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Christian Doppler

Christian Doppler (/ˈkʁɪs.ti̯an ˈdɔp.lɐ/ ; Salzbourg, - Venise, ) est un mathématicien et physicien autrichien, célèbre pour sa découverte de l'effet Doppler.

Christian Doppler
Description de l'image christian doppler.jpg.
Nom de naissance Christian Andreas Doppler
Naissance
Salzbourg (Électorat de Salzbourg, Saint-Empire romain germanique)
Décès (à 49 ans)
Venise (Lombardie-Vénétie, empire d'Autriche)
Nationalité Drapeau de l'Autriche autrichienne
Domaines mathématiques, physique
Institutions Université technique de Prague
Université de Vienne
Renommé pour effet Doppler-Fizeau
spectroscopie Doppler
Site www.christian-doppler.net

Biographie

Christian Doppler, fils d'un maître-tailleur de pierre de Salzbourg[1], fut professeur de mathématiques et de physique dans divers établissements d'Autriche et finalement à l'université de Vienne.

Après avoir étudié à l'université de Vienne, Doppler devient assistant-professeur dans cet établissement en 1829. Ce poste n'étant pas renouvelé, il envisage un temps une émigration vers les États-Unis. Il renonce à quitter son pays après avoir été nommé à Prague en 1837, mais doit quitter cette ville avec sa famille lors des troubles révolutionnaires de 1848 : d'abord professeur à l'École polytechnique de Vienne, l'empereur François-Joseph le nomme en 1850 directeur du tout nouvel Institut de physique de l'université de Vienne : il devient ainsi le premier professeur de physique expérimentale d'Autriche. Affecté d'une silicose, il est largement secondé par sa femme dans son activité scientifique et didactique, mais il quitte ses fonctions en 1852[2] pour se retirer à Venise, alors cité portuaire de l'Empire autrichien. Malgré la douceur du climat de l'Adriatique, il meurt quelques mois plus tard.

Disparu prématurément, il ne put connaître les avancées réalisées par ses contemporains Bunsen et Kirchhoff ; mais il avait découvert une nouvelle méthode de mesure fondée sur la physique ondulatoire : l'effet Doppler.

L'œuvre scientifique

Son travail scientifique concerne principalement l'optique (amélioration du microscope à chambre claire, du spectromètre) et ses applications à l'astronomie.

L'effet Doppler avait été vérifié expérimentalement près d'Utrecht en 1845.
Lorsqu'un astre se déplace, ses raies spectrales sont également décalées.

L'effet Doppler

L'effet Doppler est une relation reliant le déplacement relatif de la source ou du récepteur d'une onde, par rapport à la direction de propagation de l'onde. Si source et récepteur se déplacent lentement relativement à la vitesse de propagation de l'onde, l'effet mesure essentiellement la vitesse d'éloignement source-observateur : leur éloignement produit une augmentation apparente de la longueur d'onde. Cet effet a été analysé et interprété d'abord sur des ondes sonores, à savoir le sifflet d'une locomotive lancée à pleine vitesse (cf. la vérification expérimentale[3] du Néerlandais Buys Ballot en 1845) ; le son devenait plus aigu à mesure que la source se rapprochait de l'observateur, et devenait plus grave en s'en éloignant. Dans le cas de la lumière, au lieu d'une variation de hauteur, l'éloignement entre la source lumineuse et l'observateur produit un décalage des raies spectrales. Du fait de la valeur énorme de la vitesse de la lumière, la vitesse d'éloignement doit être elle-même suffisamment élevée pour que le décalage spectral soit perceptible ; c'est pourquoi on ne put d'abord exploiter cette méthode qu'avec les corps célestes, animés eux-mêmes de vitesses élevées. Buys Ballot et d'autres montrèrent même que l'effet Doppler n'a pas d'influence significative sur la couleur apparente des étoiles[4].

Applications

La publication la plus célèbre de C. Doppler a été présentée le devant la Société royale des sciences de Bohême et a pour titre Sur la lumière colorée des étoiles doubles et d'autres étoiles du ciel, utilisant l'effet Doppler[5]. Ses calculs étaient erronés, le décalage réel de la fréquence lumineuse étant trop faible pour pouvoir être détecté à l'époque. En 1846, Doppler publie une correction de son travail initial où il tient compte des vitesses relatives de la source de lumière et de l'observateur.

Mais une fois que Kirchhoff et Bunsen eurent identifié avec certitude les raies présentes dans le spectre des astres comme celles d'éléments chimiques déterminés, il devint possible d'interpréter les observations spectrales des astres. Connaissant la position des raies de chaque élément présent dans une étoile dans son spectre au repos, réputées identiques à celles des mêmes éléments observés sur terre, le décalage permettait de calculer la vitesse d'éloignement de l'astre. On connut ainsi dès les années 1920 la vitesse radiale de milliers d'astres et de nébuleuses, ouvrant la voie à un classement de leurs distances par rapport au système solaire et, à terme, à la découverte de la loi d'expansion par Edwin Hubble.

L'application de la spectroscopie allait même relancer l'étude des étoiles doubles : c'est par cette technique qu'on en découvrit ensuite plusieurs, indétectables avec les meilleurs télescopes de la première moitié du XXe siècle du fait de leur éloignement : le dédoublement des raies spectrales à intervalles de temps régulier donnait même la période de rotation du doublet autour de son centre de gravité et par là, une estimation des masses de ces soleils doubles[1]. Enfin, l'effet Doppler a permis de mesurer la vitesse de sources de rayonnement en laboratoire (celles des rayons canaux).

Notes et références
  1. (de) Philipp Lenard, Große Naturforscher : Eine Geschichte der Naturforschung in Lebensbeschreibungen, Munich, J. F. Lehmanns Verlag, , « 37. Robert Wilhelm Bunsen (1811—1899), Gustav Kirchhoff (1824—1887) » (édition orig. allemande).
  2. « Courte biographie de l’astronome Christian Doppler (1803-1853) », sur pg-astro.fr (consulté le )
  3. (nl) Herman de Lang, « Het eerste dopplereffect op Aarde. », Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde, vol. 76, no 12,‎ , p. 146-149
  4. Steven Weinberg (trad. J.-B. Yelnik), Les trois premières minutes de l'univers, Seuil, coll. « Points sciences S20 », (ISBN 9782020104852), « 1. L'expansion de l'univers »
  5. (en) John B. Hearnshaw, The Analysis of Starlight, Cambridge University Press, , p. 86.

Voir aussi

Bibliographie
  • (en) Peter Schuster, Moving the stars : Christian Doppler, his Life, his Works and Principle, and the World After (Weltbewegend), Pöllauberg / Atascadero, Living Edition, 2005 (ISBN 3901585052 et 9783901585050)

Articles connexes

Liens externes
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