Bibliophilie et Sciences: Foucault, son pendule, son gyroscope et ses miroirs

Amis Bibliophiles bonsoir,
J’avais 13 ans et mes parents insistèrent pour que nous assistions à une démonstration dans l’un des refroidisseurs d’une centrale nucléaire française en construction: le plus grand Pendule de Foucault du monde jamais installé allait nous prouver de visu que la terre tourne. Je me souviens qu’il faisait tomber des sortes de quilles disposées les unes à côté des autres.
Quelques années plus tard, nouveau rendez-vous avec le Pendule, pour ma première rencontre avec Eco, tiens, un bibliophile.
Quelques années encore et nous sommes en 2010, et un autre bibliophile, Bernard, m’envoie un texte sur Foucault, pour qu’enfin la boucle se boucle. Je, nous, allons enfin tout savoir.
Léon Foucault (1819-1868), est un physicien et astronome français. Véritable autodidacte, il s’emploie, après avoir commencé des études de médecine, à perfectionner les procédés photographiques de Daguerre. Il rédige le feuilleton scientifique du Journal des Débats à partir de 1845. Physicien de l’Observatoire en 1855, il est élu membre du Bureau des Longitudes en 1862 et de l’Académie des Sciences en 1865. En janvier 1851, pour montrer expérimentalement la rotation journalière de la terre autour de l’axe des pôles, Foucault installe dans sa cave de la rue d’Assas un pendule constitué d’un fil métallique de 2 m de long qui supporte une lourde sphère de 5 kg. Il constate que le plan d’oscillation du pendule tourne lentement par rapport aux murs de la cave. Les lois de la mécanique en déduisent que c’est la cave qui tourne autour du pendule. Au mois de février il renouvelle son expérience avec un pendule de 11 m à l’observatoire de Paris. Les oscillations du pendule durent plus longtemps et la déviation est nettement visible.
Louis Napoléon Bonaparte ayant eu connaissance des travaux de Foucault lui demande de réaliser son expérience dans un lieu prestigieux : ce sera le Panthéon. L’expérience a lieu le 31 mars 1851. La sphère pesait 28 kg et le fil avait 67 m de long. Vous pouvez voir ce pendule au Musée des Arts et métiers à Paris ainsi qu’une démonstration.
Cependant Foucault ne comprenait pas pourquoi la rotation du pendule s’effectuait plus lentement que la rotation de la Terre d’un facteur 1/sin λ. Foucault, à qui Poinsot en avait demandé une démonstration plus frappante encore pour les sens, présenta en 1852 à l’Académie des Sciences l’appareil qu’il venait d’inventer et qu’il nommait gyroscope. Il est constitué d’une masse lourde, appelée rotor, en mouvement de rotation rapide (150 à 200 rotations par minute) et pendant assez longtemps (une dizaine de minutes) autour d’un axe restant fixe dans un référentiel galiléen.Foucault se rendit aussi compte que son appareil pouvait servir à indiquer le Nord. En effet, en bloquant certaines pièces, le gyroscope s’aligne sur le méridien. Le compas gyroscopique était né.
J’ai réuni en un volume les Comptes Rendus des séances de l’Académie des Sciences du 3 février 1851 et du 27 septembre 1852 ; il contient les textes fondamentaux de Léon Foucault sur le mouvement de la terre.
Démonstration physique du mouvement de rotation de la terre au moyen du pendule – sur une nouvelle démonstration expérimentale du mouvement de la terre… Sur les phénomènes d’orientation des corps tournants entraînés par un axe fixe à la surface de la terre… [Paris, Mallet-Bachelier. 1851-1852].1 volume in-4 ; (2) pp, pp 121 à 148, pp 409 à 447.
La revue l’Illustration du 5 avril 1851 consacre un important article illustré sur l’expérience du Panthéon. Cet article est extrait de celui que Foucault avait écrit pour le Journal des Débats du 31 mars 1851.
Un autre problème du moment était celui de la vitesse de la lumière. La théorie corpusculaire supposait une accélération de la lumière lors de son passage de l’air dans l’eau. La théorie ondulatoire supposait l’inverse. Avec Hippolyte Fizeau, Foucault entreprit une série d’expériences sur la lumière et la chaleur. Grâce à un dispositif composé d’un miroir rotatif, de deux miroirs concaves et d’une source lumineuse, Foucault montre en 1850 que la lumière se meut plus rapidement dans l’air que dans l’eau, faisant ainsi définitivement pencher la balance du côté de la théorie ondulatoire. La même année, il effectue une mesure particulièrement précise de la vitesse de la lumière, à 1% près de la valeur exacte.Foucault présente ses travaux dans sa thèse soutenue le 25 avril 1853. Cette thèse est ici dans le tome 41 des Annales de Chimie et de Physique, 3ème série.
Sur les vitesses relatives de la lumière dans l’air et dans l’eau.Paris, Masson. 1854.1 volume in-8 ; pp 129 à 163, 1 pl.Il y a quelques années, René a déniché une sirène de Cagniard de La Tour destinée à réaliser l’expérience de Foucault, dans ce but elle a été modifiée par l’adjonction d’un miroir.Comme son nom l’indique la sirène émet un son dont la fréquence varie avec la vitesse de rotation d’un tambour percé de trous. La sirène classique comporte un totalisateur, elle a constitué le premier fréquencemètre.Une petite précision : son nom de Sirène vient de ce qu’elle peut chanter sous l’eau.

Foucault meurt jeune et ses travaux sont éparpillés dans différentes revues scientifiques peu accessibles. Ce n’est qu’en 1878 que Charles-Marie Gariel (1841-1924), ingénieur des Ponts et chaussées et professeur de physique à l’Ecole de médecine de Paris publie un recueil de ses travaux scientifiques. Les planches sont des exemples de finesse et de précision.
Recueil des travaux scientifiques.Paris, Gauthier-Villars. 1878. 2 volumes in-4 ; (4), portrait, XXVIII, 592 pp. – Atlas: (4), 18 pp, 19 pl.
Merci Bernard!
Hugues

À lire ensuite

Bibliophilie et Sciences: transactions philosphiques de la Société Royale de Londres

Amis Bibliophiles bonsoir,

Dans des billets précédents , je vous ai parlé de deux périodiques scientifiques français : le Journal des Sçavans et les Mémoires de l’Académie des sciences de Paris. Le premier journal scientifique anglais a pour titre « Philosophical Transactions ». Il rend compte des travaux de la Société royale de Londres, l’équivalent de notre Académie des Sciences de Paris. Le premier volume paraît en 1665. Parmi les premiers auteurs on trouve bien sur Isaac Newton dont le premier mémoire Nouvelle théorie au sujet de lumière et de couleurs est publié en 1672.
Jusqu’en 1731 seuls quelques extraits furent traduits dans les journaux scientifiques français. Le physicien François de Brémont puis le médecin Pierre Demours se chargèrent de la traduction complète des volumes à partir de 1731. Les traductions cessèrent en 1744. L’ensemble de ces traductions se présente sous forme de sept volumes in-4. Patiemment, j’ai réussi à compléter une série.
.Transactions philosophiques de la Société Royale de Londres
Paris, Piget, puis Le Breton, David l’Aîné, Le Breton et Durand. 1741, 1741, 1740, 1740, 1738, 1738, 1757, 1759, 1757, 1757, 1760, 1758, 1760. Année 1731 : frontispice, X, 304 pp – Année 1732 : VIII, 323 pp,16 pl.Année 1733 : frontispice, VIII, 280 pp – Année 1734 : VII, 340, 16 pp, 1 carte aquarellée, 11 pl.Année 1735 : frontispice, (6) pp, pp III à VI, 192 pp – Année 1736 : (2), VIII, 302, 15 pp, 13 pl.Années 1737 et 1738 : LX, 539 pp, 12 pl.Année 1739 : (4), VIII, 214, (1) pp, 5 pl – Année 1740 : VIII, 279 pp, 8 pl.Année 1741 : XII, 359, (1) pp, 12 pl – Année 1742 : (7) pp, pp IV à XII, 310, (1) pp, 9 pl.Année 1743 : (4) pp, pp V à XII, 377, (1) pp, 18 pl – Année 1744 : (4), X, 343, (1) pp, 8 pl.




On trouve dans ces volumes les premiers travaux des membres de la Société Royale sur l’électricité. Gray fait la distinction entre conducteurs et isolants et découvre le phénomène d’influence. Desaguliers classe les corps en deux catégories, les corps électrifiables par frottement et ceux non électrifiables qu’il nomme à tort « conducteurs et non conducteurs ». Le deuxième tome est bien complet de la carte dépliante coloriée des « lieux où les longueurs du pendule à secondes ont été observées ».

Les nombreuses planches sont très fines.

En 1739, Brémont fait paraître une tables des transactions philosophiques pour les années 1665 à 1735.
Paris, Piget. 1739.1 volume in-4 ; frontispice, (10), 296 pp. – (2), VI pp, pp 3 à 461, (3), LXXIV, (2) pp

Entre 1789 et 1791, Jacques Gibelin (1744-1828), docteur en médecine, entreprend, la traduction et l’édition des articles les plus importants des 75 premiers volumes des Philosophical Transactions. Les tomes 1 et 2 contiennent l’histoire naturelle (volcans, tremblements de terre, curiosités naturelles, évènements extraordinaires, fossiles, pétrifications, zoologie. Les tomes 3 et 4 contiennent la physique expérimentale par M. Reynier. Le tome 5 contient la chimie par M. Pinel. Le tome 6 contient l’anatomie et physique animale par M. Pinel. Le tome 7 contient la médecine et chirurgie par M. Pinel. Les tomes 8 et 9 contiennent la matière médicale et pharmacie par MM. Wilmet et Bosquillon. Le tome 10 contient les mélanges, observations, voyages par A. L. Millin de Grandmaison. Le tome 11 contient les antiquités et beaux arts par M. Millin de Grandmaison. Le tome 12 contient les antiquités, beaux arts, inventions et machines. Les tomes 13 et 14 contiennent la botanique.
Abrégé des transactions philosophiques… physique expérimentale.Paris, Buisson. 1790.1 volume in-8 ; (4), 468 pp, 4 pl. – (4), 472 pp, 4 pl.

Ce volume, formé de deux tomes, constitue la quatrième partie de la collection. Il contient la totalité de la physique expérimentale. La sélection d’articles est due à Jean Louis Antoine Reynier (1762-1824).
Abrégé des transactions philosophiques… chimie. anatomie et physique animale.Paris, Buisson. 1791-1790.1 volume in-8 ; (4), XVI, 514 pp. – (5) pp, pp VI à XX, 476 pp, 1 pl.


Aujourd’hui, les scientifiques français se sont tous mis à l’anglais : plus besoin de traduction.
Bernard