# Aimé Cotton : un physicien engagé

## RESUME

Aimé Cotton fait partie des grands savants de la première moitié du vingtième siècle. Continuateur de l'œuvre de Michael Faraday et Pieter Zeeman en magnéto-optique, il est le pionnier de l'optique moléculaire. Ses grandes qualités d'expérimentateur lui ont permis, grâce à des méthodes optiques, de révéler l'anisotropie et les propriétés de symétrie des molécules. Aimé Cotton s'avéra également un enseignant hors pair qui savait transmettre aux jeunes sa passion de la recherche en ponctuant systématiquement ses cours d'expériences originales. Il était aussi un profond humaniste qui a su, par sa générosité et sa simplicité, inspirer la sympathie de ses collègues et amis et l'admiration de ses nombreux étudiants.

par Jean-Christophe PAIN

Laboratoire de Physique Atomique des Plasmas
CEA, DAM, DIF, F-91297 Arpajon
jean-christophe.pain@cea.fr

## 1. LES DEBUTS DU PROFESSEUR COTTON

Aimé Cotton est né à Bourg-en-Bresse, à l'Ecole Normale d'Instituteurs, le 9 Octobre 1869. Son père, Eugène Cotton, fils d'agriculteur du Jura, prépare seul le concours d'entrée à l'Ecole Normale. Il est reçu et enseigne au Collège de Nantua. Après avoir passé avec succès le baccalauréat, il est nommé professeur de Mathématiques à l'Ecole Normale puis au lycée de Bourg-en-Bresse. Ayant perdu sa femme en 1872 à la naissance de son troisième enfant, il doit élever seul sa fille Marie et ses deux fils Aimé et Emile. Marie Cotton est reçue à l'Ecole Normale Supérieure de Sèvres et enseigne au lycée de Bourg puis au lycée Fénelon à Paris. Son frère Emile entre à l'Ecole Normale Supérieure de la rue d'Ülm et devient professeur de Mathématiques à la Faculté des Sciences de Grenoble. Enfin, Aimé Cotton fait ses études secondaires au lycée de Bourg-en-Bresse et sa classe de Mathématiques spéciales au lycée Blaise Pascal de Clermont-Ferrand. Il est admis à l'Ecole Normale Supérieure en 1889. Il commence par une année de service militaire puis quatre ans d'études à la rue d'Ülm de 1890 à 1893 où il côtoie d'autres grands savants comme Paul Langevin, Jean Perrin, Pierre Weiss ou Pierre Curie. En 1893, il obtient l'Agrégation de sciences physiques et commence sa thèse au laboratoire de physique de la rue d'Ülm. Aimé Cotton découvre alors le dichroïsme circulaire : il montre que les corps colorés qui possèdent la propriété de polarisation rotatoire [1] (comme la liqueur de Fehling) présentent dans la région spectrale où se trouvent leurs bandes d'absorption, une absorption inégale pour les deux vibrations circulaires de sens inverses. En 1896, il soutient sa thèse « Recherches sur l'absorption et la dispersion de la lumière par les milieux doués de pouvoir rotatoire », et il est nommé Maître de conférences à l'Université de Toulouse. En 1900, il est rappelé à Paris pour succéder à Jules Violle (voir annexe) comme Maître de conférences à l'Ecole Normale Supérieure de Saint-Cloud : « C'est en empruntant des pièces à de vieux appareils ou en transportant dans les poches de son pardessus des ressources imprévues qu'il dote ses cours d'expériences inédites et de grande qualité. Il veut
ainsi montrer à ses élèves tout l'intérêt d'une belle expérience de cours dans la compréhension de la physique mais aussi la beauté plastique de la recherche ». Ses premiers travaux de recherche, dans le prolongement de sa thèse, concernent alors les propriétés électro-optiques des cristaux et des liquides, dont la propagation de la lumière polarisée dans les milieux matériels absorbants. Il découvre la dispersion rotatoire anormale : cette découverte et celle du dichroïsme circulaire apporteront de nouveaux moyens d'investigation des configurations moléculaires.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Aimé Cotton (1869-1951).</figcaption></figure>

## 2. DES OBSERVATIONS RELATIVES A L'EFFET ZEEMAN AU DICHROISME CIRCULAIRE

A cette époque, il commence une collaboration avec Pierre Weiss pour approfondir l'étude de l'effet Zeeman (découvert en 1896) de diverses raies spectrales. Pour cela, il met au point la balance qui porte son nom pour mesurer avec précision l'intensité du champ magnétique appliqué à la source lumineuse [2,3]. Du dédoublement Zeeman des raies bleues du zinc, Cotton et Weiss tirent une valeur numérique du rapport de la charge à la masse de l'électron (magnéton de Bohr) : e/m = 1,767.107 10¹¹ C/kg en 1907. Cette valeur est la plus précise mesurée à l'époque.

Pendant plusieurs années [4], les expériences d'Aimé Cotton sont consacrées à des observations qualitatives, sans spectroscope, de divers phénomènes accompagnant l'effet Zeeman. Il envisage surtout cet effet dans ses rapports avec l'absorption de la lumière. La loi de Kirchhoff, telle qu'il l'énonce en 1899, est la suivante : « Parmi les radiations qu'un corps absorbe se trouvent en premier lieu celles qui ont la période des radiations émises par le corps à la température où il se trouve ». Aimé Cotton utilise deux flammes A et B colorées par le sodium. Autour de ces flammes, à l'extérieur de la partie lumineuse, une gaine de quelques millimètres d'épaisseur qui est encore chaude, renferme le sodium libre. En vertu de la loi de Kirchhoff, cette gaine absorbe la lumière des raies D du sodium. La flamme A est observée à travers la flamme B ; pour que l'expérience réussisse, la flamme A est peu chargée en sodium et donne des raies d'émission étroites (comme une étude spectroscopique directe permettrait de le constater). Dans ces conditions, les bords de la flamme B absorbent la lumière émise par la flamme A et apparaissent noirs. Les raies d'absorption du sodium données par la gaine sont très étroites. De ce fait, si la présence d'un champ magnétique modifie tant soit peu la période vibratoire de la lumière émise par A, l'absorption est supprimée et les bords noirs de la flamme B
disparaissent [5]. Ce procédé permet donc d'observer facilement le phénomène de Zeeman [6].

Aimé Cotton est ultérieurement appelé à rédiger, pour le volume des constantes publié par la société française de physique, le chapitre concernant les mesures faites sur le phénomène de Zeeman (spectres de gaz). Il utilise, bien sûr, ses propres résultats ainsi que ceux des nombreux physiciens ayant travaillé sur le sujet, critiquant d'ailleurs parfois certains d'entre eux, en particulier au sujet d'insuffisances de précision dans la mesure des champs magnétiques.

Cherchant toujours à relier la dispersion et l'absorption optique, Aimé Cotton s'intéresse au phénomène de polarisation rotatoire magnétique (effet Faraday) au voisinage des raies d'absorption des corps colorés. C'est avec deux de ses élèves qu'il parvient à mettre en évidence le dichroïsme circulaire magnétique.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Balance de Cotton.</figcaption></figure>

### 3. LA BIREFRINGENCE MAGNETIQUE ET L'EFFET COTTON-MOUTON

En parallèle, il travaille avec son camarade de promotion Henri Mouton, biologiste à l'Institut Pasteur sur les propriétés des solutions colloïdales. Il met au point la technique d'observation ultramicroscopique (1905) pour visualiser des particules colloïdales individuelles d'hydroxyde ferrique et constate que ces particules s'orientent sous l'action d'un champ magnétique. La solution présente alors une biréfringence magnétique intense (effet Cotton-Mouton) avec un axe optique parallèle aux lignes de champ (1907). En 1910, ils mettent en évidence ce phénomène de biréfringence magnétique dans un liquide pur : le nitrobenzène (déjà connu pour sa forte biréfringence électrique). Ils vont poursuivre ensemble pendant de longues années l'étude de ce phénomène sur un grand nombre de liquides en faisant varier des paramètres physiques comme l'intensité du champ appliqué, la température ou la longueur d'onde de la lumière utilisée.

Très vite, Aimé Cotton se rend compte qu'il lui faut des champs magnétiques de plus en plus intenses et sur de plus grands volumes pour étudier cet effet très faible pour certaines substances. Il monte alors un projet d'électro-aimant puissant d'envergure nationale et réussit à intéresser l'Académie des Sciences. Mais la guerre de 1914 vient couper court à ce projet. En 1913, Aimé Cotton épouse Eugénie Feytis, agrégée-préparatrice à l'Ecole Normale Supérieure de Jeunes Filles de Sèvres, école
dont elle assumera plus tard la direction. La même année, il remplace Jean Perrin
dans cette même école pour préparer les jeunes étudiantes à l'agrégation. Plus tard,
c'est aux efforts conjugués des époux Cotton que les Sévriennes doivent la création
d'un laboratoire d'enseignement expérimental et le rattachement de l'Ecole Normale
Supérieure féminine à l'enseignement supérieur. Aimé et Eugénie Cotton vont avoir
trois enfants : Eugène Cotton qui poursuit une carrière de Physicien nucléaire au
Commissariat à l'Energie Atomique, Minnie qui meurt à l'âge de neuf ans d'une grave
appendicite et Jeannette qui épouse Pierre Manigault, biologiste travaillant à l'Institut
Pasteur.

4. LES TRAVAUX DE GUERRE SYSTEME DE DETECTION POUR L'ARTILLERIE

En 1914, n'étant pas mobilisable à cause de son âge, Aimé Cotton décide de
mettre ses connaissances de physicien au service de la défense nationale. Il se
heurte à certaines difficultés pour faire admettre sa participation, comme le prouvent
des notes publiées en août 1940. Finalement, une commission, dirigée par Paul
Painlevé, est créée dans le cadre du service de la recherche scientifique pour la
défense nationale ; Aimé Cotton y trouve sa place aux cotés d'un certain nombre de
ses collègues. Il commence par se préoccuper des canons de 75 mm et étudie
l'influence de la température, de la pression et du vent sur leurs tirs ; mais l'essentiel
de son travail consiste en la mise au point, avec son ami Pierre Weiss, d'une
méthode de repérage des canons ennemis par le son. Les stations de repérage
Cotton-Weiss [7,8] se développent sur le front et des collègues ou élèves d'Aimé
Cotton comme Jean Cabannes (successeur de Cotton à la tête du laboratoire des
recherches physiques de la Sorbonne après son départ à la retraite en 1941) y sont
affectés.

Un canon émet deux sons : l'un du à l'onde de bouche, l'autre à l'onde de
choc. La première est due à l'expansion brusque des gaz à la bouche du canon, la
seconde aux phénomènes accompagnant le déplacement du projectile dans l'air. La
méthode Cotton-Weiss envisage le repérage par l'onde de bouche et, dans le cas ou
cela n'est pas possible, utilise les seules données fournies par l'onde de choc. Le
matériel utilisé est portatif et à lecture directe. Il comprend : deux rupteurs, appareils
sensibles au son, placés aux extrémités d'une courte base de 200 à 300 mètres, une
boîte de mesure comprenant deux relais commandés par les deux rupteurs et un
fluxmètre. Quand l'onde sonore atteint le premier rupteur, le relais se déclenche et
l'aiguille du fluxmètre se déplace ; quand l'onde sonore atteint le second rupteur, le
relais correspondant se déclenche et l'aiguille du fluxmètre s'immobilise. Du
déplacement de l'aiguille est déduite la direction du canon sans autre correction que
celle du vent.

5. LES CHAMPS MAGNETIQUES INTENSES

En 1920, Aimé Cotton est nommé professeur de physique théorique et de
physique céleste à la Sorbonne. En 1922, il devient également professeur de
physique générale à la Sorbonne (succédant à Gabriel Lippmann). Anatole Leduc,
Eugène Bloch, Georges Bruhat (dont il a encadré le travail de thèse sur le dichroïsme
circulaire et la dispersion rotatoire une dizaine d'années plus tôt), Pierre Auger [9,10],
François Croze et Pierre Jacquinot (dont il a présidé le jury de thèse intitulée
« Recherches sur le phénomène de Zeeman dans les champs magnétiques
intenses » soutenue le 20 mai 1937) lui succèdent à la chaire de physique théorique
et physique céleste. En 1923 il entre à l'Académie des Sciences comme successeur de Jules Violle (Aimé Cotton 32 voix, Charles Fabry 28 voix, Henri Abraham 1 voix). Il faut attendre 1924 pour que commence la construction du grand électro-aimant installé dans le laboratoire du Service des Recherches et Inventions à Bellevue près de Paris (futur laboratoire Aimé Cotton) [11]. La puissance de cet électro-aimant est de 100 kW (400 A sous 240 V) et permet d'obtenir des champs magnétiques intenses (jusqu'à 7 T). En 1928, les premières expériences sur l'instrument commencent, et une installation de liquéfacteurs pour l'obtention de très basses températures vient compléter l'appareil.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Le grand électro-aimant de Bellevue.</figcaption></figure>

## 6. NAISSANCE DU LABORATOIRE AIME COTTON

Autour de l'électro-aimant installé à Bellevue se crée donc un laboratoire nommé d'abord "Laboratoire annexe du Laboratoire des recherches physiques de la Sorbonne" [12]. Cette expérience d'un instrument d'intérêt national s'avère très fructueuse. De nombreuses équipes venus du monde entier vont se succéder sur l'électro-aimant pour obtenir des résultats scientifiques remarquables.

Le laboratoire compte sept ou huit permanents, et des chercheurs extérieurs viennent y travailler. Salomon Rosenblum, un physicien déjà connu à l'époque, sollicite, après son expérience positive sur l'électro-aimant (découverte en 1929 de la structure fine des rayons alpha du thorium C), l'aide d'Aimé Cotton pour la construction d'un aimant permanent. Alfred Kastler et Louis Leprince-Ringuet (à l'origine de la construction d'une chambre de Wilson pour rayons cosmiques qui apermis d'évaluer pour la première fois la masse du méson) s'y rendent régulièrement [13], ainsi qu'un jeune collaborateur très brillant (mort prématurément) de Pierre Auger, Paul Ehrenfest, le fils d'un physicien néerlandais. Les chercheurs permanents ont du mal à organiser le calendrier de leurs propres expériences. Le Professeur Fritz Simon d'Oxford est un réfugié juif ayant fui l'Allemagne nazie. Il est déjà bien intégré en Angleterre et se rend en 1936 au laboratoire avec l'un de ses collaborateurs, Nicholas Kurti, un réfugié hongrois également implanté en Angleterre. Ils mènent, avec un chercheur permanent du laboratoire, Paul Lainé, de belles expériences sur les très basses températures (alun de fer). C'est à Bellevue, vers 1936-37, qu'est obtenu un record de basse
température par le procédé de « démagnétisation adiabatique » (ou encore « désaimantation adiabatique ») qui nécessite l'usage d'un électro-aimant. L'antiferromagnétisme prédit par Louis Néel est aussi découvert expérimentalement à cette époque par un autre chercheur de Bellevue : Henri Bizette. L'électro-aimant obtient donc de très beaux succès. Petit à petit, cette activité concentrée sur les basses températures se révèle très fructueuse. Aimé Cotton pense alors qu'il faut modifier la vocation du laboratoire, tout au moins son nom, pour l'appeler « Laboratoire de l'électro-aimant et des basses températures ». Il devient ensuite « Laboratoire des basses températures », puis « Laboratoire des basses températures et des champs magnétiques intenses ». On veut donner au laboratoire un nom qui évoque le type de recherches qui y sont menées et non l'outil avec lequel celles-ci sont effectuées. Il s'appelle ensuite « Laboratoire de magnétisme et de magnéto-optique ». Il enchaîne les appellations jusqu'à ce qu'en 1951, après la mort d'Aimé Cotton, Pierre Jacquinot en devienne le Directeur (il en était déjà le sous-directeur) et propose qu'on l'appelle désormais « Laboratoire Aimé Cotton ». Les activités qui y sont menées ne justifient plus ni le nom de « basses températures », ni celui d'« électro-aimant ». Il doit lutter pour faire accepter l'appellation, car le CNRS n'a encore jamais baptisé un laboratoire du nom d'un homme (il le fera par la suite à de nombreuses reprises). Les directeurs successifs après P. Jacquinot sont : Robert Chabbal (1962-1969), Serge Feneuille (1978-1981), Sylvain Liberman (1981-1988), Catherine Bréchignac (1989-1996), Christian Colliex (1996-2001) et Pierre Pillet (2002-).

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Le laboratoire Aimé Cotton à l'université d'Orsay.</figcaption></figure>

## 7. LA METHODE SCIENTIFIQUE

Entre 1903 et 1906, une très curieuse affaire agite le monde scientifique français. Le physicien René Blondlot (1845-1923), professeur à la faculté des Sciences de Nancy et qui a déjà une œuvre scientifique importante, annonce le 3 février 1903 qu'il a découvert une nouvelle espèce de radiations, baptisés « Rayons N » en l'honneur de sa ville [14,15,16]. Au cours de la période 1903-1906, pas moins
de 120 scientifiques confirmés publièrent près de 300 articles sur le sujet, notamment sur les caractéristiques de ces rayons. D'abord intéressés, beaucoup de scientifiques français deviennent sceptiques devant les résultats annoncés. Pendant 3 ans, partisans et adversaires des rayons N s'affrontent. La détection des rayons N est assurée, selon René Blondlot, par une petite étincelle produite par un exciteur et dont les rayons augmenteraient la luminosité. L'observation est faite sur des écrans fluorescents. Aimé Cotton pense que la variation de l'étincelle est due à un déplacement de l'écran et sa supposition est corroborée par le fait que le retrait de la lampe supposée générer les rayons N ne produit aucune modification de l'étincelle. En outre, Aimé Cotton considère que si le développement est effectué par quelqu'un sachant d'avance de quel côté l'impression doit être la plus intense, cela peut fausser le résultat ; il demande en conséquence que cette opération soit menée par quelqu'un de non informé, ce qui lui est refusé. Aimé Cotton en conclut donc à la non-validité des expériences faites par le Nancéen. Le philosophe des sciences Pierre Thuillier (1927-1998), entre autres, s'est longuement penché sur les différentes causes qui peuvent expliquer de tels égarements dans un domaine pourtant réputé pour le caractère rationnel de ses méthodes et objectifs [17]. On peut invoquer plusieurs raisons comme l'autorité que confère un poste dans une université et l'engouement généralisé pour certaines problématiques comme le rayonnement à la toute fin du 19ème siècle. Pierre Thuillier évoque également des causes dites « internes au savoir » : si les protocoles de l'expérience menée ne sont pas clairement énoncés, si la rigueur du protocole n'est pas précisée, si l'interprétation est empreinte de subjectivité, si les variations observées ne sont pas significatives, etc. L'attitude et la démarche de Blondlot tombent dans plusieurs de ces écueils. En examinant attentivement l'enchaînement des processus, on constate que l'origine de l'affaire est la crédibilité indiscutable d'un scientifique qui prétend avoir mis en évidence un phénomène physique nouveau. Il est ensuite relayé par nombreux autres scientifiques, de plusieurs disciplines différentes, qui adhèrent à cette idée qui devient, dès lors, en quelque sorte, une vérité absolue. Ensuite les corps constitués prennent le train en marche, dont les Académies des Sciences étayées par les journaux spécialisés qui font leur une avec ces « découvertes » soutenues par des « experts scientifiques »... De là on aboutit à un « consensus » ; il n'y a pas de débat scientifique digne de ce nom jusqu'à ce que les faits prouvent que tout le monde s'est fourvoyé. Blondlot persiste malgré les défections de plus en plus nombreuses et s'enferme dans une attitude monomaniaque souvent observée chez les savants contrariés ou déçus par leurs résultats. Son échec n'empêche pas les autorités universitaires et politiques de l'élever, par la suite, au grade d'officier de la légion d'honneur et de le couvrir d'honneurs et de félicitations.
<figure><img src="image_5.png" /></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Without "N" rays.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 6.</figcaption></figure>

With "N" rays proceeding
from a Xenest lamp.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Without "N" rays.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Fig. 7.</figcaption></figure>

With "N" rays produced
by two large files.

[To face p. 66.]

N.B.—The strike and most of the spots in the figures do not exist in the original photograph, but are the result of the inability of the photogravure process to reproduce images of this kind.

Le professeur René Blondlot et un extrait d'article relatif aux rayons « N ».

Aimé Cotton n'est pas un théoricien ; il sait cependant, à de multiples reprises, manipuler l'outil théorique, élaboré par d'autres, ou par lui-même, dans certains cas. A propos du rôle joué par les hypothèses théoriques de Lorentz dans la découverte de Zeeman : « Elle (la découverte) montre quels grands services l'emploi judicieux de théories peut rendre à l'observateur ; elle est elle-même un des cas très rares ou, pour un fait important et très nouveau, la théorie a précédé et aidé largement l'expérience ».

Aimé Cotton se caractérise donc par la primauté de l'expérience, ce que résume admirablement Louis de Broglie : « Savant méticuleux et prudent, d'une honnêteté intellectuelle absolue, vous avez toujours avancé avec sécurité sur les terrains nouveaux que vous exploriez. Vous avez ainsi fourni à vos élèves et à tous ceux qui suivaient vos travaux le bel exemple de ce que peut réaliser une grande habileté expérimentale quand elle est mise au service d'un esprit clair guidé par de scrupuleuses méthodes ». L'esprit expérimental d'Aimé Cotton se double, en effet, d'une grande honnêteté et aussi d'une vigoureuse persévérance alliée à une grande minutie.

## 8. L'ENGAGEMENT POLITIQUE

Aimé Cotton se trouve très tôt confronté à l'application de sa passion pour la justice puisque, en 1894, éclate l'affaire Dreyfus. La première prise de position en faveur de Dreyfus se situe pendant son séjour à Toulouse.

De son attitude dans la période de crise qui suit la guerre de 1914-1918, on retient qu'il reste « très méfiant à l'égard de la politique menée envers l'Allemagne, ainsi que des positions dites pacifistes intégrales. Il craint la renaissance du militarisme prussien... ». On retient aussi sa prise de position publique en faveur des syndicalistes Ferdinando Nicola Sacco et Bartolomeo Vanzetti condamnés à mort et exécutés aux USA malgré une campagne mondiale de protestation. Il apporte son aide à la jeune république espagnole. Pour améliorer son niveau scientifique, l'Espagne invite et accueille des scientifiques de renom : Aimé Cotton, Albert Einstein, Charles Fabry, Paul Langevin, Tullio Levi-Civita, Jean Perrin, Siegbahn, Ernest Sommerfeld, Pierre Weiss, Pieter Zeeman, etc.
Dès 1936, Aimé Cotton proteste contre la montée du fascisme en Europe. En 1941,
alors qu'il prend sa retraite de professeur et continue à venir travailler au laboratoire
de Bellevue, il est arrêté par les allemands et passe un mois et demi en prison à
Fresnes. Madame Cotton s'oppose au projet d'Alfred Kastler et Pierre Jacquinot de
prendre, à Fresnes, la place de son mari. L'événement émeut profondément le monde
universitaire. Cela n'empêche pas Aimé Cotton de reprendre, après sa libération, sa
place à Bellevue et même d'aller, sans se cacher, avec Charles Fabry, rendre visite à
Troyes à Paul Langevin qui y est assigné à résidence. Il sera de nouveau arrêté en
1942 avec son fils Eugène dont, fort heureusement, les Allemands ignorent les
activités résistantes à Lyon. On lui décernera la Rosette de la résistance. Son jubilé
est organisé en 1948 par ses élèves en son honneur et son successeur à la Sorbonne
déclare: « Le souvenir de vos belles leçons ne s'est pas estompé. La logique et la
clarté des exposés, l'élégance des présentations ont marqué de nombreuses
générations de Normaliens. Jamais les digressions théoriques ne masquaient le fait
expérimental. Aujourd'hui encore, mon cours d'Optique n'est que le développement
des idées que vous avez semées ». Aimé Cotton meurt le 16 Avril 1951 à Sèvres
épuisé par une trachéite grave et des problèmes circulatoires.

Même s'il a consacre presque toute son existence à son travail scientifique,
Aimé Cotton ne négligeait pas sa vie familiale qui s'écoulait doucement dans son
pavillon à Sèvres. Dans la maison de famille à Dhuys dans l'Ain, non loin de Bourg, il
retrouvait son frère Emile, avec qui il partait chasser et se promener dans les
montagnes.

CONCLUSION

Si les trois axes de ses travaux de recherche concernent le dichroïsme
circulaire, la biréfringence magnétique et l'effet Faraday, ils ne sont pas les seuls ;
Aimé Cotton a apporté une contribution importante à l'effet Zeeman, proposé la
première solution au problème de la synthèse asymétrique et réalisé, avec l'électro-
aimant de Bellevue et son laboratoire, un des premiers ensembles modernes de
recherche en physique [18,19]. Toute sa vie il s'est préoccupé des progrès et de la
diffusion de l'Esperanto dans un souci de meilleure compréhension entre les hommes
et particulièrement entre les savants : « ...pour que les hommes de différents pays
puissent mieux se comprendre, par suite mieux se connaître et mieux s'entendre les
uns les autres ». Ses engagements anti-fascistes pendant la guerre d'Espagne ou
contre la trahison de Munich et de la Tchécoslovaquie l'ont conduit à être arrêté par
les Allemands et emprisonné. Aimé Cotton était un homme aux grandes qualités de
caractère [20] et a accompli une œuvre scientifique remarquable.

REMERCIEMENTS

L'auteur tient à exprimer sa profonde gratitude à monsieur Jean Rosmorduc, ancien
professeur émérite d'histoire des sciences à l'Université de Bretagne Occidentale,
pour son aide précieuse.
## REFERENCES

[1] ROSMORDUC Jean. *La polarisation rotatoire naturelle, de la structure de la lumière à celle des molécules*. Brest : Université de Bretagne Occidentale et Paris : diffusé par A. Blanchard, 1983. 317 p.

[2] COTTON Aimé. Appareil pour la mesure de l'intensité des champs magnétiques, *L'éclairage électrique*, 1900, vol. 24, p. 257-266.

[3] COTTON Aimé. Appareil pour la mesure de l'intensité des champs magnétiques. *Journal de Physique*, 1900, vol. 9, p. 383-390.

[4] ROSMORDUC Jean. *Aime Cotton (1869-1951) Le savant, l'homme, le citoyen*. Thèse présentée en vue de l'obtention du doctorat de troisième cycle d'histoire des sciences, EPHE, 1971. 323 p.

[5] COTTON Aimé. Procédé simple pour constater le changement de période de la lumière du sodium dans un champ magnétique. *C. R. Acad. Sc.*, 1897, Vol. 125, p. 865-867.

[6] ZEEMAN Pieter. On the Influence of Magnetism on the Nature of the Light Emitted by a Substance. *Astrophysical Journal*, 1897, vol. 5, p. 332-347.

[7] « Repérage des batteries par le son : système Cotton-Weiss », document ronéotypé décrivant les caractéristiques techniques du système Cotton-Weiss, daté du 25 avril 1917, disponible à la BNF, cote f° V 7153 : In-fol. (320 x 210), non paginé, fig., autographié.

[8] SCHIAVON Martina, « Itinéraires de la précision. Géodésiens, arilleurs, savants et fabricants d'instruments en France, 1870-1930 », thèse de doctorat, EHESS, 2003.

[9] BRIAND Jean-Pierre. Pierre Auger et la physique atomique, *Reflets de la physique*, 2011, vol. 25, p. 10-14.

[10] HARDOUIN-DUPARC Olivier. Pierre Auger et Lise Meitner : Comparaison de leurs contributions à l'effet Auger, *Reflets de la physique*, 2010, vol. 18, p. 23-25.

[11] SHINN Terry. The Bellevue grand electro-aimant, 1900-1940: birth of a research-technology community. *Historical studies in the physical and biological sciences*, 1993, vol. 24, nº 1, p. 157-187.

[12] Entretiens avec Pierre Jacquinot par J.-F. Picard et P. E. Mounier-Kuhn au laboratoire Aimé Cotton, avril-mai 1987.

http://www.vjf.cnrs.fr/histcnrs/archives-orales/jacquinot.html

[13] LEPRINCE-RINGUET Louis. Etude de la partie ultra pénétrante corpusculaire du rayonnement cosmique dans le champ magnétique de l'électro-aimant de Bellevue. *Journal de Physique et Le Radium*, 1936, vol. 7, p. 67-70.
[14] ROSMORDUC Jean, « Une erreur scientifique au début du siècle : Les Rayons N », Revue d'histoire des sciences, 1972, vol. 25, nº 1, p. 13-25.

[15] DE LA SOUCHERE Marie-Christine. Les rayons N du professeur René Prosper Blondlot. *La Recherche*, mars 2011, vol. 450, p. 92-96.

[16] NYE Mary Jo. *Science in the Provinces: Scientific Communities and Provincial Leadership in France, 1860-1930*. Berkeley : University of California Press, 1986.

[17] THUILLIER Pierre. La triste histoire des rayons N. *La Recherche*, 1978, vol. 9, p. 1093-1101.

[18] KASTLER Alfred. Le centenaire de la naissance d'Aimé Cotton. *C. R. Acad. Sc. Paris*, 1969, vol. 269, p. 70-74.

[19] « Cotton Aimé, Œuvres Scientifiques », CNRS, 1956.

[20] COTTON Eugénie. Aimé Cotton, L'optique Et La Magnéto-Optique. Collection Savants Du Monde Entier n° 34, Seghers, 1967.

ANNEXE :

**Effet Zeeman** : perturbation des niveaux d'énergie des électrons d'un atome sous l'action d'un champ magnétique, qui se traduit par une modification du spectre de raies d'émission du corps considéré. En analysant le spectre de raies émises par de la vapeur de sodium, Zeeman s'aperçoit, en 1896, que certaines d'entre elles sont démultipliées lorsque l'ampoule contenant la vapeur est placée dans un champ magnétique. En l'absence de champ magnétique, l'énergie d'un électron dans un atome ne dépend pas de l'orientation de son moment cinétique (seule la norme du vecteur intervient dans l'expression de l'énergie de l'électron, ce qui traduit les propriétés d'isotropie de l'espace, c'est-à-dire l'invariance du système par rotation). Il n'en est plus de même lorsque l'atome se trouve placé dans un champ magnétique : le vecteur moment cinétique s'oriente dans une direction privilégiée, l'invariance du système par rotation autour de lui-même n'est plus vérifiée, et l'énergie de l'électron dépend alors de l'angle entre le champ magnétique et le moment cinétique.

**Jules Violle** : Physicien français (1841-1923) : Il fait ses études à l'Ecole Normale Supérieure de Paris, et passe en 1870 sa thèse de doctorat ès sciences, portant sur la mesure de l'équivalent mécanique de la calorie, en utilisant l'élévation de température produite par les courants de Foucault induits dans une masse métallique en mouvement dans un champ magnétique. Ses recherches concernent principalement la radiométrie, la photométrie et la calorimétrie. En 1881, il propose un étalon d'intensité lumineuse indépendant des propriétés de l'émetteur de lumière (Etalon Violle), correspondant à la lumière émise par 1 cm² de platine en fusion (l'unité SI est le candela (Cd) : 1 violle = 20,17 Cd). Jules Violle perfectionne et invente plusieurs appareils de mesure du rayonnement, dont un actinomètre. En 1882, il invente encore le calorimètre à refroidissement, principe de base de certaines bouteilles isolantes. On lui doit également une théorie de la formation des geysers, des recherches sur l'origine de la grêle, et les moyens de la combattre. Il est par ailleurs l'un des premiers à proposer l'exploration de l'atmosphère par ballons-
sondes. Il est enfin l'un des fondateurs de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée, et de l'Ecole Supérieure d'Optique.

L'effet Faraday est un effet magnéto-optique découvert par Michael Faraday en 1845. Il concerne l'interaction entre la lumière et un champ magnétique : la polarisation de la lumière effectue une rotation proportionnelle à la composante du champ magnétique le long de la direction de propagation de la lumière. En décomposant la polarisation de la lumière en deux polarisations circulaires tournant en sens contraires, ces deux composantes se propagent à des vitesses différentes, donnant ainsi un pouvoir rotatoire au matériau. Un rayon lumineux pénétrant dans le matériau avec une polarisation rectiligne ressort avec une polarisation orientée différemment. L'effet Faraday permet de mesurer le pouvoir rotatoire des substances ou détecter un champ magnétique.

On appelle dispersion rotatoire la variation en fonction de la longueur d'onde de l'angle de rotation caractérisant le pouvoir rotatoire d'une substance optiquement active. Dans le cas où le milieu est absorbant, on parle de dispersion anormale, et les deux vibrations circulaires composant la vibration rectiligne incidente peuvent être inégalement absorbées. A la sortie du milieu ces deux vibrations circulaires d'amplitudes inégales ont pour résultante une vibration elliptique. On dit qu'un matériau présente un dichroïsme circulaire s'il absorbe différemment la lumière selon que sa polarisation est circulaire droite ou circulaire gauche. Cette propriété, découverte par Aimé Cotton en 1896, concerne plutôt les liquides et les solutions du fait de la structure des molécules.

## L'AUTEUR

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Jean-Christophe PAIN,
Physicien, chercheur au Commissariat à l'Energie Atomique.</figcaption></figure>