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Une archéologie du cinéma sonore

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Giusy Pisano

Deuxième partie. De la machine - homme aux appareils étranges

Chapitre VIII. À la recherche d’une méthode

Texte intégral

1L’ensemble des recherches se concentre désormais autour d’une question fondamentale : quelle méthode adopter pour fixer le mouvement ? Plusieurs expériences donneront finalement naissance à des systèmes permettant de remplacer la sensation auditive et visuelle par une trace objective des phénomènes analysés. Parmi toutes ces recherches, une seulement sera durablement appliquée dans les expérimentations scientifiques : la méthode graphique. Néanmoins, le parcours qui mène à la reconnaissance de la fiabilité de ce procédé est semé de toutes sortes de tentatives soldées par des réussites ou par des échecs. Dans ce parcours, chaque expérience a bénéficié des découvertes et des avancées des travaux qui l’ont précédée ; chaque expérience a eu un initiateur et un ou plusieurs successeurs. L’entrelacement de ces relations, source de richesse pour l’avancement de la recherche, rend le travail de l’historien parfois difficile. À cette époque, par exemple, le mélange entre inventeurs et continuateurs est tel qu’il est très difficile d’établir avec exactitude le rôle de chacun. Qui a été le premier à utiliser telle méthode et pour quelle raison une expérimentation n’a-t-elle pas trouvée de suite ? Quelles sont les applications dans les différents domaines scientifiques et quelles sont les influences réciproques ? Ce n’est qu’un exemple des questions qui restent posées, d’autant plus que certaines sources concernant ce sujet restent encore inexplorées à ce jour, en particulier celles des travaux menés par les physiologistes allemands et des pays de l’Est. Ce qui signifie qu’à l’heure actuelle un travail véritablement exhaustif n’est envisageable que sur des périodes très courtes et ne peut s’opérer que par la comparaison stricte des sources qui vont bien au-delà de l’exemple français.

2Dans les pages suivantes, nous présentons les principales expérimentations méthodologiques qui ont un lien direct avec notre sujet.

La méthode optique : l’expérience de Wheatstone

3Ce procédé consiste à utiliser l’œil à la place de l’oreille comme moyen pour appréhender certains phénomènes imperceptibles – telles les vibrations sonores – d’où le nom de méthode optique. Les principes et les caractéristiques de ce dispositif sont mises en évidence par trois des principales expérimentations qui ont permis sa codification définitive : celles de Wheatstone, de Lissajous et de Koenig.

  • 1 Les nombreux travaux de Sir Charles Wheatstone concernant les phénomènes sonores ont été publiés d (...)

4Sir Charles Wheatstone est encore un de ces savants « touche à tout », dont les travaux oscillent entre l’observation des phénomènes de la vision et la transmission de la parole1. Ce physicien anglais, né à Gloucester en 1802 et mort à Paris en 1875, commence ses expérimentations sur le son dès 1823. Il s’intéresse ensuite à la résonance des colonnes d’air, à la transmission des sons dans les conducteurs solides linéaires (1831), et construit peu après une machine parlante. En 1834, Wheatstone est nommé professeur au King’s College de Londres, mais abandonne sa chaire au bout de quelques années pour mieux se consacrer à la recherche. À partir de ce moment ses publications ne se comptent plus : il publie ses expériences sur la vitesse de l’électricité (1834) ; la physiologie de la vision (1838) ; le télégraphe électrique à cadran, dont il obtient le brevet en 1838 ; les phénomènes stéréoscopiques (1838-1852) ; les câbles télégraphiques sous-marins, etc. Nous allons ici nous attarder sur l’une de ces recherches : celle sur le son.

  • 2 Rudolph Koenig, Quelques expériences d’acoustique, Paris, 1882, p. 33.

5Pour montrer « graphiquement » la coexistence de plusieurs sons à l’unisson entre eux, mais dont les vibrations possèdent des directions différentes, Sir Charles Wheatstone trouve un système basé sur l’utilisation d’une plaque en bois qui perfectionne les figures de Chladni. Cette plaque était taillée en sorte que les fibres du bois soient parallèles à l’une de ses dimensions. L’élasticité n’étant pas la même dans les deux dimensions, il en déduit que « le son qui correspond à deux nodales parallèles à la longueur de la plaque carrée n’est pas à l’unisson de celui qui donne deux nodales parallèles à sa largeur2 ». Ce qui signifie qu’une plaque carrée en bois ne peut pas produire une figure permettant de rendre visible – à travers les diagonales croisées – la coexistence de ces deux directions de vibrations. Cette figure, Wheatstone l’obtient en utilisant une plaque rectangulaire dont les deux dimensions avaient été préalablement choisies de sorte que le son soit presque le même dans le sens de la largeur et dans celui de la longueur.

  • 3 Marey a enregistré sur du noir de fumée le mouvement des verges de Wheatstone. Les graphiques obte (...)

6Wheatstone imagine aussi une méthode optique pour étudier les vibrations du son. Il emploie une verge métallique fixée par une de ses extrémités et portant à son sommet une perle en verre, argentée à l’intérieur. Ensuite, il fait tomber sur cette perle la lumière d’une lampe ou d’une bougie et grâce au phénomène de réflexion, il obtient un point lumineux très brillant. Lorsque la verge vibre, le point lumineux met en évidence des courbes formant des figures différentes selon l’intensité des vibrations. Ces figures peuvent être mieux visualisées en plaçant une lentille convergente sur le trajet du rayon réfléchi en avant de la perle et en projetant sur un écran l’image agrandie de la perle3.

  • 4 Charles Wheatstone, « Description of the Kaleidophone, or Phonic Kaleidoscope ; a new Philosophica (...)
  • 5 École pratique des hautes études, Physiologie expérimentale. Travaux du Laboratoire de M. Marey, a (...)

7En 1827, Wheatstone donne à cet appareil le nom très imagé de « kaléidophone » ou « caléidophone » : qui résonne magnifiquement. Il présente son ingénieux appareil dans le Quarterly Journal of Science de la même année4. À nos yeux, l’expérience de Wheatstone peut paraître archaïque, mais en réalité elle a joué un rôle important dans l’évolution des travaux qui ont suivi, car comme le souligne Marey, elle a montré « que l’œil perçoit des images qui varient suivant le rapport de fréquence de deux ordres de vibrations produites dans deux plans perpendiculaires l’un à l’autre, l’illustre physicien anglais ouvrit à la méthode graphique une voie nouvelle5 ». Nous verrons par la suite que tous les « chronographistes » comme Marey baseront leur méthode d’exploration du mouvement sur le principe « que tout mouvement qui se passe dans un plan peut être considéré comme formé par deux mouvements rectilignes perpendiculaires l’un à l’autre ». Ainsi, c’est le cas, par exemple, pour la locomotion humaine comportant un mouvement rectiligne alternatif, engendré par les pieds qui avancent et reculent tout à tour.

L’expérience de Lissajous

  • 6 Amédée Guillemin, Le Son : notion d’acoustique physique et musicale, Paris, Hachette, 1875, p. 210

8Le physicien français Jules Antoine Lissajous (1822-1880) a eu l’idée en 1855 d’étudier les mouvements des vibrations sonores à l’aide de l’œil et de remplacer ainsi l’oreille par l’organe de la vue. Dans une leçon où il exposait ses recherches, Lissajous racontait qu’il « n’est personne d’entre nous qui n’ait, dans son enfance, au risque d’incendier la maison paternelle, plongé une baguette dans le foyer, pour l’agiter ensuite, et suivre avec curiosité naturelle au jeune âge, ces lignes brillantes produites par l’extrémité embrassée comme par un pinceau magique dont la trace fugitive s’effacerait en un instant. Telle est l’expérience qui a servi de base à la méthode optique6 ».

  • 7 Ibid., p. 212.

9Pour sa première expérimentation, Lissajous utilise un diapason, une source lumineuse et un miroir. Les vibrations émises par le diapason étaient rendues visibles grâce à l’image réfléchie d’une bougie placée entre le miroir et le diapason. « Regardons dans ce miroir – écrit-il – nous voyons aussitôt l’image s’allonger dans le sens de la longueur des branches. Faisons tourner alors le diapason autour de son axe, l’apparence change, et nous voyons dans le miroir une ligne brillante et sinueuse dont les ondulations accusent par leur forme même l’amplitude plus ou moins grande du mouvement vibratoire7. » Il améliore ensuite ses observations par l’utilisation d’une source lumineuse plus puissante, une lampe électrique, un objectif de microscope et, pour comparer la hauteur de deux sons, il ajoute un deuxième diapason et un autre miroir.

10Voici comment il y parvient : deux diapasons armés chacun d’un miroir sont placés l’un horizontalement, l’autre verticalement de manière à mettre les deux miroirs en regard. Un faisceau de lumière produit par la lampe électrique tombe sur le premier miroir, où en se réfléchissant il va frapper le deuxième miroir et de là finit sur un écran. En plaçant une lentille convergente sur le trajet du rayon réfléchi, on aura une image plus nette et brillante. Si on fait vibrer le diapason horizontal, on obtient une ligne lumineuse allongée dans le sens horizontal, pendant que l’autre diapason est au repos. De même qu’en frappant le diapason vertical on aura une ligne verticale.

Méthode optique de Lissajous. D’après A. Guillemin, Le Son, Paris, Hachette, 1875.

  • 8 Jules Antoine Lissajous, Étude optique des sons, Paris, Ch. Lahure, 1864.

11Enfin, en faisant vibrer les deux diapasons, l’image formée grâce à la combinaison des deux mouvements est représentée par une courbe lumineuse. La forme de cette dernière résultera de l’amplitude des oscillations et de la différence de phase, c’est-à-dire de la durée de vibration de chaque diapason. Dans le cas où les deux diapasons seraient à l’unisson – commencent et finissent en même temps, la phase est donc nulle –, l’image lumineuse coïncide à une ligne droite. Dans tous les autres cas – par exemple l’un des diapasons commence à vibrer au moment où l’autre commence à s’arrêter –, elle correspond à une ellipse ou à un cercle. Dans cette situation de désaccord entre les diapasons, Lissajous précise qu’« il y a un changement progressif dans la différence de phase ; et par suite, la figure se transforme progressivement de manière à prendre à chaque instant la forme qui caractérise la différence de phase présente. Cette transformation est lente si le désaccord est faible, rapide si le désaccord est exagéré8 ».

12C’est là toute la découverte de Lissajous, car la visualisation de la valeur du désaccord permet de comparer l’intervalle musical de deux corps vibrants et d’établir le nombre absolu de vibrations correspondant à un son donné. Dernière remarque : cette visualisation optique du mouvement sonore (en même temps que la phase initiale et celle finale, dans toutes les positions qu’il occupe successivement) tient à la persistance visuelle qui permet pendant un quinzième de seconde environ de conserver les impressions qui ont frappé l’œil après qu’elles ont cessé.

Les flammes chantantes de Rudolph Koenig

  • 9 Albert Marloye (1795-1874), l’un des premiers fabricants à se spécialiser en instruments d’acousti (...)
  • 10 Koenig publie cinq catalogues : en 1859, 1865, 1873, 1882 et le dernier en 1889. Nous avons consul (...)
  • 11 Catalogue de 1889.
  • 12 Paolo Brenni, « Le Triomphe de l’acoustique expérimentale : Marloye et Koenig », La Revue des arts (...)

13Le nom de Rudolph Koenig est associé à toutes les expérimentations qui, partir de la moitié du xixe siècle, ont joué un rôle fondamental dans le processus général qui a engendré les plus importantes inventions. Considéré à plusieurs titres comme le « successeur spirituel » d’un célèbre fabricant d’appareils scientifiques, Albert Marloye9, Rudolph Koenig représente le trait d’union entre les recherches fondées sur la méthode optique et celles sur la méthode graphique. À travers ses travaux on entrevoit les relations et les échanges entre des domaines différents : l’acoustique et l’optique, la phonétique expérimentale et les expérimentations chronographiques des physiologistes. Il était l’un des meilleurs fabricants d’instruments scientifiques en France, et tous les scientifiques et les inventeurs comme Savart, Scott, Marey ou Rousselot ont fait appel à son savoir-faire. Dans ses catalogues10, Rudolph Koenig proposait ses propres appareils, fruits de ses expérimentations personnelles, mais aussi des instruments inspirés des travaux de contemporains (par exemple le chronographe de Regnault, le tambour à levier de Marey et le phonographe d’Edison, tous classés sous la rubrique « Méthode graphique11 »). Grâce à la qualité de ses fabrications et ses liens personnels avec la communauté scientifique de plusieurs pays, les commandes affluaient des divers laboratoires européens, mais également d’outre-Atlantique. Le nom de Koenig est lié « aux jours de gloire de l’acoustique physique du xixe siècle. Ses instruments comptaient parmi les plus beaux, les plus efficaces et les plus précis de son temps12 ».

  • 13 « Nécrologie : mort de M. R. Koenig », Moniteur scientifique, IVe série, t. XV, 1901, p. 736 ; « R (...)
  • 14 Reports and Awards International Exhibition 1876, t. VII, Washington, Government Printing Office, (...)

14Karl Rudolph Koenig est né à Koenisberg (Prusse) en 183213. Il assouvit sa passion pour la musique et l’acoustique par des études au Stadtgymnasium, et durant cette période il fit la connaissance du grand physiologiste et physicien allemand Hermann von Helmholtz, pour lequel il construira par la suite plusieurs instruments. En 1851, Koenig s’installe à Paris, où il entame une période d’apprentissage dans l’atelier du célèbre fabricant de violons, Jean-Baptiste Vuillaume (1798-1875). Puis, en 1858, il ouvre au n° 5 de la place du lycée Louis le Grand son propre atelier et une année plus tard, il publie un riche catalogue entièrement consacré aux instruments acoustiques. Sa production sera présentée avec succès à l’Exposition universelle de Londres (1862), à celle de Paris en 1867 et à l’Exposition internationale de Londres en 1872. Après avoir reçu la médaille d’or de la Société d’encouragement pour l’industrie nationale (1865), Koenig s’est vu attribuer un doctorat à titre honorifique par l’université de Königsberg (1868). La consécration internationale arrivera avec sa participation à la Philadelphia Centennial Exhibition de 1876 ; sa collection d’appareils impressionnera le jury qui déclarera : « On peut dire que dans la présente Exposition internationale, rien ne surpasse, en termes d’intérêt scientifique, ce qu’expose M. Koenig dans son ensemble14. » De retour à Paris il déménage son atelier pour s’installer au 27, quai d’Anjou. C’est dans ce laboratoire que seront construits entre 1880 et 1901, date de sa mort, les appareils les plus complexes et le plus précis dans le domaine de l’acoustique : la sirène à ondes, l’analyseur des sons à résonateurs de Helmholtz, le diapason chronographique électrique, le grand tonomètre constitué par 169 diapasons et construit pour les expérimentations de l’abbé Rousselot, au total 272 appareils classés par Koenig sous les rubriques suivantes :

  • 15 Classement du catalogue de 1889.

« Appareils pour la production du son
I. Origine et la nature du son
II. Hauteur des sons
III. Timbre des sons
IV. Propagation du son
V. Vibrations simples des colonnes et masses d’air, membranes, cordes, verges, plaques.
VI. Communication des vibrations. – Vibrations des corps composés et vibrations composées dans des corps simples.
VII. Phénomènes résultant de la coexistence de deux ou plusieurs sons dans l’air. – Interférences. – Battements. – Sons de battements.
VIII. Méthode d’observation des vibrations sonores sans le secours de l’oreille. – Méthode graphique. – Méthode optique. – Méthode des flammes manométriques. – Méthode fondée sur l’observation des vibrations trop lentes pour être entendues, mais rendues visibles par la grandeur de l’amplitude. – Méthode stroboscopique. – Méthode des poussières légères.
IX. Appareils pour la représentation mécanique des mouvements vibratoires et ondulatoires.
X. Quelques appareils d’acoustique d’un usage pratique15. »

  • 16 Rudolph Koenig, Quelques expériences d’acoustique, Paris, 1882, p. 47.

15Ses travaux sont réunis dans un recueil qu’il publie à Paris en 1882 sous le titre Quelques expériences d’acoustique. Dans cet ouvrage il décrit seize expérimentations, parmi lesquelles celles expliquant les figures de Chladni et Wheatstone. On y trouve ainsi les applications permettant de constater l’influence du mouvement de la source du son sur sa hauteur ; les phénomènes produits par le concours de deux sons ; l’origine des battements et sons de battements d’intervalles harmoniques ; la différence de phase qui existe entre les vibrations de deux téléphones associés ; les vibrations d’un diapason normal ; la méthode pour observer les vibrations de l’air dans les tuyaux d’orgue. Deux observations doivent particulièrement retenir notre attention : celle concernant la méthode optique, dont il est question dans ce chapitre, et celle relative à la méthode graphique que nous aborderons plus tard. Il s’agit de l’expérience des « flammes manométriques », un perfectionnement de l’idée déjà adoptée par Lissajous et élaborée par Rudolph Koenig en 1862, afin de « rendre sensibles à l’œil les ondes sonores, en d’autres termes, les variations de densité de l’air quand il est traversé d’ondes engendrées par les vibrations d’un autre corps ou quand il vibre lui-même, comme d’autres méthodes employées en acoustique jusque-là permettaient d’étudier les vibrations des corps d’où naissent les ondes sonores16. »

16La première version de l’appareil employé pour cette expérience est présentée à l’Exposition de Londres en 1862. Voici sa description : un tuyau sonore percé de trois ouvertures et construit de manière à restituer le son fondamental qui lui est propre et le premier harmonique, c’est-à-dire l’octave. Chaque ouverture est fermée par une « capsule manométrique », constituée par une planchette en bois couverte par une fine membrane en caoutchouc ; deux tubes s’y engagent : l’un introduit du gaz d’éclairage, l’autre se termine par un bec et permet de faire sortir ce gaz et de l’allumer. Lorsque le bec de gaz est allumé, on observe le phénomène suivant : sous l’effet d’une forte condensation de l’air du tuyau devant la membrane en caoutchouc, cette dernière est renvoyée vers l’intérieur de la capsule et, en comprimant le gaz qui s’y trouve, la flamme s’allonge ; au contraire si l’air se dilate la membrane est tirée au dehors, la capacité intérieure de la capsule augmente et dans ce cas, la flamme sera raccourcie.

17Cette possibilité de visualiser les changements de pression, Koenig va l’utiliser pour montrer comment se comportent les ventres et les nœuds sous l’effet d’une vibration. À cet effet, l’air renfermé dans le tuyau est mis en vibration par une soufflerie. Les vibrations par lesquelles le son se propage dans le tuyau sont constituées par une série d’ondes alternativement condensées et dilatées. Une colonne d’air vibrante peut être comparée aux cordes vibrantes que nous avons étudié dans la partie précédente, puisqu’elle se partage, comme celle-ci, en « nœuds » et en « ventres » de vibrations. La nature des flammes manométriques dépendra de la nature même de ces vibrations sonores. En effet, quand le tuyau rend le son fondamental, le nœud se forme au milieu de la colonne gazeuse, là où est située la flamme du milieu : ici, la dilatation et la compression de l’air sont au maximum. Cette flamme est très agitée par les dilatations et condensations successives qui l’allongent et la raccourcissent alternativement, tandis que les deux autres, qui se trouvent entre ce nœud et les ventres placés aux deux extrémités du tuyau, sont presque immobiles. Au contraire, sous l’effet de l’octave du son fondamental, on aura un ventre correspondant à la flamme du milieu et un nœud dans chaque extrémité. Cette fois-ci, les flammes extrêmes sont très agitées par le mouvement de va-et-vient, alors que celle du milieu est immobile.

Appareil à flammes de Koenig. Cinémathèque française, Collection des appareils.

18Ce phénomène s’explique par le fait que dans les nœuds l’air est en repos, tandis que l’intensité est alternativement au maximum et au minimum. À l’inverse, pour les ventres, la densité de l’air est invariable alors que la vitesse d’ébranlement est la plus grand possible. Et puisque ce sont les variations d’intensité qui déterminent les variations de pression transmises aux flammes par les membranes, il en résulte que les flammes manométriques sont très agitées quand elles sont placées face aux nœuds. En revanche, elles sont en repos quand elles correspondent aux ventres de la colonne vibrante. Afin de démarquer encore plus clairement ces divers états, Rudolph Koenig utilise pour ses expérimentations des flammes très petites (entre 8 et 10 millimètres) : l’agitation provoquée par les nœuds éteint la flamme du milieu, alors que restent allumées celles en face des ventres. Dans une version plus sophistiquée de l’appareil, les mouvements de raccourcissement et l’allongement des flammes sont rendus plus visibles par un système optique semblable à celui imaginé par Lissajous. Par ce procédé Koenig a pu non seulement observer les effets d’ensemble d’une série de vibrations successives, mais aussi les comparer et les combiner à plusieurs sons. L’appareil qui sert à ces recherches est ainsi décrit par lui-même :

  • 17 Rudolph Koenig, Quelques expériences d’acoustique, op. cit., p. 51.

« Il consiste en une série de tuyaux d’orgue dont chacun est muni au nœud du son fondamental d’une capsule manométrique, que l’on peut mettre en communication au moyen de tubes de caoutchouc avec des becs portés par un support. Ces becs sont placés vis-à-vis d’un miroir tournant, composé de quatre glaces argentées. Un petit sommier destiné à recevoir deux tuyaux d’orgue porte deux tubes dont le plus gros reçoit l’air envoyé par une soufflerie, et le plus mince conduit le gaz dans un réservoir muni de deux robinets reliés aux capsules des tuyaux d’orgue par des tubes de caoutchouc17. »

  • 18 Sous le nom « d’intervalle » on désigne le rapport d’un son à un autre ; ces intervalles portent l (...)

19Quand la flamme est en repos – sans la sollicitation d’une vibration quelconque –, son image est projetée dans le miroir tournant. Elle a alors la forme d’une bande lumineuse correspondant exactement aux dimensions de la flamme. Mais, aussitôt que le tuyau résonne, cette même bande lumineuse se transforme en une succession de flammes séparées par des intervalles obscurs. En disposant de deux becs, on obtient dans le miroir deux bandes parallèles dont la distribution et le nombre de flammes dépendent directement du son engendré par chaque tuyau. Par exemple, l’image produite par les vibrations d’un son fondamental comporte la moitié des flammes de celles crées par un son qui est l’octave aiguë. Ce qui signifie que le rapport entre ces deux sons est de 1 : 2, puisque la note plus élevée se compose de deux fois plus d’images que l’autre ; de 2 : 3 si les tuyaux en vibration ont un intervalle18 de la quinte et de la quarte, etc.

20Pour rendre plus sensibles les variations des intervalles, Koenig emploie également une autre méthode. Il met les deux capsules en relation avec une seule flamme : le gaz passe d’une capsule à l’autre, mais un seul bec est allumé. Par conséquent, si on fait résonner simultanément les deux tuyaux, l’image que l’on obtient sur le miroir est celle de deux flammes, une plus petite que l’autre, correspondant chacune à une onde sonore. Toutes ces images peuvent être projetées sur un écran en plaçant une lentille convergente entre le bec et le miroir tournant.

21À partir de cette expérience, Rudolph Koenig construit d’autres appareils comme celui qui fait intervenir directement la voix par un tube de caoutchouc muni d’un pavillon et peut produire les images des voyelles, ou bien le dispositif employé pour analyser le timbre d’un son ou encore son fameux appareil pour l’étude des interférences. Les appareils de Koenig ont permis d’obtenir des résultats importants dans le domaine de l’acoustique allant de l’analyse des tons résultant d’une combinaison (les phénomènes des interférences) aux caractéristiques des voyelles, jusqu’aux études sur les fréquences limites de l’audibilité. Néanmoins, en dépit de ces multiples avancées, les « secrets » du son étaient encore loin d’être dévoilés ; il restait notamment un problème à résoudre, car toutes les images du mouvement vibratoire qu’on pouvait obtenir, malgré leur précision, gardaient un caractère éphémère, problème que Koenig lui-même tentera de surmonter en appliquant la méthode graphique.

La méthode graphique

22Ce procédé, permettant de transcrire graphiquement des mouvements de différente nature, consiste essentiellement dans l’emploi d’un cylindre fixé autour d’un axe et dont la surface est recouverte d’une couche de noir de fumée ou de papier noirci. Une manivelle ou parfois un moteur à ressort permettent le mouvement de rotation du cylindre ; un stylet placé devant ce dernier trace sur sa surface préalablement noircie une ligne correspondant au mouvement que lui transmet un corps en vibration.

  • 19 Laurent Mannoni, L’enregistrement du mouvement, op. cit.
  • 20 Étienne-Jules Marey, La Méthode graphique, op. cit., p. 113.

23Le terme de « méthode graphique » était employé depuis plusieurs siècles dans les expérimentations les plus variées comme celles de gnomonique, d’architecture (pour la stabilité des ponts, des poutres, la coupe des pierres, pour le calcul des surfaces, le tracé des voûtes, etc.), de statistique, d’enseignement des langues, des mathématiques, de géométrie, etc. Une autre série d’applications plus proches de notre sujet se situe entre la fin du xviiie siècle et le début du xixe, à l’époque où commencent à apparaître les premiers appareils pour la transcription du mouvement dans les expérimentations en balistique (Gloesener, Schultz, Vignotti, etc.), en mécanique et en physique (Watt, Poncelet, Morin, Regnard, Despretz, etc.). L’historique de ces recherches est aujourd’hui retracé par une nouvelle étude qui prouve la complexité des ramifications qui se sont tissées à partir des recherches sur l’inscription du mouvement19. En fait, au fil des années, les divers systèmes se succèdent, se superposent et procèdent indépendamment les uns des autres, à tel point que de nos jours on mesure pleinement l’actualité de cette déclaration prémonitoire de Marey : « Bien que l’invention des appareils inscripteurs ne date guère que d’un siècle, il serait difficile de retracer avec certitude l’histoire de leurs développements20. »

24L’idée d’utiliser des appareils inscripteurs revient tout d’abord aux applications qui découlent des observations météorologiques, au moment où les spécialistes commencent à adopter certains instruments comme les barographes, qui permettaient en effet de traduire graphiquement – sous forme de courbes – les variations de la température, de la force et de la direction du vent, comme de la pluie. Dans cet ordre de recherches, il faut citer en premier lieu les travaux de Louis Léon Pajot, marquis d’Ons-en-Bray (1678-1754), qui en 1734 décrivait, dans les Mémoires de l’Académie des sciences, un instrument « anémographe », pouvant transcrire le mouvement du vent sur une feuille de papier enroulée autour d’un cylindre.

  • 21 Étienne-Jules Marey, La Méthode graphique, op. cit., p. 109.

25En 1779, Magellan, membre de la Société royale de Londres, réalisait un appareil conçu pour obtenir un tracé continu de toutes les variations atmosphériques : le météorographe perpétuel. En 1785, Changeux publiait la description d’un barométrographe. Ensuite, en 1794, Rutherford donnait la description d’un instrument qu’il nomme thermométrographe. Depuis, les instruments de mesure des variations atmosphériques n’ont pas cessé de se perfectionner (notamment avec l’introduction de l’électricité). Le fondement technique à la base de leur construction reste toutefois le même : un mouvement d’horlogerie à une vitesse constante guide une feuille de papier au-devant d’un style qui trace la courbe du phénomène étudié. Le stylet s’abaisse ou s’élève selon les variations provoquées par l’action à laquelle il est soumis. Après l’inscription, une nouvelle feuille remplace la précédente. Ce principe d’inscription d’un mouvement dans le temps est aussi à la base d’autres appareils réalisés successivement pour l’étude de l’acoustique et du mouvement en général. Mais la filiation s’arrête là, car les inscripteurs des météorologistes tracent les variations atmosphériques à longueur d’années, et sont donc des appareils dits « patients21 ». Il reste encore à inventer des appareils « subtils », capables d’inscrire les phénomènes très rapides et imperceptibles à l’observation directe. Des instruments enregistrant en fraction de seconde des mouvements hypersensibles : les chronographes (appareils qui enregistrent le temps). C’est ici qu’est intervenu l’invention de Thomas Young, dont nous avons parlé précédemment. Son appareil muni d’un stylet écrivant sur un cylindre se prêtait parfaitement aux nouvelles applications. Laissons Marey expliquer lui-même le principe qui préside à cet instrument :

  • 22 Ibid., p. 110.

« Lorsqu’une tige munie d’un style vibre en frottant contre la surface d’un cylindre qui tourne, il se trace une ligne sinueuse dont chaque ondulation correspond à une vibration de la tige. Le temps qui s’écoule entre l’inscription de deux vibrations consécutives est toujours le même, puisque ces vibrations sont isochrones. On saura donc, d’après le nombre de vibrations qu’elle contient, le temps qu’une certaine longueur de papier ait mis à cheminer par la rotation du cylindre. Imaginons que cette longueur serait limitée par deux points ou par deux traits inscrits également sur cylindre, dont l’un correspond au commencement et l’autre à la fin d’un phénomène d’après le nombre de vibrations qui sont inscrites entre les deux signaux. Toute la chronographie est contenue en germe dans cette invention de Thomas Young22. »

  • 23 Voir la réclamation de Wheatstone dans les Comptes rendus de l’Académie des sciences, 1845, t. XX, (...)
  • 24 « Note sur le Chronoscope électrique », The Scientific Papers, op. cit., p. 143.

26À la suite de Young, d’autres scientifiques ont travaillé au perfectionnement de la chronographie : Léon Foucault (1819-1868) et Hermann von Helmholtz uniformiseront le mouvement du cylindre par l’emploi de régulateurs ; Duhamel et Wertheim permettront d’inscrire les vibrations des cordes et des diapasons ; Cornu et Mercadier utiliseront un fil métallique relié entre le stylet et un violon ; Sir Charles Wheatstone introduira l’électricité dans le système d’avancement du stylet. Wheatstone présente son appareil, le chronoscope électromagnétique, dans une note à l’Académie des sciences, dans laquelle il réaffirme son antériorité23 dans l’invention : « Ce fut au commencement de 1840 que j’inventais cet instrument. Mon chronoscope se composait alors d’un mouvement d’horlogerie faisant agir une aiguille indicatrice, qui marchait ou s’arrêtait suivant qu’un électro-aimant agissait sur une pièce de fer doux, l’attirant lorsqu’un courant traversait l’hélice de l’aimant, et l’abandonnant à lui-même lorsque le courant venait à cesser. […] La durée du courant était ainsi mesurée par l’étendue du cercle parcouru par l’aiguille du chronoscope24. »

  • 25 Ibid., p. 150-151.

27Plus tard, dans une nouvelle version adaptée aux expérimentations de balistique – par exemple pour obtenir le tracé du mouvement d’un projectile –, il reprend l’idée du cylindre de Young : « Un cylindre exécute un mouvement de rotation autour d’une vis […] ; un crayon, adapté à l’extrémité d’un petit électroaimant, est amené en contact avec le cylindre et y trace une hélice qui est interrompue chaque fois que le courant cesse25. »

  • 26 E. Schultz, Mémoire sur un projet de chronographe électrique fondé sur l’emploi du diapason, Paris (...)
  • 27 M. Despretz, Analyse du mémoire présenté au nom de M. Gloesener à l’Académie des sciences, le 27 o (...)
  • 28 H. Valérius, Sur un nouveau chronoscope électrique à cylindre tournant fondé sur l’emploi du diapa (...)
  • 29 M. Bourbouze, Machine pour l’étude des lois de la chute des corps par la méthode graphique, appare (...)

28Cette méthode graphique « électrique » devait recevoir bien des perfectionnements et des nouvelles applications. À ce titre citons le chronographe électrique fondé sur l’emploi du diapason du lieutenant d’artillerie E. Schultz26, le chronoscope de Gloesener27, le chronoscope électrique à cylindre tournant de H. Valérius28, ou encore la machine pour l’étude des lois de la chute des corps par la méthode graphique de Bourbouze29.

29Parmi tous les appareils inscripteurs inventés entre 1830 et 1860, le phonautographe de Léon Scott de Martinville mérite un regard particulier : c’est le premier adapté à l’enregistrement de la parole et, par-là, le véritable ancêtre du phonographe d’Edison.

Le phonautographe de Léon Scott de Martinville

  • 30 A.-M. Villon, Le Phonographe et ses applications, Paris, Bernard Tignol, s.d., p. 8-9.
  • 31 Dans la documentation consultée, nous avons trouvé parfois comme date 1854, parfois 1856. Vraisemb (...)

30Les premiers essais d’enregistrement graphique de la parole sont dus à Léon Scott, un typographe français qui a consacré sa vie aux recherches sur l’inscription de la parole. Un jour, en 1852, en corrigeant dans l’imprimerie Martinet les bons à tirer de la première édition du Traité de physiologie du professeur Longet, il lui vint l’idée d’utiliser les propriétés acoustiques naturelles, celles de l’oreille humaine, pour fixer graphiquement les sons de la voix et des instruments30. Ce typographe, s’inspirant directement des travaux entrepris par Young, a donc inventé en 185631 le phonautographe. Selon l’idée de Scott, cet appareil devait permettre l’étude des timbres des instruments de musique et de la voix ; le 25 mars 1857 il dépose le brevet (n° 31 470) décrivant une machine constituée par une conque acoustique propre à conduire et cadencer les vibrations, au bout de laquelle était tendue une membrane très souple et très mince, munie d’un stylet. Ce dernier était chargé de transcrire les vibrations de la voix sur un cylindre de verre enfumé tournant à une vitesse régulière et uniforme. Le cylindre était entraîné par une manivelle.

31Scott présente son appareil le 28 octobre 1857 à la Société d’encouragement pour l’industrie nationale ; voici un extrait du texte de sa communication :

« Messieurs, je viens vous annoncer une bonne nouvelle. Le son, aussi bien que la lumière, fournit à distance une image durable, la voix humaine s’écrit elle-même (dans la langue propre à l’acoustique, bien entendu) sur une couche sensible ; à la suite de longs efforts, je suis parvenu à recueillir le tracé de presque tous les mouvements de l’air, qui constituent, soit des sons, soit des bruits. Enfin, les mêmes moyens me permettent d’obtenir, dans certaines conditions, une représentation fidèle des mouvements rapides, des mouvements inappréciables à nos sens par leur petitesse, des mouvements moléculaires. Il s’agit, comme vous le voyez, dans cet art nouveau, de forcer la nature à constituer elle-même une langue générale écrite de tous les sons. »

  • 32 Le phonautographe paraît encore dans le catalogue de Koenig de 1889. Cependant, il existe dans une (...)

32Le 30 avril 1859 il conclut un accord avec Rudolph Koenig pour l’exploitation de son instrument32 et prend un certificat d’addition le 29 juillet 1859 dans lequel il explique les différents moyens mis en œuvre : 1° le cylindre et son mouvement, 2° le chronomètre et son support, 3° le diapason pointeur et son support, 4° la membrane et son appareil de tension, 5° le style souple, 6° la cuve et son support, 7° la lampe fumeuse et le noir spécial, 8° la fixation des épreuves. Cet appareil sera utilisé pour les recherches sur la nature vibratoire du son et pour la rééducation des sourds-muets. Après l’apparition du phonographe, Scott publie une brochure dans laquelle il revendique en vain la priorité de la découverte d’enregistrement des vibrations sonores par de la méthode graphique. Il meurt dans la misère, le 26 avril 1879.

Phonautographe de Scott.

  • 33 Étienne-Jules Marey, Du mouvement dans les fonctions de la vie, Paris, Germer Baillière, 1867, p. (...)

33Pourtant l’idée de Scott d’inventer « une langue générale écrite de tous les sons » – la « langue universelle33 » d’Étienne-Jules Marey – continuera son chemin et inspirera les expérimentations à venir. Un autre initiateur de la méthode graphique est incarné par Hermann von Helmholtz, physicien et physiologiste de très grande envergure pour qui la pensée philosophique doit nécessairement nourrir la recherche scientifique, et vice versa.

Notes

1 Les nombreux travaux de Sir Charles Wheatstone concernant les phénomènes sonores ont été publiés dans The Scientific Papers of Sir Charles Wheatstone, Londres, The Physical Society of London, 1879. On y trouve ses expérimentations sur le son (vibrations, phénomènes de diffraction, de polarisation, de propagation, etc.) ; les explications du diagramme harmonique (timbre, gamme, etc.) ; la description du kaleidophone ; les expériences sur l’audition ; les explications sur les différents sons musicaux ; les explications des figures acoustiques (Chladni) ; les expériences sur la mesure de la vélocité de l’électricité et de la lumière électrique ; les notes sur le chronoscope électrique ; sur le télégraphe électrique, etc. Au centre des intérêts de Wheatstone il y a aussi la lumière et la vision, ce qui confirme encore une fois les liens entre les recherches sur le son et sur la vision. Il est l’auteur d’un étonnant article sur la physiologie de la vision et l’observation à œil nu des clichés stéréoscopiques : « Contributions to the Physiology of Vision, Phenomena of Binocular Vision », Philosophical Transactions, 1838, p. 371-394 (1re partie), Philosophical Transactions 1852, p. 1-17 (2e partie).

2 Rudolph Koenig, Quelques expériences d’acoustique, Paris, 1882, p. 33.

3 Marey a enregistré sur du noir de fumée le mouvement des verges de Wheatstone. Les graphiques obtenus sont conservés à la Cinémathèque française, collection des appareils.

4 Charles Wheatstone, « Description of the Kaleidophone, or Phonic Kaleidoscope ; a new Philosophical Toy, for the Illustration of several Interesting and Amusing Acoustical and Optical Phenomena », Quarterly Journal of Science, Literature, and Art, 1827, t. I.

5 École pratique des hautes études, Physiologie expérimentale. Travaux du Laboratoire de M. Marey, année 1875, Paris, G. Masson, 1876, p. 131.

6 Amédée Guillemin, Le Son : notion d’acoustique physique et musicale, Paris, Hachette, 1875, p. 210.

7 Ibid., p. 212.

8 Jules Antoine Lissajous, Étude optique des sons, Paris, Ch. Lahure, 1864.

9 Albert Marloye (1795-1874), l’un des premiers fabricants à se spécialiser en instruments d’acoustique. Il était également l’auteur de plusieurs articles scientifiques sur la nature du son parus dans la revue de l’abbé Moigno, Cosmos.

10 Koenig publie cinq catalogues : en 1859, 1865, 1873, 1882 et le dernier en 1889. Nous avons consulté deux de ses catalogues : Catalogue des appareils d’acoustique construits par Rudolph Koenig, Paris, Quai d’Anjou, 1882 (collection privée) ; Catalogue des appareils d’acoustique construits par Rudolph Koenig, Paris, Quai d’Anjou, 1889 (collection de l’Institut de phonétique).

11 Catalogue de 1889.

12 Paolo Brenni, « Le Triomphe de l’acoustique expérimentale : Marloye et Koenig », La Revue des arts et métiers, n° 12, sept. 1995, p. 32.

13 « Nécrologie : mort de M. R. Koenig », Moniteur scientifique, IVe série, t. XV, 1901, p. 736 ; « Rudolph Koenig », Revue universelle, 1901, p. 1054.

14 Reports and Awards International Exhibition 1876, t. VII, Washington, Government Printing Office, 1880, p. 167.

15 Classement du catalogue de 1889.

16 Rudolph Koenig, Quelques expériences d’acoustique, Paris, 1882, p. 47.

17 Rudolph Koenig, Quelques expériences d’acoustique, op. cit., p. 51.

18 Sous le nom « d’intervalle » on désigne le rapport d’un son à un autre ; ces intervalles portent les noms de « seconde », « tierce », « quarte », « quinte », etc.

19 Laurent Mannoni, L’enregistrement du mouvement, op. cit.

20 Étienne-Jules Marey, La Méthode graphique, op. cit., p. 113.

21 Étienne-Jules Marey, La Méthode graphique, op. cit., p. 109.

22 Ibid., p. 110.

23 Voir la réclamation de Wheatstone dans les Comptes rendus de l’Académie des sciences, 1845, t. XX, p. 1554-1561.

24 « Note sur le Chronoscope électrique », The Scientific Papers, op. cit., p. 143.

25 Ibid., p. 150-151.

26 E. Schultz, Mémoire sur un projet de chronographe électrique fondé sur l’emploi du diapason, Paris, Librairie Militaire, maritime et polytechnique, 1859.

27 M. Despretz, Analyse du mémoire présenté au nom de M. Gloesener à l’Académie des sciences, le 27 octobre 1856, s.l., s.d.

28 H. Valérius, Sur un nouveau chronoscope électrique à cylindre tournant fondé sur l’emploi du diapason, Bruxelles, M. Hayez, 1865 (mémoires couronnés et autres mémoires, t. 17).

29 M. Bourbouze, Machine pour l’étude des lois de la chute des corps par la méthode graphique, appareil présenté à l’Académie des sciences, le 6 janvier 1862 par Despretz.

30 A.-M. Villon, Le Phonographe et ses applications, Paris, Bernard Tignol, s.d., p. 8-9.

31 Dans la documentation consultée, nous avons trouvé parfois comme date 1854, parfois 1856. Vraisemblablement c’est autour de cette période charnière que Scott travail au perfectionnement de son appareil, pour en prendre le brevet en 1857, date du dépôt officiel.

32 Le phonautographe paraît encore dans le catalogue de Koenig de 1889. Cependant, il existe dans une collection privée un exemplaire du phonautographe signé par Froment, un autre fabriquant d’appareils scientifiques. Y a-t-il eu un premier contrat entre ce dernier et Scott ? Ou alors, l’appareil Froment est-il une copie réalisée sans l’autorisation de l’inventeur ?

33 Étienne-Jules Marey, Du mouvement dans les fonctions de la vie, Paris, Germer Baillière, 1867, p. 83.

Table des illustrations

Légende Méthode optique de Lissajous. D’après A. Guillemin, Le Son, Paris, Hachette, 1875.
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/2741/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 205k
Légende Appareil à flammes de Koenig. Cinémathèque française, Collection des appareils.
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/2741/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 206k
Légende Phonautographe de Scott.
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/2741/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 123k

© CNRS Éditions, 2004

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