Introduction
Relativement aux inventeurs les plus célèbres de l’histoire des sciences, Alexander Graham Bell est à jamais associé au téléphone. Saviez-vous cependant que le téléphone n’était ni sa première ni sa dernière innovation ?
Son Photophone et son Graphophone ont été tout aussi importants dans l’évolution des technologies de communication voix-voix. Mais qui était Alexander Graham Bell ? Comment a-t-il développé ses compétences et sa passion pour l’invention ?
Call Me Alexander Graham Bell
Le 6 mars 1847, le journal Scotsman apporte aux résidents d’Édimbourg la nouvelle de la naissance d’Alexander Bell, fils d’Eliza et d’Alexander Melville Bell. Par coïncidence, le journal annonçait également l’arrivée prochaine d’une ligne télégraphique, qui accélérerait les communications entre Londres et Édimbourg. Issu d’une longue lignée d’Alexanders (son père et son grand-père répondaient tous deux à ce nom), Alexander Bell, le célèbre télégraphe, était connu sous le nom d' »Aleck ». Lorsqu’il avait dix ans, la maison d’Aleck Bell reçut un jeune pensionnaire nommé Alexander Graham. Ce jeune homme avait été l’élève d’Alexander Melville, et suscitait le respect et l’admiration d’Aleck. Affligé que ses deux frères aient deux noms de baptême alors qu’il n’en avait qu’un, et admirant le jeune pensionnaire de sa maison, Aleck demanda un nouveau nom pour son onzième anniversaire. Son père accède à cette demande et, le 6 mars 1858, il lève son verre pour porter un toast au garçon qui fête son anniversaire, le baptisant nouvellement Alexander Graham Bell.
Appel au service
En 1858, Alexander Melville (appelé Melville) et Eliza Bell achètent une maison en stuc à deux étages, agréablement rustique, à Trinity, située dans les environs d’Édimbourg. Ils avaient pour voisins à Trinity une famille dynamique appelée Herdman, qui exploitait un moulin à farine à proximité. Un certain nombre de photographies subsistent de cette période et d’autres périodes de la vie d’Aleck, en raison de la fascination contagieuse de Melville pour la photographie. Au début de son adolescence, les photos et les descriptions révèlent qu’Aleck était grand, brun et beau, avec une habitude caractéristique de faire retomber ses longues mèches sur ses épaules.
Le jeune fringant a été encouragé pour la première fois à inventer à l’âge de onze ou douze ans, lorsque le comportement tapageur d’Aleck et de Ben Herdman a incité le père de Ben à demander aux garçons, exaspéré, « Pourquoi ne faites-vous pas quelque chose d’utile ? ». Intrigué par l’idée, Aleck a demandé à John Herdman comment il pourrait être utile. L’homme a répondu qu’il avait besoin d’aide pour enlever les enveloppes du blé. En réponse, Aleck a combiné une machine semblable à un moulin à vent, composée de palettes rotatives, avec une brosse à ongles, créant ainsi une machine à décortiquer qui a été mise en service et utilisée régulièrement pendant plusieurs années. Bien des années plus tard, Alexander Graham Bell a écrit sur sa jeunesse au moulin à farine : « Autant que je me souvienne, l’injonction de M. Herdman de faire quelque chose d’utile a été ma première incitation à l’invention, et la méthode de nettoyage du blé le premier fruit. »
Tout dans la famille
Le grand-père d’Alexander Graham, Alexander Bell*, avait un penchant pour le théâtre. Bien qu’il ne soit jamais devenu un acteur célèbre, les petits rôles qu’il a obtenus dans les théâtres d’Édimbourg lui ont appris à contrôler sa respiration et à projeter sa voix. Avec une présence scénique imposante et une voix tonitruante, il décide de s’installer comme professeur d’élocution. La rupture de son mariage avec Elizabeth Bell amène Alexander Bell à Londres, accompagné de ses deux fils. Melville et David suivent les traces de leur père, l’aidant dans ses tentatives d’enseignement de l’élocution et s’adonnant eux-mêmes à cette pratique. L’étude de l’élocution par Melville le ramène à Edimbourg, où il rencontre Eliza Gray Symonds. La surdité d’Eliza rallia sa sympathie, et son comportement joyeux lui valut bientôt son admiration. Eliza était peintre de miniatures et pianiste accomplie, et un peu moins d’un an après leur rencontre, Melville et elle se marièrent.
Eliza enseigna à ses trois fils, Melville (« Melly »), Alexander Graham (« Aleck ») et Edward (« Ted »), les matières conventionnelles que sont la lecture et l’arithmétique ainsi que le dessin, la peinture et le piano. Les garçons communiquaient avec elle en utilisant le langage des signes anglais à deux mains, et en parlant dans son trombone d’oreille maladroit. Aleck est le seul à avoir trouvé une méthode pour communiquer avec succès avec sa mère, en se penchant près de son front et en parlant d’une voix basse et bien modulée. Tout au long de leur vie, Aleck et Melly se sont souvent associés pour travailler sur des inventions scientifiques. Ted n’a malheureusement pas pris part aux expériences scientifiques de ses frères ; il est mort de la tuberculose à l’âge de dix-huit ans.
*Intéressant à noter : En 1847, Alexander Bell a écrit une pièce de théâtre intitulée La Mariée, célébrant la valeur des bonnes manières. La pièce est passée entre les mains de son fils, David, avant d’arriver à Chichester, le fils de David, et finalement à l’ami le plus proche de Chichester, George Bernard Shaw. La pièce de Bell a inspiré le succès de Shaw, Pygmalion, qui sera plus tard adapté par Rogers et Hammerstein dans la comédie musicale bien-aimée My Fair Lady. La préface de la pièce de Shaw crédite la famille Bell, et le décor du laboratoire du professeur Higgins est la rue même où Alexander Bell travaillait comme instructeur d’élocution.
La machine à parler
Opérant sous l’influence de son père, Aleck s’est impliqué dans le commerce de l’élocution. Alors que lui et son frère terminaient leurs études, leur père les a mis au défi de développer leur propre version améliorée de la machine à parler. La version la plus ancienne de la machine à parler remonte au XVIIIe siècle, et dans les années 1820, une version plus moderne a été créée par Charles Wheatstone. Leur compréhension du modèle de la parole humaine, de la boîte vocale et du diaphragme a aidé Alexander Graham et son frère Melly à relever le défi lancé par leur père. Ils finirent par mettre au point une machine à parler fonctionnelle, ayant acquis au passage des connaissances inestimables sur les organes de la parole et la physiologie de la voix humaine. Ces connaissances aideront Alexander dans son développement ultérieur du téléphone.
Ignorance is Bliss
Hermann von Helmholtz, dont les inventions ont contribué à la renaissance scientifique du 19ème siècle, a développé une machine qui génère des sons de voyelles. Alexander Graham Bell a étudié cet appareil, qui utilisait la régulation des vibrations des diapasons pour générer ses sons. Si Bell en savait beaucoup sur les voyelles, il ne connaissait pratiquement rien à l’électricité. Ce manque de connaissances l’a amené à penser, à tort, que la machine d’Helmholtz transmettait réellement les voyelles, alors qu’en réalité elle ne faisait que les produire. Bien qu’erronée, cette idée excitante a incité Bell à théoriser que si les voyelles pouvaient être transmises par des fils électriques, il en serait de même pour les consonnes et les sons en général. Le dévouement de Bell à voir cette invention se développer a finalement contribué à sa détermination à construire le téléphone.
Best of Philly
Avant de perfectionner le téléphone, Alexander Graham Bell a inventé et démontré le télégraphe harmonique lors de l’Exposition du Centenaire de 1876, qui s’est tenue dans le parc Fairmount de Philadelphie. Dom Pedro II, alors empereur du Brésil, assistait à cette exposition. Le principal rival de Bell, Elisha Gray, a également présenté une invention à cette exposition. L’appareil de Bell a été le dernier à être examiné par l’empereur et d’autres juges distingués. Après avoir installé son invention dans la Galerie Est, Bell s’est installé à une extrémité de la pièce tandis que l’empereur se penchait sur un récepteur placé à l’autre extrémité. Bell a chanté dans son récepteur, puis a commencé à réciter le célèbre monologue d’Hamlet « To be, or not to be ». « Aye, there’s the rub », dit-il dans un récepteur, tandis que l’Empereur répétait avec excitation les vers shakespeariens qu’il entendait de l’autre côté de la pièce.
Un travail d’amour
Le père d’Alexander Graham, Melville Bell, a créé un système phonétique appelé Visible Speech, réalisant un arrangement qui réduisait chaque son à une représentation visuelle. Il utilisa une forme de fer à cheval pour représenter la langue, et manipula cette image pour représenter différents mouvements de la bouche et donc différents sons. Alexander Graham se rendit à Boston pour propager le système de parole visible de son père, où il rencontra Gardiner Greene Hubbard. L’une des filles de Hubbard, Mabel, avait perdu l’ouïe après une grave crise de scarlatine, mais avec l’aide de sa tutrice et gouvernante, Mary True, sa parole s’est développée. Mary True et Alexander Graham Bell se sont connus dans le cercle des élocuteurs de Boston, et à l’âge de seize ans, Mary True a présenté sa jeune élève à Alexander Graham.
Les lettres de Mabel à sa mère révèlent la relation naissante entre elle et « M. Bell ». Mabel rapporte qu’Alexander lui a dit qu’elle avait une voix naturellement douce, et qu’elle a marché sous une pluie battante pour se rendre aux leçons avec lui : « Je ne voulais pas perdre une leçon quand chacune coûte si cher. » Lorsqu’ils se rencontrent en 1873, Mabel n’a que 15 ans, et ils se marient en 1877. Le mariage est une humble affaire de famille, et a lieu par une chaude soirée de juillet dans le manoir Hubbard. Le couple dit « oui » dans la pièce même où Alexander Graham avait fait la connaissance de Mabel. Le mois de juillet 1877 marque également la création de la Bell Telephone Company, une association bénévole non constituée en société. Malgré ses entreprises commerciales et ses découvertes scientifiques, Bell trouve le temps de poursuivre son travail avec les sourds. Il est notamment entré en contact avec Annie Sullivan, et a été l’un des enseignants qui ont travaillé avec Helen Keller. En 1918, Helen écrit à Bell : « Vous avez toujours montré la joie d’un père devant mes succès et la tendresse d’un père lorsque les choses n’allaient pas bien. »
Conservation de soi
Des documents révèlent une discussion écrite entre le secrétaire de l’Institut Franklin et Alexander Graham Bell, dans laquelle le secrétaire demande le titre des remarques que Bell fera à la réception de sa médaille Elliot Cresson. Dans sa réponse, Bell demande, sur un ton quelque peu mordant, si l’on peut se passer de telles remarques, afin de lui permettre de s’amuser. Bien qu’il soit un bel homme qui ne craint pas l’œil du public, Bell a toujours été une créature solitaire et le devint de plus en plus avec l’âge. Lorsqu’il travaillait sur des inventions, il était complètement absorbé par son travail, et était également un véritable noctambule. Ses pensées étaient plus lucides aux premières heures du matin, et il faisait souvent des promenades nocturnes solitaires. Il avait également l’habitude de jouer du piano jusque tard dans la nuit, bien que cette particularité vienne perturber les autres membres de son foyer.
Acier chirurgical
Le 2 juillet 1881, le président James A. Garfield est abattu d’une balle dans le dos alors qu’il se promène dans la gare de Washington. L’ancien général de la guerre de Sécession, alors âgé de quarante-neuf ans et en excellente forme physique, a bien subi la blessure causée par la balle. Connu pour les expériences qu’il a menées en Angleterre avec des détecteurs de métaux, Alexander Graham Bell est appelé au chevet du Président. La sonde métallique que lui et une équipe d’assistants ont travaillé frénétiquement à perfectionner n’a cependant pas réussi à localiser la balle logée dans le dos du Président, et Garfield est mort quelques semaines après l’agression des suites d’une infection. Désemparé par la mort prématurée du président, Bell travailla sans relâche à la création d’une sonde chirurgicale efficace, dont le modèle fut couronné de succès en octobre 1881. Il nomme son invention « sonde téléphonique » et l’université d’Heidelberg lui décerne un doctorat honorifique en médecine pour sa contribution à la chirurgie. La sonde téléphonique sera plus tard attribuée au Dr John H. Girdner, qui était présent lors de la démonstration initiale de la sonde par Bell et qui publia plus tard un article s’attribuant tout le mérite de l’invention.
Respirer plus facilement
Peut-être que l’invention post-téléphone la plus célèbre de Bell était ce qu’il appelait une veste à vide. Cette dite veste à vide sera largement connue sous le nom de poumon d’acier, un appareil qui a prolongé la vie des victimes de la polio pendant l’épidémie de polio qui sévissait à la fin des années 1940. Aleck a commencé à travailler sur cette machine à la suite du décès de son fils Edward, mort en bas âge à cause de problèmes respiratoires. Le poumon d’acier était un cylindre de fer étanche à l’air qui s’ajustait étroitement autour du torse. Une fois le patient sanglé dans le cylindre, une pompe d’aspiration faisait entrer et sortir l’air du « poumon d’acier », stimulant ainsi les propres poumons du patient en action.
Bonnes vibrations
Le 7 mars 1876, l’Office des brevets des États-Unis délivrait à Alexander Graham Bell le brevet n° 174 465. Intitulé « Improvement in Telegraphy », ce brevet a été décrit comme le brevet le plus précieux jamais délivré. En 1912, le Franklin Institute a reconnu le succès de Bell dans la réalisation de la transmission électrique de la parole articulée en lui décernant la médaille Elliot Cresson.
Le téléphone de Bell était capable de transmettre électriquement la parole articulée grâce à la collaboration de trois parties principales : le courant ondulatoire, l’électro-aimant et l’armature. Dans son brevet, Bell explique que les ondulations électriques sont créées par « des changements graduels d’intensité exactement analogues aux changements de densité de l’air occasionnés par de simples vibrations pendulaires. »
Bell explique la manière dont les aimants sont capables de produire un courant ondulatoire, en décrivant l’interaction entre un aimant permanent et un électro-aimant. Un aimant permanent est un morceau de matériau magnétique qui conserve son magnétisme après avoir été retiré d’un champ magnétique, tandis qu’un électro-aimant est défini comme un aimant constitué essentiellement d’une bobine de fil isolé enroulée autour d’un noyau de fer doux qui n’est magnétisé que lorsque le courant circule dans le fil. Lorsqu’on fait approcher un aimant permanent du pôle d’un électro-aimant, l’aimant permanent induit un courant électrique dans les bobines de l’électro-aimant. Lorsque l’aimant permanent s’éloigne, cette action provoque l’apparition d’un nouveau courant de polarité opposée sur le fil. Si vous faites vibrer cet aimant permanent devant l’électro-aimant, il induit un courant électrique ondulatoire dans les bobines de l’électro-aimant. La vitesse de répétition de ces ondulations correspond à la rapidité des vibrations de l’aimant. Leur polarité correspond à la direction du mouvement de l’aimant permanent, et leur intensité correspond à l’amplitude de la vibration de l’aimant.
Les ondulations sont provoquées par la vibration ou le mouvement de corps capables d’induire une action. Dans le cas du téléphone, la voix est le corps capable qui induit des ondulations. Bell représente un circuit téléphonique dans un dessin accompagnant son brevet, montrant un circuit où une armature est en travers d’une autre. Chaque armature est fixée de manière lâche à une extrémité à un électro-aimant, et à l’autre au centre d’une membrane tendue. Un cône est utilisé pour faire converger les vibrations sonores sur la membrane. Lorsqu’un son est émis dans le cône, ce mouvement fait vibrer la membrane, et la vibration de la membrane fait à son tour participer l’armature au mouvement. Le mouvement de l’armature crée alors des ondulations électriques sur le circuit. Lorsqu’on les représente graphiquement, ces vibrations ont une forme similaire à celle des vibrations initiales provoquées par le son qui a été émis dans le cône. On entend donc un son semblable à celui qui a été émis dans le cône sortir du cône fixé à l’extrémité opposée du circuit.
Photophone et graphophone
Le Photophone
En 1880, le gouvernement français attribue à Alexander Graham le prix Volta de 50 000 francs (valant environ 10 000 dollars à l’époque) en reconnaissance de son invention du téléphone. Bell utilise cet argent à bon escient en créant le laboratoire Volta à Washington. Cet espace de travail sera le témoin du développement de deux inventions importantes : le photophone et le graphonphone. Le photophone permet la transmission du son sur un faisceau de lumière, un précurseur de la fibre optique moderne, et Bell pense que ce dispositif est son invention la plus importante. Il a utilisé le photophone pour transmettre le premier message téléphonique sans fil le 3 juin 1880.
Le photophone de Bell utilisait la propriété d’un cristal de sélénium qui rendait sa conductivité électrique dépendante de l’intensité de son exposition à la lumière. Le faisceau lumineux de transmission était créé à partir de la lumière du soleil par un système de miroir, de lentille et d’une cellule pour éliminer le rayonnement thermique. Les rayons lumineux brillaient sur un miroir sensible au mouvement qui captait et réagissait aux vibrations sonores. Le mouvement du miroir créait des distorsions dans le faisceau lumineux qu’il renvoyait vers un miroir parabolique. Ce miroir concentrait la lumière déformée sur le détecteur au sélénium situé en son centre. Le détecteur réagissait en créant des signaux électriques interrompus en conséquence. Ces signaux étaient envoyés à l’aimant du téléphone et reconvertis en son dans le récepteur de la manière habituelle par l’intermédiaire d’un électroaimant relié à un diaphragme.
La portée du photophone de Bell n’a jamais dépassé quelques centaines de mètres et le dispositif n’a pas non plus réussi à protéger les transmissions des interférences extérieures, comme les nuages. Ces interférences extérieures perturbaient le transport en bloquant les faisceaux de lumière nécessaires à la transmission. Les principes du photophone ont été utilisés par Guglielmo Marconi lorsqu’il a développé avec succès la télégraphie sans fil.
Le graphophone
Initialement connu sous le nom de phonographe, le graphophone a été développé dans l’intérêt de l’enregistrement et de la reproduction du son. Cela a été réalisé pour la première fois par Thomas Edison en 1877, et en 1879 Alexander Graham Bell et son apprenti, Charles Sumner Tainter, ont commencé à apporter des améliorations à l’invention d’Edison. Bell s’est d’abord intéressé au phonographe comme aide potentielle pour l’enseignement aux sourds. Il a toutefois constaté que les disques d’aluminium utilisés par Edison pour enregistrer et reproduire le son se détérioraient après plusieurs utilisations. Bell et Tainter ont cherché à comprendre pourquoi il en était ainsi et à améliorer le problème.
Le principe du phonographe et du graphophone était d’enregistrer les vibrations de la parole sur un disque. Charles Tainter utilisa une substance plus légère qu’Edison pour le disque d’enregistrement, constatant qu’un disque de cire coupé avec un stylet en forme de ciseau était capable de reproduire les sons aigus mieux que le disque d’étain d’Edison. Tainter a coupé la cire latéralement, produisant un motif en zigzag qui contrôlait la vibration de l’aiguille utilisée pour lire le disque. Cette méthode est jugée préférable à l’action de haut en bas de l’aiguille d’Edison. En fin de compte, Tainter et Bell n’ont pas été en mesure de produire un graphophone entièrement fonctionnel, et Tainter a conclu que leurs tentatives de coupe latérale avaient échoué parce que les rainures en zigzag étaient trop grandes et leur capteur trop lourd pour l’énergie des ondes sonores.
Tainter et Bell étaient pressés par le temps pour apporter des améliorations au graphophone et déposer des brevets pour s’attribuer le mérite de ces améliorations avant que Thomas Edison puisse faire de même. Malheureusement, leur travail a été interrompu en 1881 lorsque le président Garfield a été abattu et qu’ils ont travaillé avec d’autres scientifiques pour développer un instrument permettant de localiser et de déloger la balle. Afin d’empêcher Edison de découvrir leurs travaux et de s’assurer des droits à un brevet au cas où quelqu’un divulguerait des informations, Tainter et Bell ont emballé tous leurs travaux sur le graphophone dans une boîte en fer blanc, ont daté et scellé la boîte, et l’ont placée dans une chambre forte de la Smithsonian Institution. Ces efforts ont été quelque peu vains, car le succès de la découpe latérale a finalement été atteint en 1887 par Émile Berliner.
Une question de principe
Le téléphone a eu plusieurs inventeurs, qui se sont tous appuyés sur les innovations de leurs prédécesseurs. Le brevet n° 174 465 de Bell l’a à la fois crédité de l’invention du téléphone et a créé une controverse qui continue de provoquer les historiens, les scientifiques et les universitaires. Cette controverse est centrée sur le fait que, le jour même où Bell a déposé sa demande de brevet, un caveat pour une invention similaire a été déposé par Elisha Gray. Le caveat n’est plus utilisé aujourd’hui, mais à l’époque, il s’agissait d’un document préliminaire qui aurait été déposé pour décrire une invention qui ferait éventuellement l’objet d’une demande de brevet officielle.
La principale similitude entre le brevet de Bell et celui de Gray est que chacun décrit un « principe de résistance variable », et détaille un émetteur à contact liquide. Bell a utilisé un tel émetteur liquide pour démontrer son invention lors de l’exposition de 1876 à Philadelphie, organisée en l’honneur du centenaire de l’Amérique. Il décrit également l’émetteur et le « principe de la résistance variable » dans son brevet. Cet émetteur se compose d’un diaphragme, d’une aiguille et d’une petite tasse d’eau. La tasse d’eau est capable de conduire l’électricité avec l’ajout d’un peu d’acide. La parole est projetée sur le diaphragme, ce qui fait vibrer le diaphragme. L’aiguille qui y est fixée est ainsi amenée à vibrer en fonction de la parole. L’action vibrante fait plonger l’aiguille dans la coupe d’eau et la fait sortir de celle-ci, faisant ainsi varier la résistance du circuit de la pile. Cette variation crée le courant ondulatoire nécessaire à la transmission électrique de la parole articulée.
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L’accusation la plus grave portée contre Bell l’a été après que son agent de brevets a admis avoir montré à Bell la mise en garde soumise par Elisha Gray. Cet avertissement décrivait le « principe de la résistance variable », que Bell n’avait pas encore développé par lui-même. Les preuves suggèrent que Bell a pu incorporer le principe de Gray dans sa propre demande de brevet avant de la déposer : la revendication de la résistance variable est inscrite en marge de la demande de brevet originale de Bell. Bien que les tribunaux aient soutenu les revendications de Bell et l’aient désigné comme l’inventeur légitime du téléphone, les preuves demeurent et la controverse perdure.
Le récepteur électromagnétique décrit par Bell dans le brevet n° 174 465 est essentiellement le même que les récepteurs téléphoniques utilisés aujourd’hui, et cette caractéristique est unique à son brevet. Bell a été accusé d’avoir volé le « principe de résistance variable » de Gray, un principe qui a été vital pour le développement des transmetteurs électriques de la parole ultérieurs. Bien que le liquide ne soit pas utilisé dans les récepteurs actuels, le « principe de résistance variable » a joué (et continue de jouer) un rôle clé dans le succès du téléphone.
Reconnaissance
Le Franklin Institute a décerné à Alexander Graham Bell la médaille Elliott Cresson dans le domaine de l’ingénierie en 1912 pour la « Transmission électrique de la parole articulée ». Accédez au rapport final du Comité des sciences et des arts en cliquant sur les vignettes ci-dessous.
La dotation du programme de prix du Franklin Institute a commencé par un don de 1 000 dollars du philanthrope de Philadelphie Elliott Cresson pour établir la médaille Cresson en 1848. En savoir plus sur Elliott Cresson(fichier PDF, 3,2M), à partir de « Les donateurs des médailles de l’Institut Franklin et leurs histoires ».
Crédits
Le projet Alexander Graham Bell est rendu possible grâce au soutien de la Fondation Barra et d’Unisys.
Ce site web est l’effort d’une équipe de projet spécial interne à l’Institut Franklin, travaillant sous la direction de Carol Parssinen, vice-présidente principale du Centre pour l’innovation dans l’apprentissage des sciences, et de Bo Hammer, vice-président du Centre Franklin.
Les membres de l’équipe de projet spéciale du département de technologie éducative sont :
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis, Natasha Fedder, et Jay Treat.
Les membres de l’équipe du projet spécial du département de conservation sont :
John Alviti et Andre Pollack.
Les membres du conseil consultatif du projet sont :
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger et Susan Yoon.