Les trésors de Lyon 1 Université – récits de collections | Objet n°6 : L’appareil de Gaugain

À propos de la collection de Physique de Lyon 1

Conservée par le département de Physique depuis le XIX^e siècle, et enrichie par des dons reçus au fil des années, la collection d’appareils de physique de Lyon 1 Université compte un certain nombre d’objets rares.

Les appareils réunis dans cet ensemble étaient destinés soit à la recherche, soit à l’enseignement dans le cadre de travaux pratiques ou de démonstrations. Ils servaient à réaliser des mesures dans tous les domaines de la physique, de l’électricité à la mécanique en passant par l’optique, mais également dans d’autres champs des sciences, tels que la physiologie ou la minéralogie.

L’objet : un instrument de démonstration d’un phénomène physique abstrait

L'appareil de Gaugain est un instrument de démonstration du XIXᵉ siècle conçu pour rendre visible un phénomène fondamental : le comportement de l'électricité. Constitué de laiton, bois et verre, et mesurant 45 cm de haut pour un mètre de long, cet appareil met en présence deux électrodes de formes différentes : une pointe métallique et une surface plane. Lorsqu'une tension électrique est appliquée entre elles, un arc électrique se forme, et ce plus facilement dans un sens que dans l'autre.

Cette expérience illustre une propriété de l’électricité : l'influence de la géométrie des conducteurs sur la formation d’un arc électrique. Les enseignants s'en servaient pour montrer concrètement aux élèves un phénomène autrement invisible.

Un témoin de l’histoire des concepts fondamentaux de la physique

L'appareil porte le nom du physicien Jean-Mothée Gaugain (1810-1880) qui contribua à l’étude expérimentale de phénomènes électriques dans le contexte du développement des télécommunications filaires, à une période où la physique s’affirmait à la fois comme science théorique et comme pratique expérimentale utile.

Les notices de l’appareil de Gaugain indiquent qu’il devait « montrer que l'électricité positive jaillit plus facilement d’une pointe sur une plaque, et l’électricité négative plus facilement d’une plaque sur une pointe ». Cette description correspond à la théorie de l’électricité « à deux fluides », propre au milieu du XIXᵉ siècle, avant la découverte de l’électron. La concentration du champ électrique au voisinage des pointes conductrices était toutefois déjà connue depuis le XVIIIᵉ siècle : c’est l’effet de pointe, à l’origine du fonctionnement du paratonnerre de Benjamin Franklin.

Aujourd’hui, on explique la formation de l’arc électrique observé dans l’appareil de Gaugain par l’ionisation de l’air, favorisée par cette concentration du champ électrique.

Une acquisition à 40 francs

L'appareil figure dans le registre des acquisitions du département de Physique à partir de 1893, sous la dénomination « appareil à arc ». Il est acheté auprès d'un revendeur d'instruments anciens au prix de 40 francs. La chaire de physique est alors occupée par Georges Gouy, dont les recherches étaient internationalement reconnues. Nous ignorons cependant son rôle dans l’acquisition de cet instrument.

Une pièce unique, un savant à redécouvrir

Cet objet rare semble n’être conservé dans aucune autre collection connue. Seules quelques traces écrites le mentionnant ont été retrouvées[1].

Si l'on ignore si ce nom lui a été attribué directement par Jean-Mothée Gaugain ou s'il lui a été donné en son honneur, cette pièce offre l'occasion de redécouvrir le rôle, aujourd'hui largement oublié, de ce physicien. Ses travaux étaient notamment bien connus de James Clerk Maxwell, l'un des plus grands physiciens du XIXᵉ siècle, dont les quatre équations fondamentales de l'électromagnétisme ont profondément transformé notre compréhension des phénomènes électriques et magnétiques.

Gaugain contribua également à diffuser en France les travaux de Georg Simon Ohm en traduisant et en annotant sa Théorie mathématique des courants électriques, ouvrage célèbre pour la loi d’Ohm (U = R × I).