GRAVITATION

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Copernic, Kepler, Galilée : héliocentrisme et attraction

Les progrès spectaculaires de l’observation du ciel aux xvie et xviie siècles se révéleront comme une des clés de la compréhension de la gravitation. Les difficultés des diverses améliorations du système de Ptolémée interrogeaient de nombreux savants européens, et l’idée de point équant paraissait erronée à beaucoup. Élève et assistant de l’astronome Domenico Maria Novara (1454-1504) à l’université de Florence, le Polonais Nicolas Copernic (1473-1543) observe par exemple en mars 1497 l’occultation de l’étoile Aldébarran par la Lune. Prêtre, juriste et médecin, son intérêt pour l’astronomie le pousse à construire en 1513 une tour équipée d’instruments astronomiques d’où il multiplie les observations du Soleil, de la Lune et des étoiles. Dès 1514, il écrit un bref Commentariolus dont la conclusion est que la Terre tourne autour du Soleil comme les autres planètes, les perturbations apparentes dans les mouvements observables des planètes résultant de la rotation terrestre autour de son axe et de son trajet orbital. Copernic réserva à quelques amis la lecture de cet ouvrage qu’il ne chercha pas à publier. Perfectionniste, il corrigea et développa ses thèses pendant quinze ans avant de rassembler ses conclusions dans le De Revolutionibus orbium caelestium qu’il achève en 1530, mais qui ne sera publié qu’après sa mort. Copernic y explique comment le fait de considérer les mouvements des planètes dans un système héliocentrique – en fait, centré sur un point très proche du Soleil – simplifie considérablement les calculs de leurs trajectoires, des cercles concentriques, Mercure et Vénus se trouvant plus proche du Soleil que la Terre, Mars, Saturne et Jupiter. La complexité mathématique de l’ouvrage restreint cependant son audience au public universitaire chez lequel il connaît un succès certain.

Les lois gouvernant ces trajectoires célestes restent cependant inconnues. L’astronome allemand Johannes Kepler (1571-1630) les énonce en 1609 dans son Astronomia nova : les orbites planétaires sont des ellipses et non pas des cercles, et chaque planète balaie des surfaces égales pendant des durées égales. Déduites des observations de l’astronome danois Tycho Brahe (1546-1601) dont Kepler était l’assistant depuis 1598, ces lois sont développées dans les cinq livres de l’Harmonia Mundi en 1618. La troisième loi, qui précise que le cube de la distance moyenne entre une planète et le Soleil est proportionnel au carré de sa période de révolution, inspirera particulièrement Isaac Newton pour accéder, soixante ans plus tard, à la compréhension mathématique de la gravitation.

Le système de Tycho Brahe

Photographie : Le système de Tycho Brahe

Par son étude du système solaire, le Danois Tycho Brahe (1546-1601) ouvrit la voie aux découvertes de Copernic. 

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Isaac Newton

Photographie : Isaac Newton

La contribution d'Isaac Newton (1643-1727) à l'exploration du système solaire ne se limite pas à ses travaux sur la théorie de la gravitation. Ses recherches en optique ont eu également de nombreuses suites. En 1666, il découvre que la lumière du Soleil qui traverse un prisme de verre se... 

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La publication en 1633 du Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano (Dialogue sur les deux grands systèmes du monde) fut le motif d’inculpation de Galileo Galilei (1564-1642) devant le tribunal de l’Inquisition. L’aménagement de la sentence d’emprisonnement à vie en un séjour peu sévère en maison d’arrêt à Sienne sous la garde bienveillante de l’archevêque Piccolomini, son ancien étudiant, puis dans une maison proche de Florence, lui permet de rédiger ses Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze attenenti alla mecanica & i movementi locali (Discours concernant deux sciences nouvelles). Dans cet ouvrage, Galilée rassemble les résultats de ses nombreuses expériences sur les mouvements des pendules et des objets se déplaçant sur des plans inclinés. La résistance des matériaux – et en particulier la résistance à la rupture des cylindres pleins ou creux – occupe les deux premières « journées » tandis que l’exposé d’une « science absolument nouvelle » sur le sujet des mouvements – uniforme, accéléré, puis « de projection » – constitue ce que beaucoup considèrent comme le texte fondateur de la physique moderne.

Les démonstrations mathématiques de Galilée sont surtout des calculs géométriques précis, mais la principale nouveauté de son exposé est dans l’analyse scrupuleuse des conditions d’une expérience, par exemple dans le cas du mouvement d’une bille sur un plan incliné. Il parvient ainsi à énoncer un « principe d’inertie » selon lequel tout corps possède une inertie qui l’oblige à [...]

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Système de Ptolémée

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Le système de Tycho Brahe

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  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « GRAVITATION », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/gravitation/