classique au monde.

Par la suite, Wallace C. Sabine publie encore une dizaine d’articles sur l’acoustique et joue le rôle de conseil acoustique pour divers projets architecturaux, jusqu’à la Première Guerre mondiale.

Il contribue à développer les méthodes de mesures du coefficient d’absorption acoustique aux Laboratoires Jefferson avec son cousin Paul. Il est nommé professeur et chef de service à Harvard, ce qui l’éloigne un peu de la recherche. En 1915, il donne une série de conférences sur l’acoustique à la Sorbonne à Paris.

Lorsque les États-Unis entrent en guerre, il abandonne l’acoustique pour l’assistance à la conception des avions militaires. Il meurt prématurément de maladie peu après la fin de la guerre, en 1919.

Apports de Wallace Clement Sabine

Malgré les progrès des outils informatiques de conception et de mesures, la formule de Sabine est toujours utilisée aujourd’hui par les acousticiens dans la conception des lieux d’écoute, à côté d’autres outils de conception. Sa justesse et sa simplicité élégante ont traversé les décennies.

Le coefficient d’absorption acoustique, encore appelé « alpha Sabine », reste la propriété acoustique des matériaux la plus utilisée. La méthode de mesure développée par Sabine il y a plus d’un siècle reste utilisée de façon unanime dans tous les laboratoires du monde, même si les appareils de mesures et les haut-parleurs ont remplacé l’humain qui éteint l’ampoule et les tuyaux d’orgue.

La durée de réverbération est toujours le critère de confort acoustique le plus utilisé, y compris dans les réglementations acoustiques (lorsqu’elles existent).

Biblio 123, 124, 125, 126

1915 Paul Langevin met au point le premier sonar

Le 14 avril 1912, le paquebot Titanic heurte un iceberg et envoie ce message radiotélégraphique de détresse : « CQD » c’est-à-dire « Come Quick Danger », signal créé par l’Italien Guglielmo Marconi (1874-1937), suivi du signal de détresse allemand « SOS », déjà internationalement reconnu et qui deviendra par la suite le seul à être utilisé en raison de sa simplicité. À l’époque, aucun signal de détection d’obstacles efficace n’existe sur les navires. La catastrophe du Titanic puis les nombreuses pertes de navires coulés par les sous-marins au cours de la Première Guerre mondiale vont constituer un accélérateur des recherches en matière de détection sous-marine.

Les premiers pas des ultrasons

Lazzaro Spallanzani (1729-1798) avait déjà découvert en 1794 que les chauves-souris sont dotées d’un sens de détection des obstacles très développé. On ne décrira précisément ce système que l’on appelle « écholocalisation » qu’au cours du XXe siècle.

En 1883, Francis Galton (1822-1911) met au point un sifflet (qui porte son nom) émettant des sifflements à des fréquences supérieures à ce qui est audible par l’homme.

En 1912, le physicien anglais Lewis Richardson (1881-1953) propose d’équiper les navires de détecteurs à ultrasons et dépose un brevet cinq jours après le naufrage du Titanic. Malheureusement, toutes les technologies imaginées, qu’elles soient basées sur les sons audibles ou les ultrasons, ne seront pas suffisamment puissantes pour être efficaces.

En 1914, l’ingénieur russe Constantin Chilowsky propose de développer un appareil capable de transformer les oscillations électriques en oscillations mécaniques. Le ministre français Paul Painlevé (1863-1933), qui est aussi mathématicien, suggère au savant Paul Langevin d’approfondir cette suggestion et de tenter de mettre au point un tel appareil destiné à la détection sous-marine.

Paul Langevin cherche d’abord à utiliser les actions mécaniques qui ont lieu dans les condensateurs électriques. Là aussi, les signaux électriques sont beaucoup trop faibles.

Le triplet Langevin

En 1880, les frères Pierre (1859-1906) et Jacques (1855-1941) Curie démontrent que des signaux électriques sont émis par le quartz lorsque l’on le soumet à des contraintes mécaniques. Le physicien G. Lippmann découvre l’effet piézoélectrique inverse l’année suivante, à savoir qu’un champ électrique appliqué à certaines faces de cristaux produit une déformation. Les frères Curie utilisent cette propriété pour réaliser des tests sur des éléments radioactifs. Langevin a alors l’idée d’utiliser l’effet « piézoélectrique » en 1916 pour mettre au point un appareil qui puisse jouer le rôle à la fois de détecteur et d’émetteur d’ultrasons. Le principe imaginé par Langevin est l’association de lames de céramique piézoélectriques serrées entre des lames métalliques qui les protègent et conduisent l’électricité. Sous l’excitation d’un signal électrique, les lames de céramique se compriment et se détendent. Les premières expériences en laboratoire sont concluantes et un brevet est déposé en 1916.

Les premiers essais réels sont réalisés de part et d’autre de la Seine à Paris et permettent la détection, mais là aussi avec des réceptions faibles. Langevin et son équipe essayent d’augmenter la sensibilité du système. Si l’on accorde la fréquence de résonance du triplet lame métallique/lame de céramique/lame métallique avec la fréquence électrique, on aura une amplification de près de cinquante fois le déplacement du triplet pour une même excitation électrique et inversement, on mesurera un courant électrique cinquante fois supérieur pour une même excitation mécanique dans le cas du récepteur. Des essais concluants ont alors lieu, d’abord à nouveau de part et d’autre de la Seine, puis dans la rade militaire de Toulon où un écho en retour est détecté par un sous-marin situé à 2 km. Ce que l’on appellera plus tard le sonar (sound navigation and ranging) est né.

Développements ultérieurs

La Première Guerre mondiale se termine lorsque le sonar est mis au point, mais les développements seront poursuivis tout au long du XXe siècle et se poursuivent encore aujourd’hui. Les sonars seront au point lors de la Seconde Guerre mondiale et empêcheront grandement la destruction de navires par les sous-marins.

Depuis un siècle, les récepteurs et émetteurs ont considérablement évolué et ont été grandement améliorés, utilisant aussi d’autres techniques. Tous les bateaux sont équipés de systèmes de détection aujourd’hui, pour les applications civiles, militaires ou industrielles. Les bancs de poissons sont détectés par les bateaux de pêche, par exemple. Le système de mesures a aussi été adapté aux roches et aux solides en général. Les systèmes de contrôle des couches géologiques, de détections minières… par ultrasons utilisent les mêmes principes.

Les systèmes d’ultrasons de « forte intensité » sont utilisés pour le nettoyage précis de surfaces.

En 1957, au Royaume-Uni, de la collaboration de l’ingénieur Tom Brown (1933-2019) et du gynécologue Ian Donald (1910-1987) naît un appareil à balayage manuel pour examen du corps par réflexion des ultrasons. L’échographie est née. La médecine joue aujourd’hui le rôle de catalyseur pour les recherches des techniques ultrasonores, comme le furent les applications militaires il y a un siècle.

Aujourd’hui, les technologies « tactiles » de nos tablettes et smartphones utilisent l’effet piézoélectrique des couches des écrans pour générer une impulsion électrique lors de la pression du doigt sur l’écran.

Paul Langevin se passionne pour la diffusion des connaissances et l’enseignement de la physique, notamment celui de la théorie de la relativité d’Einstein. Les ultrasons sont une parenthèse, sans doute patriotique, dans sa vie.

Ses idées humanistes et de gauche lui causent des ennuis et son arrestation puis sa mise en résidence surveillée à Troyes au cours de la Seconde Guerre mondiale. Il décède en 1946, à l’âge de 74 ans.

Biblio 127, 128

1916 Le Cours de linguistique générale de Ferdinand de Saussure

Ferdinand de Saussure naît en 1857 à Genève dans une famille de la haute bourgeoisie qui s’y est installée au moment de la Réforme et qui compte déjà plusieurs célébrités.

Ferdinand étudie les langues à Leipzig, Berlin et Paris à la fin du XIXe siècle, qui voit naître un très grand nombre d’études sur les langues indo-européennes, notamment en Allemagne. Il publie à Leipzig en 1879 son premier article, Mémoire sur le système primitif des voyelles dans les langues indo-européennes.

En 1881, il présente également à Leipzig sa thèse de doctorat : De l’emploi du génitif absolu en sanscrit. Il enseigne ce qui deviendra la linguistique d’abord à Paris, à l’École pratique des Hautes Études, entre 1881 et 1891, avant de poursuivre son enseignement à l’Université de Genève jusqu’à sa mort, en 1913, d’une maladie pulmonaire.

Le Cours de linguistique générale

Ferdinand de Saussure jette les bases de ce que l’on appellera le « structuralisme ». Il définit la langue comme un système de langage avec toute une série de concepts qu’il décrit dans son enseignement.

Ses leçons seront rassemblées après sa mort par ses élèves et successeurs à l’Université de Genève : Charles Bally (1865-1947) et Albert Sechehaye (1870-1946). Ils publieront le Cours de linguistique générale de Ferdinand de Saussure en 1916. Tous les concepts de langue, langage, paroles… forment avec Saussure le premier système cohérent de l’étude d’une langue, la linguistique.

Il distingue notamment la notion de « signifié » et de « signifiant » d’un mot (ou plus généralement d’un « signe »). Le signifié est la représentation mentale (l’image) que nous nous faisons du concept associé au signe, alors que le signifiant est la représentation mentale que nous nous faisons du signe lui-même. Ces deux notions se mélangent et se combinent dans notre cerveau pour donner le sens.

Avant Saussure, les linguistes étudiaient une langue en se penchant surtout sur son évolution historique. Ils réalisaient un film historique de la langue, ce que Saussure appelle la « diachronie ». Saussure nous enseigne qu’il faut aussi étudier une langue indépendamment de son évolution au cours du temps. L’étude d’une langue doit être une photo complète à un moment donné de son histoire sans regarder son évolution ; c’est la « synchronie ». La langue est un système riche à chaque étape de son évolution. Le fait d’étudier la langue comme toute une succession de synchronies enrichira l’étude de son évolution historique.

Ferdinand de Saussure publie peu de son vivant. Cent ans après sa mort, il reste le savant le plus cité par les linguistes du monde entier. Il aura aussi une grande influence sur les ethnologues et philosophes.

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1929 Les « thèses » du Cercle de Prague

Le vieil Empire austro-hongrois est en train de mourir dans la première moitié du XXe siècle et un monde nouveau est en train de naître en Europe avec la révolution russe, la montée du fascisme en Italie et du nazisme en Allemagne.

Prague est une ville riche d’intellectuels en cette période. On peut songer à Franz Kafka (1883-1924) en littérature, Leos Janacek (1854-1928) et Gustav Malher (1860-1911) en musique et Alfons Mucha (1860-1939), l’un des pères de l’Art nouveau ; tous sont originaires de cette région des Balkans qui est le théâtre des changements de notre monde occidental. Prague sera aussi le théâtre du développement de la linguistique (science du langage). La ville voit se réunir des linguistes issus de la Russie et de l’Europe centrale en général qui vont structurer (d’où le terme « structuralisme ») l’étude des langues et du langage et faire de la linguistique une branche de la science à part entière en poursuivant les travaux de leurs prédécesseurs linguistes comme Ferdinand de Saussure ou Jan Baudouin de Courtenay (1845-1929).

Le monde anglo-saxon connaît aussi des progrès importants en linguistique à cette période, avec des savants comme Leonard Bloomfield (1887-1949) et Edward Sapir (1884-1939), lui aussi originaire d’Europe centrale.

La date de création du Cercle de Prague est officiellement le 6 octobre 1926. Ses deux principaux représentants sont les Russes Roman Jakobson et Nikolaï Troubetskoï. Les membres du cercle rédigent collectivement, en français, leurs « thèses » sur la manière d’étudier une langue en général et appliquent ces thèses à l’étude des langues slaves. Ils publient, en 1929, avant leur premier congrès prévu à Prague, leurs thèses sous la forme d’un premier recueil de travaux, « un petit programme déclaratif », selon les termes de Troubetskoï. Ce sera le manifeste du structuralisme linguistique. Ils publieront huit recueils jusqu’à 1939, avant la Seconde Guerre mondiale qui décimera le cercle.

Aujourd’hui, le Cercle linguistique de Prague existe toujours et il soutient les recherches en linguistique.

Nikolaï Sergueïevitch Troubetskoï

Nikolaï Sergueïevitch Troubetskoï naît en 1890 à Moscou dans une famille princière. Le moins que l’on puisse dire, c’est qu’il aura une vie mouvementée faite d’exils successifs jusqu’à sa mort prématurée d’une « crise cardiaque » lors de la mise à sac de son appartement et la confiscation de ses documents personnels par la Gestapo au cours de l’Anschluss (invasion de l’Autriche par l’Allemagne nazie) en 1938. Troubetskoï entre comme étudiant à l’Université de Moscou en 1908, où il étudie dans la section de linguistique. Il y obtient un poste de chercheur en 1915. Pendant l’été 1917, il séjourne à Kislovodsk, station thermale du nord du Caucase. C’est de là qu’il gagne Tiflis puis Bakou après la révolution d’Octobre.

Après le séjour à Bakou, il enseigne pendant quelque temps la grammaire comparée à l’Université de Rostov-sur-le-Don. Mais la ville est prise par l’Armée rouge en janvier 1920 et Troubetskoï quitte la Russie en passant par la Crimée. Après un passage par Constantinople, il s’installe à Sofia où il enseigne à l’université pendant deux années, à partir de la rentrée universitaire de 1920.

En 1922, il quitte la Bulgarie pour l’Autriche où il obtient un poste à l’Université de Vienne. C’est dans cette ville, à partir de la rentrée universitaire de 1922, qu’il va enseigner jusqu’à sa mort en 1938. Troubetskoï est l’un des deux membres les plus célèbres du Cercle linguistique de Prague et il marquera la linguistique de son empreinte malgré sa vie courte et mouvementée. Il développera l’idée d’aire linguistique qui est déjà apparue dans les ouvrages du linguiste polonais Jan Baudouin de Courtenay (1845-1929).

Cette idée provient de la dénomination, d’abord en russe, « yazykovoï soyouz » (union linguistique), ainsi qu’en allemand, « Sprachbund ». C’est l’idée (de bon sens) que des langues, même d’origines très différentes, échangent entre elles lorsqu’elles sont situées dans une zone géographique commune. Troubetskoï appliquera ce concept à toutes les langues situées dans l’« aire linguistique » eurasienne, même les langues non indo-européennes.

Troubetskoï développera aussi le concept de phonologie, qui étudie l’organisation des sons au sein des différentes langues vivantes et contribuera à faire de la phonologie une branche à part de la linguistique.

La phonologie est complémentaire de la phonétique, qui s’intéresse aux sons eux-mêmes, indépendamment de leur emploi dans une langue. La phonétique s’intéresse aux sons en tant qu’unités acoustiques produites par un mécanisme physiologique ; la phonologie, aux sons en tant qu’éléments d’un langage comme système linguistique.

Le traité Grundzüge der Phonologie (Principes de phonologie), ouvrage très important de Koubetskoï, sera publié après sa mort et traduit en français en 1949.

Roman Ossipovitch Jakobson

Roman Jakobson est l’un des linguistes les plus importants du XXe siècle. Comme Troubetskoï, il connaît un début de vie mouvementé mais émigre aux États-Unis en 1941 et y poursuit ses recherches, au contraire de son collègue et ami du Cercle de Prague. Roman Jakobson naît à Moscou en 1898 dans une famille juive. Il étudie les langues orientales à l’Université de Moscou et, après son départ de Russie, à l’Université de Prague. En 1915, il fonde, avec d’autres étudiants, le Cercle linguistique de Moscou, dont il sera le président (1915-1920). La linguistique de l’époque est essentiellement historique (synchronique) et affirme que la seule manière scientifique d’étudier le langage est d’étudier l’histoire et le développement des mots au cours du temps. Jakobson, qui a eu connaissance des travaux de Ferdinand de Saussure, développe une approche diachronique qui se concentre sur la manière par laquelle la structure du langage elle-même permet de communiquer. En février 1920, il part pour l’Estonie en qualité de collaborateur de l’Agence télégraphique russe puis il gagne directement la Tchécoslovaquie, comme traducteur pour la Croix-Rouge. Il reste dans ce pays, où il soutient son doctorat en 1930. En 1926, il participe à la création de l’École de Prague. Ses nombreux travaux sur la phonologie l’aident à poursuivre ses développements sur la structure et la fonction du langage. Jakobson, qui a obtenu un poste à Brno en 1934 (confirmé en 1937), quitte la Tchécoslovaquie après l’invasion de ce pays par les troupes hitlériennes en mars 1939. Il gagne d’abord le Danemark, puis la Norvège où il est admis à l’Académie des sciences. Mais après l’attaque allemande contre la Norvège en avril 1940, il se réfugie en Suède, où il devient Visitor lecturer à l’Université d’Uppsala. En mai 1941, toutefois, il quitte la Suède pour les États-Unis. À New York, il s’intègre à la communauté scientifique européenne ayant fui la guerre. Il rencontre et travaille avec Claude Lévi-Strauss (1908-2009), qui deviendra un soutien important au structuralisme, et ils font ensemble une analyse linguistique du recueil Les Chats de Charles Baudelaire (1821-1867). Jakobson fait aussi la connaissance de plusieurs linguistes et anthropologues américains, comme Leonard Bloomfield (1887-1949).

En 1949, Jakobson s’installe à l’Université Harvard, où il enseigne jusqu’à la fin de sa vie. Au début des années 1960, Jakobson élargit ses travaux et développe une vue plus générale du langage. Il commence à publier des articles sur l’ensemble des sciences de la communication. Il élabore un modèle linguistique divisé en six fonctions, le « schéma de Jakobson ». Dans un article célèbre, Linguistics and Poetics, publié en 1960, Jakobson distingue six fonctions dans le langage : la fonction référentielle ou représentative, où l’énoncé donne l’état des choses (aussi dénommée sémiotique ou symbolique) ; la fonction expressive, où le sujet ou locuteur exprime son attitude propre à l’égard de ce dont il parle ; la fonction conative, lorsque l’énoncé vise à agir sur l’interlocuteur ; la fonction phatique, où l’énoncé révèle les liens ou maintient les contacts entre le locuteur et l’interlocuteur ; la fonction métalinguistique ou métacommunicative, qui fait référence au code linguistique lui-même ; la fonction poétique, où l’énoncé est doté en tant que tel d’une valeur, valeur apportant un pouvoir créateur. Chaque message relève de plusieurs de ces fonctions, mais l’une d’elles domine.

Il publie, en 1963, Essais de linguistique générale traduit dans plusieurs langues, recueil d’articles publiés auparavant dans différents volumes et périodiques. Les Essais de linguistique générale connaîtront un retentissement considérable, débordant largement le champ de la linguistique. En témoignent notamment l’application des théories de Jakobson au système de la parenté chez Claude Lévi-Strauss, leur inscription dans la réflexion psychanalytique chez Jacques Lacan (1901-1981) et l’application de ses schémas en théorie de la communication. Un second volume sera publié en 1973.

L’analyse de la poésie, et d’une œuvre littéraire en général, est aujourd’hui grandement imprégnée des théories du langage de Jakobson.

Élargissant sa problématique à l’apprentissage du langage par l’enfant et à l’aphasie, il montre que les premières acquisitions de l’enfant sont les dernières perdues par la personne atteinte d’aphasie, et réciproquement.

Il prend sa retraite comme professeur en 1967 mais continuera à donner des conférences dans le monde entier durant les quinze dernières années de sa vie. Il meurt en 1982 à Cambridge aux États-Unis, où il est enterré.

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1931 Alan Blumlein conçoit et développe de la stéréophonie

Alan Dower Blumlein naît dans la banlieue de Londres dans une famille très pauvre en 1903. Il ne lit correctement à l’école qu’à 12 ans, mais montre de grandes dispositions pour les mathématiques et les sciences. Il décroche une bourse pour étudier à l’Imperial College de Londres et obtient un diplôme d’ingénieur à 20 ans, en 1923. Il trouve un premier emploi dans la société Standard Telephone and Cables (STC). Il part ensuite en 1929 pour la société Columbia Grammophon, future firme anglaise EMI. Au début de 1931, lui et sa femme sont au cinéma. Les systèmes de reproduction sonore des premiers films parlants n’ont qu’un seul ensemble de haut-parleurs, ce qui fait que l’on entend le son complètement dissocié de la localisation de l’acteur. Blumlein déclarerait alors à sa femme qu’il a trouvé un moyen de faire suivre l’acteur par le son. Il expose ses théories à ses employeurs et les convainc de leur justesse. Un brevet commun Blumlein et EMI est déposé en décembre 1931. Il sera accepté en 1933. Le brevet britannique no 394 325 s’intitule « Améliorations et dispositions relatives aux systèmes de transmission sonore, d’enregistrement sonore et de reproduction sonore » et est autant un ouvrage scientifique qu’un brevet d’invention sur le son stéréophonique. Le texte est exceptionnellement long pour un brevet de l’époque, avec 70 revendications numérotées.

Il contient notamment un aperçu de la théorie de la localisation du son par nos deux oreilles (écoute binaurale), une guide pour ce qui sera le son « surround » dans l’industrie du cinéma et de l’enregistrement, la présentation de l’utilisation d’une paire de microphones avec leurs axes à angle droit l’un par rapport à l’autre, encore connue sous le nom de « Paire Blumlein », le traitement et mixage (shuffling) des signaux stéréo pour un bon enregistrement, le système d’enregistrement mécanique 45/45, c’est-à-dire avec des têtes à 45°, une tête de pressage de disque stéréo.

Le système 45/45 de Blumlein devient la norme mondiale pour les disques vinyle stéréo, et Blumlein lui-même est proclamé l’inventeur de la stéréo, terme que lui-même n’utilisera jamais. Il parle toujours de « binaural ».

En 1934, Blumlein enregistre la Symphonie Jupiter de Mozart dirigée par Sir Thomas Beecham aux studios Abbey Road à Londres en utilisant sa technique verticale-latérale. Une plaque sera apposée à l’entrée des studios en 2015 pour commémorer l’événement.

Par la suite, Blumlein se voit confier aussi le développement de systèmes de détection radar par le ministère de la Défense britannique. C’est au cours de mises au point en vol de ces développements ultrasecrets, en 1942, que meurent Blumlein et tout l’équipage de l’avion au-dessus du pays de Galles, lors d’un accident. Blumlein n’a pas 40 ans et il ne pourra pas profiter des retentissements et des retombées de ses découvertes en acoustique après la Seconde Guerre mondiale.

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1933 Fletcher et Munson montrent la réaction de l’oreille en fonction de l’intensité du son et de sa fréquence

Harvey Fletcher (1884-1981) et Wilden A. Munson (1902-1982) sont des ingénieurs des Bell Telephone Laboratories. Dans le cadre de recherches sur l’amélioration de la qualité sonore des téléphones, ils réalisent une série de tests perceptifs sur des personnes soumises à des sons de différentes fréquences et de différentes intensités. Ils publient d’abord leurs résultats dans le journal technique des laboratoires Bell en 1933, puis dans la littérature acoustique. Les tests perceptifs leur permettent de connaître comment notre système auditif (oreille couplée à notre cerveau) juge l’intensité de ces stimulus sonores.

Depuis Fechner, on sait que la sensation sonore suit une loi logarithmique en fonction de l’intensité. L’apport des tests réalisés par Fletcher et Munson est de montrer que cette sensation varie aussi en fonction de la fréquence du son et de son intensité. Ainsi, notre système auditif perçoit moins bien les sons graves que les sons aigus. La note la de la première octave, la1 est moins bien perçu que la3 (celui de notre diapason) d’environ 30 décibels pour les très faibles intensités. Cette différence de perception entre sons graves et sons aigus diminue lorsque l’intensité du son augmente. Pour les intensités très élevées (par exemple 100 dB), notre système auditif perçoit presque aussi bien les sons graves que les sons aigus.

Cette variation de perception très particulière de notre système auditif conduit ainsi, par exemple, les fabricants de matériel électroacoustique à introduire des « filtres » appelés « loudness » que nous pouvons enclencher pour corriger un morceau de musique si nous l’écoutons à faible niveau par rapport à un enregistrement réalisé à un niveau souvent plus élevé.

De plus, les appareils de mesures acoustiques, les sonomètres, présentent un filtre appelé « filtre A » qui atténue aussi les fréquences comme le fait notre système auditif à une intensité de 40 décibels. Le niveau sonore mesuré avec ce filtre est appelé « décibel A ». Les réglementations acoustiques ont presque toutes fixé des valeurs de niveaux sonores à respecter en décibel A. Si cette imposition est pertinente pour les faibles niveaux sonores par rapport à la réaction de notre système auditif, elle ne l’est plus pour les fortes intensités.

Il existe aussi d’autres filtres censés représenter notre perception à des niveaux sonores plus élevés, le filtre B représentant notre réaction à un niveau de 60 dB environ et un filtre C représentant notre réaction à un niveau de 80 dB environ. Ils ne sont toutefois utilisés que par les spécialistes acousticiens et par exemple pas dans les réglementations acoustiques, par souci de simplicité.

Harvey Fletcher est nommé responsable des laboratoires acoustiques de la société Bell à partir de 1933 et continue à réaliser de très nombreux tests perceptifs sur différents sujets acoustiques. En 1953, il publie un ouvrage important, Speech and Hearing in Communication (Parole et audition dans la communication), où il aborde et crée différents concepts familiers des personnes travaillant dans le domaine de la « psychoacoustique » : effet de masque (d’un son sur un autre de fréquence voisine), indice d’articulation (dans le cadre de l’intelligibilité de la parole), force sonore, sonie.

Il participe aux premiers enregistrements stéréophoniques aux États-Unis et développe le concept d’« écoute binaurale » (influence des deux oreilles sur l’écoute). Harvey Fletcher est l’un des pères de la psychoacoustique.

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1936 Henri Coanda et Paul Lueg, les pionniers de l’antibruit

Générer un bruit qui serait l’inverse du bruit existant et pouvoir ainsi créer le silence est le rêve de tout acousticien. Ce n’est pas tout à fait un rêve et cela fonctionne dans certains cas. Les acousticiens ont souhaité appeler ce procédé le contrôle « actif » du bruit. En théorie, un son pur retardé d’une demi-période annulera le son initial. John William Strutt (Lord Rayleigh) le tente dès 1878 avec deux diapasons synchronisés et il note que des « points de silence » sont apparus lors de ses expériences.

Le résonateur de Helmholtz (une bouteille vide, par exemple) est un système acoustique fonctionnant sur ce principe « actif » de façon naturelle, sans intervention humaine. Le résonateur génère, à sa fréquence de résonance, un son retardé (on dit « déphasé » dans le jargon scientifique) d’une demi-période dans le goulot de la bouteille, et absorbe ainsi le son incident correspondant à cette fréquence de résonance. La nature est très savante et fait bien les choses. Elle mérite tous les prix Nobel du monde.

Dans les années 1930, deux scientifiques déposent un brevet sur le principe de l’antibruit ou contrôle actif à quelques jours d’intervalle. Depuis 1850 et l’apparition du capitalisme, il est devenu de plus en plus fréquent pour les scientifiques et ingénieurs de déposer directement des brevets plutôt que de publier dans des revues scientifiques. Les succès commerciaux et les politiques de dépôt de milliers de brevets des Bell, Edison et autres ingénieurs ont sans doute aussi contribué à populariser les dépôts de brevets.

Henri Marie Coanda est un ingénieur en aéronautique roumain, pionnier de l’aviation mondiale et du moteur à réaction, savant et académicien. Il contribue au développement de l’avion à réaction. Il séjourne en France et en Angleterre entre les eux guerres mondiales pour réaliser des essais aéronautiques. Le principe de l’avion à réaction inspire peut-être sa démarche de déposer un brevet sur un « Procédé et dispositif de protection contre les bruits », fonctionnant sur le principe du contrôle actif (brevet français no 762 121 déposé le 31 décembre 1932 et reconnu le 18 janvier 1934). Henri Coanda n’a pas poussé plus avant les recherches sur le contrôle actif et son brevet serait purement anecdotique s’il n’y avait l’aspect historique. Il est célèbre dans son pays pour ses découvertes en aéronautique et l’aéroport international de Bucarest porte aujourd’hui son nom.

En 1933, le scientifique allemand Georg Heinrich Paul Lueg propose le premier système de contrôle actif électroacoustique fonctionnant sur un ensemble composé d’un microphone M captant le son dans un tuyau, couplé à un amplificateur générant un son « déphasé » par un haut-parleur L (voir figure ci-dessous extraite du document de Lueg). La vie de Paul Lueg est marquée par les deux guerres mondiales qui affecteront l’Europe de la première moitié du XXe siècle. La Première Guerre marque l’adolescence de Paul Lueg et perturbe ses études. Il commence des études scientifiques à la Technische Hochschule d’Aix-la-Chapelle puis de Berlin et obtient finalement un diplôme de philosophie de l’Université de Bonn en 1924. Il obtient ensuite un poste d’assistant au département de physique de la même université. C’est là qu’il développe l’idée de réduire le bruit par voie électroacoustique ; il dépose un brevet en ce sens en 1933 en Allemagne. Son brevet mentionne déjà les applications possibles du système qui verront le jour bien plus tard. Le Parti nazi vient d’arriver au pouvoir et son brevet est transmis au ministère de la Défense qui le juge d’abord sans intérêt. Le brevet est néanmoins accepté en 1937 mais les autorités allemandes le jugent trop complexe à réaliser et ne donnent pas suite aux demandes de poursuite des recherches.

Paul Lueg dépose ensuite le brevet aux États-Unis, en France, en Italie et en Autriche en 1934 et ce sont ces documents dont nous disposons aujourd’hui. Mal lui en prend : il est accusé de trahison par les nazis et est jugé comme dangereux. Il est démis de ses fonctions à l’Université de Bonn en 1939. Lueg comprend que son avenir comme scientifique en Allemagne est compromis. D’autres savants allemands ont émigré à cette époque, mais Lueg choisit une autre voie et il entame courageusement des études de médecine à 40 ans dans son pays. Diplômé de médecine en janvier 1945 de l’Université de Berlin, il sert comme médecin militaire dans la Wehrmacht durant les derniers mois de la Seconde Guerre mondiale.

Après la guerre, il ouvre un cabinet médical à Cologne, sa ville natale, et la communauté scientifique n’entendra plus jamais parler de lui. Il décède à Cologne en 1979, à l’âge de 81 ans.

Le physicien allemand Dieter Guicking de l’Université de Göttingen, étudiant l’histoire du contrôle actif du bruit dans les années 1980, fera des recherches sur Paul Lueg après sa mort et pourra interviewer sa veuve qui racontera les déboires de son mari. Guicking publiera l’histoire de Paul Lueg dans un article paru en 1990 dont nous tirons ces lignes.

Il faudra attendre vingt années pour voir les scientifiques américains Olson et May reprendre le sujet du contrôle actif en 1953 et être les premiers à réussir l’expérimentation suggérée par Henri Coanda et Paul Lueg. La mise en application d’équipements de mesures et de restitution sonore très pointus est, en effet, nécessaire pour réussir à bien régler le contrôle actif du bruit.

Aujourd’hui, avec les équipements numériques et modernes, plusieurs applications ont été développées avec succès. En 1986, les ingénieurs français Christian Carme et Alain Roure et l’ingénieur américain Amar Gopal Bose (1929-2013), né d’un père immigré indien, déposent, la même année, des brevets concernant des casques avec contrôle actif. Amar Bose développe sa société qui connaît un réel succès commercial aujourd’hui.

Des systèmes de contrôle actif existent pour insonoriser les habitacles des véhicules automobiles et dans l’industrie aéronautique. Des silencieux « actifs » existent aussi pour les conduits des installations de traitements d’air. C’est une technologie élégante mais qui requiert encore aujourd’hui des conditions expérimentales particulières pour bien fonctionner, comme un petit espace ou des fréquences sonores bien identifiées et constantes. Dans un avenir proche, on pourra voir apparaître des systèmes à contrôle actif du bruit pour des appareils domestiques. Le frein en est encore le coût aujourd’hui.

La mise en place efficace de l’antibruit par exemple dans nos villes avec des sources de bruits multiples et mobiles n’est pas encore opérationnelle et ne le sera pas avant longtemps.

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1954 Acoustics, le premier ouvrage du pédagogue Leo Beranek

Chaque acousticien connaît le nom de Leo Beranek et a au moins une fois consulté l’un de ses ouvrages, devenus des classiques du domaine. Leo Leroy Beranek naît dans une petite famille d’agriculteurs de l’Iowa, aux États-Unis, en 1914. Son père se procure une radio en 1924 et Leo apprend à la réparer. Il est bon élève à l’école et peut entrer au Cornell College à Mount Vernon.

La crise de 1929 l’oblige à travailler pour payer ses études. Il travaille comme réparateur de radios et joue dans un petit orchestre de bal. Il travaille en 1934 pour la Collins Radio Company qui produit des équipements pour l’industrie de la radiodiffusion et de la communication et parvient à terminer ses études à Cornell en 1936 avec un baccalauréat ès arts en physique et mathématique. Il est accepté à Harvard et part pour Boston où il obtient un doctorat en 1940. Pendant la Seconde Guerre mondiale, il travaille à Harvard au laboratoire d’électroacoustique puis au laboratoire de systèmes de communication.

Après la guerre, Beranek devient professeur d’ingénierie des communications et d’acoustique au Massachusetts Institute of Technology de Boston de 1947 à 1958. En 1948, il crée le cabinet de conseil Bolt, Beranek and Newman (BBN) qui deviendra le plus grand cabinet de conseil en acoustique au monde avec des activités également en systèmes de communication. Beranek commence à publier des articles en acoustique où il manifeste un grand talent d’écriture, de pédagogie et de communication ; il en publiera près de 200 jusqu’à sa mort en 2016, à l’âge de 102 ans.

En 1954, il publie Acoustics, basé sur ses notes d’enseignement de l’acoustique au MIT. Cet ouvrage décrit l’acoustique de façon pratique mais rigoureuse, notamment concernant la partie électroacoustique. Il sera réédité et révisé à plusieurs reprises.

En 2012, à l’âge de 98 ans, Beranek collabore encore avec Tim Mellow pour produire une révision mise à jour et étendue, publiée sous le nouveau titre Acoustics :Sound Fields and Transducers (Acoustique ; champs sonores et transducteurs).

En 1962, Beranek publie Music, Acoustics, and Architecture, développé à partir de son analyse de cinquante-cinq salles de concert à travers le monde.

Tous les acousticiens et les architectes qui ont travaillé sur l’acoustique des salles ont lu cet ouvrage. Beranek l’a complété par l’étude de cent salles et réédité en 2004.

En 1971, il publie Noise and Vibration Control, la bible de tous les acousticiens qui travaillent dans la réduction du bruit en milieu industriel. La dernière version de 2005 est rééditée par l’un des contributeurs de l’édition initiale de 1971 : Istvan Ver (1935-2018).

Le dernier article écrit par Leo Beranek paraît en 2016, quelques mois avant sa mort, sous le titre Concert Hall Acoustics : Recent Findings » (Acoustique des salles de concert : derniers développements).

Beranek ne s’est jamais contenté de réécrire des choses déjà publiées et il a sans cesse tenté de transmettre les dernières innovations. Il est sans conteste le plus grand consultant en acoustique du XXe siècle.

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1961 Georg von Békésy le prix Nobel

György von Békésy naît en 1899 à Budapest. Son père est diplomate et est donc amené à voyager. György étudie à Budapest, Munich, Zürich et Berne. Il retourne en Hongrie et obtient son doctorat en physique de l’Université de Budapest en 1926. Békésy trouve un emploi dans les services techniques du réseau des télécommunications hongrois où il est chargé d’améliorer la qualité des signaux de télécommunications. Cela l’amène à s’intéresser au fonctionnement de l’oreille. Il publie son premier article sur la modélisation des vibrations de l’oreille interne en 1928. Ses travaux sur le comportement de la cochlée, réalisés à Budapest et publiés entre 1928 et 1932, sont ses plus importants et lui vaudront le prix Nobel en 1961. Il devient professeur de physique à l’Université de Budapest de 1939 à 1946, tout en conservant ses fonctions dans les services de télécommunications hongrois.

En 1946, il quitte la Hongrie communiste pour poursuivre ses recherches, d’abord à l’Institut Karolinska de Stockholm, puis à l’Université Harvard de Boston jusqu’en 1966. À Harvard, il poursuit ses recherches sur le fonctionnement de l’oreille interne et de nos sens en général. En 1966, atteint par la limite d’âge à Harvard, il est invité à diriger un laboratoire de recherche sur les organes sensoriels à Honolulu, où il devient professeur à l’Université d’Hawaï. Il poursuit ses recherches sur la comparaison entre nos différents sens jusqu’à sa mort d’un cancer à Honolulu en 1972.

L’apport de Békésy

Pour comprendre le comportement de la cochlée, Békésy mène des recherches qui le conduisent à la construction de deux modèles de cochlée (partie de l’oreille interne) et d’instruments de mesure hautement sensibles.

Depuis Alfonso Corti (1822-1876) et son article Recherches sur l’organe de l’ouïe des mammifères, publié en 1851, on sait que le tissu le plus important pour l’ouïe est la membrane basilaire qui s’étend sur la longueur de la cochlée en hélice.

Békésy a d’excellentes notions d’acoustique et sait qu’il peut y avoir deux modes d’excitation de cette membrane basilaire par le son : une excitation solidienne par les osselets de l’oreille moyenne et une excitation aérienne au travers de la membrane séparant l’oreille moyenne et l’oreille interne (la cochlée). Il réalise deux modèles d’analogies représentant ces deux phénomènes. À l’aide de ces deux modèles, qui s’avèrent conduire aux mêmes conclusions, Békésy découvre que le son se propage le long de la membrane basilaire sous forme de trains d’ondes. Il peut visualiser également ces ondes sur une membrane baignant dans un liquide (comme dans l’oreille) à l’aide d’un microscope stroboscopique. Ces ondes forment des crêtes à divers endroits sur la membrane selon les fréquences : les basses fréquences (sons graves) sont perçues vers l’extrémité de la cochlée, tandis que les hautes fréquences (sons aigus) sont perçues près de l’entrée de la cochlée. Ce mécanisme de propagation des ondes, décrit par Békésy, est réellement novateur.

Le grand acousticien allemand Hermann von Helmholtz (1821-1894) a tenté de prouver que les fibres basilaires se comportent comme des résonateurs accordés à différentes fréquences ; c’est pour comprendre le fonctionnement de l’ouïe que Helmholtz a d’ailleurs développé les résonateurs acoustiques. Depuis Helmholtz jusqu’à Békésy, les savants tentent d’avancer dans cette direction pour comprendre le comportement de l’oreille interne. Le comportement visualisé, décrit et démontré expérimentalement par Békésy est donc totalement nouveau.

La membrane basilaire au voisinage des crêtes est mise en mouvement. Les fibres basilaires (ou cellules cillées) réagissent aux ondes sonores et sécrètent des hormones, qui génèrent des impulsions électriques qui sont transmises par le nerf auditif au cerveau où elles sont analysées. La localisation des fibres basilaires donne la hauteur (fréquence) des sons, leur nombre, l’intensité des sons. Mais les innovations sur le comportement de l’oreille interne (la cochlée) apportées par von Békésy dans ces années 1928-1932 ne s’arrêtent pas là. Il démontre aussi que notre sens de l’ouïe est soumis à ce que les physiologistes appellent l’inhibition latérale imaginée par Descartes quatre siècles plus tôt. Afin d’améliorer le contraste de nos perceptions, nos neurones sensoriels voisins s’inhibent entre eux.

Descartes a déjà montré cette interaction entre nos neurones dans son traité L’Homme en 1664, sans en comprendre réellement le fonctionnement, ni même avoir connaissance des neurones. Au XIXe siècle, le physicien Morave Ernst Mach (1838-1916) a montré que, dans l’illusion d’optique appelée bandes de Mach, les neurones exagèrent le contraste entre les bords des nuances de gris légèrement différentes dès qu’ils se touchent, en déclenchant la détection des bords dans le système visuel humain. Ainsi, afin d’améliorer la perception visuelle, le bord d’une bande foncée apparaît plus foncé près d’une bande plus claire et le bord d’une bande claire apparaît plus clair près d’une bande foncée.

Békésy montre que notre système auditif réagit de la même façon, dans le cas de sons de fréquences voisines, ce qui améliore considérablement notre perception auditive. C’est de cette façon que nous pouvons distinguer par exemple une conversation noyée dans un bruit de fond.

Békésy publie ses premières observations sur le rôle possible de l’inhibition dans l’audition dès 1928. Il poursuivra ses investigations sur l’inhibition dans nos différents sens, le toucher, la vision et le goût, jusqu’à la fin de sa vie, s’intéressant de plus en plus à nos sens en général.

Ses recherches dans ce domaine, antérieures à 1967, sont résumées dans son livre Sensory Inhibition. On peut trouver aussi trouver un résumé des travaux de Békésy, antérieurs à 1960, dans l’ouvrage traduit en anglais, Experiments in Hearing.

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1971 L’intelligibilité de la parole de l’école hollandaise

L’intelligibilité de la parole est un critère essentiel pour l’acousticien. Elle est importante dans la conception de presque tous les espaces : dans les lieux d’écoute comme les salles d’enseignement, les théâtres, amphithéâtres…, dans les espaces tertiaires comme les espaces de bureaux ouverts ou cloisonnés, les salles de réunion, dans l’industrie pour les messages de sécurité et la bonne communication dans les espaces bruyants. Elle est aussi le critère essentiel pour la conception des systèmes de sonorisation et de téléphonie.

La bonne intelligibilité dépend de facteurs non acoustiques : la qualité du locuteur et la qualité de l’auditeur (bonne ouïe, attention…), mais aussi de facteurs acoustiques objectifs indépendants de l’humain.

Le bruit ambiant perturbe la bonne intelligibilité. On définit un rapport signal/bruit (S/N) qui nuit à la bonne intelligibilité s’il est trop faible. Une réverbération trop importante nuit également à la bonne compréhension du message. Enfin, des défauts comme une mauvaise installation électroacoustique ou des échos perturbent également la bonne intelligibilité.

Début de l’intelligibilité comme critère acoustique (1930-1970)

L’intelligibilité se définit comme le pourcentage de messages correctement compris depuis un discours complet jusqu’à des phrases, des mots avec sens ou des « logatomes » vides de sens (par « logatome », les acousticiens entendent deux consonnes entourant une voyelle : kir, paf, tub…). Dès 1930, l’acousticien américain Vern Oliver Knudsen (1893-1974) définit l’intelligibilité de la parole comme critère acoustique.

Après la Seconde Guerre mondiale, N. R. French et J. C. Steinberg, des laboratoires Bell Telephone, définissent un « indice d’articulation » (AI ou articulation index) sur une échelle de 0 à 1 dans plusieurs articles publiés entre 1947 et 1960. Avec l’article Methods for the calculation and use of the Articulation Index de Karl D. Kryter publié en 1962, l’indice d’articulation peut être calculé. À la fin des années 1960, des recherches ont lieu parallèlement dans deux universités hollandaises avec deux méthodologies différentes (comme souvent dans l’histoire des sciences) : une méthodologie plus expérimentale par Victor M. A. Peutz (1926-2008) à l’Université de Nimègue et une méthodologie plus théorique ou conceptuelle par Tammo Houtgast et Herman J. M. Steeneken (1939-) dans les Universités de Delft et d’Amsterdam.

La perte d’articulation des consonnes de Victor Peutz (ALC)

Les consonnes sont les premiers sons à être affectés par la perte d’intelligibilité. On peut comprendre une phrase complète sans en avoir compris correctement tous les mots, mais en devinant le sens général. De plus, on comprend plus facilement le son des voyelles alors que l’on pourra plus facilement confondre des consonnes aux sons voisins comme p ou b, par exemple. Peutz choisit de faire écouter une série de « logatomes » dits « phonétiquement balancés », c’est-à-dire représentant de manière la plus complète possible l’éventail de la parole. Il recueille les logatomes mal perçus et en calcule le pourcentage. Il choisit de « bons » locuteurs et de bons « auditeurs » pour éliminer les facteurs non acoustiques. Ces écoutes ont lieu dans des environnements acoustiques différents : dans des environnements bruyants ou non, avec des réverbérations différentes. Sur la base de plusieurs campagnes de mesures, Peutz déduit des lois empiriques qui montrent l’influence de la réverbération et celle du rapport signal/bruit sur la perte d’articulation des consonnes (ALC pour articulation loss of consonants). Il publie ses résultats en 1971 dans un article désormais célèbre : Articulation Loss of Consonants as a Criterion for Speech Transmission in a Room.

Victor Peutz n’est pas un universitaire pur ; il a développé un cabinet de conseil en acoustique (qui reste l’un des plus importants en Europe en 2022) et il a donc le souci de trouver des outils de conception acoustique pour l’aider dans son métier.

Avec ces lois empiriques, l’acousticien dispose désormais d’outils pour concevoir des espaces en fonction de critères de bonne intelligibilité de la parole.

Le speech transmission index (STI) de Houtgast et Steeneken

L’approche de Tammo Houtgast et Herman J. M. Steeneken, des Universités de Leyden et d’Amsterdam, est plus théorique, plus élégante, diront certains, pas plus efficace prétendront d’autres.

Le principe est le suivant : un bruit trop important ou une réverbération excessive diminuent la dynamique du signal parlé. Cette diminution de la dynamique peut se modéliser par une fonction de modulation (MTF, modulation transfer function) qui elle-même peut se mesurer.

La méthode de mesure dans les espaces par le concept élaboré par Houtgast et Steeneken est aujourd’hui implantée dans les systèmes de mesures internationaux. Une norme de mesure ISO détermine et fixe la méthode. Des comparaisons entre les concepts ALC et STI sont réalisées et l’on démontre que ces deux paramètres issus de recherches séparées et complémentaires sont bien sûr liés entre eux.

Aujourd’hui, les acousticiens disposent d’outils à la fois de mesures et de prévisions de l’intelligibilité de la parole, critère acoustique essentiel dans la conception des espaces et des systèmes électroacoustiques.

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1975 Manfred Schroeder et le retour de la magie des nombres

Pythagore a dit que les nombres sont à l’origine de toute chose. Le physicien et mathématicien allemand Manfred Schroeder (1926-2009) remet cet adage à l’honneur dans les années 1970.

Né à Ahlen, en Rhénanie-Westphalie, en 1926, Manfred Schroeder est diplômé en mathématiques et en physique de l’Université de Göttingen. Sa thèse Doctor Rerum Naturalium (1952) est déjà consacrée à l’acoustique des salles. Il travaillera aux laboratoires Bell aux ÉtatsUnis sur différentes applications et langages informatiques mais manifestera toute sa vie un intérêt pour l’acoustique des salles, domaine dans lequel il publiera de très nombreux articles.

Une propriété importante des grandes salles de concert est d’assurer une bonne diffusion du son par les surfaces, principalement pour éviter les échos, c’est-à-dire les réflexions sonores fortes, qui nuisent à la bonne acoustique. La diffusion peut être assurée par des reliefs sur les surfaces, comme en apporte naturellement l’architecture baroque ou néoclassique. Mais l’architecture du XXe siècle aime les surfaces lisses et épurées. L’acousticien des salles doit alors trouver des éléments qui permettent d’assurer la diffusion tout en s’intégrant à ce type d’architecture.

Dans les années 1970, Manfred Schroeder se rend compte que le coefficient de diffusion d’une surface, c’est-à-dire la proportion d’énergie sonore réfléchie dans toutes les directions par une onde sonore incidente, suit la même loi mathématique que des suites particulières faisant intervenir des nombres premiers. Il crée ainsi des « diffuseurs à longueur maximale » et des « diffuseurs à résidu quadratique », qui sont théoriquement des diffuseurs parfaits et dont la géométrie obéit à ce type de loi mathématique.

Une onde sonore qui est incidente sur une surface avec une telle géométrie, au lieu de se réfléchir comme la loi classique de l’acoustique géométrique, est réfléchie dans toutes les directions avec la même énergie.

Le diffuseur à séquences de longueur maximale

En 1975, il publie un article où il décrit comment réaliser un diffuseur « parfait » à partir d’une séquence de reliefs de longueur d’un multiple aléatoire de 0 et 1. Il s’appelle le « diffuseur à séquences de longueur maximale ». On construit une série de secteurs de profondeurs et de largeurs égales en fonction de la fréquence à laquelle on veut que la diffusion soit parfaite. Par exemple pour le la4, la profondeur est d’environ 19 cm, la largeur de la moitié.

Un diffuseur construit par exemple sur la séquence aléatoire de 7 zéros et la suivante : 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0. C’est la séquence choisie par Schroeder dans son article de 1975. Cette disposition est ensuite reproduite successivement sur toute la surface que l’on souhaite rendre diffusante. L’avantage de ce diffuseur est qu’il peut être construit facilement et qu’il donne un rendu élégant qui plaît aux architectes.

Le diffuseur à résidus quadratiques

En 1979, Schroeder propose un autre diffuseur « parfait » construit sur la base d’un relief à partir de secteurs de largeur égale et de profondeur variable : le « diffuseur à résidus quadratiques », un nom un peu savant pour quelque chose de simple.

La largeur des secteurs est toujours construite sur la base de la fréquence à laquelle on veut « accorder » le diffuseur. La profondeur est ici variable et basée sur le concept suivant. On choisit un nombre premier, par exemple 7. On calcule le carré de chaque nombre N inférieur à 7. On calcule le reste de la division N² par 7. La profondeur de chaque secteur est ce reste divisé par 7.

N

0

1

2

3

4

5

6

N²

0

1

4

9

16

25

36

Reste de la division de N² par 7

0

1

4

2

2

4

1

La profondeur de chaque secteur est ensuite la fraction multipliée par un nombre en fonction de la fréquence pour laquelle on souhaite un diffuseur parfait, 19 cm pour le la4.

Les premiers diffuseurs construits et mis en œuvre présenteront d’excellentes propriétés de diffusion et seront ensuite développés notamment par les acousticiens anglais Trevor Cox et américain Peter D’Antonio ; ce dernier fonde la société RPG pour commercialiser des diffuseurs en différents matériaux : bois, plâtre… qui facilitent la mise en œuvre dans les salles.

Cox et D’Antonio mettent en œuvre ces diffuseurs dans deux dimensions et trouvent aussi d’autres successions de nombres présentant de bonnes propriétés de diffusion. Le seul défaut de ce type de diffuseur est qu’il présente aussi de l’absorption acoustique, par l’effet résonateur dans les cavités et aussi la plus grande proportion de surface apparente de matériau par m² de diffuseur. Cette absorption n’est pas toujours désirée et elle n’était pas prévue au départ.

Le seul défaut de ce type de diffuseurs est qu’ils présentent aussi de l’absorption acoustique, par l’effet résonateur dans les cavités et aussi la plus grande proportion de surface apparente de matériau par m² de diffuseur. Cette absorption n’est pas toujours désirée et elle n’était pas prévue au début de la réalisation des diffuseurs de Schroeder.

Ils sont toujours mis en œuvre aujourd’hui par les acousticiens dans les grandes salles de concerts récentes, notamment à Bruges en Belgique et Lucerne en Suisse.

Biblio 152, 153, 154

1977 Raymond Murray Schafer crée le concept de paysage sonore ou soundscape

L’année 2021 est une année triste pour l’acoustique. Elle voit en effet disparaître deux acousticiens qui ont contribué à créer, développer et animer le concept de « paysage sonore » au cours des cinquante dernières années : le Français Louis Dandrel (1939-2021) et le Canadien Raymond Murray Schafer (1933-2021).

Raymond Murray Schafer est né dans la petite ville de Sarnia (Ontario), au bord du lac Huron, en 1933. Il fait des études musicales au Conservatoire de musique de Toronto ainsi qu’à l’Université de Toronto. Il quitte l’université en 1955, déçu par l’atmosphère du milieu universitaire, qu’il considère comme étouffante. Il voyage en Europe, étudie la musique à l’Académie de Vienne pendant deux ans, où il et découvre la langue et la culture médiévales allemandes. Il séjourne ensuite trois années à Londres. Il revient au Canada en 1961, comme chargé de cours puis comme professeur à l’Université Simon Fraser de Barnaby, près de Vancouver (1965-1975). C’est dans cet établissement qu’il peut mettre sur pied, grâce à des subventions de l’UNESCO et de la Donner Canadian Foundation, le « World Soundscape Project » consacré à l’étude des rapports de l’être humain avec son environnement acoustique.

C’est à cette occasion qu’il crée le concept de soundscape (issu de sound et landscape), que l’on a traduit en français par « paysage sonore » faute d’avoir pu trouver un mot unique pour ce que l’on pourrait aussi appeler l’« écologie sonore ».

En 1975, Schafer s’établit dans une ferme à proximité de Bancroft (Ontario) tout en demeurant associé au World Soundscape Project. En 1984, il s’établit temporairement à Saint-Gall, en Suisse, puis à Toronto avant d’acheter une maison de ferme dans le hameau d’Indian River, à Peterborough (Ontario) en 1987, qu’il ne quittera plus jusqu’à sa mort en août 2021.

L’environnement urbain (lo-fi, comme il le nomme en raison du bruit de fond de la ville) ne convient pas à Schafer, au contraire de l’environnement calme de la campagne (hi-fi), où chaque son peut être écouté.

Au-delà de son engagement pour l’écologie sonore, Shafer compose de très nombreuses œuvres musicales. Dans les années 1980, il se penche surtout sur son projet « Patria », un ensemble de douze œuvres à la fois musicales, théâtrales et participatives. Insatisfait de l’opéra traditionnel, Schafer a recours à un mariage unique de musique et de théâtre, qu’il nomme « théâtre de confluence ». Il crée, notamment, un festival qui transforme les spectateurs, traditionnellement passifs, en participants. Ce festival se déroule dans la nature près de son village pendant une semaine complète. Cette manifestation, qui a lieu dans un milieu rural, montre de façon remarquable comment les artistes contemporains peuvent intégrer leur travail aux sociétés dans lesquelles ils vivent. Le compositeur croit qu’il faut combattre la mentalité coloniale ou centralisatrice qui fait voir la culture comme une marchandise importée.

Schafer encourage les artistes, où qu’ils soient, à puiser, pour leurs créations, dans les richesses de leur culture et de leur environnement. Beaucoup d’œuvres musicales de Schafer utilisent les beautés naturelles des paysages canadiens et en cela, il crée des œuvres d’un caractère profondément canadien.

Le concept de paysage sonore et d’écologie sonore

En 1977, R. Murray Schafer publie l’ouvrage Tuning of the World, traduit en français de façon trop simple par Le paysage sonore en 1979. Le mot tuning recouvre en effet aussi une action positive qui pourrait mieux se traduire par « accorder le monde ».

Dans cet ouvrage, Murray Schafer développe le concept de soundscape. Ce terme a déjà été utilisé par Michael Frank Southwork dans un article publié en 1967 et intitulé The sonic environment of cities. Dans cet article, Michael Frank Southwork utilise le mot soundscape (parfois même écrit sound-scape) en remplacement du concept d’environnement sonore (sonic environment). Schafer reprend ce néologisme et le développe. Notre paysage sonore peut se décomposer en trois types de sons qu’il faut identifier lorsqu’on veut étudier le paysage sonore d’un lieu (quartier, endroit de vie ou de travail…) : les sonorités maîtresses (keynote) – en musique, le terme key désigne la fondamentale, qui n’est pas toujours perceptible par l’auditeur. C’est le son à partir duquel les autres sons seront perçus. Les sonorités maîtresses ne sont pas toujours conscientisées, mais elles « marquent les tempéraments des personnes qui les vivent » (Schafer). Des exemples de sonorités maîtresses dans la nature sont le bruit du vent, de la mer, des forêts, des oiseaux, des insectes et, dans les zones urbaines, le bruit de la circulation routière, ferroviaire ou industrielle – ; les signaux sonores – ces sons figurent au premier plan d’un paysage sonore. On les entend consciemment. Ce sont par exemple des signaux d’avertissement tels que le bruit des cloches, des chants d’oiseaux précis, des klaxons, des sirènes, etc. – ; les marqueurs sonores – le terme désigne un son caractéristique d’un endroit. Dans son livre Schafer, écrit : « Une fois qu’un marqueur sonore a été identifié, il doit être protégé, car les marqueurs sonores forment l’identité acoustique d’une communauté. »

Pour identifier un paysage sonore, il nous faut apprendre à écouter tous ses éléments constitutifs. Avant l’apparition des enregistreurs, l’individu écoutait plus attentivement son environnement ; aujourd’hui, il nous faut réapprendre à écouter. Chaque village ou communauté aura son propre paysage sonore qui lui sera agréable ou dont il souhaitera corriger certains signaux ou marqueurs sonores, et cela, selon sa culture et son environnement. C’est l’objet de l’écologie sonore que d’essayer d’améliorer le paysage sonore. En acoustique, on tente presque toujours de réduire le bruit ; en écologie sonore, on cherche à conserver les éléments positifs du paysage sonore et à en modifier les composantes non désirées sans pour cela forcément réduire le bruit. Améliorer le paysage sonore peut se faire de façon naturelle, par exemple en créant un espace vert en milieu urbain, ou de façon artificielle, par exemple en diffusant de la musique dans un espace bruyant ou au paysage sonore désagréable. En écologie acoustique, il faut maîtriser un certain nombre de principes : respecter l’oreille et les messages vocaux, avoir conscience du symbolisme des sons en plus de leur simple signalisation fonctionnelle, avoir la connaissance des rythmes et des tempi du paysage sonore naturel, comprendre les mécanismes grâce auxquels un paysage sonore non désiré peut se corriger.

Le design sonore est en quelque sorte le stade ultime de l’écologie sonore où l’on crée entièrement un paysage sonore avec une identité sonore désirée et décidée à l’avance. Aujourd’hui, il existe des banques de données d’échantillons sonores auxquelles on a accès. Ces banques de données concernent des sons particuliers ou des échantillons de paysages sonores.

Depuis 2010, on voit même apparaître des sites Internet participatifs où chacun peut envoyer des fichiers audiovisuels qui sont ensuite mis en ligne de manière à créer des cartographies sonores et visuelles du monde entier, invitant à une autre approche du réel, et des dispositifs de création de savoirs. Des mappemondes sonores apparaissent ainsi qui invitent à réfléchir sur le son et son archive, l’écoute, l’interaction vision-écoute, sur l’approche sensible des lieux, dans le monde réel et sa représentation, ainsi que sur des expériences virtuelles du monde, via les nouveaux médias.

L’écologie sonore est une branche de l’acoustique en pleine évolution et les technologies de l’information offrent aux chercheurs et concepteurs des moyens de plus en plus performants pour créer des pratiques nouvelles.

Biblio 155

1982 Le premier lecteur CD numérique

Le codage du son est vieux comme le téléphone et l’invention de la radio ; les vibrations sonores sont d’abord converties en impulsions électriques. Dès le début du XXe siècle, les physiciens cherchent à coder les informations.

En 1928, le physicien suédois Harry Nyquist (1889-1976) détermine qu’un signal « analogique » (comme le son, par exemple) doit être « échantillonné » à au moins deux fois la plus haute fréquence qui le constitue si l’on veut le convertir correctement en un signal « numérique » correspondant. Ce résultat, connu sous le nom de « théorème de Nyquist-Shannon », est publié dans l’article Certain topics in Telegraph Transmission Theory en 1928. Cela signifie qu’il faut une « fréquence d’échantillonnage » supérieure à 40 000 Hz (on écrit plus souvent 40 Hz) pour numériser les signaux sonores audibles qui peuvent s’étendre jusqu’à 20 000 Hz. Il faudrait donc stocker au minimum 40 000 informations pour numériser correctement une seconde de son ; cela refroidit les ingénieurs pour un temps, car on n’a pas les moyens à l’époque de stocker autant d’informations, même une simple succession de 0 et de 1.

Le CD

Dans les années 1970, les ingénieurs de Philips aux Pays-Bas et de Sony au Japon travaillent toutefois sur le codage numérique de signaux sonores et la recherche de supports diffusables dans le public pour remplacer le disque vinyle analogique en perte de vitesse.

Le codage d’informations est le point fort de la société nipponne et Philips a une avance technologique sur la diffusion d’outils de diffusion musicale avec l’invention de la cassette audio notamment et des enregistreurs compacts associés dans les années 1960.

Les deux géants unissent leurs efforts. Les membres les plus connus du groupe de travail sont Pieter Kramer (1952-), directeur du laboratoire de recherche optique, et Kees A. Schouhamer Immink (1946-) pour Philips et Toshitada Doi (1943-) pour Sony. L’objectif est de sortir un disque numérique permettant d’enregistrer un peu plus d’une heure de musique. On raconte que l’épouse du numéro 2 de Sony veut pouvoir écouter la Neuvième Symphonie de Beethoven sur un seul support ; le repère étant une exécution de la symphonie du compositeur allemand par le grand chef Wilhelm Furtwängler (1886-1954), exécution lente qui dure 74 minutes.

L’équipe met au point le CD que nous connaissons encore aujourd’hui avec le procédé de codage numérique PCM (pulse-code modulation) de Sony et le procédé de lecture optique de Philips. Les brevets sont déposés conjointement par les deux sociétés.

Le procès-verbal de la réunion du groupe de travail de mai 1980 à Eindhoven, siège de Philips, entérine les choix stratégiques : procédé d’encodage PCM de Sony, système de lecture optique de Philips, diamètre du disque 120 mm, temps de jeu 75 minutes.

Le CD sort en 1982 au Japon, en 1983 en Europe dans son étui en matière plastique toujours utilisé aujourd’hui. Il est très rare dans l’histoire que deux géants concurrents de l’industrie réussissent à coopérer et à s’entendre pour créer un standard de cette importance.

Codage MP3, iPod et dématérialisation

Des progrès seront encore réalisés en matière de supports numériques audio. Les lecteurs de CD portables apparaissent en 1986. Sony met sur le marché une cassette audio digitale DAT (digital audio tape), qui n’aura pas le succès industriel espéré.

Dans les années 1990, le format MP3, qui couple encodage et compression du signal audio, bouleverse la donne. Cette compression du signal se fait au détriment de la qualité sonore, mais elle permet de réduire la taille des fichiers musicaux.

En 2001, Apple sort son lecteur de fichiers numériques iPod et le succès est fulgurant. Le système d’encodage des fichiers retenu par Apple est le format MP3, créé en Allemagne, qui devient un standard pour l’encodage des fichiers audio en balade et/ou stockés sur son ordinateur.

Les géants de l’informatique supplantent désormais les géants de l’industrie électronique des années 1980-1990 dans le domaine du son. Le public n’a plus besoin d’acheter des CD mais peut télécharger des fichiers. Des plateformes de streaming voient le jour : Napster est la première, Spotify suit en 2002. Moyennant un abonnement, on peut maintenant écouter des fichiers sur son ordinateur. Le flair d’Apple est de sortir son téléphone portable iPhone en 2007 avec un système de lecture audio intégré, même s’il entre en concurrence et supplante les propres produits Apple de la famille iPod. La téléphonie prend les devants de la lecture de fichiers audio.

En 2022, les CD sont en nette perte de vitesse ; ils ont supplanté les vinyles, mais ceux-ci reviennent sur le devant de la scène. Le CD et le vinyle restent des objets que l’on peut offrir et tenir en main ou ranger dans une bibliothèque, ce que l’on ne pourra jamais faire avec les fichiers de streaming.

L’évolution des formats et supports musicaux a fait du chemin depuis le XIXe siècle (cylindre, disque, bande magnétique…) et l’évolution n’est certainement pas terminée.

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1985 Simha Arom : père de l’ethnomusicologie contemporaine

Simha Arom naît en 1930 à Düsseldorf. En novembre 1938, sa famille est contrainte de quitter l’Allemagne nazie. Elle se déplace en Belgique puis en France, où elle est internée dans les camps de Gurs et de Rivesaltes. Si elle réussit à s’en échapper, les parents de Simha sont repris et envoyés à Auschwitz, d’où ils ne reviendront pas. En 1944, Simha Arom parvient à rejoindre la Palestine. Il participe à la guerre d’indépendance d’Israël, où il est blessé à la main droite. Il étudie néanmoins la musique et entre au conservatoire. En 1958, il est engagé comme cor solo (le cor se joue principalement de la main gauche) dans l’Orchestre symphonique de Jérusalem. Dans les années 1960, le gouvernement israélien l’envoie en République centrafricaine pour y créer une fanfare, à la demande des autorités centrafricaines. Il y découvre les musiques traditionnelles africaines. Il s’établit en France et travaille comme chercheur au CNRS. Il reviendra en Afrique tous les ans de 1971 à 1991 pour y enregistrer et y étudier les musiques locales, dont il est aujourd’hui un spécialiste mondialement reconnu. Il donne des conférences sur la musique africaine et sur l’ethnomusicologie en général dans les plus grandes universités et a publié plusieurs dizaines d’articles et d’ouvrages sur le sujet.

L’ethnomusicologie de Simha Arom

En 1985, Simha Arom publie une synthèse de ses recherches sur le terrain dans l’ouvrage en deux volumes Polyphonies et polyrythmies instrumentales d’Afrique centrale. Structure et méthodologie. Il y décrit son expérience et sa conception de l’ethnomusicologie, basée sur ses très nombreuses recherches expérimentales africaines. Cet ouvrage sera réédité à plusieurs reprises ; la dernière édition date de 2019.

Dans cet ouvrage, Simha Arom commence par présenter les descriptions antérieures des musiques africaines, faites d’abord par les explorateurs puis par des ethnologues à partir du début du XXe siècle, comme le Britannique Arthur Morris Jones (1889-1980), le Français André Schaeffner (1895-1980), l’Allemand Marius Schneider (1903-1980), l’Autrichien Gerhard Kubik (1934-), le Tchèque Bruno Nettl (1930-2020).

Il présente ensuite sa méthode d’analyse, mise au point au cours de ses recherches sur le terrain. Simha Arom utilise les outils d’enregistrement audio et vidéo dont ses prédécesseurs ethnomusicologues ne disposaient pas. Il met au point une méthode d’analyse et de compréhension applicable à toutes les musiques dont la transmission n’est qu’orale. Cette méthode est d’abord collaborative avec les musiciens concernés, car eux seuls peuvent montrer comment sont construites leurs musiques en liaison avec les critères de leur civilisation. Nous ne pouvons pas appliquer nos codes occidentaux à l’étude de ces musiques.

Ces musiques sont transmises entre générations lors de la période initiatique qui prépare les jeunes hommes à devenir des adultes. Au cours de cette période initiatique, les jeunes hommes futurs musiciens suivent l’enseignement oral du maître. Les modèles musicaux sont ainsi « implantés » dans leur cerveau, leur mémoire, leur système cognitif.

Simha Arom procède à des enregistrements audio et vidéo. La vidéo est importante, car des codes sont transmis visuellement entre les musiciens, même de façon involontaire. Les musiciens se regardent lorsqu’ils jouent ; un dialogue s’installe entre eux avec des gestes pour susciter des interactions ou des enchaînements. Les enregistrements sont à la fois collectifs et individuels, pour chaque musicien.

Pour comprendre la structure musicale, Arom tente de reconstituer l’enregistrement de plusieurs musiciens à partir des enregistrements individuels, avec la validation des musiciens eux-mêmes à chaque étape, car eux seuls connaissent la structure musicale correcte de l’ensemble même si cela n’est pas formalisé comme nous le ferions par écrit en Occident.

L’ethnomusicologie consiste en effet à étudier la musique d’une civilisation en liaison avec les propres codes culturels de cette civilisation et non pas aux moules que nous connaissons.Ce sont les musiciens eux-mêmes qui deviennent les pilotes de l’analyse de leurs musiques. Ils doivent en montrer la cohérence avec leurs propres connaissances et codes et avec les instruments propres à ces musiques.

Arom est frappé par la grande liberté dont jouissent les musiciens africains couplée à la grande rigueur de composition. Il s’interroge sur la manière dont ces musiciens arrivent à jouer ensemble selon une règle stricte avec en même temps une aussi grande liberté.

La pratique musicale collective dans les civilisations africaines est à la fois économique et ingénieuse. La « théorie » musicale de ces musiques orales assimile aussi les contraintes dues aux différents instruments pour former un ensemble cohérent. Cela n’existe dans aucune autre musique, y compris la nôtre, explique Simha Arom.

Simha Arom a pu ainsi découvrir la grande rigueur de ces musiques orales que notre intelligence occidentale ne peut comprendre par une simple écoute ou une analyse personnelle individuelle. Cela nous apprend combien nous devons être prudents et humbles lorsque nous jugeons ces civilisations différentes de la nôtre.

Simha Arom s’interroge sur la pertinence de transcrire par écrit des musiques de traditions orales. Il y a une limite à la symbolisation graphique ou écrite de toute tradition orale et pas seulement musicale. Léopold Cedar Senghor vantait, en 1958, les mérites de l’oralité africaine : « C’est la chance de l’Afrique noire d’avoir dédaigné l’écriture, même quand elle ne l’ignorait pas. L’écriture appauvrit le réel ; elle le cristallise en catégories rigides ; elle le fixe quand le propre du réel est d’être vivant, fluide et sans contour. »

Il ne s’agit bien sûr pas de transcrire les musiques africaines pour permettre aux Africains de les jouer, mais pour nous permettre à nous, Occidentaux, de les comprendre et de les apprécier.

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1995 La grammaire générative universelle et le programme minimaliste de Noam Chomsky

Noam Chomsky est né à Philadelphie en 1928 de parents intellectuels brillants ; son père est un grammairien de l’hébreu très réputé.

Il commence son éducation scolaire dans une école primaire inspirée des principes de John Dewey, qui prône l’enseignement par l’expérience. Il poursuit dans un établissement secondaire classique de Philadelphie dont il critiquera plus tard les méthodes d’« endoctrinement ». Il entre à l’Université de Pennsylvanie en 1945, où il étudie la linguistique et la philosophie et soutient sa thèse de doctorat en 1955 sur les structures logiques et linguistiques.

Il entame une carrière de recherche et d’enseignement au MIT de Boston, invité par le linguiste Roman Jakobson (1896-1982). Il possède encore aujourd’hui un bureau au MIT.

Chomsky a marqué toute l’histoire de la linguistique de la seconde moitié du XXe siècle.

Il mène aussi une intense activité militante depuis le milieu des années 1960 pour la liberté des droits de l’homme et contre la politique étrangère des États-Unis qui veulent dominer le monde. Il critique aussi le fonctionnement des médias de masse qui contribuent à endoctriner les populations dans les idéologies politiques dominantes.

Chomsky est honoré par de très nombreuses universités partout dans le monde. Il donne une multitude de conférences et publie de nombreux livres et articles, aussi bien en linguistique que sur des sujets sociaux, politiques et humanistes.

La grammaire générative universelle (1957)

Dans les années 1940-1950, les théories comportementalistes dominent dans les études du langage : l’enfant apprend le langage au contact de son entourage à partir de rien. Chomsky va montrer qu’il n’est pas possible d’expliquer avec les théories linguistiques comportementalistes pourquoi un enfant construit des phrases correctes et rejette spontanément des phrases impossibles sur le plan du sens, bien que correctes sur le plan de la syntaxe, et ce, de façon très précoce, sans qu’on le lui apprenne. De plus, Chomsky montre que les grammaires « comportementalistes » des différentes langues ne peuvent pas expliquer la production de choses particulières comme la poésie, ou la capacité des individus à produire des phrases nouvelles.

Dans sa thèse de doctorat (1955) puis dans l’ouvrage court mais très important Syntactic structure paru en 1957 et traduit en français par Michel Braudeau en 1969, Chomsky affirme que nous disposons dans notre cerveau, de façon innée, d’une « grammaire » qui nous permet de comprendre des phrases nouvelles, parfois même ambiguës sur le plan du sens, et de rejeter des phrases incorrectes sur le plan de la syntaxe. Pour lui, la capacité de langage est en nous comme l’est la capacité d’entendre avec notre appareil auditif, ou de voir avec notre système visuel.

Voici quelques exemples simples. Nous sommes capables de comprendre de façon naturelle « Marie a vu l’homme à la chemise rouge » et aussi d’interpréter naturellement, suivant le contexte du discours ou de l’écrit, la phrase plus ambiguë « Marie a été agressée par l’homme au couteau » et ainsi de savoir si Marie a été agressée au couteau ou par l’homme au couteau. Et nous savons faire cela depuis notre plus jeune âge sans apprentissage. De même, le petit enfant ne construira pas de phrase incompréhensible mais correcte sur le plan de la syntaxe pure, comme « Comment Marie ne sait-elle pas quel manteau emporter ? »

Chomsky nous explique que nous disposons dans notre cerveau d’un certain nombre d’éléments essentiels innés nous permettant de parler correctement et d’apprendre le langage. C’est la « grammaire générative universelle ». Et Chomsky affirme que cette grammaire est la même, quelle que soit la langue. L’apprentissage du langage chez l’enfant s’effectue sur des choses plus « secondaires » comme le vocabulaire (« chemise » en français, hemd en néerlandais ou en allemand, shirt en anglais…) ou des éléments de grammaire moins « essentiels » comme le pluriel des mots, la position du complément d’objet ou de certains autres groupes de mots dans la phrase selon la langue…

Ce concept de grammaire universelle innée est complètement novateur en linguistique. Chomsky ne nous dit pas en quoi consiste cette grammaire universelle, mais il invite les linguistes à la définir et cela va occuper les chercheurs du monde entier, en tout cas ceux qui adhèrent au concept de Chomsky, avec des développements successifs.

Le programme minimaliste (1995)

La première partie des recherches sur la grammaire universelle s’articule autour des deux concepts « principes » et « paramètres ». Les principes de la grammaire universelle sont ceux qui sont innés et fixés dans le cerveau. Les différences entre les langages dans le monde peuvent être caractérisées en termes de paramètres programmés dans le cerveau.

Les chercheurs vont établir des principes et paramètres de bases. Le fait que ces développements aient lieu sur un très grand nombre de langues parfois très différentes en termes de syntaxe enrichit les recherches de chacun.

La linguistique utilise les nouveaux outils des neurosciences, ce qui valide notamment certains arguments de la grammaire universelle. On sait que les aires de Broca et de Wernicke sont les zones du cerveau affectées au langage et l’activation ou non de ces zones lors d’expérimentations aide les chercheurs dans leurs démarches.

En 1995, après quarante ans de recherches, Noam Chomsky publie un nouvel ouvrage important, The Minimalist Program, où il fait la synthèse des développements de la grammaire universelle et trace le programme pour les recherches futures.

Selon Chomsky, la grammaire universelle innée en nous, et qu’il faut encore élaborer, doit répondre au principe de l’économie et être optimale, c’est-à-dire que le nombre de ses concepts innés doit au minimum permettre décrire parfaitement les processus généraux d’acquisition et de formulation des langages.

Aujourd’hui, ce programme « minimaliste » d’élaboration de la grammaire universelle n’est pas encore abouti. Le sera-t-il un jour ?

Les théories de Chomsky ont bouleversé les études linguistiques et ouvert de nouveaux horizons. Tous les linguistes, même les détracteurs de Chomsky, ont salué l’intelligence de la démarche et le caractère fondamental de ses découvertes. Mais des critiques existent aussi parmi certains chercheurs dont certains qualifient le programme minimaliste de « mythe ».

Ainsi, l’anthropologue et linguiste américain Daniel Everett (1951-) soutient, dans deux ouvrages parus en 2008 et 2012, après des recherches sur le langage des peuplades Piraha d’Amazonie effectuées sur le terrain, que le langage des Piraha ne respecte pas les concepts de base déjà établis par la grammaire universelle. Et Everett de conclure que la capacité du langage n’est pas innée et que le langage est donc, « comme l’arc et la flèche, un outil élaboré par l’homme pour résoudre un problème humain commun : le besoin de communiquer de manière efficace ».

On le voit, la bataille entre l’inné et l’acquis n’est pas éteinte. Le langage, qui « fait un usage infini de moyens finis », comme le disait le linguiste allemand Wilhelm von Humboldt (1767-1835), en est un exemple actuel vivant.

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2002 Directive 2002/49/CE : première réglementation européenne de protection de l’environnement contre le bruit

Les réglementations de protection du voisinage contre le bruit ont oscillé, selon les époques et les décideurs, entre tolérance pour certaines activités sociales et économiques et protection d’autrui contre le bruit. Le consensus entre ces deux principes légitimes, mais parfois en opposition, est difficile à trouver et les textes réglementaires ont privilégié tantôt l’un, tantôt l’autre.

Voici deux exemples de la réglementation française. La circulaire ministérielle du 22 novembre 1811 concernant l’implantation d’ateliers d’artisans stipule : « Il serait contraire aux vues du gouvernement de dégoûter par des tracasseries injustes les personnes qui voudraient former de pareils ateliers. Leur industrie nous procure des produits qui sont indispensables pour la consommation journalière ou que nous serions obligés de tirer de l’étranger s’ils ne les fabriquaient pas. Sous ces deux rapports elle mérite donc la protection de l’administration. » La police du bruit en 1733, décision du consulat de Lyon (AM Lyon, FF 039), stipulait pour sa part : « Avons fait très expresses Défenses à toutes sortes de personnes d’errer pendant la nuit dans les ruès, d’insulter les passants, de chanter des chansons diffamantes, de faire des charivaris, sous quelque pretexte que ce soit, ni enfin de commettre aucun desordre, sous peine d’être procédé extraordinairement contre eux.

Päreilles Defenses sont aussi faites, tant aux Cabaretiers de laditte rué de saint George que d’autres endroits de cette Ville, de donner retraite à ceux qui commettent ces desordres, ny de recevoir dans leurs Cabarets aucunes personnes pendant la nuit après les heures fixées par nos précedentes Ordonnances, qui seront au surplus exécutées selon leur forme & teneur aux peines y portées. »

La directive 2002/49/CE : protection de l’environnement contre le bruit

En 2002 paraît la première réglementation européenne (2002/49/CE) en faveur de la protection de l’environnement contre le bruit. La plupart des pays membres de l’Union européenne disposent déjà de réglementations nationales, mais en ordre dispersé.

Depuis 2002, chaque pays doit communiquer à l’Union européenne les résultats de sa politique de protection de l’environnement contre les bruits dans une forme unifiée pour tous les pays et comprenant une cartographie du bruit et des plans d’action pour réduire le bruit là où il est excessif. Ces informations doivent aussi être mises à disposition de tous les citoyens.

Voici la présentation synthétique des actions à entreprendre par chaque pays selon la directive.

« Les actions suivantes sont mises en œuvre progressivement :

a) la détermination de l’exposition au bruit dans l’environnement grâce à la cartographie du bruit, selon des méthodes d’évaluation communes aux États membres ;

b) garantir l’information du public en ce qui concerne le bruit dans l’environnement et ses effets ;

c) l’adoption, par les États membres, de plans d’action fondés sur les résultats de la cartographie du bruit afin de prévenir et de réduire, si cela est nécessaire, le bruit dans l’environnement, notamment lorsque les niveaux d’exposition peuvent entraîner des effets nuisibles pour la santé humaine, et de préserver la qualité de l’environnement sonore lorsqu’elle est satisfaisante. »

Ces dispositions sont assez novatrices et elles ont quelque peu bouleversé les mentalités et les pratiques. Elles ont été rendues possibles grâce aux progrès et à la diffusion des outils de simulation informatique.

Aujourd’hui, les cartographies du bruit existent, sont remises à jour régulièrement et sont accessibles sur les portails Internet de chaque pays, région ou commune. Des plans de réduction du bruit dans l’environnement ont aussi été mis en œuvre, mais de façon moins ambitieuse qu’espérée dans certains pays.

La directive 2003/10/CE : protection de l’ouïe des travailleurs contre le bruit

L’année suivante, en 2003, est votée une autre directive (2003/10/CE) concernant « les prescriptions minimales de sécurité et de santé relatives à l’exposition des travailleurs aux risques dus aux agents physiques (bruit) ».

Cette directive révise une directive européenne déjà adoptée en 1986, la directive 86/188/CEE, et officialise des pratiques déjà largement mises en œuvre au niveau national dans les principaux pays. Elle uniformise aussi les limites de bruit au travail entre pays.

Les seuils limites d’exposition quotidienne au bruit sont fixés à 87 dB(A) avec des seuils de « déclenchement d’actions » entre 80 et 85 dB(A), seuils alors déjà pratiqués en Europe.

Biblio 163, 164, 165

2005 La fin du mystère du tempérament de Johann Sebastian Bach

Le monde de la musique est en effervescence en 2005 à la suite de la parution d’un article dans le célèbre journal musical anglais Early Music, écrit par Bradley Lehman et qui s’intitule Le célèbre tempérament de Bach : notre pierre de rosette. Il résout l’un des mystères qui passionnent les musiciens et mélomanes depuis 300 ans : comment Bach accordait-il ses instruments pour jouer ses œuvres pour « clavier bien tempéré » ?

En 1722, Johann Sebastian Bach entame la composition de ses 48 préludes, fantaisies et fugues qu’il rassemblera dans un recueil intitulé Le Clavier bien tempéré (Bach-Werke-Verzeichnis (BWV) 846-893). L’élaboration de ce recueil s’étalera sur une vingtaine d’années.

Brève histoire du tempérament

Notre gamme musicale occidentale est toujours inspirée par celle créée il y a vingt-cinq siècles par Pythagore (580-500 av. J.-C.) et ses disciples. Les pythagoriciens décidèrent que le son le plus harmonieux du fondamental est celui situé à l’octave supérieure (dans un rapport de 2). C’est l’harmonique. Il est noté avec la même note que le fondamental. Les autres sons harmonieux sont ceux situés sur une succession de quintes (dans un rapport de fréquences 3/2).

Cette succession de quintes va donner naissance à la gamme pythagoricienne. La succession de quintes définit aussi des fractions de tons situées entre certaines notes, les dièses et bémols. Notre gamme comporte ainsi 12 notes ou tons différents.

Il existe bien sûr d’autres systèmes musicaux de par le monde, notamment pentatoniques (cinq notes) dans la musique orientale, par exemple. Les musiques des civilisations d’Afrique noire, bien que transmises oralement, connaissent aussi l’harmonique et l’octave.

La succession de quintes ne permet pas de retrouver exactement une harmonique (une puissance de 3/2 ne peut jamais être égale à une puissance de 2). Il reste toujours un petit écart entre les notes issues de quintes successives et les notes issues des harmoniques successives. Ce petit écart audible est appelé « comma pythagoricien ». La dernière des douze quintes est alors remplacée par une quinte légèrement modifiée, la « quinte du loup », pour retrouver la septième harmonique. Ceci pose un souci dans l’accord des instruments, notamment ceux à clavier comme l’orgue et le clavecin, car les touches censées représenter des harmoniques ne les donnent pas exactement. La gamme pythagoricienne restera toutefois inchangée jusqu’à la fin du Moyen Âge. Le premier à proposer une gamme modifiée est le compositeur et théoricien de la musique italien Gioseffo Zarlino (1517-1590) dans ses ouvrages Le istitutioni harmoniche (1558), Dimostrationi harmoniche (1571) et Sopplimenti musicali (1588). La gamme de Zarlino est fondée sur la superposition de trois accords parfaits majeurs : fa-la-ut, ut-mi-sol et sol-si-ré. Elle se réfère donc à la fois au rapport 3/2 (quinte pythagoricienne), au rapport 5/4 (tierce harmonique) et au rapport 2 (octave). Elle restera en vogue pendant un siècle environ, mais elle ne résout pas le problème du comma dans la succession des harmoniques.

Le mathématicien et savant flamand Simon Stevin (1548-1620) est le premier à proposer une gamme avec des intervalles réguliers. Il écrit un traité de chant vers 1605, De Spiegheling der Singconst, dans lequel il propose de « rationaliser » la gamme et de la diviser en douze intervalles régulièrement espacés (d’environ 1,05946). Mais cette façon purement arithmétique ne convainc aucun musicien, car l’harmonie musicale des quintes, quartes et tierces est complètement absente de cette division.

Durant tout le XVIIe siècle, plusieurs compositeurs et musicologues proposeront des divisions plus subtiles susceptibles de satisfaire à la fois la facture et l’accord des instruments tout en maintenant l’harmonie musicale.

Voici d’autres savants et musiciens qui ont proposé différents tempéraments musicaux au cours de l’histoire de la musique : Marin Mersenne (1588-1648) dans son Harmonie universelle en 1636 ; Athanase Kircher (1602-1680) dans Phonurgia Nova en 1673 ; Christian Huyghens (1629-1695) dans son ouvrage Le nouveau cycle harmonique en 1691. Les propositions les plus abouties sont celles de Jean-Philippe Rameau (1683-1764) dans son Traité de l’harmonie réduite à ses principes naturels publié en 1722 en France, et surtout Andreas Werckmeister (1645-1706) en Allemagne dans son ouvrage Musicalische Temperatur écrit en 1691.

L’idée de Werckmeister est simple : il décide de répartir la différence entre les harmoniques issus des quintes de telle sorte que chaque quinte soit raccourcie de 1/12 de comma pythagoricien. La note engendrée par la douzième quinte correspond de cette façon à celle que donne la septième octave. Autrement dit, il fait en sorte que douze quintes soient équivalentes à sept octaves. Il résulte de cette égalité que, une fois ramenées à l’intérieur d’une même octave par un nombre convenable de divisions par 2, les douze notes de la série des quintes divisent cette octave en douze tons ou demi-tons « tempérés ».

Un autre mérite de Werckmeister est d’avoir établi une méthode pour accorder les instruments selon ce « tempérament ». En effet, l’inconvénient de la gamme tempérée est de donner des intervalles qui, à l’exclusion de l’octave, sont tous « faux » par rapport aux résonances naturelles (les quintes étant trop petites). Mais l’avantage énorme du système est de permettre toutes les transpositions et d’ouvrir aux musiciens la possibilité d’écrire dans toutes les tonalités en utilisant les instruments à clavier à douze touches par octave.

Il y aura débat pendant tous les XVIIe et XVIIIe siècles entre les partisans et adversaires du tempérament des gammes. Jean-Jacques Rousseau (1712-1778), par exemple, dans sa Lettre sur la musique française publiée en 1753, critique Rameau pour ses théories sur l’harmonie. Le tempérament (nous devrions dire les tempéraments) finira par s’imposer.

Les compositeurs Buxtehude (1637-1707), Couperin (1668-1733) et Johann Sebastian Bach (1685-1750) vont populariser la gamme tempérée. Surtout J. S. Bach dans ses fantaisies, préludes et fugues pour clavier bien tempéré. Tout le monde a déjà entendu au moins une fois la mélodie du premier prélude de Bach...

Une grande quantité de tempéraments sont bien sûr possibles et des compositeurs proposeront régulièrement de nouvelles « gammes ». L’avènement des synthétiseurs et de l’informatique permet techniquement de mettre en pratique de nouvelles divisions. Ainsi, Karlheinz Stockhausen (1928-2007), dans son Étude I de musique électronique, choisit la base, étendant par là le tempérament à la division en vingt-huit parties égales de l’intervalle existant entre un son fondamental et son cinquième harmonique. A contrario, certains musiciens contemporains accordent encore parfois leurs instruments à cordes « à l’ancienne », soucieux de jouer les œuvres musicales avec les gammes de l’époque de leur création.

Février 2005 : la fin (?) du mystère du tempérament de Johann Sebastian Bach

On s’est longtemps demandé quel tempérament Johann Sebastian Bach avait imaginé et utilisé pour ses œuvres. Le compositeur n’a laissé aucune indication écrite quant à la façon dont il accordait ses instruments. Son deuxième fils Carl Philipp Emanuel (1714-1788) a écrit à propos des instruments à clavier : « Les instruments doivent être bien tempérés : en accordant les quartes et les quintes, avec les tierces majeures et mineures et les accords complets pour preuves, il faut affaiblir un tant soit peu la justesse des quintes, en sorte que l’oreille la perçoive à peine et que les vingt-quatre tons soient tous utilisables ». Mais cette phrase ne précise pas comment procéder.

On a longtemps cru que J. S. Bach utilisait le tempérament de son compatriote allemand Werckmeister, mais sans en être certain. Lors de ses recherches sur la musique baroque, Bradley Lehman, informaticien, musicologue et facteur d’instruments américain, a trouvé une interprétation intelligente et réaliste des inscriptions figurant sur une partition autographe de J. S. Bach. La clé du tempérament résiderait dans la série de volutes irrégulières tracées de la main même du compositeur en tête de la page titre de la partition.

Voici une synthèse « rapide » de l’interprétation. Considérées de la droite vers la gauche :

— cinq bouclettes multiplement spiralées correspondraient à cinq quintes réduites de 1/6 de comma,

— les trois suivantes, simplement spiralées, correspondraient à trois quintes pures entre mi et do#,

— trois quintes plus petites de 1/12 de comma entre do# et ré#,

— une quinte légèrement augmentée de 1/12 de comma entre si♭ et fa.

On se demande encore aujourd’hui comment l’en-tête de cette partition n’a pas attiré plus tôt l’attention des musicologues et musiciens. Quelques mois après la parution de l’article de Lehman (en octobre 2005), Émile Jobin, facteur de clavecins et professeur au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris, tout en louant l’interprétation brillante de Lehman, en propose une autre, proche de celle de Lehman. S’ensuivent des échanges nombreux entre les spécialistes de la musique de Bach, auxquels Bradley lui-même participe et qu’il commente sur son site Internet. Le tempérament musical de Bach n’a donc pas fini de captiver le monde de la musique ni peut-être de nous livrer tous ses secrets…

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2017 La forme des grandes salles de concert classique : shoebox ou vinyard ?

La décennie 2010-2020 a été passionnante sur le plan de l’acoustique des salles. Il est encore trop tôt pour savoir si ce seront des années historiques, mais une série de grandes salles de concert ont vu le jour en ce début du XXIe siècle. Il ne s’agit pas ici des gigantesques « arènes » pouvant accueillir plusieurs milliers de personnes avec musique amplifiée pour lesquelles il n’y a pas vraiment de débat sur la « bonne » acoustique, les installations de sonorisation étant ici chargées de bien diffuser les concerts vers les spectateurs. Par grandes salles de concert, nous entendons les salles avec une capacité de 2 000 à 2 500 personnes (c’est le maximum pour une bonne acoustique naturelle et une bonne visibilité) avec une acoustique naturelle adaptée aux concerts « acoustiques » non amplifiés. Ces espaces alimentent le débat entre acousticiens, musiciens et mélomanes sur la forme optimale des salles, débat qui existe depuis cent cinquante ans et n’est toujours pas tranché.

Le tournant historique de 1870 : la Wiener Grosser Muzikverein Saal

Lorsque la reconstruction du Muzikverein de Vienne s’achève en 1870, la qualité acoustique de sa grande salle connaît un retentissement mondial. Elle est encore considérée aujourd’hui, presque cent cinquante ans plus tard, comme la meilleure salle de concert au monde par beaucoup de mélomanes et musiciens. Pierre Boulez (1925-2016), grand compositeur et chef français du XXe siècle et membre honoraire de la « Gesellschaft der Musikfreunde » à Vienne, y célèbre d’ailleurs son quatre-vingt-cinquième anniversaire avec une série de concerts en 2010.

Johann Strauss (1825-1899) dirige le concert d’ouverture le 6 janvier 1870 et Johannes Brahms (1833-1897) est le premier directeur artistique de la Gesellschaft der Musikfreunde.

De forme parallélépipédique, la salle peut accueillir 1 700 personnes pour un volume de 15 000 m3 environ. Sa durée de réverbération est de 2 secondes, ce qui est encore aujourd’hui considéré comme optimal pour ce type de salle. À l’époque, l’acoustique de salle n’existe pas en tant que discipline de l’art de bâtir et il est probable que l’architecte Theophil Hansen (1813-1891) ait eu de la chance d’aboutir à une telle qualité.

Aujourd’hui, on sait que sa qualité provient de l’excellent rapport entre le volume et le nombre de spectateurs ainsi que de sa géométrie relativement étroite, permettant des réflexions du son latérales (c’est-à-dire provenant des côtés), et de la grande « diffusion » sonore des parois (c’est-à-dire réfléchissant le son dans toutes les directions) due aux reliefs des colonnes et à la présence de balcons sur les côtés.

Les salles de type « shoebox »

La salle de Vienne aura un grand impact sur l’architecture des salles pendant plusieurs décennies ; elle servira de référence en matière de qualité acoustique pour chaque nouvelle salle construite de par le monde. On les appelle aujourd’hui les salles « shoebox » (boîte à chaussures) en raison de leur forme. Ainsi, en 1888, on inaugure le Concertgebouw d’Amsterdam qui peut accueillir 2 000 personnes pour un volume de 18 700 m3 et une durée de réverbération de 2 secondes. En 1900, le Boston Symphony Hall est inauguré, avec une jauge de 2 600 personnes, un volume de 8 700 m3 et une durée de réverbération de 2,5 secondes.

Ces deux salles sont parmi les plus appréciées au monde aujourd’hui.

La révolution berlinoise de 1963 : la salle « vineyard »

Pendant la première moitié du XXe siècle, de nombreuses salles sont construites dont la conception s’écarte de celle des salles « shoebox », mais sans grand succès.

Les salles rondes ou en éventail comme les théâtres greco-romains ne donnent pas satisfaction non plus.

En 1963, c’est un choc dans le monde musical. La nouvelle Berliner Philharmonie de l’architecte Hans Sharoun (1893-1972) est inaugurée.

Depuis 1888, l’Orchestre philharmonique de Berlin jouait dans une ancienne salle avec une scène frontale. La salle est détruite sous les bombes de la Seconde Guerre mondiale et Hans Sharoun, architecte allemand, remporte le concours d’architecture lancé en 1956 pour sa reconstruction. La salle est conçue en étroite concertation avec les plus grands musiciens allemands, notamment Herbert von Karajan (1908-1989). Les travaux débutent en 1960 et se poursuivent jusqu’en 1963, malgré la construction du mur de Berlin en 1961 à quelques centaines de mètres du bâtiment. La salle rompt avec l’architecture traditionnelle des salles de concert, le credo des concepteurs de la salle de Berlin étant depuis l’origine « la musique au milieu ». La scène est centrale et les spectateurs sont situés autour de l’orchestre. La nécessité de prévoir des réflexions latérales est déjà connue des acousticiens à l’époque et l’architecte conçoit des sous-espaces de spectateurs en terrasses avec des murets latéraux apportant les réflexions nécessaires à la bonne acoustique. Les terrasses décalées faisant penser à un vignoble, on parle d’une salle de conception « en vignoble » (vineyard). L’acoustique de la salle sera unanimement reconnue comme excellente. Pouvant accueillir 2 200 personnes, elle présente un volume de 22 000 m3 pour une durée de réverbération de 1,9 seconde. Les salles avec une scène centrale nécessitent de revoir la disposition des musiciens de l’orchestre, sans quoi les spectateurs situés derrière l’orchestre entendront beaucoup plus les cuivres et les timbales, qui sont des instruments puissants, et beaucoup moins les cordes situées près du chef. Ce phénomène ne se produit pas dans les salles avec scène frontale où les instruments les plus puissants sont disposés derrière les cordes par rapport aux spectateurs. Ce problème d’inhomogénéité d’écoute selon la position du spectateur est le principal handicap des salles « vineyard », le principal avantage étant que les spectateurs sont tous plus proches de l’orchestre.

Salles actuelles : shoebox ou vineyard ?

Aujourd’hui, la conception des grandes salles de concert classique oscille entre ces deux types. Citons trois salles emblématiques du début du XXIe siècle : la grande salle du Kultur und Kongress Centrum de Lucerne, en Suisse (1 900 personnes, 18 000 m3, durée de réverbération 2 secondes), de l’architecte français Jean Nouvel (1945-), inaugurée en 2000. La géométrie s’inspire largement des salles de type shoebox. Son acoustique est jugée excellente (la meilleure salle construite au XXIe siècle, selon certains) ; la Philharmonie de Paris (2 400 personnes, 30 500 m3, durée de réverbération 2 secondes) également de l’architecte français Jean Nouvel, inaugurée en 2016 ; l’Elbphilharmonie de Hambourg (2 100 personnes, 23 000 m3, durée de réverbération 2,3 secondes) des architectes suisses Herzog (1950-) et de Meuron (1950-), inaugurée en 2017.

Ces deux dernières sont clairement de type vineyard, leur nom même (Philharmonie) s’inspirant de la salle mythique de Berlin.

Il faudra laisser un temps d’adaptation aux dernières salles inaugurées avant de juger de leur qualité, mais il est probable que le débat sur la forme optimale d’une salle ne soit pas clos. Le sera-t-il un jour ?

2022 Le robot Persévérance mesure la vitesse du son sur Mars

Huit sondes terrestres sont actuellement en rotation autour de la planète Mars : trois américaines, deux européennes, une chinoise, une indienne et une émiratie. Plus de vingt engins terrestres ont « atterri » sur Mars depuis le début de l’exploration de la planète rouge il y a une cinquantaine d’années. Six d’entre eux sont encore en activité : quatre américains et deux chinois. Le dernier robot américain, Persévérance, s’est posé en février 2021 et poursuit depuis ses expérimentations et notamment des enregistrements et des mesures acoustiques. Avant l’arrivée du robot, l’environnement acoustique de Mars était inconnu, les microphones des expéditions précédentes n’ayant pas fonctionné correctement. Des enregistrements sonores sont aujourd’hui disponibles comme le bruit du vent martien, celui de l’hélice du drone de l’expédition ainsi que le bruit mécanique de roulement des roues du robot en déplacement sur le sol martien, par exemple.

Mesure de la vitesse du son sur Mars

Persévérance a mesuré la vitesse du son dans l’atmosphère de Mars en mars 2022. La technique utilisée pour mesurer cette vitesse est un peu différente de celle imaginée par Francis Bacon en 1626 et réalisée par les expérimentateurs italiens, français et anglais au cours des XVIIe et XVIIIe siècles, à savoir mesurer l’écart de temps entre le parcours d’une source lumineuse et celui d’une source sonore émises au même instant. Le robot Persévérance a embarqué deux microphones et un appareil laser permettant d’émettre des rafales de rayons dont le bruit du claquement émis par le laser est enregistré par les deux microphones. La connaissance de l’écart de distance entre les deux microphones et le laser et une synchronisation précise entre ces différents équipements a permis de mesurer la vitesse du son.

Le son sur la planète Mars se déplace beaucoup plus lentement que sur Terre, parce que la température atmosphérique y est bien plus froide (autour de –70 °C) et la pression environ cent fois plus basse (autour de 10 millibars). La vitesse du son sur Mars est d’environ 240 m/s alors qu’elle est d’environ 340 m/s sur Terre. Ce résultat était prévisible grâce à la connaissance des résultats des mesures atmosphériques des expéditions martiennes précédentes. Par contre, une découverte inattendue a été faite : les sons graves se déplacent moins vite que les sons aigus, alors que les sons se déplacent à la même vitesse sur Terre quelle que soit leur fréquence. La justification de cette différence a été trouvée dans la composition de l’atmosphère martienne, essentiellement composée de dioxyde de carbone. Le CO2 vibre différemment aux basses et aux hautes fréquences, si bien que les sons graves sont retardés par rapport aux sons médiums et aigus. Un saut brutal de vitesse d’environ 10 m/s apparaît aux sons médiums, à savoir aux fréquences supérieures à environ 400 Hz, c’est-à-dire au milieu du spectre de la voix humaine.

En conséquence, le son subit une distorsion qui induira une expérience d’écoute unique sur Mars. Des enregistrements nous seront peut-être transmis permettant d’écouter ces distorsions. Celles-ci seront plus importantes à de grandes distances, par exemple au-delà d’une dizaine de mètres, qu’à de courtes distances. L’intelligibilité d’un mot tel que « lilas », par exemple, serait ainsi intéressante à étudier, le son a étant plus riche à basse fréquence que le son i. Que deviendrait le mot « lilas » écouté sur Mars à 3 mètres, 30 mètres et 300 mètres, par exemple ? De même, un morceau de musique écouté sur Mars à une grande distance serait une expérience très particulière, les sons graves étant retardés par rapport aux sons aigus. Les compositeurs avides d’expériences nouvelles pourront s’en donner à cœur joie. La connaissance de cette particularité sonore martienne fournit aussi des renseignements sur d’autres propriétés de l’atmosphère de Mars, notamment des propriétés thermiques. La mesure de la vitesse du son sur Terre, relativement facile à réaliser, est utilisée par les scientifiques pour connaître d’autres propriétés physiques de l’atmosphère liées à la vitesse du son comme la chaleur spécifique, beaucoup plus difficile à mesurer d’une autre façon. Les mesures sonores martiennes réalisées offrent ainsi des enseignements aux scientifiques sur des propriétés thermiques de l’atmosphère de la planète rouge inconnues jusqu’ici. Ces mesures acoustiques seront poursuivies par Persévérance sur une année complète afin de voir si elles se confirment pour les différentes saisons et configurations météorologiques martiennes. Mars est la seule planète du système solaire à présenter cette composition atmosphérique, mais les expéditions futures vers d’autres planètes, Vénus, Titan, par exemple, emporteront des microphones permettant d’y réaliser des mesures sonores. Les mesures acoustiques font désormais partie des expéditions spatiales.

Biblio 168

© Marc Louwers, éditions F deville, 2024.

Histoire du son

en 100 dates

Viracocha forma l’homme avec l’argile de la terre.

Il lui donna la parole et le chant.

Mythologie inca

Dessin de Descartes (1596-1650) dans L’Homme, page 18, permettant d’expliquer le transfert d’informations entre les nerfs et muscles de l’œil.

Shoeboxes

Vineyards

Wien 1870

Berlin 1963

Amsterdam 1888

Paris 2016

Boston 1900

Luzern 2000

Hamburg 2017

Bibliographie

001 Leroi-Gourhan (André), L’art de la Préhistoire, Mazenod, 1965.

002 Reznikoff (Iégor) et Dauvois (Michel), « La dimension sonore des grottes ornées », Bulletin de la société préhistorique française, tome 85, 1988.

003 Bullon Gimenez José, Cueva de La Pileta, Editorial La Serrania, 2010.

004 Amiot Joseph-Marie, Mémoire sur la musique des Chinois tant anciens que modernes, Nyon, Paris, 1779.

005 Picard François, Les notations musicales en Chine, Rencontres Musique & Notations, Lyon, 1997, pp. 61-74.

006 Duchesne-Guillemin Marcelle, «The Discovery of an Ancient Mesopotamian Theory of Music», Proceedings of the American Philosophical Society, 115, 1971, pp. 131-149.

007 Draffkorn Kilmer Anne, « The Discovery of an Ancient Mesopotamian Theory of Music », Proceedings of the American Philosophical Society, 115, 1971, pp. 131–149.

008 Cousin Laura, La musique et ses plaisirs dans le Proche-Orient ancien, Éditions de la Sorbonne Hypothèses, 1, 21, 2018, pp. 27-36.

009 Kolar Miriam A., Ramírez Rodríguez Riemann, Guerrero de Luna Rueda Ricardo, Obert Silva Espinoza, San Miguel Fernández Ronald, Experimentos acústicos y estudios de actuación con los pututus de Chavín de Huántar: Evidencias de su expresividad en relaciones entre seres diversos en un centro ceremonial del periodo Formativo, Congreso Internacional de Etno y Arqueomusicología, juillet 2021.

010 Hésiode, La Théogonie. De très nombreuses éditions et traductions françaises existent y compris par exemple celle en livre de poche avec une traduction de Philippe Brunet datée de 1999.

011 Baskevitch François, Le vocabulaire du son en grec ancien (étude sémantique et étymologique), 2011. Ouvrage très complet écrit par l’acousticien et historien des sciences François Baskevitch. Les écrits de beaucoup de philosophes grecs cités ont disparu. Ils nous sont transmis par les deux doxographes romains du IIIe siècle de notre ère qui avaient probablement accès aux œuvres de ces philosophes à leur époque : Porphyre (234-305), Commentaires sur les Harmoniques de Ptolémée, et Diogène Laërce (IIIe siècle), Vies et doctrines des philosophes illustres.

012 Chorier Jean-Paul, Le système musical grec, 2007.

013 Saulneron Charlotte, Pythagore ou les origines de la gamme, 2018.

014 Greich Jean, « Atomisme », Encyclopadia Universalis.

015 Salem Jean, L’atomisme antique, LGF (Livre de poche), 1997.

016 Diogène Laërce, Vies, doctrines et sentences des philosophes illustres, Livre VIII, p 79-83.

017 Aristote, περι ψυχεσ - De l’âme, traduction de Robert Bodeüs, GF Flamarion, 1993.

018 Aristoxène, Eléments harmoniques, traduction par Ch. Em. Ruelle, Paris, Pottier de Lalaine éditeur, 1871.

019 Epicure, « Lettre a Hérodote », traduction par Octave Hamelin, Revue de métaphysique et de morale, ١٨, ١٩١٠, p. ٣٩٧-٤٤٠.

020 Baskevitch François, Le son et l’analogie des ronds dans l’eau, Academia.edu, 2008-2016.

021 Cicéron, Les Catilinaires, présenté par Guy Michaud, classiques Roma, Hachette, 1938.

022 Cicéron, Œuvres complètes de Cicéron, traduction française de Charles Nisard, Firmin Didot, 1869.

023 Lucrèce, De la nature des choses, Le livre de poche, classiques de la philosophie, traduction par Bernard Pautrat, 2002.

024 Vitruve, De Architectura, version datant de 1540 numérisée par l’Université de Tours et disponible sur son site.

025 Sénèque, Lettres à Lucilius, traduction par Joseph Baillard, Hachette, 1914, volume 2, pp. 125-128.

026 Quintilien, De l’Institution oratoire, tomes 1 à 7, livres I à XII, éditeur et traducteur Jean Cousin, Paris, Belles Lettres, 1975 à 1980.

027 Bakhouche Béatrice, «Musique et philosophie : le De Institutione musica de Boece dans la tradition encyclopédique latine», Bulletin de l’Association Guillaume Budé, 3, octobre 1997, pp. 210-232..

028 Baron Rodolphe d’Erlanger, Kitāb al-mūsīqī al-kabīr — Grand traité de la musique, Les Geuthner, 1930.

029 Michel Serres (dir.), Éléments d’histoire des sciences, chapitre L’intermède arabe, Bordas, 2003.

030 Dossier édité par la Bibliothèque nationale de France, Le signe et le son, dans la série « classes ».

031 Ibn Sina, Le Grand Livre de la Guérison, fiche de lecture éditée par l’Encyclopédie Universalis, 2015.

032 Le courrier de l’Unesco, Avicenne, octobre 1980.

033 Goodman Lenn Evan, Avicenna, Cornell University Press, 2006.

034 Münster i. W., Die Philosophischen Werke des Robert Grosseteste, Bischofs von Lincoln, Aschendorff, 1912. Textes originaux en latin.

035 Sparavigna Amelia Carolina, Sound and motion in the De generatione Sonorum, a treatise by Robert Grosseteste, Researchgate.net, décembre 2012.

036 Harvey J. S. e.a., «A thirteenth-century theory of speech», JASA, 146(2), août 2019, pp. 937-947.

037 Palazzo-Bertholon Bénédicte et Valière Jean-Christophe, La sonorité des églises médiévales : des poteries acoustiques pour mieux chanter ?, 2012.

038 Desarnaulds V., De l’acoustique des églises en Suisse – une approche pluridisciplinaire, École polytechnique fédérale de Lausanne, 2002.

039 Frère Floriot René, Contribution à l’étude des vases acoustiques du Moyen Âge, thèse de doctorat, Université d’Aix-Marseille, 1964.

040 Price Percival, Bells and Man, Oxford University Press, 1984.

041 Ringue Jean, Cloches et carillons, Ministère de la Communauté française de Belgique.

042 Sutter Eric, La Grande Aventure des cloches, Zélie, 1993.

043 Revues spécialisées :

043Bulletin campanaire, Association campanaire wallonne.

043Bells and Bellringing. A Quarterly Journal Devoted to their History.

043L’Art campanaire.

044 Conforti Alberto, Le Violon, Flammarion, 1989.

045 Napier John, Mirifici logarithmorum canonis descriptio, 1614.

046 Farré Maite, Gorriz Latorre, Santiago Vilches et Prime Simon, L’origine du calcul et des logarithmes : Napier, Barcelone, RBA Coleccionables, 2018.

047 Bacon Francis, The New Atlantis, 1624.

048 Bacon Francis, Sylva sylvarum, 1626.

049 Descartes René, L’Homme, 1664.

050 Mersenne Marin, Harmonie universelle, 1636.

051 Galilée, Discours concernant deux sciences nouvelles, traduction de Maurice Clavelin, Armand Colin, 1970.

052 Biancani Giuseppe, Sphera mundi, seu cosmographia demonstrativa, ac facili methodo tradita, 1620.

053 Bettini Mario, Apiaria Universae Philosophiae Mathematicae in Quibus Paradoxa et Nova Pleraque Machinamenta Exhibentur, 1642.

054 van Boxhorn Marcus Zuerius, Bediedinge van de tot noch toe onbekende afgodinne Nehalennia over de dusent ende Meer jaren onder het sandt begraven, dan onlancx ontdeck op het strandt van Walcheren in Zeelandt, Willem Christiaens vander Boxe, Leyde, 1647.

055 Kircher Athanase, Musurgia Universalis, 1650.

055Kircher Athanase, Phonurgia Nova, 1673

055Kircher Athanase, Ars Magna Lucis et Umbrae, 1646.

055Les ouvrages écrits en latin sont accessibles par téléchargement sur le site Gallica de la Bibliothèque nationale de France. Nous connaissons des traductions allemandes et anglaises mais pas de traduction française.

056 Histoire comique par Monsieur de Cyrano Bergerac, contenant les Estats & Empires de la Lune, 1657.

057 Boyle Robert, New Experiments Physico-Mechanical, Touching The Spring of the Air, and its Effects, 1660.

058 Kircher Athanase, Musurgia universalis sive Ars magna consoni et dissoni in X. libros digesta, 1650.

059 Hooke Robert, Micrographia or some Physiological Descritions of Minutes Bodies Made by Magnifting Glasses with Observations and Inquiries thereupon, Londres, 1665.

060 Hooke Robert, Micrographia or some Physiological Descritions of Minutes Bodies Made by Magnifting Glasses with Observations and Inquiries thereupon, Londres, 1665.

061 Morland Samuel, Tuba stentoro-phonica, an instrument of excellent use, as well at sea, as at land; invented, and variously experimented in the year 1670. And humbly presented to the Kings most excellent Majesty Charles II. In the year 1671.

062 Patrizio Barbieri, The Speaking Trumpet — Developments of Della Porta’s Ear Spectacles (1589-1967), Florence, Leo Olschki Editore, 2004.

063 Perrault Claude, Dix livres d’architecture de Vitruve corrigés et traduits nouvellement en français, 1673.

064 Perrault Claude, Essais de physique ou Recueil de plusieurs traités touchant les choses naturelles, 1680.

065 Newton Isaac, The Principia Mathematical Principal of Natural Philosophy, traduction anglaise par Anne Whitmann et Bernard Cohen, University of California Press, 1999.

066 Newton Isaac, Principes mathématiques de la philosophie naturelle [traduit du latin] par feue madame la marquise Du Chastellet, 1759.

067 Huygens Christiaan, Traité de la lumière, Leyde, 1690.

068 Huygens Christiaan, Le cycle harmonique, Rotterdam, 1691.

069 Sauveur Joseph, Principes d’acoustique et de musique ou système général des intervalles des sons, 1701.

070 Histoire de l’Académie Royale des Sciences Registre de l’année 1700.

071 Chailley Jacques, « Diapason », Encyclopédie Universalis.

072 Dictionnaire universel françois et latin, vulgairement appelé Dictionnaire de Trévoux : contenant la signification et la définition des mots de l’une et de l’autre langue, tome 5, 1771.

073 Chambers, Ephraim, « Cyclopædia: or, An Universal Dictionary of Arts and Sciences » (1st ed.). londres, James & John Knapton; John Darby; and others, 1728. Deux volumes digitalisés par l‘University of Wisconsin Digital Collections Center.

074 Nollet Jean Antoine, Leçons de physique expérimentale, 1745, pp. 420-424.

075 Cocchini Giuseppe, Saggi di Naturali esperienze fatte nell’ Accademia del Cimento, 1667.

076 Baskevitch François, Calculer la vitesse du son après Newton : le défi du jeune Euler, 2012.

077 du Châtelet Émilie, Principes mathématiques de la philosophie naturelle par Monsieur Newton, traduits en français par Madame la marquise Du Chastellet.

078 L’Académie des sciences de Paris et l’équipe ENCCRE (Édition numérique collaborative et critique de l’Encyclopédie) en lien avec la Bibliothèque Mazarine ont mis en ligne une « première édition numérique, collaborative et critique de l’Encyclopédie, ou Dictionnaire raisonné des sciences des arts et des métiers ».

079 Spallanzani Lazzaro, Lettere sopra il sospetto di un nuovo senso nei pipistrelli, Turin, Stamperia reale Torino, 1794.

080 Griffin Donald R. et Galambos Robert, Obstacle Avoidance by Flying Bats, Anatomical Record, 78, 1940, p. 95.

081 Chladni Ernst, Entdeckungen über die Theorie des Klanges, Leipzig, 1787., Leipzig, .

082 Chladni Ernst, Die Akustik, Édition originale, Breitkopf et Härtel éditeurs, Leipzig, 1802, numérisé par le SCD de l’Université de Strasbourg.Édition originale, Breitkopf et Härtel éditeurs, Leipzig, 1802, numérisé par le SCD de l’Université de Strasbourg.

083 Haüy Abbé René Just, Traité élémentaire de physique, en 2 tomes, 1848.

084 Laplace Pierre Simon, Sur la vitesse du son dans l’air et dans l’eau, Annales de chimie et de physique III, 1816, p. 238-241.

085 Laplace Pierre Simon, Développement de la théorie des fluides élastiques et application de cette théorie à la vitesse du son, 1821.

086 Bopp Franz, Über das Konjugationssystem der Sanskritsprache in Vergleichung mit jenem der griechischen, lateinischen, persischen und germanischen Sprache, Francfort, 1816.

087 Laennec René, De l’Auscultation médiate, ou Traité du diagnostic des maladies des poumons et du cœur, fondé principalement sur ce nouveau moyen d’exploration, 2 volumes, 1819.

088 Germain Sophie, Recherches sur la théorie des surfaces élastiques, Paris, Librairie Pour les Sciences, Courcier, 1821.

089 Stupuy Hippolyte, Étude sur la vie et les œuvres de Sophie Germain suivi de Œuvres philosophiques de Sophie Germain, Librairie de Firmin-Didot et Cie, 1re éd. 1879, 2e éd. 1896.

090 Boyé Anne, « Sophie Germain une mathématicienne face aux préjugés de son temps », Bulletin de l’APMEP, 523, mars-avril 2017, pp. 231-243.

091 Fourier Joseph, Théorie générale de la chaleur, 1822.

092 Colladon Jean-Daniel, Souvenirs et mémoires, Genève, Imprimerie Aubert Schuchardt, 1893.

093 Savart Félix, Mémoire sur la construction des instruments à cordes et à archets lu à l’Académie des sciences le 31 mai 1819, Paris, 1819.

094 Savart Félix, Mémoire sur la voix humaine. Journal de physiologie expérimentale et pathologique, 1825.

095 Savart Félix, Cours de physique expérimentale, 1838-1839.

096 Doppler Christian Andreas, Über das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels, Prague, Abhandlungen der Königl. Böhm, Gesellschaft der Wissenschaften, partie V, vol. 2, 1842, pp. 465-482. Réédité en 1903 pour le centenaire de la naissance de Doppler.

097 Ohm Georg Simon, « Über die Definition des Tones, nebst

097daran geknüpfter Theorie der Sirene und ähnlicher tonbildender

097Vorrichtungen », Annalen der Physik und Chemie, 59, 1843, pp. 513-565.

098 Schiavo Giovanni E., Antonio Meucci Inventor of the Telephone, The Vigo Press, 1958.

099 Catania Basilio, Antonio Meucci - L’Inventore e il suo Tempo - Da Firenze a L’Avana, vol. 1, Seat – Divisione STET, Editoria per la Comunicazione, Rome, 1994.

100 Catania Basilio, Antonio Meucci - L’Inventore e il suo Tempo - New York 1850-1871, vol. 2, Seat – Divisione STET, Turin, 1996.

101 Le site du collectionneur français de téléphones Jean Godi contient une multitude d’informations sur l’histoire du téléphone.

102 Corti Alfonso, Recherches sur l’organe de l’ouïe des mammifères, 1851.

103 Garcia Manuel, Traité complet de l’art du chant, 1840.

104 Garcia Manuel, Observations on the Human Voice, Proceedings of the Royal Society of London, 1855.

105 Türck Ludwig, Manuel de laryngoscopie, 1860.

106 Czermak Johann Nepomuk, Du laryngoscope et de son emploi en physiologie et en médecine, 1860.

107 Castellengo Michèle, Manuel Garcia fils : un observateur perspicace de la production de la voix chantée, Londres, Congrès Pevoc, 2005.

108 Henry Joseph, On acoustics applied to public buildings in Scientific Writings of Joseph Henry, vol. 2, édité par la Smithsonian

108Institution, Washington D.C., Judd & Detweiler; 1886, pp. 403-421..

109 Jamin Jules Célestin, Cours de physique de l’Ecole polytechnique de Monsieur P. Jamin, 55e leçon : De l’évaluation numérique des sons, 1885.

110 Benoit Serge, Blouin Daniel, Dupont Jean-Yves et Emptoz Gérard, Chronique d’une invention : le phonautographe d’Édouard-Léon Scott de Martinville (1817-1879) et les cercles parisiens de la science et de la technique, Commission d’histoire Société d’encouragement pour l’industrie nationale, 2009.

111 Fechner Gustav Theodor, Elemente der Psychophysik, 1860.

112 Broca Paul, « Perte de la parole, ramollissement chronique et destruction partielle du lobe antérieur gauche du cerveau », Bulletin de la Société d’anthropologie de Paris, séance du 18 avril  1861.

113 « Localisation des fonctions cérébrales. Siège du langage articulé », Bulletin de la Société française d’anthropologie, séance du 2 avril 1863.

114 Wernicke Karl, Der aphasische Symptomecomplex. Eine psychologische Studie auf anatomischer Basis, Breslau, M. Crohn et Weigert, 1874.

115 von Helmholtz Hermann, Die lehre von den tonempfindungen als physiologische grundlage fur die theorie der muzik, 1863.

116 Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, tome 85, juillet-décembre, séance du 3 décembre 1877, pp. 1082-1083.

117 Strutt John William (Lord Rayleigh), The Theory of Sound, Londres, MacMillan and Co, 1877-1878.

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119 Koenig Karl Rudolph, Catalogue des appareils d’acoustique construits par Rudolph Koenig docteur en philosophie, Paris, plusieurs éditions entre 1859 et 1889.

120 Koenig Karl Rudolph, Quelques expériences d’acoustique, Paris, 1882.

121 Gardiol Freddy et Fournier Yves, « Salvan, berceau de la télégraphie sans fil (TSF) », REE, 4, avril 2008.

122 Courtenay Jan Niecislaw Baudouin de, Versuch einer Theorie phonetischer Alternationen, K.J. Trûbner Strassburg, 1895.

123 Beranek Léo, « The notebooks of Wallace C. Sabine », JASA, 1977, pp 629-639.

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125 Beranek Léo, « Wallace C. Sabine and Acoustics », American Institue of Physics, Février 1985, pp 45-61.

126 Beranek Léo, « The personal papers of Wallace C. Sabine », JASA, 2009, pp 3792-3794.

127 Zarembiwitch Alain, Les ultrasons, PUF, 2003.

128 Biquart Pierre, Paul Langevin, scientifique, éducateur citoyen, Seghers, 1969.

129 de Saussure Ferdinand, Cours de linguistique générale, Charles Bally et Albert Sechehaye éditeurs, Lausanne et Paris, Payot, 1916.

130 Site Internet du Cercle de Pragues.

131 Troubetskoï Nikolaï, « Principes de phonologie », Paris, Kincksieck, 1949.

132 Jakobson Roman, Essais de linguistique générale, Paris, Minuit, vol. 1, 1963 ; vol. 2, 1973.

133 Jakobson Roman, Langage enfantin et aphasie, Paris, Minuit, 1969.

134 Jakobson Roman, « Questions de poétique », Seuil, 1973.

135 Brevet britannique n° 394 325 : « Improvements in and relating to Sound-transmission, Sound-recording and Sound-reproducing Systems. », publié le 14 juin 1934.

136 Fletcher Harvey et Munson Wilden A., « Loudness, its Definition, Measurement, and Calculation », The Bell System Technical Journal, octobre 1933.

137 Coanda Henri, « Procédé et dispositif de protection contre les bruits », brevet français n° 762 121, déposé le 31 décembre 1932, obtenu le 18 janvier 1934.

138 Lueg Paul, « Verfahren zur Dimpfung von Schallschwingungen », brevet allemand no 655 508, déposé le 27 janvier 1933, obtenu le 30 décembre 1937.

139 Lueg Paul, « Process of silencing sound oscillations », brevet U.S. no 2 043 416, déposé le 8 mars 1934, obtenu le 9 juin 1936.

140 Guicking Dieter, « On the invention of active noise control by Paul Lueg », JASA, 87(5), mai 1990, lettres à l’éditeur.

141 Miljkovic Dubravko, « Active Noise Control: From Analog to Digital – Last 80 Years», MIPRO, 2016, pp. 1358-1363.

142 Beranek Leo, Acoustics, Mc Graw Hill, 1954.

143 Beranek Leo, Music, Acoustics and Architecture, Springer, 1962.

144 Beranek Leo, Noise and Vibration Control, Mc Graw Hill, 1971.

145 von Békésy Georgy, Zur Theorie des Horens; die Schwingungsform der Basilarmembra, Physikalische Zeitschrift, 29:793-810, 1928.

146 von Békésy Georgy, Experiments in Hearing, Mc Graw Hill Book, 1960, traduit et édité par E.G. Wever.

147 von Békésy Georgy, Sensory Inhibition, Princeton University Press, 1967.

148 Kryter K. D., « Methods for the calculation and use of the Articulation Index », Journal of the Acoustical Society of America, 34(11), 1689–1697, 1962.

149 Peutz Victor M.A., « Articulation Loss of Consonants as a Criterion for Speech Transmission in a Room », Journal of the Audio Engineering Society, vol 19, pp 915-918, 1971.

150 Houtgast T. et Steeneken H.J.M., « Evaluation of Speech Transmission Channels by Using Artificial Signals », Acustica 25, 1971, pp. 355-367.

151 Houtgast T. et Steeneken H.J.M., « The Modulation Transfer Function in Room Acoustics as a Predictor of Speech Intelligibility », Acustica 28, 1973, pp. 66-73.

152 Schroeder Manfred R., « Diffuse sound reflection by maximum-length sequences », J. Acoust. Soc. Am., 57(1), 1975, pp. 149-150.

153 Schroeder Manfred R., « Binaural dissimilarity and optimum ceilings for concert halls: more lateral sound diffusion », J. Acoust. Soc. Am., 65, 1979, pp. 958-963.

154 Cox Trevor J. et D’Antonio Peter, Acoustic Absorbers and Diffusers — Theory, design and application, Spon Press, 2004.

155 Schafer R. Murray, Tuning of the World, Alfred A. Knopf Inc., New York, 1977. Traduction française par Sylvette Gleize : Le paysage sonore, Paris, J.-C. Lattes, 1979.

156 Schouhamer Immink Kees A., « The CD Story », Journal of the Audio Engineering Society, 46, 1998, pp. 458-465.

157 Arom Simha, Polyphonies et Polyrythmies instrumentales d’Afrique centrale. Structure et méthodologie, 2 volumes, Paris, SELAF, 1985 et 2019 pour la plus récente réédition.

158 Chomsky Noam, Syntactic Structures, La Haye, Mouton and co, 1957. Traduction française de Michel Braudeau : Structures syntaxiques, 1969.

159 Chomsky Noam, The Minimalist Progam, MIT Press, 1995.

160 Pollock Jean-Yves, Langage et cognition : introduction au programme minimaliste de la grammaire générative, PUF, Paris, 1997.

161 « Les cahiers de l’Herne – Chomsky », éditions de l’Herne, 2007.

162 Nombreux articles clairs et accessibles par Catherine Fuchs dans les différentes rubriques de la linguistique de l’encyclopédie Universalis.

163 Directive 2002/49/CE du Parlement européen et du Conseil du 25 juin 2002 relative à l’évaluation et à la gestion du bruit dans l’environnement. JOCE du 18 juillet 2002.

164 Directive 2003/10/CE du Parlement européen et du Conseil du 6 février 2003 concernant les prescriptions minimales de sécurité et de santé relatives à l’exposition des travailleurs aux risques dus aux agents physiques (bruit). JOCE du 15 février 2003.

165 Gutton Jean-Pierre, Bruits et sons dans notre histoire, PUF, 2000.

166 Barbour J. Murray, Tuning and Temperament. Historical Survey, East Lansing, Michigan State College Press, 1951.

167 Lehman Bradley, « Bach’s extraordinary temperament : our Rosetta Stone », Early Music, 33, 1, février 2005, pp 3-24.

168 Maurice S., Chide B., Murdoch N. et al., « In Situ Recording of Mars Soundscape », Nature, 2022.

Table des matières

Avant-propos5

-30 000 Le marquage sonore des grottes préhistoriques12

Instruments de musique préhistoriques12

Spécificités acoustiques des grottes préhistoriques13

Décorations à caractère acoustique des grottes préhistoriques14

-2697 Ling Lun crée les douze lüs en écoutant le chant du phénix17

Création des douze lüs17

-1400 Hymne à Nikkal : la plus ancienne chanson écrite20

L’hymne à Nikkal d’Ougarit20

La musique de Mésopotamie21

Les instruments de musique23

-1300 L’amplificateur du chant du Lanzon au temple de Chavín de Huantar24

Amplificateur acoustique naturel du vieux temple de Chavín de Huantar25

-700 Les Muses de la Théogonie27

Hésiode (VIIIe siècle avant notre ère)27

La Théogonie29

Les musées30

-600 Le vocabulaire du son chez les philosophes grecs antiques32

Le vocabulaire acoustique du grec ancien33

-530 L’échelle musicale de Pythagore34

Vie de Pythagore34

La pensée pythagoricienne35

La gamme pythagoricienne36

-380 Les simulacres des atomistes Leucippe et Démocrite39

-370 Archytas de Tarente se penche sur l’origine des sons41

-358 L’harmonie de Platon43

-330 Le son dans l’âme d’Aristote45

Biographie45

Importance de l’œuvre d’Aristote46

L’Organom47

De l’Âme48

-300 L’harmonique selon Aristoxène de Tarente51

-280 Le choc et les corpuscules de l’atomiste Épicure53

Épicure et le son54

-220 Les ronds dans l’eau de Chrysippe de Soles et des stoïciens56

-84 Cicéron, le grand orateur et théoricien du discours58

L’art oratoire de Cicéron58

-55 Le grand poète épicurien latin Lucrèce et les sons60

L’atomisme de Lucrèce et Épicure60

Le son dans De rerum natura61

-25 Vitruve et les « echea » des théâtres grecs antiques63

Les théâtres grecs antiques63

Marcus Vitruvius Pollio64

Les « echea » et « vasa aerea » des théâtres antiques grecs65

Analyse acoustique des théâtres grecs et des « vasa aerea »67

Les trois mécanismes d’amplification du son par les echea67

Comportement acoustique de la niche et du vase d’airain dans les gradins des théâtres68

Théâtres romains70

63 Le bruit, le silence et le repos selon Sénèque72

95 De institutione oratoria de Marcus Fabius Quintilianus74

De institutione oratoria75

510 Boèce : la musique du monde, de l’homme et des instruments77

De institutione musica78

529 Justinien ferme les académies d’Athènes82

1025 Le moine Guido d’Arezzo fixe la notation musicale latine85

Brève histoire de la notation musicale85

La notation musicale latine86

1027 Les sens dans Le Grand livre de la guérison d’Avicenne89

1230 Robert Grosseteste, précurseur de la phonétique91

De Generatione Sonorum92

1100-1400 De ecclesiarum vasis96

1484 Le grande cloche maudite de Dhammazedi101

La cloche : un objet important dans le bouddhisme et l’hindouisme d’Asie103

La tsar Kolokol de Moscou 104

Vocabulaire français de la campanologie105

Perpétuer cet artisanat106

1560 Les luthiers de Crémone108

La famille Amati invente le violon108

Antonio Stradivari ou la perfection du violon110

La famille de luthiers Guarneri111

1614 John Napier invente les logarithmes113

Le mathématicien113

Conséquences de la découverte des logarithmes116

1626 Francis Bacon, les maisons des sons de la Nouvelle Atlantide119

Sylva sylvarum ou histoire naturelle en dix volumes120

The New Atlantis120

1633 Descartes découvre l’inhibition latérale122

L’Homme123

1636 Marin Mersenne, l’animateur de la recherche scientifique au XVIIe siècle127

Harmonie universelle (1636)127

1638 Les « virgolette » de Galilée ou la première gravure sonore129

Discours concernant deux sciences nouvelles (1638)130

1642 Les Jésuites de Bologne et l’apogée des rayons sonores135

Giuseppe Biancani136

Mario Bettini137

1647 La recherche de la langue originelle : van Boxhorn et la langue scythe139

L’hypothèse de la langue scythe par Marcus Zuerius van Boxhorn139

1650 Athanase Kircher : l’acousticien baroque142

Musurgia Universalis (1650)143

Phonurgia Nova (1673)145

L’apport de Kircher146

1657 Cyrano de Bergerac imagine le baladeur et les écouteurs148

Les états et empires de la Lune149

1660 Robert Boyle : le son ne se propage pas dans le vide156

Le son peut-il se propager dans le vide ?157

La pompe à vide d’Otto von Guericke160

Robert Boyle démontre l’absence du son dans le vide161

1665 Robert Hooke, le plus grand savant expérimentateur du XVIIe siècle165

Apports de Hooke en acoustique166

1666 Les embarras de Paris de Nicolas Boileau168

1671 Le Tuba Stentoro-Phonica de Samuel Morland173

Samuel Morland et le Tuba Stentoro-Phonica174

1680 Le premier « traité sur le bruit » de Claude Perrault176

1687 Isaac Newton, le génie du XVIIe siècle178

Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687)179

Où Newton explique la diffraction du son 180

Où Newton utilise des analogies magnifiques entre la propagation des sons dans l’air, le baromètre, le mouvement d’un pendule et le mouvement d’un point sur un cercle pour tenter de calculer la vitesse du son 181

1690 Christiaan Huygens : la lumière et le son sont des ondes183

Huygens et la musique185

1701 Joseph Sauveur crée le mot « acoustique » pour la science des sons186

1711 Le luthiste anglais John Shore fixe le diapason187

Historique187

Le diapason de John Shore188

La législation s’empare du son de référence189

1718 Le concours de dissertation de l’Académie des sciences de Bordeaux sur l’écho191

Extraits du discours prononcé à l’Académie des sciences, des arts et des belles lettres de Bordeaux le 1er mai 1718 par Monsieur le président de Montesquieu 191

Extrait de la dissertation sur la cause de l’écho de Jean de Hautefeuille196

Dissertation sur l’écho197

1721 La première mention du microphone198

1728 L’acoustique et le son dans Cyclopaedia200

L’acoustique dans Cyclopaedia201

1745 Fin de la saga de la mesure de la vitesse du son dans l’air202

Mesures italiennes202

Mesures anglaises204

Mesures françaises205

Influence des conditions météorologiques209

1749 Émilie du Châtelet traduit Newton en français, seule traduction française à ce jour211

Hommages213

1751 L’acoustique dans l’Encyclopédie : une forte inspiration de Cyclopaedia215

L’épopée de la rédaction de l’Encyclopédie215

1794 Lazzaro Spallanzani découvre le système d’orientation par ultrasons des chauves-souris220

1802 Ernst Chladni : l’homme qui fit voir les sons222

Les figures de Chladni223

Importance des travaux de Chladni225

1804 Les révolutionnaires parisiens Hassenfratz et Biot mesurent la vitesse du son dans les solides227

Travailleurs infatigables de la République227

Expériences de mesure de la vitesse du son dans les corps solides228

1816 Pierre-Simon de Laplace corrige Newton230

Contribution en acoustique230

1816 Franz Bopp, la grammaire comparée et les langues indo-européennes236

Le XIXe siècle et les langues indo-européennes236

1819 Laennec invente le stéthoscope238

1821 Sophie Germain démontre la théorie des surfaces vibrantes241

La jeunesse de Sophie Germain241

Sophie Germain et la théorie des nombres242

La difficile reconnaissance de la démonstration de la théorie des vibrations des surfaces par Sophie Germain244

Les hommages tardifs247

1822 Joseph Fourier développe la théorie de la chaleur250

L’apport de la théorie générale de la chaleur 252

1826 Jean-Daniel Colladon mesure la vitesse du son dans l’eau254

1831 La roue dentée de Savart pour mesurer la fréquence des sons261

Savart et l’acoustique262

1842 L’effet Doppler pour les navires, le son et la lumière265

L’effet Doppler265

1843 Georg Simon Ohm applique la théorie de Fourier à l’acoustique271

Ohm, l’acousticien sans oreille musicale272

1849 Antonio Meucci invente le téléphone274

Les précurseurs du téléphone274

Les inventeurs du XIXe siècle274

Antonio Meucci, l’inventeur du téléphone reconnu à titre posthume276

1851 Alfonso Corti décrit notre oreille interne283

1855 Le laryngoscope de Manuel Garcia285

Le laryngoscope286

L’apport de Manuel Garcia287

1856 Le compte-rendu d’acoustique architecturale de Joseph Henry 289

1857 Le phonautographe de Martinville298

Description du phonautographe d’Édouard-Léon Scott de Martinville299

1860 Gustav Theodor Fechner jette les bases de la psychophysique301

1861 Les aires de Broca et Wernicke, centres du langage303

Paul Broca303

Carl Wernicke306

1863 Hermann von Helmholtz démontre le comportement des résonateurs acoustiques307

Helmholtz et les résonateurs acoustiques308

Principe des résonateurs309

Application des résonateurs en acoustique des salles310

Autres applications des résonateurs d’Helmholtz311

1876 Une singularité acoustique : la fosse d’orchestre wagnérienne314

Contexte historique314

La Festspielhaus de Bayreuth314

Caractéristiques acoustiques de la fosse d’orchestre wagnérienne316

Aujourd’hui316

1877 Charles Cros invente le phonographe318

Le paléophone/phonographe de Charles Cros319

1878 Thomas Alva Edison s’approprie et industrialise le phonographe323

Le phonographe324

Fonctionnement du phonographe325

1878 The Theory of Sound de John William Strutt (Lord Rayleigh) : le premier ouvrage complet sur la théorie du son327

The Theory of Sound328

1881 Le théâtrophone de Clément Ader329

1887 Emil Berliner invente le disque331

1888 L’histoire de l’enregistrement sur bande « magnétique » commence avec Oberlin Smith333

Le principe de l’enregistrement sur bande magnétique (1888)333

Le premier enregistrement de Valdemar Poulsen (1900)334

La bande magnétique (1931)335

La K7 (1963)335

1889 Le catalogue des appareils d’acoustique de Karl Rudolph Koenig337

1895 La première liaison radio par Guglielmo Marconi à Salvan340

Salvan en Suisse, capitale historique de la communication radio341

Quelques dates de l’épopée de la radiodiffusion343

1895 Les phonèmes de Jan Ignacy Niecisław Baudouin de Courtenay347

Les apports de Baudouin de Courtenay en linguistique348

1898 Wallace Clement Sabine : la naissance de l’acoustique des salles350

L’auditorium du Fogg Art Museum de Boston350

La durée de réverbération351

Le coefficient d’absorption acoustique des matériaux « alpha Sabine »353

Le traitement acoustique de l’auditorium du Fogg Art Museum : premier « conseil » acoustique354

La formule de Sabine. C’est une hyperbole !355

Wallace C. Sabine, premier consultant acousticien du Boston Symphony Hall357

Apports de Wallace Clement Sabine358

1915Paul Langevin met au point le premier sonar360

Les premiers pas des ultrasons360

Le triplet Langevin361

Développements ultérieurs362

1916 Le Cours de linguistique générale de Ferdinand de Saussure364

Le Cours de linguistique générale364

1929 Les « thèses » du Cercle de Prague366

Nikolaï Sergueïevitch Troubetskoï367

Roman Ossipovitch Jakobson369

1931 Alan Blumlein conçoit et développe de la stéréophonie372

1933 Fletcher et Munson montrent la réaction de l’oreille en fonction de l’intensité du son et de sa fréquence374

1936 Henri Coanda et Paul Lueg, les pionniers de l’antibruit377

1954 Acoustics, le premier ouvrage du pédagogue Leo Beranek381

1961 Georg von Békésy le prix Nobel 383

L’apport de Békésy384

1971 L’intelligibilité de la parole de l’école hollandaise387

Début de l’intelligibilité comme critère acoustique (1930-1970)387

La perte d’articulation des consonnes de Victor Peutz (ALC)388

Le speech transmission index (STI) de Houtgast et Steeneken 389

1975 Manfred Schroeder et le retour de la magie des nombres391

Le diffuseur à séquences de longueur maximale392

Le diffuseur à résidus quadratiques392

1977 Raymond Murray Schafer crée le concept de paysage sonore ou soundscape395

Le concept de paysage sonore et d’écologie sonore397

1982 Le premier lecteur CD numérique400

Le CD400

Codage MP3, iPod et dématérialisation402

1985 Simha Arom : père de l’ethnomusicologie contemporaine404

L’ethnomusicologie de Simha Arom404

1995 La grammaire générative universelle et le programme minimaliste de Noam Chomsky408

La grammaire générative universelle (1957)409

Le programme minimaliste (1995)410

2002 Directive 2002/49/CE : première réglementation européenne de protection de l’environnement contre le bruit413

La directive 2002/49/CE : protection de l’environnement contre le bruit414

La directive 2003/10/CE : protection de l’ouïe des travailleurs contre le bruit415

2005 La fin du mystère du tempérament de Johann Sebastian Bach417

Brève histoire du tempérament417

Février 2005 : la fin (?) du mystère du tempérament de Johann Sebastian Bach421

2017 La forme des grandes salles de concert classique : shoebox ou vinyard ?423

Le tournant historique de 1870 : la Wiener Grosser Muzikverein Saal423

Les salles de type « shoebox »424

La révolution berlinoise de 1963 : la salle « vineyard »425

Salles actuelles : shoebox ou vineyard ?426

2022 Le robot Persévérance mesure la vitesse du son sur Mars428

Mesure de la vitesse du son sur Mars428

Bibliographie431

Les grands théoriciens de l’histoire du son

Al-Farabi (872, 950)

Al-Kindi (801, 873)

Arezzo, Guido d’ (992, 1050)

Aristote (-384, -322)

Aristoxène de Tarente (- VIe siècle)

Boèce (480, 524)

Bopp, Franz (1791, 1867)

Chomsky, Noam (1928,-)

Chrysippe de Soles (-280, -206)

Courtenay, Jan Niecislaw Baudouin de (1845, 1929)

Démocrite (-460, -370)

Descartes, René (1596, 1650)

Doppler, Christian Andreas (1803, 1853)

du Châtelet, Emilie (1706, 1749)

Epicure (-341, -270)

Germain, Sophie (1776, 1831)

Hautefeuille, Jean de (1647, 1724)

Huygens, Christiaan (1629, 1695)

Jakobson, Roman Ossipovitch (1898, 1982)

Kircher, Athanase (1602-1680)

Langevin, Paul (1872, 1946)

Laplace, Pierre-Simon de (1749, 1827)

Leucippe (-450, -370)

Lucrèce (-98, -55)

Newton, Isaac (1642, 1727)

Ohm, Georg Simon (1789, 1854)

Perrault, Claude (1613, 1693)

Philolaos (- 490, -400)

Platon (-428, -346)

Pythagore (environ -580, -490)

Quintilien (35, 96)

Saussure, Ferdinand de (1857, 1913)

Sauveur, Joseph (1653, 1716)

Schroeder, Manfred (1926, 2009)

Sénèque (-4, 65)

Strutt, John William (1842, 1919)

Troubetskoï, Nikolaï Sergueïevitch (1890, 1938)

Vitruve (-90, -20)

von Helmholtz, Hermann (1821, 1894)

Les grands expérimentateurs de l’histoire du son

Ader, Clément (1841, 1925)

Amati, Andrea (1511, 1580)

Amati, Niccolo (1596, 1684)

Arom, Simha (1930,-)

Avicenne (980, 1037)

Bacon, Francis (1561, 1626)

Békésy, György von (1899, 1972)

Beranek, Leo Leroy (1914, 2016)

Berliner, Emile (1851, 1929)

Bettini, Mario (1582, 1657)

Biancani, Giuseppe (1566, 1624)

Biot, Jean-Baptiste (1774, 1862)

Blumlein, Alan Dower (1903, 1942)

Boxhorn, Marcus Zuerius van (1612, 1653)

Boyle, Robert (1627, 1691)

Broca, Paul (1824, 1880)

Chladni, Ernst Florens Friedrich (1756, 1829)

Cicéron (-106, -44)

Coanda, Henri Marie (1886, 1972)

Colladon, Jean Daniel (1802, 1893)

Corti, Alfonso Giacomo Gaspare (1822, 1876)

Cros, Charles (1842, 1888)

Derham, William (1657, 1735)

Edison, Thomas Alva (1847, 1931)

Fechner, Gustav Theodor (1801, 1887)

Fletcher, Harvey (1884, 1981)

Fourier, Jean Baptiste Joseph (1768, 1830)

Galilei, Galileo (1564, 1642)

Garcia, Manuel (1805, 1906)

Grosseteste, Robert (1175, 1253)

Guarneri del Gesù, Bartolomeo Giuseppe (1698, 1744)

Hassenfratz, Jean Henri (1755 , 1827)

Henry, Joseph (1797, 1878)

Hooke, Robert (1635, 1703)

Koenig, Karl Rudolph (1832, 1901)

Laennec, René-Théophile-Marie-Hyacinthe (1781, 1826)

Lueg, Paul (1898, 1979)

Marconi, Guglielmo (1874, 1937)

Mersenne, Marin (1588, 1648)

Meucci, Antonio (1808, 1889)

Morland, Samuel (1625, 1695)

Napier, John (1550, 1617)

Nollet, Jean Antoine (1700, 1770)

Peutz, Victor (1926, 2008)

Sabine, Wallace Clement (1868, 1919)

Savart, Félix (1791, 1841)

Schafer, Raymond Murray (1933, 2021)

Scott de Martinville, Édouard-Léon (1817, 1878)

Shore, John (1662, 1752)

Smith, Oberlin (1840, 1926)

Spallanzani, Lazzaro (1729, 1798)

Stradivari, Antonio Giacomo (1644, 1737)

Tarente, Archytas de (-435, -347)

Weber, Ernst (1795, 1878)

Wernicke, Carl (1848, 1905)

, Bruxelles.

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Dessin de couverture : Delius

Achevé d’ imprimer en mars 2024.

Première édition.

Dépôt légal : 10.541/2024/06

EAN : 978-2875-99092-1