Le Siècle de la Lumière
Lumière : fondements philosophiques et scientifiques
La théorie de la lumière et des couleurs dans l’œuvre et la vie de Newton
Note de l’éditeur
Deux versions légèrement différentes de cet article ont déjà été publiées, l’une sous le titre « Études sur l’optique newtonienne » en postface à la réédition de L’Optique de Newton dans la traduction de Jean-Paul Marat (1787) (Christian Bourgois, 1989), l’autre dans l’ouvrage collectif, La Couleur publié sous la direction de Lambros Couloubaritsis et Jean-Jacques Wunenburger (édition Gusia, 1993, p. 253-273).
Texte intégral
« Newton, avec le seul secours du prisme, a démontré aux yeux que la lumière est un amas de rayons colorés qui, tous ensemble, donnent la couleur blanche. »
Voltaire, Lettres philosophiques
- 1 Une remarquable biographie de Newton a été rédigée récemment par R.S. Westfall, Never at Rest ; a B (...)
1C’est le jour de Noël, le 25 décembre 1642, à Woolsthorpe en Angleterre, qu’est né Isaac Newton1. La même année qui a vu la mort de Galilée (1564-1642). Peu de temps avant sa naissance, le père de Newton était décédé. Aussi, toute l’enfance du grand savant s’est-elle déroulée dans une atmosphère essentiellement féminine. Ses études supérieures commencent lorsqu’on 1661, il entre au Trinity College de Cambridge. Il devient Scholar en 1664, et c’est l’année suivante qu’il obtient le titre de Bachelor of Arts.
- 2 Les principaux Carnets de notes rédigés par Newton sont conservés à la Bibliothèque universitaire d (...)
- 3 Pierre Gassendi, Institutio astronomica, juxta hypotheses tam veterum quant recentiorum. Cui access (...)
- 4 Elementorum libri XV, Parisiis, 1573, Elementorum libri XV. Breviter demonstrati, Opera I. Barrow, (...)
- 5 Dialogo sopra i due massini sistemi del mondo, Firenze, 1632. Ce livre a été très rapidement tradui (...)
- 6 Geometria, a Renato Des Cartes anno 1637 Gallice edita ; nunc autem cum notis F. de Beaune, in ling (...)
- 7 En particulier, The Immortality of the Soul, so Farre Forth as it is Demonstrable from the Knowledg (...)
- 8 John Wallis publie à Oxford entre 1693 et 1699 ses Opera Mathematica en trois volumes. Les volumes (...)
- 9 Walter Charleton, Physiologia Epicuro-Gassendo-Charletoniana : or a Fabrick of Science Natural, upo (...)
- 10 Les notes de Newton sur l’Organon datent des années 1661-1662 et ont été rédigées à partir de l’édi (...)
- 11 Le principal écrit de Robert Boyle concernant les couleurs est Experiments and Considerations Touch (...)
2De ces premières années passées à Cambridge, nous conservons en partie la trace de ses lectures et de ses recherches par divers carnets de notes. Il y consigne remarques et réflexions2. Il médite entre autres sur les travaux de Johannes Kepler (1571-1630), principalement en optique3, sur Euclide4, sur les Dialogo de Galilée5, sur la Géométrie et les Principes de René Descartes (1596-1650)6, sur les écrits de Henry More (1614-1687)7, sur l’Arithmetica Infinitorum (Oxford, 1656) de John Wallis (1616-1703)8. Il s’attache aux études, en rapport avec le renouveau de l’atomisme, de Walter Charleton (1619-1707) sur Épicure et Pierre Gassendi (1592-1655)9. Il cite également à plusieurs reprises Aristote, en particulier son Organon10. Il annote les dernières publications des grands savants anglais Robert Boyle (1627-1691) et Robert Hooke (1635-1703)11.
3En juin 1665, Newton quitte Cambridge pour son Lincolnshire natal, l’épidémie de peste qui va ravager l’Angleterre jusqu’en 1666 ayant conduit à la fermeture de l’Université. C’est au cours des mois suivants que Newton, alors à l’écart des obligations académiques, pose les bases de ses plus grandes découvertes en mathématiques, en optique et en mécanique céleste. Celles-ci, encore à l’état d’ébauche, n’acquerront que très progressivement leur forme définitive. Néanmoins, ces quelques mois apparaissent bien comme les plus féconds de la vie de Newton. Aujourd’hui, cette période, à cheval sur les années 1665 et 1666, est souvent appelée l’Annus Mirabilis.
- 12 Voir supra note 2. Sur certains problèmes de datation cf. Henry Guerlac, « Can we Date Newton’s ear (...)
- 13 Aristote, Les Météorologiques, trad. J. Tricot, Vrin, 1976 ; Parva Naturalia, trad. J. Tricot, Vrin (...)
4Ainsi, les premiers travaux de Newton concernant la genèse des phénomènes de la couleur apparaissent dans des carnets de notes rédigés principalement entre 1664 et 166612. À cette époque, les théories en usage invoquent encore très largement les thèses aristotéliciennes. Celles-ci considèrent la lumière blanche comme pure et homogène tandis que les couleurs, caractérisées par leur éclat ou leur force, naissent d’une modification (atténuation ou obscurcis-sement) de la lumière incidente. La succession des couleurs est produite lorsque la lumière devient plus faible ou plus sombre : le rouge couleur éclatante par excellence contient plus de blanc et moins de noir que les autres couleurs, le vert plus de noir et moins de blanc que le rouge, et le violet encore plus de noir. Une telle conception dénuée de tout support quantitatif susceptible de préciser le sens des concepts de force et de faiblesse, d’obscurité et de luminosité, ne trouve son fondement, son intelligibilité, qu’en se référant directement aux impressions perçues par nos sens, à la manière dont subjectivement nous nous sentons affectés par telle ou telle couleur13.
- 14 Sur les développements de cette théorie jusqu’au xviie siècle, voir en particulier Michel Blay, La (...)
5Trois exemples permettent d’illustrer le sens de cette théorie et d’en préciser les diverses formes14.
6Ainsi, Giambattista della Porta (1535-1615) décrit ses expériences avec un prisme dans la proposition 26 de son De Refractione Optices Parte Libri Novem (Neapoli, 1558).
- 15 C’est Francesco Maria Grimaldi, 1618-1663, qui signale de la façon la plus nette, pour la première (...)
7 Dans son texte, Porta stipule clairement que les couleurs dépendent de l’épaisseur du cristal traversé par la lumière, c’est-à-dire du degré de subtilité ou de finesse de la matière : les couleurs les plus vives (le rouge et le jaune) apparaissent vers le sommet, et les plus sombres (le vert et le bleu) vers la base. Par ailleurs, d’après son schéma, la lumière ne semble subir aucune dispersion15.
8Une analyse tout à fait semblable est donnée par Marco Antonio De Dominis (1566-1624) dans son De Radiis Visus et Lucis in Vitris Perspectivis et Iride Tractatas (Venetiis, 1611) :
- 16 De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride tractatus, Venetiis, 1611, § 6, 9, 10. Tou (...)
« Nous pouvons dire qu’il y a trois couleurs intermédiaires. La première incorporation d’opacité qui assombrit d’une certaine quantité le blanc, engendre le rouge, et cette dernière est la plus lumineuse (maxime lucidus) des couleurs intermédiaires réparties entre les deux extrêmes, le blanc et le noir, comme cela apparaît de façon manifeste dans l’expérience du prisme (in vitro oblongo triangulari) ; les rayons du soleil qui pénètrent dans la partie la plus proche du sommet, dans celle qui a la moindre épaisseur et par là même le moins d’opacité, émergent rouge ; ensuite, pour une épaisseur plus importante, apparaît le vert et enfin, le violet pour l’épaisseur maximale... et ainsi suivant l’épaisseur du verre, l’assombrissement augmente ou diminue... si l’opacité augmente, apparaît le violet ou le bleu qui est la couleur la plus obscure (maxime obscurus) des couleurs intermédiaires les autres couleurs résultent du mélange des précédentes16. »
9Cette analyse permet à De Dominis, comme à de nombreux contemporains, de rendre compte de la genèse des couleurs de l’arc-en-ciel.
« Nous disons que le rayon GF est plus lumineux puisqu’il traverse la plus petite épaisseur de la goutte A, mais le rayon suivant GN est un peu plus obscur puisque son trajet est un petit peu plus important dans A, et alors le rayon GM est encore plus obscur puisqu’il traverse une épaisseur encore plus grande. C’est pourquoi GF sera rouge, GN vert, GM pourpre. Cela, les expériences le confirment » (De Radiis Visus et Lucis, 56).
10Au cours du xviie siècle, apparaissent des recherches influencées par les thèses de la philosophie mécaniste et les travaux de Descartes. Ces recherches reprennent implicitement, dans le cas des théories de la couleur, à travers la mise en place de modèles mécaniques explicatifs, les conceptions traditionnelles.
- 17 Robert Hooke, op. cit., note 11.
- 18 Christiaan Huygens, Traité de la lumière, Leide, 1690. Sur ce problème, on peut consulter A.E. Shap (...)
- 19 Une étude détaillée de la théorie hookienne de la lumière et des couleurs est donnée par Michel Bla (...)
11Ainsi, en 1664, Robert Hooke imagine dans sa Micrographia17 qu’au cours de la réfraction une obliquité apparaît dans la partie de l’impulsion originellement normale à la direction de propagation de la lumière ; la notion de front d’onde ne sera précisée que par Christiaan Huygens (1629-1695) en 169018. C’est cette obliquité qui, du point de vue de la philosophie mécaniste, permet à Robert Hooke d’expliquer la genèse des couleurs, d’en rendre compte pour lui rationnellement19.
Genèse des couleurs dans un milieu transparent après une réfraction (Micrographie, planche face à la page 60).

- 20 Robert Hooke, op. cit., note 11.
« ... Par conséquent, si nous envisageons la façon dont progresse l’impulsion, il semblera rationnel de conclure que cette partie ou extrémité de l’impulsion qui devance l’autre, doit nécessairement être quelque chose de plus écrasé ou entravé par la résistance du milieu transparent, que l’autre partie ou extrémité de l’impulsion qui est en arrière, et dont le chemin est, comme il se doit, préparé par la première ; tout particulièrement, si le milieu adjacent n’est pas illuminé ou agité de la même manière. Et, par conséquent (quatrième figure de la sixième planche), 1 rayon AAAHB aura son côté HH plus amorti par la résistance du milieu sombre ou tranquille PPP, d’où je conclus qu’il y aura sur le côté HHH une sorte d’engourdissement très favorisé, lequel augmentera continuellement à partir de B et pénétrera de plus en plus à l’intérieur du rayon suivant la ligne BR ; d’où je conclus que toutes les parties du triangle RBHO seront d’une couleur bleu foncé, et d’autant plus foncé qu’elles seront plus proches de la ligne BHHH, laquelle est la plus amortie ou entravée, et d’un bleu d’autant plus atténué qu’elles seront proches de la ligne BR. Ensuite, de l’autre côté du rayon AAN, l’extrémité A de l’impulsion AH sera favorisée ou rendue plus forte ayant son passage toujours préparé par les autres parties qui la précèdent, et son impression sera plus forte ; et, du fait de son obliquité par rapport au rayon, il y aura, à l’intérieur du milieu sombre ou tranquille QQ, une sorte de mouvement alangui, mouvement alangui qui se répandra de plus en plus à l’intérieur de QQ, tandis que le rayon se propagera de plus en plus à partir de A, c’est-à-dire suivant la ligne MA, d’où je conclus que tout le triangle MAN sera teinté de rouge, et que ce rouge sera d’autant plus foncé qu’il se rapprochera de la ligne MA, et le plus pâle ou jaune, d’autant qu’il se rapprochera de la ligne NA. Et si le rayon est prolongé de telle sorte que les lignes AN et BR (qui sont les limites du rouge et du bleu atténué) se rencontrent et se croisent vraiment, alors toutes sortes de vert seront produites au-delà de cette intersection.
Maintenant, ceci constituant les propriétés de chaque rayon réfracté de lumière, il est assez aisé d’envisager ce qui doit résulter d’un très grand nombre de rayons concomitants : comme si nous supposions une infinité de ces rayons intermédiaires s’étendant entre AKSB et ANOB, qui en sont les extrémités : car, dans ce cas, le rayon AKSB aura son triangle entièrement rouge puisque se trouvant auprès du milieu sombre ou tranquille, mais de l’autre coté, BS n’aura pas de bleu parce que le milieu SBO adjacent à ce dernier est agité ou illuminé, et que, conséquemment (à sa nature) la lumière anéantit effectivement la couleur. De même, le rayon ANOB perd sa couleur rouge car le milieu adjacent est agité ou illuminé, mais l’autre côté du rayon qui est contigu avec l’obscurité, c’est-à-dire AHO, préservera entièrement sa couleur bleue, et ces rayons pourront être produits jusqu’à ce que AN et BR se coupent, avant qu’il n’y ait du vert engendré. Sur la base de ces propriétés bien considérées, les causes de tous les phénomènes du prisme et des globules ou gouttes d’eau, lesquels permettent la genèse de l’arc-en-ciel, peuvent être déduites20. »
12Dans ce dernier exemple, les considérations subjectives attachées à la façon dont nous sommes affectés par les couleurs sont associées à un modèle mécanique, et ce sont ces considérations subjectives qui fondent véritablement l’intelligibilité du modèle mécanique.
- 21 Descartes, dans Les Météores (voir supra note 7), considère que la diversité des sensations colorée (...)
13Ce cadre explicatif général est largement partagé sous diverses formes par les contemporains de Newton21. Il lui fournit le terreau dans lequel vont pouvoir s’enraciner ses recherches initiales.
- 22 Il s’agit d’une partie du manuscrit « Questiones quaedam philosophicae », op. cit., note 2, fol. 12 (...)
14Celles-ci nous sont retracées dans un de ses premiers carnets de notes dont la partie concernant les couleurs a due être rédigée au plus tard probablement au cours du printemps de l’année 166522.
15Newton s’engage dans une analyse approfondie du phénomène d’iridescence apparaissant à la limite de deux zones de luminosité différente observées au travers d’un prisme :

« Des couleurs. Voir si deux prismes, l’un envoyant du bleu sur le rouge de l’autre, ne produisent pas du blanc :
16Si abdc est blanc et cdsr noir, alors eodc est rouge.
” | noir | blanc, | ” | bleu. |
” | bleu | blanc, | ” | bleuté. |
” | blanc | bleu, | ” | rouge. |
” | noir | bleu, | ” | bleuté. |
” | bleu | noir, | ” | vert ou rouge. |
” | noir | rouge, | ” | bleu. |
” | rouge | noir, | ” | rougeâtre. |
” | rouge | blanc, | ” | bleu. |
” | blanc | rouge, | ” | rougeâtre. |
” | blanc | blanchâtre, | ” | bleu. |
” | blanchâtre | blanc, | ” | rouge. |
” | noir | noirâtre | ” | vert ou rouge sombre, |
” | noirâtre | noir | ” | bleu. |
- 23 Ibid., fol. 122 r°. Ce schéma pour des raisons techniques a été tiré de la version imprimée du manu (...)
17 Plus uniformément les globules meuvent les nerfs optiques, plus les corps semblent être colorés en rouge, jaune, bleu, vert, etc., mais plus ils les meuvent de diverses manières, plus les corps apparaissent blanc, noir ou gris23. »
- 24 Newton affirme dans ce même Carnet de notes sa préférence pour une conception atomistique influencé (...)
18Puis, guidé par une conception corpusculaire de la lumière24, Newton parvient dans ce texte à une interprétation qui associe un modèle hétérogène de la lumière blanche (les corpuscules constituant les rayons incidents possèdent soit des vitesses, soit des masses ou grandeurs différentes) et un processus de la genèse des couleurs qui se situe dans le prolongement direct de la version mécaniste des théories de la modification (il est important de constater que la célèbre expérience du prisme de Newton ne figure pas dans ce manuscrit) :
- 25 Dans la suite de cet écrit qui comporte 51 paragraphes, Newton propose diverses expériences recouvr (...)
« 1. Remarquons que les rayons se déplaçant lentement sont plus réfractés que les rapides.
2. Si abcd est ombragé et cdsr blanc, alors les rayons lents provenant de cdqp seront réfractés comme s’ils étaient venus de eodc de sorte que les rayons se déplaçant lentement étant séparés des rapides par la réfraction, alors apparaîtront deux sortes de couleurs, à savoir : à partir des rayons lents, le bleu, couleur ciel, et pourpre, à partir des rapides le rouge et le jaune [...] et à partir de ceux qui ne se déplaçaient ni très vite ni très lentement, le vert, mais à partir des rayons mélangés lents et rapides surgirent un gris blanc et un noir. D’où cdqp n’apparaîtra pas rouge à moins que qsrp ne soit sombre puisqu’il y a autant de rayons lents venant de cdqp et qui sont réfractés comme s’ils venaient de eodc ; ainsi, de nombreux rayons lents viennent de qsrp et sont réfractés comme s’ils venaient de dqpc à moins que qsrp soit plus sombre que dqpc.
3. Que les rayons qui engendrent le bleu soient plus réfractés que les rayons qui engendrent le rouge, cela apparaît de l’expérience suivante. Si une moitié d’un fil abc est bleue et l’autre rouge et qu’une ombre ou un corps noir soit située derrière, alors en regardant le fil à travers un prisme, une moitié de celui-ci apparaîtra plus élevée que l’autre, les deux moitiés n’étant pas suivant une même ligne droite du fait de l’inégale réfraction des différentes couleurs.
4. D’où le rouge, le jaune, etc., sont engendrés dans les corps par l’arrêt des rayons se déplaçant le plus lentement sans entraver beaucoup le mouvement des rayons les plus rapides, et le bleu, le vert et le pourpre le sont par la diminution du mouvement des rayons les plus rapides et non des plus lents. Ou bien dans quelques corps toutes ces couleurs peuvent surgir du fait de la diminution du mouvement de tous les rayons suivant une plus ou moins grande proportion géométrique, car ainsi il y aura moins de différence dans leurs mouvements qu’autrement.
5. Si les particules dans un corps n’ont pas un assez grand pouvoir élastique pour renvoyer tout le mouvement des rayons, alors le corps peut être coloré de façon plus lumineuse ou plus sombre suivant que la force élastique des parties du corps est plus ou moins grande.
6. S’il y a des particules détachées dans les pores d’un corps telles qu’elles les rendent très étroits ou, d’une autre façon, entravent la force élastique de la matière subtile par laquelle les mouvements des rayons sont conservés, ce corps peut avoir quelque couleur, etc.
7. [...] Et les corps pleins de tels passages étroits dans leurs pores doivent être de couleur sombre comme les verres bleus dont les pores peuvent être réduits par les particules détachées et trop grosses de la teinture répandue en eux. Mais si ce pore était suffisamment grand pour que les particules OS se déplaçant lentement perdent en le traversant une partie ou tout leur mouvement, tout en laissant s’échapper librement les plus rapides, alors les couleurs seront rouges, jaunes, etc. comme cela peut arriver dans le verre dont les pores sont pleins de plus petites particules de teinture que ne le sont les pores du verre bleu.
8. Quoique deux rayons soient aussi rapides si l’un des deux est moindre que l’autre, ce rayon aura moins d’action sur le sensorium de la même façon que s’il a un moindre mouvement que les autres, etc. D’où en supposant qu’il y ait des particules détachées dans les pores d’un corps en rapport avec les plus grands rayons comme 9 à 12 et que les moindres globules soient vis-à-vis des plus grands dans le rapport de 2 à 9, alors le plus grand globule entrant en collision avec une telle particule perdra les 2/7 des parties de son mouvement, les moindres globules perdront les 2/7 des parties de leur mouvement, et le mouvement restant des globules sera quasiment dans le même rapport que le sont leur quantité à savoir 5/7 : 1/7 : : 9 : 1 4/5, ce qui est à peu près deux fois le plus petit globule, et un tel corps peut engendrer les bleus et les pourpres. Mais si les particules sur lesquelles se réfléchissent les globules sont égales au moindre globule, il perdra son mouvement et le plus grand globule perdra les 2/11 des parties de son mouvement et un tel corps peut être rouge ou jaune [...]25. »
- 26 Au cours de l’été 1665, Newton semble avoir surtout travaillé sur des problèmes mathématiques, voir (...)
19À cette époque, la position de Newton reste donc, du point de vue de la genèse des couleurs, profondément dépendante des conceptions traditionnelles. D’ailleurs, à l’automne 1665, Newton s’attache encore, comme ses contemporains, à tailler des verres de forme autre que sphérique pour résoudre le délicat problème de l’achromatisme des lentilles26.
20Cependant, au début de l’hiver 1666, Newton est sans doute en possession de l’essentiel de sa théorie des couleurs. C’est donc entre ces deux périodes, alors qu’il était probablement en train de tailler des verres, qu’il a conçu son hypothèse définitive : il n’y a pas de surface susceptible de permettre à tous les rayons de converger en un foyer, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de telle surface si la lumière est un mélange hétérogène de rayons différemment réfrangibles.
- 27 MS. Add. 3975, op. cit., note 2, fol. 1-22.
21Cette nouvelle hypothèse va constituer pour Newton un guide privilégié ouvrant la voie à une étude renouvelée des phénomènes de la lumière et des couleurs. Cette étude est consignée dans un autre carnet de notes dont la partie concernant les couleurs a dû être rédigée entre 1666 et 1668 et plus probablement vers 166627.
22Newton reprend en premier lieu, dans un style dégagé des conceptions relatives à la théorie de la modification, certaines des expériences de Robert Boyle contenues dans ses Experiments and Considerations Touching Colours (London, 1664). Newton écrit :
- 28 Ibid., fol. 2 r°.
« 1. Les rayons réfléchis par une feuille d’or sont jaunes, mais ceux qui sont transmis sont bleus comme cela apparaît en tenant une feuille d’or entre l’œil et une chandelle.
2. Le Lignum Nephriticum émincé et [...] infusé [...] réfléchit les rayons bleus et transmet les jaunes [...].
3. Les morceaux plats de divers types de verre présentent le même phénomène que le Lignum Nephriticum. Et ces phénomènes de l’or et du Lignum Nephriticum sont reproduits par le prisme dans la 37e expérience ainsi que dans les 22e et 24e expériences.
4. Mais en général, les corps qui apparaissent d’une certaine couleur à l’œil apparaissent de la même couleur dans toutes les positions.
5. La teinture du Lignum Nephriticum peut être dépossédée de sa couleur bleue sans qu’aucune altération du jaune n’ait lieu en mélangeant un peu de sel d’acide. Et les sels sulfureux (soit d’urine [...] soit de lessive [...]) restaurent vraiment la couleur bleue sans provoquer de modification dans la jaune28. »
- 29 Robert Boyle, op. cit., note 11, 198-199.
- 30 Ibid., 204.
23Ces comptes rendus expérimentaux comparés en particulier à ceux donnés par Boyle des mêmes expériences sont très instructifs. Boyle par exemple, après avoir indiqué qu’une feuille d’or très fine apparaissait comme « pleine de pores », décrit le changement de couleur observé lors de la transmission de la lumière dans les termes suivants : « Mais la lumière qui traversait ces pores était, lors de son passage, si tempérée par de l’ombre et modifiée, que l’œil ne discernait plus une couleur or, mais une couleur bleu-verte29. » La comparaison des deux comptes rendus expérimentaux souligne une différence radicale dans les perceptions du même phénomène par les deux savants. Si Newton perçoit d’une part, des rayons réfléchis jaunes et, d’autre part, des rayons transmis bleus, Boyle perçoit dans la lumière transmise, non pas des rayons d’une nature spécifique, mais de la lumière blanche modifiée et altérée dans sa nature par un mélange d’ombre. Boyle et Newton ne voient plus la même chose lorsqu’ils observent leurs feuilles d’or. Des remarques identiques peuvent être faites à propos du deuxième paragraphe du texte de Newton puisque Boy le écrit dans ses Experiments and Considerations Touching Colours : « Je conjecturai que la teinte prise par ce bois devait provenir de quelques parties plus subtiles de ce dernier, arrachées par l’eau, lesquelles nageant dans un mouvement de va-et-vient modifiaient vraiment la lumière, de sorte qu’elle présentait telle ou telle couleur30. »
- 31 Voir supra.
24Cependant, c’est véritablement en décrivant les résultats fondamentaux de ses travaux sur le prisme, que Newton rompt de la façon la plus nette avec les analyses classiques (nous pouvons noter que Newton, comme il le fera encore dans l’Opticks de 1704, reprend, en prélude à l’analyse du spectre coloré, l’expérience du ruban bicolore, mais en lui assignant maintenant, contrairement au passage du premier carnet de notes, toute sa portée31) :
25« Expériences avec le prisme :
6. Sur un morceau de papier noir, je traçai une ligne opq, dont la moitié op était d’un beau bleu et l’autre pq d’un beau rouge sombre (choisi à la suite d’un examen de couleurs). Et observant le trait à travers un prisme adf, il m’apparut brisé en deux entre les couleurs, la partie bleue rs étant plus proche de la crête ab du prisme que la partie rouge. Ainsi, les rayons bleus subissent une plus importante réfraction que les rouges.
Notons (j’appelle bleu ou rouge, etc., les rayons qui engendrent le phantasme de telles couleurs). La même expérience peut être réalisée avec un ruban de deux couleurs tenu contre une surface sombre.
7. Prenant un prisme (dont l’angle fbd était d’environ 60 gr) à l’intérieur d’une pièce sombre dans laquelle pénètre par un petit trou k un peu de lumière solaire, et le plaçant près du trou k, de telle sorte que les rayons étant également réfractés en nh, à leur entrée et sortie, jettent leurs couleurs rstv sur le mur opposé. Les couleurs auraient dû se présenter sous la forme d’un cercle où tous les rayons auraient été réfractés, mais leur forme était oblongue, limitées sur leurs côtés rs par des lignes droites ; leur largeur rs étant de 1/3 pouce, leur longueur tv d’environ 7 ou 8 pouces et les centres du rouge et du bleu (qp) étant distants d’environ 2 3/4 ou 3 pouces. La distance séparant le mur irsv du prisme étant de 260 pouces.
- 32 MS. Add. 3975, op. cit., note 2, fol. 2 r° – 2 v°. Ces schémas pour des raisons techniques ont été (...)
8. Placant le prisme au milieu entre le trou k et le mur opposé, dans la même position, et posant une planche entre le trou k et le prisme près de ce dernier, laquelle planche était percée d’un petit trou de la même taille que le trou k (c’est-à-dire 1/8 d’un pouce de diamètre) de sorte que les rayons passant à la fois par les deux trous jusqu’au prisme puissent être quasiment parallèles (faisant un angle de moins de 7 minutes, tandis que dans l’expérience précédente, certains rayons faisaient un angle de 31 minutes). Ensuite, la longueur et la largeur des couleurs sur le mur, cette dernière étant de toute façon la moitié de la première elle-même d’environ 2 pouces, c’est-à-dire rs = 3/8 pouce, tv = 2 3/4 pouce, et pq = 1 1/4 pouce. De sorte que les rayons rouges et bleus qui étaient parallèles avant la réfraction pouvaient être considérés en général comme inclinés l’un par rapport à l’autre après réfraction (quelquefois plus, quelquefois moins) de 34 minutes. Et que certains d’entre eux étaient inclinés de plus d’un degré dans ce cas. Et par conséquent, si leurs sinus d’incidence (du verre dans l’air) étaient les mêmes, leurs sinus de réfraction seraient en général dans le rapport de 225 à 226, et pour les rayons les plus extrêmes rouges et bleus, ils seront comme 130 à 131. Car, par l’expérience, si leur angle d’incidence du verre dans l’air est de 30 gr, l’angle de réfraction des rayons rouges étant de 48 gr 35’ l’angle de réfraction des rayons bleus sera de 48 gr 52’ en général ; mais si les rayons sont extrêmement rouges et bleus, l’angle de réfraction des rayons bleus peut être supérieur à 49 gr 5’32 ».
- 33 Voir infra.
26Les paragraphes 44 et 45 annoncent le célèbre Experimentum crucis qui n’apparaîtra sous sa forme définitive qu’en 167233 :
- 34 MS. Add. 3975, op. cit., note 2, fol. 7 v°.
« 44. En réfractant dans une pièce sombre (comme dans le cas de la septième expérience), les rayons par un prisme, et en tenant un autre prisme à environ 5 ou 6 yards du premier dans le but de faire subir une deuxième réfraction aux rayons, je constatai premièrement que les rayons bleus subissaient vraiment une plus grande réfraction avec le deuxième prisme que les rouges.
45. Et, deuxièmement, que les rayons purement rouges réfractés avec le second prisme n’engendraient pas d’autre couleur que du rouge, et que les bleus n’engendraient pas d’autre couleur que du bleu34. »
27Les paragraphes 46 et 47 proposent une expérience de recomposition de la lumière blanche :
« 46. Si trois prismes ou plus A, B, C sont tenus dans le soleil de sorte que la couleur rouge du prisme B tombe sur la couleur verte ou jaune du prisme A, et que la couleur rouge du prisme C tombe sur la couleur verte ou jaune du prisme B, lesdites couleurs tombant sur le papier DE en P, Q, R, S, alors une couleur rouge en P et une bleue en S, mais entre Q et R, là où les rouges, les jaunes, les verts, les bleus et les pourpres des divers prismes sont mélangés ensemble, apparaît un blanc.
- 35 Ibid., fol. 7 v° – 8 r°. Ces schémas pour des raisons techniques ont été tirés de la version imprim (...)
47. Ou si vous déposez sur une des faces d’un prisme un morceau de papier percé de plusieurs fentes a, b, c, d, parallèles aux arêtes du prisme, de sorte que la lumière traversant ces fentes engendrera des couleurs sur le papier DE ; si le dit papier est placé près du prisme, alors apparaîtra par chacune des fentes a, b, c, d, une ligne colorée r, s, t, v. Le papier se trouvant progressivement éloigné jusqu’à ce que lesdites lignes colorées se mélangent ensemble, alors apparaîtra du blanc entre p et q là où ces couleurs sont mélangées ; en m apparaissent des rouges et en n des bleus. Mais si le papier se trouve éloigné davantage, la couleur blanche (pq) représentera une zone de plus en plus étroite jusqu’à ce qu’elle disparaisse totalement, et alors l’un des côtés gh apparaît rouge et l’autre gf est bleu35. »
28Le paragraphe 48 introduit une distinction entre les couleurs simples et celles obtenues par mélange :
- 36 Ibid., fol. 8 r°
« 8. De même que le blanc est produit par le mélange de toutes les sortes de couleurs (dans la 46e et la 47e expériences), le vert est produit par un mélange de bleu et de jaune, le pourpre par un mélange de rouge et de bleu, etc.36 »
- 37 Ce manuscrit composé de 64 paragraphes contient également un certain nombre d’expériences relatives (...)
29Ce texte, dont nous venons de citer quelques paragraphes essentiels, constitue le premier exposé de la théorie newtonienne de la lumière et des couleurs37.
- 38 Pour une analyse détaillée de cette question, voir Michel Blay, op. cit., note 14, 103-112.
30Le plus remarquable dans ce texte est sans aucun doute constitué par les expériences relatées dans les paragraphes 6, 7 et 8. Newton y renouvelle totalement l’expérience traditionnelle du prisme en ce sens que, contrairement à ses contemporains, il se place systématiquement dans une pièce sombre, utilise un diaphragme pour limiter le faisceau incident de lumière solaire, installe le prisme dans une position correspondant au minimum de déviation, place l’écran à une grande distance du prisme, observe une tache spectrale d’une forme bien déterminée38.
31Des conditions expérimentales aussi bien définies et éloignées des pratiques usuelles des contemporains soulignent la spécificité de l’expérience newtonienne du prisme. Loin d’être celle d’où aurait été déduite toute la théorie, elle apparaît bien plutôt comme une expérience mise en place pour développer l’hypothèse formulée antérieurement concernant la réfrangibilité spécifique des différents rayons. L’expérience du prisme au sens newtonien est une expérience construite et non donnée.
- 39 Le directeur d’études (tutor), de Newton à Cambridge ne fut pas Isaac Barrow mais Benjamin Pulleyn.
- 40 Sur la nomination de Newton, cf. Lettre de Collins à Gregory du 25 novembre 1669, Corresp., I, 15, (...)
- 41 Ces leçons de Newton sont maintenant facilement disponibles. Elles ont été publiées par A.E. Shapir (...)
- 42 Ce texte se trouve reproduit dans Corresp, I, 92-102 ; dans Isaac Newton Papers and Letters on Natu (...)
32En 1669, Newton obtient la chaire lucasienne, fondée en 1664, que lui abandonne son premier titulaire Isaac Barrow (1630-1677)39 ; il la conservera jusqu’en 169540. C’est l’occasion pour Newton de présenter au public très restreint de ses étudiants ses travaux sur la lumière et les couleurs41. Puis, en 1672, alors qu’il vient d’être nommé fellow de la Royal Society pour son télescope à réflexion, Newton rédige sa célèbre lettre à Henry Oldenburg alors secrétaire de la Royal Society. Cette lettre, présentée aux membres de la Royal Society à la séance du 8 février 1672 puis publiée dans le numéro 80 du 19 février des Philosophical Transactions (3075-3087), constitue le véritable texte fondateur de la théorie newtonienne de la lumière et des couleurs42. Il restera jusqu’en 1704, date de publication de l’Opticks, le seul exposé complet de sa pensée.
- 43 Le concept d’experimentum crucis, déjà utilisé par Robert Hooke, op. cit., note 11, 54, joue dans c (...)
33Cette lettre se présente, du moins dans sa première partie, comme le récit d’une succession d’événements se déroulant de façon rapide et logique à l’intérieur d’un intervalle de temps très bref ménageant une tension croissante jusqu’au dénouement final dans un experimentum crucis permettant de choisir entre une conception hétérogène et une homogène de la lumière blanche43.
- 44 Voir Michel Blay « Remarques sur l’influence de la pensée baconienne à la Royal Society : pratique (...)
34Ce texte, plus que l’exposé réel des travaux et des tâtonnements de Newton, dont les Carnets de notes se font l’écho, nous offre un exposé de la théorie newtonienne conforme aux réquisits méthodologiques baconiens adoptés et attendus par les membres de la Royal Society de Londres44. Dans cette perspective, l’expérience du prisme devient l’expérience fondatrice, celle à partir de laquelle la théorie des couleurs semble se livrer directement au regard innocent. Cette situation, comparée à celle révélée par l’analyse des Carnets de notes, constitue un véritable renversement du statut de l’expérience du prisme.
35Dès les premières lignes de sa lettre, Newton nous indique :
- 45 Lettre de Newton à Oldenburg du 18 janvier 1672, Corresp., I, 82.
- 46 Newton ne précise pas dans ce passage si le trou est circulaire. Ceci cependant se déduit facilemen (...)
- 47 Corresp, I, 92.
« Monsieur. Pour tenir la récente promesse que je vous fis45, je vous apprendrai sans plus de cérémonie, qu’au début de l’année 1666 (époque où je m’employais à polir des verres optiques sous d’autres formes que sphériques), je me procurai un prisme de verre triangulaire pour faire l’épreuve avec ce dernier du célèbre phénomène des couleurs. Et dans ce but, ayant obscurci ma chambre et fait un petit trou46 dans mes volets pour laisser entrer une quantité suffisante de lumière solaire, je plaçais mon prisme à son entrée, de sorte qu’elle puisse être ainsi réfractée sur le mur opposé. Ce fut au début un très agréable divertissement de voir ces couleurs vives et intenses ; mais après un certain temps, m’efforçant de les considérer avec plus d’attention, je fus surpris de les voir sous une forme oblongue alors que, suivant les lois acceptées de la réfraction, je m’attendais à les trouver sous une forme circulaire. Elles étaient limitées sur les côtés par deux lignes droites ; mais aux extrémités, l’affaiblissement de la lumière était si progressif qu’il était difficile de déterminer exactement quelle pouvait être leur forme quoiqu’elles parussent semi-circulaires. Comparant la longueur de ce spectre coloré avec sa largeur, je trouvais la première cinq fois plus grande que la seconde ; une disproportion si excessive qu’elle suscita en moi, afin de discerner sa provenance, une plus grande curiosité qu’à l’ordinaire47. »
36Cela étant, Newton propose successivement pour expliquer ce phénomène diverses hypothèses qu’il élimine ensuite l’une après l’autre. Il se trouve ainsi amené à mettre en œuvre la procédure de la voie négative, de l’induction par élimination de Bacon.
37Newton suggère tout d’abord quelques hypothèses se rapportant, soit au rôle de l’épaisseur du verre, soit à celui de l’ombre. Dans tous les cas, il diversifie profondément ses expériences :
- 48 Ibid., 92.
« C’est à peine si je pouvais imaginer que les diverses épaisseurs du verre ou la limitation de l’ombre ou de l’obscurité pouvaient avoir quelque influence sur la lumière dans la production d’un tel effet. Cependant, je pensais qu’il n’était pas mal à propos d’examiner en premier lieu ces éléments et, de ce fait, j’expérimentais ce qui arriverait en faisant passer la lumière à travers des morceaux de verre de différentes épaisseurs, ou à travers des trous de diverses grosseurs percés dans la fenêtre, ou en plaçant le prisme à l’extérieur, de telle sorte que la lumière pût le traverser et fût réfractée avant d’être délimitée par le trou : mais je ne trouvais aucun de ces paramètres essentiels. L’aspect des couleurs était le même dans tous les cas48. »
- 49 Ibid., 93.
- 50 Sur ce type d’hypothèse, cf. Grimaldi, op. cit., note 15.
- 51 Corresp., I, 94.
38Newton émet ensuite une nouvelle hypothèse liant l’apparition des couleurs à des « inégalités dans le verre ou à quelque autre irrégularité contingente49 ». À l’issue de cette première série d’hypothèses dont les tests expérimentaux sont à chaque fois négatifs, Newton se demande si la forme oblongue ne pourrait pas être expliquée par la différence dans l’incidence des rayons provenant des parties opposées du disque solaire50. Le résultat est à nouveau négatif. Newton considère alors que les rayons lumineux pourraient être constitués comme chez Descartes par des boules contiguës. Celles-ci seraient alors susceptibles d’engendrer à la sortie du prisme, du fait de leur interaction avec le milieu ambiant, des rayons courbés. Mais en soumettant cette hypothèse à l’expérience, Newton « ne put observer un tel infléchissement dans les rayons51 ».
- 52 F. Bacon, op. cit., note 435, livre I, aphorisme CV et livre II, aphorismes XV et XIX.
39C’est à ce moment qu’intervient dans le texte de Newton l’élément décisif. Jusqu’à cet instant, Newton a suivi la voie négative, c’est-à-dire que nous avons appris avec lui ce que la cause de la forme du spectre et de l’apparition des couleurs n’est pas. C’est dans la voie affirmative, au sens baconien, que Newton va devoir maintenant s’engager52.
40Cette nouvelle étape trouve son accomplissement avec l’experimentum crucis (voir supra note 43) :
- 53 Corresp., I, 94-95.
« Le rejet progressif de ces hypothèses me conduisit à la longue à l’experimentum crucis qui était le suivant : je pris deux planches et plaçai l’une d’entre elles juste derrière le prisme près de la fenêtre, de telle sorte que la lumière pût traverser un petit trou pratiqué à ce dessein, et ainsi que la lumière tombât sur l’autre planche que je plaçai à environ 12 pieds de distance, ayant préalablement pratiqué dans celle-ci également un petit trou afin qu’un peu de la lumière incidente la traversât. Ensuite, je disposai un autre prisme derrière cette seconde planche de telle sorte que la lumière qui traversait les deux planches pût également le traverser et fût à nouveau réfractée avant d’arriver sur le mur. Ceci fait, je pris le premier prisme dans la main et le tournai lentement d’un mouvement de va-et-vient autour de son axe, afin que toutes les diverses parties de l’image, envoyées sur la seconde planche, traversassent successivement son trou ; ainsi il me serait possible d’observer en quel lieu le second prisme réfracterait sur le mur les diverses parties53. »
- 54 Ce schéma n’apparaît que dans la lettre de Newton à Oldenburg du 10 juin 1672, ibid., 166. À cette (...)
L’experimentum crucis54

41Dans cette expérience Newton utilise deux prismes et deux planches percées. Le premier prisme est placé, comme dans les expériences précédentes, à proximité du trou pratiqué dans le volet. Les rayons émergeant de ce prisme, produisant le spectre, passent par un petit trou réalisé dans l’une des deux planches, placée juste derrière le prisme. À 12 pieds de cette dernière, Newton fixe la deuxième planche percée également d’un trou et derrière laquelle il installe le deuxième prisme. Ce dernier peut ainsi recevoir les rayons émergeant du premier prisme. Par la rotation de ce dernier autour de son axe, tout en maintenant fixes les deux planches et le deuxième prisme, les rayons de telle ou telle espèce émergeant du premier prisme sont amenés en face du premier trou. Cela étant, seul le faisceau joignant les deux trous dans les deux planches et dont la direction, par conséquent, est constante, tombe sur le deuxième prisme (chaque faisceau parvient ainsi sous la même incidence au deuxième prisme). De cette façon, Newton peut observer sur le mur les diverses taches colorées correspondant aux divers rayons réfractés par le deuxième prisme, et constate alors que les plus réfractés (ou les moins réfractés) par le premier prisme sont encore ceux qui le sont le plus (ou le moins) par le deuxième prisme :
- 55 Corresp., I, 94-95.
« Et je vis, par les différentes positions de ces lieux, que la lumière tendant vers cette extrémité de l’image vers laquelle la réfraction du premier prisme avait lieu, subissait vraiment dans le second prisme une réfraction beaucoup plus importante que la lumière tendant vers l’autre extrémité55. »
42Là-dessus, Newton conclut que la lumière blanche est constituée de rayons différemment réfrangibles :
- 56 Ibid., 95. Le raisonnement de Newton n’est valide que si on lui adjoint une hypothèse corpuscularis (...)
« Et ainsi nous décelâmes que la véritable cause de la longueur de cette image n’était pas autre chose que celle-ci, à savoir que la lumière se composait de rayons différemment réfrangibles qui, sans égard à la différence de leurs incidences, étaient suivant leur degré de réfrangibilité transmis vers diverses parties du mur56. »
- 57 Corresp., I, 97. Entre-temps, Newton nous a appris qu’au vu des résultats de l’experimentum crucis, (...)
- 58 Ibid., 97.
- 59 Ibid., 97.
- 60 Ibid., 98.
- 61 Ibid., 98.
- 62 Le choix de ces sept couleurs primitives ou primaires repose à notre avis sur le désir de Newton d’ (...)
- 63 Corresp., I, 98.
- 64 Corresp., I, 98.
- 65 Corresp., I, 98.
- 66 Ibid., 99.
43Dans la deuxième partie de sa lettre de 1672, Newton remarque que l’experimentum crucis montre que les rayons traversant le deuxième prisme conservent tout aussi bien leur couleur que leur degré de réfrangibilité. À chaque couleur correspond un certain degré de réfrangibilité, de telle sorte qu’entre la réfrangibilité et la couleur s’instaure une relation biunivoque. Par conséquent, corrélativement à leurs différences dans leurs degrés de réfrangibilité, les rayons diffèrent « dans leur disposition à présenter telle ou telle couleur particulière57 ». Ainsi Newton peut conclure que « les couleurs ne sont pas des qualifications de la lumière dérivées de réfraction ou de réflexions sur les corps naturels (comme on le croit en général), mais des propriétés originelles et innées différentes suivant les rayons58 » de la même façon que le sont leurs degrés de réfrangibilité. Puis Newton établit que la couleur ou le degré de réfrangibilité d’un rayon donné sont inaltérables, soit par réfraction, soit par réflexion, soit encore « d’aucune autre façon que j’aie pu jusqu’à présent étudier59 ». Il n’en reste pas moins que des « transmutations apparentes de couleurs peuvent se produire là où s’opère tout mélange de rayons de diverses natures60 ». En fait, il y a deux sortes de couleurs : « Les couleurs simples et primitives d’une part, leurs mélanges d’autre part61. » Les couleurs primitives ou primaires étant « le rouge, le jaune, le vert, le bleu, un violet pourpre, avec aussi l’orange, l’indigo et une variété indéfinie de nuances intermédiaires62 ». Parmi tous les mélanges, « la composition la plus surprenante et la plus extraordinaire est celle du blanc63 ». Cette couleur est, de toutes celles obtenues par mélanges, la plus complexe puisque son analyse par le prisme fournit toutes les couleurs du spectre. Afin d’illustrer ce résultat, Newton imagine une expérience permettant de recomposer la lumière blanche à partir de la lumière dispersée par un prisme. Pour cela, il place une lentille convergente sur le trajet des rayons émergeant du prisme et observe que « la lumière ainsi reproduite était entièrement et parfaitement blanche, ne différant pas du tout de façon sensible de la lumière directe du soleil, sauf lorsque les verres que j’employais n’étaient pas suffisamment clairs, car dans ce cas, ils la modifieraient quelque peu vers leur couleur64 ». Newton conclut en affirmant que « de cela, par conséquent, il s’ensuit que le blanc est la couleur normale de la lumière ; car la lumière est un agrégat complexe de rayons dotés de toutes sortes de couleurs, qui sont dardés de façon désordonnée des différents points des corps luminescents65 ». Dans cette dernière proposition, la thèse de l’hétérogénéité prend sa forme définitive, et l’interprétation de l’experimentum crucis acquiert toute sa force. Puisqu’à chaque degré de réfrangibilité correspond une couleur déterminée, par conséquent, les rayons susceptibles d’engendrer telle ou telle sensation de couleur et préalablement mélangés dans la lumière blanche sans perdre leur spécificité, sont, par le prisme, simplement « séparés et dispersés suivant leurs inégales réfractions sous une forme oblongue dans une succession ordonnée allant du rouge vif le moins réfracté au violet le plus réfracté66 ».
44L’Opticks de 1704 reprendra dans ses grandes lignes en le développant très largement cet exposé baconien de 1672.
- 67 La lecture du « Discourse of Observations » devant la Royal Society, contenant 24 observations et 9 (...)
- 68 MS. Add. 3970-3, fol. 393-426. Voir J.A. Lohne « Experimentum crucis », Notes and Records of the Ro (...)
- 69 Vers 1671, Newton a également rédigé, en développant un Mémoire de 1666, son fameux traité connu so (...)
- 70 Sur ces travaux, voir John Herivel, The Background to Newton Principia, Oxford University Press, 19 (...)
- 71 Sur cette édition, voir Ronald Gowing, Roger Cotes Natural Philosopher, Cambridge University Press, (...)
- 72 Cet ouvrage a été réédité par A. Koyré et I.B. Cohen, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, (...)
45Entre-temps, Newton sera revenu sur certains aspects de ses travaux en optique, d’abord en 167567, puis vers les années 169068. Cependant, à partir de 1672, ses préoccupations sont plus nettement orientées vers les mathématiques et la mécanique. Ses cours à Cambridge sont consacrés entre 1673 et 1683 à l’arithmétique et à l’algèbre69, puis, en 1684 et 1685, à la mécanique70. Newton publie alors à Londres en 1687, sous l’impulsion de Edmund Halley (1656-1742), les Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Cet ouvrage, véritable chef-d’œuvre de la pensée newtonienne, sera par la suite réédité sans grande modification, d’abord en 1713 avec l’aide de Roger Cotes (1682-1716)71, puis en 172672.
- 73 La rédaction de l’Opticks peut être suivie grâce à la correspondance de Newton et à la lecture de s (...)
46En fait, après 1687, la grande période de création est terminée. C’est le moment du développement et de l’enrichissement des thèses essentielles. Ainsi, en 1704, après la mort en 1703 de son principal contradicteur Robert Hooke, Newton publie enfin, comme nous l’annoncions précédemment, son grand livre d’optique : Opticks or a Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Colours of Light. Ce livre possède en annexe deux textes mathématiques de Newton rédigés en latin : Enumeratio Linearum Tertii Ordinis et Tractatus de Quadratura Curvarum (voir supra note 8)73.
- 74 Sur cette période, voir en particulier J.L. Heilbron, Physics at the Royal Society Juring Newton’s (...)
47Newton va consacrer maintenant une grande partie de son temps à des charges officielles. Après être entré en 1696 à la Monnaie, il en devient le directeur en 1700. Cet office fait de lui le responsable de l’émission des espèces métalliques en Angleterre. En 1703, il est élu président de la Royal Society. Il en oriente les travaux en particulier vers l’étude des phénomènes de la capillarité et de l’électricité74. Il conserve ces deux charges jusqu’à sa mort en 1727.
Abréviations
48Corresp. : The Correspondence of Isaac Newton, Cambridge University Press, 7 vol. (1959-1977).
49Opticks : Opticks or a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light (Londres, 1730, 4e édition), voir infra note 69.
Notes
1 Une remarquable biographie de Newton a été rédigée récemment par R.S. Westfall, Never at Rest ; a Biography of Isaac Newton, Cambridge University Press, 1980. Il existe également une bibliographie des Œuvres de Newton et sur Newton réalisée par Peter et Ruth Wallis, Newton and Newtoniana, 1672-1975, Dawson, 1977.
2 Les principaux Carnets de notes rédigés par Newton sont conservés à la Bibliothèque universitaire de Cambridge : 1) MS. Add. 3996 qui porte le titre « Questiones Quaedam Philosophicae » ; 2) MS. Add. 3975 qui constitue, d’une certaine façon, un développement du précédent ; 3) MS. Add. 4000 qui est plus particulièrement consacré aux mathématiques ; 4) MS. Add. 3970. 3, fol. 350-353 v° qui porte le titre « Of ye Coloured Circles Twixt two Contiguous Glasses » (voir également infra note 41). Les deux premiers Carnets de notes cités précédemment ont été publiés accompagnés d’un très riche commentaire par J.E. McGuire et Martin Tamny, Certain Philosophical Questions : Newton’s Trinity Note Book, Cambridge University Press, 1983. Des extraits du troisième ont été publiés par A.R. Hall, « Further Optical Experiments of Isaac Newton », Annals of Science, 1955, 27-43. Le quatrième a été publié par R.S. Westfall, « Isaac Newton’s Coloured Circles Twixt two Contiguous Glasses », Archive for History of Exact Sciences, 1965, 181-196. Par ailleurs, le catalogue de la bibliothèque personnelle de Newton a été établi par John Harrison, The Library of Isaac Newton, Cambridge University Press, 1978. Les ouvrages annotés par Newton y sont signalés. Nous indiquerons dans les notes suivantes, pour certains ouvrages, l’édition possédée par Newton ainsi que la date de la première édition.
3 Pierre Gassendi, Institutio astronomica, juxta hypotheses tam veterum quant recentiorum. Cui accesserunt Galilei Galilei Nuntius Sidereus, et J. Kepleri Dioptrice, 3 éd. priori correction Amsterdami, 1682, Dioptrice, 1611.
4 Elementorum libri XV, Parisiis, 1573, Elementorum libri XV. Breviter demonstrati, Opera I. Barrow, Cantabrigiae, 1655, Elements of Geometry : the first VI books... by T. Rudd, London, 1651.
5 Dialogo sopra i due massini sistemi del mondo, Firenze, 1632. Ce livre a été très rapidement traduit en anglais par Thomas Salusbury sous le titre, Mathematical Collections and Translations, London, 1661.
6 Geometria, a Renato Des Cartes anno 1637 Gallice edita ; nunc autem cum notis F. de Beaune, in linguam latinam versa, et commentariis illustrata, Opera atque studio F. a Schooten, Lugduni Batavorum, 1649, et Amstelaedami, 1659-1661. La Géométrie a été publiée la première fois à Leyde en 1637 à la suite du Discours de la méthode et associée à deux autres essais La Dioptrique et Les Météores. Principia Philosophiae, Amstelodami, 1656. La première édition a paru à Amsterdam en 1644, la traduction française due à l’abbé Picot date de 1647.
7 En particulier, The Immortality of the Soul, so Farre Forth as it is Demonstrable from the Knowledge of Nature and the Light of Reason, London, 1659.
8 John Wallis publie à Oxford entre 1693 et 1699 ses Opera Mathematica en trois volumes. Les volumes II et III donnent des textes mathématiques de Newton. On trouve en particulier dans le tome II, 390-396, pour la première fois dans un texte imprimé, la lettre surmontée d’un point pour indiquer la fluxion, notation que Newton n’introduisit en fait que vers 1691.
9 Walter Charleton, Physiologia Epicuro-Gassendo-Charletoniana : or a Fabrick of Science Natural, upon the Hypothesis of Atoms, Founded by Epicurus, Repaired by Petrus Gassendus, Augmented by Walter Charleton, London, 1654. Pierre Gassendi, Animadversiones in decimum librum Diogenis Laertii, Lyon, 1649.
10 Les notes de Newton sur l’Organon datent des années 1661-1662 et ont été rédigées à partir de l’édition en 4 volumes publiée à Paris en 1654 par Guillaume Du Val, Aristotelis Opera Omnia, quae extant, Graece et Latine.
11 Le principal écrit de Robert Boyle concernant les couleurs est Experiments and Considerations Touching Colours. First Occasionally Written, among some other Essays to a Friend ; and now Suffer’d to come abroad as the Beginning of Y an Experimental History of Colours, London, 1664. Robert Hooke, Micrographia, or some Physiological Descriptions of Minute Bodies Made by Magnifying Classes, with Observations and Inquiries thereupon, London, 1665 ; la lecture de ce livre a suscité chez Newton la rédaction de notes importantes, MS. Add. 3958, fol. 1-2. Celles-ci ont été publiées parmi les textes rassemblés par A.R. Hall et M. Boas-Hall sous le titre, Unpublished Scientific Papers of Isaac Newton, Cambridge University Press, 1962, 1978.
12 Voir supra note 2. Sur certains problèmes de datation cf. Henry Guerlac, « Can we Date Newton’s early Optical Experiments ? », Isis, 1983, 74-80.
13 Aristote, Les Météorologiques, trad. J. Tricot, Vrin, 1976 ; Parva Naturalia, trad. J. Tricot, Vrin, 1951 ; De l’âme, trad. E. Barbotin, Les Belles-Lettres, 1966. Anaximene (fl. 546 av. J.-C.) expliquait déjà les couleurs de l’arc-en-ciel comme résultant du mélange des rayons solaires avec l’obscurité des nuages ; cf. Hermann Diels, Doxographi Graeci, Berlin, 1879, et C.B. Boyer, The Rainbow from Myth to Mathematics, New York, 1959.
14 Sur les développements de cette théorie jusqu’au xviie siècle, voir en particulier Michel Blay, La Conceptualisation newtonienne des phénomènes de la couleur, Vrin, 1983, 15-60.
15 C’est Francesco Maria Grimaldi, 1618-1663, qui signale de la façon la plus nette, pour la première fois, la dispersion d’un faisceau de lumière réfractée, dans son gros livre Physico-Mathesis de Lumine, Coloribus et Iride, Bononiae, 1665. Cependant, le livre de Grimaldi est surtout connu par la description qu’il donne des premières expériences concernant la diffraction. C’est d’ailleurs Grimaldi qui introduit le terme de diffraction.
16 De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride tractatus, Venetiis, 1611, § 6, 9, 10. Toutes les traductions du latin et de l’anglais ont été faites par l’auteur de l’article.
17 Robert Hooke, op. cit., note 11.
18 Christiaan Huygens, Traité de la lumière, Leide, 1690. Sur ce problème, on peut consulter A.E. Shapiro, « Kinematic Optics : A Study of the WaveTheory of Light in the Seventeenth Century », Archive for History of Exact Sciences, 1973, 135-266. Sur la théorie hugonienne des couleurs, voir Michel Blay « Christiaan Huygens et les phénomènes de la couleur », Revue d’histoire des sciences, 1984, 97-150.
19 Une étude détaillée de la théorie hookienne de la lumière et des couleurs est donnée par Michel Blay « Un exemple d’explication mécaniste au xviie siècle : l’unité des théories hookiennes de la couleur », Revue d’histoire des sciences, 1981, 97-121.
20 Robert Hooke, op. cit., note 11.
21 Descartes, dans Les Météores (voir supra note 7), considère que la diversité des sensations colorées est engendrée par les diverses tendances à la rotation des boules du deuxième élément, lié à la transmission de la lumière, agissant sur l’organe de la vue. Il écrit, à propos de l’expérience du prisme « et il se demonstre, ce me semble, tres evidemment de tout cecy, que la nature des couleurs qui paraissent vers F ne consiste qu’en ce que les parties de la matière subtile, qui transmet l’action de la lumière, tendent a tournoyer avec plus de force qu’a se mouvoir en ligne droite ; en sorte que celles qui tendent a tourner beaucoup plus fort, causent la couleur rouge, et celles qui n’y tendent qu’un peu plus fort, causent la jaune. Comme, au contraire, la nature de celles qui se voyent vers H ne consiste qu’en ce que ces petites parties ne tournoyent pas si viste qu’elles ont de coustume, lorsqu’il n’y a point de cause particulière qui les en empesche ; en sorte que le verd paroist où elles ne tournoyent gueres moins viste, et le bleu où elles tournoyent beaucoup moins viste », Œuvres de Descartes, Édition Ch. Adam et P. Tannery, Paris, 1897-1913, VI, 333-334. On trouve également le même type d’analyse chez Boyle et chez Grimaldi.
22 Il s’agit d’une partie du manuscrit « Questiones quaedam philosophicae », op. cit., note 2, fol. 122 r° – 125 r° et fol. 133 r° – 135 r°.
23 Ibid., fol. 122 r°. Ce schéma pour des raisons techniques a été tiré de la version imprimée du manuscrit, op. cit., note 2.
24 Newton affirme dans ce même Carnet de notes sa préférence pour une conception atomistique influencée plus particulièrement par les travaux de Henry More que par ceux de Pierre Gassendi, puisqu’il précise : « Et cette matière peut être aussi petite qu’imperceptible ainsi que l’a prouvé l’excellent docteur More », ibid., fol. 89 r°. Sur ces questions, on peut consulter R.S. Westfall « The Foundations of Newton’s Philosophy of Nature », The British Journal for the History of Science, 1962, 171-182, et Zev Bechler « Newton Search for a Mechanistic Model of Colour Dispersion : a Suggested Interpretation », Archive for History of Exact Sciences, 1973, 1-37.
25 Dans la suite de cet écrit qui comporte 51 paragraphes, Newton propose diverses expériences recouvrant un large domaine touchant au problème de la lumière et des couleurs : dans le paragraphe 9, Newton s’intéresse aux sensations de couleurs produites en pressant le globe oculaire, dans le paragraphe 10, aux successions de couleurs se produisant à la surface de l’acier trempé, dans le paragraphe 11, à la quantité de lumière réfléchie par les diverses couleurs, dans le paragraphe 12, à certaines combinaisons de couleurs tant « apparentes » que « réelles ». Newton observe également des couleurs produites par diffraction, § 26, ainsi que le phénomène de la feuille d’or, § 39. Les derniers paragraphes se rapportent à des réflexions et à des expériences relatives à la production des couleurs au cours des réactions chimiques.
26 Au cours de l’été 1665, Newton semble avoir surtout travaillé sur des problèmes mathématiques, voir MS. Add. 4000, op. cit., note 2. Nous rappelons que l’aberration chromatique donne de chaque objet, même à ceux placés au centre du champ visuel, des extrémités diffuses et fortement colorées. On supposait, en général, à l’époque, que les verres de forme conique pourraient aider à résoudre ce problème.
27 MS. Add. 3975, op. cit., note 2, fol. 1-22.
28 Ibid., fol. 2 r°.
29 Robert Boyle, op. cit., note 11, 198-199.
30 Ibid., 204.
31 Voir supra.
32 MS. Add. 3975, op. cit., note 2, fol. 2 r° – 2 v°. Ces schémas pour des raisons techniques ont été tirés de la version imprimée du manuscrit, op. cit., note 2.
33 Voir infra.
34 MS. Add. 3975, op. cit., note 2, fol. 7 v°.
35 Ibid., fol. 7 v° – 8 r°. Ces schémas pour des raisons techniques ont été tirés de la version imprimée du manuscrit, op. cit., note 2.
36 Ibid., fol. 8 r°
37 Ce manuscrit composé de 64 paragraphes contient également un certain nombre d’expériences relatives aux réflexions partielles, aux « interférences » et au processus de la vision.
38 Pour une analyse détaillée de cette question, voir Michel Blay, op. cit., note 14, 103-112.
39 Le directeur d’études (tutor), de Newton à Cambridge ne fut pas Isaac Barrow mais Benjamin Pulleyn.
40 Sur la nomination de Newton, cf. Lettre de Collins à Gregory du 25 novembre 1669, Corresp., I, 15, et I.B. Cohen, Introduction to Newton’s Principia, Harvard University Press, 1978, 306, note 14.
41 Ces leçons de Newton sont maintenant facilement disponibles. Elles ont été publiées par A.E. Shapiro dans le volume I des Optical Papers of Isaac Newton, Cambridge University Press, 1984, à partir de deux manuscrits de Newton : MS. Add. 4002 et la version révisée MS. Dd 9. 67.
42 Ce texte se trouve reproduit dans Corresp, I, 92-102 ; dans Isaac Newton Papers and Letters on Natural Philosophy, éd. I.B. Cohen, Cambridge, 1958, 47-59 ; dans « Discovery of Light and the Nature of Color, 1672 », présenté par George Sarton, Isis, 1930, 326-341. Pour une analyse détaillée de ce texte, on peut consulter A.I. Sabra, Theories of Light from Descartes to Newton, Oldbourne, History of Science Library, 1967, 231-250, et Michel Blay, op. cit., note 14, 67-77.
43 Le concept d’experimentum crucis, déjà utilisé par Robert Hooke, op. cit., note 11, 54, joue dans ce texte le rôle de l’instantiae crucis de Bacon ; à savoir nous donner la possibilité de choisir entre deux théories comme à la croix des chemins en réfutant la fausse et en même temps en établissant la vraie. Francis Bacon, Novum Organum, 1620, livre II, aphorisme XXXVI.
44 Voir Michel Blay « Remarques sur l’influence de la pensée baconienne à la Royal Society : pratique et discours scientifiques dans l’étude des phénomènes de la couleur », Les Études philosophiques, 1985, 359-373.
45 Lettre de Newton à Oldenburg du 18 janvier 1672, Corresp., I, 82.
46 Newton ne précise pas dans ce passage si le trou est circulaire. Ceci cependant se déduit facilement de la suite du texte.
47 Corresp, I, 92.
48 Ibid., 92.
49 Ibid., 93.
50 Sur ce type d’hypothèse, cf. Grimaldi, op. cit., note 15.
51 Corresp., I, 94.
52 F. Bacon, op. cit., note 435, livre I, aphorisme CV et livre II, aphorismes XV et XIX.
53 Corresp., I, 94-95.
54 Ce schéma n’apparaît que dans la lettre de Newton à Oldenburg du 10 juin 1672, ibid., 166. À cette époque, aucune lentille n’est placée sur le trajet de la lumière. Sur cette question, voir Henry Guerlac, Newton on the Continent, Cornell University Press, 1981, 125, et Newton, Opticks, livre I, proposition IV, problème I.
55 Corresp., I, 94-95.
56 Ibid., 95. Le raisonnement de Newton n’est valide que si on lui adjoint une hypothèse corpusculariste concernant la nature de la lumière blanche. L’experimentum crucis n’est pas un expervimentum crucis. Voir Michel Blay, op. cit., note 14, 79-85 ; « Des travaux méconnus sur la lumière blanche à la fin du xixe siècle : la thèse de Georges Gouy, 1854-1926 », Bulletin de l’Union des physiciens, 1982, 381-390, et A.I. Sabra, op. cit., note 42, 296.
57 Corresp., I, 97. Entre-temps, Newton nous a appris qu’au vu des résultats de l’experimentum crucis, il renonça à ses travaux sur la taille des verres et qu’il fut ainsi conduit à la construction de son télescope à réflexion.
58 Ibid., 97.
59 Ibid., 97.
60 Ibid., 98.
61 Ibid., 98.
62 Le choix de ces sept couleurs primitives ou primaires repose à notre avis sur le désir de Newton d’établir une comparaison entre les sept notes de la gamme et les couleurs du spectre. Cette perspective constitue une donnée permanente de la pensée newtonienne. Par ailleurs, l’expression newtonienne « ... mais aussi (together with) l’orange et l’indigo... » semble indiquer pour ces deux couleurs un statut légèrement différent de celui des cinq autres (les caractères typographiques ne sont pas non plus les mêmes pour ces deux couleurs et pour les cinq autres dans le numéro 80 des Philosophical Transactions de février 1672, 3082 ; en effet, dans ses Leçons d’optique de Cambridge, Newton, en dehors des cinq couleurs principales, introduit, juste avant l’étude de la répartition musicale, l’orange et l’indigo, pour des raisons d’harmonie et d’élégance.
63 Corresp., I, 98.
64 Corresp., I, 98.
65 Corresp., I, 98.
66 Ibid., 99.
67 La lecture du « Discourse of Observations » devant la Royal Society, contenant 24 observations et 9 propositions, commença le 20 janvier 1676 et se poursuivit les 3 et 10 février 1676. « An Hypothesis Explaining the Properties of Light Discoursed of in my Severall Papers » avait été lu précédemment les 9 et 16 décembre 1675. Corresp., I, 362-386, et T. Birch, The History of the Royal Society of London, London, 1756-1757, III.
68 MS. Add. 3970-3, fol. 393-426. Voir J.A. Lohne « Experimentum crucis », Notes and Records of the Royal Society of London, 1968, 169-199.
69 Vers 1671, Newton a également rédigé, en développant un Mémoire de 1666, son fameux traité connu sous le titre de Tractatus de methodis serierum et fluxionum qui ne sera publié qu’en 1736 à Londres en anglais par John Colson, et en latin en 1779. Il existe une traduction en langue française réalisée par Buffon, La Méthode des fluxions et des suites infinies, Paris, 1740, 1966.
70 Sur ces travaux, voir John Herivel, The Background to Newton Principia, Oxford University Press, 1965, et The Mathematical Papers of Isaac Newton, édité par D.T. Whiteside, Cambridge University Press, 1974, VI.
71 Sur cette édition, voir Ronald Gowing, Roger Cotes Natural Philosopher, Cambridge University Press, 1983, 5-19.
72 Cet ouvrage a été réédité par A. Koyré et I.B. Cohen, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, the third édition, 1726, with Variant Readings, Cambridge University Press, 1972. Il existe une traduction en langue française par la marquise du Chastelet, le manuscrit original de la marquise, déposé le 10 septembre 1749 entre les mains de l’abbé Sallier, garde de la Bibliothèque royale, est conservé à la Bibliothèque nationale : BN. fonds français, 12266-12268 : Principes mathématiques de la philosophie naturelle, Paris, 1756-1759, 1966. Une traduction partielle avec commentaires a été réalisée par Marie-Françoise Biarnais dans la « Collection Epistémé », Christian Bourgois, 1985 ; première édition Paris CNRS, CDSH 1982.
73 La rédaction de l’Opticks peut être suivie grâce à la correspondance de Newton et à la lecture de ses divers manuscrits, en particulier Add. 3970. Cet ouvrage connut de nombreuses rééditions avec des additions en particulier dans le livre III qui, en 1704, comportait 11 observations et 16 questions ; en 1706, édition latine par Samuel Clarke avec principalement l’addition des Questions 17 à 23 (ces questions seront numérotées 25 à 31 dans les éditions suivantes) ; deuxième édition anglaise en 1717 (rééditée en 1718) avec addition des questions numérotées 17 à 24 de cette édition (il y a maintenant 31 questions) ; troisième édition anglaise 1721 ; quatrième édition anglaise 1730. Cette dernière édition a été reprise tout d’abord en 1931 puis en 1952 par Dover Publications avec un Avant-propos de Albert Einstein, une Introduction de Sir Edmuud Whittaker et une Préface de I.B. Cohen.
74 Sur cette période, voir en particulier J.L. Heilbron, Physics at the Royal Society Juring Newton’s Presidency, University of California, 1983.
Table des illustrations
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Titre | L’expérience du prisme dans le De Refractione (Livre IX, proposition 26, p. 223). |
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Titre | La formation du premier arc et du deuxième (De Radiis Visus et Lacis, chap. IV, 14). |
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Titre | Genèse des couleurs dans un milieu transparent après une réfraction (Micrographie, planche face à la page 60). |
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Légende | « Des couleurs. Voir si deux prismes, l’un envoyant du bleu sur le rouge de l’autre, ne produisent pas du blanc : |
URL | http://books.openedition.org/enseditions/docannexe/image/23628/img-4.jpg |
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URL | http://books.openedition.org/enseditions/docannexe/image/23628/img-5.jpg |
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URL | http://books.openedition.org/enseditions/docannexe/image/23628/img-6.jpg |
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Titre | L’experimentum crucis54 |
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