35 a – Götz, Meetham & Dobson : Détermination « indirecte » par mesure de la colonne d’ozone (par méthode géométrique, en effectuant une méthode de concentration avec le soleil (ou préférentiellement le ciel bleu) au zénith, puis une autre lorsque le Soleil est bas sur l’horizon) ;
b – Regener ; c – Explorer II : Détermination directe à l’aide de spectrographes légers et à fonctionnement automatique, emportés jusqu’à 30 km d’altitude en ballon-sonde ;
d – mesures systématiques effectuées à Lauterbrunnen (alt. 800 m) et au Jungfraujoch (alt. 3400 m) : Détermination directe au sol (méthode non précisée).
[Barbier & Chalonge, 1942, pp. 50-51]
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VERY SHORT-LIVED SUBSTANCES
Change in Ozone due to Perturbation
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Global Mean Ozone
0 5 10 150 10 20 30 40 50 Approximate Altitude (km) DU / km
Figure 3-1. The change in global average ozone
concentrations (Dobson units per kilometer) due to
a 100 ppt increase in CFC-11 and a 20 ppb increase
in N
2O for year 2000 levels of source gases and
background aerosol conditions computed with the
NOCAR 2-D model (Portmann et al., 1999). The
global average ozone profile for the same conditions
is also shown. Note that in order to illustrate
differ-ences in the ozone loss profiles, the relative sizes of
the CFC-11 and N
2O perturbations were chosen to
achieve ozone loss peaks of the same magnitude.
Adapted from Figure S1 of the supplementary
mate-rial from Ravishankara et al. (2009).
Dobson escompte bien sûr obtenir des réponses aux trois questions cruciales que nous avons énoncées, mais également, dans le même temps, tester ses instruments standardisés sous différentes conditions atmosphériques. Si l’on peut expliquer les disparités de résultats d’un instrument à l’autre par les conditions physiques dans lesquels ils se trouvent, on accroît la confiance dans le type d’instrument utilisé. En 1925, à la faveur d’une allocation de la ‘Royal Society’, Dobson peut acquérir cinq prismes de Féry et cinq tubes de silice pour les filtres chlore-brome. Les cinq nouveaux instruments sont « calibrés et comparés à l’instrument original », à Boars Hill, relate Dobson, puis « répartis en divers endroits, en Europe, afin d’étudier la distribution de l’ozone en relation avec la distribution des pressions, etc. » [Dobson, 1968, p. 391]
Outre le fait d’accroître la confiance dans son dispositif par cette inter-instrumentalité,36
l’opportunité est offerte de mettre en réseau les instruments, afin d’obtenir des mesures concomitantes d’ozone en différents points. Ceci nécessite, dans un premier temps, de faire marcher les réseaux humains à travers l’Europe. Ce sont les météorologistes, plutôt que les astronomes, qui sont cooptés, par l’intermédiaire du ‘British Meteorological Office’, qui contacte les stations météorologiques de Valentia (Irelande), Lerwick (Ecosse), Abisko (Suède), Lindenberg (Allemagne), etc. Les météorologistes trouvent plusieurs intérêts à étudier l’ozone (nous reviendrons sur ce point) ; de plus, les stations météorologiques sont plus nombreuses, et tout aussi aptes que les observatoires à recueillir les instruments plutôt légers et mobiles que sont les spectromètres Dobson. Le ‘Lichtklimatisches Observatorium’ de Paul Götz, à Arosa (Suisse), fait exception. [Dobson, 1968, p. 391]
Ensuite, ce réseau implique une main-d’œuvre pour les travaux routiniers de collecte des données (des « yeux éduqués (tutored eyes) », à l’image de ceux que Peter Galison voit
36 L’historienne des sciences Catherine Allamel-Raffin définit « l’inter-instrumentalité » comme le fait de recourir consécutivement, au cours d’une même étude expérimentale, à des instruments conçus sur des principes physiques différents, chaque instrument délivrant un type d’information spécifique à propos des objets étudiés (d’ordre chimique, topographique, magnétique, électronique, etc.). Dans Representing and Intervening (1983), Ian Hacking avait avancé l’idée que la fiabilité au sujet de la réalité de ce que l’on observe augmente lorsque des interactions technophysiques différentes conduisent à des résultats pouvant être mis en correspondance ; car
l’inter-instrumentalité (qu’I. Hacking nomme « argument de la coïncidence » (« argument from coincidence »)) augmenterait les chances de ne pas se retrouver en présence d’un artefact. [Allamel-Raffin, 2004].
Avec l’inter-instrumentalité viennent nécessairement les exercices d’inter-comparaison. A défaut de pouvoir comparer ses résultats à ceux d’autres types d’appareils, pour la stratosphère tout le moins, Dobson le fit d’abord avec des appareils du même type (et tous calibrés par ses soins). Par contre, l’inter-instrumentalité des mesures d’ozone deviendra plus foisonnante dans les années 1930, avec les spectromètres de Götz, de Meetham, d’Erich H. Regener et de l’ensemble du réseau de Dobson (même si la plupart de ses instruments avaient été fabriqués chez R. & J. Beck Ltd, d’après un cahier des charges établi par Dobson et ses collègues d’Oxford). En 1934, E.R. Regener, accompagné de son fils Victor H. (qui développera comme son père des méthodes de mesure d’ozone – notamment, au début des années 1960, une sonde chimiluminescente pour mesurer l’ozone in situ), réaliseront des ascensions à bord des grands ballons en caoutchouc jusqu’à une altitude de 33 km. Equipés de spectrographes à quartz, les Regener seront à cette occasion les premiers à estimer l’altitude du maximum d’ozone, vers 22 km. A la fin des années 1930, les ballons-sondes états-uniens habités ‘Explorer II’ effectueront de grandes campagnes de mesure in situ, qui seront marquantes pour la science de l’ozone stratosphérique. Puis, viendra le tour des avions, au cours de la Seconde Guerre mondiale (voir Chapitre 2). [Dobson, 1968 ; Bojkov, 2010]
mobilisés pour faciliter l’accession de la microphysique à « l’objectivité (mécanique) » au
début du XXème siècle [Galison, 1997 ; voir également Daston & Galison, 2007]). « Dans le
travail avec les spectrophotomètres photographiques, raconte G. Dobson, les observateurs de toutes les stations recevaient des plaques photographiques [vierges]. On leur demandait seulement de charger ces plaques sur leurs supports, de les exposer à la lumière, d’écrire la date et le lieu sur le bord de la plaque, et de remballer les plaques dans leur paquet originel et de les renvoyer à Oxford. […] Il y eut beaucoup de travail à fournir lorsque les plaques commencèrent à nous parvenir des différentes stations, car il fallait les développer, réaliser des mesures et [finalement] calculer l’ozone. Heureusement, poursuit le Britannique, le DSIR (‘Department of Scientific and Industrial Research’) s’intéressa à notre travail, et nous attribua une bourse pour un assistant à mi-temps, qui réalisa les mesures [sur les plaques] et calcula les valeurs d’ozone. » [Dobson, 1968, p. 392]
Enfin, la logique de multiplication d’instruments standardisés sur le modèle des spectromètres d’Oxford rend favorable une collaboration avec l’industrie. A la fin des années 1920, l’industriel ‘R. & J. Beck Ltd’ est approché, et accepte le contrat. « Si nous trouvions l’argent, relate Dobson, il produirait un instrument prototype pour £500. Heureusement, la ‘Royal Society’ fut d’accord pour nous fournir cette somme et l’instrument No. 2 fut livré en temps utile à ‘Boars Hill’, où devaient être effectués les ajustements et la calibration de l’instrument. L’instrument qu’avait produit Beck était optiquement identique à [notre] instrument No. 1. En revanche, la construction mécanique était entièrement différente, afin d’être en adéquation avec leurs méthodes d’usinage, etc. Après que l’instrument de Beck eut montré satisfaction, quelques instruments supplémentaires furent commandés, les premiers étant destinés à l’Egypte et à la Chine. » [Dobson, 1968, p. 395]
La mise en réseau du spectrophotomètre de Dobson se fait donc à présent à l’échelle transcontinentale. En outre, un spectrophotomètre confectionné par Hilgers à la ‘Smithsonian Institution’ est envoyé en 1925 à Boars Hill, pour y être calibré en même temps que les cinq instruments de Dobson, avant de traverser l’Atlantique jusqu’à Montezuma, au Chili. Les plaques photographiques sont ensuite retournées à Oxford, tout comme cela avait été fait avec les plaques européennes. En 1927, l’instrument de Montezuma sera transféré en Nouvelle-Zélande. Suivent, dans les années 1930, des commandes de l’Egypte et la Chine, qui acquièrent une version manufacturée de l’instrument (toujours de l’entreprise R. & J. Beck Ltd) [Dobson, 1968, p. 395]. Oxford et Dobson tissent de la sorte un cercle mondial de mesures d’ozone, dont ils occupent le centre.
Enfin, si l’on place l’entreprise initiée par Dobson dans une histoire plus longue, les stations de mesures systématiques de la colonne d’ozone établies durant les années 1920-30
constituent « l’épine dorsale » du réseau international actuel, le ‘Global Ozone Observing System’ (GO3OS), baptisé ainsi lors de l’Année Géophysique Internationale (AGI ; 1957-58). Avec les mesures par satellites, effectuées de manière routinière depuis 1979, ces réseaux spectrométriques de la colonne d’ozone constituent le second pilier des mesures d’ozone contemporaines. [Bojkov, 2010, pp. 12-14]
A la fin de la campagne de mesures européennes de 1926-27, plus de cinq mille spectres ont été mesurés, et les valeurs d’ozone calculées. Les chercheurs affiliés aux stations de mesures montées par Dobson tirent bénéfice de leur collaboration avec Oxford. Certains
confectionnent leur propre spectrophotomètre, et inventent leur propre mode opératoire.38
Et, « afin de perpétuer l’intérêt de ceux qui effectuent les photographies dans les différentes stations, écrit Dobson, les valeurs quotidiennes d’ozone [, et parfois les cartes météorologiques journalières,] sont dupliquées chaque mois et envoyées à toutes les stations coopérant » (ainsi qu’à « toutes les personnes intéressées ») [Dobson, 1968, p. 392]. Cependant, la fabrication des résultats n’en demeure pas moins effectuée lors du passage des plaques photographiques dans les mains des chercheurs d’Oxford, ce qui donne à ces derniers une longueur d’avance, et même un pouvoir de contrôle sur les autres chercheurs de l’ozone. L’équipe d’Oxford se trouve en position de produire les résultats, de juger la cohérence des mesures des différentes stations, et a de plus la primeur des résultats. Ces trois
pouvoirs sont en tout cas réels à la fin des années 1920.39 Dobson et ses collègues peuvent par
exemple soumettre à communication les résultats obtenus pour l’Europe entre juillet 1926 et décembre 1927 auprès de la ‘Royal Society’. Des synthèses sont présentées à deux reprises aux membres de la Royal Society [Dobson, 1968, p. 392], et publiées dans les Proceedings of the Royal Society of London (Dobson G.M.B., Harrison D.N. & Lawrence J., 1927, Proc. Roy. Soc. London, A114, p. 521).
38 Pour la France entre 1923 et 1940, voir les travaux de Daniel Barbier et Daniel Chalonge (« Daniel Chalonge, Daniel Barbier et les instruments. 1923-1973 », http://chalonge.obspm.fr/Instruments_Chalonge.pdf (le 02/02/2012)).
39 Comme le décrit Bojkov, cette hégémonie était particulièrement réelle à la fin des années 1920 :
“ The first network for daily ozone measurements was initiated by Gordon M. B. Dobson from Oxford. Following the method established by Fabry and Buisson he adopted a UV quartz spectrograph using the Fèry curved-prism and did built six such ozone spectrographs with a grand from the Royal Society London (Dobson and Harrison, 1926; Fèry, 1911). After 1925 he dispatched these to different meteorological Services for a year or two in order to study the behaviour of atmospheric ozone in the world and its eventual use in the weather forecasting. Thus, observations were collected in 1926-27 from Abisko, Lerwick, Valentia, Oxford, Lindenberg, Arosa and Montezuma; in 1928-29-30 from Oxford, Arosa, Table Mountain, Helwan, Kodaikanal and
Christchurch. More than 6000 plates of the spectrographs have been developed and analysed in Oxford. From this data base Dobson et al. (1927, 1929) deduced the basic knowledge of meridional and seasonal ozone distribution: less ozone in the tropics and during the summer and more ozone poleward and during the spring season.” [Bojkov, 2010, pp. 12-14]
Cependant, le savoir-faire pour produire les données à partir des plaques photographiques devint rapidement inutile, avec le passage aux appareils numériques, dont les nouveaux spectromètres, photoélectriques, de Dobson (le premier prototype date de 1930). La centralisation des données demeurait toutefois un enjeu.
Par ailleurs, les budgets obtenus auprès de la ‘Royal Society’ permettent à Dobson, à la
fois d’acheter du matériel et de voyager pour réaliser ses "transferts de technologies",40 et
ainsi imposer son instrument à l’étranger. En 1932, il peut ainsi se rendre à Arosa en Suisse alémanique (voir Figure 6), afin d’y rencontrer l’autre grande figure émergente de l’ozone en Europe, Paul Götz, auquel il laisse l’un de ses instruments. « Comme souvent à Oxford » explique G. Dobson, cette année « nous n’avions guère de journées avec des cieux de clairs zéniths, sur lesquels nous pourrions obtenir de bonnes courbes Umkehr. Aussi, Götz nous invita gentiment à lui rendre visite à Arosa, où nous fut prêté un logement. Meetham et moi passâmes ainsi six semaines à Arosa en 1932, avec nos instruments No. 1 et 2 (le deuxième ayant été récemment produit par Beck). […] Un instrument fut laissé à Arosa, d’où Götz nous envoya par la suite les mesures qu’il y avait réalisées. Nous effectuâmes les calculs à Oxford. Le résultat principal de ces mesures à Arosa fut de montrer avec certitude que l’altitude moyenne de l’ozone dans l’atmosphère était d’environ 22 km, et non d’environ 40-50 km comme on l’avait pensé auparavant. » [Dobson, 1968, pp. 391 & 395-396]
Figure 6 : Instruments de mesures disposés en 1926-27 à Arosa, dans les Alpes. La communauté de l’ozone juge les mesures d’ozone de la station d’Arosa comme des références pour leur qualité et
leur longévité
[Dobson, 1968, « Fig. 6 », p. 391]
40 Dans le champ des STS, les "transferts de technologies" désignent plutôt le transfert d’innovations techniques, provenant de la recherche universitaire ou privée, vers l’industrie, dans un but de commercialisation (voir par exemple les travaux de Benoît Godin et la revue Journal of Technology Transfer). Dans le cas de Dobson, il s’agit de « transferts de technologie » internes à la communauté scientifique publique. Deux brillantes études sur ces transferts technologiques ont été menées par un tenant des Social Studies of (Scientific) Knowledge, Harry Collins, dès les années 1970 : les problèmes de réplication par plusieurs laboratoires anglais d’un laser mis au point au Canada vers 1970 (tous ne sont pas parvenus à répliquer le laser, et ceux qui ont réussi n’ont pas toujours su dire pourquoi) ; la controverse autour de la détection d’ondes gravitationnelles, entre 1970 et 1975 (les dispositifs donnaient des résultats inconciliables, et, défend H. Collins, il fallut, pour sauver la théorie des ondes gravitationnelles et « clore la controverse », mettre hors jeu l’expérience du physicien Weber à l’aide de « facteurs extralogiques » (c’est-à-dire « sociaux »), sans « qu’à aucun moment son expérience ait été réellement reproduite, ni que les questions soulevées aient été réellement tranchées, ni que tous les résultats expérimentaux […] aient été compris ou expliqués »). [Martin, 2000, pp. 87-89 ; cf. Collins, 1975 in Collins, 1985, Changing Order. Replication and Induction in Scientific Practice & Collins, 1975, « Les sept sexes : étude sociologique de la détection des ondes gravitationnelles » in Callon & Latour (Dir.), 1991, La Science telle qu’elle se fait]
A la faveur des voyages de Gordon Dobson, et de ses publications qui avançaient des réponses aux trois questionnements listés dans la Sous-Section précédente, les spectrophotomètres de Dobson s’imposèrent rapidement. Ils resteront hégémoniques presque jusqu’à sa mort, puis cohabiteront jusqu’à nos jours avec un modèle alternatif développé dans les années 1960-70, et nommé d’après l’un de ses premiers développeurs, Alan Brewer, qui avait travaillé sous l’égide de G. Dobson pendant la Seconde guerre mondiale puis était devenu Président de l’IO3C entre 1965 et 75 (voir Chapitre 2).
Au-delà des impacts immédiats sur la recherche européenne sur l’ozone dans les années 1930, la tradition européenne de mesures systématiques d’ozone allait se poursuivre et rester en pointe jusqu’aux années 1970 – moment où la recherche aéronomique états-unienne, qui était déjà devenue de loin la plus financée dès l’immédiat après-guerre, se verra de plus stimulée par les alertes à la destruction d’ozone par les émissions d’avions supersoniques et les CFC. G. Dobson sera la figure de référence de la recherche européenne puis internationale sur l’ozone pendant ces quatre décennies 1930-60. Afin d’étendre son réseau de mesure d’ozone, Dobson utilisera notamment pour levier un organe de l’ICSU, l’IO3C (‘International Ozone Commission’), dont il sera le premier président de 1948 à 1960, ainsi que l’Année géophysique internationale (AGI ; 1957-58) (voir Chapitre 3).
A l’image de Charles T.R. Wilson (1869-1959), concepteur d’une « chambre à nuages » transformée en détecteur de particules – et avec lequel il collabora brièvement (au début des années 1910, sur des mesures de vitesse verticale des vents) –, G. Dobson avait conquis sa renommée et son autorité comme expérimentateur et concepteur d’instruments. Wilson obtint le Prix Nobel de Physique en 1927, alors que Gordon Dobson cumula les postes prestigieux (Fellow of the Royal Society (1927-…) ; Président de la ‘Royal Meteorological Society’ (1947-1949)) et les distinctions de ses pairs et de son Etat (‘Order of the British Empire’, 1951). Ses instruments étaient devenus les instruments de référence. De plus, contrairement à Wilson, qui laissa à d’autres le soin de développer sa chambre à brouillard devenue détecteur de particules, Dobson resta le principal développeur et prosélyte de son instrument jusqu’à ses vieux jours [Galison, 1997, “Chapter 2”, pp. 65-142]. Enfin, Dobson ne se contenta pas de centraliser les mesures d’ozone pour publication, mais endossa le rôle de porte-flambeau des recherches sur l’ozone dans les organisations internationales de l’ICSU, d’abord au sein du ‘Committee on Ozone’ de l’IUGG (‘International Union of Geodesy and
Geophysics’ ; 1919-…), puis au sein de l’IO3C à partir de 1948…41 Ce qui, en retour, lui
permit d’accroître encore son réseau d’instruments et de collaborateurs.
41 Plus généralement, Oxford fut le centre du réseau de mesures d’ozone jusqu’au lendemain de la Seconde guerre mondiale. Les premiers président et secrétaire de l’IO3C désignés en 1948, respectivement Dobson et
Son article autobiographique relatant ses « quarante ans de recherche sur l’ozone atmosphérique à Oxford » débute de cette manière :
« Le développement de la recherche sur l’ozone atmosphérique à Oxford remonte à l’année 1922, quand un unique instrument y fut utilisé pour faire des mesures de [la colonne] totale d’ozone, et s’achève en 1966. Une centaine d’instruments étaient alors distribués dans le monde entier. »
Et se conclut ainsi :
« Je suis certain que Fabry et Buisson auraient été heureux de voir la manière dont leur travail de 1920 avait évolué vers un réseau mondial de stations réalisant des mesures quotidiennes d’ozone atmosphérique. Peut-être plus important pour la compréhension de la météorologie de la troposphère et de la stratosphère sont les nombreuses mesures de distribution verticale de l’ozone faites à l’aide de la méthode Umkehr [(ou « méthode inverse »)] de Götz et des sondes à ozone développées par Brewer et Regener. En particulier, les magnifiques séries d’ascensions réalisées du Panama à Thule [au Groenland], en passant par l’Alaska. » [Dobson, 1968, pp. 387 & 405]
Dobson réaffirme ainsi son appartenance à une tradition de scientifiques itinérants, et surtout expérimentateurs.
Dans les années 1980, l’accent sera mis sur les mesures empiriques d’ozone, en particulier après l’annonce du "trou" de la couche d’ozone en 1985. Toutefois, le Prix Nobel sera pourtant attribué à trois théoriciens de l’ozone, Crutzen, Molina et Rowland, et non, par exemple, à Farman, responsable des séries de mesures fondatrices de la théorie du "trou" de la couche d’ozone, ni à ceux qui avaient dirigé les campagnes de mesures sur l’ozone stratosphérique polaire à la fin des années 1980 (Susan Solomon, Robert « Bob » Watson).
Pour conclure, plusieurs facteurs peuvent être invoqués pour justifier l’accession de Gordon Dobson au sommet de la hiérarchie de la communauté d’étude de l’ozone. Tout d’abord, plusieurs raisons peuvent expliquer pourquoi le pays de G. Dobson, le Royaume-Uni, fut le premier moteur de ces mesures d’ozone (la longue tradition astronomique d’étude du ciel et d’étude météorologique, l’opulence économique du pays, voire sa forte tradition
Sir Charles Normand (qui avait rejoint la recherche sur l’ozone seulement en 1947), étaient d’Oxford. « Alors que Normand était Secrétaire de l’International Ozone Commission, rapporte Dobson, ses quartiers généraux étaient à Oxford, et le recueil et la diffusion des données d’ozone de toutes les stations devinrent partie intégrante de ses