Aimé Cotton - Définition

Introduction

Aimé Auguste Cotton (né à Bourg-en-Bresse le 9 octobre 1869, et mort à Sèvres le 16 avril 1951), est un physicien français connu pour ses études de l’interaction de la lumière avec des molécules chirales. Aux bandes d’absorption de ces molécules, il trouve de grandes dispersions de pouvoir rotatoire (effet Cotton) ainsi que des différences de l’absorption entre les rayons lumineux polarisé circulaire gauche et polarisé circulaire droit (dichroïsme circulaire).

Vie et carrière

Aimé Cotton est le frère du mathématicien et académicien Émile Cotton ; son grand père était directeur de l’École normale d’instituteur de Bourg et son père, Eugène Cotton, professeur de mathématiques au collège de Bourg, établissement où Ampère débuta sa carrière.

Aimé Cotton fait ses études secondaires au lycée de Bourg et sa classe de mathématiques spéciales au lycée Blaise Pascal de Clermont-Ferrand. Il entre à l’École normale supérieure en 1889 et est lauréat du concours d'agrégation des sciences physiques en 1893.

Il prépare ensuite, en tant que boursier des hautes-études, une thèse pour le doctorat ès sciences physiques au laboratoire de physique de l'École normale supérieure, il étudie les interactions de la lumière polarisée avec des substances doués de pouvoir rotatoire à cause de leurs molécules chirales. Aux bandes d'absorption il trouve de grandes variations de ce pouvoir rotatoire en fonction de la longueur d'onde, phénomène dit « dispersion rotatoire optique » ou « effet Cotton ». Il découvre aussi le phénomène relié de dichroïsme circulaire, ou absorption inégale des rayons lumineux de polarisations circulaires gauche et droit. Ces deux phénomènes serviront plus tard à déterminer les stéréochimies des molécules chirales en chimie organique et en biochimie.

Il est nommé maître de conférences à la faculté des sciences de Toulouse en 1895 et soutient en 1896 devant la faculté des sciences de l'université de Paris sa thèse, intitulé « Recherches sur l’absorption et la dispersion de la lumière par les milieux doués du pouvoir rotatoire ». En 1900, il obtient le titre de professeur-adjoint et est chargé de la suppléance de Jules Violle à l’École normale supérieure. En 1904, il est nommé chargé de cours, puis obtient le titre de professeur-adjoint en 1910, à la faculté des sciences de l'Université de Paris, délégué à l'École normale supérieure, jusqu'en 1922.

Pendant cette période ses recherches portent sur les interactions de la lumière et du magnétisme. Il travaille tout d'abord avec Pierre Weiss sur l’effet Zeeman, le dédoublement des lignes spectrales en présence d'un champ magnétique. Pour ce faire il invente la balance de Cotton, appareil qui sert à mesurer avec précision l’intensité du champ magnétique. Cotton et Weiss étudient le dédoublement des raies bleues de l'atome du zinc sous champ magnétique, et s'en servent pour déterminer en 1907 la valeur du rapport de la charge de l’électron à sa masse (e/m), avec une précision supérieure à la méthode de J.J. Thomson.

Cotton s’intéresse ensuite à l’effet Faraday au voisinage des raies spectrales et met en évidence le dichroïsme circulaire magnétique. En parallèle, il travaille avec son camarade de promotion Henri Mouton, biologiste à l’Institut Pasteur, sur la biréfringence magnétique aux solutions colloïdales des particules magnétiques. Ils découvrent en 1907 une biréfringence magnétique intense avec un axe optique parallèle aux lignes de champ, dit effet Cotton-Mouton.

En 1913, il épouse la physicienne Eugénie Feytis, ils auront trois enfants. Dans la guerre de 1914 il met au point avec Pierre Weiss un système de repérage de l'artillerie ennemie: le système Cotton-Weiss.

Il dirige les travaux de thèse de Georges Bruhat sur le dichroïsme circulaire et la dispersion rotatoire (1914). Il participe dès 1917 à la création de l’Institut d'optique théorique et appliquée où il fut chargé de conférences. En 1914, il lance le projet d’un grand électro-aimant dont la construction débute en 1924 dans le laboratoire du Service des recherches et inventions à Bellevue qui devint ensuite le laboratoire du magnétisme de Meudon-Bellevue puis le Laboratoire Aimé Cotton. Cet aimant permet d'obtenir des champs magnétiques intenses, jusqu'à 7 Tesla.

En 1919, il devient président du comité de physique à la Direction des Inventions intéressant la défense nationale. En 1920, Aimé Cotton est nommé professeur à la nouvelle chaire de physique théorique et de physique céleste à la faculté des sciences de l'Université de Paris. En 1922, il succède à Gabriel Lippmann à la chaire de physique générale. Il dirige également le laboratoire des recherches physiques de la faculté avec pour collaborateurs Amédée Guillet et Henri Mouton. En 1923, il est élu à l’Académie des sciences en remplacement de Jules Violle (Aimé Cotton 32 voix, Charles Fabry 28 voix, Henri Abraham 1 voix). Il prend sa retraite en 1941 et Jean Cabannes lui succède comme professeur et directeur de laboratoire, il conserve néanmoins la direction du laboratoire de magnéto-optique à Bellevue. Il est incarcéré pendant un mois et demi à Fresnes en 1941 durant l'Occupation allemande.