Christian Doppler (1803-1853)

Christian Andréas Doppler (1803-1853) est né à Salzbourg en Autriche. Son père, prospère tailleur de pierres, possède une belle demeure dans le centre de la ville. Christian y débute ses études primaires et les poursuit à l’école secondaire de Linz. Sa frêle constitution lui interdit de succéder à son père. Ses parents se préoccupent alors d’autant plus de ses études. Ils sont reçus par un professeur de mathématiques qui leur conseille d’inscrire leur fils à l’institut polytechnique de Vienne qui vient d’être crée. Christian y entre en 1822 et obtient son diplôme trois ans plus tard. Il entreprend ensuite d’étudier les mathématiques et l’astronomie à un plus haut niveau et s’inscrit à l’université de Vienne. En 1829 il est nommé professeur assistant de mathématiques supérieures auprès de Adam Burg qui fut, entre autre, un des introducteurs du système métrique en Autriche. À cette époque, Doppler publie ses premiers mémoires. En 1933 il postule pour être professeur à part entière, mais les postes sont rares et les candidats nombreux. Comme la réponse tarde à venir, il est obligé de chercher un emploi pour subvenir à ses besoins. Il s’engage comme comptable dans une usine de tissage de coton. Ce travail éprouve autant sa santé que son moral et le décide à préparer son départ pour l’Amérique où il pense avoir plus de chance. Il commence à vendre tous ses biens et se rend au consulat américain de Munich pour remplir les formalités administratives. Au moment où il s’apprête à quitter son pays, en mars 1835, il reçoit sa nomination en tant que professeur dans une école technique secondaire de Prague. Il renonce alors à son projet de voyage et se rend en Pologne pour enseigner les mathématiques à de jeunes élèves.

Bien vite il réalise que ce métier ne le satisfait  pas et il saisit l’occasion de donner quelques heures de cours à l’École Polytechnique. Il se marie en 1836 avec Mathilda Strum. En 1837, attendant la nomination d’un titulaire, il assure l’intérim de la chaire de mathématiques. Cette situation provisoire dure près de quatre années, avant que la chaire ne lui revienne enfin. En 1842 il publie son plus important  ouvrage : La lumière colorée des étoiles doubles et de certaines autres.

Son poste n’est pas de tout repos. Par exemple en 1843, il doit examiner à lui seul deux cent cinquante six étudiants en dix sept jours ou en 1847, faire passer les épreuves orales à cinq cent vingt six élèves en une semaine tout en faisant  face aux accusations de certains étudiants qui lui reprochent ses notations trop sévères. Il reçoit un blâme, puis ce blâme est retiré, mais sa santé se dégrade et il doit demander un congé maladie. Il ne pourra reprendre ses fonctions qu’un an plus tard. Bien décidé à changer de poste, il démissionne pour aller enseigner à l’Académie des Forêts et des Mines de Banskia Stiavnica, dans l’actuelle Slovaquie. Le sort s’acharne; des troubles politiques le contraignent à revenir à Vienne, enseigner la physique expérimentale à l’École polytechnique (image ci-dessus). En 1850, il atteint enfin le sommet de sa carrière lorsqu’il est nommé par l’empereur Franz Joseph I^er, directeur de l’Institut de Physique. Plus tard, il contractera la tuberculose et sa santé se dégradera brutalement. Doppler, pensant que le climat méditerranéen lui conviendrait mieux, part pour Venise. Son épouse qui lui a donné cinq enfants aura juste le temps de le rejoindre pour assister à son agonie et organiser ses obsèques.

Doppler a publié des ouvrages en géométrie, optique et mathématiques, ainsi que de nombreux mémoires insérés dans différents recueils scientifiques. Il n’est pas astronome, mais son nom est universellement connu en raison des retombées de ses travaux sur les ondes lumineuses. Ainsi, de nos jours, rares sont les domaines scientifiques qui n’exploitent pas l’effet qui porte son nom. Son ouvrage paru en 1842 fut initialement réfuté par quelques scientifiques, mais trois années plus tard, il publie un correctif qui prend cette fois en compte les vitesses relatives de la source de lumière et de l’observateur et qui permet d’exploiter pleinement sa théorie. La figure ci-contre est issue d’un ouvrage de 1866 qui fait apparaitre les couleurs apparentes de différentes étoiles. La communauté des astronomes s’interrogeait  alors sur la signification de ces différences. Doppler les justifie en expliquant que selon qu’un corps lumineux s’éloigne ou se rapproche d’un observateur, la longueur d’onde de la lumière augmente ou diminue. Pour une vitesse qui s’accroit, la couleur de la source passe donc du blanc au vert, bleu puis violet, alors que pour une vitesse qui diminue, elle passe du blanc au jaune puis à l’orange et au rouge. Si une étoile possède une vitesse quelconque, sa couleur doit varier et peut balayer toutes les couleurs du spectre. Aucun moyen ne permettait alors de vérifier cette affirmation en ce qui concerne les ondes lumineuses. De nombreux savants émettront d’ailleurs toutes sortes d’objections. C’est le physicien français Hyppolyte Fizeau qui confirmera la théorie de Doppler en réalisant une expérience à partir des ondes sonores. On sait aujourd’hui que Doppler n’avait que partiellement raison, en effet concernant certaines étoiles, leurs couleurs telles que le signifiait ce dernier auraient en réalité supposé des vitesses voisines de celle de la lumière, ce qui pour des corps aussi massifs que des étoiles paraissait fort peu probable. L’Anglais William Huggins parvient à résoudre ce problème. Il n’appliquera pas la théorie de Doppler à la lumière directe des étoiles, mais plutôt en comparant les raies spectrales de leur hydrogène, à celle d’une étoile de référence, en l’occurrence, notre Soleil et en mesurant les décalages entre ces diverses raies. En astronomie, l’effet Doppler sert à mesurer les vitesses radiales des étoiles ou des galaxies, ainsi que leurs vitesses de rotation. On pourra aussi noter que le décalage vers le rouge sensé traduire la fuite des galaxies et l’expansion de l’univers n’est pas dû à l’effet Doppler, comme il y est parfois et à tort fait référence, mais à un phénomène d’étirement de l’espace qui produit simultanément un étirement équivalent des longueurs d’onde de la lumière. Aujourd’hui, l’effet Doppler est aussi bien exploité en imagerie médicale que dans les satellites de géolocalisation comme ceux qui exploitent le système Argos.