Le magnétisme désigne l'ensemble des phénomènes qui ont lieu à l'intérieur et autour de matériaux aimantés. Cette aimantation peut être naturelle ou le résultat d'un champ d'induction (électrique ou magnétique). Il existe de nombreuses applications du magnétisme et pour de nombreux domaines différents (informatique, médecine, physique des particules...). Dans cet article, seules les principales applications et expériences de l'histoire du magnétisme seront citées. Les techniques utilisant ou caractérisant le magnétisme seront présentées, de l'Antiquité jusqu'à aujourd'hui.
De l'antiquité jusqu'au : l'origine du magnétisme et les premières applications
L’histoire du magnétisme repose sur une durée longue de 3000 ans. On ne sait ni ou ni quand il a été découvert, cependant quatre pistes restent envisageable : en Égypte et à Sumer, en Amérique centrale, en Chine et enfin en Grèce.
La découverte du magnétisme
Cette histoire repose sur deux phénomènes d'attractions incompris et confondus durant l’antiquité : celle d’un morceau de fer par la pierre d’aimant et celle de la paille par un morceau d’ambre frotté. L’observation du magnétisme repose sur la découverte de pierres qui pouvaient attirer le fer. Ces pierres ont été découvertes dans les environs d'une cité antique nommée mais on ignore s'il s'agit de la Magnésie de Thessalie (Grèce continentale) ou de celle d'Asie mineure., cité qui a donné son nom à ces roches puis au magnétisme.
En Égypte et à Sumer ce sont les plus anciennes traces de matériaux ferromagnétiques qui ont été découvertes dans des tombes datées de 4000 ans À ce jour il reste une question en suspens, les Égyptiens et les Sumériens avaient-ils découvert les propriétés magnétiques de tels matériaux ?
La civilisation chinoise nous livre .
Les Olmèques, peuples précolombiens de Mésoamérique, auraient découvert et utilisé le magnétisme 1000 ans avant les Chinois et seraient donc le peuple précurseur.
Pour ce qui est des Grecs, on attribue à Aristote ce qu'on pourrait appeler la première « discussion scientifique » sur le magnétisme avec Thalès de Milet, qui a vécu entre 625 et 545 av. J.-C. Thalès attribue une âme à l’aimant puisque celui-ci a la propriété de faire mouvoir des objets. Plus tard Démocrite (460 - 370 ) tentera une explication du phénomène en argumentant que : « les atomes de l’aimant pénètrent au milieu du fer pour les agiter ». La théorie de la présence d’une âme dans l’aimant restera ancrée dans les pensées jusqu’au .
L’utilisation du magnétisme
Les Chinois furent la première civilisation à incorporer le magnétisme dans leur science occulte avec une cuillère en pierre de magnétite, cette cuillère est l’ancêtre de la boussoleShen Kuo. Les experts en géomancie se servaient de cette cuillère auquel ils attribuaient des pouvoirs divins pour construire des villes qui seraient « en harmonie avec les cieux ». L’empereur devait même tracer une fois par an un sillon dans la bonne direction (indiqué par la cuillère) pour s’assurer de belles récoltes. Cette « boussole » n’était donc pas destinée à s’orienter. La boussole telle qu’on la connait (en tant qu’instrument de navigation) est apparue bien plus tard. On a tout d’abord cru qu’elle était apparue au , cependant ce serait un autre objet, le chariot pointant vers le sud, qui aurait vu le jour à cette époque. L’emploi d’un compas magnétique terrestre daterait de 1044 et l’utilisation de cet objet pour la navigation aurait eu lieu en 1117. De plus en 1044, Zeng Gongliang décrit un procédé pour créer un « poisson directif » : « on découpe une pièce de fer très fine en forme de poisson… on la porte au rouge dans le feu de charbon et on la retire avec une pince. La queue restant orientée vers le nord, on la trempe dans l’eau pendant quelques minutes. » Mais ce sera Shen Kuo qui décrira pour la première fois la « vraie boussole » dans son livre intitulé « Meng xi bi tan » en 1086. Il écrira : « Quand on polit la pointe d’un aiguille avec une pierre d’aimant, elle s’oriente vers le sud mais légèrement vers l’est, pas vraiment au sud » alt=Texte alternatif|vignette|Gravure d'une boussole L’utilisation du magnétisme en Europe fut plus tardive, il est fait mention de compas magnétique dès le , mais la boussole n’apparut que plus tard vers les années 1300 (probablement découverte par un Italien du nom de Flavio Gioja). En Asie, les premières boussoles auraient été conçues dès 80 tandis qu’au Moyen-Orient les boussoles sont mentionnées à partir de 1232 dans un récit perse. Toutefois, l’hypothèse la plus probable est que la boussole ait été inventée de manière indépendante en Asie et en Europe. Ainsi bien que son invention soit sujette à controverse, l’existence de la boussole prouve que des recherches, même rudimentaires, sur le magnétisme ont bien eu lieu depuis le .
Les premières études scientifiques
En Europe, le début du Moyen Âge ne fut pas une période prolifique pour le magnétisme, et bien qu’il y ait eu des observations de phénomènes, peu de théories furent mises en place et il faudra attendre la seconde moitié de cette période pour voir émerger les fondements du magnétisme moderne.
En 1269, Pierre de Maricourt rédige un traité (« De Magnete ») sur les propriétés des aimants à la suite de ses études sur la métallurgie. Il réalisera ainsi les premiers compas magnétiques. Il pense que le magnétisme peut apporter le mouvement perpétuel très recherché à l'époque médiévale.
En 1589, le physicien italien Giambattista della Porta décrit ses premières observations sur le magnétisme dans son ouvrage Magia naturalis. Il mentionne notamment des expériences menées sur l’attraction du fer par une pierre d’aimant, sur les propriétés des pôles de l’aimant et d’un aimant cassé.
C’est toutefois l’astronome anglais William Gilbert (1544-1603) qui fut le pionnier du magnétisme moderne. En effet, ce dernier publia en 1600 le premier ouvrage dédié au magnétisme, (Du Magnétisme, des Corps Magnétiques et du grand aimant Terre). Ainsi, William Gilbert est le premier scientifique à mettre en œuvre une théorie d’ensemble sur le magnétisme, dans laquelle il décrit la Terre comme un gigantesque aimant (ce qui explique pourquoi les boussoles indiquent le pôle Nord) et dans laquelle il détaille les règles d’attraction des aimants, l’aimantation d’un barreau de fer dans un champ magnétique et l’influence de la chaleur sur le magnétisme du fer. Ces théories sont toutes corroborées par les nombreuses expériences qu’il a effectuées (notamment la fabrication d’un aimant sphérique lui servant à modéliser la Terre, Terrella). Une unité de force électromagnétique du système CGS porte d’ailleurs son nom. René Descartes (1596-1650) marqua aussi le magnétisme, puisqu’il parvint à expliquer de nombreux phénomènes magnétiques de manière mécanique et physique. Il contribua de plus grandement aux avancées dans ce domaine par la création d’un formalisme mathématique inédit (coordonnées cartésiennes), très utile pour traiter du magnétisme.
Le : le début de l'électromagnétisme, des applications du magnétisme sur la santé et des croyances L'ophtalmologie avec des aimants
Dans la chirurgie en général, les aimants furent utilisés pour retirer des objets métalliques avalés par des patients. Toutefois, c'est essentiellement en chirurgie oculaire que l'aimant fut utilisé avec succès. Il pouvait arriver que des serruriers ou des travailleurs du fer reçoivent des éclats de fer dans l'œil. Pour remédier à cela, on comprit que ces particules pouvaient être extraites de la cornée à l'aide d'un aimant. En 1624, la femme du chirurgien allemand de Berne Wilhelm Fabry von Hilden, ou Fabricius Hildanus, fut la première à extraire un petit copeau de fer des couches superficielles de la cornée avec la pierre d'aimant.
Le magnétisme de Franz-Anton Mesmer (1734-1815)
Avec les expériences de Franz-Anton Mesmer. au , une certaine forme du magnétisme est devenue accessible au grand public. Il s’agit d’utiliser le magnétisme comme une énergie permettant de guérir les personnes. C’est une application du magnétisme en médecine, pour laquelle le nom de magnétiseur sera donné aux professionnels de santé utilisant les techniques de magnétisme.
Mesmer est le fondateur du “magnétisme animal”. Selon lui, il existe un fluide universel, aussi influant que le magnétisme et, comme lui, impossible à saisir par les organes des sens. Toutes les maladies proviendraient d’une mauvaise répartition du fluide à l’intérieur du corps humain. Pour guérir d’une maladie, il suffirait de drainer le fluide de façon à rééquilibrer la bipolarité humaine et donc de le répartir dans de bonnes proportions dans le corps humain. Il provoque chez ces patients des crises convulsives qui entraînent des guérisons. Mesmer a commencé à pratiquer ces opérations à l’aide d’un aimant, puis il s’est aperçu qu’il obtenait d’aussi bons résultats par le toucher manuel. Ainsi, il passe de la théorie du “magnétisme minéral” à celle du “magnétisme animal”.
La sourcellerie et le magnétisme
À la fin du , la sourcellerie a pris un intérêt majeur depuis qu'un jeune paysan dauphinois, Barthélemy Bleton, devint célèbre par son talent d'"hydroscope". À cette époque, le docteur Pierre Thouvenel, ayant entendu parler de Bleton, le fit venir en Lorraine en 1780 pour le soumettre à des épreuves afin de vérifier son aptitude à découvrir des sources d'eau. Le docteur fut convaincu et publia un ouvrage relatant ses expériences.
Plus tard, Yves Rocard (1903-1992) croyait que les sourciers étaient capables de détecter les circulations d'eau dans le sous-sol et d'en donner une localisation assez précise, à l'aide d'une baguette fourchue (dite "furcelle"). Il pensait que l'agent physique en cause, agissant uniquement sur le sourcier, était un gradient de champ magnétique. Rocard multiplia les expériences tendant à montrer qu'un sourcier est sensible à un champ magnétique. Il en tira une conclusion inattendue : la moitié de la population est sensible au signal magnétique, mais cette sensibilité varierait grandement d'un sujet à l'autre. Les explications de Rocard rencontrèrent beaucoup de scepticisme dans la communauté physicienne.
Le champ terrestre et les phénomènes magnétiques
Au début des années 1700, beaucoup de gens faisaient l’étude sur le magnétisme terrestre. Le fait que le pôle Nord magnétique change de position était connu des navigateurs et marins. En 1692, Edmond Halley a expliqué ce phénomène en posant un modèle de la Terre avec plusieurs couches. Son explication était que les couches de la Terre sont aimantées indépendamment, et que leur rotation individuelle change donc la position du pôle Nord. En 1724, George Graham a mis en évidence des fluctuations dans l'orientation de l'aiguille de la boussole (attribuées plus tard aux effets des orages magnétiques). En 1740, Anders Celsius publie dans Svenska Vetenskaps Academiens Handlingar que les perturbations dans l'orientation de la boussole s’observent sur des surfaces trop grandes pour être dues à des interactions locales (présence localement de matériau magnétique). Pour mesurer l’intensité du champ terrestre, l’expérimentateur Graham utilise la période de vibration d’une aiguille magnétique et publie ses résultats dans les Philosophical transactions en 1725. En 1776, le français Jean-Charles de Borda trouve l’intensité du champ magnétique terrestre en différents points sur la surface de la terre avec la même méthode. À l’époque les notions de champ n’existent pas encore, donc l’origine des forces magnétiques étaient exprimés avec les principes de la mécanique. Dans un mémoire de 1744, Euler écrit que le matériau magnétique est composé de pores dans lesquels une matière subtile peut circuler. Dans un aimant la matière circule dans une direction définie, et la répulsion ou attraction entre deux aimants est dû aux pressions qui interviennent quand les deux matières circulant se rencontrent.