Aimants et boussoles - Palais de la découverte

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DÉCOUVERTE N°346 MARS 2007 51 du Sud lorsqu’il rédigea Epistola de Magnete. Il s’agit en fait d’une lettre qu’il adresse à un certain Siger de Foucaucourt, semble-t-il un ami de Picardie, résidant à Foucaucourt, une commune voisine de Maricourt dans la Somme. Dans sa lettre, il décrit les propriétés des aimants, mais également expériences et applications, certaines visant à obtenir un dispositif à mouvement perpétuel. C’est dans cette véritable œuvre scientifique que Pierre de Maricourt forge le mot « pôle » pour désigner chacune des deux parties d’un aimant qui attire le fer de manière particulièrement forte. Pourquoi « pôle » La raison est simple : Pierre de Maricourt pensait que l’aiguille aimantée d’une boussole s’oriente toujours dans la direction nord-sud en raison d’une influence émanant des pôles célestes (les deux points de la voûte céleste qui restent fixes durant le mouvement diurne des étoiles, autrement dit, en langage moderne, les deux points vers lesquels pointe l’axe de rotation de la Terre). C’est encore grâce à Pierre de Maricourt que l’on apprend pour la première fois que deux pôles Nord ou deux pôles Sud se repoussent toujours, tandis qu’un pôle Nord et un pôle Sud s’attirent. À cette époque, la nature de la supposée influence céleste s’exerçant sur la boussole était tout à fait mystérieuse et troublante. En effet, pourquoi cette aiguille capable d’interagir avec un aimant, ou du fer, interagissait-elle également avec les cieux L’idée qu’il pourrait s’agir non d’une influence céleste mais terrestre, et dont la cause serait un magnétisme dû à notre propre planète, effleure l’esprit du Français. Hélas, Pierre de Maricourt l’abandonne aussitôt, car dans ce cas, en raison de la présence de nombreuses mines de fer sur terre, la boussole devrait indiquer des directions très différentes en divers lieux du globe ; or tel n’est pas le cas, dit le chercheur médiéval. Ainsi, il rejette à tort l’hypothèse d’une influence terrestre. Après quoi, il cherche à savoir comment les pôles célestes influencent l’aiguille aimantée. Selon lui, l’aiguille aimantée cherche manifestement à imiter les cieux en s’alignant avec l’axe des pôles célestes (l’axe de la Terre dirions-nous aujourd’hui). Cette remarque le conduit à se dire que puisque l’axe des pôles célestes est imité par une aiguille aimantée, le globe céleste devrait être imité par… un globe aimanté. En effet, cela tombe sous le sens. Il suggère donc à son ami Siger d’employer « la technique permettant d’obtenir des pierres sphériques » pour tailler une pierre d’aimant et lui donner une telle forme. Pour trouver les pôles magnétiques de ce globe, Pierre de Maricourt suggère de procéder en plusieurs étapes. Tout d’abord, poser une petite aiguille en fer à plat sur le gobe. Elle s’orientera alors selon une certaine direction. Prolonger cette direction sur la surface de la sphère : cela donnera un cercle coupant le globe en deux moitiés identiques. Recommencer cette opération en posant l’aiguille ailleurs que sur la ligne dessinée. Le deuxième cercle coupera le premier en deux points par lesquels passeront tous les autres cercles. Ces deux points sont les pôles. Si ce globe aimanté est correctement orienté et pointe son propre axe nord-sud dans la direction de l’axe des pôles célestes, alors selon Pierre de Maricourt, il devra… tourner avec la voûte céleste ! Emporté par elle, le globe effectuera donc un tour en vingt-quatre heures, ce qui en fera une horloge perpétuelle. Il invite son ami Siger à réaliser cette expérience, mais le met en garde : si le globe ne tourne pas, ce sera la preuve que… l’expérience a été mal conduite (4) . Le contemporain de Pierre de Maricourt, le savant britannique Roger Bacon (1220-1292) fait connaître Epistola de Magnete. Ce texte influence sérieusement pendant près de trois (4) Cette attitude est encore courante dans la recherche actuelle : à l’aide de moyens de plus en plus sophistiqués et lourds, on cherche – parfois à tout prix – à mettre en évidence une chose prévue par la théorie, mais qui n’existe peut-être pas.
52 DÉCOUVERTE N°346 MARS 2007 FIGURE 4 Première impression de l’Epistola de Magnete Près de trois cents ans s’écoulent entre l’écriture de l’Epistola de Magnete par Pierre de Maricourt en 1269 et sa première impression en 1558. C’est dans cette lettre que le Français introduit la notion de « pôle magnétique » en référence aux pôles célestes. © William Gilbert « De Magnetic »/Dover Publications. siècles les chercheurs qui le lisent. Cependant, ces derniers étaient relativement peu nombreux, car l’imprimerie à caractères mobiles n’avait pas encore été inventée en Europe, si bien que les savoirs étaient peu diffusés. Avec l’avènement de cette technique (1453) et surtout son essor au début du XVI e siècle, Epistola de Magnete est imprimé pour la première fois en 1558, soit trois siècles après sa rédaction (fig. 4). Cela, grâce à Achilles Gasser (1505-1577), confident du fameux Rhéticus (1514-1576), disciple de Nicolas Copernic (1473-1543). Deux découvertes inattendues En trois cents ans, entre l’écriture de l’Epistola de Magnete en 1269 et sa première impression en 1558, la science du magnétisme évolue peu. Toutefois, deux découvertes dignes d’attention et tout à fait étonnantes sèment le trouble durant cette période. Elles concernent toutes deux l’orientation de la boussole : on découvre qu’en réalité cet instrument n’indique pas vraiment le nord ! Premièrement, l’aiguille d’une boussole flottante pointe vers un lieu décalé par rapport au nord géographique. Deuxièmement, celle d’une boussole à pivot, libre de se mouvoir dans le plan vertical, s’incline par rapport à l’horizontal, pointant vers le sol dans l’hémisphère nord son extrémité censée indiquer le nord. Avec la découverte de ces deux anomalies, on introduit deux angles : la « déclinaison » et l’« inclinaison » respectivement. La déclinaison Des recherches menées par Wang Chen-To dans les années 1950, puis par le biochimiste et historien britannique Joseph Needham (1900-1995) dans les années 1960 ont montré que la déclinaison était connue par les Chinois dès le début du VIII e siècle ! En revanche, on ignore par qui et quand la déclinaison est observée pour la première fois à la fin du Moyen Âge en Europe. On attribue souvent, à tort, cette découverte au célèbre Génois Christophe Colomb (1451-1506) lors de son voyage de 1492. On peut retracer l’origine de cette histoire, devenue une légende aujourd’hui, dans un article publié en 1893 par le prêtre italien Timoteo Bertelli (1826-1905), plus connu comme le fondateur de la microséismologie vers 1870. De nombreux documents et instruments du XV e siècle prouvent que la déclinaison était connue en Europe en 1450, bien avant le fameux voyage du Génois. En effet, déjà à cette époque, les cadrans solaires des navigateurs étaient munis d’une boussole « corrigée » permettant de connaître le vrai nord, nécessaire pour déter-
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