Daniel Bernoulli
Daniel Bernoulli a publié son chef-d’œuvre Hydrodynamica en 1738 pour le voir plagié par son propre père jaloux. Bernoulli a expliqué comment la vitesse d’un fluide affecte sa pression : l’effet Bernoulli explique comment les ailes d’un avion génèrent de la portance. La théorie cinétique de Bernoulli a anticipé de plus d’un siècle celle de James Clerk Maxwell, et Bernoulli a réalisé des travaux révolutionnaires sur la théorie du risque, utilisée dans des domaines aussi divers que l’économie et l’évolution.
Débuts
Daniel Bernoulli est né dans la ville de Groningue aux Pays-Bas le 8 février 1700.
Ses parents étaient Johann Bernoulli et Dorothea Falkner.
Les mathématiques étaient dans leur sang
La mère de Daniel, Dorothea Falkner, venait d’une famille connue et riche de Bâle, en Suisse.
Le père de Daniel, Johann Bernoulli, venait également de Bâle. Il était un médecin qualifié et un brillant mathématicien, l’un des premiers à maîtriser et à développer les nouvelles mathématiques du calcul. La réputation de Johann était si élevée qu’on l’appelait « l’Archimède de son époque »
Non surprenant qu’avec un père comme Johann, Daniel ait fait des progrès rapides en mathématiques. Les deux frères de Daniel sont également devenus des mathématiciens de premier ordre. Daniel a probablement été davantage enseigné par son frère aîné Nicolaus que par son père, qui, bien que brillant, pouvait être antipathique et dur avec Daniel.
Les mathématiques semblent avoir couru dans la famille Bernoulli, car le frère aîné de Johann, Jacob, était également un brillant mathématicien.
Quoique tu fasses, ne deviens pas mathématicien !
Le père de Daniel occupait la chaire de mathématiques à l’université de Groningue.
En 1705, alors que Daniel avait cinq ans, sa famille s’est installée à Bâle en Suisse, ville natale de ses parents, où son père avait été nommé titulaire de la chaire de mathématiques à l’université de Bâle.
Malgré la grande réputation dont il jouissait en tant que mathématicien, le père de Daniel n’appréciait pas le faible salaire qu’il estimait que les mathématiciens recevaient. La famille Bernoulli avait autrefois été de riches marchands et le père de Daniel pensait que les qualités personnelles de Daniel étaient celles nécessaires pour rendre à la famille sa gloire passée.
Il poussa un Daniel réticent à étudier le commerce. Daniel, cependant, avait une passion brûlante pour les mathématiques. Après quelques va-et-vient – ils étaient tous deux plutôt obstinés – le père et le fils sont parvenus à une sorte de compromis : Daniel étudierait la médecine.
Le tour d’Europe de Bernoulli
Daniel a tenu parole. Dès l’âge de 15 ans, il a étudié la médecine à Heidelberg, en Allemagne, à Strasbourg, en France, et à Bâle, en Suisse. Son père, heureux que Daniel remplisse sa part du marché, accepte de lui enseigner les mathématiques et la physique avancées – en particulier ses propres idées sur la conservation de l’énergie.
Procédure de sélection bizarre
Daniel Bernoulli obtient son diplôme de docteur en médecine en 1721, à l’âge de 21 ans, avec une thèse sur la respiration.
Il espère obtenir un poste d’enseignant à l’université de Bâle, mais perd dans une procédure de sélection bizarre où les candidats tirent au sort ceux qui obtiendront les postes d’enseignants.
Tout en essayant et en échouant à trouver du travail à Bâle, Bernoulli a continué à étudier les mathématiques.
Venise, le plaisir et les mathématiques
En 1723, Bernoulli s’installe à Venise, en Italie, pour apprendre la médecine pratique. Il rendit visite à des patients et travailla dans des hôpitaux aux côtés de médecins. Il passait aussi du temps à l’opéra, au théâtre et dans des soirées costumées.
Mais il ne pouvait pas abandonner son amour des mathématiques – en particulier des mathématiques appliquées. Il était impatient de percer les secrets de l’univers, en suivant les traces de Galilée et de Newton.
Bernoulli a réalisé des expériences de mécanique des fluides dans lesquelles il a mesuré l’eau qui s’écoulait d’un récipient. Il a remarqué que l’eau s’écoulait plus rapidement lorsque la hauteur du liquide dans le récipient était augmentée. Il a établi une relation mathématique entre la hauteur de l’eau dans le récipient, sa pression et sa vitesse d’écoulement. Il a également examiné la situation du point de vue de la conversion de l’énergie potentielle en énergie cinétique.
Plus la hauteur de l’eau est grande, plus elle émerge rapidement du vaisseau.
En 1724, il publie son premier ouvrage, Exercices mathématiques, dans lequel il apporte des contributions utiles aux sciences de la mécanique des fluides, de la théorie des probabilités, des équations différentielles et de la géométrie.
Un prix et un professorat
Alors qu’il se trouvait à Venise, une ville maritime, Bernoulli apprit que l’Académie de Paris offrait un prix généreux pour la meilleure conception d’une horloge à sable pour le chronométrage en mer. Sa réponse fut de concevoir un sablier dont le filet de sable n’était pas affecté par une mer agitée. Ce travail lui a valu le grand prix. Ceci, combiné à ses Exercices mathématiques, qui avaient été bien accueillis, lui valut l’offre d’une chaire de professeur à l’Académie des sciences de Saint-Pétersbourg, en Russie.
Compte tenu de sa formation médicale, il fut nommé professeur de physiologie et non de mathématiques.
Il s’y rendit ensemble en 1725 avec son frère aîné Nicolaus, à qui l’on avait proposé une chaire de mathématiques à Saint-Pétersbourg.
Saint-Pétersbourg
Les premiers travaux de Bernoulli à Saint-Pétersbourg reflètent sa position – il écrit des articles sur des sujets tels que le nerf optique, les muscles et les mathématiques médicales.
Bien que, dans ses dernières années, Bernoulli ait été signalé comme étant d’un abord facile, ce n’était pas le cas au début à l’Académie, où il s’est retrouvé dans de féroces désaccords académiques avec d’autres professeurs.
Malheureusement, moins d’un an après son arrivée en Russie, Nicolaus est mort de fièvre. Daniel était malheureux et le climat russe amer n’a pas amélioré son moral.
Son père essaya de l’aider, en envoyant son meilleur étudiant en mathématiques, Leonhard Euler, à Saint-Pétersbourg pour travailler avec son fils solitaire.
Euler, dont le nom sera bientôt vénéré comme l’un des plus grands mathématiciens de l’histoire, arrive à Saint-Pétersbourg en 1727. Non seulement il apporta le thé, le café et le brandy dont Bernoulli rêvait, mais tous deux échangèrent bientôt joyeusement des idées, inspirant à Bernoulli le meilleur travail de sa carrière.
Il faut rappeler que Daniel Bernoulli était brillant en soi, indépendamment d’Euler. Il a fait preuve d’un génie particulier dans sa capacité à réaliser des expériences significatives et à traduire ses observations en lois physiques et en mathématiques. Euler, un mathématicien plus puissant, pouvait affiner les mathématiques de Bernoulli.
En 1730, Bernoulli est nommé professeur de mathématiques à l’Académie, mais à ce moment-là, il envisageait déjà de partir.
« …il n’y a pas de philosophie qui ne soit fondée sur la connaissance des phénomènes, mais pour tirer quelque profit de cette connaissance, il est absolument nécessaire d’être mathématicien. »
Les contributions de Daniel Bernoulli à la science
Plusieurs des plus grandes découvertes de Bernoulli sont contenues dans son chef-d’œuvre sur la mécanique des fluides – Hydrodynamica, achevé à Saint-Pétersbourg en 1733 et toiletté pour être publié à Strasbourg en 1738.
La théorie cinétique des gaz
Diagramme de Bernoulli tiré d’Hydrodynamica illustrant sa théorie cinétique des gaz. La force descendante du poids est équilibrée par la force ascendante des particules de gaz qui entrent en collision de manière parfaitement élastique avec le piston.
Au début des années 1700, certains scientifiques, menés par James Hermann, avaient commencé à croire que la matière était constituée de petites particules en mouvement. Plus le mouvement est rapide, plus la température est élevée.
Ce type de théorie cinétique est resté controversé jusqu’à ce qu’il soit universellement accepté dans les années 1800.
En 1729, Euler a fait une tentative d’expliquer le comportement des gaz mathématiquement avec une théorie cinétique basée sur les données sur les gaz de Robert Boyle de 1662. Euler s’est trompé en supposant que toutes les particules de gaz se déplaceraient à la même vitesse.
Le coup de génie de Bernoulli a été de voir que les particules auraient une distribution de vitesses différentes.
L’habileté de Bernoulli à interpréter le monde physique lui permit d’introduire un facteur statistique dans la théorie cinétique, anticipant ainsi les travaux de James Clerk Maxwell plus d’un siècle plus tard.
L’effet Bernoulli
Bernoulli revint aux idées qu’il avait d’abord apprises de son père et les développa. Il a appliqué l’idée de la conservation de l’énergie aux fluides en mouvement.
Ce faisant, il a découvert l’effet Bernoulli, la découverte pour laquelle il est le plus célèbre, à savoir que lorsqu’un fluide traverse une région dans laquelle sa vitesse augmente, sa pression diminue. Il a correctement décrit l’effet mathématiquement.
L’effet Bernoulli a de nombreuses applications dans la vie réelle et est souvent cité comme la raison pour laquelle les ailes d’avion fournissent une portance.
L’effet Bernoulli sur une aile d’avion. L’aile est formée de telle sorte que l’air s’écoule plus rapidement sur la partie supérieure de l’aile que sur la partie inférieure. Il en résulte une différence de pression qui produit la portance.
Mesure du risque
Au début des années 1730, Bernoulli écrit un article dans un domaine totalement différent de sa mécanique habituelle. Encore une fois, il lui a fallu attendre 1738 pour le publier – Exposition d’une nouvelle théorie sur la mesure du risque. Bernoulli utilisait la moyenne géométrique des données pour évaluer le risque ; comment minimiser le risque ; et les situations dans lesquelles il est préférable d’éviter complètement le risque.
L’article examinait la différence entre la richesse et l’utilité. Il a influencé la théorie économique, la théorie du portefeuille, la biologie évolutive et l’écologie comportementale.
« …la détermination de la valeur d’un article ne doit pas être basée sur son prix, mais plutôt sur l’utilité qu’il procure. Le prix de l’objet ne dépend que de la chose elle-même et est égal pour tous ; l’utilité, par contre, dépend des circonstances particulières de celui qui fait l’estimation. Ainsi il n’y a pas de doute qu’un gain de mille ducats soit plus important pour un pauvre que pour un riche bien que tous deux gagnent la même somme. »
« …en l’absence de l’inhabituel, l’utilité résultant de toute petite augmentation de la richesse sera inversement proportionnelle à la quantité de biens précédemment possédés. »
Quelques détails personnels et la fin
Bernoulli n’a pas pu s’installer à Saint-Pétersbourg, et sa santé n’y a jamais été bonne.
Il est revenu à Bâle en 1733 pour commencer un nouveau rôle de chaire d’anatomie et de botanique. La même année, sa candidature au grand prix de l’Académie de Paris – un travail sur les inclinaisons des orbites des planètes – termine co-première.
Cela ne s’est pas avéré être entièrement une bonne nouvelle. L’ennui, c’est qu’il partagea le prix avec son père, qui fut outré que l’on puisse juger son fils comme son égal en mathématiques. À partir de ce moment, le père refusa de parler à son fils.
Le chef-d’œuvre de Daniel, Hydrodynamica, fut finalement publié en 1738, alors qu’il avait été achevé et soumis à l’Académie de Saint-Pétersbourg en 1733. Dans un ignoble acte de vengeance, son père plagia Hydrodynamica et publia un livre intitulé Hydraulica, qu’il datait comme étant achevé en 1732.
Daniel fut choqué par le comportement de son père, écrivant :
« On m’a volé toute mon Hydrodynamica, dont je ne dois pas une seule partie à mon père et on m’a privé du fruit de 10 ans de travail. »
Heureusement pour Daniel, il a été jugé comme étant le véritable initiateur des idées contenues dans le livre.
Daniel a remporté le Grand Prix de l’Académie de Paris à 10 reprises au total, souvent pour des travaux à thème nautique, notamment : la meilleure forme de l’ancre d’un navire ; la théorie des marées ; le magnétisme ; les courants marins ; l’amélioration de la stabilité des navires en haute mer.
En 1750, à 50 ans, Daniel Bernoulli est nommé à la chaire de physique de l’université de Bâle. Ses conférences et démonstrations étaient énormément populaires, et il a continué à occuper ce poste jusqu’à sa retraite à l’âge de 76 ans.
Il reçut des offres de chaires dans d’autres villes, mais ne quitta plus jamais Bâle. Il correspondait beaucoup avec d’autres scientifiques, dont ses préférés étaient Pierre Bouguer, Alexis Clairaut, Pierre Louis Maupertuis, son vieil ami Leonhard Euler et le fils d’Euler, Johann Euler.
Il vivait pour son travail ; il ne s’est jamais marié et n’a pas eu d’enfants. Il a envisagé de se marier lorsqu’il était plus jeune, mais la femme en question s’est avérée être très méchante avec l’argent, ce qui l’a rebuté. Bernoulli respectait la simplicité du mode de vie et la frugalité, mais pas la mesquinerie.
En fin de compte, il appréciait trop sa liberté et un mode de vie académique calme et paisible pour se marier.
Daniel Bernoulli est mort à 82 ans le 17 mars 1782 dans son sommeil à Bâle, en Suisse.
Auteur de cette page : Le Doc
Images de Bernoulli améliorées numériquement et colorisées par ce site web. © Tous droits réservés.
Citer cette page
Veuillez utiliser la citation suivante conforme à la norme MLA:
"Daniel Bernoulli." Famous Scientists. famousscientists.org. 26 May. 2016. Web. <www.famousscientists.org/daniel-bernoulli/>.
Publié par FamousScientists.org
Lecture complémentaire
Danielis Bernoulli
Hydrodynamica, sive De viribus et motibus fluidorum commentarii. Opus academicum ab auctore, dum Petropoli ageret, congestum
Johannis Reinholdi Dulseckeri, 1738
Daniel Bernoulli, traduit par Louise Sommer
Exposition d’une nouvelle théorie sur la mesure du risque
Econometrica, vol. 22, n° 1. pp. 23-36, janvier 1954
Volker Zimmermann, David Speiser, Fritz Verzar, Gleb K. Mikhailov, Otto Spiess-Stiftung, Mario Howard-Haller
Die Werke von Daniel Bernoulli : Band 1 : Medizin und Physiologie, Mathematische Jugendschriften, Postitionsastronomie
Springer Science & Business Media, 1996
Stephen C Stearns
Daniel Bernoulli (1738) : évolution et économie sous risque
J. Bioscience Vol. 25, No. 3. pp. 221 – 228, septembre 2009
C. Truesdell
Essais dans l’histoire de la mécanique
Springer Science & Business Media, 2012
.
Leave a Reply