Focus

Introduction au Conseil international de Physique Solvay

Les premiers Conseils internationaux de Physique Solvay appartiennent aux plus belles pages de l’histoire de la physique du XXe siècle. Ils doivent leur existence au mécénat du chimiste belge Ernest Solvay, amateur de sciences et fondateur en 1863, avec son frère Alfred, de l’entreprise du même nom.

Contexte et prémices

Au tournant du XIXesiècle, plusieurs faits expérimentaux liés aux propriétés de la matière et à l’étude du rayonnement viennent bousculer les certitudes de la mécanique classique. L’idée de la discontinuité de l’énergie, contraire à l’entendement, émise par le physicien Max Planck en 1900 pour expliquer le spectre du corps noir, n’est pas facile à accepter, y compris par Planck lui-même. En 1908, l’Académie de Stockholm refuse de lui attribuer le prix Nobel, sous prétexte que sa théorie est fondée sur une « hypothèse inacceptable », malgré les travaux d’Einstein en 1905 sur l’effet photoélectrique, qui la confirment. Par l'entremise de Robert Goldschmidt, l'un de ses anciens élèves belges, Walter Nernst, directeur de l'Institut de chimie physique à l'Université de Berlin, propose à Ernest Solvay d’inviter les physiciens à un congrès international exceptionnel, dans le but d’élucider les questions posées par la nouvelle physique. Nernst y voit un grand intérêt scientifique, car l'hypothèse des quanta, si elle s'avère exacte, viendra confirmer son théorème de la chaleur (connu sous le nom de "troisième principe de la thermodynamique"), formulé quelques années plus tôt.

convocation au premier Conseil de physique Solvay
La convocation au premier Conseil de physique Solvay est intitulée « Invitation à un Conseil scientifique international pour élucider quelques questions d’actualité des théories moléculaires et cinétiques » et l’exemplaire conservé à l’ESPCI porte l’annotation manuscrite « Confidentiel » (L08/01).

Ernest Solvay, féru de science, qui a déjà fondé les Instituts internationaux de physiologie et de sociologie Solvay, accède avec enthousiasme à sa demande. En 1911 se rencontre donc à Bruxelles une assemblée composée de scientifiques de premier plan, en majorité des lauréats ou des futurs lauréats du Prix Nobel, et de multiples nationalités (Allemands, Français, Britanniques, Belges, Néerlandais et Scandinaves…). On y compte Albert Einstein, Henri Poincaré, Paul Langevin, Hendrik Antoon Lorentz, Max Planck, Walther Nernst, Maurice de Broglie, Ernest Rutherford, Heike Kammerling Onnes, Marcel Brillouin, Jean Perrin et une femme, Marie Curie.

À la différence des congrès internationaux de physique de Paris (1900) et de Saint-Louis (1904) organisés en marge d’une exposition universelle, les Conseils de Physique Solvay ont pour but de réunir, en cercle fermé, un petit nombre de spécialistes. Les participants sont invités par un comité international. Au premier Conseil de 1911, Lorentz, en maître de cérémonie, fait préparer une douzaine de rapports à distribuer aux participants et, polyglotte, arbitre les discussions.

L’impact du Conseil de 1911 est considérable dans la communauté des physiciens et pour l'avenir de la physique : Poincaré en revient convaincu et Louis de Broglie, qui va tant y contribuer par la suite, découvre la théorie des quanta dans les comptes rendus conservés par son frère.

Au cours des séances de travail du Conseil de 1911, les interventions rédigées en français, anglais et allemand sont distribuées sous forme dactylographiée aux participants.

 

Conseils Sovay : volume Brilloin
Le Collège de France conserve un volume relié de plus de mille pages, compilant ces rapports d’intervention (cote : 11127). De nombreuses annotations manuscrites attribuées à Marcel Brillouin viennent ponctuer la démonstration d’Einstein. Ici, la page de titre d'un rapport intitulé « L’État actuel du problème des chaleurs spécifiques ».

Du Conseil de 1911 à la création de l’IIPS

Devant le succès du premier Conseil, Robert Goldschmidt propose à Ernest Solvay de poursuivre l’aventure. En 1912, celui-ci fait don d’un capital permettant de fonder un Institut international de Physique Solvay (IIPS) pour encourager la recherche dans les domaines de la physique expérimentale par l’octroi de bourses et de subsides à de jeunes chercheurs. Cet Institut, composé d’une Commission administrative et d’un Comité scientifique, est chargé par ailleurs de l’organisation périodique de Conseils sur le modèle de 1911. Le Conseil international de physique Solvay de 1911 devient ainsi le premier d’une longue série qui se perpétue jusqu’à nos jours.

Lettre de Lorentz, 8 juin 1912
Lettre de Lorentz, 8 juin 1912 (L10/76). Il y annonce Ia création de l’Institut aux membres du Comité scientifique international et leur demande de lui soumettre des sujets de subsides. Il suggère également une publicité auprès des journaux scientifiques et des sociétés savantes.
Lettre de Marie Curie, 3 novembre 1912
Lettre de Marie Curie, 3 novembre 1912 (L10/238). Elle répond au secrétaire du comité scientifique Martin Knudsen, professeur à l’Ecole polytechnique de Copenhague.
Cahier de procès verbaux
Cahier de procès verbaux, ESPCI (L08/04). Les procès-verbaux des séances des réunions du comité scientifique international de 1912 à 1914 et de 1920 à 1923 sont consignés dans ce cahier. Ce document précieux permet de suivre jour par jour les minutes des séances et fait connaître les noms des participants.
cahier (L08/05)
Cahier des subsides, ESPCI (L08/05). Il détaille les sujets qui ont fait l’objet d’une demande de financement, les noms des candidats et les montants accordés.

Le second Conseil de physique a lieu en 1913. Il accueille près de trente scientifiques de neuf nationalités autour de la thématique « La structure de la matière ». Rutherford y présente son modèle de l'atome pendant la discussion qui suit le rapport de J. J. Thomson. La théorie de Rutherford est commentée par Paul Langevin et Marie Curie.

La Première Guerre mondiale et ses conséquences

La guerre, qui éclate en été 1914, met à mal l’activité de l’Institut. Ce n’est qu’après la démobilisation (1919) que Lorentz réamorce le travail du Comité scientifique.

Le troisième Conseil de physique « Atomes et électrons » est organisé en avril 1921 mais le "blocus intellectuel" sur l’Allemagne qui a suivi la publication du "Manifeste de 93 intellectuels allemands" exclut une partie des scientifiques les plus féconds, malgré les tentatives d’apaisement de Lorentz. Einstein, en raison de son pacifisme militant et de son internationalisme, fait figure d’exception, mais il ne peut se rendre à Bruxelles et une note est lue en son nom, ainsi que pour Niels Bohr, dont le rapport sur son article fondateur de 1913 est présenté par Ehrenfest. Albert Michelson (prix Nobel 1907) et Robert Millikan (prix Nobel 1923) participent pour la première fois. Ce conseil marque une étape importante de la progression dans la connaissance de la structure de la matière, notamment à travers les travaux de Rutherford et de Bohr.

Le quatrième Conseil, en 1924, intervient après la mort d’Ernest Solvay, en 1922, et porte sur la conductivité électrique des métaux. Treize nationalités sont  représentées ; la Russie est présente pour la première fois en la personne d'Abraham Joffé mais l’Allemagne est toujours persona non grata. Sur ce point, Einstein expose son refus de participer aux activités de l’Institut et de se rendre au Conseil tant qu’il sera fermé à ses collègues. Ce n’est qu’après l’entrée de l’Allemagne dans la Société des Nations en 1926 que ses scientifiques peuvent à nouveau participer à la vie intellectuelle européenne.

La reprise des relations internationales et la présidence de Paul Langevin

En 1927 se tient le cinquième Conseil. Les Allemands sont de nouveau les bienvenus et Einstein est entré au Comité scientifique. Ce conseil est le terrain d’âpres controverses entre les grands ténors de la physique, particulièrement Bohr et Einstein, concernant la mécanique quantique et notamment l’interprétation de Copenhague, ouvrant le débat sur le déterminisme qui a lieu ensuite. Cette dispute au sommet se poursuit au Conseil de 1930, le premier organisé sous la présidence de Langevin.

Lettre de Marie Curie (L11/12)
Lettre de Marie Curie (L11/12). À la mort de Lorentz en 1928, Knudsen propose aux membres du comité scientifique la nomination de Paul Langevin à la présidence des Conseils de physique et du comité. Marie Curie et Charles-Eugène Guye font part de leur accord et mettent en avant, outre les qualités scientifiques de Langevin, sa connaissance des trois langues les plus répandues.
Lettre de Charles-Eugène Guye
Lettre de Charles-Eugène Guye (L11/26)

Dans une lettre manuscrite (L11/121), Langevin accuse réception de la nouvelle de sa nomination à la présidence du comité scientifique. Il propose la date de la prochaine réunion chargée de préparer le sixième Conseil en 1930, dernier Conseil auquel participe Einstein avant son départ aux Etats-Unis et le premier à se tenir sous les auspices de l’Université libre de Bruxelles.

Lorsque Langevin décide de consacrer le Conseil de 1933 à la thématique « Structure et propriétés des noyaux atomiques », il frappe en plein cœur de l’actualité scientifique puisque Chadwick, qui est présent, vient à peine de découvrir le neutron (1932).

Ce conseil réunit près de quarante participants, expérimentateurs et théoriciens à parties égales, parmi lesquels beaucoup de jeunes physiciens.

Irène et Joliot Curie y font une intervention sur les recherches qui vont les mener à la découverte de la radioactivité artificielle, Pauli présente son hypothèse du neutrino, Dirac intervient sur l"'électron positif", aussi appelé "positon", et Heisenberg sur la structure du noyau, en se référant au modèle de Gamow.

Le Conseil de 1933 marque, de ce fait, le début d’une nouvelle époque, celle de la physique nucléaire. Il est également le plus long des Conseils jamais organisés avec une semaine entière de travail.

Lettre de Paul Langevin (L11/121)
Lettre de Paul Langevin (L11/121)

Le tournant de la Seconde Guerre mondiale

Pris dans la tourmente de la montée du nazisme, le huitième Conseil ne peut se tenir aux échéances escomptées. Initialement prévu en 1936 sur le thème « Rayons cosmiques et physique atomiste », il est reporté à 1939 sous le titre « Particules élémentaires et interactions ». Louis de Broglie doit y présenter un rapport sur le Photon (L46/03). Au programme initial s’est ajouté un rapport de Jacques Solomon sur « le spectre et la théorie du neutrino ». Jeune physicien prometteur et résistant, le gendre de Paul Langevin, Jacques Solomon, est fusillé en 1942 au Mont-Valérien (L47/02).

Louis de Broglie, rapport sur le Photon
Louis de Broglie, rapport sur le Photon (L46/03)
Jacques Solomon, les spectres et la théorie du neutrino
Jacques Solomon, les spectres et la théorie du neutrino (L47/02)

L’organisation d’un Conseil est une tâche lourde. La liste des invités, au nombre de vingt-trois au premier Conseil, a presque doublé en 1939 et dépasse les frontières de l’Europe avec sept participants des Etats-Unis et un du Japon (L45/14). À la demande du président, les rapports doivent être rédigés en trois langues et distribués à tous les membres quelques semaines avant la réunion, de manière à servir de base aux discussions du Conseil (L45/11).

Liste provisoire des invités au huitième conseil Solvay, 1939
Liste provisoire des invités au huitième conseil Solvay, 1939 (L45/14)
Demande de rapports préalables
Demande de rapports préalables (L45/11)
Document imprimé annonçant le programme du huitième Conseil de physique
Document imprimé annonçant le programme du huitième Conseil de physique (L45/12).

Préparé par Langevin, le huitième Conseil est reporté une fois de plus lorsqu'éclate la Seconde Guerre mondiale, comme en témoigne le programme du huitième Conseil de physique, présenté ci-contre (L45/12), portant en annotation dans le coin gauche :  « Les circonstances actuelles nous obligent à remettre ce 8e conseil à une année ultérieure ».

Il a finalement lieu en 1948, sous la Présidence de Frédéric Joliot, qui succède à Langevin, mort en décembre 1946.

 

Conclusion

L'avènement de la Big Science à partir des années 1950, caractérisé par l'émergence de grands équipements et la multiplication des centres de recherche, transforme le lien du physicien à la découverte scientifique. Il n'est plus seul à produire un résultat scientifique ; il travaille en collaboration dans de grands laboratoires et construit une "bibliographie", en se tenant constamment informé par le biais de journaux scientifiques spécialisés des progrès réalisés dans son domaine, à l'échelle mondiale. Congrès, colloques, séminaires, journées d'études, font désormais partie du quotidien des scientifiques. Dans le même temps, de nouvelles formes de confrontation s’imposent, comme le peer-reviewing, le débat scientifique se déplaçant alors vers l'amont de la publication.

Les premiers congrès Solvay restent de ce point de vue un espace singulier de confrontation des idées : un espace physique, qui a permis à une élite de savants de dialoguer en direct sur de grandes controverses scientifiques, portant sur des questions épistémologiques fondamentales sur les propriétés de la matière et sur les lois de la physique.

Focus proposé et rédigé par Catherine Kounelis, directrice de la documentation et des ressources historiques de l'ESPCI, et Lise Facchin, chargée de projets numérisation à PSL.

En savoir plus

« Les Conseils Solvay et la physique moderne », P. Marage et G. Walleborn, in Histoire des Sciences en Belgique, 1815-2000, Bruxelles, 2001

« Internationalisme scientifique et révolution quantique : les premiers Conseils Solvay », Franklin J. Lambert, in La fabrique internationale de la science. Les congrès scientifiques de 1865 à 1945, Revue germanique internationale, CNRS éditions, 2010

Walther Nernst and the Transition to Modern Physical Science, Diana Kormos Barkan, Cambridge University Press, 1999

Une entreprise au cœur de l'histoire. Solvay 1863-2013, Kenneth Bertrams, Cambridge University Press, 2013

"The Early Solvay Councils and the Advent of the Quantum Era", Francklin Lambert, Frits Berends and Michael Eckert in The European Physical Journal Special Topics, vol. 224, sept. 2015, pp. 2011- 2125. Consulter en ligne.

Vous pouvez aussi consulter Salamandre, bibliothèque numérique du Collège de France et catalogue en ligne de ses archives.