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L’essor du nouvel esprit scientifique et technique (XVIe au XVIIIe s.)

10 Avril 2017 , Rédigé par GUEDON Jean - Jacques Publié dans #Hist-Géo Seconde

Comment les progrès scientifiques et techniques révolutionnent-ils les sociétés européennes ? L’exemple des mathématiques et de l’astronomie.

 

I – La naissance de l’expérience et la méthode scientifiques

- Document 3 page 207 : les quatre principes de la méthode selon Descartes (1596-1650, mathématicien, physicien et philosophe français)

Dans le discours de la méthode, 1637, Descartes construit une méthode intellectuelle qui permet d’éviter l'erreur et reconstruire le savoir sur des fondements certains.

1) En quoi consiste la méthode « scientifique » de Descartes ?

Quatre préceptes pour résoudre un problème, accéder à une connaissance irréfutable.

1. Douter de toute connaissance acquise auparavant, ne retenir que ce qui évident, démontrable, et qui ne peut être l’objet de contestations. Poser le problème, la théorie, donner les hypothèses … .

2. Diviser la démonstration –ou l’expérience- en une multitude d’étapes. Pour chacune, mettre en évidence toutes les difficultés rencontrées afin de mieux les examiner et les résoudre.

3. Organiser la démonstration –ou l’expérience-, des étapes les plus simples aux plus compliquées.

4. Revérifier la démarche afin de valider ou non la théorie de départ, au problème posé.

La méthode de Descartes vaut surtout pour le raisonnement mathématique, c’est-à-dire un raisonnement abstrait, reposant sur le calcul. Appliquée aux sciences physiques et naturelles cette méthode a amené les hommes de sciences à douter de ce que leur transmettent leurs sens, à douter de leur ressenti immédiat, de leurs croyances. Elle leur a appris aussi à avoir confiance en leur imagination, leur intuition et leur créativité.

  • Les hommes de sciences sont aussi des créateurs de machines, d’instruments pour développer leurs expériences, prouver leurs hypothèses.

Document 3 et 4 page 209 : Galilée (1564-1642)

4) Par quelle invention et expérience Galilée va-t-il faire progresser l’astronomie ? Pour observer les étoiles et les planètes Galilée a l’idée d’utiliser un instrument d’optique composé d’une lentille convergente et d’une lentille-oculaire divergente inventé quelques temps auparavant en Europe du Nord. Galilée invente donc une lunette astronomique capable de grossir trente fois qui lui permettra de voir les taches du soleil, que la voie lactée est en fait composée d’une multitude d’étoiles et que la lune n’est pas lisse (« mers », montagnes, cratères).

A la fin du XVIIe s. Isaac Newton (1643-1727) met au point le télescope à miroir dont la formule optique porte encore son nom : un miroir métallique concave fait converger le faisceau de lumière vers un miroir plan plus petit qui le dévie vers l’oculaire d’observation.

 

II – La « révolution copernicienne »

- Documents 1 et 2 page 208 (+ biographie de Nicolas Copernic à la fin du manuel). La nouvelle conception du monde révélée par Copernic révolutionne les sciences.

Q1 Quelles sont les thèses de Copernic ?

N. Copernic, un Polonais qui fit des études en Italie, utilisa les outils mathématiques à sa disposition pour construire un nouveau modèle d’organisation du cosmos. Son modèle est plus simple que celui admis à l’époque par l’Eglise, celui du Grec Ptolémée.

Ce dernier a fait au II e s. la synthèse des connaissances de l’Antiquité et proposé un modèle dans lequel :

1. la Terre est le centre de l'univers, immobile : les changements des saisons et de jour et nuit se font donc par mouvements extérieurs à la Terre.

2. les mouvements des planètes de la lune et du soleil doivent être parfaits, c’est-à-dire circulaires, et tous centrés sur la terre.

Mais ce modèle introduit des mouvements secondaires des astres pour expliquer les saisons, la rétrogradation apparente des planètes et les mouvements de la voute céleste. Finalement, le modèle de Ptolémée est très complexe. Copernic propose donc un modèle plus simple en utilisant les mathématiques. Il énonce plusieurs postulats :

1. Il n’y a pas de centre unique pour toutes les orbites. La terre n’est que le centre de l’orbite de la lune.

2. Le soleil est au centre de toutes les orbites des planètes

3. Tous les mouvements apparents du soleil et des étoiles sont dus à la rotation de la terre sur elle-même.

  1. Le mouvement rétrograde apparent des planètes s’explique par le mouvement de la terre sur son orbite.

- 2) Document 5 p. 209. Quel reproche Galilée fait-il sur la façon dont l’Eglise interprète les Ecritures ?

Le modèle de Ptolémée qui place la Terre et l’Homme au centre de la création satisfait pleinement l’Eglise. Galilée lui reproche de lire à la lettre les Ecritures, de ne pas les questionner ou d’exercer une lecture critique du texte sacré. Car celui-ci, conforme à ce qui peut être vu, considère que la terre est immobile et que tous les astres gravitent autour d’elle. L’Eglise considère la Théologie comme une « science » supérieure à l’astronomie ou aux mathématiques. Dans ses différents écrits Galilée manifeste beaucoup d’impertinence, de moquerie à l’égard de l’Eglise, ce qui lui vaudra une condamnation en 1633, malgré les soutiens que l’astronome possédait parmi les Jésuites. Le contexte des guerres de religion explique en partie la réaction ferme de la papauté.

- Par ses observations Galilée confirmait la thèse de N. Copernic.

3) En quoi l’observation des satellites de Jupiter par Galilée avec sa lunette confirme-t-elle la thèse de Copernic ? Pour la première fois il observait des astres en mouvement, ici les quatre satellites autour de la planète Jupiter. Aussi il démontre que toutes les orbites n’ont donc pas pour centre la terre.

 

III – L’élaboration des grandes lois de la physique : Kepler et Newton

Mais le modèle de Copernic est loin d’être parfait car les orbites y sont circulaires, les vitesses constantes. Il n’explique pas les différences de luminosité des planètes et les variations de leur vitesse apparente.

De plus, il maintient la différence entre la perfection de la sphère des étoiles, un monde immuable, et l’imperfection du monde sublunaire (en dessous de la lune), où se produisent tous les phénomènes imprévus (étoiles filantes, météores, comètes, phénomènes météorologiques etc…)

Or, les observateurs utilisent des instruments de plus en plus précis et contestent ce dernier point. Ainsi Tycho Brahé, prince et astronome danois, voit l’apparition d’une nouvelle étoile en 1572 –une supernova- et calcule l’orbite de la comète de 1577, qu’il place bien au-delà de la lune. Le monde sublunaire n’est donc pas immuable et parfait puisque des astres y apparaissent et disparaissent…

Surtout il établit des tables astronomiques qui donnent avec une très grande précision les coordonnées des planètes et des étoiles…

Celles-ci sont utilisées par Johannes Kepler (1571-1630) pour établir ses lois sur les planètes dans Astronomia nova (1609)…

  1. Quelle matière scientifique permet à Johannes Kepler d’élaborer ses lois ? Ce sont les mathématiques qui permettent à Johannes Kepler d’établir ses lois. Il soutient le modèle héliocentrique (de Copernic) et pose l’hypothèse de de l’ellipticité des orbites planétaires pour le perfectionner ; il utilise les observations de Brahé ; finalement, il établit des lois sur les orbites planétaires. Les observations astronomiques confirment les lois qu’il établit.

Diapo. Décrivez les lois de Kepler. Kepler établit des relations mathématiques entre les distances planètes- soleil, la distance parcourue et les surfaces obtenues pour une durée équivalente. Les orbites sont elliptiques, la vitesse et la distance parcourues sur l’orbite varient en fonction de la distance au soleil. Mais à durée équivalente, les aires obtenues sont égales.

Isaac Newton, à la fin du XVIIe s., dans ses Principes mathématiques, « donne la raison des lois de Kepler » (Article Kepler de l’Encyclopédie) : une force, l’attraction universelle.

Doc. 4 page 207. Qu’apporte la loi de l’attraction universelle ? Tous les astres exercent une force d’attraction en fonction de leur masse. L’intensité de cette force dépend de la distance entre ces astres. Cette force s’oppose au mouvement centrifuge des planètes et explique leur mouvement orbital autour du soleil.

Quelle faiblesse reconnait-il à sa loi ? La loi est une construction mathématique, il est incapable d’expliquer la « raison », la « cause » de cette force de gravitation. Cette faiblesse explique en partie les controverses autour des idées de Newton au XVIIIe s.

 

IV – La réception des idées de Newton au XVIIIe s.

- Quel est le reproche fait à la théorie de Newton ? On reproche à Newton d’être incapable d’expliquer l’origine de sa force et comment elle passe d’un astre à un autre sans aucun contact et fluide pour la transmettre. Il est alors inconcevable d’imaginer qu’un astre se déplace dans le « vide » et c’est pour cela que Descartes avait repris l’idée d’un fluide dans lequel se mouvait les planètes, l’éther. Pour le mathématicien français, les tourbillons d’éther expliquent le mouvement des planètes. Newton ne dit pas que la force, l’attraction universelle, s’y déplace et reconnait son incapacité à savoir comment elle s’exerce.

- Défendre Newton. Diapo, doc. 1-2 p. 210. Qui soutient la théorie de Newton ? Comment ?

Si l’attraction universelle est rejetée par une partie des intellectuels, d’autres la défendent dans leurs publications, dans les salons, les académies et les sociétés savantes, des lieux où se réunissent les élites politiques, économiques et culturelles et se transmettent les avancées scientifiques (définitions page 206). Des lettrés soutiennent Newton en publiant des ouvrages de vulgarisation (doc. 2), ou en traduisant en français les Principes mathématiques. La traduction a été faite par Emilie du Châtelet (1706-1749), amie de Voltaire avec qui elle eût une correspondance soutenue (doc.1).

Le philosophe fançais fût aussi un grand défenseur de l’attraction universelle, par exemple dans sa quatorzième lettre philosophique (1734).

QUATORZIEME LETTRE SUR DESCARTES ET NEWTON.

Un Français qui arrive à Londres trouve les choses bien changées en Philosophie comme dans tout le reste. Il a laissé le monde plein ; il le trouve vide. A Paris, on voit lʹunivers composé de tourbillons de matière subtile (1); à Londres, on ne voit rien de cela. Chez nous, cʹest la pression de la lune qui cause le flux de la mer ; chez les Anglais, cʹest la mer qui gravite vers la lune. (…) Vous remarquerez encore que le soleil, qui en France nʹentre pour rien dans cette affaire, y contribue ici environ pour son quart. Chez vos Cartésiens, tout se fait par une impulsion quʹon ne comprend guère; chez M. Newton, cʹest par une attraction dont on ne connait pas mieux la cause ; à Paris, vous vous figurez la terre faite comme une (sphère) ; à Londres, elle est aplatie (aux deux pôles). La lumière, pour un cartésien, existe dans lʹair ; pour un Newtonien, elle vient du soleil en six minutes et demie. (1) : les tourbillons d’éther.

Quelle opposition Voltaire établit-il ? Pour qui sa préférence va-t-elle ? Voltaire oppose la science anglaise à la science française dominée par les idées de Descartes. Sa préférence va à la première.

Angleterre

France

L’espace est vide

La mer est attirée par la lune (marée)

et le soleil

L’attraction est une force qui explique les mouvements

La lumière vient du soleil

La terre est aplatie aux pôles

L’espace plein d’éther

La lune exerce une pression sur l’eau

 

Les mouvements s’expliquent par les tourbillons d’éther

La lumière existe dans l’atmosphère

La terre est sphérique

 

- Au XVIIIe s., les travaux et les expériences scientifiques s’accélèrent, des savants cherchent à montrer que Newton a raison. Mesurer le rayon de la terre au pôle N et à l’équateur permet de montrer que la planète est bien aplatie. C’est le but des expéditions de Maupertuis (1735-6) en Laponie et de la Condamine en Equateur (1735-45) pour mesurer un arc de méridien par triangulation. Le même arc de méridien ne correspond pas à la même distance mesurée au sol par les deux hommes, celle de Maupertuis est moins longue, le rayon terrestre au pôle est donc plus court.

Diapo. Observez les gestes de Maupertuis, que veut-il démontrer ? Une main pointe le paysage glacial de la Laponie, l’autre appuie sur le haut du globe terrestre pour montrer que la terre est bien aplatie.

Doc. p. 204. Comment les calculs et l’observation confirment-ils la thèse de Newton ? La loi sur la gravitation permet d’expliquer la trajectoire de tous les objets célestes, notamment des comètes qui ont une orbite très elliptique et qui peuvent avoir leur trajectoire perturbée par leur passage à proximité d’une planète. La loi de Newton peut calculer la date du retour d’une comète en fonction de toutes les conditions de sa trajectoire. Ainsi l’astronome anglais Halley et ses successeurs prévoient le retour d’une comète avec une grande précision pour l’année 1759. La comète est bien présente et porte depuis le nom de l’astronome anglais.

CCL : Au XVIIIe s. la place de l’homme dans l’univers a profondément changé. De leur côté, la géographie, l’anatomie et les sciences de la nature connaissent un progrès comparable. Aussi, les lettrés des Lumières peuvent tenter un inventaire des savoirs scientifiques et techniques qu’ils publient pour le rendre accessible au plus grand nombre de personnes (dans l’Encyclopédie par exemple). Mais au siècle suivant une telle entreprise devient compliquée car les découvertes se succèdent de plus en plus rapidement…

La sphère des étoiles ; l'observatoire de Tycho Brahé ; Maupertuis en Laponie
La sphère des étoiles ; l'observatoire de Tycho Brahé ; Maupertuis en Laponie
La sphère des étoiles ; l'observatoire de Tycho Brahé ; Maupertuis en Laponie

La sphère des étoiles ; l'observatoire de Tycho Brahé ; Maupertuis en Laponie

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