LA PHYSIQUE À STRASBOURG

René Voltz

► To cite this version:

René Voltz. LA PHYSIQUE À STRASBOURG. 2024. hal-04463772

HAL Id: hal-04463772

https://hal.science/hal-04463772v1

Preprint submitted on 17 Feb 2024

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

Distributed under a Creative Commons CC0 - Public Domain Dedication 4.0 International License
# LA PHYSIQUE À STRASBOURG

## L'Université française retrouvée (1918-1940)

### L'institut de Pierre Weiss

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Buste de Weiss sculpté par son collaborateur Robert Forrer</figcaption></figure>
<figure><img src="image_3.png" /></figure>
L'INSTITUT DE PHYSIQUE
DE
L'ENTRE-DEUX-GUERRES

Pour l'État français, l'enthousiasme populaire des retrouvailles a l'issue de la Grande guerre tient lieu de plébiscite, qui entérine le retour de l'Alsace-Lorraine à la mère-patrie après le douloureux intermède d'asservissement par l'ennemi allemand. Mais l'image idéalisée que garde la France de sa province libérée n'est pas nécessairement conforme la réalité issue d'un demi-siècle d'évolutions séparées (1,2).

Sous la tutelle allemande, l'Alsace-Lorraine a incontestablement bénéficié d'une modernisation accélérée, génératrice de prospérité économique et d'une législation sociale avancée. Dès le tournant du siècle, le pouvoir impérial avait modéré sa politique de germanisation forcée pour prendre en compte les particularités locales — tel l'attachement au statut confessionnel des écoles et le régime des cultes du Concordat napoléonien — et accorder une part d'autonomie locale, avec des assemblées régionales élues (1911). Cependant, après la reconquête au prix de tant de sacrifices, la République laïque, une et indivisible est spontanément peu encline à reconnaître de telles exceptions à la règle républicaine, d'autant moins qu'elles sont héritées de l'ennemi : il faut « hâter la venue du jour ou seront effacées les dernières différences de législation entre les départements recouvrés et l'ensemble du territoire de la République » (E. Herriot, 1924).

L'Université impériale de Strasbourg avait, elle aussi, participe au mouvement de rapprochement du régime allemand de la région à partir de 1900, en perdant progressivement son image de corps étranger et d'agent germanisateur. Elle a consolidé le prestige de la culture allemande de l'école dans la population locale et accueilli une part croissante d'étudiants alsaciens se destinant à des carrières dans l'enseignement et l'administration (3). La transition vers le système français de l'enseignement supérieur, avec son esprit et sa structure si différents de l'Université humboldtienne, ne peut alors qu'être difficile. Pour les autorités françaises, la « grande universités investie de tous les droits et privilèges des lois et règlements français » doit être mise en place en faisant table rase du passé récent, tout en soutenant avantageusement la comparaison avec l'universités allemande : « il faut que l'Université de Strasbourg soit, après la victoire de la France, plus prospère et plus florissante qu'elle ne l'était sous la domination allemande annonce le Président de la République Raymond POINCARE lors de l'inauguration officielle le 22 novembre 1919 au Palais universitaire.

Les premiers pas du nouveau pouvoir ont lieu hors de tout cadre juridique, quand les commissions de triage purgent l'enseignement et les autres services publics de tout personnel ayant un ascendant ou un conjoint allemand, de même que les autochtones dont le « patriotisme » ne donne pas les garanties suffisantes. À nouveau, comme en 1872 — mais en sens inverse — le zèle nationaliste et revanchard du vainqueur entraine la fuite d'une partie de l'élite intellectuelle locale. De même, comme en 1872, !'installation de la nouvelle Université est confiée à du personnel scientifiquement compétent et politiquement sûr, envoyé en mission de priorité nationale, mais qui est peu concerné par les particularités de l'environnement régional.
La population alsacienne, attachée à ses traditions linguistiques et religieuses, comprend mal le manichéisme nationaliste de la République ainsi que son discours anticlérical et universaliste. Après les premiers signes du « malaise alsacien », les autorités conduisent alors la réunification législative avec prudence et maintiennent les textes antérieurs dans les domaines particulièrement sensibles (Concordat) ou socialement en avance (assurances de maladie, de vieillesse ...); cependant, les malentendus culturels et politiques et les revendications autonomistes ne s'estomperont que vers les années trente, sous la menace nazie (1,2).

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>22 novembre 1919 fors de la cérémonie inaugurale de l'université, l'armée victorieuse parade</figcaption></figure>

## L'université française retrouvée

Le système d'enseignement supérieur retrouvé en 1918 n'est plus tout à fait celui quitté un demi-siècle auparavant. Dès 1871, en analysant les causes profondes de la défaite, les maîtres à penser de la 3e République ont attribué une part essentielle aux méfaits du modèle napoléonien des facultés d'académie et des grandes Écoles face aux universités allemandes.

Pour E. RENAN, dans son livre *La reforme intellectuelle et morale de la France* (1871), « les écoles spéciales, imaginées par la Révolution, les chétives facultés créées par l'Empire ne remplacent nullement le grand et beau système des universités autonomes et rivales que toute l'Europe a conservé ... Il faut supprimer du même coup les écoles spéciales, École polytechnique, École normale, etc. institutions inutiles quand on possède un bon système d'universités, et qui empêchent les universités de se développer...

Ces universités établies dans les villes de province, sans préjudice naturellement de l'Université de Paris et des grands établissements uniques, tels que le Collège de France, propres à Paris, me paraissent le meilleur moyen de réveiller l'esprit français ». Critiquant le projet pédagogique, RENAN écrit « Le système des examens et des concours n'a été appliqué en grand qu'en Chine. Il y a produit une sénilité générale et incurable. Nous avons été nous-mêmes assez loin dans ce sens, et ce n'est pas la une des moindres causes
de notre abaissement ». À l'instar de l'Université allemande, il faut plutôt se soucier de « la force de tête, l'instruction, la solidité de jugement » de l'étudiant dans « un enseignement qui doit surtout être scientifique ». Telles sont les réflexions qui devaient hâter la mise en chantier de reformes ou, selon l'esprit de la France de l'époque, doivent se combiner par ailleurs les valeurs républicaines et le positivisme (4).

Sous la houlette d'hommes politiques comme I. FERRY et d'administrateurs comme L. LIARD, en concertation avec des universitaires reconnus comme M. BERTHELOT, la « République des professeurs » a commence par améliorer le sort des facultés. Dans l'important effort de constructions immobilières, de dotations de laboratoires et de création de chaires, ce sont les facultés des sciences, lieux « positifs » par excellence qui ont été particulièrement bénéficiaires. Sous la pression de l'industrialisation en expansion, la recherche appliquée et l'enseignement technique ont été encouragés, en concurrence avec les grandes Écoles, surtout en province. Pour en accroitre l'autonomie, le statut des facultés académiques a été modernisé en les dotant d'une organisation avec un Doyen, choisi parmi les professeurs, comme directeur et administrateur, assiste du Conseil de faculté comportant les professeurs titulaires et de l'Assemblée de faculté, élargie à tous les enseignants. Enfin une dernière étape de la reforme visait a supprimer le cloisonnement des facultés pour les regrouper dans un « corps forme par la réunion de plusieurs facultés d'état dans un même ressort académique » bénéficiant, scion la loi de 1896, de l'appellation et du statut d'Université.

Cependant l'Université revue et corrigée par la 3e République n'a satisfait que très partiellement les espoirs et objectifs initiaux des réformateurs avec leur référence au modèle allemand et ses règles d'autonomie, d'union recherche-enseignement, de liberté académique et de mobilité des personnels : un « simulacre d'universités » estime H. TAINE dans son Mare ouvrage *Les origines de la France contemporaine* (1907).

C' est que la structure de l'espace français était difficile à ébranler : plutôt que de constituer un réseau équilibre d'établissements soumis aux mêmes règles et avantages leur permettant à chacun de développer des approches originales pour la recherche et l'enseignement, le système a maintenu son organisation centralisée. Dans la capitale, les grandes Écoles ont gardé le monopole de leurs fonctions spéciales et le prestige social qui en découle : de concert avec la Sorbonne, elles doivent former les élites de la Nation et assurer l'excellence de la recherche fondamentale ; dans la périphérie provinciale, soumise à l'hégémonie et l'attraction parisiennes, les universités sont surtout encouragées à développer la recherche appliquée et a suppléer les grandes Écoles de la capitale en formant des cadres moyens et des ingénieurs spécialisés pour l'industrie. Dans ces conditions, le culte napoléonien des examens et concours restait plus vivace que jamais et mobilisait l'essentiel de l'enseignement.

Contrairement au modèle humboldtien, l'Université de la République a peu cherche adapter le fonctionnement institutionnel a la démarche créative et a l'épanouissement des qualités individuelles d'innovation dans la recherche. Dans les universités françaises, les professeurs détenaient tous les pouvoirs. L'enseignement et la recherche (si elle existait) étaient organisés autour de la chaire avec l'aide d'un ou deux maîtres de conférences et assistants. Dans son cours magistral bien ordonne, souvent rédigé, parfois public, le professeur transmettait le savoir classique, bien établi dans sa discipline, mais sans référence sérieuse au savoir récent en émergence par la recherche : ainsi *le Cours de Physique générale* de H. OLLIVIER avec les tomes séparés traitant de l'Électricité
(1913), de *l'Acoustique-Optique* (1918) et de la *Thermodynamique* (1918), selon la tradition d'AMPÈRE, de FRESNEL et de CARNOT (5). L'enseignement était maintenu dans le cadre formel des tours magistraux avec les séances de travaux diriges et pratiques sans aucune pratique régulière des séminaires libres à la mode allemande. Au laboratoire, l'activité des maîtres de conférence et étudiants était entièrement fixée par le professeur selon ses intérêts scientifiques ; il n'y avait pas l'équivalent du *Privatdozent* qui oriente en pleine responsabilité sa recherche et une partie de son enseignement, afin de préparer sa carrière universitaire future. Contrairement à l'Allemagne, ou toute promotion était pratiquement liée à un changement d'universités, la progression dans la carrière universitaire avait souvent lieu au même endroit ; les critères d'évaluation s'appuyaient alors aux mains autant sur les services localement rendus par l'enseignant que sur les mérites scientifiques du chercheur. Si mobilité il y avait, elle se situait surtout dans les sciences fondamentales, où l'hégémonie et le prestige parisien attiraient les meilleurs enseignants-chercheurs, souvent normaliens, des universités de province vers les établissements prestigieux de la capitale.

On sait que le système de l'enseignement supérieur modèle à la fin du 19e siècle par la 3' République restera en place jusqu'à la loi d'E. FAURE en 1968 (4). Strasbourg et son université en retrouvent donc l'organisation et le fonctionnement en 1918, avec une mission spéciale de « tête de pont intellectuelle sur le Rhin ». Mais face à l'Allemagne les défauts de l'enseignement supérieur national perdureront jusqu'à la défaite de 1940 ; c'est du moins l'amer constat que fera l'universitaire et historien strasbourgeois Marc BLOCH dans son livre *L'étrange défaite, Témoignage écrit en 1940*, en des termes quasi identiques à ceux utilisés par RENAN en 1871.

## La Physique universitaire française en 1918

Au retour de Strasbourg à la mère-patrie, la restauration de son Université ne peut être assurée que par des maîtres dont le patriotisme est éprouvé et la compétence scientifique incontestée. Comme pour toute discipline universitaire, le destin de la physique est alors confié à des personnalités pleinement reconnues dans la communauté scientifique nationale de l'époque. L'état de celle-ci au lendemain de la Grande guerre, dans l'Université où se maintiennent les rigidités structurelles et les obstacles épistémologiques hérités de l'époque antérieure a été analyse en particulier par D. PESTRE (6).

À l'aube du 20e siècle, la vision du monde largement dominante dans l'Université de la République était encore le scientisme et sa foi en la « science positive » comme moteur du progrès de l'humanité. Selon les normes positivistes ainsi revendiquées, la pratique scientifique est d'abord fondée sur la rigueur de l'observation expérimentale des faits et phénomènes, accompagnée d'une représentation complète et économique conforme l'Ideal mathématique ; mais cette description théorique du « comment » des constatations empiriques doit se méfier d'une explication théorique fallacieuse et superflue du pourquoi ». Pour les universitaires français, cette méthode était la marque du génie national de bon sens et de clarté cartésienne par opposition à l'imagination hasardeuse de la modélisation anglaise et à la lourde théorisation métaphysique allemande.

Avec de telles certitudes, les physiciens français ont difficilement assimilé les bouleversements conceptuels décisifs introduits par leurs collègues anglais et allemands avant et après le tournant du siècle, avec le champ électromagnétique des FARADAY, MAXWELL et HERTZ, la physique statistique des CLAUSIUS, MAXWELL et BOLTZMANN, puis avec les quanta et la relativité de PLANCK et d'EINSTEIN. Alors
que la physique théorique moderne, qui animera tous les progrès au 20e siècle, prenait son envol dans les universités allemandes (7), son influence est restée longtemps marginale dans notre pays. À l'époque, deux courants y dominaient, fidèles à la tradition épistémologique nationale : la physique expérimentale et la physique mathématique. La première est prioritairement attaché à l'acquisition soignée des données empiriques et a l'induction de lois phénoménologiques dans les domaines spécialisés de la physique classique ; majoritaire dans les laboratoires universitaires, elle recherche le « concret » en se méfiant de l'« abstrait » des déductions à l'œuvre dans les développements théoriques récents. Pour sa part, la physique mathématique bénéficie de chaires d'ordinaire occupées par des mathématiciens dans les grands établissements parisiens, telle la prestigieuse personnalité de H. POINCARE à la Sorbonne ; ce courant s'intéresse moins aux fondements physiques d'une théorie qu'à l'étude et l'édification des structures mathématiques les plus commodes pour représenter avec élégance et cohérence la variété des faits observes. Par principe méthodologique pour les expérimentateurs et par scepticisme pour les mathématiciens, les physiciens français méconnaissaient la nécessité de l'imagination dans l'innovation scientifique ; des lors leur rôle dans la reconstruction des fondements de la physique au début du 20e siècle ne pouvait être que limité.

Ce conservatisme intellectuel est par ailleurs encouragé par les particularités de l'Université française qui réserve, pour l'essentiel, l'animation de la « physique pure aux prestigieuses chaires de la capitale ; or ces postes convoités, occupés par leurs titulaires jusqu'en fin de carrière, étaient en général peu disponibles pour des ambitions jeunes et novatrices, amenées à s'exprimer en marge. Selon Leon BRILLOUIN, élève normalien à l'époque, « les chaires magistrales de physique, en Sorbonne, ne distribuaient qu'un sinistre ennui. Nous retrouvions vie à l'École ou les conférences nous passionnaient, ou bien au Collège de France chez mon père ou chez LANGEVIN, ou à la Sorbonne aux cours de PERRIN et de Mme CURIE » (8).

Parmi les chercheurs français contribuant activement au développement de la physique de leur époque — tels ceux invités aux Conseils SOLVAY de 1911 et 1913 (9) — seuls les plus âgés, Henri POINCARE, Marcel BRILLOUIN et Maurice de BROGLIE, étaient bien établis, fins connaisseurs et propagateurs des théories récentes, les deux premiers étaient les piliers de la physique mathématique à la Sorbonne et au Collège de France ; le dernier était chercheur libre dans son laboratoire privé, dédié aux recherches sur la nature et les propriétés des rayons X. Dans un groupe plus jeune, lié d'amitié et de convictions politiques communes, les CURIE, PERRIN et LANGEVIN durent commencer à œuvrer dans des conditions plus précaires à Paris et attendre la notoriété internationale pour y bénéficier de postes de professeur titulaire à la Sorbonne, pour Pierre puis Marie CURIE, en 1904 et 1906, après leur découverte de la radioactivité consacrée par le prix Nobel (1903) ; de même pour Jean PERRIN qui a inauguré la chaire de chimie-physique en 1910, après le retentissement de ses recherches sur la nature corpusculaire des rayons cathodiques et la démonstration de l'existence des atomes et leur rôle dans le mouvement brownien (10). Paul LANGEVIN fut nommé au Collège de France en 1909, alors qu'il était déjà largement reconnu, non seulement pour ses travaux classiques sur les processus ioniques dans les gaz et la théorie du magnétisme, mais aussi comme l'un des intervenants internationaux les plus recherches sur les problèmes les plus chauds touchant l'éther, l'électrodynamique et la récente relativité restreinte d'Einstein (11). D'autres physiciens de renom de cette ambitieuse génération d'avant-guerre durent patienter loin du centre parisien ; Aime COTTON a accepté une chaire à Toulouse (1895) avant de pouvoir enseigner à l'École Normale Supérieure (1900-1920) ; il était connu pour ses
études de biréfringence magnétique et de l'effet Zeeman où, en collaboration avec P. WEISS, il avait déterminé le rapport *e/m* pour l'électron (1900) ; pour sa part Pierre WEISS s'est expatrié en 1902 à Zurich, où le Polytechnicum lui a offert un poste de professeur et de directeur du laboratoire de physique, avec les meilleures conditions pour y développer ses travaux de pionnier du ferromagnétisme.

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Le conseil Solvay 1911 : parmi les participants, les physiciens français.
*Assis de g. à dr.* H. Brillouin (2ᵉ), J. Perrin (61, M. Curie (8°), H. Poincaré (9ᵉ))
*Debout de g. à dr.* M.de Broglie (6ᵉ), P. Langevin (15ᵉ), a côté d'Einstein</figcaption></figure>

Les activités de recherche de ce groupe de physiciens français, pleinement engagé dans l'élan international vers la physique contemporaine, furent interrompues en l'été 1914, par l'entrée en guerre avec l'Allemagne. Après avoir rejoint leur affectation, ils étaient rappelés à Paris pour collaborer aux projets de la *Direction des Inventions intéressant la Défense nationale*, mise en place par leur collègue mathématicien P. PAINLEVE (1915) : pour localiser les sous-marins, LANGEVIN a réalisé un système de détection ultra-sonore, fonde sur la piézo-électricité du quartz découverte par P. CURIE ; PERRIN travaillait au repérage par le son des canons et des avions, de même que COTTON et WEISS qui ont mis au point le *procédé Cotton-Weiss*. Même Marie CURIE s'est investie toute entière avec ses unités mobiles de radiographie X en contact immédiat avec le front.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Pierre Weiss (1865-1940)
Le nouveau directeur de l'Institut de Physique de Strasbourg.</figcaption></figure>
En 1918, a l'issue de la guerre, c'est cette génération de physiciens mûrie, âgée de la cinquantaine, condisciples souvent à l'E.N.S., qui prend les rênes à l'Université. La direction du nouvel Institut de physique a Strasbourg est confiée à Pierre WEISS qui a toutes les qualités pour ce poste sensible : alsacien de naissance, il a donné tous les gages d'un patriotisme irréprochable et de son excellence scientifique internationalement reconnue pour ses travaux sur le magnétisme ; il bénéficie de plus d'une expérience biculturelle, germanique et française, comme étudiant et enseignant au Polytechnicum de Zurich et a l'Université française.

## Pierre WEISS à Zurich, pionnier du magnétisme moderne

Né en 1865 à Mulhouse, P. WEISS avait opté pour la nationalité française à sa majorité. Après avoir complète ses études d'ingénieur au Polytechnicum de Zurich (1883-1887), il s'est fixé à Paris pour préparer et réussir le concours d'admission à l'École Normale Supérieure. Il y reste entre 1888 et 1895 comme élève puis comme préparateur-agrégé c'est pendant ces années qu'il a noué les liens d'amitié durable avec ses condisciples physiciens A. COTTON, J. PERRIN et P. LANGEVIN de même qu'avec les mathématiciens E. CARTAN, E. BOREL et H. LEBESGUE. En 1896, il soutient sa thèse de Doctorat es sciences physiques intitulée « *Recherches sur l'aimantation de la magnétite cristallisée et de quelques alliages de fer et d'antimoine* », et inaugure ainsi son domaine de recherche permanent par la suite. Après avoir végété, entre 1895 et 1902, comme maître de conférences à Rennes et à Lyon, il répond a l'appel de l'établissement de ses premières études pour un poste de professeur et de directeur du Laboratoire de physique du Polytechnicum de Zurich. Il fera alors de celui-ci un haut-lieu d'étude du magnétisme jusqu'à la fin de la Grande-guerre. Par ses contributions fondamentales en ce début du 20ème siècle, P. WEISS constitue, avec P. CURIE et P. LANGEVIN, le trio français de pionniers de la compréhension moderne du magnétisme (12-14).

A la fin du 19e siècle quand WEISS commence ses recherches, les idées sur le magnétisme restent encore limitées, pour l'essentiel, aux notions introduites des la première moitié du siècle avec l'électrodynamique d'AMPERE et les recherches expérimentales de FARADAY. En 1821, le physicien français avait introduit le concept de courant moléculaire permanent et décrit le phénomène d'aimantation de la matière magnétique : « les courants électriques, dont j'admettais déjà l'existence autour de chaque particule des aimants, existent déjà avant l'aimantation dans le fer, le nickel et le cobalt, mais s'y trouvant diriges en toutes sortes de sens, il ne peut en résulter aucune action au dehors... S'il en est ainsi, l'aimantation doit s'opérer toutes les fois que l'action d'un aimant ou d'un fil conducteur vient à donner à tous ces courants une direction commune ». De son côté, le savant Ecossais avait montré dans les Séries XX et XXIX des *Experimental Researches* (1845-1851) que tous les corps sont sensibles au champ magnétique et peuvent être classés en dia-, para- et ferromagnétiques : pour les diamagnétiques, un morceau allonge du matériau s'oriente perpendiculairement au champ, a l'inverse des substances para- et ferromagnétiques qui s'orientent dans le sens du champ, mais avec une force d'orientation particulièrement importante pour les dernières. Alors que le para- et le ferromagnétisme sont conformes aux vues d'AMPERE, le diamagnétisme est, scion FARADAY, une conséquence directe de la loi d'induction :

> ... dans les corps les courants sont induits dans la direction inverse, c'est-a-dire dans la direction des courants induits dans un conducteur lors de l'établissement du courant inducteur Aucune difficulté ne résulte de l'existence des substances magnétiques et diamagnétiques non conductrices, car les courants hypothétiques sont supposés exister, non dans la masse, mais autour des particules de la matière ».
Pour le jeune WEISS, les notions d'AMPERE et de FARADAY sont précisées par la
récente Théorie des électrons (1892-1895) de H.A. LORENTZ dont les nouvelles idées
sur la constitution électronique de la matière élucident les phénomènes de polarisation et
d'aimantation : les courants d'AMPERE sont attribués aux électrons atomiques
responsables également des propriétés spectrales optiques. Une illustration probante des
vues de LORENTZ est la découverte de l'effet ZEEMAN (1897) dans lequel ('influence
du champ magnétique sur le mouvement des électrons se traduit par l'émission de
composantes spectrales dont l'écart doit être proportionnel au champ et au rapport e/m de
la charge et de la masse de l'électron ; WEISS et COTTON montrent qu'il en est bien
ainsi par leurs mesures précises (1907), et vérifient que la valeur de e/m est exactement
celle déduite par ailleurs dans les expériences sur les rayons cathodiques. Par la suite,
WEISS continuera à suivre de près les progrès de la magnéto-optique dont son ami a fait
le domaine de recherche d'élection ; c'est d'ailleurs avec les aimants dans son laboratoire
a Zurich que COTTON et MOUTON découvrent en 1907 la birefringence magnétique des
liquides aromatiques purs.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Aime Cotton (1869-1951)
Ami et collaborateur de P. Weiss dans l'étude de phénomènes magnéto-optiques.</figcaption></figure>

A ses débuts, WEISS est aussi stimule par les travaux entrepris entre 1892 et 1895 par
P. CURIE sur les variations des propriétés magnétiques avec la température, ce qui
introduit la thermodynamique et la physique statistique dans l'étude du magnétisme : « Ce
travail, qui changeait complètement l'aspect des problèmes laissait entrevoir toute
l'ampleur du sujet que j'avais abordé et m'encourageait dans la poursuite de mes
recherches ». Pour les corps diamagnétiques, les expériences de CURIE montrent que la
susceptibilité est indépendante de la température, alors que, pour les paramagnétiques,
elle varie en sens inverse de la température absolue quant aux matériaux
ferromagnétiques (Fe, Co, Ni) leurs propriétés particulières disparaissent brusquement
quand on les chauffe au-delà d'une température critique (le « point de CURIE »), ou ils
adoptent un comportement paramagnétique.
En 1905, alors que WEISS est déjà à Zurich, LANGEVIN public son article « *Magnétisme et théorie des électrons* » qui fait un pas décisif dans la connaissance théorique du magnétisme ; l'auteur y présente une description complète des phénomènes dia- et paramagnétiques alliant l'électromagnétisme de MAXWELL-LORENTZ et la théorie statistique de BOLTZMANN. Dans les substances diamagnétiques, il traduit en langage électronique l'influence du champ électrique d'induction de FARADAY, justifie la « précession de LARMOR » et rend compte du diamagnétisme de même que de son parallèle optique qu'est l'effet ZEEMAN. Dans les matériaux paramagnétiques, LANGEVIN envisage des molécules indépendantes dotées chacune d'un moment magnétique μ « à cause des courants particulaires dont elle est le siège ». En présence du champ H, les moments tendent tous à s'aligner parallèlement à celui-ci, produisant une aimantation d'intensité M dont la valeur maximale sera M₀ = Np, (N : nombre de molécules par unité de volume) ; mais l'ordre magnétique est perturbé par le désordre thermique : appliquant la loi de répartition statistique de BOLTZMANN aux degrés de liberté orientationnels intervenant dans l'énergie magnétique μ·H, LANGEVIN montre que l'aimantation dépend du rapport a = μH/kT des énergies magnétique et thermique selon une expression M = M₀L(a), ou L(a) est une fonction a croissance monotone, telle que L(a) —1 si a>>1 et L(a) a/3, si a<<1. La loi empirique de CURIE, M = C(H/T), correspond exactement a ce dernier cas ; et la « constante de CURIE » s'exprime en fonction du moment magnétique élémentaire μ par C=(N/3k)g², ce qui permet de déterminer ces « moments atomiques » en deduisant C=xT des mesures de la susceptibilité x=M/H à la température absolue T (15).

Avec des solutions diluées de sels, qui se conforment à la loi de CURIE, WEISS détermine ainsi divers moments atomiques et propose son hypothèse de *magnéton* : « En 1911, ayant réuni un certain nombre de moments atomiques, j'ai constaté que tous ces moments étaient des multiples entiers d'un même moment plus élémentaire que j'ai appelé magnéton » (16). À cette époque, la vision de l'atome et de ses constituants est décrite par POINCARE dans les *Idées modernes sur la Constitution de la Matière* (1913) : « ...dans l'atome nous trouvons bien d'autres choses : nous y trouvons d'abord des électrons ; chaque atome nous apparaît alors comme une sorte de système solaire, on de petits électrons négatifs jouant le rôle de planètes gravitant autour d'un gros électron positif qui joue le rôle de soleil central. ... Mais nous ne sommes pas au bout : après les électrons ou atomes d'électricité, voici venir les magnétons ou atomes de magnétisme et qui nous arrivent aujourd'hui par deux voies différentes, par l'étude des corps magnétiques et par l'étude du spectre des corps simples ... » POINCARE fait certainement allusion à l'hypothèse de WEISS, suggérée par les idées de son ami W. RITZ sur l'emission de lumière : l'oscillateur atomique serait constitué de plusieurs magnétons alignés bout à bout et les électrons tourneraient dans le champ de ces magnétons.

Au-delà d'une simple description théorique du paramagnétisme, WEISS entrevoit surtout, dans le traitement de LANGEVIN, le passage vers la compréhension du phénomène encore énigmatique du ferromagnétisme. Notant que le système paramagnétique idéal est un gaz parfait de moments atomiques, il rapproche la transition paramagnétisme-ferromagnétisme de la transition gaz-liquide traité en 1873 par J.H. VAN DER WAALS qui, pour tenir compte de l'interaction entre les molécules, a supposé que chacune d'elle est soumise à un champ moyen produit par les autres molécules et qui est proportionnel à la densité : « J'ai supposé que, dans les ferromagnétiques, à l'effet du champ extérieur s'ajoute celui d'un champ résultant de l'action mutuelle des molécules que j'ai appelé le
*champ moléculaire.* De même que les fortes densités des liquides s'expliquent par la
grande valeur de la pression interne, les fortes aimantations des ferromagnétiques
s'interprètent par l'énormité des champs moléculaires. Certains résultats obtenus dans
l'étude de la pyrrhotine m'ont conduit à définir le champ moléculaire comme un champ
proportionnel à l'aimantation et de même direction qu'elle. Jointe à l'équation du
paramagnétisme, cette définition permet d'écrire l'équation d'état des ferromagnétiques,
c'est à dire la relation entre l'aimantation, le champ et la température » (16).

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Pierre Curie (1859-1906) et Paul Langevin (1865-1946)
Les pionniers, avec Pierre Weiss, du magnétisme moderne.</figcaption></figure>

Dans son article, public en 1907 sous le titre *L'hypothèse du champ moléculaire et la propriété ferromagnétique*, WEISS considère simplement l'équation de LANGEVIN $M=M_0L(a)$ et remplace, dans l'expression de $a$, $H$ par $H+H_m$, où $H=nM$ est le champ moléculaire dépendant de la constante empirique $n$. À haute température, où règne le comportement paramagnétique, la loi de CURIE est alors remplacée par la relation $M=CH/(T-\theta)$ où la température $\theta=nC$ est identifiée avec le point de CURIE ; cette « loi de CURIE-WEISS », $C=x(T-0)$, sera vérifiée par la suite avec de nombreuses substances, non seulement avec des métaux et alliages, mais aussi pour la plupart des composes strictement paramagnétiques, tels des sels solides et leurs solutions (15) ; sa portée est donc plus générale que celle de l'équation originale de CURIE qui ne correspond qu'au cas limite de l'absence d'interaction magnétique entre les constituants du matériau. Pour les températures inférieures au point de CURIE, ou se manifestent les propriétés ferromagnétiques, le formalisme de WEISS montre qu'en l'absence de champ appliqué l'aimantation n'est pas nulle et qu'il existe une *aimantation spontanée* due à l'action d'orientation du seul champ moléculaire ; cette aimantation spontanée $M_s$ satisfait l'équation implicite $M_s = M_0L(R_nM_s/kT)$ : elle tend vers la valeur de saturation au voisinage de $T=0$, mais diminue de plus en plus rapidement si la température croît pour disparaître au point de CURIE, où l'agitation thermique brise définitivement l'ordre orientationnel du champ moléculaire. Au-dessus, la substance ferromagnétique retrouve le comportement paramagnétique décrit par la loi de CURIE-WEISS. En 1908, P. WEISS complète son analyse en considérant les propriétés énergétiques du ferromagnétisme et note que, si la variation de l'aimantation spontanée est continue lors du passage au point de CURIE, il n'en est pas de même pour la chaleur spécifique : en dessous de 0, la présence de l'aimantation spontanée se traduit par un terme
supplémentaire d'origine magnétique, de l'énergie interne, U= -1/2 TM et par conséquent une contribution a la chaleur spécifique cm = dU/dT = -1/2 nd(M²)/dT qui est finie ; en passant au-dessus du point de CURIE, ce terme s'annule brusquement entrainant en 0 une discontinuité de la chaleur spécifique totale. Cette anomalie caractéristique de la chaleur spécifique des ferromagnétiques sera largement confirmée et étudiée expérimentalement par la suite (15). Plus tard, après la classification introduite par EHRENFEST (1933), le comportement thermique du ferromagnétisme sera considéré comme l'archétype des transitions de phase du deuxième ordre caractérisées par une variation continue dans les grandeurs physiques — telles l'entropie S = -∂F/∂T — liées à la dérivée première de l'énergie libre F, mais discontinues dans les propriétés — telles la chaleur spécifique c=T=∂S/∂T = -T∂²F/∂T² — liées à la dérivée seconde. Et la description proposée par WEISS, avec son hypothèse de champ moyen, est le modèle initial suivi dans l'approche actuellement classique des phénomènes ordre-désordre : dans la transition ferromagnétisme-paramagnétisme, l'ordre correspond à l'alignement coopératif des moments atomiques dont le degré est mesure par ('aimantation spontanée ; celle-ci joue le rôle de paramètre d'ordre qui, lors de sa variation continue avec la température, s'annule au point critique 0 de CURIE de la transition ...

Cependant, alors que la théorie de l'aimantation spontanée prévoit la stabilité d'un état de forte aimantation plutôt que de l'état neutre, c'est celui-ci qui est effectivement observe en ('absence de tout champ. WEISS est donc conduit a introduire son hypothèse de « domaine élémentaire, une région assez petite pour que l'aimantation ait la même direction dans toute son étendue » : « Si fréquemment, cette aimantation spontanée n'apparaît pas, c'est que sa direction n'est pas la même dans les différentes parties de la substance et que celle-ci parait neutre par compensation. L'effet du champ extérieur est de coordonner cette aimantation ; lorsqu'elle est parallèle dans tous les domaines élémentaires, la substance est aimantée à saturation. L'aimantation spontanée n'est donc autre que l'aimantation à saturation et, par conséquent, elle est accessible aux mesures » (16). Dans la vision de WEISS, l'aimantation a l'intérieur de chaque domaine garde la valeur absolue de l'aimantation spontanée, mais sa direction change d'un domaine a l'autre à cause de différences des interactions aux parois et des forces magnétocristallines qui orientent l'aimantation scion des directions cristallines privilégiées ; dans ces conditions, l'aimantation effectivement observée dans un matériau ferromagnétique soumis à un champ extérieur, représenté par les courbes d'aimantation bien connues, est interprétée par l'alignement des moments magnétiques qui accompagne les réarrangements structurels des domaines, provoques par l'action orientationnelle du champ magnétique. Une confirmation expérimentale est fournie en 1919 par BARKHAUSEN qui observe que, dans une substance ferromagnétique soumise a un champ continument croissant, l'aimantation augmente par sauts ; ces discontinuités, détectées par les impulsions électromagnétiques qui les accompagnent, sont alors attribuées à des réorientations brusques des domaines dans le solide. On sait que la notion de domaine élémentaire, introduite par WEISS comme hypothèse subsidiaire dans son travail pionnier de 1907, se révèlera par contre comme fondamentale dans les recherches ultérieures consacrées au « magnétisme technique » et a la matière magnétique : c'est par la compréhension théorique de la structure et du comportement dynamique des domaines élémentaires dans les conditions les plus diverses que pourront se développer l'étude et l'élaboration de matériaux aux propriétés nouvelles et améliorées (17).
À l'issue de la douzaine d'années d'extraordinaire créativité scientifique à Zurich, P. WEISS est une personnalité d'audience internationale, pleinement reconnue dans la communauté des physiciens contemporains les plus illustres ; proche de ses collègues zurichois EINSTEIN et DEBYE, il entretient aussi des relations d'amitié avec LORENTZ, ZEEMAN et KAMERLINGH ONNES. Il est invité aux Conseils Solvay (1913, 1921, 1930), où se discutent les fondements en devenir de la physique contemporaine. Au début des années 1920, EINSTEIN le propose, de concert avec LANGEVIN, au Comité Nobel « pour la théorie statistique du magnétisme ». Mais, dans la lettre de recommandation, le maître emblématique de la physique de l'époque ne signale pas seulement le travail classique des physiciens français ; il marque sa préférence pour la contribution plus récente de FRANCK et HERTZ et relève les mérites de STERN et GERLACH, SOMMERFELD, DEBYE ainsi que de COMPTON et WILSON qui, tous, sont en train d'œuvrer dans la nouvelle physique des atomes et des particules.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Rencontre autour d'un tableau noir
De g. à dr. Einstein, Kamerligh - Onnes, Langevin et Weiss.</figcaption></figure>

Malgré son implantation internationale, P. WEISS est peu touché par cet élan rénovateur qui domine désormais dans les universités germaniques et anglo-saxonnes. Ce sont « les méthodes et la curiosité scientifique, qu'à la Sorbonne et à l'École Normale j'avais acquises au contact des maîtres et des camarades d'études » qu'il invoque comme guides à Zurich quand il insiste sur la qualité et la puissance des moyens expérimentaux et élabore sa théorie du ferromagnétisme ou un élégant modèle semi-empirique interprète toute la diversité des observations expérimentales avec le simple concept phénoménologique de champ moléculaire. Cette vision, fondée sur les normes positivistes de l'Université française, retrouvera son terrain familier à Strasbourg ; WEISS sera d'autant plus satisfait de retrouver l'environnement universitaire de sa jeunesse qu'il pourra y poursuivre avantageusement son projet de recherche : « j'eus la grande satisfaction d'être nomme à Strasbourg. J'y arrivai avec un programme bien arrêté : celui de transporter dans mon nouveau laboratoire le centre de recherches magnétiques que j'avais créé auparavant à Zurich » (16).
La rentrée de l'Université française et de son Institut de physique

La restauration, à Strasbourg, de l'Université française avait été préparée avec soin, des 1917, par une Commission désignée à cet effet au Service d'Alsace-Lorraine du Ministère de la Guerre (18). Animée par l'Alsacien C. PFISTER, historien a la Sorbonne, elle avait évalué favorablement l'organisation et les infrastructures mises en place par les Allemands et propose d'en conserver l'essentiel en veillant d'y investir des moyens en personnels et matériels aux moins équivalents en qualité et quantité.

Après l'armistice, les étapes de la mise en route se suivent rapidement. Avec la révocation de son recteur et la fin des examens officiels, la Kaiser-Wilhelm-Universität ferme ses portes au début du mois de décembre 1918. Une commission chargée de faire l'état des lieux comprenant nombre de savants d'origine alsacienne dont son président Paul APPELL, doyen de la Faculté des sciences de Paris et Pierre WEISS — dépose son rapport avant la fin de l'année ; le constat est rassurant, avec cependant quelques nuances restrictives : « L'Institut de physique est pauvre en instruments et tout a été sacrifie aux recherches personnelles du dernier directeur sur la télégraphie sans fil... ». Dans la plupart des Facultés envisagées, pourvues d'un administrateur provisoire, les cours reprennent des janvier 1919. Ils sont généralement assurés sous la responsabilité d'un professeur en mission temporaire détaché d'une autre université, seconde par la suite de jeunes collègues démobilisés. Ainsi, à l'Institut de physique de la Faculté des sciences, Pierre WEISS, professeur au Polytechnicum de Zurich, est rejoint par Héloïs OLLIVIER, maître de conférence à Lille et Gustave RIBAUD, agrégé préparateur à l'E.N.S, pour le début des cours, le 15 janvier ; l'équipe d'encadrement du nouvel Institut de physique se complète un peu plus tard avec les arrivées de Gabriel FOEX, démobilisé en avril, et de Robert FORRER, deux collaborateurs de WEISS à Zurich. Le projet du futur laboratoire strasbourgeois de magnétisme, en continuité avec celui développé depuis 1902 en Suisse par P. WEISS, est donc clairement annoncé.

Confronté à l'exemple de sa devancière allemande et à sa mission particulière de prestige national, l'Université républicaine à Strasbourg ne peut être un simple centre universitaire de province parmi les autres. La palette des domaines de connaissance couverts par les facultés est particulièrement large avec, en plus des domaines laïques traditionnels (sciences, lettres, droit, médecine, pharmacie), les théologies protestante et catholique, chères aux particularismes strasbourgeois et alsacien. Pour attirer les meilleurs maîtres, on invoque non seulement leur sentiment patriotique, mais aussi des avantages de salaire et de conditions de travail ; le coût du personnel est le triple de celui des autres universités de province et le budget investi s'approche de la moitié de celui de la Sorbonne.

L'inauguration officielle de l'Université de Strasbourg a lieu un an après l'armistice, avec la fastueuse cérémonie du 22 novembre 1919, présidée par le Président de la République. Raymond POINCARE y confirme l'ambition de restaurer une université « plus prospère et plus florissante qu'elle ne l'était sous la domination allemande », et poursuit « Déjà dans l'année qui va commencer, disparaîtront les incertitudes du régime provisoire et seront entreprises les améliorations dont l'urgence a été reconnue. Il y a, dès aujourd'hui, à l'Université française, plus de maîtres que n'en comptait avant la guerre l'Université de l'empereur Guillaume, et tous ces maîtres, dont la plupart ont été désignés par leurs pairs, ont été choisis parmi les meilleurs ». L'importance de la recherche scientifique ne doit pas être négligée : « La Faculté des sciences est en mesure, non seulement de préparer les étudiants aux différents grades qu'elle confère, mais de stimuler dans ses instituts et dans
ses laboratoires des recherches originales ». Conscient des faiblesses traditionnelles du système centralise des facultés d'état, il ajoute cependant que la loi française accorde désormais une large autonomie aux Universités qui, « telles qu'elles ont été fondées en 1896, ne sont pas de vaines abstractions ; ce sont des corps vivants qui peuvent s'assouplir aux conditions d'existence les plus différentes et se développer dans les formes les plus variées ». L'acte de foi final du discours présidentiel traduit l'esprit du moment : « L'Université de Strasbourg deviendra ainsi, à la frontière de l'Est, le phare intellectuel de la France, dresse sur la rive on vient expirer le flot germanique »

Malgré les temps difficiles, le soutien accordé par la République est effectivement à la mesure de l'ambition affichée. Avec les nominations officielles publiées pour la cérémonie de rentrée, l'Université compte désormais 184 enseignants contre 164 avant 1918. L'Institut de physique est ainsi pourvu de deux chaires de Physique générale, la première pour son directeur P. WEISS et la seconde pour H. OLLIVIER ; G. FOEX et G. RIBAUD sont nommés Maitre de conférence ; enfin l'encadrement est complète par une maitrise de conférence de Physique mathématique, attribuée a Edmond BAUER, ce qui indique le souci, encore exceptionnel a l'époque, de favoriser une activité théorique au nouveau laboratoire.

Les importants crédits attribués par l'État — avec l'appui occasionnel d'autres ressources suscitées notamment par l'influente Société des Amis de l'Université de Strasbourg — suffisent à réaménager et moderniser les bâtiments, à équiper les salles de cours, bibliothèques et laboratoires, et garantir d'excellentes conditions de travail. L'Institut de physique en profite largement. G. FOEX se souviendra plus tard que « toute une aile du bâtiment était occupée par les appartements du directeur ; le chauffage, l'éclairage étaient plus que rudimentaires. Dès le début, un amphithéâtre, une bibliothèque, des laboratoires, salles de travail et bureaux furent aménages dans les anciens appartements ; un bâtiment fut construit dans la cour pour contenir les nombreuses batteries d'accumulateurs destinés à alimenter les électro-aimants, ainsi que leurs tableaux et leur groupe de charge. De ce bâtiment partirent des câbles pouvant distribuer dans toutes les salles des courants de 100 et 200 ampères. Le chauffage central fut installé ainsi que l'éclairage électrique. La bibliothèque fut complétée, l'atelier pourvu de machines modernes permettant à ses deux mécaniciens et leurs aides de bobiner des électro-aimants et de construire la plupart des appareils de mesure y compris des galvanomètres et des potentiomètres. » (12)

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Laboratoire de Pierre Weiss : on reconnaît les électro-aimants, des rhéostats et, au centre, des réglets optiques des galvanomètres.</figcaption></figure>
La montée en puissance de la nouvelle Université s'étendra sur toute la décade d'après-guerre. Dès les premières années le nombre d'étudiants d'avant la guerre (— 2000 en 1913) est dépassé pour atteindre près de 3500 en 1929 ; cependant ce chiffre — dont environ le quart représente des étrangers traduit une limite supérieure car, en pratique, le recrutement des étudiants français restera restreint aux seuls départements de l'Alsace-Lorraine libérée. Les années 30 seront moins favorables avec la crise économique dont les effets sont perceptibles des 1931, le soutien financier se fait plus rare ; à cause des instabilités politiques internes et externes, les étrangers restent chez eux. De plus, le fonctionnement naturel du système universitaire français reprend ses droits en attirant des enseignants particulièrement prometteurs vers la capitale : l'Institut de physique sera ainsi prive de son théoricien E. BAUER qui, en 1928, rejoint P. LANGEVIN au Collège de France, comme sous-directeur du laboratoire de physique expérimentale ; G. RIBAUD suivra, lui aussi, l'appel à Paris ou, à partir de 1933, il est professeur à la Sorbonne et directeur du Laboratoire des hautes températures.

Par sa formation, son expérience scientifique, ses relations nationales et internationales et sa mission locale, P. WEISS fait partie naturellement du groupe dirigeant de la physique française de l'après-guerre. Sous sa ferme autorité, le laboratoire strasbourgeois conserve l'excellence acquise à Zurich et maintient la tradition de l'« École française du magnétisme ». Il s'intègre sans tarder comme l'une des composantes principales de la physique universitaire nationale et, à ce titre, en suivra toutes les vicissitudes scientifiques et institutionnelles.

## La physique française de l'entre-deux-guerres

Pendant la première décade de l'après-guerre, nous en sommes a l'époque cruciale où se forment définitivement les visions contemporaines de l'espace-temps, de la matière et du rayonnement. La mise en cause des fondements classiques par les principes relativistes et quantiques heurte cependant le bon sens, le schéma de pensée mécaniste et l'approche positive » de la physique cultives dans l'Université française. Plutôt que Paris, les hauts-lieux de développement de la physique fondamentale sont alors Zurich, Copenhague, Munich, Berlin, Göttingen, Cambridge ... auxquels se joindront rapidement les universités américaines qui ne tardent pas à renouer les liens déjà établis au début du siècle avec les universités allemandes.

Ainsi, malgré l'action de LANGEVIN qui, dès le début, a accompagné les idées d'EINSTEIN, les universitaires français traitent généralement les principes des relativités restreinte et générale comme d'intéressantes curiosités intellectuelles, éloignées de la réalité pratique explorée par la physique. Dans son cours professe à la Faculté des sciences de Strasbourg au lendemain de la guerre, H. OLLIVIER s'adresse « au lecteur qui, d'aventure, n'aurait encore jamais entendu parler du principe de relativité et qui serait curieux d'une sensation nouvelle, celle de l'effarement intégral » et note que « s'il demande quel est l'intérêt pratique de la nouvelle doctrine, on lui répondra que cet intérêt pratique est tout à faite nul pour l'instant, parce que dans le monde que nous habitons, les vitesses sont très petites devant celle de la lumière » (5). Pour d'autres maîtres, rédacteurs des manuels de la physique « normale » de l'époque, BOUASSE, BRUITAT ou FABRY, « qui passent pour avoir le sens de la physique et peu de goût pour le cubisme », les réserves sont encore plus tranchées envers les « élucubrations saugrenues » d'EINSTEIN.
Toutes aussi nettes sont les réticences françaises quand apparaissent les principes de la mécanique quantique introduits par de BROGLIE, BOHR, HEISENBERG, SCHRODINGER et BORN (1923-1927), les statistiques quantiques de BOSE-EINSTEIN et de FERMI-DIRAC (1924-1929). Dans cette aventure, les mérites de pionnier de Louis de BROGLIE et son prix Nobel sont salués par les Académies de son pays ; mais, malgré tous ses livres, son influence dans l'Université n'est que marginale. Edmond BAUER, élève de LANGEVIN, est l'un des rares universitaires français à s'investir avec constance dans l'enseignement et la pratique des idées neuves, qu'il suit de près depuis ses séjours à Berlin auprès de RUBENS et de NERNST (1905-1906) ; nomme Maitre de conférences de physique théorique en 1919 a Strasbourg, il se souviendra plus tard de toutes les difficultés dans son enseignement (19) : « Je fis des cours de physique théoriques tels que je les entendais ; je commençais la première année par un exposé de la théorie de LORENTZ, puis un cours de thermodynamique statistique la deuxième armée, puis un cours sur la théorie des quanta. On défendait aux élèves de licence et d'agrégation d'aller à mon cours parce que cela n'était pas au programme. Je n'eus que deux ou trois élèves de bonne volonté qui venaient, alors que, lorsque je fus nommé, j'espérais avoir autour de moi cinq ou six jeunes gens pour pouvoir travailler. Ce fut un peu décevant. »

Au plan de la recherche, malgré l'épanouissement de la physique théorique Internationale, les dirigeants de la physique française de l'entre-deux guerres restent avant tout des expérimentateurs, marques par l'empreinte positiviste de leur jeunesse (6).

Dans les années 20, les domaines favoris dans les laboratoires parisiens diriges par les maîtres de la Physique générale, A. COTTON, C. FABRY et G. BRUHAT, incluent l'étude des propriétés optiques, électro- et magnéto-optiques de la matière, avec le perfectionnement de l'instrumentation associée ; à Strasbourg, P. WEISS poursuit dans le même esprit les recherches commencées à Zurich sur les propriétés magnétiques des corps. Le souci particulier de ces physiciens pour les moyens d'expérimentation les plus performants est illustré par les efforts de COTTON aboutissant à l'installation du grand électro-aimant de Bellevue ; cet équipement a vocation collective, conçu initialement avec l'aide de WEISS, n'a pu être réalisé qu'avec les fonds issus d'une souscription nationale lancée par l'Académie des sciences pour compenser les défaillances du financement public. D'autres recherches expérimentales minutieuses sont consacrées aux spectroscopies optiques atomique et moléculaire dans les laboratoires de la Sorbonne, incluant celui de chimie-physique avec PERRIN, mais aussi au Collège de France avec E. BAUER et à Montpellier avec J. CABANNES. En dépit de leur qualité expérimentale, ces travaux ont cependant une audience limitée par le parti-pris d'en réduire l'aspect théorique à un niveau phénoménologique, faisant appel tout au plus aux conceptions classiques de MAXWELL-LORENTZ pour les phénomènes optiques macroscopiques et aux premiers modèles de BOHR et de SOMMERFELD pour les spectroscopies atomique et moléculaire. À l'exception notable d'E. BAUER, les physiciens français s'isolent ainsi de l'élan décisif dans la connaissance de la structure, de la spectroscopie et des propriétés magnétiques des atomes, issu de la nouvelle mécanique quantique, de l'introduction du spin de l'électron et du principe d'exclusion de PAULI (1925).

En chimie-physique, PERRIN le physicien et URBAIN le chimiste s'opposent systématiquement aux conceptions électroniques de la liaison et de la réactivité chimiques, done aux récents traitements quantiques de la question par HUND, HEITLER et LONDON (1927) ; E. BAUER se montre plus lucide dans ce domaine, tant par ses
articles de revue que par ses contributions personnelles qui l'amèneront plus tard à collaborer avec LONDON.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Edmond Bauer (1880-1963)
Collaborateur théoricien de P. Weiss à Strasbourg, a accompagné le développement des théories quantiques et statistiques contemporaines.</figcaption></figure>

À cette même époque s'ouvre aussi l'important chapitre de la Physique des solides modernes, avec les théories quantiques des électrons dans les solides par A. SOMMERFELD et F. BLOCH (1928). L'approfondissement ainsi offert à la compréhension de la matière dense est lui aussi largement méconnu par la communauté spécialisée française, en dépit des contributions essentielles de Leon BRILLOUIN qui introduit ses « zones » dans l'espace réciproque du cristal en 1930 ; on sait que ce physicien, élève de SOMMERFELD, et qui, des 1927, a élaboré la version quantique de la théorie du paramagnétisme de LANGEVIN, est alors internationalement reconnu comme l'un des théoriciens de la mécanique quantique les plus inventifs. Mais il n'exercera qu'une influence universitaire marginale dans son pays, où il est finalement nommé au Collège de France, succédant à son père.

La décade des années 30 est surtout marquée par l'avènement de la physique nucléaire ou les physiciens français jouent cependant un rôle essentiel. Jusqu'alors, les recherches suivaient encore les voies tracées par les CURIE et RUTHERFORD avec les études des propriétés spectrales des rayonnements α, β et γ, des lois de transmutation radioactive, des familles radioactives et de la mise en évidence d'éléments et d'isotopes nouveaux... Puis le domaine s'élargit avec l'exploration des rayonnements cosmiques et, à partir de 1930, se renouvelle profondément après une série de découvertes expérimentales : le neutron (BOTHE et BECKER, 1930 ; Irène et Frédéric JOLIOT-CURIE, 1931 ; CHADWICK, 1932), le positron dans le rayonnement cosmique (ANDERSON, 1933), la radioactivité artificielle avec, en particulier, l'émission de rayons β⁺ (I. et F. JOLIOT-CURIE, 1934) ; le dernier évènement significatif dans cette suite est évidement la découverte de la fission nucléaire, annoncée par STRASSMANN et HAHN en 1938, alors que les JOLIOT-CURIE en étaient également très proches. Des moyens expérimentaux spécifiques avec de nouvelles techniques d'accélération de particules (COCKROFT et WALTON, 1932), de détection avec des coïncidences multiples (BOTHE, 1929) ... se développent en même temps ; la France n'est pas en retard grâce surtout au groupe de Maurice de BROGLIE qui, après les rayons X, a su faire de l'analyse du rayonnement
cosmique un projet de recherche prioritaire, illustre notamment par les travaux d'AUGER et de LEPRINCE-RINGUET.

Ces avancées dans l'exploration expérimentale de la matière subatomique sont accompagnées rapidement par la compréhension théorique du noyau et de ses composants. Strictement fondée sur les principes quantiques, elle s'élabore cependant ailleurs qu'en France : en 1933, HEISENBERG introduit les notions d'isospin et de nucléon, tandis que FERMI propose sa théorie de la désintégration β en tenant compte de l'hypothèse du neutrino de PAULI ; l'existence du positron, l'observation de son annihilation ou matérialisation avec l'électron (BLACKETT et OCCIALINI, 1933) imposent le concept d'antiparticule prévu par DIRAC dans son équation relativiste de l'électron ; en 1934, YUKAWA utilise la théorie quantique des champs pour interpréter l'interaction entre deux nucléons par échange d'un meson ; les premiers modèles nucléaires sont proposés dès 1934-1936 par von WEIZSACKER et BOHR.

Les quelques contributions remarquables de physiciens français, élaborées souvent en marge du milieu universitaire traditionnel, ne peuvent dissimuler la faiblesse de l'apport national a l'installation définitive, entre 1920 et 1940, du paradigme contemporain de la physique quantique et de ses applications aux atomes, noyaux et particules. Bloquée dans son système centralisé et mandarinal, dirigée par des maîtres vieillissants attachés à leur vision « classique » du monde, notre physique universitaire vit repliée sur elle-même (6). Dans les facultés des sciences, les nouvelles théories sont mal connues et les contacts avec l'effervescence intellectuelle dans la communauté internationale ne sont qu'occasionnels ; l'effarante méfiance de la « physique allemande » perdure et le règlement administratif interdit la nomination d'étrangers dans un poste permanent, privant ainsi le pays de la collaboration des prestigieux savants fuyant le nazisme. Dans cette situation générale, malgré sa position particulière, l'Institut de physique de Strasbourg ne fait pas réellement exception.

## L'organisation de l'Institut de WEISS

La création d'Instituts à la faculté des sciences de Strasbourg répond a la volonté d'organiser des unités permettant de concilier les traditionnelles missions d'enseignement des facultés d'état françaises avec une recherche scientifique de qualité.

À l'Institut dirige par P. WEISS, les enseignements de physique sont mis en place sous l'impulsion d'enseignants ayant le profil typique des physiciens universitaires français. Héloïs OLLIVIER (1879-1966), normalien, maître de conférences à Lille depuis 1907, avait rencontré P. WEISS pendant la guerre à la *Direction des inventions intéressant la Défense nationale* ou ils ont collaboré au projet de repérage par le son de canons et d'avions. Nommé professeur de Physique générale en octobre 1919, il est alors le récent auteur de l'important *Cours de Physique Générale* (à l'usage des candidats au *Certificat de Physique générale, au Diplôme d'Ingénieur-électricien et a l'Agrégation des Sciences physiques*), dont les trois volumes seront, pendant de longues années, le principal support pédagogique de l'enseignement magistral de la physique universitaire française de lépoque (5) ; en 1924, il complète son *Cours* en publiant, chez le même éditeur, son traité de *Travaux pratiques de Physique Générale*. Dans sa Notice d'état des services, transmise en 1933, il relève son « Service d'enseignement chargé et largement doublé par de très nombreuses conférences bénévoles aux candidats à l'agrégation. (De 1919 à 1933, trente élèves de la faculté des sciences de Strasbourg ont été reçus aux agrégations, masculine et féminine, des sciences physiques). » Gustave RIBAUD (1884-1963), autre normalien,
jeune agrégé-préparateur a l'École avant la guerre, est aux côtés d'OLLIVIER dès le début, quand ils sont démobilisés pour commencer les enseignements en janvier 1919 ; nommé maître de conférence, il restera à l'Institut de physique jusqu'à son départ pour la Sorbonne en 1933. L'amphithéâtre qui accueille la trentaine d'étudiants préparant à l'époque le Certificat de physique générale pour la Licence-ès-Sciences est l'amphithéâtre Carnot qui vient d'être aménagé lors des importants travaux de transformation des locaux dans l'aile du bâtiment primitivement réservée aux appartements de fonctions du directeur allemand.

Quant à la recherche, l'objectif de P. WEISS est connu : transférer dans son nouvel Institut le centre d'excellence d'étude du magnétisme développé depuis une quinzaine d'années au Polytechnicum de Zurich. L'opération a lieu sans trop de difficultés : le soutien matériel accordé permet de reconstituer rapidement et avantageusement le potentiel expérimental du laboratoire ; et l'encadrement scientifique est assuré par la nomination de ses proches collaborateurs à Zurich, G. FOEX et E. BAUER, comme maîtres de conférences, auxquels se joindra encore l'assistant R. FORRER. Le programme de travail initié en Suisse peut ainsi se poursuivre en toute continuité.

L'organisation adoptée par l'équipe d'origine est décrite par G. FOEX (12) : « Le laboratoire comprenait une section de ferromagnétisme dirigée par WEISS et son chef de travaux R. FORRER ; elle était outillée pour la mesure des aimantations en fonction du champ et de la température depuis l'hydrogène liquide jusqu'aux points de CURIE ; la mesure des chaleurs spécifiques vraies ; le relevé des cycles au magnétomètre à diverses températures, etc. Une autre section, confiée à G. FOEX, était spécialement affectée à l'étude du diamagnétisme et du paramagnétisme en fonction de la température et à la détermination précise des moments atomiques. À côté de ces deux sections, et de façon tout à fait indépendante, H. OLLIVIER avait créé un grand laboratoire de magnéto-optique doté de puissantes installations, admirablement mises au point, pour l'étude de la polarisation rotatoire magnétique à diverses températures. De son côté, G. RIBAUD, après une étude très poussée des fours à induction à haute fréquence, entreprise à l'instigation de P. WEISS, avait réalisé un dispositif permettant de fondre dans le vide les métaux les plus réfractaires. Ce dispositif, joint au pyromètre et aux repères des températures élevées élaborés par RIBAUD, ont rendu les plus grands services dans la préparation des alliages destines aux mesures magnétiques ainsi qu'au repérage des températures nécessité par ces mesures. Dans la suite un laboratoire de radiographie, installe par HOCART, a permis l'étude des structures des composes étudiés en magnétisme. Enfin, un professeur de physique théorique, dont le premier fut Edmond BAUER, contribuait largement, par l'enseignement qu'il donnait aux chercheurs et par ses travaux personnels, à la vie du laboratoire.

Dans cette organisation, H. OLLIVIER assume pleinement les responsabilités d'administration et d'enseignement normales d'un professeur de Physique générale d'une faculté des sciences, et son activité de recherches est moins dense et impliquée que celle de ses collègues. Dans le texte de FOEX transparaît cependant le rôle important qu'il joue, ainsi que FORRER, dans la mise en œuvre pratique d'un programme de recherche destine surtout à élargir l'assise expérimentale des théories du champ moléculaire et du magnéton de WEISS. Pour cela, les nécessaires moyens de préparation et de caractérisation des échantillons sont soigneusement mis en place par RIBAUD et HOCART. Cependant la collaboration directe du théoricien aux projets essentiellement fondés sur les certitudes du maître est moins mobilisée ; poursuivant ses intérêts propres,
il peut toutefois être utile en introduisant ses collègues expérimentateurs aux idées quantiques qui, ailleurs, sont en train de renouveler les fondements du magnétisme ; ce rôle quelque peu marginal, E. BAUER le jouera pendant une dizaine d'années, tout en élaborant l'une des contributions théoriques majeures à la compréhension du « point de Curie ».

La structure d'origine se maintient à l'Institut de physique jusqu'au seuil des années 30. Le sixième *Congres Solvay de physique* organise en 1930, avec comme thème «*Le magnétisme* », confirme la position du laboratoire comme centre de référence et d'excellence à l'époque : WEISS et BAUER y participent, de même que CABRERA et PICCARD, anciens collaborateurs à Zurich, mais l'analyse classique des phénomènes magnétiques présentée par l'École de WEISS, confrontée à cette occasion aux arguments de SOMMERFELD, VAN VLECK, PAULI, HEISENBERG ..., devra désormais accepter les approfondissements quantiques (20).

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Le conseil Solvay 1930 consacré au magnétisme. Parmi les participants :
*Assis de g. à dr.* : P. Zeeman (2ᵉ), P. Weiss (3ᵉ), A. Sommerfeld (4ᵉ), M. Curie (5ᵉ), P. Langevin (6ᵉ), Einstein (7ᵉ), N. Bohr (10ᵉ), *Debout de g. à dr.* : A. Cotton (5ᵉ), P.A.M. Dirac (11ᵉ), E. Bauer (12ᵉ), L. Brillouin (14ᵉ), W. Pauli (18ᵉ), E. Fermi (21ᵉ), W. Heisenberg (22ᵉ)</figcaption></figure>

Pendant les années 30, dernière période d'existence de l'Institut de WEISS, le visage du laboratoire change sensiblement : BAUER et RIBAUD sont partis ; le directeur, dont l'âge dépasse 65 ans, est moins présent. Le nouveau titulaire de physique mathématique, P. SOLEILLET, introduit un thème de recherche autonome sur la fluorescence atomique et la résonance optique ; S. NIKITINE, accueilli par WEISS depuis 1925, s'y intéresse alors, avant d'entreprendre, à partir de 1936, son étude du dichroïsme moléculaire qu'il présentera pour son doctorat à Paris en 1941. Cependant, l'exploration du magnétisme selon les voies tracées par WEISS est plus vivante que jamais sous l'impulsion des anciens FOEX et FORRER ainsi que du nouveau venu Louis NEEL, présent à l'Institut
depuis 1928. Dans le paysage français, leur productivité scientifique est remarquable (6) : pendant la décade 1929-39, sur les 160 publications du laboratoire, FORRER en signe 40 et FOEX 18, chacun dans son domaine favori du ferromagnétisme ou du paramagnétisme, WEISS lui-même intervient par une douzaine de publications, souvent sollicitées pour des réunions scientifiques, avec des mises au point sur la compréhension du moment des aspects du magnétisme auxquels son nom est attaché : le champ moléculaire et l'équation d'état des ferromagnétiques, les moments atomiques ... De son côté, NEEL avec ses 25 publications strasbourgeoises présente les vues profondément originales sur la nature du champ moléculaire qui, au-delà des idées de WEISS, permettront d'ouvrir des perspectives entièrement nouvelles pour la compréhension de la matière magnétique. En même temps, la formation doctorale est efficace parmi la dizaine de thèses soutenues, on relève celles de NEEL (1932) et de FORRER (1935), membres permanents du laboratoire, ainsi que celles de Ch. SADRON (1932) et de A. LALLEMAND (1935), autres responsables futurs à l'Université de Strasbourg, mais dans des domaines différents. En mai 1939, WEISS organise à Strasbourg une Réunion d'étude du magnétisme, qui regroupe l'élite de la communauté internationale concernée ; le laboratoire y voit la reconnaissance d'une excellence persistante dans le domaine, même s'il est généralement admis que les méthodes moins phénoménologiques de la physique du solide moderne sont désormais nécessaires.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Avec son fidèle collaborateur Gabriel Foex (1887-1963), Pierre Weiss présente dans cet ouvrage (1926, Armand Colin, Paris) les recherches de son laboratoire. L'interprétation des résultats fait encore appel aux « Magnéton de Weiss », et résiste aux explications quantiques contemporaines.</figcaption></figure>

Mais la fin est proche : quatre mois plus tard, la guerre avec l'Allemagne nazie interrompt les activités de l'Institut de physique. Pierre WEISS, refugié à Lyon, finit la mise au point des comptes rendus de la *Réunion d'étude du magnétisme* (21), puis décède en octobre 1940.

## L'école de WEISS et la théorie quantique

Dans l'une de ses présentations générales du magnétisme NEEL souligne que l'interprétation des propriétés magnétiques comporte deux stades : un stade phénoménologique, au cours duquel on introduit a priori les hypothèses nécessaires pour
coordonner théoriquement les phénomènes observés, et un stade plus fondamental destiné à justifier et à préciser les hypothèses précédentes dans le cadre des théories modernes générales de la matière » (17). A l'Institut strasbourgeois, cependant, en cette époque où nait puis s'impose définitivement la physique quantique des atomes et des solides, l'école de WEISS ne suit que passivement l'approche approfondie du second stade. Elle conservera jusqu'à la fin un faible pour l'esprit phénoménologique de ses débuts à Zurich ; ainsi, les concepts inventés par WEISS - le magnéton et le champ moléculaire gardent l'essentiel de leur caractère empirique à Strasbourg, alors que leurs fondements microscopiques dans la nouvelle physique de la matière sont élucidés par ailleurs.

On sait que les théories modernes de la matière sont inaugurées en 1913 par BOHR avec son traitement de la structure et du spectre de raies de l'atome d'hydrogène, qui rompt radicalement avec la vision classique encore exposée par POINCARE la même année. En se limitant au modèle planétaire avec des orbites circulaires, il postule l'existence d'états stationnaires atomiques ou la dynamique de l'électron est soustraite aux lois de l'électrodynamique classique, puis introduit le concept des quanta et la constante $h$ de PLANCK par sa règle de quantification du moment cinétique orbital **1** de l'électron, $||| = nh$ (n entier, $ħ=h/2π$). Les propriétés de l'atome dans l'état stationnaire s'expriment alors en fonction du nombre quantique $n$ selon des unités naturelles qui dépendent de la charge (-e) et de la masse ($m_e$) électroniques de même que de la constante quantique $ħ$. Ainsi l'énergie de l'électron est de la forme $E_n = -R/n^2$, $R=1/2m_e e^4/ħ^2$. Or R se trouve être l'unité de RYDBERG des termes spectraux que les spectroscopistes ont introduit en utilisant la règle de combinaison de RITZ pour représenter empiriquement les spectres des raies des séries de BALMER (1885) et de PASCHEN (1908), comme base d'interprétation des données spectroscopiques ; BOHR complète alors son modèle par le postulat des transitions radiatives discrètes entre états stationnaires, qui veut que l'émission ou l'absorption d'un photon d'énergie $ħv$ s'accompagne d'une transition électronique entre deux états stationnaires avec conservation d'énergie : $ħv = E_{n'}-E_n$. Le modèle de BOHR liant les termes spectraux aux énergies quantifiées des états atomiques stationnaires est rapidement conforté par de nouvelles observations spectroscopiques dans les domaines de rayonnements X (MOSELEY, 1913) et ultra-violet lointain (série de LYMAN de l'atome H, 1914). Par ailleurs, la réalité d'une suite d'états stationnaires dans les atomes est directement mise en évidence par FRANCK et HERTZ en excitant des atomes de mercure par des électrons d'énergie croissante (1914).

Si le traitement quantique de l'atome change radicalement les fondements de la spectroscopie optique, il en est nécessairement de male pour les propriétés magnétiques : la quantification du moment cinétique électronique de l'atome implique naturellement celle du moment magnétique qui lui est associé dans l'électrodynamique classique d'AMPERE, $μ_I = -(e/2m_e)I$. Pour l'état atomique fondamental ($n=1$), de plus basse énergie et stable radiativement, il vient alors la valeur constante $μ_B=eħ/2m_e$ du « magnéton de BOHR », qui joue le rôle de quantum de moment magnétique. Ainsi se trouve justifiée l'existence des moments élémentaires permanents postulée par LANGEVIN dans son traitement du paramagnétisme ; de même, la notion empirique de magnéton, introduite par WEISS est retrouvée dans la nouvelle théorie, mais avec une réserve troublante : le « magnéton expérimental » de WEISS n'est que le cinquième du magnéton de BOHR.

Pendant la décade 1915-1925, l'approche hybride combinant des modèles dynamiques classiques avec des règles de quantification, guidée par le Principe de correspondance de
BOHR, conduit à l'édification de l'« *Ancienne théorie des quanta* » dont les progrès sont relatés dans les éditions successives de l'influent traité *Atomaufbau and Spectrallinien* de SOMMERFELD (1919-1924). La spectroscopie atomique, développée par des expérimentateurs tels H. KAYSER et F. PASCHEN, anciens élèves de KUNDT Strasbourg, est alors l'outil privilégie pour fournir aux théoriciens tels A. SOMMERFELD des données de plus en plus fines sur des atomes de plus en plus complexes, dont l'interprétation permet d'éclairer la structure même des atomes.

Il faut d'abord compléter le modèle de BOHR en considérant aussi les trajectoires elliptiques de l'électron de l'atome H ; SOMMERFELD introduit ainsi, à côté du nombre quantique « principal » n, le « nombre azimutal » 1 ($0 < 1 < n-1$) lié à l'excentricité de l'ellipse et qui quantifie le moment cinétique de l'électron, $||\vec{\mathbf{r}}|| = 1\hbar$. Pour les transitions radiatives, le principe de correspondance suggère les règles de sélection $A1 = \pm 1$ ; la considération des termes spectraux dépendant de n et l permet alors de rendre compte avec précision des spectres de l'atome H. De plus, cette interprétation est approximativement valable aussi pour les spectres des atomes alcalins, dont l'électron extérieur joue le rôle d'électron « optique » qui, dans le champ central du reste de l'atome, admet également des états stationnaires caractérisés par les nombres quantiques n et 1 ; les valeurs 1 = 0,1,2,3,... correspondent respectivement aux notations s, p, d, f introduites auparavant par KAYSER et RUNGE pour caractériser empiriquement les séries spectrales.

Les entiers n et l sont associés aux deux degrés de liberté de l'électron dans le plan de l'orbite. Pour achever la caractérisation quantique de la dynamique électronique dans l'atome, DEBYE et SOMMERFELD envisagent en 1916 le « *nombre quantique magnétique* » m, lié au dernier degré de liberté spatial, l'orientation de la normale au plan orbital. Cette « quantification spatiale » se manifeste en présence d'un champ magnétique **H** qui fixe la direction de référence Oz et produit autour de celle-ci une précession du moment angulaire orbital $\mu_1$ donc du vecteur **I** : c'est le moment cinétique associé à cette précession, donné par la projection $l_z$ de **I** sur le champ, qui est soumis à la règle de quantification $l_z = m\hbar$, avec $-1 < m < 1$. En conséquence, l'orientation de la normale à l'ellipse ne peut prendre que les inclinaisons $\alpha$ données par $\cos\alpha = m/l$ ; aux $2l+1$ inclinaisons correspondent autant de valeurs distinctes de l'énergie magnétique $AE_m = -(e/2m_e)l_z$, **H** = $m\mu_B$ **H** qui s'ajoutent énergie $E_{nl}$ des états stationnaires en l'absence de champ. Avec cette décomposition proportionnelle au champ des niveaux énergétiques et les règles de sélection $\Delta m = \pm 1,0$, on retrouve les propriétés spectrales classiques de l'effet ZEEMAN normal ; celui-ci est ainsi doté d'une interprétation quantique, laquelle confirme le magnéton de BOHR comme moment magnétique élémentaire. Par la suite, en 1921, une vérification plus directe et spectaculaire de la quantification spatiale et de la valeur du magnéton élémentaire est réalisée dans l'expérience de STERN et GERLACH où un faisceau d'atomes d'argent, en traversant un champ magnétique non uniforme, se divise en deux pinceaux avec une séparation indiquant des moments atomiques de signes opposés avec, comme valeur, un magnéton de BOHR.

À Strasbourg, WEISS ne peut qu'accepter ces arguments expérimentaux en faveur de $\mu_B$, mais continue à affirmer l'égale réalité de son « magnéton expérimental » ($= \mu_B/5$) qui, fondée sur l'évidence expérimentale est, selon lui, incontestable (16) : « les expériences de GERLACH sont venues montrer que, dans certains corps simples à l'état gazeux, ou l'étage extérieur est formé d'un électron unique, le moment atomique est en effet un
magnéton de BOHR... Mais lorsque les physiciens de l'école de SOMMERFELD essayent de contester la validité de la commune mesure cinq fois plus petite que le magnéton de BOHR et d'expliquer, au moyen de ce dernier, la grandeur des paramagnétismes observés, ils se mettent en contradiction avec l'expérience... ». Pour préciser sa position, WEISS conclut : « En résumé, le moment de l'orbite d'un électron isolé tournant autour d'un centre positif est égal à un magnéton de BOHR ou à 5 magnétons expérimentaux. Mais dans les édifices atomiques plus compliques, l'expérience montre que le moment de l'atome est un multiple entier du magnéton expérimental. C'est à la théorie d'interpréter ce fait ; quand elle aura réussi à déduire le magnéton expérimental des règles de la dynamique de l'atome, un progrès important aura été réalisé ». WEISS campe ainsi sur sa position épistémologique traditionnelle, considérant l'observation empirique comme source fondamentale de la connaissance et n'exigeant de l'activité théorique que d'en justifier les résultats. Mais on notera aussi que, dans son propre laboratoire, les certitudes du maître sont mises en question quand, en 1920, BAUER et PICCARD publient leur étude expérimentale particulièrement précise du paramagnétisme des gaz O₂ et NO, et concluent : « il semble impossible actuellement de faire cadrer les résultats de nos mesures avec la théorie du magnéton ».

En ce début des années 20, l'étude théorique des atomes plus compliqués, sollicitée par WEISS, est effectivement lancée. II s'agit surtout d'en comprendre la spectroscopie qui ne peut plus se satisfaire des seuls nombres quantiques (n, 1, m) pour rendre compte de données plus complexes, telles la structure en multiplets des raies et l'effet ZEEMAN « anomal ». L'école de SOMMERFELD — où apparaissent les jeunes W. PAULI et W. HEISENBERG — aborde alors ces problèmes par une analyse phénoménologique de ces données, pour établir des lois empiriques décrivant les spectres et leur décomposition dans un champ magnétique. En utilisant un « modèle vectoriel » pour décrire le couplage du moment cinétique de l'électron optique avec celui du reste de l'atome, les physiciens sont conduits à introduire un quatrième nombre quantique, j, attaché à un moment cinétique « interne » de nature encore indécise, qui a la particularité curieuse d'admettre des valeurs demi-entières ; les règles de sélection empiriques sont $Δj = 0 \pm 1$. C'est finalement en 1925 que toute cette « zoologie des spectres » trouve une signification cohérente avec l'hypothèse du spin électronique d'UHLENBECK et GOUDSMIT, le principe d'exclusion de PAULI et les règles de couplage des moments cinétiques de RUSSEL et SAUNDERS.

Dans l'hypothèse du spin, l'électron optique est doté d'un moment cinétique intrinsèque s avec les nombres quantiques (s, m<sub>s</sub>) ou s = 1/2 et m<sub>s</sub> = ±1/2 ; en s'additionnant au moment orbital I caractérisé par les nombres (1,m), il génère le moment cinétique « total » j = 1 + s avec les nombres quantiques j = 1 ± 1/2 et m<sub>j</sub> = m ± 1/2. Ainsi s'explique la structure fine en doublet des raies spectrales impliquant un seul électron optique (atomes alcalins) ; l'écart énergétique est attribué à l'« interaction spin-orbite » de nature magnétique et d'énergie a.l.s. Afin de rendre compte des particularités de l'effet ZEEMAN anomal, le spin est pourvu d'un moment magnétique de la forme μ<sub>s</sub> = 2(e/2m<sub>e</sub>) s qui, curieusement, diffère de celle du mouvement orbital par le facteur 2 ; l'énergie magnétique à l'origine de l'effet ZEEMAN est alors donné par ΔE<sub>m</sub> = - (e/2m<sub>e</sub>) H (I<sub>z</sub> + 2s<sub>z</sub>), où le second terme est responsable des « anomalies » ainsi que des variations avec l'intensité du champ mises en évidence par PASCHEN et BACK. Pour les champs faibles, quand l'interaction de ZEEMAN ΔE<sub>x</sub> est inférieure a l'interaction spin-orbite, la structure en doublet du terme spectral (n,l) reste caractérisée par j ; les composantes ZEEMAN sont alors données par
ΔE<sub>m</sub> = mj gj μ<sub>B</sub>H ou gj est le facteur de LANDE, dont les valeurs empiriques en fonction
de I, s et j se trouvent justifiées par le modèle vectoriel. Pour les champs forts, où le couplage spin-orbite est relativement faible, les moments 1 et s sont quantifiés séparément et l'effet ZEEMAN se manifeste sous sa forme « normale » $\Delta E_m = (m+2m_s)\mu_B H$.

L'extension du traitement aux systèmes ou plusieurs électrons sont optiquement actifs est proposée par RUSSEL et SAUNDERS dans leur discussion des *Nouvelles régularités dans les spectres alcalinoterreux* : dans l'esprit du modèle vectoriel de SOMMERFELD et LANDE, ils additionnent séparément les moments orbitaux, $\Sigma|\downarrow = L$, et de spin, $\Sigma|\downarrow = S$, des électrons actifs, pour définir le moment cinétique total de l'atome $L+S=J$. Un terme spectral ($L,S$) a donc une structure en multiplet dont les $2S+1$ éléments sont caractérisés par les nombres $J$ compris entre $L+S$ et $|L-S|$ ; leur séparation traduit une interaction spin-orbite de la forme $AL.S$. Dans le cas des alcalino-terreux avec deux électrons optiques, le couplage de RUSSEL et SAUNDERS justifie la structure fine en singulet ($S=0$) et en triplet ($S=1$). Les notations introduites à ce propos par les auteurs pour représenter les termes spectraux $(2s+1)L$ et les multiplets $(2s+1)L_j$ resteront d'usage courant par la suite. Quant à l'effet ZEEMAN, il est « normal » si $S=0$ ; sinon on retrouve les expressions établies pour l'effet ZEEMAN anormal des alcalins, en remplaçant les moments cinétiques monoélectroniques 1, s et j par les moments composes $L, S$ et $J$ ; ainsi pour les champs faibles, les énergies ZEEMAN décrivant l'éclatement de l'état ($L,S,J$) sont de la forme $\Delta E_m = M_J g_J \mu_B H$, où $M_J$ est le nombre magnétique correspondant à $J$ ; $g_J$ est le facteur de LANDE dont l'expression est formellement analogue à celle de $g_J$.

Toujours en 1925, par ses propres réflexions sur l'origine des propriétés spectrales et magnétiques des atomes, PAULI conclut, indépendamment d'UHLENBECK et GOUDSMIT, à l'existence d'une propriété quantique de l'électron, « admettant deux valeurs, sans description classique » ; puis il en tient compte pour énoncer son principe d'exclusion régissant la structure électronique de l'édifice atomique : chacun des électrons atomiques soumis au champ central du reste de l'atome peut se trouver dans l'un des états ($n,l,m,m_s$) ou $m_s$ est le nouveau nombre quantique à deux valeurs ; mais dans la répartition des Z électrons atomiques entre les états, chacun de ceux-ci est exclusivement réservé à un seul électron. Ainsi se trouvent justifiées et précisées les idées entrevues par BOHR des 1913 dans sa discussion du tableau périodique des éléments : chaque orbite ($n,l,m$) peut être occupé par 2 électrons appariés ($m_s = \pm 1/2$) de spins antiparallèles ; chaque sous-couche ($n,l$) peut contenir $2(21+1)$ électrons équivalents et chaque couche ($n$) se remplit avec $2n^2$ électrons, en conformité avec les périodes du tableau de MENDELEEV.

L'Ancienne théorie des quanta dispose ainsi, des 1925, des outils pour une description unifiée des propriétés chimiques, spectroscopiques et magnétiques des atomes. En magnétisme, les avancées sont rapides. Le Conseil de physique SOLVAY y est consacré en 1930. Dans sa contribution intitulée *Spectroscopie et Magnétisme*, SOMMERFELD rappelle les apports de la nouvelle approche théorique à la compréhension des moments atomiques et du paramagnétisme. En amendant la description classique de LANGEVIN pour tenir compte de la quantification spatiale, on retrouve l'essentiel des variations de l'aimantation avec $H$ et $T$. Dans la loi de CURIE ainsi réinterprétée, le moment magnétique dépend des nombres quantiques ($L, S, J$) de l'état fondamental selon l'expression $\mu^2 = g_J^2 [J(J+1)] \mu_B^2$, $g_J$ est le facteur spectroscopique de LANDE ; dans la limite des champs forts et des températures basses, l'aimantation tend vers sa valeur maximale de saturation, qui dépend de $J$ sous la forme $M_0 = N(g_J J \mu_B)$.
Comme une couche électronique complètement remplie ne contribue pas au moment total J, les candidats naturels au paramagnétisme sont les éléments de transition comportant des sous-couches internes incomplètes. Dans son « interprétation par la théorie atomique du magnétisme des terres rares » (1925), HUND a déterminé, pour la sous-couche incomplète (40 des éléments de terres rares, l'état spectroscopique fondamental en utilisant ses règles empiriques de combinaison des spins et moments orbitaux individuels (règles de HUND), puis en déduit les moments magnétiques correspondants ; à deux exceptions près, les valeurs ainsi calculées à priori sont en accord remarquable avec celles déduites des constantes de CURIE déterminées par CABRERA et d'autres avec les ions trivalents des terres rares dans des sels solides ou en solution. Plus tard VAN VLECK note que les exceptions se distinguent par une largeur spectrale des multiplets inferieure a kT, ce qui se traduit par un découplage thermique de l'interaction spin-orbite et des contributions separees du spin S et du moment orbital L ; l'expression correspondante $\mu^2 = [4S(S+1)+L(L+1)]\mu_B^2$, à son tour, est alors en excellent accord avec les valeurs expérimentales. C'est parce que la sous-couche 4f porteuse du moment magnétique est protégée des perturbations extérieures par les sous-couches remplies 5s et 5p que les ions de terres rares en phase dense ont un comportement paramagnétique bien caractérisé. Cependant, pour les ions de la première famille de transition — le groupe du fer — le moment magnétique est porte par la sous-couche 3d externe, directement accessible aux perturbations de l'environnement. Les propriétés paramagnétiques sont alors plus délicates à interpréter : comme l'avait montré G. FOEX des ses premiers travaux sur le « paramagnétisme à champ moléculaire le comportement thermique de la susceptibilité est généralement décrit par une loi de CURIE-WEISS, $x = C/(T-\theta)$, ou la température $\theta$ peut être positive ou négative ; cette grandeur phénoménologique représente un champ local des perturbations magnétiques de natures diverses, pouvant dependre de la concentration dans les solutions salines, de la direction dans les cristaux orientes, ... ; quant aux moments atomiques, déduits des valeurs observées des constantes C, ils résultent de contributions découplées du spin S et du moment cinétique L avec, dans beaucoup de cas, un blocage total du mouvement orbital, i.e., $\mu^2 = 4S(S+1)\mu_B^2$. Dans son rapport, SOMMERFELD souligne enfin le succès du traitement quantique appliqué aux molécules diatomiques, telles $O_2$ et NO, qui, à l'état gazeux, sont des systèmes-modèles de paramagnétiques purs ; les calculs de VAN VLECK, fondés sur les données spectroscopiques des molécules, reproduisent en effet très précisément les valeurs empiriques des moments magnétiques déduites des constantes de CURIE, lors des expériences de PICCARD et BAUER notamment.

Pierre WEISS accepte (’argumentation de SOMMERFELD « Je suis vivement frappé de la beauté des résultats obtenus par la transposition des principes de l’analyse spectrale aux problèmes du paramagnétisme. La manière dont la théorie de HUND reproduit les données expérimentales concernant les terres rares est tout à fait remarquable »). Mais « les difficultés que rencontre la théorie spectroscopique dans le cas des ions de la famille du fer » et l’hypothèse du blocage des moments orbitaux entretiennent son scepticisme : comme contre-exemple illustratif des limites de la théorie spectroscopique, il relève l’ion $Mn^{++}$ caractérisé par un moment orbital nul, ce qui assure la validité de l’expression fondée sur le seul spin S ; or les 29,5 magnétons expérimentaux ainsi calcules différent des données expérimentales de 29,0 magnétons selon une valeur « hors de proportion avec l’erreur expérimentale possible ». Pour WEISS la signification de son magnéton expérimental reste plus que jamais le problème central, incomplètement traite par les théories quantiques. Son opinion est relayée par son collègue expérimentateur CABRERA qui, sous le titre *L’étude expérimentale du magnétisme : le magnéton*, présente au
Congrès les données expérimentales de l'époque ; après avoir estime que le magnéton de WEISS n'apparaît clairement que « dans les structures chimiques plus complexes où la théorie des quanta ne peut être développée avec précision », il précise que « La persistance avec laquelle le magnéton de WEISS apparaît dans ces cas comme unité naturelle des moments atomiques ne peut être attribuée à un pur hasard. La théorie a fourni dans le cas des terres rares des nombres si voisins des résultats empiriques, qu'il est certainement difficile de ne pas donner à cette concordance la valeur d'une preuve de son exactitude ; pourtant la vérification du magnéton de WEISS est encore plus certaine. À notre avis il est évident que la mécanique des systèmes électroniques n'est pas encore complètement établie. »

Telle est l'opinion que, pour l'essentiel, P. WEISS gardera jusqu'à la fin, en 1939. Face aux évidences théoriques de la physique quantique, qui ignore le magnéton expérimental, il faut renforcer les évidences empiriques en faveur de celui-ci ; tout au plus, WEISS admettra-t-il que son magnéton « a sans doute une signification profonde différente à la vérité et moins générale que celle qui avait été d'abord envisagée ». Pour les expérimentateurs strasbourgeois, l'étude des moments atomiques, avec une attention particulière aux éléments de transition du groupe de Fe, reste donc une priorité. Le groupe de recherche sur le paramagnétisme, dirige par G. FOEX, s'y emploie avec les sels métalliques, au moyen de la méthode des constantes de CURIE. A. LALLEMAND, dans son travail de doctorat (1934) reprend avec soin les mesures des moments magnétiques Mn++ et Fe+++, mais trouve la valeur de 29,5 magnétons expérimentaux qui est prévue par la théorie quantique, et non les multiples entiers de magnétons annoncés par WEISS. Pourtant, avec d'autres ions, tel Co++, l'expérience met en évidence l'existence imprévue et inexplicée de plusieurs moments qui se trouvent séparés par quelques unités de magnétons de WEISS.

C'est naturellement dans le groupe de travail sur le ferromagnétisme, anime par R. FORRER en contact direct avec P. WEISS, que le souci pour le magnéton expérimental persiste le plus nettement. Dans un effort systématique considérant les métaux Fe, Co, Ni purs, leurs alliages ainsi que des solutions dans Ni et Co d'autres métaux, les moments atomiques sont déduits des valeurs d'aimantation à saturation Mo, obtenues par extrapolation aux champs élèves et aux températures basses des mesures d'aimantation M(T,H). Le programme de recherche suit fidèlement la voie tracée depuis la définition initiale du magnéton en 1909, quand WEISS, utilisant les mesures faites à Leyde à la température de l'hydrogène liquide, avait évalué les moments atomiques du fer et du nickel et trouve qu'ils étaient dans le rapport 11 à 3, selon son unité de magnéton. Par la suite, au cours des années 20, la validité du magnéton de WEISS a été soulignée par les études de R. FORRER de l'aimantation à saturation des alliages des métaux ferromagnétiques entre eux (Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co ...) : en représentant les moments atomiques moyens en fonction des titres atomiques des constituants, il avait mis en évidence des variations linéaires avec des pentes généralement données par des nombres entiers de ces magnétons expérimentaux. Des régularités du même ordre sont signalées par Ch. SADRON dans sa thèse intitulée *Les moments ferromagnétiques des éléments et le système périodique* (1932). Considérant des solutions solides de divers éléments dans le nickel, et le cobalt, il mesure le moment atomique moyen en fonction de la concentration du soluté ; conformément à la loi des mélanges, la variation est linéaire, ce qui permet d'évaluer le moment atomique de l'élément dissous ; pour les éléments de la ligne du fer, V, Cr, Mn, Fe, Co, de numéros atomiques entre 23 et 28, les résultats sont remarquables : les moments sont sensiblement donnés par un nombre entier de magnétons de WEISS,
diminuant de 4 unités par électron supplémentaire, entre 23 magnétons expérimentaux pour V (Z = 23) et 3 magnétons pour Ni (Z = 28) ; le magnéton de BOHR, cependant, intervient pour les éléments avec des sous-couches saturées ou le moment dépend des électrons de valence : pour Cu, Zn, Al, Si, ... comportant 1, 2, 3, 4, ... électrons extérieurs, le moment mesure augmente d'une unité µB par électron supplémentaire. Par la suite, M. FALLOT consacre une étude analogue aux solutions de divers éléments (Si, Al, Cr, V, Au ...) dans le fer ; dans sa thèse sur *Le ferromagnétisme des alliages de fer* (1935), il montre que le moment atomique moyen de l'alliage diminue lorsque le titre de l'élément dissous augmente ; et cette diminution a lieu comme si le soluté n'avait pas de moment ferromagnétique dans le fer, contrairement à ce qui est observé dans le nickel.

Néanmoins, toute cette abondante moisson d'observations expérimentales, examinée à la lumière de la récente théorie quantique de la structure atomique, peine à trouver des interprétations claires et convaincantes. Au Congrès SOLVAY, quand P. WEISS présente son rapport sur *Les phénomènes gyromagnétiques* — étudiés depuis 1915 au moyen de l'aimantation par rotation (BARNETT) ou de la rotation par aimantation (EINSTEIN — DE HAAS) — il admet que la valeur, proche de 2, du rapport gyromagnétique mesuré avec les échantillons ferromagnétiques est « une présomption très forte en faveur de l'attribution du ferromagnétisme à l'électron pivotant », i.e. au spin. Le moment ferromagnétique, déduit de l'aimantation à saturation, serait alors égal à $2S_μ_B$, ce qui ne peut cependant pas expliquer les valeurs observées qui sont entières en magnétons de WEISS, mais fractionnaires en magnétons de BOHR : 0,6µB pour Ni, 1,75 µB pour Co et 2,2 µB pour Fe. On invoque alors, pour les métaux, des modèles *ad hoc* comportant un mélange à l'équilibre d'atomes neutres et d'ions de moments magnétiques différents ; tel est, par exemple, le point de vue adopté par SADRON dans son étude des alliages. Afin de justifier l'intervention du magnéton de WEISS, FORRER note, pour sa part, que le facteur 5 le liant au magnéton de BOHR est aussi le degré de dégénérescence orbitale, 2 1 + 1, des électrons magnétogènes 3d de la famille du fer, et en tire l'indication d'une contribution significative du magnétisme orbital s'ajoutant à la contribution principale due au spin.

Mais entre-temps, au début des années 30, l'école de SOMMERFELD, avec PAULI et HEISENBERG, avait ouvert de nouvelles voies de compréhension théorique en étendant le traitement quantique de la structure électronique des atomes aux solides. Ainsi, dès 1927, PAULI a cherché une application de la récente statistique de FERMI-DIRAC, impliquée par son principe d'exclusion, et considéré le paramagnétisme du gaz des électrons de conduction dans les métaux alcalins : dans la limite T = 0, tous les spins électroniques sont appariés et le moment résultant est nécessairement nul ; mais aux températures finies, le nombre de spins pouvant s'orienter librement dans le champ et, par conséquent, la constante de CURIE, sont proportionnels à T, ce qui explique le faible paramagnétisme indépendant de la température effectivement observé. Le concept des bandes d'énergie pour les électrons soumis au potentiel périodique des réseaux cristallins était introduit par F. BLOCH en 1928 quand il préparait sa thèse sous la direction de HEISENBERG. La structure précise des bandes avec la géométrie des zones dans l'espace réciproque était décrite en 1930 à Paris par L. BRILLOUIN, ancien élève de SOMMERFELD. À la même époque, R. PEIERLS, chargé par HEISENBERG de préciser les propriétés dynamiques des électrons dans les champs électriques et magnétiques externes, a souligné le rôle et les propriétés des états électroniques non occupés — ou « trous » — dans une bande, comme porteurs de charge positive. C'est dans ce nouveau cadre théorique de la physique des solides que N.F. MOTT reprend le
problème de la structure et des propriétés des métaux ferromagnétiques (1935) : considérant le nickel, il calcule la forme des bandes d'énergie électronique correspondant aux états atomiques 3d et 4s et montre que la bande étroite 3d d'électrons quasi-localisés est recouverte par la bande large 4s d'électrons quasi-libres ; quant à l'occupation des bandes, il trouve que le sommet de la distribution de FERMI correspond à environ 0,6 électrons par atome dans la bande 4s et, par conséquent, un déficit de même valeur dans la bande 3d ; ce qui explique la valeur de 0,61μ<sub>B</sub> observée pour le moment ferromagnétique du nickel, car un trou positif dans une bande remplie est magnétiquement équivalent a un électron dans une bande par ailleurs vide. Une autre confirmation, particulièrement convaincante, de la validité du traitement de MOTT est fournie par les données obtenues par SADRON sur les moments ferromagnétiques des solutions de Cu, Zn, Al et Si : inclus dans le nickel, ces métaux sont donneurs de 1, 2, 3 et 4 électrons qui bouchent un trou entrainant des diminutions du moment de l'alliage par des unités de μ<sub>B</sub> ; avec Cu, en particulier le moment s'annule lorsque le titre atomique atteint les 60% prévus pour compenser la totalité des trous. Pour d'autres systèmes ferromagnétiques, le fer et ses alliages étudiés par FALLOT, en particulier, l'interprétation par la théorie des bandes 3d et 4s est moins heureuse et d'autres explications doivent être envisagées. Sur l'impulsion de la jeune et forte personnalité de L. NEEL, docteur en 1932 et professeur en 1937, le groupe strasbourgeois s'y emploie, avec d'autres ; NEEL envisage ainsi des électrons 3d strictement localisés dans deux variétés d'ions en équilibre thermodynamique avec l'atmosphère d'électrons s ; par ailleurs, dans le réseau du fer, la distance relativement réduite des couches 3d entre proches voisins favorise l'orientation antiparallèle des trous, entrainant un déficit de la saturation, conformément a l'observation expérimentale. En 1939, à Strasbourg, devant la communauté internationale réunie par WEISS pour le *Conès sur le magnétisme*, NEEL présente l'état des recherches expérimentales et théoriques sous le titre *Champ moléculaire, aimantation à saturation et constantes de CURIE des éléments de transition et de leurs alliages* ; l'exposé, largement apprécié par l'auditoire, souligne la part importante des contributions strasbourgeoises, mais ne mentionne plus le magnéton de WEISS ; à cette date, seuls le maître et ses proches et anciens collaborateurs FOEX et FORRER s'interrogent encore sur son éventuelle signification.

Tout comme la notion préquantique du magnéton expérimental de WEISS a posé le problème de la nature quantique des porteurs élémentaires de moment magnétique, son concept phénoménologique de champ moléculaire suscite les interrogations des théoriciens sur la nature microscopique des interactions entre ces porteurs. WEISS remarque d'entrée que l'interaction magnétique classique entre les moments élémentaires ne peut rendre compte du phénomène (20) : « Quand on calcule la valeur du champ moléculaire dans les métaux, on est surpris de l'énormité des nombres obtenus qui sont de l'ordre de 10⁷ gauss. De tels champs sont incompatibles avec les grandeurs connues des moments magnétiques élémentaires ». Puis il suit son inclinaison naturelle vers les descriptions phénoménologique et thermodynamique : « Pour m'affranchir de toute hypothèse particulière sur la nature des forces exprimées par le champ moléculaire, j'ai substitué à la définition primitive une autre, équivalente, où il apparaît comme la dérivée de l'énergie par rapport à l'aimantation », i.e., H<sub>m</sub> = -δU/δM. Cependant, « plus tard, un rapprochement avec la théorie des diélectriques à pouvoir inducteur spécifique variable avec la température, m'a permis de reconnaître que les actions mutuelles qui s'exercent entre les molécules douées de moment sont probablement d'origine électrostatique ». Dans cette notice de 1926, WEISS — qui, au mois de juin de cette année, avait participé à une semaine de discussion sur le magnétisme à Zurich, organisée par DEBYE, en
présence de LANGEVIN, SOMMERFELD, PAULI, SCHRODINGER et S'T'ERN — pose
alors le problème a la jeune théorie quantique. C'est HEISENBERG qui, en 1928, en
propose la solution dans sa contribution *Sur la théorie du ferromagnétisme : «Nous
essaierons de montrer que l'interaction coulombienne combinée au principe de PAULI
donne le même résultat que le champ moléculaire postulé par WEISS »* ; à cause du
principe d'exclusion le changement d'orientation relative de deux spins électroniques se
traduit par un changement de la distribution spatiale des charges et par conséquent de
l'énergie d'interaction coulombienne ; celle-ci est donne par l'intégrale d'échange
introduite en 1927 par HEITLER et LONDON dans leur traitement de la liaison covalente
moléculaire. La forme actuellement familière du « modèle de HEISENBERG » pour
l'énergie d'interaction magnétique entre deux atomes, $H(1,2) = -2J S_1.S_2$, est suggérée par
DIRAC en 1929. L'intégrale J est déterminée par le recouvrement des fonctions d'onde
électroniques des deux atomes, ce qui justifie l'intensité requise de l'interaction ; mais sa
portée spatiale diminue exponentiellement et ne touche, pour l'essentiel, que les proches
voisins dans le métal. Conformément à sa vision phénoménologique, l'École de WEISS
participe peu à l'approfondissement quantique du magnétisme. La forme de l'énergie
d'interaction magnétique avancée par HEISENBERG met toutefois en question
l'uniformité spatiale du champ moléculaire de WEISS, laquelle peut être affectée par les
fluctuations locales liées aux variations de répartition des proches voisins.

C'est NEEL, qui, à l'Institut de physique, reprend alors le problème du champ moléculaire sur des bases entièrement nouvelles avec son concept de « champ moléculaire local ». Dans sa thèse, soutenue en 1932, sous le titre *Influence des fluctuations du champ moléculaire sur les propriétés magnétiques des corps, il présente son traitement* — configuration locale de proches voisins couplés par l'interaction d'échange intense et de courte portée ; ce champ local est soumis à des fluctuations importantes dont l'effet doit être traité par la mécanique statistique. L'autre composante traduit l'interaction faible mais de longue portée du quasi-continuum de moments magnétiques éloignés, représentée par un champ moléculaire uniforme à la WEISS. NEEL interprète ainsi d'importantes observations expérimentales encore inexplicuées, telles le comportement non linéaire des courbes $\chi^{-1} = f(T)$ au voisinage de la transition entre les états para- et ferromagnétiques, ce qui conduit à introduire deux points de Curie. En notant que son champ local peut être négatif, et qu'il oriente ainsi les moments en sens inverse des voisins, il propose par ailleurs une explication du paramagnétisme constant de nombreux métaux. La même idée le conduit plus tard à la prédiction de l'« antiferromagnétisme » (1936). Ce nouvel état magnétique peut se manifester dans des matériaux cristallins ou les moments magnétiques sur des sites équivalents s'entourent de proches voisins d'orientation opposée ; la structure se révèle alors comme l'imbrication de deux sous-réseaux ferromagnétiques d'aimantations opposées avec, à basse température, une aimantation résultante nulle si les composantes sont égales en valeur absolue. À l'instar de l'état ferromagnétique, l' antiferromagnétisme disparaît aux températures supérieures a une valeur critique, la « température de Néel », ou se présentent les mêmes anomalies thermodynamiques qu'au point de Curie. Les prévisions du chercheur strasbourgeois, d'abord accueillies avec scepticisme, sont confirmées en 1938 à Bellevue par l'observation expérimentale, dans MnO, de toutes les propriétés annoncées, incluant l'existence de la température de Néel. Plus tard, NEEL étend son raisonnement aux cas ou les deux sous-réseaux imbriques ont des aimantations antiparallèles dont les valeurs absolues ne sont plus égales, de sorte que l'aimantation résultante n'est pas nulle : il s'agit des matériaux « ferrimagnétiques », dont les exemples particulièrement représentatifs sont les ferrites $Fe_2O_3$, largement utilisées
dans les mémoires et bobines de l'électronique contemporaine. Mais ce travail se situe en 1948, alors que NEEL développe à Grenoble une nouvelle phase de ses recherches commencées à l'Institut de physique et interrompues par la guerre.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Louis Néel (1904-2000)
Élève et collaborateur de Weiss à Strasbourg, il poursuit après la guerre ses recherches sur des nouveaux états magnétiques de la matière à Grenoble.
Prix Nobel 1970.</figcaption></figure>

La guerre qui éclate en septembre 1939 signe la fin du laboratoire de WEISS a l'Institut de physique. La ville est évacuée, et l'Université s'exile à Clermont-Ferrand avec un demi-millier d'étudiants et de professeurs. La mise à l'abri du précieux équipement de recherche du laboratoire est organisée par NEEL et SADRON qui transfèrent plusieurs wagons à Meudon. WEISS se retire à Lyon et y décède l'année suivante. Quant aux jeunes physiciens, ils sont mobilisés dans des services techniques de la Défense nationale : NEEL, LALLEMAND, SALEILLET et GUILLAUD sont chargés de développer des cellules photoélectriques de détection de rayonnements infra-rouges dans les laboratoires du CNRS à Bellevue; puis NEEL est appelé au Centre d'études de la Marine à Toulon pour mettre au point son procédé de désaimantation des navires afin de neutraliser les mines magnétiques. Après la défaite, une partie des enseignants démobilisés est de retour à l'Université, à Clermont-Ferrand avec des conditions de travail précaires et son esprit de résistance à l'occupation nazie qui s'installe en novembre 1942; parmi d'autres, FOEX et SADRON vivent cette époque : le premier doit prendre la clandestinité alors que le second est pris dans la rafle du 25 novembre 1943 et déporté à Buchenwald. Pour sa part, NEEL est en Afrique du Nord et accepte, dès 1940, l'offre de s'établir à Grenoble; il est alors rejoint par FORRER et son assistant Louis WEIL qui l'aident à monter le laboratoire de magnétisme d'excellence que l'on connaît (22).

En 1945, au sortir de la guerre, le laboratoire de Louis NEEL à Grenoble et le laboratoire créé en 1943 par Charles GUILLAUD à Bellevue sont pleinement opérationnels. À Strasbourg, Gabriel FOEX et Robert FORRER sont de retour à l'Institut de physique avec la lourde tâche de reconstruire un laboratoire digne de celui d'avant-guerre. L'héritage de Pierre WEISS se trouve dès lors partagé entre trois foyers, Strasbourg, Grenoble et Bellevue (23).
(1) F. L'Huillier, *Histoire de l'Alsace*, PUF, Que sais-je, 1965

(2) B. Vogler, *Histoire culturelle de ?Alsace*, La Nuée Bleue, Strasbourg, 1994

(3) C. Baechler, *L'Université allemande de Strasbourg et l'Alsace-Lorraine (1872-1918)*, in : Actes du Colloque organise a l'occasion du 450e anniversaire des enseignements supérieurs à Strasbourg, Presses universitaires de Strasbourg, 1988: p. 133

(4) V. Karady, *Les universités de la Troisième République*, in : *Histoire des universités en France* (dir. J. Verger), Privat, Toulouse, 1986

(5) H. Ollivier, *Cours de physique générale*, tomes I a HI, Libr. Sc. A. Hermann, Paris

(6) D. Pestre, *Physique et physiciens en France (1918-1948)*, Éditions des Archives contemporaines, Paris, 1984

(7) C. Jungnickel et R. Mc Cormmach, *Intellectual mastery of nature*, The University of Chicago Press, 1986

(8) R. Mosseri, *Leon Brillouin, à la croisée des ondes*, Belin, 1999

(9) J.C. Boudenot, *Histoire de la physique et des physiciens*, Ellipses, Paris, 2001, chap. VI a VII

(10) M. Charpentier-Morize, *Perrin, savant et homme politique*, Belin, Paris, 1997

(11) P. Bensaude-Vincent, *Langevin, science et vigilance*, Belin, Paris, 1987

(12) G. Foex, L'œuvre scientifique de Pierre Weiss, Ann. Phys., 20 (1945), 111

(13) E. Bauer, *Le magnétisme depuis cinquante ans*, conférence au Congres du magnétisme, Strasbourg, 1939; in : *L'électromagnétisme hier et aujourd'hui*, Albin Michel, Paris, 1949, pp. 239-257

(14) J.H. van Vleck, *Landmarks in the theory of magnetism*, Am. J. Phys. 18 (1950) 495

(15) P. Weiss et G. Foex, *Le magnétisme*, Armand Colin, Paris, 1951

(16) P. Weiss, *Notice sur les travaux scientifiques*, Strasbourg, 1926

(17) L. Neel, *Magnétisme*, Encyclopaedia Universalis, 11 (1985) 490

(18) F. Olivier-Utard, *Histoire de l'Université de Strasbourg dans l'entre-deux guerres*, Presses universitaires de Strasbourg, 2005

(19) E. Bauer, *La physique il y à 50 ans*, Bulletin de la SFP, Janvier 1964
(20) Institut International de Physique Solvay, *Le magnétisme*, Rapports et discussions du sixième Conseil de physique, Gauthier-Villars, Paris, 1930

(21) *Le Magnétisme*. Réunion organisée en collaboration avec l'Institut de physique et l'Université de Strasbourg (21/25 mai 1939), Collection scientifique. Institut international de coopération intellectuelle, Paris, 1940

(22) D. Pestre, *Louis Néel, le magnétisme et Grenoble*, Cahiers pour l'histoire du CNRS, 1939-1989, CNRS Éditions

(23) L. Néel, L'École française de magnétisme, Bulletin de l'Union des physiciens, **588** (1976) 169.