George Back : du froid polaire au froid de l’espace

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17 janvier 1834, Fort Reliance.

L’Anglais George Back (1796-1878) s’engage dans la marine en 1808, pendant les guerres napoléoniennes. Il est fait prisonnier par les Français et reste en captivité jusqu’à la paix, en 1814. Il s’engage alors auprès de John Franklin en partance pour l’Arctique et fera trois expéditions sous ses ordres. En 1834, il conduit sa propre expédition à la recherche du britannique John Ross. Quand il apprend que le marin a été retrouvé, il continue son expédition et reconnait la rivière qui prendra son nom. Le 17 janvier, près de Fort Reliance et du lac des Esclaves, il fait extrêmement froid… En effet, son thermomètre lui indique une température de -56.7°C. Cette température extrême ne passa pas inaperçue à l’époque, car elle remettait en cause l'estimation de la température de l'univers de Joseph Fourier. Partant du principe que la température de l’univers était légèrement inférieure à celle des pôles, Fourier l’avait estimé entre -50° et -60°, en s’appuyant sur des températures mesurées en Sibérie. François Arago est semble-t-il le premier à mentionner cela : il annonce à l'Académie des sciences qu'il vient de recevoir le rapport du voyage du capitaine Back de retour des régions polaires. Parmi les observations du capitaine, Arago souligne la mesure d'une température extrêmement basse obtenue le 17 janvier 1834 et de ses conséquences sur la température de l’univers.

Procès-verbal de la séance du Bureau des longitudes du 22 juin 1836.

22 juin 1836, Bureau des longitudes

Arago en parle au Bureau des longitudes lors de la séance du 22 juin 1836. S’en suit un débat que l’on imagine, à la lecture du procès-verbal, fort animé entre lui et Siméon-Denis Poisson. La question est : peut-on déduire de cette température extrême, la température maximale de l’espace physique, comme l’avait déjà suggéré Joseph Fourier ? Non pour Poisson, qui affirme que l’observation de Back est accidentelle. Oui pour Arago, pour qui un corps en communication avec l’espace ne peut descendre en dessous de la température de celui-ci. Pour Poisson, la température de la surface de la Terre ne dépend que du Soleil et du rayonnement. Si l’on connait la quantité de chaleur reçue du Soleil et la température de la Terre, on pourrait selon lui calculer le rayonnement et en déduire la température de l’espace, en négligeant les échanges avec l’atmosphère. Arago, quant à lui, est convaincu que les échanges avec l’atmosphère sont différents selon les contrées et qu’on ne peut les négliger aux pôles : ils y expliquent la baisse de température.

Quelques années auparavant, Joseph Fourier (1824) avait compris que les nuages, voire l’atmosphère terrestre elle-même, limitent le refroidissement de la surface terrestre, par ce qu’il nommera plus tard, l’effet de serre. L’atmosphère oppose « moins d’obstacles à la chaleur lumineuse affluente qu’à la chaleur obscure [infrarouge écrirait-on de nos jours], qui retourne dans l’autre sens dans l’espace extérieur ». Arago avait publié dans l’Annuaire du Bureau des longitudes, plusieurs petites notices ayant comme fil conducteur le rayonnement nocturne, illustrant l’importance de l’effet de serre : « Sur l’utilité des nattes dont les jardiniers couvrent les plantes durant la nuit », « Sur les brouillards qui se forment après le coucher du Soleil, quand le temps est calme et serein » ou sur « La Lune rousse » qui d’après les jardiniers fait geler la végétation au mois d’avril (Le Lay, 2015). Arago avait alors compris qu’il n’y a pas de relation de cause à effet entre la Lune et le gel de la végétation. En effet, les végétaux peuvent avoir une température inférieure à l’air ambiant quand le temps est clair. La Lune n’a pas d’impact. Sa présence indique seulement que le ciel est dégagé. De même, l'abaissement de température au pôle peut être expliqué par le fait que l'atmosphère laisse plus facilement passer les rayons du soleil et ceux qui rayonnent vers l'espace. Pour le dire d’une autre manière, il y aurait ainsi un échange thermique bien plus important au pôle.

Portrait de George Back (1833), par William Brocke (Source : Wikimedia Commons).

Poisson reste sur sa position : l’atmosphère se termine là où elle perd son élasticité. Les dernières couches de l’atmosphère peuvent donc être très froides, même dans un environnement plus chaud. Le mathématicien s’engage alors, pour clore la conversation, à écrire une note sur ce que l’on peut entendre par la chaleur de l’espace. Quelques mois plus tard, Poisson ajoute effectivement une note en supplément de son traité « Théorie mathématique de la chaleur », paru en 1835, dans laquelle il précise son calcul de la température de la Terre et du lieu de l’espace où elle se trouve.

1873, Le Pays des fourrures.

Pendant quelques décennies, on n’entend plus parler de l’aventure de Back. En 1873, un astronome de fiction suit à la trace l’Anglais : fort Reliance, puis le lac des Esclaves et il est retrouvé… congelé ! On peut se demander jusqu’à quel point Thomas Black, ce héros de Jules Verne dans Le Pays des fourrures, doit sa fâcheuse aventure, voire son patronyme, à l’Anglais. Le vulgarisateur Louis Figuier qui relate, en 1863, la mesure de George Back, se trompe et le nomme Black. Or Black est le nom d’un physicien écossais du siècle précédent, Joseph Black (1728-1799), découvreur de la chaleur latente[1]. Il se trouve que l’astronome de Jules Verne utilise la chaleur latente pour refroidir l’iceberg sur lequel les héros du roman sont malencontreusement installés et qui fond dangereusement. Jules Verne, qui connaissait bien l’Anglais George Back, cité dans plusieurs de ses romans (dont d’ailleurs Le Pays des fourrures), et peut-être amusé (ou inspiré ?) par l’erreur de Figuier, appela donc son astronome congelé Thomas Black. Ainsi réunit-il dans son personnage de fiction le capitaine Back des températures polaires et le physicien Black de la chaleur latente.