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