Gérard Borvon

Emanation, fluid, particle, wave ... what is the identity of this elusive but very present thing whose quest dates back to twenty-five centuries and whose reality escapes us as soon as we think we have identified it?

In the course of this story - that of a succession of generally discrete phenomena which, under the watchful eye of observers, led to spectacular applications - we will meet dozens of scientists, inventors and researchers whose names we are already familiar: from Ampère to Watt and Thales from Miletus to Pierre and Marie Curie, it is also Volta and Hertz, Ohm and Joule, Franklin and Bell, Galvani and Siemens or Edison and Marconi who, among others, come to populate this adventure.

We will see amber lead to the lightning rod, contractions of a thigh of frog lead to the battery, the action of a current on a compass announce: the phone, the airwaves and electric motors, or the light filling a vacuum tube to produce a cathodic radiation. Of course, X-rays and radioactivity are also part of it.

From happy discoveries to dramatic experiences, electricity remains a natural force that has not ceased to inspire research and raise passions.

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Table of Contents.

When was electricity born?
The Amber.
An attractive material.
The long sleep of the succin.

William Gilbert, the first electrician.
The birth of electricity.
Electricity is a general property of matter.

The first electric machines.
Otto de Guericke (1602-1686).
Francis Hauksbee (? - 1713).
Tube or globe?
Georg Matthias Bose (1710-1761).
Abbé Nollet (1700-1770).
The tray machines.

Gray, Dufay, Franklin and the electrical conduction.
Stephen Gray (1666-1736).
Late and fabulous discoveries.
Dufay: first ranking.
Electrical and non-electric bodies, what difference?
Benjamin Franklin: the vocabulary.

From Dufay to Ampere: from the two kinds of electricity to the both directions of electric current.
Dufay (1698-1739) and the electric repulsion.
A speech of the method.
Repulsion joins the attraction.
The law of Dufay.
Benjamin Franklin (1706-1790): a new vocabulary for a unique fluid.
Between Dufay and Franklin: Robert Symmer's silk stockings.
From loads to electrical currents.
From the Volta pile to the Ampère man.
Oersted: the pile and the compass.
Ampere and the conventional current direction.
The return of Franklin.
A situation blocked.

The Leiden bottle: the hidden power of electricity.
Terrible news from Leiden
This first electric capacitor, how does it work?
A miraculous bottle.

To the conquest of the celestial fire: the lightning rod.
The long history of thunder.
A thunderclap in the Parisian sky.

Coulomb and the time of the measure.
The law of Coulomb

From Galvani to Volta: the discovery of the electric battery.
Galvani and the frogs.
Volta and the battery.

Electricity and chemistry.
Humphry Davy (1778-1829).
A race for new elements.
 
The other magic stone: the magnet.
Chinese heritage.
Pierre de Maricourt (thirteenth century).
William Gilbert.
Coulomb and the measure.
 
Oersted, Ampere and the birth of electromagnetism,
or when the amber finds the magnet again.
Hans Christian Oersted (1777-1851).
Ampere (1775-1836).
An ingenious montage.
Earth is an electromagnet.
From mobile frame to solenoid.
From the solenoid to the right magnet.

Faraday and the fields.

Michael Faraday (1791-1867).
From the engine to the generator.
Lines of force and fields.
The law of Faraday.
Maxwell (1831-1879), putting the fields into equations.

Maxwell and the electromagnetic waves: at the rendezvous of light and electricity.
The luminous ether
Electromagnetic ether and the nature of light.
Establish the equations of propagation of an electromagnetic disturbance.
Build a coherent system of electrical units.

Hertz and the reality of electromagnetic waves.
At the conquest of high tensions: the Ruhmkorff coil.
Towards the discovery of the hertzian waves.
Does the ether exist? The experience of Michelson and Morley.
Branly, Marconi and the beginning of the radio.

The time of the engineers: the International Electricity Exhibition of 1881.
The era of electric generators.
The international exhibition of electricity in Paris.
The electric light.
The new generators.
The driving force of electricity.
After the exhibition of 1881.
The dark side of the electric force.
What future for electricity?
 
Electrical units, or when electricians give birth to a universal language.
The decimal metric system.
Birth of electric units.
Before 1881: different national systems.
1881: first international congress of electricians and first international system.
A success noticed.
The 1881 congress suites: the joule, the watt ...
Mechanics overwhelmed.
To the MKSA system.

A strange light: the cathodic radiation.
William Crookes and the radiant matter.
 
Röntgen and the X-rays.
Röntgen and the discovery
The epic of X-rays
X-rays, the latest fashion.
The other side of the medal
A memorial to the victims of radiation.
 
New radiation: the radioactive radiation.
Henri Becquerel: the discovery of radioactive radiation.
Marie Curie and the first hypotheses.
Polonium.
Radium.

Life and death of the electron.
Thomson and the discovery of the electron.
The electron and the atom, from Thomson to Rutherford.
Planck, Einstein and the birth of the photon.
The atom of Bohr.
Louis de Broglie and the wave nature of the electron.
When uncertainty becomes a principle.
And electricity, the electron, the electric charge in all this?
 
History to follow.
No science without his story.
This is just the beginning, the story continues.
 
Bibliography. Index of names; Index of subjects. The dates of the electricity.

Gérard Borvon

"C'est un fait connu, & sans doute depuis longtemps, qu'une chambre, qu'un carrosse, une couche, sont plus fortement chauffés par le soleil, lorsque ses rayons passent au travers de verre ou de châssis fermés, que quand ces mêmes rayons entrent dans les mêmes lieux ouverts & dénués de vitrage. On sait même que la chaleur est plus grande dans les chambres ou les fenêtres ont un double châssis."

C'est ainsi que Horace Bénédict de Saussure débutait une lettre, datée du 17 avril 1784, adressée, depuis Genève, au "Journal de Paris". Géologue et naturaliste né à Conches près de Genève, en 1740, Saussure est surtout connu pour ses excursions dans les Alpes et en particulier pour avoir été l'un des premiers à atteindre le sommet du Mont Blanc où il avait pu constater que la température d'ébullition de l'eau n'était plus que de 86° de notre échelle Celsius.

En 1824, Sadi Carnot avait publié ses " Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance", texte fondateur de la thermodynamique. Il y note déjà en introduction que "c'est à la chaleur que doivent être attribués les grands mouvements qui frappent nos regards sur la terre ; c'est à elle que sont due les agitations de l'atmosphère, l'ascension des nuages, la chute des pluies et autres météores..." 

La chaleur est aussi l'un des premiers centres d'intérêt de Saussure. C'est pourquoi ce phénomène d'élévation de la température derrière une vitre ne pouvait pas manquer d'attirer son attention.

"Lorsque je réfléchis pour la première fois à ces faits si connus, je fus bien étonné qu'aucun Physicien n'eût cherché à voir jusqu'où pouvait aller cette augmentation ou cette concentration de la chaleur", écrit-il.

Horace Bénédict de Saussure, l'héliothermomètre et l'effet de serre.

Il se propose donc de rendre compte d'une série de mesures qu'il à commencées dès 1767. Son dispositif expérimental, auquel il donne le nom d'Héliothermomète, est une "caisse en sapin d'un pied de longueur sur 9 pouces de largeur et de profondeur". Des études antérieures lui ont montré qu'un corps sombre absorbe mieux la chaleur, il choisit donc de tapisser l'intérieur de la boite "d'un liège noir épais d'un pouce" qui constitue par ailleurs un bon isolant thermique. Son couvercle est constitué de trois glaces "placées à un pouce et demi de distance l'une de l'autre". l'expérience demande de suivre la course de soleil de telle sorte que ses rayons entrent toujours dans la boite perpendiculairement à la vitre. Utilisant cette méthode, la plus grande température qui est atteinte est de 87,7°, "c'est à dire de plus de 8 degré au dessus de la chaleur de l'eau bouillante". L'échelle utilisée est ici celle de Réaumur qui fixe à 80 degré la température d'ébullition de l'eau. Prenant des mesures pour mieux isoler la boite, il obtiendra même des températures atteignant 128°R soit 160°C.

Voilà pour l'observation.

"Quant à la théorie, écrit-il, elle me paraît si simple, que je ne crois pas qu'elle ajoute beaucoup à la gloire de celui qui la développera". Il se souvient que "l'immortel Newton" a prouvé que les corps sont réchauffés par la lumière qu'ils absorbent. L'explication lui paraît donc évidente :

"Sans décider si les rayons du soleil sont eux-mêmes du feu, ou s'ils ne font qu'imprimer au feu contenu dans les corps un degré de mouvement qui produit la chaleur, c'est un fait qu'ils les réchauffent. C'est un fait tout aussi certain, que quand le corps sur lesquels ils agissent est exposé en plein air, la chaleur dont ils le pénètre lui est en partie dérobée par les courants qui règnent dans l'air, & par ceux que cette chaleur produit elle même, Mais si ce corps est situé de manière à recevoir ses rayons sans être accessible à l'air, il conserve une plus grande proportion de la chaleur qui lui est imprimée".

La météorologie mesure aujourd'hui l'importance des phénomènes de convection pour les échanges de chaleur dans les fluides, en particulier dans l'atmosphère ou dans les océans. Saussure les avait déjà bien analysés en constatant que dans une boite vitrée, fermée et isolée, l'air conservait sa chaleur car il ne pouvait y avoir d'échange avec l'air extérieur plus froid. Bien imaginées aussi les applications possibles de son montage expérimental.

"Quant aux applications, je m'en suis aussi occupé", écrit-il, Comme je ne me flattais pas de fondre des métaux, je ne pensais qu'à faire servir cette invention à des usages qui ne demandent qu'une chaleur peu supérieure à celle de l'eau bouillante. Je voulais aussi éviter l'assujettissement et la perte du temps qu'entraîne la nécessité de présenter toujours la caisse au soleil à mesure que sa position change. Dans cette intention j'ai essayé d'employer des calottes de verre hémisphériques qui s'emboîtent les unes dans les autres".

L'idée se justifiait, la démarche témoignait d'un réel comportement scientifique. Hélas, le résultat escompté ne fut pas au rendez-vous et l'expérimentateur constate "qu'on ne pourrait pas même se flatter de faire cuire sa soupe dans cet appareil". Il préfère donc s'en tenir à sa caisse initiale qui en plus de pouvoir servir de "thermomètre solaire" serait apte, dit-il, à pratiquer des distillations ou toute autre opération qui ne demanderait pas "un degré de chaleur fort supérieur à celui de l'eau bouillante". Pourrait-il imaginer que deux siècles et demi plus tard de telles boites, d'une plus grande surface, au fond noirci traversé par des serpentins parcourus par un liquide caloporteur, seraient disposées sur les toits des maisons pour fournir à ses occupants l'eau chaude nécessaire à leur usage domestique. Son dispositif, qui avait mis en évidence ce que nous désignons aujourd'hui comme "effet de serre", est en effet devenu, par l'usage des panneaux solaires thermiques, une utilisation économe, intelligente et non-polluante du rayonnement solaire.

Jean Baptiste Joseph Fourier. De l'héliothermomètre à la température du globe terrestre.

Fourier (1768-1830) est d'abord connu comme mathématicien pour ses "séries", outil mathématique qu'il a d'abord appliqué à l'étude de la diffusion de la chaleur. En 1827 est publié dans les Mémoires de l'Académie des Sciences de l'Institut de France son "MÉMOIRE sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires". S'interrogeant sur l'influence de l'atmosphère sur la température du globe il fait une référence appuyée aux travaux de Saussure. On doit, dit-il au célèbre voyageur, une expérience qui apparaît très propre à éclairer la question". Il décrit avec précision l'instrument mis au point par Saussure. Celui-ci l'intéresse particulièrement par le fait qu'il a permis à son constructeur de "comparer l'effet solaire sur une montagne très élevée à celui qui avait lieu dans une plaine inférieure", montrant ainsi le rôle de l'épaisseur de l'atmosphère dans le phénomène.

"La théorie de cet instrument est facile à concevoir", dit-il. Comme Saussure il considère "que la chaleur acquise se concentre parce qu'elle n'est point dissipée immédiatement par le renouvellement de l'air". Il y ajoute une seconde raison qui nous rapproche d'une vision contemporaine largement vulgarisée :

"la chaleur émanée du soleil a des propriétés différentes de la chaleur obscure. Les rayons de cet astre se transmettent en assez grande partie au-delà des verres dans toutes les capacités et jusqu'au fond de la boite. Ils échauffent l'air et les parois qui le contiennent : alors la chaleur ainsi communiquée cesse d'être lumineuse; elle ne conserve que les propriétés commune de la chaleur rayonnante obscure. Dans cet état, elle ne peut traverser librement les plans de verre qui couvrent le vase ; elle s'accumule de plus en plus dans une capacité enveloppée d'une matière très-peu conductrice, et la température s'élève jusqu'à ce que la chaleur affluente soit exactement compensée par celle qui se dissipe".

Une dizaine d'année sépare ce texte de la présentation par Fresnel de sa théorie ondulatoire de la lumière. Cette "chaleur rayonnante obscure" attendra encore quelques années avant d'être qualifiée de "rayonnement infrarouge".

L'analogie avec l'atmosphère s'impose alors à Fourier. Le même phénomène expliquerait la température plus élevée dans les basses couches de l'atmosphère. Si les différentes couches de l'atmosphère restaient immobiles, elles se comporteraient comme des vitres. "la chaleur arrivant à l'état de lumière jusqu'à la terre solide perdrait tout-à-coup et presque entièrement la faculté qu'elle avait de traverser les solides diaphanes ; elle s'accumulerait dans les couches inférieurs de l'atmosphère, qui acquerraient ainsi des températures élevées". Fourier n'ignore pourtant pas que l'air chaud s'élève et se mélange à l'air froid des altitudes mais il estime que ce phénomène ne doit pas altérer totalement l'effet de la lumière obscure "parce que la chaleur trouve moins d'obstacles pour pénétrer l'air, étant à l'état de lumière, qu'elle n'en trouve pour repasser dans l'air lorsqu'elle est convertie en chaleur obscure".

Depuis Lavoisier on sait que l'air est un mélange de gaz, que signifie alors la perméabilité de l'air au rayonnement solaire ou à la "chaleur rayonnante obscure" ? Les différents gaz qui le composent ont-ils tous le même comportement ? C'est la question que se pose John Tyndall.

John Tyndall (1820-1893), le découvreur des gaz à "effet de serre".

John Tyndal est né en Irlande et y a vécu sa jeunesse. Autodidacte, comme Faraday dont il a été l'élève, ses travaux scientifiques lui valent une solide renommée, tant en Europe que dans les Etats d'Amérique. Excellent vulgarisateur, il donne, en 1864 à Cambridge, une conférence, sous le titre "La radiation", dans laquelle il expose ses travaux sur l'absorption des rayons lumineux par différents gaz. Sa traduction par l'Abbé Moigno est publiée en France dès l'année suivante. Son traducteur est enthousiaste : "Le motif de sa dissertation lui était imposé par par l'immense retentissement des ses admirables découvertes dans le domaine des radiations lumineuses et caloriques. Il l'a traité avec une lucidité, une sobriété, une élégance, une aisance magistrales ; et nous ne nous souvenons pas d'avoir lu avec plus de plaisir d'autres dissertations scientifiques".

Le texte est court (64 pages) et l'éloge justifié. Il mérite d'être lu dans sa totalité. Qui le lirait y trouverait l'essentiel de ce que nous enseignent les climatologues aujourd'hui. Son exposé s'attache d'abord à établir l'existence de lumières invisibles à l'oeil. Il est acquis, depuis Fresnel, que la lumière solaire est composée de multiples radiations. En particulier il s'intéresse à celle qu'il désigne sous le terme "d'ultra-rouge" et que nous désignons aujourd'hui comme "infra-rouge". Il expose comment son existence a été révélée par l'astronome britannique Wiliam Herschel. L'expérience est belle, elle mérite d'être rappelée.

"Forçant un rayon solaire à passer à travers un prisme, il le résolu dans ses éléments constituants, et le transforma en ce qu'on appelle techniquement le spectre solaire (souligné par lui). Introduisant alors un thermomètre au sein des couleurs successives, il détermina leur pouvoir calorifique, et trouva qu'il augmentait du violet, ou du rayon le plus réfracté, au rouge ou rayon le moins réfracté du spectre. Mais il ne s'arrêta pas là. Plongeant le thermomètre dans l'espace obscur au delà du rouge, il vit que, quoique la lumière eût entièrement disparu, la chaleur rayonnante qui tombait sur l'instrument était plus intense que celle que l'on avait mise en évidence à tous les points du spectre visible."

Mentionnant les travaux de Ritter et Stokes sur les "ultraviolets" Tyndall pouvait alors présenter le rayonnement solaire comme composé de "trois séries différentes".

1. des rayons ultra-rouges d'une très grande puissance calorique, mais impuissants à exciter la vision.

2. Des rayons lumineux qui déploient la succession suivante de couleurs : rouge, orangé, jaune, vert, bleu, indigo, violet

3. des rayons ultra-violets, impropres à la vision comme les rayons rouges, dont le pouvoir calorifique est très-faible, mais qui en raison de leur énergie chimique, jouent un rôle très important dans le monde organique.

Suit un exposé sur la nature des radiations. Quel est le lien entre la chaleur dégagée dans un fil de platine chauffé au rouge ou au blanc par un courant électrique le traversant et la perception de cette lumière par l'oeil ? Son compatriote Maxwell a émis récemment l'hypothèse selon laquelle la lumière serait une onde électromagnétique se déplaçant dans un hypothétique éther. Sa réponse est conforme au modèle. Il existe dit-il un "éther lumineux" qui comme l'air transmet les sons, est "apte à transmettre les vibrations de la lumière et de la chaleur". Ainsi "chacun des chocs de chacun des atomes de notre fil excite en cet éther une onde qui se propage dans son sein avec la vitesse de 300 000 kilomètres par seconde". C'est cette onde, reçue par la rétine, qui provoque chez nous la sensation de lumière.

Le chapitre qui suit a pour titre "Absorption de la chaleur rayonnante par les gaz". Son objet concerne particulièrement notre sujet, à savoir ce que nous désignons par "effet de serre".

"Limitant tout d'abord nos recherches au phénomène de l'absorption, nous avons à nous figurer une succession d'ondes issues d'une source de rayonnement et passant à travers un gaz. Quelques-unes de ces ondes viennent se contre des molécules gazeuses et leur cèdent leur mouvement ; d'autres glissent autour des molécules, ou passent à travers leurs espaces intermoléculaires, sans obstacle sensible. Le problème consiste à déterminer si de semblables molécules libres ont à un degré quelconque le pouvoir d'arrêter les ondes de la chaleur, et si les différentes molécules possèdent ce pouvoir à différents degrés".

Le montage expérimental consiste en un plaque de cuivre chauffée jusqu'à incandescence. La lumière produite est transmise à un tube fermé par deux plaques de sel gemme "seule substance solide qui offre un obstacle presque insensible au passage des ondes calorifiques". Le tube peut être rempli de gaz divers sous la même pression de 1/30 d'atmosphère. La température y est mesurée par une "pile thermo-électrique", instrument d'une invention récente.

Les résultats sont publiés dans un tableau qui exprime les quantités de radiations absorbées respectivement par les différents gaz, "en prenant pour unité la quantité absorbée par l'air atmosphérique".

On y retrouve la plupart des gaz dont la nuisance nous préoccupe aujourd'hui. En particulier le dioxyde de carbone (acide carbonique), le méthane, le protoxyde d'azote, l'acide nitreux.

Une dernière partie vient compléter ce tableau. Elle concerne l'étude "des vapeurs aqueuse de l'atmosphère dans leurs rapports avec les températures terrestres". L'importance des résultats mérite une mise en scène. Après les premières mesures effectuées sur différents gaz, "nous voici préparés à accepter un résultat qui sans ces préliminaires serait apparu complètement incroyable", annonce le conférencier.

Le nouveau gaz étudié n'est autre que la vapeur d'eau. C'est "un gaz parfaitement impalpable, diffusé dans toute l'atmosphère même les jours les plus clairs". La quantité de cette vapeur est infinitésimale comparée à la composition de l'air en oxygène et azote. Pourtant les mesures effectués montrent que son effet est 200 fois supérieur à celui de l'air qui la contient. Ce fait, note-t-il, "entraîne les conséquence les plus graves relativement à la vie sur notre planète".

Conséquences les plus graves ? C'est exactement ce que seraient tentés de dire la plupart de nos contemporains mais John Tyndall y voit en réalité une chance. La chaleur du sol échauffé par les rayons du soleil se communiquent à l'atmosphère sous formes de ces ondes de lumière "ultra-rouges" de grande puissance calorique. L'air seul serait insuffisant pour les retenir. Heureusement, constate Tyndall "les vapeur aqueuses enlèvent leur mouvement aux ondes éthérées, s'échauffent et entourent ainsi la terre comme d'un manteau qui la protège contre le froid mortel qu'elle aurait sans cela à supporter". Plus tard, dans sa conclusion, le constat prend des proportions lyriques. "La toile d'araignée tendue sur une fleur suffit à la défendre de la gelée des nuits ; de même la vapeur aqueuse de notre air, tout atténuée qu'elle soit, arrête le flux de la chaleur rayonnée par la terre, et protège la surface de notre planète contre le refroidissement qu'elle subirait infailliblement, si aucune substance n'était interposée entre elle et le vide des espaces célestes". Il en veut pour preuve que partout où l'air est sec (déserts, sommets des hautes montagnes) cela entraîne des températures diurnes extrêmes. Inversement "pendant la nuit, la terre rayonne sans aucun obstacle la chaleur vers ses espaces célestes et il en résulte un minimum de température très-basse".

La découverte est d'importance et il la revendique. S'il reconnaît à ses prédécesseurs, de Saussure, Fourier, Pouillet, Hopkins, d'avoir "enrichi la littérature scientifique" sur ce sujet, il fait le constat que ce n'est pas, à présent, à l'air, comme ils l'ont fait, qu'il faut s'intéresser mais à la vapeur d'eau qu'il contient.

Notons ici que, s'il cite Saussure, l'effet qu'il décrit n'a plus rien à voir avec celui d'une serre dans laquelle l'air chauffé par le soleil serait confiné. C'est donc de façon erronée que l'expression "effet de serre" continue à alimenter nos débats contemporains. D'où vient l'expression ? on la trouve utilisée par Arrhenius, dont nous verrons bientôt la contribution. "Fourier, écrit-il, le grand physicien français, admettait déjà (vers 1800) que notre atmosphère exerce un puissant effet protecteur contre la perte de chaleur par rayonnement. Ses idées furent plus tard développées par Pouillet et Tyndall. Leur théorie porte le nom de la théorie de la serre chaude (souligné par nous), parce que ces physiciens admirent que notre atmosphère jour le même rôle que le vitrage d'une serre".  Si le terme retenu par la milieu scientifique est "forçage radiatif", l'image torride d'une serre est tellement plus parlante que son succès est assuré pour longtemps encore.

Ainsi donc la terre est protégée par la vapeur d'eau ? Nous sommes dans la première période du développement industriel de l'Europe, comment Tyndall pourrait-il imaginer que cet équilibre qui dure depuis des milliers d'années sera rompu dans le siècle à venir. Non pas essentiellement par la vapeur d'eau mais par le CO₂. Que dit-il de ce gaz ? Il a déjà mesuré que son pouvoir d'absorption des rayons lumineux est près de 1000 fois supérieur à celui de l'air. Il constate également qu'il existe un nombre de rayons "pour lesquels l'acide carbonique est impénétrable". Il en fait même un moyen de mesure du taux de CO₂ dans l'air expiré par les poumons. Mais il ne percevra pas son rôle prépondérant dans le réchauffement de l'atmosphère. Ce sera la contribution de Svante Arrhenius.

Svante Arrhenius.

Svante Arrhenius est né à Vik en Suède en 1859. Chimiste, Prix Nobel, les apprentis chimistes le connaissent par la loi concernant les vitesses des réactions chimiques à laquelle on a donné son nom. Les météorologues se souviennent d'abord de ses études sur l'absorption de la lumière infrarouge par la vapeur d'eau et le CO₂. Son article "De l'influence de l'acide carbonique dans l'air sur la température au sol", publié en 1896, a été longtemps une référence. Même si ses calculs ont ensuite été contestés, son analyse a amené certains commentateurs à faire de Arrhenius "le père du changement climatique".

Utilisant des mesures faites par Frank Washington Very et Samuel Pierpont Langley sur le rayonnement lunaire, il déduit le pourcentage d'absorption du CO₂ par notre atmosphère. Il prend alors conscience du fait que l'augmentation rapide de la consommation de charbon peut contribuer à augmenter cette quantité. "L'acide carbonique, écrit-il, forme une fraction si peu importante de l'atmosphère que même la consommation industrielle de charbon semble pouvoir y influer. La consommation annuelle de houille a atteint en 1907 1200 millions de tonnes et elle augmente rapidement". Il note que sa progression est régulière : 510 millions de tonnes en 1890, 550 millions de tonnes en 1894, 690 en 1899, 890 en 1904 et il estime donc que "la quantité répandue dans l'atmosphère puisse être modifiée, dans le cours des siècles, par la production industrielle" .

La combustion de ce charbon faisant augmenter le taux de CO₂ dans l'atmosphère, il estime que si ce taux doublait, la température terrestre pourrait augmenter de l'ordre de 4°C.

Ce taux était alors de l'ordre de 300ppm et il n'imaginait pas ce doublement avant 3000ans, c'est à dire le temps qu'il estimait nécessaire avant d'épuiser l'essentiel des ressources du sous-sol en charbon. Un siècle plus tard, ce taux a déjà dépassé 400ppm. Sans être trop pessimistes les scientifiques du Giec estiment que cette augmentation de température de 4°C pourrait être atteinte à la fin de ce siècle et nous alertent sur tous les bouleversements qui nous attendent !

Arrhenius, quant à lui, n'est pas inquiet. S'il pense aux générations futures c'est en considérant que cette augmentation de la température pourrait  avoir pour elles un aspect bénéfique. Il l'affirme sans hésiter dans un ouvrage publié en 1907 dans lequel il présente sa vision de l'apparition et de l'évolution de la vie sur terre sous le titre "Worlds in the making; the evolution of the universe", traduit en France sous le titre "L'évolution des mondes" .

"Nous entendons souvent, écrit-il, des lamentations sur le fait que le charbon stocké dans la terre est gaspillé par la génération présente sans aucune pensée pour la future… Nous pouvons trouver une sorte de consolation dans la considération que ici, comme souvent, il y a un bénéfice d'un côté pour un dommage de l'autre. Par l'influence de l'accroissement du pourcentage de l'acide carbonique dans l'atmosphère, nous pouvons espérer profiter dans le futur d'un climat meilleur et plus équitable, spécialement en ce qui regarde les régions les plus froides de la terre. Dans le futur la terre produira des cultures beaucoup plus abondantes qu'actuellement, au profit de l'accroissement rapide de l'humanité."

Il a fallu moins d'un siècle pour que ce rêve d'un avenir radieux, du moins pour les habitants de l'hémisphère nord, se transforme en cauchemar.

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Voir aussi :

Historique de l'effet de serre

Pour rencontrer le spécialiste de la forêt tropicale, il faudrait l’accompagner sur la cime des arbres. De là-haut, comme le héros d’Italo Calvino, il regarde, effrayé, les hommes détruire leur environnement.

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•  «Francis Hallé, Botaniste». Sa carte de visite dit l’homme. Pas de présidence, pas d’appartenance à une société savante, pas de récompense, pas de titre honorifique, juste «botaniste». Il faut préciser que notre homme a une femme, quatre enfants et cinq petits-enfants pour établir son appartenance au monde des humains. Sinon, à 79 ans, Francis Hallé appartient au monde végétal.

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  Quand on le rencontre à la mi-décembre chez lui, à Montpellier, il revient de la forêt de Mondah, au Gabon. «Il manque trois ou quatre cents ans pour qu’elle redevienne une forêt primaire. Elle a fait la moitié du chemin. Il y a un mince espoir. Je ne dis pas que les hommes s’en préoccupent. Je dis que, dans ce coin de forêt équatoriale, des gens s’en préoccupent.» Voilà une trace d’espoir que l’on peut découvrir dans le discours de ce botaniste, spécialiste mondialement respecté des forêts tropicales.

  Il fallait voir l’homme dans son jardin, mais un froid, très relatif, et un crachin breton égaré sur les bords de la Méditerranée, lui ont fait dire que non, on n’allait pas y aller. Alors, nous sommes restés dans son bureau pour parler, ou pour essayer de parler des plantes, des fleurs et des arbres en butant sans cesse sur une impossibilité à nommer les choses. Les mots fabriqués par l’homme ne permettent pas de parler du monde végétal. Vous affirmez que la forêt est le poumon de la planète. «C’est quoi un "poumon" ? Ça rejette de l’oxygène ? Non. Ça ingère du gaz carbonique ? Non. Alors, la forêt ne peut pas être un poumon ! Elle assimile du gaz carbonique et rejette de l’oxygène. C’est exactement l’inverse, lâche Francis Hallé. La première difficulté est là, nous n’avons pas les mots qui permettent de parler du monde végétal. Les mots ne font que souligner notre incapacité à le comprendre.»

  Evoquez un monde immobile, comme on parle, à tort, du monde du silence pour la mer, il vous parlera du déplacement des arbres à une échelle de temps sans commune mesure avec la nôtre (plus au moins 120 000 ans, rien en somme). La pâquerette est ainsi une cousine miniaturisée d’arbres immenses, comme le Brachylaena (Asteraceae,Madagascar), ou le Dasyphyllum diacanthoides (Asteraceae, Chili), lequel s’élève à 30 mètres aussi du sol. Elle est montée plein nord, a rapetissé et s’est enfoncée dans le sol pour s’adapter.

   

Si le contrôle et le maintien de la qualité de l'eau en France a fait l'objet de la "grande" loi de 1964, il a fallu attendre 1996 pour que soit votée une "loi sur l'Air et l'Utilisation Rationnelle de l’Énergie (LAURE)". Respirer un air sain serait-il moins important que de boire une eau potable ?

L'air, la santé et la loi.

Comme souvent en France lorsqu'il s'agit d'environnement, la loi répondait, avec des années de retard, à des directives cadres issus des institutions européennes : la directive du 15 juillet 1980, concernant des valeurs limites et des valeurs guides de qualité atmosphérique pour l'anhydride sulfureux et les particules en suspension, la directive du 3 décembre 1982, concernant une valeur limite pour le plomb contenu dans l'atmosphère, la directive du 7 mars 1985, concernant les normes de qualité de l'air pour le dioxyde d'azote et la directive du 21 septembre 1992, concernant la pollution de l'air par l'ozone. Ces directives européennes s'inscrivant elles-mêmes dans le cadre des lignes directrices de l'organisation mondiale de la santé (OMS) dont le préambule déclarait que "le fait de respirer de l’air pur est considéré comme une condition essentielle de la santé et du bien-être de l’homme".

Dans son article premier la loi française définissait son objet : "L’État et ses établissements publics, les collectivités territoriales et leurs établissements publics ainsi que les personnes privées concourent, chacun dans le domaine de sa compétence et dans les limites de sa responsabilité, à une politique dont l'objectif est la mise en œuvre du droit reconnu à chacun à respirer un air qui ne nuise pas à sa santé."

"Un air qui ne nuise pas à sa santé...". L'air, reconnu sur le plan international comme une "condition essentielle de la santé et du bien-être de l’homme" , serait donc devenu, dans la loi française, une menace dont il faille se protéger ? C'est hélas ce que l'on découvre à la lecture des mesures effectuées par les 29 associations agréées par le Ministère de l'Environnement pour la surveillance de la qualité de l'air en France : respirer peut, effectivement, nuire à notre santé !

La qualité de l'air surveillée.

Étonnante histoire que celle de ces associations de surveillance de la qualité de l'air. Rappelons que la loi sur l'eau de 1964 avait eu, entre autres mérites, de définir six Agences de Bassin. Établissements publics dépendant du ministère de L'Environnement, ces agences sont chargées de mettre en œuvre la politique de l’État en matière de qualité de l'eau. Rien de cela pour la protection de l'air, les associations auxquelles on en a confié sa surveillance sont des associations régies par la loi de 1901 qui, pour plusieurs, existaient bien avant que soit votée la loi sur l'air et, donc, relevaient d'une initiative, non pas publique mais associative.

En Bretagne, par exemple, l'association "Air Breizh" est issue d'une association loi 1901 nommée ASQAR ( association pour la surveillance de la qualité de l’air de l’agglomération rennaise) créée en 1987. Airparif, en Île-de-France, a été créée en 1979.

Le mouvement s'est accéléré à la suite du décret n° 90-389 du 11 mai 1990 instituant "une taxe parafiscale sur les émissions de polluants dans l'atmosphère affectée au financement de la lutte contre la pollution de l'air et perçue par l'Agence pour la qualité de l'air". La discrète "Agence pour la Qualité de l’Air" (AQA), créée par une loi du 7 juillet 1980, était un établissement public à caractère industriel et commercial, sous tutelle du ministre délégué à l’Environnement. En 1990-1991, la fusion de l’AQA, de l’Agence française pour la maîtrise de l’énergie et de l’Agence nationale pour la récupération et l’élimination des déchets a donné naissance à l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME). Depuis 1999 la taxe perçue par l'ADEME est incluse dans la Taxe Générale sur les Activités Polluantes (TGAP). Sont visées les installations émettant des oxydes de soufre et d'azote, des vapeurs organiques, des particules fines.

Une partie de cette taxe étant affectée au financement de la surveillance de la qualité de l'air, un arrêté du 9 mai 1995 établissait la liste de la trentaine d'associations agrées par le ministère de l'environnement et autorisées à la percevoir. La loi de 1996 formalisait ce fonctionnement en précisant que "Dans chaque région, et dans la collectivité territoriale de Corse, l’État confie la mise en œuvre de cette surveillance à un ou des organismes agréés. Ceux-ci associent, de façon équilibrée, des représentants de l’État et de l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie, des collectivités territoriales, des représentants des diverses activités contribuant à l'émission des substances surveillées, des associations agréées de protection de l'environnement, des associations agréées de consommateurs et, le cas échéant, faisant partie du même collège que les associations, des personnalités qualifiées".

Depuis cette date des associations agréées existent dans chaque région de métropole et d'outre-mer et sont regroupées au sein de la "Fédération des Associations de Surveillance de la qualité de l'air (ATMO France)". En sont membres les représentants des organismes de l’État (Préfectures, DREAL, ADEME, ARS, DRAF ...), les collectivités territoriales ( Conseil généraux, communautés urbaines, grandes villes... ), les principaux industriels concernés ( chambres de commerce et d'industrie, chambres d'agriculture, EDF, grosses unités industrielles...), des personnes qualifiées (scientifiques, structures médicales, associations... ).

Des crédits insuffisants.

Leur financement ? Les Agences de l'eau fonctionnent avec le pactole des redevances pollutions payées par chaque consommateur et figurant sur sa facture d'eau potable. Mais il n'y a pas encore de facture pour l'air qu'on respire ! le budget des associations membres de l'ATMO repose donc essentiellement sur les dotations de l’État, sur une partie de la taxe payée par les installations polluantes (TGAP) et sur les subventions volontaires des collectivités territoriales. Résultat : un budget insuffisant et qui se restreint de plus en plus d'où un nombre limité de mesures effectuées et des points de mesure trop peu nombreux. Huit points de mesure, par exemple en Bretagne dont 3 seulement bénéficiant de mesures complètes permettant d'établir l'indice de qualité de l'air ATMO. Pour les agglomérations de plus de 100 000 habitants cet indice est calculé à partir des concentrations de quatre polluants : le dioxyde soufre (SO₂), le dioxyde d'azote (NO₂), l'ozone (O₃) et les particules en suspension de diamètre inférieur à 10 micromètres (PM₁₀). Ces mesures limitées aux grandes agglomérations sont à l'évidence très insuffisantes quand on constate que c'est sur l'ensemble du territoire que les habitants respirent un cocktail de pollutions diverses générées par l'industrie,l'agriculture, le chauffage urbain et les transports.

Dans un interview rapporté par la revue Actu-Environnement de septembre 2013, la présidente d'ATMO-France, plaidait pour une rallonge des crédits attribués aux associations membres. Avec l'élaboration des schémas régionaux climat-air-énergie, la révision des plans de protection de l'atmosphère incluant la mesure des concentrations de pesticides dans l'air et des polluants atmosphériques à proximité du trafic en milieu urbain, les associations agréées croulent sous les nouvelles missions. Leur présidente revendiquait qu'elles perçoivent une partie des taxes qui seraient prélevées sur les transports. C'était le temps où la redevance "poids-lourds" était encore dans les projets gouvernementaux.

Il est vrai que avec 50 millions d'euros par an partagés entre 27 associations à comparer aux 2 milliards d'euros à la disposition des six Agences de l'eau, il semblait impossible de répondre à l'urgence de l'heure, d'autant plus que la situation semblait s'aggraver. Les finances publiques étant "étriquées", la part de l'État et celle des collectivités locales pouvaient difficilement augmenter. Pire, certaines collectivités réduisaient leur contribution volontaire, allant jusqu'à la supprimer. Finalement, le financement des associations agréées de surveillance de la qualité de l'air dépendait du "bon vouloir des collectivités", regrettait Régine Lange, rappelant que le suivi de la qualité de l'air constitue pourtant un outil d'aide à la prise de décision pour ces mêmes collectivités.

Pour étayer son argumentation la présidente faisait valoir les 42.000 décès par an résultant de la pollution atmosphérique par les particules fines, "un chiffre issu de l'étude Cafe (Clean Air for Europe, Air pur pour l'Europe) de 2000 et qui n'est pas contesté".

Par ailleurs, rappelait-elle, le coût annuel associé à la mortalité précoce liée à la pollution atmosphérique est évalué entre 20 et 30 milliards d'euros par an, selon une étude récente réalisée par les services du ministère de l’Écologie. Un rapport du Sénat, publié en juillet 2015 sous le titre "Pollution de l'air : le coût de l'inaction", estimait quant à lui ce coût à 100 milliard d'euros.

Ne pas oublier, le contentieux ouvert par la Commission européenne à l'encontre de la France pour non-respect des valeurs limites applicables aux particules PM₁₀ qui pourrait aboutir à une condamnation assortie d'une amende et d'astreintes financières, à savoir : onze millions d'euros d'amende et 240.000 euros par jour de dépassement du seuil réglementaire, soit plus de 100 millions d'euros pour la première année et 85 millions pour les années suivante. Nous parlerons de ces particules fines, PM₁₀, PM_2,5, dont l'extrême dangerosité se révèle chaque jour un peu plus.

En conclusion la présidente de ATMO-France rappelait que, si la santé publique doit être le soucis premier des autorités, une autre évidence s'imposait : "agir pour la qualité de l'air, c'est agir pour les finances publiques" .

Propos entendus ? En Avril 2015, alors que Paris venait de subir des pics de pollution particulièrement graves, la ministre de l'Ecologie Ségolène Royal décidait de réduire de 15% la subvention de l'Etat à Airparif !

L'état n'est pas le seul à se désengager. Sur 64 départements adhérents à ATMO-France une vingtaine ont annoncé leur départ pour 2016, ou risquent de baisser leurs apports. La région parisienne est particulièrement touchée : les Yvelines viennent de se retirer d’Airparif pour 2016, après la Seine-et-Marne en 2015 et les Hauts-de-Seine en 2012. Et cela dans la plus totale indifférence !