Le 3 février 1851, un Français âgé de 32 ans - qui avait quitté la faculté de médecine pour se lancer dans la photographie - démontra de manière définitive que la Terre tournait effectivement, surprenant ainsi le monde scientifique parisien.
Léon Foucault avait décidé qu'il pouvait utiliser un pendule pour illustrer les effets du mouvement de la Terre. Il a réuni un groupe de scientifiques et les a séduits par une note disant: "Vous êtes invités à voir la Terre tourner." Foucault a suspendu un pendule au plafond de la salle Méridien de l'Observatoire de Paris. En balayant les airs, il a tracé un schéma qui prouvait effectivement que le monde tournait autour d'un axe.
Un mois plus tard, Foucault a partagé son expérience avec tout Paris dans le majestueux bâtiment du Panthéon. Selon l'American Physical Society, il a suspendu au haut dôme du Panthéon un bob en laiton de 24 kg (61 livres) sur un câble de 200 pieds. En se balançant d'avant en arrière, l'extrémité pointue du bob traçait des lignes de sable qui avaient été versées sur une plate-forme en bois. Au fil du temps, l'angle de ces lignes a changé, suggérant aux membres de l'auditoire que la direction du déplacement du pendule était en train de changer sous l'influence d'un mouvement de rotation non perçu, celui de la Terre.
Foucault a pu démontrer un concept scientifique d’une manière que le citoyen moyen puisse facilement comprendre, explique Rebecca C. Thompson, responsable de la sensibilisation du public pour l’APS. Pendant des siècles, il était communément admis que la Terre tournait sur un axe. Mais c’est Foucault qui a définitivement dissipé les doutes qui subsistaient, en établissant le phénomène avec fermeté. «Cela a vraiment commencé le changement culturel pour comprendre fondamentalement notre univers différemment», dit Thompson.
L’expérience a été un succès: elle a attiré des foules de Parisiens fascinés et a catapulté Foucault. Les pendules basés sur les calculs de Foucault ont commencé à apparaître dans le monde entier - et sont toujours des éléments emblématiques de nombreux musées scientifiques aux États-Unis et dans d'autres pays.
La Smithsonian Institution a transformé le pendule en un point central de son musée d'histoire et de technologie (qui deviendra plus tard le musée national d'histoire américaine). Le bâtiment - qui a ouvert ses portes en 1964 sur le National Mall à Washington, DC - a été conçu à dessein pour accueillir un pendule. Il pendait au plafond du troisième étage et s'étendait à 30 mètres du centre du bâtiment, où il balançait lentement et rythmé à travers un cercle fantaisiste au premier étage. Le pendule Smithsonian était destiné à être vu d’en haut, au deuxième étage.
Appareil pendulaire inspiré par Foucault au musée CosmoCaixa de Barcelone, en Espagne. À mesure que la trajectoire du pendule se modifie en raison de la rotation de la Terre, le bob renversera progressivement toutes les barres verticales situées autour de la circonférence du cercle. (Wikimedia Commons) En regardant vers le bas, les visiteurs apercevaient un bob en laiton creux symétrique pesant environ 240 livres et ayant la forme d’une larme inversée. En se déplaçant d'avant en arrière - facilitée par une poussée électromagnétique pour le maintenir en permanence, malgré la résistance de l'air et les vibrations du câble - il renversait des broches d'une hauteur de quelques centimètres se tenant à des points fixes le long de la circonférence d'un petit cercle. Au fil du temps, les téléspectateurs ont pu voir la direction du balancement du pendule, ce qui impliquait que la Terre tournait sous eux.
Le pendule Smithsonien, comme tous les pendules, s'est déplacé conformément à la loi sinusoïdale de Foucault, qui prédit à quel point le trajet d'un pendule se déformera chaque jour en fonction de sa latitude. En l'absence de toute force extérieure, un pendule oscillerait dans un seul plan pour toujours - il n'y aurait pas de décalage angulaire graduel. Mais la Terre tourne, alors l'histoire n'est pas si simple.
Comme tous les points de la surface de la Terre tournent comme une unité, il s'ensuit que ceux situés dans les parties les plus larges de la planète, plus proches de l'équateur, doivent parcourir plus de mètres par seconde (c'est-à-dire aller plus vite) pour «suivre» le tracé des points. petits cercles chaque jour aux extrêmes latitudes nord et sud. Bien qu’ils ne le sentent pas, une personne à Quito, en Équateur, se déplace à une vitesse sensiblement plus élevée que celle de Reykjavik, en Islande.
Parce que chaque balancement d’un pendule le prend d’un point plus éloigné de l’équateur à un point plus proche de l’équateur et inversement, et que les vitesses à ces points diffèrent, le trajet du pendule est légèrement déformé à chaque balancement, progressivement éloigné son orientation d'origine. L'ampleur de cet effet dépend de l'endroit où le pendule se balance sur Terre.
Au pôle Nord, où de petits changements de latitude ont de grandes conséquences, le trajet tracé par un pendule évoluerait à 360 degrés en à peine 24 heures, explique Thompson. À l'équateur, pendant ce temps, le mouvement d'un pendule ne serait pas du tout déformé.
Foucault a prédit que, suivant sa loi sine, la trajectoire de son pendule à Paris changerait de 11, 25 degrés toutes les heures, ou de 270 degrés par jour. Et ça l'a fait.
Le pendule du Smithsonian a finalement été mis hors service au motif qu’il n’avait pas grand-chose à voir avec l’histoire américaine, nouveau centre de l’ancien Musée de l’histoire et de la technologie. (Archives de la Smithsonian Institution) Sa loi des sinus permet à quiconque ayant des bases solides en trigonométrie d'utiliser un pendule pour déterminer leur latitude. Mais surtout, dans les musées du monde entier, le pendule est devenu un objet qui suscite l’émerveillement.
Aussi emblématique que l'éléphant qui accueille les visiteurs dans la rotonde du Muséum national d'histoire naturelle du Smithsonian, le pendule du musée d'histoire et de technologie constituait un lieu de rencontre, une toile de fond remarquable pour la réflexion et l'éducation. «Cela ressemblait beaucoup à une fontaine dans un parc», explique Peter Liebhold, conservateur de la division du travail et de l'industrie au American History Museum.
Les enfants et les adultes regardaient le pendule, méditant sur son mouvement et sa signification. Un matin de 1998, avant l’ouverture du musée, le câble s’est brisé, renvoyant l’énorme bob vers le sol, manquant de peu un employé.
Plutôt que de réparer le câble, le musée a choisi de retirer le pendule de Foucault. Son directeur à l'époque a décidé que l'appareil n'avait pas grand-chose à voir avec l'Amérique ni avec l'histoire, explique Liebhold.
La décision a divisé les membres du personnel. «Il y avait des câlins et des ennemis du pendule», dit Liebhold. Les employés de Pro-pendulum ont dit que c'était cool et amusant à regarder. Le groupe anti-pendule a estimé que cela n’ajoutait pas grand-chose aux efforts du musée pour enseigner au public l’histoire et la culture américaines.
Bien que Liebhold ait déclaré être dans le camp des ennemis, il pense que les pendules ont leur place, juste ailleurs. Un pendule «renforce la confiance des masses dans le pouvoir de la science», dit-il.
Thompson est d'accord et note que, même si le pendule n'est plus nécessaire pour prouver la rotation de la Terre, «il est utile de pouvoir engager les enfants dans la science».
