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Après ses études au Friedrich-Wilhelm-Institut, il démarra sa carrière comme médecin militaire et devint ensuite professeur d'anatomie et de physiologie, puis professeur de physique à Berlin en 1871. Ses qualités pédagogiques n'étaient cependant guère reluisantes, du moins d'après l'un de ses élèves, le futur physicien Max Planck qui disait, dans son autobiographie, que « son enseignement l'ennuyait autant que nous »[1]. Ce dernier devint cependant son collègue, en prenant possession de la chaire de physique théorique à Berlin, appréciant essentiellement l'homme et le savant.
Helmholtz a vécu à une époque propice à développer l’expérimentation grâce à un arsenal d’instruments de plus en plus performants, qui prolongent, démultiplient, amplifient, accélèrent le regard des scientifiques sur la nature des phénomènes (et dans ce cas précis, des phénomènes sonores) pour mettre en évidence les explications de certaines observations : la technique a permis de transcrire sous une forme objective des phénomènes inexplicables ; ainsi, l’acoustique et la psychophysique ont effectué un bond considérable.
Recherches
Ses principaux travaux sont :
Électrophysiologie : mesure de la vitesse de l'influx nerveux ; travaux sur la vision, présentés dans son Manuel d'optique physiologique en trois volumes, reconnu comme un ouvrage pionnier en la matière. Il est l'auteur d'une Théorie physiologique de la musique, qui fera référence pendant toute la première moitié du XXe siècle. Ses écrits ont révolutionné l'acoustique, et principalement l'acoustique musicale.
Optique physiologique : L'hypothèse de Thomas Young, selon la laquelle la perception de la couleur est due à la présence sur la rétine de trois types de récepteurs qui réagissent respectivement au rouge, au vert et au bleu, sera développée par Hermann von Helmholtz et vérifiée expérimentalement en 1859 (théorie de Young–Helmholtz).
Physique : définition de l'énergie potentielle, formulation du principe de conservation de l'énergie, lois sur les tourbillons, travaux sur l'importance des harmoniques sonores (décomposition en séries de Fourier) dans la notion de timbre, lois d'optique géométrique (« Loi de Lagrange-Helmholtz »),…
Chimie : Thèorème de Gibbs-Helmholtz (thermochimie)
Théorie de la perception
Helmholtz développe une théorie sémiotique selon laquelle nos sensations sont des signes des objets extérieurs qui en sont la cause. Cette approche s'inspire des théories empiristes notamment développées par John Locke, mais surtout de la théorie des énergies nerveuses spécifiques de Johannes Müller : les qualités des choses extérieures ne sont que des puissances capables de produire en nous certaines impressions sans qu'il nous soit possible de déterminer si ces effets sont ou non ressemblants à ce qui les cause.
« Nous appelons sensations les impressions produites sur nos sens, en tant qu'elles nous apparaissent seulement comme des états particuliers de notre corps (surtout de nos appareils nerveux) ; nous leur donnons au contraire le nom de perceptions, lorsqu'elles nous servent à nous former des représentations des objets extérieurs »
— Théorie physiologique de la musique
Musique et consonance
Malheureusement, à partir de cette nouvelle méthode scientifique, il extrapole des déductions sur la perception de la consonance et de la dissonance. Sa recherche des fondements physiques de la perception l’a conduit à exprimer le caractère physiologique du sentiment de dissonance (qui serait dû à un flux de battements entre harmoniques) : la septième, par exemple, serait dissonante dans son rapport de seconde avec l’harmonique 1.
Mais l’extension de cette théorie des résonateurs à des analogies entre les 24 000 fibres de la membrane basilaire et les 20 000 Hz de l’aire auditive laisse perplexe. Elle supposerait une adéquation point par point entre l’action sélective par résonance des organes de perception, et le modèle des résonateurs développé par Helmholtz. Or une telle extension pêche par sa trop grande simplicité. Les fibres qui composent la membrane basilaire ne sont ni assez souples ni assez libres pour pouvoir se dissocier et former, chacune séparément, un résonateur. De plus la finesse de notre audition (Weaver admettra la possibilité de distinguer jusqu’à 64 hauteurs différentes dans un demi-ton aux alentours de 1 000 Hz) multiplie de façon inconcevable le nombre des résonateurs nécessaires, et contrecarre une théorie de la localisation « ponctuelle » des hauteurs perçues. Des recherches musicales plus récentes s’emploieront donc à mesurer ces « quanta » différentiels de notre perception.
Sa théorie suppose aussi que les cellules ciliées de l'oreille interne ne soient que de simples opérateurs. La membrane basilaire serait seule impliquée. Cette supposition fut démantelée en 1948 par la théorie de Gold[réf. nécessaire].
On doit à Georg von Békésy d'avoir démontré qu'Helmholtz s'était fourvoyé en considérant que la membrane basilaire, présente dans la cochlée, opérait suivant un mode de résonateurs. Békésy, lui, choisit un modèle où des portions de la membrane déterminent la perception des hauteurs d'un son.
Citations
« Celui qui, dans ses recherches scientifiques, cherche à obtenir des applications pratiques immédiates, peut être généralement assuré qu'il cherche en vain. Tout ce que la science peut achever est une connaissance parfaite et une compréhension parfaite de l'action des forces naturelles et morales[trad 1],[2]. »
Le plus grand institut de recherche allemand, la Helmholtz-Gemeinschaft est nommée en son honneur[3].
Ouvrages
Illustration d'Optique physiologique, de Hermann von Helmholtz, publiée en 1867Optique physiologique, Paris, V. Masson et fils, 1867, texte en ligne disponible sur IRIS.
Notes et références
Citations originales
↑(en) « Whoever, in the pursuit of science, seeks after immediate practical utility, may generally rest assured that he will seek in vain. All that science can achieve is a perfect knowledge and a perfect understanding of the action of natural and moral forces. »
Gregor Schiemann. Hermann von Helmholtz's Mechanism: The Loss of Certainty. A Study on the Transition from Classical to Modern Philosophy of Nature. Dordrecht, été 2009, ISBN 978-1-4020-5629-1.
Franz Werner: Hermann Helmholtz´ Heidelberger Jahre (1858–1871). (= Sonderveröffentlichungen des Stadtarchivs Heidelberg 8). Mit 52 Abbildungen. Berlin / Heidelberg (printemps) 1997.
Allemand
