Le pendule de Foucault, une révolution sous le Panthéon

Abrité depuis près de deux siècles sous l’imposant dôme du Panthéon, le pendule du physicien Léon Foucault (1819-1868) a permis à lui tout seul de prouver la rotation terrestre. Une révolution, dans la continuité de celle de Copernic, qui a profondément ébranlé la communauté scientifique du XIXe siècle. Aujourd’hui encore, il est possible d’admirer le célèbre pendule reposant sous sa belle voûte, parmi les cénotaphes.

A la recherche d’une preuve

Les découvertes de Léon Foucault sont l’héritage de plusieurs siècles de réflexions menées sur le mouvement de la Terre. Comme chaque théorie, rien ne tombe spontanément du ciel, tout est pris dans son évolution. L’histoire commence à l’Antiquité : Pythagore défend déjà que notre planète est sphérique, tandis que Philolaos de Crotone est le premier philosophe à lui attribuer un mouvement. Bien que quelques précurseurs, comme Aristarque de Samos, aient envisagé l’héliocentrisme de notre univers, c’est Nicolas Copernic qui le théorise le premier dans un court traité publié vers 1513. Mais malgré ses nombreuses connaissances, ce dernier ne parvient pas à accorder ses calculs à sa pensée. Cela vient en réalité du fait que les mouvements des planètes sont légèrement elliptiques, ce que Johannes Kepler découvrira le siècle d’après. Toujours est-il que la révolution copernicienne met du temps à être digérée par bon nombre de savants, et surtout, de théologiens.

Le système planétaire héliocentrique de Copernic, gravure, 1510

Il faut donc attendre le XIXe siècle pour que le mouvement de la Terre soit finalement démontré par des preuves scientifiques. Après des études de médecine, le jeune Léon Foucault s’oriente vers la physique expérimentale. Il souhaite notamment mesurer avec précision la vitesse de la lumière, et s’intéresse de près aux théories de Copernic. C’est en 1851 que lui vient alors l’idée du pendule, à la suite d’une observation : il constate que le plan de vibration d’une verge fixée dans le mandrin d’un tour reste fixe lorsque ce dernier est en rotation. Sur les oscillations libres d’un pendule, il imagine ainsi qu’un terrien devrait observer une lente rotation en sens inverse, ce qui prouverait le mouvement de la Terre.

Léon Foucault, Bertall, 1882

C’est dans la cave de sa maison, rue d’Assas, que Foucault lance alors son expérience. Son premier pendule, conçu avec l’ingénieur Gustave Froment, est constitué d’une boule de laiton de 5 kilogrammes et d’un fil d’acier de 2 mètres de haut. Pour ne pas être faussées par les vibrations de la ville, ses observations sont toujours faites de nuit, aux côtés de d’autres scientifiques. Parmi eux, l’astronome François Arago, alors directeur de l’Observatoire de Paris, qui l’autorise à faire une première démonstration dans son institution. Un deuxième pendule, de 11 mètres de haut cette fois, est alors construit par Froment. Puis, à la demande de Napoléon III, Foucault réitère l’expérience un mois plus tard sous le dôme du Panthéon, alors ouvert au public. C’est un succès sans précédent.

La Terre tourne sous le Panthéon

Le 26 mars 1851, à la une du National, on énonce à tous l’incroyable expérience publique qui est à observer entre les quatre murs du Panthéon : « Avez-vous vu tourner la Terre ? Voudriez-vous la voir tourner ? Allez jeudi, et jusqu’à nouvel ordre, tous les jeudis suivants, de 10 heures à midi, au Panthéon ». L’intérêt du pendule, c’est qu’il met en évidence la rotation de la Terre de manière assez simple, sans avoir à recourir à des notions scientifiques complexes. De plus, cette expérience est facilement reproductible et peut être observée en quelques minutes par tout un chacun.

L’expérience du pendule de Léon Foucault au Panthéon, 1851 – © Centre national des arts et métiers

Intrigué par cette découverte, Napoléon III autorise en effet Foucault à utiliser le dôme du Panthéon pour installer son pendule. Toujours accompagné de Froment, le physicien suspend alors un fil d’acier de 67 mètres de long au sommet de la coupole. A l’extrémité, il accroche une sphère de 28 kilogrammes et de 38 centimètres de diamètre. Puis, en dessous, un grand cercle rempli de sable est positionné de telle sorte qu’il laisse apparaître les traces du pendule et définisse l’espace d’oscillation.

Oscillations exercées par le pendule de Foucault

Le public peut alors observer qu’au bout d’un certain moment, les marques se décalent progressivement, ne revenant jamais au point de départ. Cela prouve que la Terre est en train de tourner sur elle-même. Dans son compte rendu à l’Académie des Sciences, Foucault décrit ainsi son observation : « Quand on veut procéder à l’expérience, on commence par annuler la torsion du fil et par faire évanouir les oscillations tournantes de la sphère. Puis, pour l’écarter de sa position d’équilibre, on l’embrasse dans une anse de fil organique dont l’extrémité libre est attachée à un point fixe pris sur la muraille, à une faible hauteur au-dessus du sol… dès qu’on est parvenu à l’amener au repos, on brûle le fil organique en quelque point de sa longueur ; sa ténacité venant alors à faire défaut, il se rompt, l’anse qui circonscrivait la sphère tombe à terre, et le pendule, obéissant à la seule force de la gravité, entre en marche et fournit une longue suite d’oscillations dont le plan ne tarde pas à éprouver un déplacement sensible. »

Du succès du pendule à la généralisation du gyroscope

En 1851, les parisiens se précipitent tous pour assister à ce spectacle révolutionnaire, et les théologiens réticents s’inclinent peu à peu face à une preuve si irréfutable. Au regard des siècles précédents, Foucault reconnaît son succès : « La notion du mouvement de rotation de la Terre est aujourd’hui tellement répandue, elle a si victorieusement passé du domaine de la science dans celui des idées vulgaires, qu’il pourra sembler superflu de chercher à en donner une preuve nouvelle ». Par cette révolution, le pendule devient ainsi l’un des symboles du positivisme de l’époque, si bien qu’il est mis en valeur dans le palais de l’Industrie lors de la première Exposition Universelle de Paris en 1855.

La une du Parisien dédiée au pendule de Foucault, 1902

Néanmoins, son expérience n’échappe pas aux réticences de certains scientifiques qui ne jugent pas le pendule suffisamment convaincant, poussant Foucault à mener d’autres recherches plus précises. L’année suivante, en 1852, le physicien dévoile alors sa nouvelle création, le gyroscope, inspiré par les travaux de l’astronome allemand Bohnenberger. Le but est de présenter un objet moins encombrant que le pendule, toujours dans l’idée de prouver le mouvement de la Terre. Ce petit appareil est une véritable prouesse mécanique puisqu’il permet de conserver une rotation suffisamment rapide durant une dizaine de minutes afin d’effectuer des mesures de grande précision.

Le pendule de Foucault sous la voûte du Panthéon

Peu à peu, il se révèle aussi être un outil essentiel pour indiquer le nord géographique et la latitude d’un lieu. En effet, si l’axe du gyroscope est parallèle à l’axe de la Terre, celui-ci ne bouge plus même si son support est en mouvement. Ainsi, c’est au tournant du XXe siècle qu’il permettra de réaliser ce que l’on nomme un « compas gyroscopique », facilitant la navigation en pleine mer, le guidage des missiles, le pilotage d’un avion ou d’une fusée, ainsi que le contrôle de l’attitude des satellites. Porteur d’un héritage, Foucault transmet à son tour ses inventions à la postérité, elle-même en passe de faire de nouvelles révolutions.

Romane Fraysse

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