Petites histoires des sciences

Génèse de l’Académie des Sciences

Dès 1638, le père Mersenne commence à faire des conférences à Paris où on discute Physique & Mathématiques, des problèmes d’analyse, d’observations astronomiques mais aussi de chimie ou de botanique. Y assistent Pierre Gassendi, René Descartes, Pierre de Fermat, Gilles Personne de Roberval etc. Plusieurs étrangers viennent écouter et participer aux débats et on voit en Angleterre l’établissement de conférences similaires qui restent privées.

Le règne de Louis XIV est marqué par une centralisation de toutes les formes de création artistique et intellectuelle au service du prince. Cette création étatisée se déploie, sur le modèle italien, dans le cadre d’académies : l’Académie de danse (1661), l’Académie de musique (1669), l’Académie d’architecture (1671) s’ajoutent à l’Académie française (1635) et à l’Académie de peinture et de sculpture, fondée en 1648, réformée par Colbert en 1663. La création de l’Académie des sciences en 1666 s’intègre dans ce grand projet de la monarchie absolue visant à placer l’ensemble de la vie culturelle sous sa tutelle. D’autant que Colbert a compris que les progrès scientifiques pouvaient se traduire par des progrès techniques capables d’accroître la puissance de la France et d’exalter la gloire du roi.

En 1666, le roi Louis XIV qui veut rendre son règne aussi célèbre par les sciences que glorieux par les armes, choisit ses sujets propres à former une Académie, c’est la naissance de l’Académie Royale des Sciences. Réunissant une douzaine de savants, la première séance de l’Académie des sciences eut lieu le 22 décembre 1666 dans la bibliothèque du roi, rue Vivienne à Paris. Les réunions sont ensuite bihebdomadaires.

Les premiers savants de l’Académie des Sciences

Le grand tableau d’Henri Testelin représente une scène imaginaire, la présentation au roi des membres de la nouvelle Académie des Sciences qui vient d’être fondée.

Le peintre soigne le portrait de chaque participant, ainsi facilement reconnaissable : à droite de Louis XIV, assis sur un fauteuil, Monsieur, son frère, est habillé de rouge ; à gauche, Jean-Baptiste Colbert, qui arbore fièrement l’insigne de l’ordre du Saint-Esprit, avec derrière lui son secrétaire, Charles Perrault (l’auteur des Contes), qui présente au souverain les membres de l’Académie, à commencer par l’abbé Jean-Baptiste du Hamel, le premier secrétaire, qui s’incline respectueusement vers le souverain. Derrière lui sont figurés Pierre de Carcavi, Jean Picard, Christiaan Huygens, Jean-Dominique Cassini, Philippe de La Hire, l’abbé Edme Mariotte et Jacques Borelly.

De nombreux objets illustrent la diversité des activités scientifiques : squelettes d’animaux, sphère armillaire, horloge, globe terrestre (à gauche), plan du canal des Deux Mers, destiné à relier l’Atlantique à la Méditerranée, qui commence alors à être réalisé par Pierre-Paul Riquet, traités scientifiques, plans de fortifications, globe céleste (à droite).

En fond, se dévoile l’Observatoire, que Claude Perrault, frère de Charles, commence alors à édifier. Le Roi fait bâtir l’Observatoire afin de d’aider les progrès de l’Astronomie dont la construction s’achève en 1672.

Pour la suite de l’histoire, celle du pendule de Richer, resituons quelques personnages clés.

Jean-Dominique Cassini

Jean-Dominique est le prénom francisé de Giovanni Domenico qui est italien. Très jeune, il est repéré comme un enfant talentueux et le pape en fait son protégé. Dans sa jeunesse, Jean-Dominique Cassini vit le procès de Galilée, ce qui le rendra toujours très prudent vis-à-vis de l’Eglise. Il enseigne l’astronomie de Ptolémée dans ses premières années, mais il a connaissance du livre de Copernic « Révolution des orbes célestes », qu’il qualifie d’admirable. Il observe, bien après Galilée, les différentes phases des planètes, comme on observe les phases de la Lune. Il conclut que chaque planète fait une révolution autour du Soleil, comme prévu par Copernic et Tycho Brahé.

Il édifie à Bologne le plus grand observatoire d’Europe de son temps. Dans la basilique San Petronio de Bologne, il construit la grande méridienne en 1655, qui fait 67 m de long, avec un œilleton qui se trouve à 27 m de hauteur, de quelques millimètres de diamètre : par ce trou rentre la lumière du Soleil, qui donne une tâche de lumière sur le sol. Cette trace lumineuse permet non seulement de déterminer le midi solaire, mais surtout de relever la hauteur du Soleil car la grande question de l’époque est de savoir si l’axe de rotation de la Terre est stable.

Cassini détermine également les périodes de rotation de Mars et Jupiter sur elles-mêmes, et il découvre la tâche rouge de Jupiter en 1665.

Cassini développe un outil qui va s’avérer très utile en astronomie, ce sont des quarts de cercle, ce sont des grands sextants, d’un rayon d’à peu près un mètre, et grâce à un réticule et une petite lunette, on lit des angles à quelques secondes de degrés près sur le limbe. La connaissance des angles dans un triangle et d’une distance permet de connaitre les deux distances manquantes. Cette technique va être appliquée en astronomie par Cassini pour déterminer la distance entre la Terre et différents astres.

En 1668, Cassini publie à Bologne des éphémérides, c’est-à-dire des tables qui donnent les éclipses des satellites de Jupiter, et en particulier Io, qui est le plus proche de Jupiter. Les satellites de Jupiter ont été découverts par Galilée en 1610 et Galilée émet qu’à partir des éclipses de ces satellites, on puisse estimer la longitude d’un lieu. Le mouvement satellitaire étant très régulier, on peut, par une observation patiente et régulière depuis un même lieu, déterminer les périodes de rotation de ces satellites et ainsi prévoir les instants d’immersion et d’émersion avec précision pour le lieu d’observation, donc Bologne. Le retard ou l’avance de ces observations depuis un autre lieu peut être imputée à une différence de longitude, qui est alors calculable, permettant ainsi le positionnement précis de l’observateur sur Terre. Par exemple si à Bologne vous voyez Io s’éclipser à 23h, à Paris vous observerez l’éclipse à 22h25, la différence de temps est de 35 minutes, ce qui, par proportionnalité, donne un écart de 9° de longitude environ. Paris se trouve à 2°20 min de longitude Est par rapport au méridien de Greenwich et Bologne est à 11° 21min Est, soit une différence qui est bien de 9°.

Repérer la latitude d’un lieu est quelque chose qu’on sait faire depuis l’Antiquité, en relevant soit la position du Soleil ou d’une étoile. A la fin du XVIe siècle, les meilleures positions d’étoile sont du fait du danois Tycho Brahé qui, avant l’avènement de la lunette astronomique, avait repéré à grands renforts d’instruments qu’il avait fait construire pour son observatoire Uraniborg, un palais financé par la couronne danoise. Mais repérer la longitude d’un lieu est un exercice autrement plus difficile et les éphémérides de Cassini sont un outil précieux pour y arriver.

La puissance maritime qu’est la France, et qui a des colonies au Nouveau Monde, comprend assez vite l’intérêt de cette nouvelle méthode de positionnement sur Terre. Cassini est appelé par Colbert, premier ministre de Louis XIV, qui repère son talent. Cassini est d’abord correspondant pour l’Académie dès 1667, Académie que Colbert vient de créer. Ses tables publiées connaissent un succès, et en 1669 donc, Colbert le fait venir en France. Il est très important pour l’Etat de s’entourer de savants de renom, et d’ailleurs Colbert paye plus cher les étrangers qu’il fait installer en France. C’est un des premiers brain-drain de l’histoire. Le pape autorisera son départ pour la France pour s’occuper de l’observatoire, ce que le pape regrettera.

Il a 44 ans quand il arrive à Paris, en 1669, et donc une grande expérience d’astronome derrière lui. Il arrive à l’observatoire de Paris qui est en construction depuis deux ans.

Christiaan Huygens

Christian Huygens, scientifique hollandais, est recruté à prix d’or par Colbert. D’autres savants étrangers viendront au contact de Cassini pour observer le ciel, comme Edmund Halley, sans être membre de l’Académie des Sciences, le même Halley qui laissera son nom à la comète un peu plus tard.

Le repérage des longitudes, nécessite de savoir précisément l’heure qu’il est. Or, l’Académie bénéficie d’une invention toute nouvelle, et tout à fait majeure, que l’on doit à Christian Huygens : l’horloge à pendule. Cette horloge est une révolution en matière de technologie puisqu’elle permet de garantir quelques secondes de temps sur plusieurs semaines alors que les horloges antérieures qui étaient des horloges à folio, étaient précises au mieux de 20 minutes par jour.

Jean Picard

En 1668-1669, Jean Picard utilise les quarts de cercle pour déterminer la circonférence de la Terre. En utilisant la triangulation, technique mathématique qui consiste à déterminer des distances en mesurant des angles, il détermine le diamètre de la Terre avec une précision jamais atteinte. Picard trouve pour le rayon terrestre 3 269 298 toises et 3 pieds, ce qui dans nos unités actuelles donne 6372 km.

Picard propose qu’on estime la longitude d’Uraniborg, le palais-observatoire que Tycho Brahé avait fait construire au Danemark au siècle précédent, pour qu’on puisse utiliser toutes les données collectées par l’astronome danois. La comparaison des données astronomiques faites à Paris mais aussi, bientôt à Cayenne, vont permettre d’ajuster les cartes du ciel.

Dans un prochain article, on verra comment s’est justifiée l’expédition vers Cayenne, puis nous ferons le voyage avec Jean Richer et enfin nous verrons quelles conséquences en tira le grand Isaac Newton.

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Bibliographie et Webographie

Olmsted John, The Scientific Expedition of Jean Richer to Cayenne (1672-1673). Isis, 34(2), 117–128, 1942.

Picard Jean, Mesure de la Terre (par l’abbé Picard), 1671.
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/btv1b7300361b.r=Mesure+de+la+terre+par+l%27abb%C3%A9+Picard.langFR.

Richer Jean, Observations astronomiques et physiques faites en l’isle de Caïenne, Académie Royale des Sciences, 1679. p. 66. https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k1510913c