Un pionnier de la science bengali

Célébration du 150^e anniversaire de J.C. Bose

Le 30 novembre 2008 sera célébré le 150e anniversaire de la naissance d’un éminent scientifique, pionnier de la radio, Jagadish Chandra Bose (1858–1937).

Démonstration spectaculaire

En 1895, à l’hôtel de ville de Calcutta (aujourd’hui Kolkata), Inde, Bose montra comment des ondes électromagnétiques pouvaient être transmises sans fil, non seulement à travers l’air, mais également au travers de murs, voire de corps. Lors d’une assemblée publique présidée par Sir Alexander Mackenzie, Lieutenant Gouverneur du Bengale, Bose devait en effet transmettre, sans l’aide de fils, un signal depuis une salle de réception, au travers de trois cloisons, et de Mackenzie, en passant jusqu’à une autre pièce où il fit sonner une cloche et exploser une charge de poudre.

C’était un an avant qu’Alexander S. Popov ne transmette des ondes radio entre deux bâtiments de l’Université de Saint-Pétersbourg, Russie, et deux ans avant que Guglielmo Marconi ne démontre l’existence des signaux radioélectriques devant un parterre de représentants du Gouvernement du Royaume Uni.

Une merveille de micro-ondes

Caractéristique novatrice de ses travaux, Bose utilisa des ondes millimétriques d’extrêmement haute fréquence (jusqu’à 60 GHz) d’une longueur d’onde comprise entre 5 et 25 mm. Pour réaliser ses études, il conçut des équipements nouveaux tels que guides d’ondes, antennes-cornets et polariseurs. Improvisant à partir de matériaux disponibles sur place, Bose réalisa un de ses polariseurs en utilisant un horaire des chemins de fer de la Bradshaw’s Rail, entre les pages duquel il inséra des feuilles d’étain.

La première communication de Bose, publiée en mai 1895, fut consacrée à la polarisation des ondes électriques par réfraction double (biréfringence); c’était les qualités optiques des micro-ondes qui l’intéressaient, plus que le potentiel des signaux hertziens de longueurs d’ondes plus élevées. D’autres chercheurs se sont consacrés à l’étude de cette partie du spectre, les micro-ondes ne devant pas faire l’objet de recherches sérieuses avant des décennies.

En 1897, Bose fut invité par Lord Rayleigh (qui avait été l’un de ses professeurs à Cambridge) à présenter une conférence sur ses expériences à la Royal Institution de Londres. Il démontra la pertinence de ses travaux avec éclat, et, là encore en avance sur son temps, prédit l’existence des rayonnements électromagnétiques émis par le soleil, qui ne furent découverts qu’en 1942.

Un meilleur cohéreur

Une année auparavant, en 1896, Bose avait poursuivi sa démonstration de l’hôtel de ville en transmettant un signal radioélectrique entre deux collèges de l’Université de Calcutta, distant de près de 5 km. Pour détecter ce signal, il devait utiliser une de ses inventions, un «cohéreur au mercure couplé à un détecteur téléphonique».

A cette époque, les ondes radioélectriques étaient détectées en effet avec un «cohéreur», inventé aux environs de 1890 par le Français Edouard Branly (1844–1940). Cet appareil utilisait le courant alternatif des fréquences radioélectriques pour réduire la résistance de particules de limaille de fer placées entre deux électrodes dans un petit tube de verre, et ainsi provoquer à distance leur cohésion, d’où le terme de cohéreur; il fallait ensuite secouer le tube de verre pour désolidariser les particules si l’on voulait pouvoir détecter un autre signal.

Bose mit au point un cohéreur nouveau, consistant en une coupelle métallique contenant du mercure recouvert par une très fine couche d’huile, formant isolant. Au-dessus était suspendu un disque d’acier qui venait toucher cette pellicule d’huile sans la transpercer. Or, cette fine pellicule isolante était transpercée en présence d’un signal radioélectrique, de sorte qu’un courant électrique pouvait traverser le dispositif et déclencher un récepteur téléphonique. Le système retrouvait ensuite son état initial de façon automatique.

Bose annonça cette invention dans une communication présentée à la Royal Society de Londres en 1899; c’est exactement ce même principe qui fut utilisé par Marconi pour recevoir le premier signal hertzien transatlantique en 1901, mais Marconi soutint que c’était un collègue italien qui lui avait transmis l’étude technique.

Premier semi conducteur breveté

Le cohéreur de Bose était en fait une diode à semi-conducteur, et ses travaux dans ce domaine devaient conduire au premier brevet au monde en matière de détecteurs à diodes à semi-conducteurs, attribué aux Etats Unis en mars 1904, pour le «détecteur à galène», que Bose développa entre 1894 et 1898 et qu’il présenta à la Royal Institution de Londres en 1900.

En étudiant les propriétés optiques des ondes électromagnétiques, Bose devait découvrir que des cristaux de polarisation avaient une conductivité sélective, parmi lesquels la galène, forme minérale du sulfure de plomb. Bose réalisa une paire de points de contact avec de la galène et les connecta en série à une source de tension et à un galvanomètre. Comme il devait l’indiquer dans son brevet, il avait réalisé «un cohéreur ou détecteur de perturbations électriques, d’ondes hertziennes, d’ondes lumineuses ou autres rayonnements». Bose appela son dispositif «radiomètre universel» dont l’une des utilisations pouvait être de détecter «des signaux hertziens ou de télégraphie».

Dans son «Histoire de la recherche des semi-conducteurs» (1955), le coïnventeur du transistor, Walter H. Brattain, reconnut l’antériorité des travaux de Bose dans l’utilisation des cristaux à semi conducteurs pour détecter les ondes radioélectriques; et selon Sir Nevill Mott, physicien britannique auquel fut décerné le prix Nobel en 1977 pour ses travaux en microélectronique, «J.C. Bose avait 60 ans d’avance sur son temps».

Outre ses contributions à la physique, Bose fit d’importantes découvertes dans le domaine de la physiologie végétale (voir encadré). Par ailleurs, il fonda le premier institut indien de recherche scientifique moderne, le Bose Research Institute, inauguré à Calcutta en 1917, lequel comprenait un grand amphithéâtre destiné, selon Bose, à la diffusion du progrès scientifiques au plus grand nombre possible «sans aucune limite académique, c’est-à-dire à tous les peuples et à toutes les langues, aux femmes comme aux hommes, et pour les temps à venir».

Egalement en 1917, Bose fut anobli, et en 1920, il fut le premier scientifique indien à être élevé au rang de Membre de la Royal Society. Il a marqué durablement de son empreinte la science en Asie, et dans le monde.