Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz est un scientifique (physiologiste et physicien) prussien, né le 31 août 1821 à Potsdam et mort à Berlin-Charlottenburg en 1894. Il a notamment fait d'importantes contributions à l'étude de la perception des sons et des couleurs ainsi qu'à la thermodynamique. A près ses études à l’École de médecine militaire Frédéric-Guillaume, il commença 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 guère appréciées, du moins d'après l'un de ses élèves, le futur physicien Max Planck qui écrit dans son autobiographie que « son enseignement l'ennuyait autant que nous », mais qui devint 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 inexpliqués ; ainsi, l’acoustique progresse considérablement et Helmholtz fonde l'optique physiologique et la psychophysique.

Ses travaux et ouvrages sur le son on inspiré Bell pour la poursuite de ses reflexions et travaux qui aboutieront sur l'invention du "Téléphone"

Ses principaux travaux sont :

Électrophysiologie : mesure de la vitesse de l'influx nerveux ; travaux sur la vision humaine, 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, équation de Helmholtz en mécanique des fluides, 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 : théorème de Gibbs-Helmholtz (thermochimie)

En physique, il est surtout connu pour ses travaux en thermodynamique, notamment sur le principe de conservation de l'énergie, mais on lui doit aussi des contributions importantes en électrodynamique (Bobines de Helmholtz) et en hydrodynamique.
Déjà, ses capacités et ses compétences en mathématiques y étaient clairement visibles, avec l'emploi de notions de topologie pour les lignes de champs dans sa théorie des tourbillons.
Cela s'affirmera par ses travaux sur la géométrie non euclidienne et leurs rapports avec la physique, là aussi Einstein y trouvera de l'inspiration pour sa théorie de la relativité générale.
L'astrophysique fait aussi partie des domaines portant sa marque, on lui doit conjointement avec Kelvin, dont il était l'ami, une théorie de l'énergie des étoiles par contraction gravitationnelle.

Rejetant le vitalisme alors dominant, il ne cessera de rechercher des bases physiques et chimiques aux processus vitaux.
C'est pourquoi il développera l'optique et l'acoustique physiologique tout autant que physique, avec par exemple sa théorie des couleurs et son explication mécanique de l'audition pour laquelle il introduira un oscillateur mécanique connu sous le nom de résonateur de Helmholtz.
A cette occasion, on ne peut passer sous silence le fait qu'il est l'inventeur de l'ophtalmoscope, l'appareil utilisé pour l'observation de l'intérieur de l'œil en médecine.

Les bobines de Helmholtz, du nom de Hermann Ludwig von Helmholtz, sont un dispositif constitué de deux bobines circulaires de même rayon, parallèles, et placées l'une en face de l'autre à une distance égale à leur rayon.
En faisant circuler du courant électrique dans ces bobines, un champ magnétique est créé dans leur voisinage, qui a la particularité d'être relativement uniforme au centre du dispositif dans un volume plus petit que les bobines elles-mêmes.
Ce type de bobines est souvent utilisé en physique pour créer des champs magnétiques quasi-uniformes relativement faibles avec peu de matériel. On peut par exemple s'en servir pour éliminer le champ magnétique terrestre afin qu'il ne perturbe pas une expérience.

sommaire

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

À partir de cette nouvelle méthode scientifique, il extrapole des considérations sur la perception de la consonance et de la dissonance.
Sa recherche des fondements physiques de la perception l’a conduit à supposer un caractère physiologique au 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 la théorie des résonateurs à des analogies entre les 24 000 fibres de la membrane basilaire et les quelque 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.

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.

Honneurs et postérité
Helmholtz a été lauréat de la médaille Copley en 1873 et du Faraday Lectureship de la Royal Society of Chemistry en 1881.
Le plus grand institut de recherche allemand, la Helmholtz-Gemeinschaft est nommée en son honneur3.

Depuis le 31 août 1891 (célébration du 70e anniversaire du physicien), l'Académie des sciences de Berlin décerne tous les deux ans la médaille Helmholtz, qui récompense les universitaires auteurs d'avancées remarquables dans les sciences naturelles, les techniques, la médecine et la gnoséologie.
Plus récemment, elle a couronné des recherches de psychologie et de sociologie. Les premiers lauréats, en 1892, furent Emil du Bois-Reymond et Helmholtz lui-même.

Dans son roman d'anticipation « Le Meilleur des mondes », Aldous Huxley a choisi de nommer Helmholtz un des principaux personnages.

Ouvrages
Illustration d'Optique physiologique, de Hermann von Helmholtz, Paris, V. Masson et fils, 1867

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz est connu notamment pour ses travaux en électrophysiologie, en optique et en acoustique.
Sa Théorie des sensations sonores comme fondement physiologique pour la théorie de la musique (1863) constitue un monument dans l’histoire de la physiologie des sensations acoustiques et plus particulièrement musicales.
Elle a également été une référence pour bon nombre de théoriciens de la musique, en même temps que pour certains compositeurs, tels Janacek et Varèse, par exemple.

Ouvrage que l'on trouve à la bnf

De la sensation auditive a la representation sonore Quelques réflexions sur les théories musicales de Helmholtz et de Riemann
Deux Joli document qui enchantera les musiciens comme moi.

Et aussi un ouvrage récent :