Joseph Kampé de Fériet et les débuts de l’Institut de Mécanique des Fluides de Lille (1930-1940)

Le dernier article (pp. 32-35) de la Lettre 3AF n°23 de janvier-février 2017 faisait le point sur “ 100 ans de mécanique des fluides ” en mettant l’accent sur l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT), où avait été organisé fin 2016 un congrès sur cette thématique. Mais l’IMFT n’est pas le seul Institut de Mécanique des Fluides créé par Albert Caquot en 1930. Il y avait en effet trois autres instituts à Paris, Marseille et Lille. Aussi cet article traite des débuts de l’IMFL, désormais intégré à l’ONERA, à travers la personnalité de son directeur-fondateur Joseph Kampé de Fériet. Il repose sur les travaux conduits par Antonietta Demuro dans le cadre de sa thèse de doctorat “ La mécanique des fluides en France durant l’entre-deux guerres : J. Kampé de Fériet et l’IMFL ”, soutenue le 28 mai 2018 à l’université de Lille devant un jury composé de huit examinateurs dont Bruno Chanetz. On pourra également consulter l’article d’Antonietta Demuro, publié aux Comptes Rendus Mécanique de l’académie des Sciences : 
 
 
La formation et les premiers travaux de Kampé de Fériet (1912-1928)
 
En juillet 1912, Kampé de Fériet obtint une licence de mathématique à la Sorbonne, puis en juillet 1913 un diplôme supérieur de Mécanique Céleste. Il soutint sa thèse sur les fonctions hyper-sphériques en juillet 1915 à la faveur d’un congé de l’armée. Stagiaire à l’observatoire de Paris en 1914, il avait en effet été affecté, lors de la mobilisation générale, au dépôt du 104ème régiment d’infanterie à Argentan en Normandie. En juin 1916, il est muté à la Commission d’expérience de l’artillerie navale de Gâvre, institution située à Port-Louis face à Lorient, dont la création remonte au règne de Charles X. Elle réunit des scientifiques œuvrant à la réalisation  d’expériences utiles à l’armée. Au début de la guerre, du fait des mobilisations, les effectifs étaient réduits à cinq ingénieurs d’artillerie navale. Par la suite les autorités militaires, conscientes que la guerre se joue aussi au niveau scientifique, renforcent le potentiel humain. Kampé de Fériet et son collègue mathématicien Jules Haag utilisent alors les méthodes de la mécanique céleste pour calculer une trajectoire balistique soumise à de petites perturbations. Kampé de Fériet détermine aussi  les lois de la résistance de l’air d’un projectile à proximité du sol, en partant d’une étude d’hydrodynamique du mathématicien Henri Villat sur la résistance d’un fluide incompressible à deux dimensions. Kampé de Fériet commence aussi à s’intéresser aux questions de mécanique des fluides expérimentale. Il met ainsi au point, avec le physicien Gabriel Foex, un appareil photographique destiné à enregistrer les vitesses d’un projectile. La période de la guerre aura eu le mérite d’établir des liens entre les milieux militaire et universitaire. Ses liens se poursuivent après la guerre, la commission de Gâvre accueillant des civils à partir de 1920. Kampé de Fériet, nommé membre assistant, poursuit, avec Foex, la mise au point d’un dispositif capable de mesurer de grandes vitesses. En août 1924, ils réussissent à mesurer en plein jour des vitesses atteignant 750 m/s. La méthode Kampé de Fériet sera appliquée en 1937 avec succès par son étudiant Jean Wagner - qui deviendra chef de la soufflerie verticale de l’IMFL - dans le cadre sa thèse sur l’étude par l’enregistrement photographique du mouvement accéléré d’une sphère tombant en chute libre dans un liquide visqueux. 
 
 
État de l’aérodynamique en France à la fin des années 20
 
En octobre 1928 lorsqu’Albert Caquot prend ses fonctions de directeur général de la Section Technique de l’Aéronautique (STAé) au tout nouveau Ministère de l’Air, la France a accumulé un retard au niveau aérodynamique par rapport à l’Allemagne et la Grande-Bretagne et ce malgré l’œuvre immense de Gustave Eiffel sur le plan expérimental. Après 1930 les Etats-Unis vont profiter de l’immigration antinazie pour constituer une école de premier plan autour de Theodore Von Kármán. A cette époque, l’enseignement en France souffre d’une priorité accordée à la théorie en raison du manque d’intérêt des universitaires pour la recherche expérimentale. De plus, ce milieu universitaire entretient peu de rapports avec l’industrie et l’armée. L’exemple de la Commission du Gâvre constitue une exception. Les recherches françaises en mécanique des fluides sont également moins connues que celles des pays voisins. Pour remédier à ce problème, Albert Caquot crée cinq chaires de mécanique des fluides à Strasbourg, Nantes, Lyon, Caen et Poitiers et quatre instituts de mécanique des fluides à Paris, Marseille, Lille et Toulouse. 
 
La nomination de Joseph Kampé de Fériet à la direction de l’Institut de Mécanique des Fluides de Lille va être le point de départ de recherches fructueuses théoriques et expérimentales dans le domaine de la théorie statistique de la turbulence et de la turbulence atmosphérique. Les résultats obtenus par Kampé de Fériet et son équipe pendant l’entre-deux-guerres seront jugés remarquables par la communauté scientifique internationale et feront écrire au mathématicien Paul Levy en 1951 : (Kampé de Fériet) est très estimé en Amérique mais je me demande si en France on se rend bien compte de sa valeur. 
 
 
Les débuts de l’IMFL (1930-1940)
 
L’Institut de Mécanique des Fluides de Lille fut créé en 1930 par décret présidentiel du 26 mars. Il doit constituer un centre d’enseignement supérieur et de recherches scientifiques dans les domaines de l’aérodynamique et l’hydrodynamique. L’inauguration officielle de l’IMFL eut lieu le 7 avril 1934. Les principales installations du Centre étaient à sa création, une soufflerie horizontale basse vitesse de 2,2 m de diamètre et un bassin hydrodynamique de 22 m de long et d’1 m² de section. En 1938 une soufflerie verticale sera édifiée.
 
Lorsque Kampé de Fériet est nommé directeur du nouvel Institut de Mécanique des Fluides de Lille, il est déjà maître de conférence à la faculté des sciences de Lille depuis 1919  et à l’Institut Industriel du Nord (IDN), devenu Ecole Centrale de Lille, depuis 1923. Parisien de naissance, il restera à Lille jusqu’à la fin de sa vie, sauf pendant l’occupation allemande durant la seconde guerre mondiale. 
 
Les statuts de l’IMFL rendaient cette structure apte à recevoir des subventions de l’état (université, Ministère de l’Air), mais également à exécuter des contrats au profit de l’industrie. Ainsi, en liaison avec l’industriel aéronautique Potez, l’IMFL développera des recherches en aérodynamique orientées vers la théorie de la turbulence, une thématique très en vogue à Lille depuis Joseph Boussinesq, professeur à l’IDN, qui proposa en 1877 l’hypothèse de viscosité turbulente.
 
Vers 1935, Kampé de Fériet laissa de côté ses travaux sur la balistique ainsi que ses travaux mathématiques sur l’hydrodynamique. Il commença à s’éloigner de cette mécanique des fluides théorique, chère à Henri Villat afin de se tourner vers un nouveau sujet, plus proche des aspects expérimentaux et plus “  international ” : la théorie de la turbulence, dans laquelle il excellera. En 1938 Von Kármán écrivait, dans une lettre à Jérôme C. Hunsaker, un des organisateurs du congrès ICAM (International Conference and Annual Meeting) de Cambridge en 1938 : “ Je crois vraiment que l’homme qu’il nous faut pour une conférence générale est Kampé de Fériet, Directeur de l’Institut de Mécanique des Fluides de Lille. Au cours des dernières années il a publié deux comptes rendus sur les récents progrès concernant les vagues et la turbulence. Les deux rapports étaient excellents et juste à la limite entre le point de vue théorique et pratique comme nous voudrions qu’il soit. ”
 
Et Antonietta Demuro de conclure : Les recherches de Kampé de Fériet forment une contribution remarquable à la théorie de la turbulence de l’époque. Elles font partie du même mouvement qui implique les théories de Taylor en Angleterre, de Prandtl en Allemagne et de Von Kármán et Dryden aux États-Unis. Il joue un rôle presque paradoxal : dans ce contexte, il représente la France mais, en même temps, il semble qu’il ne fasse pas partie de la communauté française !
 
De fait, à son époque la communauté française de l’aérodynamique avait tendance à négliger les travaux de Kampé de Fériet, privilégiant la seule théorie sous l’influence de son chef de file Henri Villat, professeur à la Sorbonne et directeur de l’Institut de Mécanique des Fluides de Paris. C’est pourtant grâce à Henri Villat que Kampé de Fériet avait été désigné comme directeur du nouvel Institut de Mécanique des Fluides de Lille en 1930. En 1971, Kampé de Fériet, se souvenant plus du geste que de leurs divergences postérieures, évoquera avec respect Henri Villat, lors de sa cérémonie de réception dans l’Ordre national du mérite : Henri Villat, Fondateur et Chef de l’École Française de la Mécanique des Fluides, qui attira l’attention du Ministère de l’Air sur les modestes essais que j’avais effectués à la Commission d’Expériences de l’Artillerie Navale de Gâvre.
 
 
En conclusion
 
En 1940, l’IMFL est transféré à Toulouse dans le château de Péchestier. Ce n’est qu’en décembre 1944 que l’Institut retrouve les murs du boulevard Painlevé à Lille. Dès 1945 Joseph Kampé de Fériet confie à son adjoint André Martinot-Lagarde, maître de conférences, la direction de l’IMFL.
Les discussions qui ont eu lieu, lors des échanges traditionnels, qui ont suivi l’exposé d’Antonietta Demuro, ont permis d’apporter un éclairage plus humain sur la vie de Kampé de Fériet et de l’IMFL. On apprit l’amitié qui le liait au recteur Albert Châtelet, laquelle n’était pas étrangère à sa nomination à la tête de l’IMFL. L’importance d’une “ tradition Boussinesq ” au sein de l’Institut Industriel du Nord dans lequel il enseignait, a également été mise en avant pour expliquer le choix de le proposer à la direction de ce nouvel institut. Enfin au niveau de l’homme privé, on rappela sa grande piété, au sujet de laquelle son fils prêtre, Lambert de Fériet, écrivit de très belles pages.
 
Olivier Darrigol, professeur à l’université Paris-Diderot, un des rapporteurs de cette thèse, a noté le dynamisme de l’IMFL et l’importance internationalement reconnue des travaux effectués en son sein, mais aussi une certaine indépendance, voire un manque de communication des divers instituts français de mécanique des fluides malgré la tutelle commune du Ministère de l’Air, et les relations privilégiées qu’entretenaient Kampé de Fériet et son institut avec l’élite internationale de la mécanique des fluides, comme en témoignent les quelques soixante-dix lettres échangées par Kampé de Fériet et Theodore von Kármán. Il poursuit : Il est intéressant de voir que la province française fut dans ce cas plus visible à l’étranger que le centre parisien, dont la principale autorité, Henri Villat, regardait pourtant de haut la concurrence provinciale.
 
Enfin pour achever ce panorama, rappelons que l’ONERA et l’IMFL ont vécu une histoire d’amour compliquée : un premier “ mariage ” en 1946, suivi d’un “ divorce ” en 1950, avant de convoler à nouveau en 1983. Nous y reviendrons en 2020 à l’occasion des 90 ans de la fondation de l’IMFL.
 

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