Notice sur les travaux scientifiques

La plupart des travaux que j’ai l’honneur de soumettre à l’appréciation de l’Académie se rapportent aux branches des sciences nautiques qui intéressent les marins. Mes diverses études ont eu, en effet, pour principal objet le développement des connaissances scientifiques nécessaires aux fonctions que j’ai été appelé successivement h remplir comme Officier de marine.

J’ai pu acquérir l’expérience pratique indispensable pour traiter avec fruit les sujets de cette nature dans le cours d’une carrière de trente-trois années, pendant lesquelles je n’ai pas cessé de remplir des emplois attribués par les règlements aux Officiers du cadre naviguant auquel j’appartiens, et sur lesquelles je compte dix-neuf années d’embarquement, dont deux de commandement.

Appelé en 1880, après vingt années de services particulièrement actifs, à enseigner à l’École Navale la Théorie du navire, puis l’Astronomie nautique, j’ai acquis dans ces fonctions une expérience d’un autre ordre, mais non moins utile à un auteur pour traiter les questions dans la forme et avec la mesure qui conviennent au public spécial auquel il s’adresse.

Enfin, chargé depuis 1886 de la direction du Service des Instru-

ments de navigation, j’ai dû, pour les besoins mêmes de ce service, me livrer à une étude spéciale des principes théoriques sur lesquels sont fondés ces instruments.

Les Ouvrages etles Mémoires que j’ai publiés dans ces divers ordres de connaissances ont eu pour objet : d’une part, de faciliter aux marins, par des démonstrations plus simples et plus claires, mais'toujours exactes, l’étude de sujets, utiles à leur profession, qu’une exposition trop compliquée avait fait exclure de leur enseignement, et, d’autre part, de porter à leur connaissance les propriétés nouvelles d’intérêt pratique que j’avais eu l’occasion de rencontrer dans mes recherches.

Pénétré de l’idée que, dans les sciences d’application, toute la valeur d’un travail réside dans l’utilité pratique de ses conséquences, et guidé par mon expérience professionnelle, je crois avoir réussi à éviter les spéculations sans intérêt dans lesquelles se sont égarés parfois d’éminents géomètres étrangers (' ) à la profession de marin.

L’accueil qu’a fait à mes travaux le public maritime et les appréciations bienveillantes dont ils ont été l’objet me laissent espérer du moins que mes efforts n’ont pas été tout à fait stériles.

En Mécanique du navire, je me suis attaché surtout à étudier les questions au point de vue qui intéresse les marins.

Cette science a été si longtemps écartée de l’enseignement des officiers, ou, du moins, réduite à desnotions si succinctes, que son nom seul éveille encore chez quelques personnes l’idée de connaissances spéciales aux constructeurs. Mais on conçoit aisément que rien de ce qui concerne la stabilité ne saurait rester étranger à ceux auxquels les bâtiments sont exclusivement confiés dès qu’ils sont sortis du périmètre des arsenaux, et que, plus généralement, la connaissance des propriétés mécaniques des navires n’est pas moins utile au marin appelé à les mettre en œuvre qu’au constructeur chargé de déterminer les formes ( 2 ). La science du constructeur et celledu marin, en

dehors de principes généraux communs, forment deux branches aussi distinctes que les professions elles-mêmes; et je me fais un scrupule de déclarer que je n’ai aucune compétence pour les sujets qui constituent les parties essentielles de la première.

Pour faciliter aux marins l’étude d’une science aussi indispensable à leur profession, j’ai appliqué à toutes mes recherches les méthodes géométriques, qui offrent l’avantage de parler aux yeux et de n’exiger du lecteur que des connaissances élémentaires.

Non moins fécondes cependant, dans cet ordre de sujets, que les méthodes analytiques, celles que j’ai employées m’ont permis d’établir sur des bases rigoureuses les principes généraux relatifs à la stabilité de l’équilibre des corps flottants et à sa mesure, et m’ont conduit à un certain nombre de propriétés nouvelles, introduites depuis dans l'enseignement des deux Écoles de la Marine qui s’occupent de cette science.

Dans un Mémoire sur les variations de la stabilité notamment, j’ai fait voir que toutes les propriétés résultant, soit de variations dans le chargement du navire, soit de l’échouage, dépendaient de la position d’un point situé sensiblement à la rencontre des normales aux murailles à la flottaison. Cette propriété permet au marin d’apprécier à vue, et pour ainsi dire sans calculs, l’influence sur l’assiette de son navire ou sur ses qualités nautiques, de circonstances qui se reproduisent fréquemment dans le cours de la navigation.

Cette théorie ne concerne que les poids assez faibles pour que l’on puisse négliger l’épaisseur de la tranche immergée. Je l’ai étendue plus tard ( Théorie du navire) à des poids quelconques.

Dans la théorie ainsi généralisée, les questions de stabilité proprementdite etde variations finies ou infiniment petites ne sont plus que des cas particuliers dont on obtient la solution en supposant un poids égal à celui du navire, ou un poids additif fini ou infiniment petit.

Pour ce qui concerne le navire en mouvement, j’ai soumis à une analyse scientifique, aussi précise que le permettait le sujet, les phénomènes mécaniques de diverses natures au milieu desquels les marins sont appelés à vivre, afin d’en dégager les lois et d’arriver à formuler les règles è suivre, soit pour s'affranchir des inconvénients qu’ils occasionnent, soit pour les utiliser dans les manœuvres.

La publication d’un Mémoire relatif aux effets des mouvements du navire sur le personnel et le matériel embarqués a mis fin à une longue série de recherches ingénieuses, mais vaines, ayant pour objet l’application des niveaux liquides à la mesure des hauteurs des astres à la

Les résultats obtenus dans ce travail m’ont permis également de montrer que, contrairement à l’opinion générale, les accélérations qui troublent les instruments délicats et qui donnent le mal de mer au personnel étaient dues, le plus souvent, non aux mouvements angulaires, mais aux mouvements de translation de la caréné abaissée et élevée tour à tour sur le profil des ondes.

Pour ce qui concerne les pressions du liquide sur les carènes, j’ai laissé de côté les sujets relatifs à l’influence des formes et des divers propulseurs sur les vitesses, pour lesquels l’ingénieur seul est compétent. Je ne me suis occupé de ces forces qu’au point de vue des manœuvres et des évolutions dont elles sont les principaux agents. Une analyse de phénomènes avec lesquels tous les marins sont familiers m’a permis de discerner, pour les résistances au mouvement oblique, des principes généraux qui fournissent l’explication rationnelle des conditions d’équilibre des allures et des manœuvres à faire dans le lialage à la cordelle et dans les dérives en rivière. Enfin, par une analyse des courbes de girations relevées lors des essais des navires, j’ai montré que le plan longitudinal se meut le long d’une courbe à laquelle il reste sensiblement tangent par un point fixe situé près de l’avant. Cette remarque permet de déterminer l’étendue de la bande balayée par le navire dans les girations et de formuler par suite des règles précises pour guider le manœuvrier dans les évolutions en escadre ou près des dangers.

Ces divers sujets ont été réunis dans un Ouvrage intitulé Théorie du navire, le premier de cette nature qui ait été publié en vue des officiers de marine.

L’accueil qu’a reçu cet Ouvrage (') témoigne du vif intérêt que portent les marins à cette science jusqu’alors à peu près écartée de leur enseignement. Peut-être aussi voudra-t-on bien pardonner à l’au-

teur le sentiment que le choix des sujets qu’il renferme et la manière dont il a été traité n’ont pas été tout à fait étrangers à ce résultat.

J’espère enfin avoir facilité les progrès ultérieurs de cette science en portant son état actuel à la connaissance de ceux qui, appelés à vivre au milieu des phénomènes, sont les mieux placés pour en discerner les lois.

L’Académie a bien voulu récompenser cet Ouvrage d’un prix (prix Plumey), sur l’avis d’une Commission composée de MM. Jurien de la Gravière, Paris, Phillips, Resal, amiral de Jonquières, rapporteur. Le rapport de l’amiral de Jonquières contient les appréciations sui-

« Il était devenu indispensable qu’un auteur versé dans la connaissance de la Mécanique et du Calcul, et, s’il était possible, initié par sa profession a la pratique de la navigation, vînt mettre à la portée de tous ceux qui sont curieux de cet art un Ouvrage présentant, sous une forme exacte, mais assez élémentaire, les principes et les faits sur lesquels repose, de nos jours, la mécanique de cet être semi-animé qui s’appelle le navire.

» M. Guyou, dont l’Académie a plus d’une fois apprécié le talent, s’est acquitté de cette tâche dans la mesure parfaite où la simplicité de l’exposition et les exigences de la Science se peuvent concilier.... De la sorte, son livre présente un résumé serré et substantiel de ce que l’on sait aujourd’hui par d’autres et par lui sur la théorie du navire.... ».

» ... Ainsi, la Théorie du Navire de M. Guyou est l’œuvre d’un géomètre autant que d’un marin. Elle justifie l’appréciation que nous en portions au début de ce Rapport, et nous n’hésitons pas à dire qu’il n’est aucun marin, officier ou ingénieur, qui ne trouve de l’intérêt à le lire et du profit à l’étudier; il est éminemment propre à l’enseignement, et il y rendra de sérieux services. »

Je citerai enfin un Mémoire de nature plus spéciale ( Développements de Géométrie du Navire), fait en collaboration avec M. Simart, et dont l’Académie a bien voulu décider l’insertion dans le tome XXX du Recueil des Savants étrangers. Commission ; MM. Phillips, Maurice Lévy, Sarrau, de Jonquières, rapporteur. Ce Mémoire établit dans tout son dé-

veloppement la loi de dépendance entre les formes des murailles des navires et celles des courbes des centres de caréné et des flottai-

En Astronomie nautique, les travaux sur lesquels je désire appeler plus particuliérement l’attention sont relatifs aux méthodes à employer pour la détermination de la position du navire au large. Ces travaux ont été publiés, pour la première fois, dans mon cours autographié de l'École navale et sont restés depuis dans l’enseignement classique.

J’ai signalé de nouvelles propriétés des courbes spéciales dont le tracé sur la carte donne le point du navire dans les nouvelles méthodes de Navigation, et montré que ces propriétés conduisaient à une méthode aussi simple qu’inattendue pour résoudre ce problème à l’aide des petites Tables calculées exclusivement en vue du tracé du canevas des Cartes de Mercator. Une première édition d’un petit Volume de Tables, publiées en vue de cette méthode, est à peu près épuisée.

En outre, par une analyse plus complète du problème du réglage des chronomètres à la mer au moyen des distances lunaires, j’ai montré que, contrairement aux assertions alors classiques, l’influence des erreurs d’observation est indépendante de la grandeur de la distance

11 résulte de là que les marins ont tout avantage à choisir les peti tes distances qui sont plus aisément observables. L’avantage des petites distances au point de vue de la précision avait déjà été reconnu expérimentalement par divers officiers (amiral Mottez, Perrin, lieutenant de vaisseau). On expliquait ce résultat, en contradiction formelle avec les indications des théories admises, par une sorte de compensation due à l’accroissement de la précision des mesures. Cette explication peu satisfaisante laissait trop de doutes à l’esprit pour permettre l’abandon des grandes distances. Le résultat auquel j’ai été conduit a levé tous ces doutes.

Je signalerai enfin deux Mémoires écrits en i885, puis en 1893, et relatifs à divers perfectionnements à apporter aux Éphémérides astronomiques publiées en vue des navigateurs, pour faciliter les calculs qui reviennent le plus fréquemment à la mer. Mes propositions ont été

soumises par le Ministre de la Marine à l'examen du Bureau des Longitudes qui, avec sa sollicitude habituelle pour les intérêts de la Navigation, a bien voulu, à la suite du premier Mémoire, apporter à la Connaissance des Temps les modifications signalées dans une Lettre adressée au Ministre par M. Faye, président du Bureau, et dont j’extrais les lignes suivantes :

« Après examen, et conformément à ces propositions, le Bureau des Longitudes a décidé : i° que l’heure du passage des principales planètes au méridien de Paris serait donnée désormais exactement et non au dixième de minute; 1° que les heures des passages de la Lune par 24 méridiens équidistants seraient publiées jour par jour dans nos Éphémérides à partir de l’année 1888....

» Telles sont, Monsieur le Ministre, les parties du travail de M. Guyou qui nous ont paru utiles. La décision du Bureau qui les introduira désormais dans la Connaissance des Temps est un témoignage que nous vous prions de porter à la connaissance de cet officier distingué. » Signé: Faye. (i i novembre 1885.)

Enfin, conformément aux nouvelles propositions présentées en 1893, le Bureau a décidé l’introduction d’un élément de création nouvelle : l’angle horaire à midi moyen des planètes principales, dans l'Extrait de la Connaissance des Temps, publié spécialement en vue des marins. A cette occasion, et en raison des avantages qui résultent pour la navigation de l’adoption de ces mesures, le Ministre de la Marine voulut bien m’exprimer sa satisfaction dans une Lettre officielle trop bienveillante pour que je puisse en reproduire ici les termes.

Pour ce qui concerne les Instruments de navigation, mes travaux sont de deux natures : les uns ont eu pour objet la transformation générale d’un matériel qui n’était plus à la hauteur des progrès de la science, ni des besoins actuels de la Navigation ; les autres ont consisté dans la publication d’un Ouvrage destiné à répandre parmi les marins les connaissances scientifiques et pratiques nécessaires pour tirer des instruments tout le parti dont ils sont susceptibles, et d’un Mémoire contenant une étude théorique et expérimentale des déviations des compas placés sous cuirasse.

laire du io juillet 1892, a rendu réglementaire, conformément à mes propositions, un ensemble de mesures relatives à l’étude rationnelle du champ magnétique dans lequel sont placés les compas à bord des bâtiments, ainsi que l’enregistrement à la mer de toutes les circonstances susceptibles d’éclairer sur les points que la théorie n’a pas encore pu élucider.

Des études relatives à l’adoption d’un nouveau perfectionnement, l’éclairage des compas par la lumière électrique, viennent d’être terminées ; ces études ayant montré que, sous réserve de certaines précautions d’ailleurs faciles, ce mode d’éclairage n’offrait pas d’inconvé-

nients sensibles, les modifications nécessaires à l’application vont être entreprises prochainement.

Les compas ne sontpas les seuls instrumentsdont l’amélioration ait nécessité des études ayant un caractère scientifique. Je puis encore citer notamment les baromètres marins. Sur ma proposition, le baromètre à mercure réglementaire qui manquait de précision et dont la colonne oscillait souvent à la mer de plusieurs centimètres a été remplacé par le modèle de Kiev, déjà adopté par le Bureau central météorologique pour les navires.

Toutefois, des rapports dont l’envoi avait été provoqué par le Comité hydrographique ayant signalé des oscillations encore gênantes du niveau du mercure dans ce haromètre, j’ai dû, pour parer à cet inconvénient, chercher à caractériser par un coefficient convenable les qualités des différents instruments à ce point de vue. Pour cela, j’ai étudié la loi de l’écoulement du mercure dans le tube; puis, ayant constaté ainsi que la vitesse satisfaisait sensiblement à la loi établie par Poiseuille pour le cas des écoulements permanents, j’ai choisi le nombre représenté par la formule it { — < 2 dans laquelle t, et t s désignent respectivement les intervalles nécessaires au niveau du mercure pour descendre de h„+ 20”““ à A 0 h-io et de cette dernière hauteur à h„ h- 5 . Ces deux nombres sont égaux quand on n’a pas commis d’erreur sur la hauteur d’équilibre h 0 ; la formule ci-dessus élimine l’influence d’une petite erreur sur cet élément.

Des expériences exécutées à la mer par gros temps sur différents navires m’ont conduit à fixer entre 2', 5 et 4' les limites k imposer aux constructeurs.

La vérification de l’échelle de ces baromètres a été confiée, sur ma demande, avec l’autorisation bienveillante de M. Mascart, au Bureau central météorologique, dont le personnel exercé et les ressources offrent des garanties de précision que ne pourrait donner un service de la Marine.

J’ajouterai enfin que, d’une manière générale, les transformations nombreuses apportées au matériel des instruments sous ma direction ont nécessité la création de méthodes nouvelles de vérification et d’instruments spéciaux de contrôle. D’un autre côté, les maisons de construction étant étrangères aux questions maritimes, l’intervention di-

recte du chef de service a été indispensable jusque dans les détails de la fabrication.

L’Ouvrage Description et mage des instruments nautiques a été écrit pour combler une lacune, signalée à différentes reprises, dans les instructions techniques délivrées réglementairement aux officiers des bâtiments armés.

J’ai réuni dans cet Ouvrage tous les renseignements utiles recueillis auprès des constructeurs, ainsi que les résultats de mes études personnelles sur les instruments. Cet Ouvrage a été honoré par l’Académie. d’une partie du prix de la Marine, conformément aux propositions d’une Commission composée de MM. Paris, de Jonquières, Jurien de la Gravière, de Bussy, Bouquet de la Grye, rapporteur.

M. Bouquet de la Grye a bien voulu, dans son Rapport, faire remarquer que cet Ouvrage contient quelques propriétés intéressantes nouvelles relatives aux compas et signaler l’accueil très favorable qu’il a reçu de la part des officiers de Marine.

Enfin le Mémoire relatif aux déviations des compas placés sous cuirasse contient l’étude complète, théorique et expérimentale, des termes d’ordre supérieur de la formule des déviations. Les résultats constatés sur les compas des cuirassés français Requin et Amiral Baudin confirment l’avis, émis par M. Faye dans son Traité d’Astronomie nautique, que l’addition de ces termes est indispensable pour réduire les différences entre les résultats de la formule et ceux de l’observation aux grandeurs dont sont susceptibles les erreurs de mesure.

Parmi les conclusions pratiques de ce travail, je citerai :

i° L’inaptitude des correcteurs que l’on a essayé de substituer aux sphères de Sir William Thomson pour corriger les grandes déviations dues au magnétisme induit ;

2° La propriété que les coefficients des termes d’ordre supérieur sont des fonctions simples des coefficients du premier ordre et que, par suite, if est inutile d’en calculer les valeurs au moyen des résultats de l’observation par la méthode des moindres carrés.