Les instruments scientifiques

Sextant

Les marins se sont toujours repérés en pleine mer en s’appuyant sur l’observation de la voûte céleste. Il leur fallait mesurer la hauteur du Soleil, des étoiles ou des planètes par rapport à l’horizon afin de déterminer la position du bateau. Au XVe siècle, on se servait de quarts de cercles équipés de deux miroirs mettant en correspondance l’astre repère avec la ligne d’horizon.

Cercle à réflexion

Le calcul des longitudes, indispensable pour situer avec exactitude un navire en pleine mer, n’a été possible qu’au XVIIIe siècle avec la mise au point de l’octant. Mais cet instrument souffre d’un manque de précision. Le mathématicien français Charles de Borda résout finalement le problème en imaginant un cercle à réflexion.

Télescope spatial Sigma

Initié en 1981, le projet Sigma (Système d’imagerie gamma à masque aléatoire) a été l’un des principaux maillons du programme français d’astronomie gamma. L’objectif de ce projet était d’observer des phénomènes astronomiques qui ne peuvent pas être révélés par les télescopes traditionnels à miroirs.

Pile de poids de 50 marcs, dite pile de Charlemagne

Le musée conserve la pile de Charlemagne, copie d’une ancienne série de poids aujourd’hui disparue. Les poids sont empilés les uns sur les autres et totalisent 50 marcs (soit un peu plus de 12 kilogrammes).

Mètre étalon

C’est pour répondre à la multiplicité des unités de poids et mesures que la France révolutionnaire se penche sur la mise en place d’un système universel. Le 26 mars 1791, l’Assemblée constituante adopte la proposition de l’Académie des sciences qui crée le mètre, égal au dix-millionième du quart de la mesure du méridien terrestre. Deux astronomes, Jean-Baptiste Delambre et Pierre Méchain, vont se charger de mesurer cette portion de la ligne imaginaire qui relie les deux pôles de notre planète.

Cadran solaire équatorial

Les cadrans solaires ont été parmi les premiers dispositifs élaborés pour connaître l’heure. La variation de l’ombre d’une tige (appelée gnomon ou style) sur une table graduée marque la rotation de la Terre sur son axe, et donc le temps solaire. Le cadran indique le midi solaire, le moment où le Soleil est le plus haut dans le ciel.

Canon méridien

À la fin du XVIIIe siècle, l’horloger parisien Rousseau imagine un « canon méridien », équipé d’une lentille qui concentre les rayons du Soleil quand celui-ci est à son zénith, enflammant un tas de poudre dont la détonation avertit les habitants du quartier qu’il est midi. Ce canon méridien est une réplique à échelle réduite de celui qui trône dans les jardins du Palais-Royal depuis 1786.

Horloge à eau

Vers la fin des années 1660, l’architecte et médecin Claude Perrault imagine une véritable horloge dont les mécanismes sont animés par le passage de l’eau. L’écoulement du liquide dans une roue à godets actionne les rouages et l’horloge peut même sonner. Tous ces dispositifs manquent toutefois de précision, et le perfectionnement et la miniaturisation de la mécanique tendent bientôt à les remplacer par des horloges à ressorts.

Régulateur astronomique

Ce régulateur, appelé aussi « horloge de parquet », a la particularité de battre la seconde et de servir de référence pour régler d’autres horloges. Il indique séparément les heures des minutes grâce à deux petits cadrans placés à l’intérieur d’un grand cadran double.

Montre n°92 à double face et à grandes complications

Né à Neuchâtel, Abraham Louis Breguet a fabriqué des horloges, chronomètres et montres d’une facture exceptionnelle. Ses montres à complications* connaissent un très grand succès dans les cours européennes. La reine Marie-Antoinette contribue à faire connaître Breguet, qui fournit également l’empereur Napoléon Ier ou la reine de Naples Caroline Murat, pour laquelle l’horloger met au point la première montre-bracelet, vers 1810.

Pendule à cadrans annulaires

Cette pendule à double cadran était destinée à être exposée sur un meuble ou sur le manteau d’une cheminée. Sa disposition, « à cadrans annulaires », est originale : l’heure et les minutes ne sont pas indiquées par des aiguilles qui évoluent sur un cadran circulaire, mais par la rotation de deux anneaux sur lesquels les chiffres ont été peints.

Horloge à longitude n°24

Dans les années 1730, les horloges marines viennent compléter les instruments de navigation traditionnels. Au moment du départ, l’horloge marine est mise à l’heure. En mesurant le décalage entre l’heure indiquée par cette horloge et l’heure « constatée » (par exemple avec un cadran solaire), les marins peuvent déterminer la longitude et donc connaître précisément leur position en pleine mer.

Régulateur à marées

Connu pour ses pendules à sphères astronomiques, le Jurassien Antide Janvier fait figure de précurseur. Horloger du roi, il se propose en 1786 de construire une grande horloge pour indiquer l’heure des marées du monde entier.

Pendule mystérieuse

Apparues au milieu du XVIIIe siècle, les pendules « mystérieuses » sont autant conçues pour donner l’heure que pour surprendre. Les constructeurs imaginent des subterfuges pour en masquer la nature, et n’hésitent pas à faire appel à la sculpture ornementale. Les pendules mystérieuses sont souvent de véritables chefs-d’œuvre de mécanique.

Horloge pneumatique réceptrice

Pour s’affranchir du remontage des horloges, source de dérèglement, Charles Bourdon imagine un dispositif astucieux reposant sur un moteur « hydropneumatique ».

Horloge électrique distributrice

C’est depuis son atelier de la Nouvelle-Orléans que l’horloger français Stanislas Fournier s’est intéressé à l’utilisation de l’électricité dans l’horlogerie. Lauréat du Grand Prix d’horlogerie mécanique à l’Exposition universelle de Paris, en 1867, il conçoit des pendules et des sonneries d’horloges électriques.

Thermomètre et baromètre

Les thermomètres et baromètres font partie des instruments usuels des cabinets de physique. Ils utilisent la dilatation des liquides pour mesurer la température et la pression atmosphérique. Antoine Assier-Perricat et André Bourbon, tous deux fabricants d’instruments de mesures, sont réputés pour la précision de leurs appareils et pour la qualité du verre soufflé de leurs tubes.

Grand miroir réflecteur

Connus depuis l’Antiquité, les miroirs ardents occupent, à partir du XVIIe siècle, une place de choix dans les galeries et cabinets de curiosités. En concentrant les rayons du Soleil, ils permettent de réaliser des expériences nécessitant de très hautes températures : vitrification de la terre, fonte de métaux ou de pierres.

Le laboratoire de Lavoisier

Antoine Laurent de Lavoisier est considéré comme le père de la chimie moderne. Ses travaux sur l’identification de l’oxygène, la conservation de la matière (« rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ») ou la synthèse de l’eau occupent une place de premier ordre dans l’histoire de la chimie.

Bouteille de Leyde dans une cloche à vide, dite matras lumineux

La bouteille de Leyde peut être considérée comme le premier condensateur électrique : elle servait à accumuler de l’électricité et à produire une décharge. Les premières bouteilles sont conçues par le savant hollandais Pieter van Musschenbroek à Leyde en 1745. L’année suivante, le physicien Nollet fait connaître cette invention à Louis XV en électrisant, dans la galerie des Glaces du château de Versailles, cent quatre-vingts gardes royaux.

Microscope composé

Permettant d’observer l’infiniment petit, le microscope a contribué à la révolution scientifique du XVIe siècle. Ce très bel instrument, d’une remarquable facture, a appartenu à Michel Ferdinand d’Albert d’Ailly, duc de Chaulnes.

Monocorde à clavier

Ce monocorde à clavier est l’œuvre de l’Allemand Jean Tobie Schmidt (Johann Tobias Schmidt), facteur de pianos et de clavecins. Installé à Paris dès les premières années de la Révolution française, Schmidt est entre autres connu pour avoir perfectionné la guillotine, très utilisée entre 1792 et 1795.

Éolipyle sur chariot

L’éolipyle est une machine pneumatique dont l’invention est attribuée à Héron d’Alexandrie, mathématicien grec du Ier siècle ap. J.-C. En chauffant de l’eau dans une sphère métallique équipée de deux tubes, Héron d’Alexandrie obtint de la vapeur dont l’échappement faisait tourner la sphère.

Règle à calcul type Robertson

Attestée dans les collections du Conservatoire en 1853, cette grande règle à calcul anglaise est d’un type inventé par John Robertson, qui dirigea notamment l’Académie royale de marine à Portsmouth. Perfectionnement de la règle logarithmique imaginée par le mathématicien londonien Edmund Gunter, s’inscrivant dans la lignée des travaux de Neper sur les logarithmes, cette règle en bois et laiton comprend plusieurs échelles fixes et une échelle coulissante, un mécanisme de réglage à vis et un curseur.

Machine à calculer multiplicatrice circulaire

L’auteur de cette machine à calculer, David Roth, est un médecin juif hongrois ayant émigré en France où il a exercé l’homéopathie pendant trente ans auprès de clients parisiens aisés. Les mécanismes de la machine de Roth sont basés sur le principe de leur transmission successive : le nombre de roues et donc la taille des nombres n’est plus limité par la force à employer.

Hyperboloïde à une nappe

Fondateur de l’École centrale des arts et manufactures en 1829, professeur au Conservatoire des arts et métiers, Théodore Olivier commanda à Hippolyte Pixii, constructeur d’instruments de mathématiques, des modèles géométriques articulés représentant une série de surfaces et leurs modifications. Le modèle présenté permet de visualiser la transformation d’un cylindre en cône, les deux volumes donnant naissance à un hyperboloïde par rotation du cercle supérieur.

Cercle répétiteur

C’est au milieu des années 1780 que Charles de Borda apporte divers perfectionnements aux instruments de géodésie destinés à mesurer la distance entre deux points. Il conçoit un cercle répétiteur fondé sur le principe de la mesure par triangulation : il s’agit de déterminer une distance non plus en mesurant le terrain, mais en considérant les angles formés par des repères situés en hauteur (clochers, châteaux, arbres).

Microscope de repérage, lanceur à manivelle et gyroscope

Cet instrument fonctionne sur le même principe qu’une toupie : un tore (disque de bronze renflé sur son bord) est mis en mouvement à l’aide d’un appareil à manivelle. Grâce à sa très grande vitesse de rotation (entre 150 et 200 tours/seconde), le tore n’est plus soumis aux contraintes de la pesanteur pendant dix à quinze minutes. Il suffit alors de mesurer, à l’aide d’une aiguille ou d’un microscope, la lente rotation du cardan installé autour du tore pour constater la rotation de la Terre.

Appareil pour la mesure de la vitesse de la lumière

C’est à l’Observatoire de Paris que Léon Foucault poursuit les travaux de François Arago sur la vitesse de la lumière. Son dispositif expérimental consiste à faire passer un faisceau lumineux à travers une mire micrométrique (composée de traits verticaux distants de 1/10 de millimètre). Les rayons se réfléchissent ensuite dans un miroir tournant à la vitesse de 400 tours/minute puis, successivement, dans quatre miroirs fixes.

Chambre proportionnelle multifils

À partir du début du XXe siècle, différents dispositifs expérimentaux sont mis au point par les physiciens pour détecter de nouvelles particules. Leur principe consiste à observer non pas l’objet lui-même mais la trace laissée par son passage. En 1912, grâce à la chambre de Wilson, on pouvait ainsi suivre la trace des particules par l’ionisation* d’un gaz.

Tube à rayons X modèle OM1

Fin 1895, le physicien allemand Wilhelm Röntgen, menant des expériences sur des décharges électriques dans les gaz raréfiés à l’aide d’un tube de Crookes, met en évidence un rayonnement inconnu qu’il baptise « rayons X ». Interposant sa main entre le tube et un écran, il constate que ses os sont visibles, mais non les parties moins denses de sa main. Les médecins vont très rapidement utiliser ces nouveaux rayons pour observer des organes malades ou détecter des corps étrangers comme des balles de fusil.

Microscope électronique en transmission Elmiskop 102

Acquis en 1973 par l’Institut national de la santé et de la recherche médicale, ce microscope électronique a été utilisé pour l’étude de virus cancérigènes.

Robot Hilare

Le robot Hilare a été conçu en 1977 au Laas, laboratoire du CNRS situé à Toulouse. Il est considéré comme le premier robot mobile français capable de se déplacer de façon autonome dans un milieu inconnu.

Robot Lama

Destiné à l’exploration et à la cartographie de la planète Mars, le Lama repose sur un châssis prototype issu du programme spatial russe. Fruit de la collaboration entre Alcatel Espace et le Laas pour l’instrumentation, ce robot peut décider seul de ses mouvements grâce à ses capacités de perception et de modélisation de l’environnement.