[Help] [Aide] [Up]

Science Tribune - Article - Janvier 1997

http://www.tribunes.com/tribune/art97/jos2f.htm

Monsieur C.S.M. Pouillet, de l'Académie, qui découvrit le point "de Curie" en ... 1832


P. Jössang et A. Jössang

Laboratoire de Chimie, Muséum National d'Histoire Naturelle, Paris, France.


Résumé

Monsieur C.S.M. Pouillet, un physicien français remarquable, découvrit le point "de Curie" environ 60 ans avant que ne le fit Pierre Curie lui-même. Il nomma la température de transition entre le ferromagnétisme et le paramagnétisme la "limite magnétique". Il enregistra une limite magnétique approximative de 350C pour le Nickel, température qui est à comparer avec les 340C environ trouvés plus tard par Curie. La découverte de Pouillet fut mentionnée dans la plupart des traités de physique publiés en France aux alentours de 1870. Curie, qui publia son travail au début des années 90, ne fit aucune allusion à Pouillet.
____________________________________________________________________________________


La découverte de Pouillet

Dans le "Traité de Physique Élémentaire" de 1872 de Ch. Drion et E. Fernet (1), nous eûmes la surprise de lire p. 413 :

"Enfin, on doit à Pouillet cette curieuse remarque que les corps sans force coercitive (a) comme le fer doux, chauffés à une certaine température, sont insensibles aux aimants: ils cessent d'être attirés, et deviennent semblables au cuivre ou aux autres substances non magnétiques. La température à laquelle ce phenomène se produit n'est d'ailleurs pas la même pour les diverses substances magnétiques: ainsi le nickel cesse d'être magnétique à 350C; le fer, à la température du rouge cerise; le cobalt à une température beaucoup plus élevée."

Jamin, dans son "Cours de Physique de l'Ecole Polytechnique" (2) confirme le fait (p. 552) :

"Monsieur Pouillet a été plus loin; il a étudié le fer pendant tout le temps qu'il était maintenu à une température élevée et il a vu qu'au rouge cerise ce fer ne conservait plus la propriété d'être attiré par un aimant énergique placé dans son voisinage; il était alors analogue au cuivre et à toutes les substances non magnétiques".

Mais où Pouillet avait-il donc publié son travail (b)?

Formé à l'Ecole Normale, Directeur du Conservatoire des Arts et Métiers, titulaire de la chaire de physique de l'Ecole Polytechnique et de celle de la Faculté des Sciences, ce n'est qu'en 1837 qu'il fut élu membre de l'Académie des Sciences. Il paraissait naturel, cependant, de chercher dans les "Comptes Rendus de l'Académie des Sciences" : rien. Restait son ouvrage "Élémens de Physique Expérimentale et de Météorologie" publié la première fois en 1827. Une 7è edition paraîtra en 1856, une édition allemande en 1887. Par chance, une édition de 1832 (3) se trouve à la superbe bibliothèque de l'Ecole des Mines au Luxembourg (Paris), et nous tenons à exprimer toute notre gratitude pour les facilités qui nous y ont été données.

L'ouvrage - qui débute par une citation du "Novum Organum" de Bacon - contient (Tome 1, 2è partie, chap. IV, pp. 88-89) ce qui suit :

"Voici un autre effet de la chaleur, auquel on n'a pas fait assez attention : à la température du rouge cerise, les aimans, l'acier et le fer, perdent non-seulement le magnétisme qu'ils peuvent posséder, mais de plus ils deviennent incapables d'en recevoir la moindre trace; pendant tout le temps qu'ils sont soumis à cette température, ils paraissent comme de bois ou de pierre, tout à fait insensibles à l'action décomposante des plus forts barreaux.

Ainsi, les aimans, l'acier et le fer, ont une limite magnétique et cette limite se trouve à peu près vers la température du rouge cerise. Quelques analogies assez remarquables entre les distances des atomes des corps et leurs propriétés magnétiques m'avaient conduit à penser que la limite magnétique des différents corps devait se trouver à des températures très-différentes, et j'ai, en effet, démontré par l'expérience
1- que le cobalt ne cesse jamais d'être magnétique, ou plutôt que sa limite magnétique est à une température plus haute que le rouge blanc le plus éclatant;
2- que le chrôme a sa limite magnétique un peu audessous de la température rouge sombre;
3- que le nickel a sa limite magnétique vers 350, à peu près à la température de la fusion du zinc;
4- enfin, que le manganèse a sa limite magnétique à la température de 20 à 25 au dessous de 0.

Les expériences sur les cinq corps simples magnétiques, le manganèse, le nickel, le chrôme, le fer et le cobalt semblent prouver
1 - que la chaleur n'agit sur le magnétisme que par la distance plus ou moins grande qu'elle détermine entre les atomes des corps;
2 - que toutes les substances deviendraient magnétiques si l'on pouvait, par une action quelconque, rapprocher leurs atomes à une distance convenable."


Qu'est-ce-que le "Point de Curie" ?

Toute substance placée dans un champ magnétique - par exemple, à proximité d'un aimant - acquiert des propriétés magnétiques caractérisées par un moment magnétique par unité de volume, appelé aimantation. Suivant la valeur et le signe de cette aimantation, on peut classer toutes les substances en trois catégories principales :

- les diamagnétiques, qui s'aimantent très faiblement, mais en sens contraire du champ magnétique appliqué (ils sont donc repoussés par un aimant). Sont diamagnétiques par exemple: l'eau, le cuivre, le plomb, l'argent, le bismuth, etc...

- les paramagnétiques, qui s'aimantent faiblement dans le même sens que le champ appliqué. Sont paramagnétiques à toutes températures les métaux alcalins, le platine, l'aluminium, etc...

- les ferromagnétiques, qui s'aimantent très fortement dans le même sens que le champ appliqué et dont le meilleur exemple est le fer.

Ces deux dernières catégories de substances sont donc attirées par un aimant.

Au dessus d'une température dite "de Curie" (TC) - souvent improprement nommée "point de Curie" - spécifique de chaque substance, tous les ferromagnétiques deviennent des paramagnétiques et ne sont donc plus que faiblement magnétiques. En fait - et Curie le remarque dans l'introduction de sa thèse (vide infra) - c'est à Michael Faraday - qui découvrit l'induction en 1832 - qu'on doit cette précision que les corps ferromagnétiques ne deviennent pas tout à fait comme "de bois ou de pierre". Après un passage au-dessus de TC, les ferromagnétiques ne retrouvent que leurs propriétés magnétiques d'origine (c); cela signifie notamment que les aimants doivent être re-aimantés.

Une expérience qui décrit bien l'influence de la température sur le magnétisme est la suivante (4). Une tige de fer mobile autour d'un axe horizontal est placé au voisinage d'un pôle d'un aimant. Lorsque cette tige est attirée par l'aimant, elle se retrouve dans la flamme d'un Bec Bunsen placé juste en-dessous. Mais elle n'y reste qu'un certain temps et retombe lorsque son ferromagnétisme a disparu. Une fois suffisamment refroidie, elle est attirée de nouveau et le phénomène se répète. Ceci crée un oscillateur.

Pour le fer (TC = 770C), le nickel (TC = 358C) et le cobalt (TC = 1130C), Pouillet avait bien déterminé des ordres de grandeur tout à fait corrects, même si l'on ne savait pas mesurer des températures élevées. Pour le chrome et le manganèse, Pouillet ne pouvait pas, à son époque, savoir qu'ils font partie d'une sous-classe particulière de ferromagnétiques faibles, les anti-ferromagnétiques, dont la température de transition vers le paramagnétisme s'appelle la température "de Néel" (TN), respectivement 202C pour le chrome et -178C pour le manganèse.


Le silence de Curie

Pierre Curie, qui appelle "faiblement magnétiques" les corps paramagnétiques, a publié ses travaux sur les propriétés magnétiques des corps à diverses températures (c'est d'ailleurs le titre de sa thèse (5)) dans les Comptes Rendus de l'Académie des Sciences (6) 60 ans après Pouillet. Nous n'avons trouvé aucune mention de Pouillet, dont il pouvait difficilement ignorer les travaux, ne serait-ce que parce que, vers 1870, les traités de physique en faisaient mention, et notamment celui de Drion et Fernet (1) qui figure parmi les seuls disponibles pour les études de Curie (1876-78) selon une biographie récente de Pierre Curie (7). La seule phrase de Curie - dans l'introduction de sa thèse (p. 19) - est celle-ci :

"On savait depuis longtemps que le fer perd à la chaleur rouge ses propriétés magnétiques, Faraday a montré qu'aux températures élevées le fer reste encore magnétique, bien que faiblement." (Nous dirions: paramagnétiques)

Pouillet semble cependant le premier a avoir eu la notion claire d'un "point de Curie", et l'avoir mesuré. Selon Daguin (8) p. 8 : "Newton a annoncé le premier que le fer n'est plus magnétique quand on le fait rougir." Ce fait ... fut confirmé par Cavallo, et par Barlow pour la fonte de fer (d). Daguin développe ensuite les conceptions de Pouillet.

Il reste que le "point de Pouillet" du nickel était d'environ 350C; celui de Curie 340C environ.


Tout le problème est de savoir si l'on doit donner à une découverte le nom de son inventeur, ou de celui qui, 60 ans plus tard au moins, a procédé à des mesures précises, étendues et soignées du phénomène en question ? Phénomène d'une grande actualité car les "Chemical Abstracts" relèvent quelque 500 articles par an sous la rubrique "Point de Curie".



Notes

Les auteurs remercient Monsieur Vladimir Cagan qui a dirigé le Laboratoire de Magnétisme et Matériaux Magnétiques du CNRS à Meudon (1991-1994) pour les importantes précisions qu'il a apportées notamment sur les températures de Curie et de Néel.

(a) Jamin précise (p. 502 de la référence 2) : "Alors, on a imaginé de dire qu'il existe dans l'acier une force coercitive qui n'existe pas dans le fer, et par cette expression, qui n'est rien qu'un mot, on exprime à la fois et cette difficulté à la séparation des fluides, et cette difficulté à leur recomposition ...". Il s'agit ici du "magnétisme nord" et du "magnétisme sud", analogues aux charges positive et négative de l'électrostatique : conception de Coulomb; c'est à Oersted (1819) et surtout Ampère (1820) que l'on doit l'idée que le champ magnétique est dû à des courants, circulaires dans les aimants.

(b) Une courte note a été publiée sur le "point de Curie .... ou de Pouillet ?" par Per Jössang dans la rubrique "En Bref" de La Recherche (n 289 (juillet-août), p. 7, 1996).

(c) Après passage à la température de Curie, un materiau ferromagnétique retrouve uniquement les propriétés intrinsèques qu'il possède quand il n'est jamais passé dans un champ magnétique. Dans ces conditions, l'aimantation totale de l'échantillon est nulle. Si l'on considère le fer, la coercitivité est si faible que l'on peut, à première approximation, considérer qu'à champ nul = aimantation nulle.

(d) Barlow, Pierre (1780-1862) : célèbre savant anglais; Cavallo, Tiberius (1749-1809) : physicien né à Naples et décédé à Londres.



Références

1. Drion C, Fernet E. Traité de Physique Élémentaire. Masson, Paris, 1872.

2. Jamin J. Cours de Physique de l'Ecole Polytechnique, 3è Edition. tome premier, Gauthier-Villars, Paris, 1871.

3. Pouillet M. Élémens de Physique Expérimentale et de Météorologie. Editeur Béchet Jeune, Place de l'Ecole de Médecine, n 4, Paris, 1832.

4. Rocard Y. Electricité. Masson et Cie, Paris, 1956.

5. Curie P. Propriétés magnétiques des corps à diverses températures (thèse). Annales de Chimie et de Physique, série 7, n 5, 289-405, 1895.

6. Curie P. Notes de M.P. Curie, présentées par M. Lippmann. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, (Propriétés magnétiques des corps à diverses températures (115, 805, 1892; 116, 136, 1893; 118, 1134, 1894); Sur les propriétés magnétiques de l'oxygène à diverses températures (115, 1292, 1892); Propriétés magnétiques du fer à diverses températures (118, 796 et 859, 1894).

7. Hurwic A. Pierre Curie. Flammarion, Paris, 1995.

8. Daguin PA. Traité Élémentaire de Physique. Tome 3, Delagrave, Paris, 1867.



[Up]