Patrimoine scientifique : ces instruments sauvés de l’oubli
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La science condamne à l’obsolescence les instruments qui lui permettent de progresser. Cet héritage, souvent menacé, est protégé par des passionnés et des institutions. Petit échantillon de machines oubliées, dont la forme et la fonction nous intriguent aujourd’hui.
Un déménagement, la livraison d’une nouvelle machine, quoi de plus banal dans la vie d’un laboratoire scientifique ? Mais que faire des anciens instruments que l’on n’utilise plus ? Au mieux, ils moisissent dans quelque sous-sol, au pire ils disparaissent, jetés à la benne. Une pratique qui ne date pas d’hier : certains physiciens se désolent encore de la perte de centaines de magnifiques instruments d’optique en laiton et bois précieux lors du déménagement des laboratoires de la Sorbonne vers la toute nouvelle université de Jussieu dans les années 1960.
Pourtant, au-delà de leur beauté, ces instruments scientifiques démodés sont de précieux témoins des évolutions des sciences et des techniques. Des amateurs passionnés et quelques institutions tentent de les préserver. Parmi les premiers, Christian Durix est l’organisateur de Bricasciences, un « salon des curiosités et antiquités scientifiques », qui se tient chaque automne à Bures-sur-Yvette (Essonne). On y trouve les objets les plus insolites, comme un appareil d’électrothérapie destiné à soigner le patient en lui envoyant des décharges électriques. « Ce salon a un double but : préserver le patrimoine et inciter aux vocations scientifiques, expose-t-il. Tous ces objets ont une histoire, on sent encore la main de leur inventeur ou de leur fabricant. Ces objets sont une clé d’entrée vers la science. Mais, dans certains cas, on ne comprend déjà plus à quoi ils servaient. » Hélas, la plupart des collectionneurs sont vieillissants, et la relève se fait attendre.
« Mais que faire des anciens instruments que l’on n’utilise plus ? Au mieux, ils moisissent dans quelque sous-sol, au pire ils disparaissent, jetés à la benne »
Heureusement, la sauvegarde du patrimoine scientifique ne repose pas uniquement sur la bonne volonté des passionnés. C’est même l’une des missions du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM), de « sensibiliser les laboratoires au fait qu’ils possèdent un patrimoine », souligne Cyrille Foasso, responsable des collections d’instruments scientifiques. Une sensibilisation plutôt réussie, puisque des dizaines de particuliers, entreprises et laboratoires contactent chaque année le conservatoire lorsqu’ils pensent détenir un objet scientifique à intérêt patrimonial. Mais seule une minorité de ces objets intégrera les collections. « Nous choisissons les instruments qui racontent l’histoire d’un métier, d’une technique, d’un passé industriel ou d’un fabricant », précise Cyrille Foasso. La beauté n’est pas un critère, mais le caractère unique d’un appareil, si. Tel ce calculateur analogique donné par la société Matra, un ordinateur répandu dans les années 1960, que plus personne ne sait utiliser aujourd’hui. Mais la place manque, et les choix sont cruels : c’est « le Panthéon ou la poubelle ! », résume Cyrille Foasso. D’autant qu’un objet qui entre dans la collection d’un musée peut difficilement être déclassé. Les choix engagent pour longtemps.
D’autres acteurs comme les universités doivent aujourd’hui prendre le relais et sauvegarder leur passé scientifique et technologique. C’est ce qu’a fait l’Ecole polytechnique, qui a inauguré, en mai dernier, Mus’X, un musée retraçant plus de deux cents ans de recherche et d’enseignement. Près de 1 000 mètres carrés abritent une exposition temporaire chaque année (aujourd’hui consacrée au mathématicien Gaspard Monge) et une exposition permanente. Les appareils d’optique ou de magnétisme y côtoient les uniformes de polytechniciens et les lettres de scientifiques en Egypte avec Napoléon. Bien sûr, un tel musée a un coût : 2,2 millions d’euros, financé en grande partie par un appel au mécénat auprès d’anciens polytechniciens.
Même avec peu de financements, il arrive que le patrimoine scientifique soit sauvé grâce à quelques passionnés. A l’université de Rennes, deux enseignants-chercheurs en physique, Dominique Bernard et Jean-Paul Taché, ont patiemment récupéré, rénové et inventorié les instruments oubliés dans les caves ou jetés. Un millier d’objets, essentiellement de la seconde moitié du XIXe siècle, ont ainsi été sauvegardés, et parfois remis en état de fonctionnement. Les plus beaux viennent de faire l’objet d’un livre, Un trésor scientifique redécouvert (éd. Rennes en science, 255 pages, 23 euros, sur commande), de Dominique Bernard. Mais cette collection, conservée dans une galerie au sous-sol d’un bâtiment de l’université, n’est accessible qu’à quelques occasions, faute de lieu public et de personnel pour l’exposer. Car mettre à l’abri ne suffit pas. « Il faut faire vivre ces objets, créer des animations qui racontent leur histoire », estime Christian Durix. La science progresse chaque jour, mais ne doit pas en oublier son passé.
La sphère céleste
Richement ouvragée, cette sphère céleste, dite sphère de Bürgi, a été construite par l’horloger et fabricant d’instruments scientifiques suisse Jost Bürgi en 1580. Il était également mathématicien et l’astronome officiel du comte Guillaume IV de Hesse-Cassel, avant de se mettre au service de l’empereur Rodolphe II à Prague, où il travailla avec Kepler. Cette sphère, chef-d’œuvre de l’orfèvrerie de style Renaissance allemande, illustre la vision de l’époque de l’Univers, héritée des Grecs : la Terre est située au centre et entourée par les constellations. L’ensemble reproduit les principaux mouvements célestes tels qu’on les voit depuis la Terre. La sphère est mobile, elle effectue un tour complet en une journée. C’est avant tout une horloge qui donne l’heure, les minutes, sonne les quarts d’heure. Elle comporte un calendrier perpétuel qui précise même les années bissextiles.
L’électroscope de Curie
Cet instrument porte un nom ô combien prestigieux : « Electroscope de M. P Curie/Sté Centrale Matériel Scientifique/44 rue des Ecoles, Paris » indique l’inscription gravée à l’intérieur. Il s’agit d’un électroscope, un appareil inventé par l’abbé Nollet en 1750, destiné à mesurer la charge électrique d’objets. Son principe : deux feuilles métalliques très fines – souvent de l’or – sont suspendues à une électrode. Lorsque ces feuilles se chargent électriquement, elles se repoussent. Mesurer leur séparation permet d’en déduire la charge. Pierre Curie a adapté cet instrument pour déterminer le taux de radioactivité d’une substance. En effet, les rayonnements radioactifs ionisent les gaz de l’air, les rendant conducteurs. En présence d’un objet radioactif disposé sur un plateau ajouté à l’électroscope, les feuilles métalliques perdent leurs charges électriques, d’autant plus vite que l’air est très ionisé (donc d’autant plus vite que l’objet est radioactif). Il suffit de mesurer la vitesse à laquelle les feuilles métalliques se rapprochent, à l’aide d’une lunette microscopique et d’un chronomètre, pour connaître la radioactivité. C’est l’ancêtre des compteurs Geiger !
Le gyroscope de Foucault
On connaît le pendule de Foucault, dont un des exemplaires est présenté au Panthéon, et qui permet de visualiser la rotation de la Terre. Mais ce n’est pas le seul dispositif imaginé par Léon Foucault (1819-1868). Ce gyroscope sert lui aussi, comme le pendule, à montrer que la Terre tourne sur elle-même. Son principe : c’est une toupie, dont la roue tourne très vite (de 150 à 200 tours par minute), créant un effet étonnant : la toupie reste dans sa position, même instable, comme si elle n’était plus soumise à son poids. Cet effet est dû à la conservation du moment angulaire, une loi fondamentale de la physique. Mais, en fait, le gyroscope n’est pas tout à fait immobile dans notre référentiel Terre : la Terre tourne, mais notre gyroscope est immobile par rapport aux étoiles fixes, et on observe donc un léger mouvement de rotation du gyroscope à condition de mesurer suffisamment longtemps (une dizaine de minutes suffisent). Ce gyroscope a été fabriqué par la maison Gustave Froment, fondée en 1844. Aujourd’hui, de nombreux smartphones sont équipés de gyroscopes, très utiles pour les jeux.
Le diapason de Koenig
Seriez-vous capable d’entendre les sons émis par ce diapason géant de 1,30 mètre de hauteur ? Tout dépend de votre âge. En effet, ce diapason crée des sons à des fréquences variables entre 16 et 32 hertz, à la limite de l’audition humaine des sons graves. Or, si les jeunes entendent généralement à partir de 20 hertz (et jusqu’à 20 000 hertz dans les aigus), cette capacité diminue avec l’âge. Ce diapason a été construit par Rudolf Koenig, un physicien allemand spécialisé en acoustique (1832-1901), qui a notamment été l’élève du célèbre luthier français Jean- Baptiste Vuillaume. Ce diapason a la particularité d’être réglable : à l’aide de poids que l’on déplace sur ses branches, on modifie la fréquence de vibration. Plus les masses sont hautes, plus les branches vibrent lentement, et plus le son est grave. Rudolf Koenig a construit d’autres instruments acoustiques, comme des résonateurs de Helmoltz, permettant de dire si une fréquence est présente dans un son (elle fait alors résonner ces résonateurs, qui sont des sortes de sphères en laiton d’une fréquence propre bien précise). Il a également inventé un étonnant « analyseur harmonique à flamme », où les vibrations sonores renforcées par les résonateurs de Hermoltz mettent de l’air en mouvement, ce qui agite une flamme. On peut ainsi réellement visualiser les différents sons selon leur fréquence !
Les bâtonnets de Neper
Bâtonnets de Neper, bâton de Napier, réglette de Neper… cette invention possède de multiples appellations, à l’instar de son concepteur, le mathématicien et physicien écossais John Napier (1550-1617), connu sous le nom de Jean Neper en français. Ces bâtonnets servent à effectuer facilement des multiplications, des divisions, des calculs de puissances et même de racines carrées. C’est l’année de sa mort, en 1617, que John Napier publie un ouvrage intitulé Rabdologie, dans lequel il explique comment calculer à l’aide de ces bâtonnets. Ceux-ci sont gravés de nombres et disposés sur un plateau. En haut du bâtonnet est indiqué le nombre principal et, en dessous, tous les nombres de sa table de multiplication. Ainsi, le bâtonnet 8 comporte les nombres 16, 24, 32, etc. Pour une multiplication par un nombre à un chiffre, la lecture s’effectue directement, mais il faut faire quelques additions en plus pour les multiplications plus complexes. Ce système de calcul sera peaufiné au XIXe siècle, grâce à l’introduction de bâtonnets inclinés, facilitant la lecture. Ces bâtonnets de Neper font partie de la grande famille des abaques, les instruments mécaniques facilitant le calcul, dont le plus connu est le boulier. Même si les abaques sont toujours utilisés, ils ont été détrônés par les moyens automatiques de calcul, nés avec la Pascaline, la machine à calculer de Blaise Pascal, en 1646.
Le goniomètre à cercle divisé
Cet appareil, comme tous les goniomètres, sert à mesurer les angles. Il a été construit par les frères Emile (1834-1895) et Léon Brünner (1840-1894), fabricants parisiens d’instruments astronomiques et de cartographie. Il permet de mesurer très précisément les angles des cristaux, et la manière dont ils dévient ou réfléchissent la lumière. On peut en déduire de nombreuses propriétés, comme la longueur d’onde d’une lumière, l’indice de diffraction d’un cristal (sa capacité à dévier la lumière) ou l’épaisseur d’une lamelle de cristal. Il est composé d’un collimateur qui permet d’obtenir un faisceau de rayons de lumière parallèles, d’une lunette de visée et d’une plate-forme sur laquelle on place le cristal. Ces trois dispositifs tournent autour d’un même axe vertical. Un cercle muni de graduations (d’où le nom de goniomètre à cercle divisé) et deux oculaires permettent d’observer précisément ces graduations. On atteignait ainsi une grande précision : il était possible de mesurer des angles de 2 secondes d’arc (2/3600 degrés) avec une précision de 0,2 seconde d’arc.
La machine à calculer universelle
Cette machine à calculer universelle est un prototype développé par Louis Couffignal, mathématicien français (1902-1966). Mais sa production industrielle ne verra jamais le jour. Pourtant, Couffignal est un de ceux qui défendent le système binaire, aujourd’hui utilisé dans tous les ordinateurs, au détriment du système décimal. A la tête du Laboratoire de calcul mécanique de l’Institut Blaise-Pascal du CNRS à Paris, il reçoit pour mission de réaliser une « machine universelle », c’est-à-dire le premier ordinateur français. Cette maquette expérimentale réalisée entre 1947 et 1952 se heurte à plusieurs difficultés, notamment celle de l’approvisionnement en composants suffisamment fiables, et le manque de chercheurs formés. Mais surtout, Louis Couffignal confie la réalisation du calculateur à la société Logabax, qui connaît à ce moment de grandes difficultés financières et renonce à cette fabrication. Aucun constructeur ne souhaite prendre le relais, et le projet est définitivement abandonné en 1953. Le CNRS se cantonne dès lors aux mathématiques appliquées pour le calcul électronique, et ne s’occupe plus de construction de machines.
L’œuf électrique
L’œuf électrique permet de reproduire des aurores boréales en laboratoire. Conçu en 1862 par le savant genevois Auguste de La Rive (1801-1873), il est généralement constitué d’une sphère de verre munie d’un robinet permettant de faire le vide. Celui-ci, construit avant 1864 par le Suisse Eugen Schwerd, comporte deux sphères. A l’intérieur de chaque œuf figure une tige en fer doux, reliée à une bobine d’induction qui produit des décharges électriques lumineuses. Auguste de La Rive observe que, si l’on aimante la tige de fer, les décharges forment un anneau coloré semblable à une aurore boréale, qui se déplace dans un sens ou dans l’autre selon la direction du courant dans la tige de fer. Tous les travaux sur œufs électriques, débutés par l’Anglais Francis Hauksbee (1666-1713), puis l’abbé Nollet (1700-1770) en France et l’Anglais Humphry Davy (1778-1829), ont permis l’émergence, quelques décennies plus tard, de nos ampoules électriques.
