PAR M. ALFRED CORNU

On sait que des recherches furent exécutées simultanément, il y a plus de 25 ans, par Mil. Fizeau et L. Foucault, sur la question importante de la vitesse de la lumière ; mais elles ont, par la divergence de leurs résultats, laissé subsister une incertitude sur le nombre exact qui représente cette vitesse.

M. Alfred Cornu, professeur à l'Ecole polytechnique, a repris ces recherches. Répétant d’abord les expériences de Foucault, il abandonna la méthode de ect illustre physicien (méthode du miroir tournant), qui peut donner lieu à des objections graves, il adopta celle deM. Fizeau qu’il perfectionna. Ces expériences ont une double importance ; le nombre qu’elles permettent de déterminer, outre l’intérêt qu’il offre par lui-même, donne les moyens de calculer la distance du soleil à la terre ; or, c’est la recherche de cette distance *, unité de longueur des distances planétaires, qu’on poursuit par l’observation du passage de Vénus sur le disque du soleil ; c’est pour obtenir cette distance que les savants les plus illustres de tous les pays ont préparé des expéditions coûteuses et que d’autres n’ont pas j craint de se transporter au loin, à travers mille dan- 1 gers, dans des conditions difficiles et périlleuses.

Cette distance, la valeur exacte de la vitesse de la lumière permet de la calculer. Sans la connaître avec une grande approximation, on saiL cependant que la lumière met 8 minutes 13 secondes 213 millièmes à la parcourir. Les retards successifs que subissent les réapparitions des satellites de Jupiter, momentanément éclipsés, sont dus à ce que la terre se déplace par rapport à cet astre, et que la lumière a des che- I mins de plus en plus longs à parcourir. Le retard maximum correspond à la position la plus éloignée de l’astre par rapport à Jupiter; la différence des distances est égale au diamètre terrestre ; le nombre cité plus haut a été donné par Delambre et résulte

‘ La Houille.

* Le nombre qui la représente est en relation très-simple avec la parallaxe du soleil (angle sous lequel la terre est vue 1 du centre du soleil) ; l'un ou l’autre de ces nombres résulte | des mêmes données : connaître l’un c’est connaître l’autre.

de la discussion de plus de mille éclipses des satellites de Jupiter. On connaît donc exactement le temps mis par la lumière pour parcourir celte distance, mal déterminée encore ; si l’on connaissait la vitesse du la lumière avec exactitude, cette distance s'en déduirait aisément. Tel est l’intérêt que présente au point de vue astronomique les recherches de M. Alfred Cornu sur la vitesse de la lumière.

Le principe de la méthode imaginée par M. Fizeau est très-simple.

Imaginons (tig. 1), qu'entre deux dents <ld' d’une roue dentée, représentées ici en projection sur un plan perpendiculaire au sien, c’est-à-dire par l’intervalle e, on lance un rayon lumineux U venu de la souice L. Ce rayon est réfléchi à une grande distance sur un miroir M; soit R' le rayon réfléchi : le miroir est convenablement orienté de sorte que le rayon R' suit le même chemin et repasse par l’intervalle e ; l’œil o le reçoit après sa réflexion.

F’our que l’œil puisse, sansêtre gêné par la source

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Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

lumineuse L (fig. 2), elle est cachée derrière un écran E ; elle est envoyée vers M par une glace sans tain gl, transparente par conséquent ; le rayon R' qui suit exactement le même chemin que R traversera gl pour arrivera l'œil o de l’observateur.

Si la roue vient à tourner, il y a émission non continue de rayon, puisque cette émission est interrompue par le passage de chaque dent; mais ces rayons distincts forment une impression continue sur la rétine, à cause de la persistance bien connue des impressions sur l’œil*.

La roue tournant lentement le rayon lancé par l’intervalle e repassera parle même chemin, mais si elle tourne avec une vitesse suffisante il arrivera que le rayon lancé par e retrouvera au retour la dent d' qui aura pris la place de e et sera venue se mettre devant lui ; le rayon R' ne pourra plus passer. Il y aura, dans ce cas, émission successive de rayons rencontrant chacun à leur retour non plus un intervalle mais l’épaisseur d’une dent ; ils seront tous arrêtés,

1 C’est pour cela qu’en agitant un fer rouge on lui voit décrire (l;ms l’air des rubans de feu: la sensation lumineuse persiste après que ta cause a cessé.

l’œil en o ne recevra aucune lumière ; il y a dans ce cas extinction de la lumière. La roue a donc tourné d’une demi dent pendant que la lumière a parcouru le double de la distance de la roue au miroir M.

Si la roue tourne avec une vitesse double, le rayon, après réflexion, passera dans l’intervalle suivant e', qui aura pris la place e; l’œil recevra de nouveau l’impression lumineuse, il y aura une réapparition. Pendant que le rayon est allé eu M et est revenu, la | roue a tourné d’une dent ; il y aura ainsi, à mesure que la vitesse deviendra une, deux, trois, quatre fois plus grande, des occultations et des réapparitions successives. Si l’on connaît exactement la vitesse de la roue en chacun de ces instants on saura le temps employé par la roue pour tourner d’une demi-dent, d’une dent etc. Ce temps doit être égal dans chaque cas et c’est celui qui a été, dans chaque cas, employé par la lumière pour aller et revenir. Si l’on connaît, en outre, exactement la distance parcourue, ou a la vitesse de la lumière par une simple proportion.

Pour concentrer le faisceau de lumière et le rendre

Fig. a.

bien parallèle on le fait passer par une lunette dont l’objectif est w (fig. 3) et de même le miroir M est placé au foyer de l’objectif d’une lunette spéciale. En o on ajoute un oculaire pour observer l’image.

On conçoit que pour obtenir une extinction de la lumière il faudra obtenir une vitesse de rotation énorme pour la roue dentée.

M. Alfred Cornu fit d'abord une série d’expériences entre l’Ecole polytechnique et la tour de l’administration des télégraphes, r un petit nombre de kilomètres, puis entre l’Ecole polytd (nique et le mont Yalérien (10 kil. et demi environ) il put enfin installer des expériences plus oompb es entre la plateforme de l’Observatoire et la tour de Monthléry, située à 23 kil. environ. Cette dernière distance a été mesurée plusieurs fois par des travaux géodésiques très-importants, et on la connaît à quelques décimètres près, tant ces mesures furent prises!

Une baraque en planches de 3 mètres sur 4 fut installée sur la plateforme (fig. 5) ; au centre arrive l’oculaire d’une lunette de 9 mètres de long dont l’objectif d’une dimension considérable ne mesure pas moins de 37 centimètres*. Sur de gros blocs de

1 Cet objectif, commandé par Arago, s’était dépoli sous l’influence des actions atmosphériques. M. Le Verrier permit qu’on le lit polir de nouveau pour servir à ccs expérience*.

pierre reposant sur la voûte même sont places les appareils dont il sera question plus loin.

A Monthléry le miroir et la lunette qu’il termine furent placés dans un gros tube de fonte sur une plateforme de la tour ; l’une des extrémité; s’avance dans le vide, l’autre extrémité est murée. On conçoit quelle doit être l’exactitude du réglage du miroir pour que le rayon réfléchi à sa surface arrive à reprendre le meme chemin et revienne passer si exactement par le point de départ qu’il soit invisible à un petit nombre de décimètres de là. Il arriva malheureusement quelquefois que les visiteurs de la tour, soit curiosité, soit ignorance, rompirent la porte qui protégeait le miroir et la lunette,

j dispersèrent ou dérobèrent les pièces si délicates de I l’appareil. C’était l’une des difficultés, l’un des I écueils de l’expérience. Ces désordres, qui arrêtèrent , quelquefois les opérations, furent réparés par le physicien qui régla à nouveau les appareils, et les observations furent reprises.

C’est dans la baraque, visible encore aujourd’hui de plusieurs points de la place de l’Observatoire, que l’observateur patient attendit, pendant de longues soirées, que le ciel lût assez pur. Du mois de juin au mois d’octobre, il vint, chaque soir, passer plusieurs heures pour essayer de voir la lumière de retour.

Fendant les belles journées d’étc, les courants d’air chaud font onduler les objets lointains et produisent

Fig. 5. — Expériences nouvelles sur la vitesse de la lumière.

Baraque construite sur la plateforme de l’Observatoire pour la détermination exacte de la vitesse de la lumière; l’oculaire de la lunette arrive dans le centre de la cabane ; l’objectif est tourné vers la tour de Montlbéry , le corps de la lunette est emprisonné dans un vaste étui de bois, soutenu par des montants.

des déplacements très-défavorables à l’expérience -, mais, quand la saison s’avance, quand arrivent les pluies du mois de septembre, l’atmosphère, pure au coucher du soleil, devient d’une tranquillité et d’une transparence admirable et telle que la lumière d’une lampe ordinaire, brûlant du pétrole, peut, après réflexion sur une lame de verre non étamée, franchir la distance énorme de 46 kilomètres et être visible au retour. Mais cette lumière ne peut que rarement être employée : il fallut avoir recours à la lumière de Drummont (flamme oxjhydrique, projetée sur un bâton de chaux) ; dans quelques cas même, mais très-rarement, on put se servir de la lumière solaire.

Mettons l’œil à l’oculaire de celte lunette, longue de neuf mètres et qui tourne son immense objectif vers Montlbéry. Nous y voyons l’image de la tour, mais renversée, car c’est une lunette astronomique;

eu un point de celte tour, on aperçoit une lumière déjà vive, quoique la nuit ne soit pas encore venue et que nous ne soyons qu’au crépuscule ; c’est la lumière de retour, qui a franchi près de 12 lieues ; sur l'ensemble se projette la roue dentée, qui se découpe en noir, sur le fond à demi éclairé. Si la roue tourne, les dents disparaissent et sont remplacées par une teinte grisâtre, qui couvre l’espace qu’elles occupaient ; à mesure que la vitesse s’accélère, la petite lumière décroît d’intensité et finit par s’éteindre; c’est la première extinction, puis, la vitesse de la roue s’accroissant encore, le point lumineux reparaît; c’est la première réapparition et ainsi de suite. M. Cornu a pu obtenir ainsi plus d’une vingtaine d’extinctions et de réapparitions successives par l’emploi de vitesses croissantes; la méthode, dans ce cas, permet d'obtenir une grande précision. Voyons maintenant comment on convertit

en nombres ces données expérimentales et comment elles s’enregistrent.

Le nombre de tours de la roue dentée, pendant une seconde, s’enregistre de lui-même. L’une des roues du système à engrenage, dont un tour correspond à un nombre de tours connus de la roue dentée, frappe périodiquement un enregistreur ; il en est de même pour l’horloge, qui donne les secondes et les dixièmes île seconde. Ces données s'enregistrent d'elles-mèmcs. Un cylindre recouvert de papier enfumé tourne lentement en s’avançant graduellement par le moyen d’un mouvement d’horlogerie. Un petit style (lig. 4f c t 6) laisse sur ce papier une trace blanche;

déplacé, par exemple, à chaque dixième de seconde, sa trace rectiligne se détourne en ce point, puis revient à la direction primitive, après avoir déterminé un angle rentrant très-aigu. Ou a donc un angle aigu à chaque dixième de seconde. La ligne entière forme une spirale très-lâche qui, quand on développera le papier, en le coupant suivant une génératrice du cylindre, se développera en lignes parallèles entre elles. Un autre tracelet, non représenté ici et placé très-près du premier, enregistre le nombre des tours de la roue dentée. Par uh moyen analogue, et toujours à une distance très-rapprochée des deux lignes précédentes, un autre style, mil

Fig. 6. — Expériences nouvelles sur la vitesse de la lumière.

Vue intérieure de. la cabane où sc tient l'observateur; à gauche la source lumineuse qui envoie, après rcllixion, Je rayon dans la lunette dont une partie seulement est située dans la cabane. On voit au centre deux massifs de pierre sur lesquels repose une tablette qui porte l’appareil de rotation de la roue dentée. L’observateur est assis devant une table qui supporte le cylindre enregistreur.

par le manipulateur de Morse, trace le moment j où se produisent les extinctions et les réappari- j tions. On connaît donc aux environs de ce point comment se comportait l’appareil, combien de tours de roue avaient lieu pendant une seconde ; on connaît donc exactement la vitesse de la roue au point précis où avait lieu l'observation. On a tous les éléments nécessaires pour obtenir la vitesse de la lumière; on voit que l’observateur n'a pas à se déranger pour compter les secondes, régler la vitesse de rotation, écrire le nombre, guetter le phénomène et enregistrer les données ; c’est l’appareil lui-même qui donne tout cela automatiquement; telestl'iin des grands perfectionnements introduits par l’auteur.

Des dispositifs très-compliqués permettaient d’obtenir un résultat très-précis.

La seconde était donnée par l’horloge de l’obser-

j vatoire ; les dixièmes par un tremblcur spécial, dù à ! l’auteur; il le vérifia lui-même, en comptant dirce- ' tement plus de dix mille dixièmes de seconde.

La roue dentée, et il en essaya de divers modèles, était mue par un appareil très-compliqué et admirablement construit par la maison Bréguet; la rotation pouvait être intervertie pour éliminer les erreurs d’expériences dues au sens de la rotation.

La feuille de papier enfumé était enlevée et plongée clans un siccatif ; les éléments de l’expérience pouvaient donc être ensuite étudiés et discutés à tête reposée. On en a ainsi une représentation durable tout à la fois et vivante.

Les nombres très-concordants que M. Alfred Cornu en tire, lui permettent d’assrgner une valeur exacte pour la vitesse de la lumière. Cette vitesse est de 500,400 kilomètres par seconde; en nombres ronds,

300 mille kilomètres ou 75 mille lieues par seconde, environ mille fois la vitesse du son. Cette valeur permet, comme nous l’avons vu, de déterminer la parallaxe du soleil ; la méthode qui la donne n’est pas, comme le passage de Vénus sur le disque du soleil, applicable seulement tous les cent ans, et uniquement en des points déterminés de la terre ; elle ne nécessite pas un grand nombre d’observations simultanées. Imaginée et employée uniquement par des Français, c’est, pour ainsi dire, un héritage national; nous avons le droit d’en être (iers, aujourd’hui qu’elle nous permet de résoudre à l’avance un problème, dont les expéditions lointaines n’out pas encore rapporté les éléments longs h réduire et à utiliser; dans ce tournoi scientifique, la France occupe ainsi une place glorieuse *.