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\begin{document}

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\title{Les traces de Denis Papin dans la poussière de l'histoire}

\alttitle{Denis Papin's work and his footprints in history}

\author{\firstname{Conor} \lastname{Maguire}}
\address{Société des Lettres, Sciences, et Arts du Saumurois, France}
\email{cm@chateaudebeaulieu.fr}
\urladdr{http://slsas.saumur.free.fr/accueil.htm}


\begin{abstract} 
La plus grande réussite de Denis Papin (1647--1713) fut
sans doute d'apprécier le potentiel de la vapeur pour effectuer
des travaux mécaniques ; en cela, il s'inscrit dans la longue
lignée des grands esprits de l'histoire qui ont lutté pour
capturer le pouvoir de la vapeur pour faire fonctionner des appareils
mécaniques, y compris Héron d'Alexandrie (né en 10 avant
J.-C.) qui, il y a environ deux mille ans, a inventé la turbine à
vapeur \emph{aéolipile} et, même avant lui,
Archimède (né en 287 avant J.-C.) qui a inventé l'un des
premiers appareils à vapeur. Cependant, ces dispositifs
n'avaient apparemment aucune application pratique à
l'époque. 

Dans cet article, nous explorons les \oe{}uvres de Papin et les
empreintes qu'il a laissées dans la littérature, qui peut
être considérée comme un artefact culturel qui résume
une partie de \og l'ADN\fg{} de la
société humaine. Nous utilisons des techniques
bibliométriques pour analyser la littérature publiée
(livres, manuscrits, brevets, etc.) sur la période du XVII$^{\rm e}$ au XXI$^{\rm e}$
siècle afin de retracer, sous forme quantitative, l'influence
impressionnante de Papin sur la science et la technologie.
\end{abstract}

\begin{altabstract} 
Denis Papin's greatest achievement was undoubtedly recognizing the
potential of steam to perform mechanical work. In this, he stands in a
long line of great minds throughout history who have strived to harness
the power of steam to operate mechanical devices. This lineage
includes Hero of Alexandria (born in 10 BC) who invented the
aeolipile steam turbine around two thousand years ago, and even before
him, Archimedes (born in 287 BC) who invented one of the earliest steam
devices. However, these devices apparently had no practical application
at the time.

In this article, we explore Papin's efforts to create practical
devices and the subsequent imprints he left
in the literature, which can be considered a cultural
artifact containing part of the ``DNA'' of human society. We employ
bibliometric techniques to analyze the published literature (books,
manuscripts, patents, etc.) from the 17\textsuperscript{th} to the 21\textsuperscript{st} century to
quantitatively trace Papin's impressive influence on science and
technology.
\end{altabstract}

\keywords{\kwd{Denis Papin}
\kwd{Vapeur}
\kwd{Digesteur}
\kwd{Révolution industrielle}
\kwd{Google Ngram}}

\altkeywords{\kwd{Denis Papin}
\kwd{Steam}
\kwd{Digester}
\kwd{Industrial revolution}
\kwd{Google Ngram}}

\maketitle

\end{noXML}

\vspace*{3pc}

\section{Introduction}

Papin est né en 1647, au Grand Siècle, alors que les sciences
fondées sur l'évidence et l'expérimentation étaient
encore balbutiantes. Il allait exceller dans ce domaine. \`A cette
époque, de plus en plus de manuscrits et de livres étaient
publiés, ce qui nous offre aujourd'hui une riche ressource pour
rechercher ses traces du XVII$^{\rm e}$ siècle jusqu'à nos jours. Pour
cela, nous nous tournons vers la scientométrie qui est un domaine
d'étude de la métascience qui fournit des métriques pour
analyser la science. Nous utilisons ici la bibliométrie qui est
l'une des techniques quantitatives de la scientométrie et qui peut
être déployée pour étudier l'impact d'auteurs
spécifiques en calculant, par exemple, les fréquences de
citation ou référencement. Cette approche est facilitée par
le fait qu'aujourd'hui de grandes quantités de littérature
historique, les \guillemotleft{}~\emph{Big Data}~\guillemotright{},
ont été scannées et numérisées. Même si
l'\oe{}uvre de Papin remonte à plus de trois cents ans, il aura
certainement laissé son empreinte. Nous retracerons ses traces dans
la littérature et dans quelle mesure il a influencé les savants
postérieurs par la fréquence avec laquelle ils faisaient
référence à son \oe{}uvre. Nous montrerons que ses
expériences, comme dans le cas de nombreuses recherches
fondamentales, ont continué à produire des résultats et
à être référencées longtemps après sa mort,
à mesure que le plein potentiel de ses idées et de ses
résultats expérimentaux a été réalisé. Nous
verrons que l'empreinte laissée par Papin est grande,
s'étendant sur plusieurs siècles.


Nous analyserons la base de données Google Books
(\url{https://books.google.com/}) qui contient des millions de livres
numérisés remontant au XVI$^{\rm e}$ siècle~\cite{5}. Aussi, le
moteur de recherche Google Ngram Viewer
(\url{https://books.google.com/ngrams/}) sera utilisé pour produire
des graphiques de séries temporelles (ngrams\footnote{
Un ngram est une collection de n {\'{e}}l{\'{e}}ments successifs dans un document texte pouvant inclure des mots, des chiffres, des symboles et des signes de ponctuation~: \url{www.mathworks.com}.}) de la
fréquence de référencement de Papin et de son \oe{}uvre.
Afin de situer l'\oe{}uvre de Papin dans le contexte d'autres
développements de son époque, nous utilisons Ngram Viewer pour
retracer l'évolution du développement plus large de la science
et de la technologie au fil du temps. Nous effectuons également des
recherches sur Google Scholar (\url{https://scholar.google.com/}), qui
contient à lui seul environ 110 millions de documents scientifiques
en anglais~\cite{7,8}.


Papin fut un inventeur renommé. Il a travaillé et rivalisé
avec de nombreux ingénieurs et inventeurs importants de son
époque et a contribué au développement des pompes à
eau, de la machine à vapeur à cylindre et à piston, des
hauts fourneaux, des pédalos, du sous--marin, du canon à air et
d'une lance--grenades~\cite{9,10}. Ses expériences n'ont pas
toujours été couronnées de succès. Néanmoins, elles
contribueront à des améliorations techniques ultérieures
qui seront essentielles à l'émergence de la Révolution
Industrielle (1760--1840) et de \guillemotleft{}~l'ère de la
vapeur~\guillemotright{} (1770--1914).


Denis Papin est né près de Blois, en France, en 1647. Plus
tard, il part vivre à Saumur chez son oncle Nicolas Papin~\cite{12}
qui était médecin. Denis Papin lui-même poursuivra plus
tard des études de médecine à l'Université d'Angers ;
cependant, il trouvait ce métier plutôt ennuyeux et avait aussi
une mauvaise opinion de ses collègues. Il s'intéressait
beaucoup plus à la physique, aux mathématiques et à
l'ingénierie et consacra donc le reste de sa vie à l'invention
dans ces domaines~\cite{13}. Aujourd'hui encore, Denis Papin est
cité 8 420 fois dans la base de données Google Scholar (qui
couvre à la fois la littérature scientifique et les brevets)
alors qu'il n'a été publié sur Internet qu'en 2004.

\section{Digesteur de Papin}


Les travaux de Papin pour capter la puissance de la vapeur pour
diverses applications l'ont amené à développer un appareil
bien spécifique : une marmite pour la cuisson sous pression. On
pourrait facilement imaginer que même si Papin avait abandonné
la médecine, sa formation dans ce domaine aurait pu influencer en
partie le développement de son fameux
\guillemotleft{}~Digesteur~\guillemotright{} destiné à la
cuisine et au ramollissement des os. Cela a créé une
révolution dans la cuisine car son nouveau dispositif pouvait à
la fois cuire plus rapidement et rendre les aliments durs comestibles.
On l'appelait la \guillemotleft{}~Marmite de
Papin~\guillemotright{} ou le \guillemotleft{}~\emph{Papin's
Digester's}~\guillemotright{}~\cite{14}; cependant, il n'est devenu un
appareil de cuisson domestique que pendant la Seconde Guerre mondiale,
lorsque les gens ont commencé à apprécier son
efficacité en termes de temps et d'économie en raison de son
temps de cuisson beaucoup plus court et de sa capacité à cuire
plus facilement des morceaux de viande moins chers~\cite{15}. Cette
marmite, ou \guillemotleft{}~digesteur de
Papin~\guillemotright{}, deviendra la cocotte--minute
(\emph{pressure cooker}) des temps modernes.


Dans le cadre de la Conférence COP27 en égypte en novembre 2022
qui, \emph{inter alia}, a abordé la question d'une cuisine
efficace et propre et son rôle dans la protection de la santé
humaine (en particulier celle des femmes) et de
l'environnement~\cite{16,17}, le célèbre autocuiseur
(\guillemotleft{}~digesteur~\guillemotright{}) développé par
Papin est toujours pertinent pour faire face à la crise du
réchauffement climatique à laquelle est confronté le monde
moderne où, encore, la cuisson sur feu ouvert est très
répandue dans les pays en développement. Une
caractéristique clé du digesteur était, et reste, son
efficacité énergétique. L'une des principales
préoccupations politiques de l'UNESCO est le développement
durable en Afrique. Dans ce contexte, la Fondation Afrique-Europe
déclare que~:
\begin{quote}
Avoir une cuisine propre
n'est pas seulement simplement utile. C'est la différence entre la
vie et la mort \emph{(Having
clean cooking is not just a `nice--to--have'. It's the
difference between life and death)}~\cite{18}.
\end{quote}
%\guillemotleft{}~\emph{Avoir une cuisine propre
%n'est pas seulement simplement utile. C'est la différence entre la
%vie et la mort}~\guillemotright{} (\guillemotleft{}~\emph{Having
%clean cooking is not just a `nice--to--have'. It's the
%difference between life and death}~\guillemotright{})~\cite{18}.
Dès 1972, le Club de Rome nous alertait sur les problèmes de
ressources auxquels nous sommes aujourd'hui confrontés~\cite{19}.
Il est donc encourageant de constater que les travaux se poursuivent
pour perfectionner l'autocuiseur de Papin avec des innovations telles
que la conservation de la chaleur gr\^{a}ce à l'isolation~\cite{20}
et que son invention est toujours pertinente face aux défis du
monde moderne --- 344~ans après sa présentation de son
\guillemotleft{}~digesteur à vapeur~\guillemotright{}
à la Royal Society, Londres, en 1679.


En raison de son efficacité, le digesteur de Papin s'est
répandu dans toute l'Europe et a influencé un certain nombre de
variantes de son invention dans d'autres pays~\cite{21}. La
figure~\ref{fig1} montre la fréquence de référencement de
\guillemotleft{}~ digesteur de Papin~\guillemotright{} et \guillemotleft{}~ \emph{Papin's digester}~\guillemotright{} dans les
corpus français (FR) et anglais (EN), respectivement, sur la
période 1600 à 2019. Il est à noter que le taux de
référencement du digesteur de Papin a atteint son maximum
pendant la Révolution Industrielle et le début de l'ère de
la vapeur, soulignant clairement l'importance continue de l'\oe{}uvre
de Papin pour les développements technologiques au cours de ces
périodes, c'est--à--dire entre 100 et 200 ans après sa
mort.

\begin{figure}
{\vspace*{-2pt}}
\includegraphics[scale=0.97]{fig01}
{\vspace*{-2pt}}
\caption{Fréquence de référencement de \guillemotleft{}~digesteur
de Papin~\guillemotright{} et \guillemotleft{}~\emph{Papin's digester}~\guillemotright{} dans les corpus français
(FR) et anglais (EN), respectivement, 1600--2019.}
\label{fig1}
%{\vspace*{-2pt}}
\end{figure}


\section{La vapeur comme source de puissance mécanique}

Lors du développement du digesteur, les explosions n'étaient
pas inhabituelles en raison de la haute pression accumulée dans la
cuve scellée. Tout cela était très dangereux, mais
indiquait que la vapeur pouvait être une source d'énergie pour
effectuer des travaux mécaniques. Pour résoudre le problème
des risques d'explosion, Papin a inventé la soupape de
sécurité (ou soupape d'évacuation de la vapeur) pour
contrôler la pression à l'intérieur de son digesteur. Cette
innovation serait d'une importance capitale pour diverses machines
inventées ensuite pour accomplir des travaux, par exemple la
machine à vapeur. Une analyse plus approfondie montre que la
référence à \guillemotleft{}~soupapes de pression~\guillemotright{} et
\guillemotleft{}~soupape de sécurité~\guillemotright{} et à \guillemotleft{}~\emph{safety valve}~\guillemotright{} et
\guillemotleft{}~\emph{pressure valve}~\guillemotright{} dans les corpus français et anglais,
respectivement, a sensiblement augmenté au cours de la période
connue sous le nom de l'ère de la vapeur, soit entre un et deux
siècles après la mort de Papin en 1713. De~toute évidence,
son \oe{}uvre est resté pertinente au cours de ces dernières
périodes de développement industriel et technologique rapide,
lorsque les ingénieurs et les inventeurs ont exploité les
premiers travaux de Papin. La figure~\ref{fig2} montre la fréquence 
de référencement de \guillemotleft{}~\emph{Papin's digestor}~\guillemotright{} $+$
\guillemotleft{}~\emph{Papin's digester}~\guillemotright{}\footnote{Multiplié par un facteur heuristique de 55 pour faciliter la comparaison visuelle avec l'autre courbe.} et \guillemotleft{}~\emph{steam engine}~\guillemotright{} 
dans le corpus anglais, 1600 à 2019. Le taux de référencement de
Papin et de son digesteur était particulièrement fort au
début de l'ère de la vapeur alors que la machine à vapeur
se développait. 

\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.97]{fig02}
\caption{Fréquence de référencement de
\guillemotleft{}~\emph{Papin's digestor}~\guillemotright{} $+$  \guillemotleft{}~\emph{Papin's digester}~\guillemotright{}  et
\guillemotleft{}~\emph{steam engine}~\guillemotright{}, respectivement, dans le corpus anglais,
1600--2019.}
\label{fig2}
\end{figure}

%{\vspace*{-2pt}}

\section{L'influence internationale de Papin}

%{\vspace*{-2pt}}

Au cours de sa vie, Papin a voyagé dans divers pays d'Europe et a
travaillé avec plusieurs scientifiques parmi les plus éminents
de son époque, dont Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646--1716),
Christiaan Huygens (1629--1695) et Robert Boyle (1627--1691). Ainsi,
son \oe{}uvre et sa réputation sont devenues internationalement
connues. La figure~\ref{fig3} montre la fréquence relative avec laquelle
Denis Papin est référencé dans quatre corpus européens~: français, allemand, anglais et italien sur la période 1600
à 2019. Dans tous ces corpus, le taux de référence à
Papin a augmenté rapidement environ 100 ans après sa mort
pendant la Révolution Industrielle, ce qui montre clairement que
les implications des inventions de Papin étaient pleinement
réalisées et appliquées aux machines et aux innovations
manufacturières pendant cette période de transformation rapide
des méthodes de production, jusqu'à l'ère de la vapeur
(1770--1914) et au-delà. Papin est beaucoup plus
référencé dans le corpus français. Une analyse ngram
plus poussée a montré qu'entre 1850 et 1950 environ, même
si Papin avait passé la plus grande partie de sa carrière en
Angleterre, il était systématiquement référencé
environ 10 fois plus souvent dans le corpus français que dans le
corpus anglais. Au cours des dernières décennies, le
référencement est resté quasiment dans les mêmes
proportions.

\begin{figure}
{\vspace*{-2pt}}
\includegraphics[scale=0.97]{fig03}
{\vspace*{-2pt}}
\caption{Fréquence de référencement de \guillemotleft{}~Denis Papin~\guillemotright{}
dans les corpus français (FR), allemand (DE), anglais (EN) et
italien (IT), respectivement, 1600--2019.}
\label{fig3}
%{\vspace*{-4pt}}
\end{figure}

%{\vspace*{-2pt}}

\section{Son \oe{}uvre dans le contexte de son époque --- et après}

%{\vspace*{-2pt}}

Du vivant de Papin, les concepts physiques fondamentaux tels que le
volume, la température, la pression, la vapeur et le vide suscitent
une préoccupation croissante. La figure~\ref{fig4} le montre pour
la littérature fran\c{c}aise. Le livre de Papin,
\emph{Nouvelles expériences du
vide}, publié en 1674, devient de plus en plus
référencé à cette époque, signe évident de son
actualité. Vers 1800, on a assisté à une
accélération notable de l'intérêt pour le sujet de la
vapeur, et à un déclin de cet intérêt au cours des
premières décennies du XX$^{\rm e}$ siècle. La figure~\ref{fig5}
montre la corrélation entre le taux de référence à la
vapeur dans cinq corpus (français, allemand, anglais, italien et
espagnol), ce qui montre un intérêt généralisé pour
le potentiel de la vapeur en tant que force motrice tout au long de ce
que l'on appelle l'ère de la vapeur.

\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.97]{fig04}
\vspace*{-2pt}
\caption{Fréquence de référencement des concepts~:
\guillemotleft{}~volume, température, pression, vapeur~\guillemotright{} et \guillemotleft{}~vide~\guillemotright{},
respectivement, dans le corpus français, 1600--2019.\label{fig4}}
\vspace*{-1pt}
\end{figure}


\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.97]{fig05}
\vspace*{-2pt}
\caption{Fréquence de référencement de \guillemotleft{}~vapeur~\guillemotright{}
(FR), \guillemotleft{}~\emph{Dampf}~\guillemotright{} (DE), \guillemotleft{}~\emph{steam}~\guillemotright{} (EN), \guillemotleft{}~\emph{vapore}~\guillemotright{} (IT) et
\guillemotleft{}~\emph{vapor}~\guillemotright{} (ES) dans les corpus français, allemand, anglais,
italien et espagnol, respectivement, 1600--2019.\label{fig5}}
\vspace*{-5pt}
\end{figure}

La vapeur allait devenir une source d'énergie essentielle pendant
la Révolution Industrielle et l'ère de la vapeur. La
figure~\ref{fig6} montre l'augmentation et la diminution de
l'utilisation de la vapeur comme force motrice pour diverses machines,
notamment le bateau à vapeur et la locomotive à vapeur.


\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.97]{fig06}
\caption{Fréquence de référencement de \guillemotleft{}~vapeur~\guillemotright{},
\guillemotleft{}~machine à vapeur~\guillemotright{}*, \guillemotleft{}~bateau à vapeur~\guillemotright{}*, \guillemotleft{}~locomotive à vapeur~\guillemotright{}*,
respectivement, dans le corpus français, 1600--2019.\label{fig6}}
\end{figure}


\break
La Révolution Industrielle a été rendue possible grâce
à l'utilisation du feu, de l'eau, et de la vapeur pour fournir
la force motrice qui a permis la transition de la fabrication manuelle
de produits à l'utilisation de machines. Les premières
expériences de Papin et d'autres sur l'utilisation de la vapeur
pour générer de la force motrice ont conduit à un
intérêt accéléré pour le potentiel de la vapeur
pour alimenter les machines ; c'était le fondement, la condition
\emph{sine qua non} de la Révolution Industrielle. Au cours de sa
carrière, Papin rivalisait avec certains des grands inventeurs de
son époque. La figure~\ref{fig7} montre le taux relatif auquel Papin
(1647--1713) et deux inventeurs anglais renommés de son époque,
Thomas Newcomen (1663--1729), et Thomas Savery (1650--1715), ont chacun
été référencés dans les littératures
française et anglaise combinées.


\begin{figure}
\includegraphics[scale=0.97]{fig07}
\caption{Fréquence de référencement de \guillemotleft{}~Denis Papin~\guillemotright{},
\guillemotleft{}~Thomas Newcomen~\guillemotright{} et \guillemotleft{}~Thomas Savery~\guillemotright{}, respectivement, dans les
corpus français et anglais (cumulativement),
1600--2019.\label{fig7}}
\vspace*{-5pt}
\end{figure}

Cela montre que pendant \guillemotleft{}~l'ère de la
vapeur~\guillemotright{}, de 1770 à 1914, le taux de
référence à l'\oe{}uvre de Papin dans les littératures
française et anglaise combinées a fortement augmenté et
qu'il était beaucoup plus référencé que Newcomen ou
Savery, ou même que les deux combinés. Il est clair qu'à
mesure que la technologie de la vapeur se développait, les travaux
de Papin restaient pertinents pour les générations suivantes
d'inventeurs.


Le célèbre ingénieur et physicien Nicolas Léonard Sadi
Carnot (1796--1832) est généralement considéré comme le
\guillemotleft{}~père de la thermodynamique~\guillemotright{}, qui
fut la prochaine étape du développement vers la
compréhension et l'exploitation efficace de la vapeur. En 1824,
Carnot publiera son livre \emph{Réflexions sur la
puissance motrice du feu et sur les machines propres à
développer cette puissance}~\cite{23}. Une analyse
bibliométrique plus approfondie montre que même tout au long du
XXe siècle, Papin était encore référencé dans les
littératures française et anglaise (combinées) entre 40~\%
et 50~\% du taux de Carnot. Il s'agit d'une indication remarquable de
la pertinence continue des \oe{}uvres de Papin pour l'entreprise
scientifique alors qu'elle progresse vers le prochain niveau de
compréhension et exploitation des moteurs thermodynamiques.

%{\vspace*{-3pt}}

\section{Remarques finales}

%{\vspace*{-3pt}}

Le vaste paysage de l'histoire humaine montre de nombreuses tentatives
ingénieuses pour exploiter l'énergie du monde physique,
notamment celle du vent, du feu, du soleil, de la gravité et,
jusqu'à aujourd'hui, des forces nucléaires. Papin a compris le
potentiel du feu, grâce au vecteur de la vapeur, pour accomplir un
travail utile. L'analyse quantitative des traces de Papin dans la
littérature montre qu'il fut l'un des pionniers à
reconnaître le potentiel de la transformation de la vapeur en force
motrice. Son \oe{}uvre a été entreprise à l'aube même
de l'ère de l'exploitation de la vapeur et bien avant la
Révolution Industrielle et ce que l'on appellerait l'ère de la
vapeur lorsque les technologies pertinentes étaient suffisamment
mûres pour permettre la construction de machines pratiques
entraînées par la vapeur. Ses expériences avec
l'utilisation de la vapeur ont clairement démontré son
potentiel, ce qui a inspiré d'autres scientifiques et
ingénieurs à travailler dans ce domaine. Son \oe{}uvre a
été à la base de nombreuses machines qui seront
inventées dans les années qui suivront sa mort et qui
contribueront de manière majeure à la Révolution
Industrielle qui sera transformatrice, apportant richesse et
améliorations à la société.

Papin a passé une grande partie de sa carrière à
l'étranger, loin de son pays natal, la France, et n'a pas toujours
été bien traité. Malgré son génie et le fait qu'il
ait contribué de manière importante à l'exploitation du
monde physique par l'humanité pour faciliter le progrès de la
société, il mourra à Londres dans l'anonymat et la
pauvreté --- ce qui est une ironie injuste de l'histoire, car son
digesteur (autocuiseur) allait considérablement aider les pauvres
gens en rendant les viandes moins chères plus comestibles. En
effet, son digesteur est encore considéré aujourd'hui comme une
aide à la santé humaine et à l'environnement, en
particulier dans les pays en voie de développement. Nous avons
montré ici que son \oe{}uvre a perduré dans la littérature
pendant des centaines d'années après sa mort, prouvant
l'importance de son héritage.

%{\vspace*{-3pt}}

\section*{Déclaration d'intérêts}

%{\vspace*{-3pt}}

Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas
de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait
tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre
affiliation que leurs organismes de recherche.

\back{}

{\vspace*{-3pt}}

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\end{document}
