INTERACTIONS FONDAMENTALES INTRODUCTION Pour décrire l'action qu'exercent les corps les uns sur les autres et qui modifient leurs mouvements, Isaac Newton avait introduit la notion de force.

INTERACTIONS FONDAMENTALES INTRODUCTION Pour décrire l'action qu'exercent les corps les uns sur les autres et qui modifient leurs mouvements, Isaac Newton avait introduit la notion de force. Mais cette notion n'est pas pertinente en mécanique quantique, et l'on parle maintenant plutôt d'interactions. Les différentes forces - gravitationnelle, électrique, électromagnétique ou nucléaire - qui régissent les mouvements et l'évolution des objets terrestres ou célestes sont devenues familières sans pour autant être appréhendées dans leur signification véritable. En effet, notion d'ordre physiologique, la force rappelle plutôt les plans inclinés ou les poulies des problèmes scolaires que les particules élémentaires, l'effort musculaire de l'homme ou de l'animal plutôt que la force d'attraction des planètes qui freine l'expansion de l'Univers. Peu de mots scientifiques sont plus familiers que celui de force. Quoi de plus usuel que d'évoquer la force d'un homme, d'un animal, du vent ou d'autres phénomènes naturels ? Il est par contre beaucoup moins naturel de dire qu'une pierre tombe en raison de la force qu'elle subit de la part de la Terre, et encore plus étrange de penser que la cohésion de la matière des objets qui nous entourent est due à d'autres types de forces. Lorsqu'on attribue naturellement de la force à des phénomènes naturels ou à des machines, la comparaison avec l'homme ou avec l'animal est implicite. La notion de force est donc anthropomorphique, et l'on pourrait retracer l'histoire de la physique parallèlement à l'évolution de ce mot vers un concept autonome débarrassé de cet anthropomorphisme. Le mot « force » n'est pas le seul à avoir été puisé dans le vocabulaire courant pour devenir un concept scientifique. Ses voisins immédiats comme « travail », « puissance » ou « énergie » ont subi le même sort, qui consiste à devenir concepts à l'intérieur d'un système d'équations mathématiques tout en demeurant proches d'un contenu sémantique intuitif. On parlera facilement du travail fourni par le déplacement d'un poids, d'une force, ou de la puissance d'un moteur. Il est de même courant aujourd'hui d'évoquer la force d'attraction entre le Soleil et les planètes, entre deux charges électriques ou entre les composants du noyau de l'atome sans quitter vraiment le domaine de nos représentations usuelles. Mais celles-ci sont cependant considérablement éloignées de la notion originelle de la force de l'homme ou de l'animal, qui agit par contact, tandis que celles que nous venons d'évoquer semblent bien agir à distance. L'action à distance constitue sans doute une étape essentielle dans l'autonomisation de la notion de force et est acceptée très aisément aujourd'hui dans notre représentation du monde. Ce sont au contraire les théories, anciennes ou contemporaines, qui, lorsqu'elles remplacent toute action à distance par des chocs ou des échanges de particules, nous éloignent de l'intuition et des représentations courantes. L'HISTOIRE DE LA « FORCE » 1 La physique d'Aristote distingue l'étude des objets naturels de celle des objets fabriqués par la ruse de l'homme, les machines. Les phénomènes naturels comme la chute d'une pierre sont soumis à des causes tandis que les machines, comme l'homme, transmettent des forces. Or le geste qui consiste à jeter une pierre ou à lancer une flèche est considéré comme mettant en jeu une force, au même titre que la machine. Puisque toutes les forces agissent par contact, on se demande alors pourquoi la flèche et la pierre continuent à se mouvoir après que la main du lanceur les a lâchées. Ce simple problème de la physique aristotélicienne va entraîner, après bien des tentatives d'aménagement, la faillite complète du système et la reconnaissance de la persistance du mouvement uniforme dès le XIVe s., de la relativité par Galilée en 1632, et, enfin, de l'action à distance par Isaac Newton, en 1687. Mais ce lent bouleversement tient compte de la redécouverte de traditions antiques, constituées par les traités archimédiens et par ceux de Héron d'Alexandrie sur les machines simples. Il s'agit essentiellement d'une physique de forces statiques mettant en jeu une logique des équilibres qui culminera au XVIe s. avec l'hydrostatique de Simon Stevin. Mais elle inclut également les déplacements des bras de la balance, des roues et des poulies, ce qui conduit à une étude du lien entre force et mouvement, laquelle fait croire à une proportionnalité entre force et vitesse. La physique newtonienne n'est pas la seule solution proposée au XVIIe s. en réponse aux problèmes posés par l'étude du mouvement. Peu après la publication des oeuvres de Galilée, René Descartes tente d'imposer une théorie, qui sera ensuite appelée le « mécanisme », dans laquelle toute action s'effectue par des chocs de particules invisibles. C'est le mécanisme qui fournit à cette époque la vision la plus simple et la plus rationnelle du monde, tandis que l'action à distance évoque les forces occultes de l'alchimie, avec pour seul soutien un peu plus objectif l'action des aimants. L'explication par l'existence de particules invisibles prend sa source dans l'atomisme antique et persistera, en constante opposition à la trop mystérieuse action à distance. Christiaan Huygens énonce, vers 1656, les lois des chocs élastiques telles que nous les connaissons aujourd'hui, lois fondamentales dans le modèle du mécanisme cartésien, auquel il adhère. Il a dû, pour y parvenir, abandonner l'étude de la force de « percussion » entre deux corps en collision, car cette force, déjà étudiée par Galilée et Torricelli, échappe à toute mesure en raison de son caractère instantané. Huygens a alors déduit les lois des chocs à partir de l'invariance galiléenne de tout phénomène, et donc de toute force. Les lois de la force centrifuge, établies ensuite, complétèrent sa mécanique. Tandis que Descartes et Huygens étudient la gravitation par des chocs de très nombreuses particules invisibles en mouvement tourbillonnaire incessant, Newton impose, à la suite de Johannes Kepler, une action à distance comme explication causale universelle. Il fait alors pour la ...