Petites histoires des sciences

De l’importance de connaître le Ciel pour dominer la Terre et les Mers

Connaitre la position réelle des astres est une problématique ancestrale. Les peuples navigateurs, que ce soit les phéniciens ou les océaniens, ont toujours observé le ciel pour se repérer en mer. Si l’on en croit Hérodote, historien et géographe du Ve siècle avant JC, les phéniciens, ayant longé la mer Rouge, seraient entrés dans l’Océan Indien, auraient traversé la Zone torride, fait le tour de l’Afrique, et seraient retournés en Egypte par la mer Méditerranée. Côté européen, il faudra attendre Vasco de Gama et 1487, pour passer par le cap de Bonne Espérance par l’Ouest. Les Phéniciens s’orientaient par rapport à l’une des étoiles de la petite Ourse, que l’on nomme étoile polaire et qui est proche d’un point immobile dans le ciel de notre hémisphère. Passés l’équateur, ils ont sûrement observé que dans une autre partie du ciel, observable seulement dans l’hémisphère austral, il y avait une autre partie du ciel fixe. La constellation la plus proche est celle de l’Octant, du nom d’un appareil utilisé par les navigateurs européens du XVIIe siècle, et qui permet de mesurer la latitude. L’étoile la plus proche est σ Octantis. Elle n’est presque pas perceptible à l’œil nu et les navigateurs préfèrent utiliser la constellation de la Croix du Sud, visible toute l’année.

En Europe, la légende raconte qu’on doit à Thalès, qui a passé une partie de sa jeunesse en Egypte, d’avoir rapporté les connaissances des phéniciens, mais aussi certaines connaissances comme la théorie du mouvement du Soleil et de la Lune, le nombre de jours dans l’année solaire ou la cause des éclipses, qu’il savait même prédire. Son disciple Anaximandre aurait été le premier à faire l’hypothèse de la sphéricité de la Terre et, d’après Strabon, il détermina l’obliquité de l’écliptique.

Hipparque fait la description de 1022 étoiles fixes et de leur mouvement autour des pôles de l’écliptique. Au IIème siècle, Ptolémée, sur la base des observations d’Hipparque établit des tables qu’il compile dans son ouvrage majeur La grande composition. Dans leur admiration de cet ouvrage, les Arabes, qui le traduisent en arabe, le renomme Al-majesti, que les chrétiens de la fin du Moyen-âge reprendront sous le nom d’Almageste. Ptolémée s’emploie à déduire les distances de tous les lieux de la Terre en degrés et minutes, suivant les mesures qui avaient été faites par un prédécesseur, Posidonius. Il établit ainsi la latitude et la longitude des lieux, de la même manière qu’Hipparque l’avait fait pour les étoiles fixes et il s’appuie sur des observations qui ont été rapportées de tout le monde connu à l’époque, de la Chine à l’Irlande. Ptolémée, sans bouger d’Alexandrie et sans prendre la peine de refaire les mesures, s’appuie sur les récits de voyageurs où les mesures que d’autres ont fait pour établir ses tables. Des anomalies dans l’ouvrage ont été signalées par les Arabes comme Alhazen qui écrit un ouvrage « Doutes sur Ptolémée » dès le Xe siècle ou par les navigateurs européens. L’île dite de Taprobane peut tout aussi bien être l’île de Ceylan, le Sri-Lanka, celle de Sumatra ou Bornéo. On imagine la dépense qu’il aurait fallu consacrer pour reproduire les mesures et corriger l’ouvrage de Ptolémée.

C’est le roi de Castille Alphonse X au XIIIe siècle (il règne de 1252 à 1282), qui s’entoure de savants astronomes pour corriger certaines anomalies de l’ouvrage de Ptolémée, et il réalise ainsi de nouvelles tables, les tables alphonsines. On y retrouve les 1028 étoiles déjà décrites par Ptolémée mais dont les longitudes ont été corrigées de 17° 8’, soit l’écart de longitude entre Madrid et Alexandrie…

Le maniement des tables est assez compliqué : c’est une affaire de spécialiste. Il en est de même de l’utilisation de leurs résultats, puisque la connaissance des positions des planètes à tout moment sert avant tout, pour ne pas dire exclusivement, à des fins astrologiques comme établir l’horoscope d’une naissance ou d’un événement important. Dans beaucoup de sociétés, la course des astres est scrutée, et les astronomes sont aussi astrologues. Pensons à Johannes Kepler qui établissait des tables rudolphines pour son protecteur, le roi Rodolphe II à la cour de Prague.

Le développement de l’astronomie, à des fins astrologiques au départ, se propage partout en Europe où on perfectionne les instruments pour mesurer la déclinaison des planètes, calculer des éphémérides, observer les hauteurs méridiennes et déterminer les latitudes. Les progrès techniques sont le prélude à la domination que les européens vont bientôt avoir sur les mers. Forts de leurs nouvelles tables et de leurs nouveaux instruments, ils vont s’aventurer sur les mers et découvrir le Nouveau Monde.

Justification  ou « Dessein du voyage en l’Isle »

Au cours du XVIIe siècle, la France étend son emprise à de nouveaux territoires aussi bien vers l’Ouest et les Amériques que dans l’Océan Indien avec la colonisation de Madagascar par exemple. Jean-Baptiste Colbert créée la Compagnie des Indes Orientales pour organiser le commerce vers les nouveaux territoires conquis.

En janvier 1667, Adrien Auzout propose de mener des observations au niveau de l’équateur pour estimer la distance aux astres, comme la distance Terre-Lune. Adrien Auzout est un normand et fréquente Blaise Pascal. Correspondant avec Marin Mersenne, et introduit auprès des scientifiques de son temps comme Huygens ou Picard, il sera un des membres fondateurs de l’Académie des Sciences en 1666, académie qu’il quitte en 1668. Il s’intéresse à l’optique et invente le fil curseur  du micromètre qui, adapté aux lunettes astronomiques, permet de faire des mesures de position très précises.

Observer le ciel depuis l’équateur permettrait également de réaliser des mesures astronomiques nouvelles beaucoup plus précises que celles obtenues en Europe, à Bologne par Cassini ou au Danemark par Tycho Brahé au siècle précédent. Déjà l’astronome danois avait identifié que la réfraction de l’atmosphère modifiait la position réelle des astres, et qu’au niveau de l’équateur, cet effet serait absent.  

En 1656 la mesure de la parallaxe de Mars lorsque la planète est en opposition avec le Soleil montre que la distance Terre-Soleil est au-delà de ce que l’on pensait, laissant perplexe les astronomes. Avec l’invention de la lunette astronomique, vers 1608 et le développement de l’héliocentrisme au cours du XVIIe siècle, où cohabitent théorie géocentrique ptoléméenne, système hybride brahéen et système héliocentrique copernicien, la place de l’Homme dans l’Univers est interrogée.

Le roi Soleil, Louis XIV, qui voit sa cour graviter autour d’elle, entend bien poursuivre la proximité entre astronomie et pouvoir. 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. La construction d’un observatoire est décidée, bâtiment qui sera terminé en 1672 et dont Jean Dominique Cassini prend la direction.

Colbert voit d’un bon œil l’envoi d’une expédition scientifique vers les nouvelles terres acquises par le Royaume de France. L’Académie opte d’abord pour Madagascar, afin d’assoir le rayonnement de la France dans cette partie du Monde. Une autre option apparaît alors, l’île de Cayenne, en Guyane, qui est revendiquée par la France après la deuxième guerre anglo-néerlandaise entre 1665-1667. Le choix futur de Cayenne est également un moyen d’assoir la domination de la France sur ce nouveau territoire. Un nouveau conflit éclate entre la France et les Pays-Bas en 1668 contrecarrant pour un temps les plans français d’envoyer une expédition, finances obligent. Cayenne se révèle une destination moins onéreuse que celle de Madagascar.

En attendant, les progrès techniques s’accumulent en France. Entre 1668 et 1669, on teste les nouvelles pendules construites pas Huygens en particulier en mer. Le duc de Beaufort prête sa flotte armée aux tests qui sont menés par M. Delavoye, qui fait partie des « élèves » de l’académie, de jeunes scientifiques chargés de vérifier par l’expérience les idées des académiciens.

Le 21 mars 1670, les élèves académiciens Richer et Meurisse s’embarquent pour la nouvelle Angleterre. Leur voyage est programmé pour durer 6 mois et tester le nouveau matériel. Parallèlement, Picard est chargé de se rendre sur l’île de Hven pour corriger les éventuelles erreurs de mesures faites par Tycho Brahé et pour estimer les positions des astres. Les données sont croisées sous l’œil avisé de Christiaan Huygens.

Le succès de ces tests, et la fin du conflit en Guyane, permet à l’Académie de mettre enfin en place une expédition pour les Amériques. L’île de Cayenne, située à 5° de latitude Nord de l’équateur. D’après Tycho Brahé, la réfraction atmosphérique est quasiment nulle au niveau de l’équateur, permettant ainsi des mesures les plus précises possibles. La comparaison de toutes ces données va permettre de mesurer avec exactitude l’effet de la réfraction atmosphérique en fonction de la latitude, et donc de corriger les tables rudolphines, établies par Kepler basées sur les observations de Tycho Brahé, mais aussi de déterminer avec exactitude les latitudes et longitudes, et cerise sur le gâteau, par triangulation de mesurer avec précision les distances entre la Terre et certaines planètes.

Par exemple, en relevant la hauteur du Soleil au solstice d’hiver et d’été, on sera capable d’estimer la distance entre les deux Tropiques. Cette distance a déjà été déterminée par Tycho Brahé, mais l’effet de la réfraction atmosphérique à la latitude du Danemark entache le résultat d’une exactitude nécessaire. Déterminer avec exactitude la distance entre Tropiques et en retour la latitude des Tropiques permet de connaitre la course du Soleil dans le ciel, donc situer l’écliptique, mais aussi la position des planètes et des étoiles fixes par rapport à cet écliptique et donc d’avoir les positions exactes des astres.

Fin 1671, le voyage est fin prêt. L’année 1672 est propice aux observations : Mars est à la fois à son périgée, donc au plus près du Soleil et en opposition par rapport au Soleil, permettant ainsi un alignement Soleil-Terre-Mars des plus favorables puisque la distance Terre-Mars est la plus faible possible.

---

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