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  • HAL Id: hal-00642784https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00642784

    Submitted on 18 Nov 2011

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    La mesure de la vitesse de la lumire Nice par HenriJoseph Anastase Perrotin

    Bogaert Gilles, Wilfried Blanc

    To cite this version:Bogaert Gilles, Wilfried Blanc. La mesure de la vitesse de la lumire Nice par Henri Joseph AnastasePerrotin. Article de vulgarisation paru dans Reflets de la Physique (volume 26). 2011, pp.20-23.

    https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00642784https://hal.archives-ouvertes.fr

  • Reflets de la Physique n 2620

    Entre 1898 et 1904, Perrotin,

    directeur du nouvel

    Observatoire de Nice [1],

    entreprend de mesurer la

    vitesse de la lumire avec une

    prcision record, qui entrera

    dans lhistoire. Cette entreprise,

    quasiment oublie aujourdhui,

    a pourtant donn un rsultat

    cit comme rfrence pendant

    des dcennies.

    Les archives de lObservatoire de

    la Cte dAzur [2] (encadr p. 23)

    permettent de revivre au jour

    le jour ce projet, assez

    audacieux, et de redcouvrir

    cet homme dtermin qui

    avait accept de prsider

    la destine de ce palais

    astronomique et physique

    pour la gloire de la Science

    franaise [3].

    La mesure de la vitesse de la lumire Nice par Henri Joseph Anastase Perrotin

    Aprs les mesures pionnires de Fizeau en 1849 et Foucault en 1862 (voir tableau p. 22), cest encore un Franais, Alfred Cornu, qui sillustre en 1874 en mesurant la vitesse de la lumire avec prcision : 300 400 300 km/s. Il utilise pour cela un dispositif de roue dente, driv de celui de Fizeau, dcrit dans un article exceptionnel de plus de 300 pages. Cette uvre forte et durable [4] lui vaut, entre autres, le prix Lacaze de lAcadmie des sciences. Toutefois, de 1878 1883, Albert Michelson puis Simon Newcomb, par la mthode du miroir tour-nant, prtendent obtenir des prcisions de 50 puis 30 km/s ! Les valeurs quils obtien-nent (~ 299 860 km/s) sont strictement incompatibles avec celle de Cornu.

    Cest dans ce cadre historique de contro-verse que Perrotin (fig. 1) dcide, en 1897, de reprendre le flambeau en amliorant cette mesure de nature mettre en relief lObservatoire de Nice [5]. Il dispose pour cela de quelques atouts : pour amliorer la prcision, il faut augmenter le nombre de mesures le climat de Nice y est favorable et amliorer leur prcision individuelle en utilisant des distances accrues, ce que les optiques puissantes de lObservatoire devraient rendre possible. Il bnficie aussi des soutiens indispensables de Cornu, qui confie son systme de mesure (fig. 2), et de lObservatoire de Paris qui fournit ses instruments de prcision pour la mesure des distances. Il a aussi, bien sr, le soutien indfectible de Bischoffsheim, mcne et fondateur de lObservatoire de Nice.

    Mesures prliminaires, en prparant celle avec la Corse

    Les carnets dexpriences (fig. 3) de Perrotin et des deux astronomes, Prim et Javelle, commencent le 18 fvrier 1898, par des modes demploi : lappareillage de Cornu est complexe et demande une prise en main. Par exemple, lenregistreur consiste en un cylindre dun mtre de circonfrence, entour dun papier blanc quil faut noircir la fume, sur lequel viennent gratter quatre aiguilles mues par des lectro-aimants relis par des contacts lectriques lhorloge, un compte-tour et au manipulateur Morse. Tout en actionnant le frein pour moduler la vitesse de la roue entrane par un poids, il faut toper le contact Morse lors des apparitions et disparitions du faisceau de lumire, qui revient entre les minuscules dents de la roue. Cornu a dailleurs pris le soin dtre prsent lors du dmarrage.

    Gilles Bogaert(1) (bogaert@oca.eu) et Wilfried Blanc(2) (wilfried.blanc@unice.fr) (1) ARTEMIS, UNS-OCA-CNRS, 06304 Nice Cedex(2) Laboratoire de Physique de la Matire Condense, CNRS-UNS, 06108 Nice Cedex

    1. Portrait de Perrotin (1845-1904).

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  • Les mesures sont effectues la tombe du jour, dabord entre lObservatoire et le village de La Gaude, situ 12 km, o un dispositif a t install pour renvoyer la lumire. Les archives montrent que lexp-rience est rendue diffi cile faute dun soutien mcanique. On note dans les carnets lin-satisfaction de Perrotin, trs exigeant quant la qualit des mesures.

    Ces premires mesures ne sont pour Perrotin quune tape de rodage car, pour faire mieux que ses prdcesseurs, il envisage une mesure sur une distance extrme. La

    21Refl ets de la Physique n 26

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    2. Appareil ayant servi Cornu et Perrotin pour mesurer c. (a) Schma du dispositif de mesure. La lumire de la lampe (non reprsente) passe la roue dente et entre dans le tlescope droite. La manivelle sert remonter les poids qui, en tombant, font tourner la roue dente travers un engrenage. (Planche issue de la publication dA. Cornu, Annales de lObservatoire de Paris : Mmoires, Tome XIII (1876).) (b) Photo de lappareil. On aperoit la roue dente (disque de couleur grise en haut).

    3. Couverture du Carnet 3 de Perrotin et Javelle.

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    mesure de Cornu reposait sur une distance de 22,91 km ; lui vise 250 km entre le Mont Mounier ( laltitude de 2727 m), qui a t acquis par Bischoffheim pour lObservatoire, et un des hauts sommets corses ! En septembre 1898, il se rend en Corse. Aprs avoir gravi les monts Rotondo et Cinto (2706 m), cest ce dernier quil choisit pour accueillir, dans le futur, le collimateur de renvoi. De retour Nice, les mesures vers La Gaude reprennent avec soin jusquen novembre 1898. Pour ltape suivante, cest le Mont Vinaigre, le plus haut sommet de lEstrel, qui a t slectionn, 46 km vers lOuest. La distance va tre mesure quelques centimtres prs par Simonin, spcialiste de lObservatoire. Prim y a fait une reconnaissance et fait construire un pilier pour recevoir le colli-mateur et son miroir. Malgr le soin apport aux rglages, la lumire de retour ne sera que rarement visible. Perrotin comprend

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  • que lair est trs turbulent le soir le long du trajet, et le collimateur est trop troit pour capter assez de lumire. Le temps dam-liorer le dispositif exprimental, de mobi-liser les deux plus grandes lentilles de lObservatoire, le temps aussi deffectuer une remise en condition des appareils, les mesures ne reprendront que fin 1901.

    Le dsaccord avec Cornu Entre-temps, en aot 1900, a eu lieu

    Paris le Premier Congrs International de Physique, prsid par Cornu. Dans sa revue des mesures de la vitesse de la lumire [6], il dveloppe lide que le dsaccord entre les rsultats, le sien et ceux des Amricains, nest pas le fait des hommes, tous excellents, mais celui des mthodes, plus exactement des dfauts de la mthode du miroir tournant, le principal tant que la vitesse latrale de limage de la source, proche de celle de la lumire, ne peut tre nglige [7]. Cornu argumente que la seule mthode fiable, car ne posant aucun pro-blme thorique, est celle de la roue dente, avec laquelle on obtient une valeur forc-ment suprieure 300 100 km/s. Bien quil connaisse parfaitement les rsultats de Perrotin, il nen fait pas mention [8].

    Ce nest quen novembre 1900, soit deux ans aprs la fin des mesures, que le

    rsultat de La Gaude finit par tre divul-gu lAcadmie des sciences [5] : 299 900 80 km/s, ramen au vide [9], donc en dehors de la fourchette de valeurs dfendues par Cornu... Perrotin crit de faon sibylline que ce rsultat est voisin de celui auquel a t conduit, dans ces dernires annes, M. Michelson, par la mthode du miroir tournant de Foucault . Ce rsultat provoque des remous : le rap-port annuel de lObservatoire de Nice, adress en 1901 par Perrotin au conseil de lUniversit, va jusqu mentionner que la publication, dans les CR de novembre dernier, des rsultats fournis par la station de La Gaude (12 km), sujets, semble-t-il quelques critiques, rend encore plus urgentes les dterminations que lon pro-pose dentreprendre [avec le Mont Vinaigre] .

    Cest en 1902 que se droulent entre Nice et le Mont Vinaigre les mesures qui doivent amliorer la prcision et mobili-sent cette fin les deux lunettes les plus puissantes de lObservatoire : des milliers de mesures mticuleuses ont lieu tout au long de lanne, les soirs de grand calme dans le btiment du Grand quatorial. La distance a t mesure avec grand soin. Cest aussi en avril 1902 que Cornu dcde Aux funrailles de Cornu, Poincar affirme, au sujet de la vitesse de la

    lumire : Il est certain maintenant que le chiffre dfinitif ne pourra pas scarter beaucoup de celui quil [Cornu] a trouv , soit 300 400 km/s Mais en novembre 1902, jugeant quil a assez de donnes, Perrotin annonce son nouveau rsultat lAcad-mie des sciences, 299 880 50 km/s [10]. La prcision obtenue est comparable celle de Michelson et Newcomb mais il confirme encore une fois leurs rsultats, et non celu