В 1772 году Кулон вернулся во Францию. Его направили в город Бушен, где он в основном занимался строительной механикой и работами с различными материалами. Теперь у Шарля было больше свободного времени, и он вновь занялся наукой. Вскоре он отправил несколько работ по прикладной механике в Парижскую академию наук, а весной 1773 года дважды выступал на ее заседаниях с докладами. Одна из этих работ получила очень благоприятные отзывы. Академик Боссю писал, что в ней Кулон «…охватил, так сказать, всю архитектурную статику… Повсюду в его исследовании мы отмечаем глубокое знание анализа бесконечно малых и мудрость в выборе физических гипотез, а также в их применении. Поэтому мы полагаем, что эта работа вполне заслуживает одобрения Академии и достойна публикации в Собрании [работ] иностранных ученых». Так Кулон впервые обратил на себя внимание французских ученых.
В 1774 году Шарль получил назначение в портовый город Шербур, где он занимался ремонтом фортификационных сооружений. Работа оставляла свободное время, и ученый имел возможность продолжать свои исследования. В 1775 году Парижская академия наук объявила конкурс на «Изыскание лучшего способа изготовления магнитных стрелок, их подвешивания и проверки совпадения их направления с направлением магнитного меридиана и, наконец, объяснение их регулярных суточных вариаций». Надо сказать, что создание конструкции более совершенного компаса было на тот момент весьма актуальной задачей. До того большинство компасов представляло собой магнитные стрелки, подвешенные на тонкой шелковой нити. Естественно, что подобные приборы были весьма чувствительны к всевозможным внешним воздействиям, в частности электростатическим. Чтобы устранить погрешности, Кулон предложил крепить стрелку к металлической проволоке, проводящей ток. В 1777 году ученый был признан победителем конкурса.
В период с 1777 по 1781 год Шарль Кулон поменял сразу несколько мест работы. Первым из них стал городок Салэн, затем последовал портовый город Рокфор (1779 год), где он участвовал в строительстве форта. В Рокфоре Кулон на время оставил изучение магнитных сил и погрузился в новую научную проблему. В 1779 и в 1781 годах Академия дважды объявляла конкурс работ, посвященных трению. Кулон провел массу экспериментов, в которых изучал не только трение твердых тел, но и трение в жидкостях и газах. Эти исследования он проводил по большей части на судовых верфях Рокфора. Ученый изложил их результаты в работе под названием «Теория простых машин», которая не только была удостоена премии, но и на протяжении века использовалась инженерами на практике. Этот труд, как и многие предыдущие, произвели прекрасное впечатление на академиков. В конце 1781 года Шарль, к своей большой радости, был переведен в Париж, успев поработать в Лилле, а 12 декабря – избран академиком по классу механики.
Переезд в Париж не означал окончания инженерной карьеры. Кулона продолжали привлекать в качестве консультанта к целому ряду различных проектов. В 1783 году он работал над проектом усовершенствования каналов и гавани Бретани. Ученый был привлечен к этой работе против его желания: проект ему не нравился. Когда же раздалась первая критика, его отстранили от участия в проекте и даже подвергли недельному заключению в тюрьму аббатства Сен-Жермен де Пре. Кроме того, ученый выполнял целый ряд связанных с наукой административных обязанностей: всего он принял участие в работе 310 комиссий Академии. Но все-таки с переездом в Париж научные изыскания вышли на первый план. Начался самый плодотворный период в жизни французского ученого. В промежуток с 1781 по 1806 год Кулон подал на рассмотрение Академии наук 25 научных статей, самыми выдающимися из которых считаются семь работ об электричестве и магнетизме, опубликованных с 1785 по 1791 год. В них он рассматривал взаимодействия между телами одноименных и разноименных зарядов.
Количественные измерения ученый проводил по разработанной им самим методике: в 1784 году он опубликовал работу о кручении тонких металлических нитей. В ней автор описал крутильные весы (весы Кулона)[42], которые предложил использовать для определения взаимодействия точечных электрических зарядов и магнитных полюсов. Можно сказать, что Кулон был одним из первых исследователей, применивших правильный подход к изучению взаимодействия заряженных тел. Он понял, что следует рассматривать взаимодействие таких тел, размеры которых гораздо меньше расстояния между ними («точечных тел»). Хронологически в этом, как и в некоторых выводах, Кулона опередил англичанин Робайсон, но он опубликовал свои результаты только в 1801 году, так что и здесь результаты Кулона были независимыми.
Уже в одной из первых своих работ по электричеству и магнетизму (в 1785 году) Кулон сформулировал основной закон электростатики, позже названный его именем. В современной формулировке он звучит так: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Естественно, что это фундаментальное открытие было не единственным. Например, Кулон предположил, что не существует абсолютных диэлектриков, т. е. веществ, не проводящих электрический ток; обнаружил, что заряды быстро «стекают» с тел, и объяснил это явление проводимостью воздуха; положил начало фундаментальным исследованиям магнетизма.
Несмотря на то что научная работа отнимала массу времени, Шарль по-прежнему не прекращал работать по специальности. В 1784 году он был назначен смотрителем королевских фонтанов и занимался водоснабжением Парижа, позже принимал участие в проведении реформ в области образования и медицины: в 1787 году он даже совершил поездку в Англию с целью перенять опыт организации лечебных учреждений Лондона. В связи с революционными событиями 1789 года многие французские учреждения были упразднены и реорганизованы. Кулон неодобрительно отнесся к целому ряду перемен ив 1791 году подал в отставку из инженерного корпуса. Когда в 1793 году к власти пришли якобинцы, Академия наук была расформирована. Кулона отстранили от его обязанностей, после чего он покинул Париж и поселился в своем поместье в Блуазе. Здесь он работал вместе со своим коллегой и другом Жаном Шарлем Борда[43], которого укрывал от преследования со стороны якобинцев. В 1795 году на смену упраздненной Академии наук пришел Национальный институт наук и искусств. В декабре того же года Кулон принял предложение стать членом Института.
В 1802 году Шарль Кулон женился на Луизе Франсуазе Дезормо, с которой, по всей видимости, уже давно состоял в гражданском браке. Луиза родила ему двух сыновей, Шарля Огюстена в 1790-м и Анри Луи в 1797 году.
