PHOTOGRAPHIES A COURTS INTERVALLES

sivement tous ces objectifs au moyen d'un disque fenêtré qui tourne très rapidement. M. Londe m'a montré un appareil de ce genre qu'il a imaginé, et M. Muybridge, de son côté, m'a envoyé les dessins d'un instrument semblable.

Dans son instrument, M. Londe a donné au disque tournant qui démasque successivement les différents objectifs une vitesse insuffisante pour prendre des images à très courts intervalles. J'en ai fait construire un du même genre dans lequel les six images sont prises en 1/10 de seconde : l'intervalle de temps qui s'écoule entre chacune d'elles est donc de 1/60 de seconde et, comme l'ouverture qui laisse passer la lumière n'est que d'un centième de la circonférence du disque, le temps de pose pour chaque image n'est que d'un millième de seconde ^

Cet appareil est spécialement destiné à étudier les phases d'un mouvement très rapide exécuté sur place par un homme ou par un animal; les mouvements accompagnés de translation du corps sont plus facilement analysés par une méthode qui sera

Fig. 15. Une série de silhouettes obtenues à de très courts intervalles, au moyen de l'appareil à six objectifs. L'homme qui lance une pierre présente des attitudes différentes du bras, et la pierre elle-même se déplace d'une image à l'autre. (La partie inférieure du corps était cachée par une balustrade; on l'a supprimée dans la figure.)

décrite tout à l'heure. Mais si nous considérons par exemple l'acte de lancer une pierre, l'homme dont on prend l'image reste en place au-devant de l'appareil ; son bras seul est animé d'un mouvement rapide dont il s'agit de déterminer les phases. La

L Une grande difficulté se présentait dans la construction de cet instrument : c'est de ne laisser arriver la lumière qu'une fois dans chacun des six objectifs. Pour cela, un obturateur spécial doit s'ouvrir^ à un instant donné de la rotation du disque, rester ouvert pendant un tour complet de celui-ci et se fermer à la fin de ce tour. C'est au moyen de l'air comprimé et en serrant une poire en caoutchouc que l'on produit l'entraînement de cet obturateur par le disque et sa clôture après une révolution du disque. L'extrême vitesse des pièces qui se rencontrent donne lieu à un choc violent et compromettra certainement la durée de l'instrument.

figure 15 montre une série de silhouettes ainsi obtenues. Ces images, découpées sur le papier, ont été disposées en série linéaire, de façon à bien montrer les changements d'attitude à des instants successifs. La pierre qui, dans la première silhouette (en commençant par la gauche), vient de s'échapper de la main, se trouve de plus en plus haut dans les images suivantes. En même temps, la main se ferme, le bras se porte de plus en plus à gauche et finit par être entièrement derrière la tête.

Images successives obtenues, avec un seul objectif, sur une même plaque immobile. '

Dans toutes les expériences qui viennent d'être décrites, les images obtenues sont indépendantes les unes des autres ; si l'on en veut tirer la connaissance des mouvements d'un animal, il faut, en s'aidant de repères analogues aux lignes numérotées de M. Muybridge, échelonner ces figures en série et les imbriquer pour ainsi dire, de sorte que chacune d'elles occupe, sur le papier, la place qui correspond à celle que l'animal occupait dans l'espace à l'instant où il a été photographié. Il m'a paru fort utile d'éviter ce travail long et minutieux. J'y suis arrivé par la méthode suivante.

On braque l'appareil photographique en face d'un écran noir, et devant cet écran on fait passer un homme vêtu de blanc, un animal, un objet quelconque, blanchis et vivement éclairés par le soleil. Pendant ce temps, un appareil rotatif laisse passer la lumière à des intervalles réguliers; à chaque admission de la lumière, une image se forme sur la glace sensible, en des points différents.

On conçoit, en effet, que l'appareil photographique puisse être ouvert en face d'un écran noir sans que la plaque en reçoive d'impression. A un moment donné, faisons apparaître devant un point de cet écran un homme vêtu de blanc et fortement éclairé ; une image se produira sur la glace. Fermons alors l'appareil et plaçons l'homme devant l'écran, mais en un autre endroit; une autre image pourra être produite encore sans se confondre avec la première, car le déplacement de l'homme aura amené son image en un endroit de la plaque où la lumière n'a pas encore agi. Le rôle de l'interrupteur rotatif est justement

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de laisser au marcheur le temps de changer de place entre deux photographies successives, et de faire que ces images se trouvent séparées les unes des autres par un espace précisément proportionnel au chemin parcouru par le marcheur entre deux admissions successives de la lumière, c'est-à-dire en 1/10 de seconde.

Fig. 16. Marcheur vètu^de blanc passant devant l'écran noir. (Fig. empruntée au journal la Nature.)

Mais un écran noir éclairé par le soleil réfléchit toujours une certaine quantité de lumière, de sorte que la plaque est notablement impressionnée par les actions successives de cette lumière réfléchie par l'écran à chaque ouverture de l'appareil. Afin d'avoir un champ tout à fait obscur, j'ai dû recourir au procédé indiqué par M. Chevreul pour obtenir le noir absolu. Une espèce de han-

gar large et profond est peint à l'intérieur avec du noir de fumée 1; le sol, le toit et les parois sont noircis de la même manière; enfin, on oriente cette cavité de telle sorte que la lumière solaire n'y pénètre pas, tandis qu'elle éclaire le marcheur.

Jusqu'ici, je n'avais pu disposer que d'écrans imparfaits ; mais je viens de réaliser, grâce au concours de l'État et de la Ville de

Fig. 17. Chambre noire roulant sur un chemin de fer et s'approchant plus ou moins de l'écran noir. (Journal la fsaiure.)

Paris, une installation appropriée à ce genre d'expériences et à toutes les études relatives à la mécanique animale ^

On a représenté (fig. 16) un homme vêtu de blanc marchant devant l'écran noir. En bas du terrain sur lequel se fait la marche

1. J'ai introduit récemment dans celte disposition un perfectionnement qui consiste à doubler de velours noir le fond du hangar; cela donne au champ une obscurité absolue.

2. Voir, pour la description de la Station physiologique du Parc-des-Princes^ la Nature, n"' 536 et 539.

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est une mire divisée en parties alternativement noires et blanches; ces divisions ont une longueur de 0'",50; elles se reproduisent dans la photographie et servent d'échelle pour mesurer la longueur réelle des espaces parcourus entre deux images successives , la taille du sujet , l'amplitude de ses mouvements, etc.

En face de l'écran est une chambre noire contenant l'appareil photographique (fig. 17). Cette chambre, montée sur des roues, se déplace le long d'un petit chemin de fer, s'approchant ou s'éloignant de l'écran, suivant les besoins de l'expérience , la grandeur des images qu'on veut obtenir et la nature des objectifs employés.

La figure 18 est obtenue ainsi ; elle représente un coureur dont

Fig. 18. Photographies instantanées d'un coureur. Dix images par seconde. Durée de pose : l/iOOO de seconde. (Journal la Nature.)

les images sont prises à des intervalles de 1/10 de seconde ; le temps de pose n'est que de 1/1000 de seconde

La méthode des photographies instantanées successives sur fond noir s'applique à l'étude des différents types de locomotion. Les oiseaux blancs, par exemple, donnent de très bonnes photographies sur lesquelles on saisit les curieuses attitudes du corps et des ailes aux différents instants du vol.

1. La reproduction des photographies par un procédé qui supprime entièrement l'intervention du graveur présente un sérieux avantage au point de vue de la fidélité des images. J'ai recouru dans cette publication au procédé imaginé par M. Petit et désigné par lui sous le nom de similigravure. Il eût été difficile d'obtenir autrement des figures oii la précision absolue est une qualité indispensable.

La figure 19 montre un pigeon blanc qui vient d être lâché audevant de l'écran noir et qui vole parallèlement à cet écran ^

On y peut voir, relativement à la netteté des images, une grande supériorité sur mes premières épreuves. Ce ne sont plus de simples silhouettes, comme on en avait le plus souvent avec l'emploi du fusil, mais des images assez bien formées pour pouvoir supporter un agrandissement de dix à quinze diamètres ^ Ce progrès tient, d'une part à ce que l'objet photographié se détache en

Fig. 19. Images successives d'un pigeon volant devant l'écran noir.

clair sur un fond noir, et d'autre part à la plus grande perfeclion de la mise au point. En effet, il devient plus facile de régler l'appareil photographique lorsqu'on sait approximativement à quelle distance passera l'oiseau.

Les admissions de la lumière se faisaient neuf fois par seconde, et le temps d'éclairage était d'environ 1/900 de seconde. Celle brièveté du temps de pose est encore une condition nécessaire à

1. Quand on veut étudier le vol d'oiseaux non apprivoisés, il faut leur allacher aux pattes une corde longue et légère fixée par des bracelets de cuir. A son extrémité, la corde est attachée à un pendule pesant formé d'un poids de quelques kilogrammes suspendu à une ficelle. Cette masse cède à la traction de la corde tendue par l'oiseau et empêche la production d'un choc dont les effets seraient dangereux pour l'animal

2. Des photographies de mouettes au vol, d'une netteté parfaite, ont été récemment obtenues par M. Lugardon de Genève. Ces images, prises exclusivement au point de vue artistique, ne sauraient servir à l'analyse physiologique du vol, car elles ne sont point disposées en séries, mais représentent seulement l'une des attitudes de l'oiseau pendant le vol.

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la netteté des images, car elle ne permet pas à l'oiseau de se déplacer sensiblement pendant qu'on en prend la photographie.

Si maintenant on considère la série des altitudes que présente l'oiseau aux différents instants de son vol, on trouve quelques images qui, au premier abord, sont assez étranges; ainsi l'oiseau, en abaissant ses ailes, les poi'le tellement en avant que sa tête disparaît à certains instants, complètement couverte par les ailes, dont la pointe se trouve bien en avant du bec. Cette position singulière se voyait, du reste, sur certaines photographies inédites que M. Muybridge a obtenues et qu'il a bien voulu me montrer. Enfin, on pouvait prévoir cette attitude d'après les résultats que

Fig. 20. Trajectoire de Textremite de l'aile d'un pigeon, inscrite mécaniquement pendant le vol. Une flèche indique le sens du mouvement de l'aile.

m'a donnés autrefois l'inscription mécanique des mouvements de l'aile.

Cette inscription, péniblement obtenue au moyen d'instruments compliqués et délicats \ ne paraît pas avoir inspiré beaucoup de confiance à ceux qui s'occupent de l'étude du vol. Toutefois, si l'on rapproche les images photographiques de la courbe tracée par les appareils inscripteurs, on trouve une concordance complète entre la courbe et les photographies. La figure 20, en effet, montre que, sur le pigeon, l'extrémité de l'aile décrit une sorte d'ellipse très allongée; elle fait voir que l'articulation de l'épaule qui correspond par sa position à l'entrecroisement des deux coor-

1. Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. LXXIV, p. 589.

données a; et y se trouve à la partie postérieure du grand axe de cette ellipse et que, par conséquent, c'est en avant surtout que se porte l'aile de l'oiseau. La photographie justifie donc pleinement les résultats donnés par la méthode graphique.

Dans la figure 20, une flèche indique le sens du mouvement de l'aile : ce mouvement se fait en bas et en avant, puis en haut et en arrière. La photographie doit justifier cette conclusion tirée de l'inscription mécanique du mouvement. Mais, si l'on regarde l'ordre dans lequel se présentent les attitudes successives dans une image collective, on trouve, suivant les cas, des ordres de succession différents : cela dépend du rapport qui existe entre

Fig. 21 Pigeon au vol. Les photographies sont prises à la même phase des révolutions successives de l'aile.

l'intervalle de temps qui sépare les images successives et la fréquence des mouvements de l'aile. Ainsi, en ralentissant un peu la rotation du disque fenêtré, on a eu la série d'images représentée figure 21. Dans cette série, à chaque image, l'oiseau se retrouve toujours dans la même attitude : c'est que la période des battements de ses ailes coïncidait avec celle des éclairages de l'appareil photographique. Des expériences antérieures m'ont appris, en effet, que le pigeon donne environ huit coups d'aile par seconde; or c'était précisément la vitesse de la rotation du disque fenêtré; il était donc naturel que chaque nouvelle admission de la lumière retrouvât toujours le pigeon dans la même

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attitude. Le seul changement, d'une image à l'autre, consistait en une translation de l'oiseau.

La figure 21 montre le pigeon au milieu de la phase d'abaissement de ses ailes. Il n'y a pas de doute à cet égard, les plumes s'infléchissent par la résistance de l'air brusquement frappé, et l'aile se courbe à son extrémité, présentant l'apparence d'une surface à concavité supérieure. D'un bout à l'autre de la série des images, cette attitude se reproduit, sauf quelques différences tenant au changement d'inclinaison du corps de l'oiseau. Ainsi, vers la fin de son vol ascendant, le pigeon redressait son corps et l'inclinait sur le côté , de manière à présenter à l'appareil photographique sa face ventrale.

On voit encore dans cette figure, que les images successives sont séparées par des intervalles assez régulièrement croissants. Cela signifie qu'entre deux éclairages consécutifs, l'oiseau avait parcouru des distances de plus en plus grandes. Tous les oiseaux présentent, au début de leur vol, une accélération de ce genre. Veut-on mesurer en mètres ces espaces franchis par l'oiseau, l'échelle métrique placée en haut de la figure permet cette évaluation et montre que l'oiseau parcourait d'abord l'",20 entre deux coups d'aile, c'est-à-dire en Vs de seconde, soit 9'",60 par seconde; du cinquième au sixième coup d'aile, l'espace franchi est de l'",70, soit 13'Ti,60 par seconde.

On remarquera toutefois que, dans cette expérience, le vol ne s'effectuait pas parallèlement au plan de la glace sensible, mais, qu'en s'élevant, l'oiseau se rapprochait un peu de l'appareil. La figure 21 ne serait donc pas favorablement choisie pour déterminer la vitesse du vol.

Dans la figure 19, les espaces successivement parcourus vont toujours en se raccourcissant : cela tient à ce que l'oiseau s'élevait en volant; or, c'est toujours aux dépens de la vitesse que se produisent ces mouvements ascendants.

En faisant varier légèrement la vitesse de rotation du disque tournant, il est clair qu'on ne rencontrera plus la même période des révolutions de l'aile de l'oiseau et que, si la rotation est convenablement réglée, on obtiendra des images dans lesquelles l'aile se montrera à des phases successives de sa révolution. Or ces phases seront d'autant plus rapprochées les unes des autres que la période de révolution du disque fenêlré se rapprochera davantage de celle de l'aile.

On pourra ainsi faire une analyse stroboscopique des mouvements du voP. Cette analyse a déjà été tentée il y a quelques années par MM. Gauchot et Pénaud, mais la méthode optique donne des sensations trop fugitives pour qu'on puisse bien saisir la succession des mouvements, tandis que la photographie livre à l'étude un document permanent beaucoup plus précieux.

Suivant que la révolution du disque sera un peu plus ou un peu moins rapide que celle de l'aile, on verra, dans la série des images, une succession différente des mouvements. Pour que la succession des attitudes de l'aile soit en sens direct, c'est-àdire dans l'ordre où ces mouvements s'effectuent dans le vol, il faut que la rotation du disque soit un peu plus lente que la révolution de l'aile de l'oiseau. Chaque nouvel éclairement de l'appareil rencontrera l'aile à une phase plus avancée de son parcours, et les images s'échelonneront sur la plaque dans l'ordre réel du mouvement. Avec une rotation plus rapide, l'aile se trouverait, au contraire, toujours en retard, et les images donneraient l'apparence de mouvements renversés. C'est ce qui a eu lieu (fig. 19).

Il y a différents moyens pour déterminer si une série d'images donne les mouvements en sens direct ou en sens inverse.

D'abord, il est facile de distinguer une aile qui s'abaisse d'une aile qui s'élève : la première seule présente l'inflexion des plumes par la résistance de l'air et la forme concave par en haut dont nous avons parlé. Si, dans une série d'attitudes voisines, l'une des images montre l'aile infléchie par la résistance de l'air, cette forme suffira pour caractériser le sens du mouvement. Une aile portée en avant et courbée par l'air signifie donc que le sens du mouvement est en avant et en bas.

Un autre moyen consiste à multiplier le nombre des images de manière à être sûr que ce nombre excède de beaucoup celui des coups d'aile, et que, par exemple, quatre ou cinq images consécutives se produisent dans une même révolution du vol. Si le nombre des images était trop grand, il en résulterait de la confusion; mais avec un disque muni de cinq fenêtres, et tournant environ huit fois par seconde, on est assuré d'obtenir les images avec leur succession réelle. On voit alors que le sens du mouvement est bien celui que représente la courbe de la figure 20. Enfin, si l'on examine la position de l'aile aux différentes phases