Biographie
Le père de Charles Augustin Coulomb était Henry Coulomb et sa mère était Catherine Bajet. Ses deux parents sont issus de familles bien connues dans leurs domaines. La famille de son père était importante dans la profession juridique et dans l’administration de la région du Languedoc en France, et la famille de sa mère était également assez riche. Après avoir grandi à Angoulême, la capitale de l’Angoumois dans le sud-ouest de la France, la famille de Coulomb s’installe à Paris. À Paris, il entra au Collège Mazarin, où il reçut une bonne formation classique en langue, littérature et philosophie, et il reçut le meilleur enseignement disponible en mathématiques, astronomie, chimie et botanique.
À ce stade de son éducation, il y avait une crise pour Coulomb. Malgré la bonne réputation de son père, il avait fait des spéculations financières infructueuses, avait perdu tout son argent et avait déménagé de Paris à Montpellier. La mère de Coulomb est restée à Paris mais Coulomb a eu un désaccord avec elle sur la direction que devrait prendre sa carrière alors il quitte Paris et se rend à Montpellier pour vivre avec son père. À ce stade, les intérêts de Coulomb étaient principalement dans les mathématiques et l’astronomie et pendant son séjour à Montpellier, il y rejoignit la Société des Sciences en mars 1757 et lut plusieurs articles sur ces sujets à la Société.
Coulomb voulait entrer à l’École du Génie de Mézières mais se rendit compte que pour réussir les examens d’entrée, il avait besoin d’être tutoré. En octobre 1758, il se rend à Paris pour y recevoir le tutorat nécessaire pour passer les examens. Camus avait été nommé examinateur des écoles d’artillerie en 1755 et c’est son Cours de mathématiques Ⓣ que Coulomb étudia pendant plusieurs mois. En 1758, Coulomb passe les examens fixés par Camus qu’il réussit et il entre à l’École du Génie de Mézières en février 1760. Il noua à cette époque un certain nombre d’amitiés importantes qui furent importantes dans ses travaux scientifiques ultérieurs, l’une avec Bossut qui fut son professeur à Mézières et l’autre avec Borda.
Coulomb est diplômé en novembre 1761. Il était maintenant ingénieur de formation avec le grade de lieutenant dans le Corps du Génie. Au cours des vingt années suivantes, il a été affecté à divers endroits où il s’est impliqué dans l’ingénierie, dans la conception structurelle, les fortifications, la mécanique des sols et dans de nombreux autres domaines. Sa première affectation est à Brest, mais en février 1764, il est envoyé en Martinique aux Antilles. La Martinique est tombée sous la souveraineté de la France sous Louis XIV en 1658. Cependant, la Martinique fut attaquée par un certain nombre de flottes étrangères au cours des années suivantes. Les Hollandais l’attaquèrent en 1674 mais furent chassés, tout comme les Anglais en 1693 et les Anglais à nouveau en 1759. La Martinique est finalement capturée par les Anglais en 1762 mais est rendue à la France aux termes du traité de Paris en 1763. Les Français tentent alors de sécuriser l’île en construisant un nouveau fort.
Coulomb fut chargé de la construction du nouveau Fort Bourbon et cette tâche l’occupa jusqu’en juin 1772. C’était une période pendant laquelle il montra le côté pratique de ses compétences d’ingénieur nécessaires à l’organisation de la construction, mais ses expériences joueront un rôle majeur dans les mémoires théoriques ultérieurs qu’il écrivit sur la mécanique. En ce qui concerne la santé de Coulomb, ce furent des années difficiles et les maladies dont il souffrit en Martinique le laissèrent en mauvaise santé pour le reste de sa vie.
De retour en France, Coulomb est envoyé à Bouchain. Cependant, il commence maintenant à écrire d’importants travaux sur la mécanique appliquée et il présente son premier travail à l’Académie des Sciences de Paris en 1773. Ce travail, Sur une application des règles, de maximis et minimis à quelques problèmes de statique, relatifs à l’architecture was a été écrit (dans les mots de Coulomb, voir par exemple) : –
… déterminer, dans la mesure où une combinaison de mathématiques et de physique le permettra, l’influence du frottement et de la cohésion dans certains problèmes de statique.
Le fait le plus significatif de ce mémoire d’un point de vue mathématique est peut-être l’utilisation par Coulomb du calcul des variations pour résoudre des problèmes d’ingénierie. Comme l’écrit Gillmor dans: –
Dans ce seul mémoire de 1773, il y a presque un embarras de richesse, car Coulomb a discuté de la théorie de la rupture complète des piliers de maçonnerie, de la conception des arcs voûtés et de la théorie de la pression de la terre. Dans ce dernier, il a développé une théorie généralisée de la mécanique des sols en coin coulissant qui reste utilisée aujourd’hui dans la pratique de l’ingénierie de base. Une raison, peut-être, de la négligence relative de cette partie du travail de Coulomb était qu’il cherchait à démontrer l’utilisation du calcul variationnel dans la formulation de méthodes d’approche de problèmes fondamentaux en mécanique des structures plutôt que de donner des solutions numériques à des problèmes spécifiques.
Il arrive souvent qu’une utilisation sophistiquée des mathématiques dans une application à un domaine où la plupart ont moins de sophistication mathématique, donne au travail des valeurs à long terme qui ne sont pas souvent vues à l’époque. Ce mémoire fut certainement très apprécié par l’Académie des Sciences car il lui valut d’être nommé correspondant de Bossut le 6 juillet 1774. De Bouchain, Coulomb est ensuite affecté à Cherbourg. Pendant qu’il y était, il écrivit un mémoire célèbre sur le compas magnétique qu’il soumit au Grand Prix de l’Académie des Sciences en 1777.
Cet article de 1777 a valu à Coulomb une part du prix et il contenait son premier travail sur la balance de torsion: –
… sa solution simple et élégante au problème de la torsion dans les cylindres et son utilisation de l’équilibre de torsion dans des applications physiques ont été importantes pour de nombreux physiciens au cours des années suivantes. … Coulomb a développé une théorie de la torsion dans les fils fins de soie et de cheveux. Ici, il a été le premier à montrer comment la suspension de torsion pouvait fournir aux physiciens une méthode de mesure précise de forces extrêmement faibles.
Un autre épisode intéressant s’est produit pendant le temps que Coulomb a passé à Cherbourg. Robert-Jacques Turgot est nommé contrôleur général par Louis XVI le 24 août 1774. Il commence à se sentir menacé par ses adversaires politiques en 1775 et entreprend une série de réformes. Parmi ceux-ci, la réforme du Corps du Génie et Turgot appela des mémoires sur sa possible réorganisation. Coulomb a soumis un mémoire donnant ses idées et c’est une occasion fascinante de comprendre ses opinions politiques. Coulomb voulait que l’État et l’individu jouent un rôle égal. Il propose que le Corps du Génie en particulier, et toute la fonction publique en général, reconnaisse les talents de ses membres individuels dans la promotion au sein de l’organisation.
En 1779, Coulomb est envoyé à Rochefort pour collaborer avec le marquis de Montalembert à la construction d’un fort entièrement en bois près de l’Île d’Aix. Comme Coulomb, le marquis de Montalembert avait la réputation d’être un ingénieur militaire qui concevait des fortifications, mais son travail novateur avait été critiqué par de nombreux ingénieurs français :-
Considérant les forteresses comme rien de plus que d’immenses batteries permanentes conçues pour déverser un feu écrasant sur les armées attaquantes, Montalembert simplifia les conceptions géométriques complexes de Vauban et s’appuya sur des structures polygonales simples, souvent avec des forts périphériques détachés au lieu de bastions en saillie.
Pendant son séjour à Rochefort, Coulomb poursuit ses recherches en mécanique, en utilisant notamment les chantiers navals de Rochefort comme laboratoires pour ses expériences. Ses études sur le frottement à Rochefort ont conduit à l’ouvrage majeur de Coulomb sur la Théorie du frottement des machines simples, qui lui a valu le Grand Prix de l’Académie des Sciences en 1781. Dans ce mémoire Coulomb : –
… a étudié le frottement statique et dynamique des surfaces de glissement et le frottement lors de la flexion des cordes et du roulement. À partir de l’examen de nombreux paramètres physiques, il a développé une série d’équations à deux termes, le premier terme étant une constante et le deuxième terme variant avec le temps, la force normale, la vitesse ou d’autres paramètres.
En raison de ce travail primé, les auteurs de:-
Les contributions de Coulomb à la science du frottement étaient exceptionnellement grandes. Sans exagération, on peut dire qu’il a créé cette science.
En fait, ce mémoire de 1781 a changé la vie de Coulomb. Il est élu à la section mécanique de l’Académie des Sciences à la suite de ce travail, et il s’installe à Paris où il occupe désormais un poste permanent. Il n’a plus jamais entrepris de projets d’ingénierie, bien qu’il soit resté consultant sur des questions d’ingénierie, et il a consacré sa vie à partir de ce moment à la physique plutôt qu’à l’ingénierie. Il a écrit sept traités importants sur l’électricité et le magnétisme qu’il a soumis à l’Académie des sciences entre 1785 et 1791. Ces sept articles sont discutés dans où l’auteur montre que Coulomb: –
… avait obtenu des résultats remarquables en utilisant la méthode de l’équilibre de torsion: loi d’attraction et de répulsion, les charges ponctuelles électriques, les pôles magnétiques, la distribution de l’électricité à la surface des corps chargés et autres. L’importance de la loi de Coulomb pour le développement de l’électromagnétisme est examinée et discutée.
Dans ceux-ci, il a développé une théorie de l’attraction et de la répulsion entre des corps de même charge électrique et opposés. Il a démontré une loi carrée inverse pour de telles forces et a ensuite examiné les conducteurs et les diélectriques parfaits. Il a suggéré qu’il n’y avait pas de diélectrique parfait, proposant que chaque substance ait une limite au-dessus de laquelle elle conduirait l’électricité. Ces articles fondamentaux ont avancé le cas d’une action à une distance entre les charges électriques de la même manière que la théorie de la gravitation de Newton était basée sur l’action à une distance entre les masses.
Ces articles sur l’électricité et le magnétisme, bien que les plus importants des travaux de Coulomb sur cette période, ne constituent qu’une petite partie des travaux qu’il entreprend. Il présente vingt-cinq mémoires à l’Académie des Sciences entre 1781 et 1806. Coulomb a travaillé en étroite collaboration avec Bossut, Borda, de Prony et Laplace au cours de cette période. Remarquablement, il a participé aux travaux de 310 comités de l’Académie. Il s’occupait encore de projets d’ingénierie à titre de consultant, dont le plus spectaculaire fut son rapport sur l’amélioration des canaux et des ports en Bretagne en 1783-1784. Il avait été pressé dans cette tâche contre son meilleur jugement et il a fini par prendre le blâme lorsque des critiques ont été formulées et il a passé une semaine en prison en novembre 1783.
Il a également entrepris des services pour les gouvernements français respectifs dans des domaines aussi variés que l’éducation et la réforme des hôpitaux. En 1787, il fit un voyage en Angleterre pour rendre compte des conditions dans les hôpitaux de Londres. En juillet 1784, il est nommé pour s’occuper des fontaines royales et prend en charge une grande partie de l’approvisionnement en eau de Paris. Le 26 février 1790 naît le premier fils de Coulomb, bien qu’il ne soit pas marié à Louise Françoise LeProust Desormeaux qui est la mère de son fils.
Au début de la Révolution française en 1789, Coulomb avait été profondément impliqué dans ses travaux scientifiques. De nombreuses institutions sont réorganisées, pas toutes au goût de Coulomb, et il se retire du Corps du Génie en 1791. À peu près en même temps que l’Académie des Sciences fut supprimée en août 1783, il fut démis de ses fonctions de responsable de l’approvisionnement en eau et, en décembre 1793, le comité des poids et mesures auquel il siégeait fut également dissous. Coulomb et Borda se retirent à la campagne pour faire des recherches scientifiques dans une maison qu’il possédait près de Blois.
L’Académie des Sciences est remplacée par l’Institut de France et Coulomb revient à Paris lorsqu’il est élu à l’Institut en décembre 1795. Le 30 juillet 1797 naît son deuxième fils et, en 1802, il épouse Louise Françoise LeProust Desormeaux, la mère de ses deux fils. Nous avons mentionné ci-dessus que Coulomb était impliqué dans les services à l’éducation. C’était en grande partie entre 1802 et 1806, lorsqu’il était inspecteur général de l’instruction publique et, à ce titre, il était principalement responsable de la création des lycées à travers la France.
Terminons en citant l’hommage que lui rend Biot qui a écrit:-
C’est à Borda et à Coulomb que l’on doit la renaissance de la vraie physique en France, non pas une physique verbeuse et hypothétique, mais cette physique ingénieuse et exacte qui observe et compare tout avec rigueur.