X. — Aperçu historique complémentaire sur les organes

de précision.

Nous avons cherché jusqu’à présent à préciser, autant que les documents dont nous disposions permettaient de le faire, l’origine des instruments fondamentaux et des méthodes les plus répandues en Topographie : triangulations proprement dites et de divers ordres, intersections ou recoupements, cheminements polygonaux appliqués au moyen de cercles ou d’arcs de cercle divisés, de la planchette et de la boussole.

Les méthodes que nous venons d’énumérer visent, à la vérité, surtout la construction des canevas qui caractérise la Topographie régulière; mais elles facilitent aussi le lever des détails parce qu’elles permettent de multiplier, rapidement et sûrement, les lignes de ce canevas ou de ce réseau de plus en plus serré qui servent, à leur tour, de bases ou de repères aux mesures complémentaires effectuées soit par l’antique méthode des perpendiculaires avec la chaîne et l’équerre d’arpenteur, soit par la méthode des alignements et des transversales où l’on n’emploie que la chaîne et des jalons, soit enfin par celle du rayonnement^ assez ancienne, puisque nous l’avons déjà rencontrée plusieurs fois, mais devenue peut-être la plus usuelle depuis la vogue de la Tachéométrie.

CIl.U'lTUK I. — IIISTOIUQUE DES INSTllUMENTS ET DES MÉTHODES. II7

Nous n’avons encore fait allusion, dans tout ce qui précède, qu’à ce que l’on désigne sous le nom de planiniétrie et tout au plus incidemmenl à l’évalualion des hauteurs et des profondeurs. Or l’on sait le rôle considérable que jouent aujourd’hui en Topographie le nivellement et la représentation générale du relief du terrain.

Nous traiterons en détail ce dernier sujet de la représentation du relief dans le Chapitre suivant de cette Notice, mais les instruments de nivellement doivent trouver leur place dans celui-ci et l’organe principal de ceux qui sont actuellement le plus en usagé fait partie de la série que nous avions en vue, en écrivant le titre de ce paragraphe.

Les principaux organes de précision imaginés au xvii® siècle, qui se sont d’ailleurs introduits assez lentement dans la construction des instruments, sont au nombre de trois, savoir :

Le veniier, la lunette d’approche et le niveau à huile d'air ( ' ).

Le Verxieu. — Le besoin d’évaluer les angles avec une grande exactitude a été senti depuis longtemps par les astronomes qui n’y parvinrent d’abord, et toujours insuffisamment, qu’en construisant des cercles ou plutôt des arcs de cercle de très grandes dimensions, tels les quadrants de Ptolémée, ceux de quinze coudées de rayon des Arabes, leurs sextants plus grands encore, les instruments de Tycho-Brahé et ceux d’IIévélius également {-).

(') Il faudrait y joindre la vis micrométrique dont les applications sont si nombreuses et d’une si grande utilité, mais nous ne cherchons pas à écrire un Traité complet de Mécanique de précision et nous n’avons voulu donner qu’un aperçu du perfectionnement des instruments et des méthodes d’observation, en nous bornant à mentionner les trois organes désignés ci-dessus; nous ne renonçons pas d’ailleurs à indiquer, quand cela sera nécessaire, l’emploi et les propriétés do la vis micrométrique.

(") Peut-être est-ce le moment de rappeler que les instruments des Arabes étaient construits avec beaucoup plus de soin que ceux des astronomes grecs; qu’à la renaissance de l’Aslronomie, à la fin du xv° siècle, les astronomes allemands et polonais, depuis Purbach et Walther, l’ami et le collaborateur de lléglomonlanus, jusqu’à Copernic, n’avaient que de grossiers instruments de bois et que c’est le Danois Tycho-llrahé <|ui, le premier, lit construire à grands frais et avec beaucoup d’art des quadrants et des cercles divisés en métal, montés sur des supports solides et môme élégants dont

Vers le milieu du xvi® siècle, un savant mathématicien portugais, du nom de Nunez dont on a fait Nonius en le latinisant, imaginait un procédé au moyen duquel, sur des quarts de cercle d’un rayon modéré dont le limbe était divisé seulement de degré en degré, il prétendait estimer jusqu’aux minutes, et même au delà, mais il se trompait singulièrement ( ' ).

Tycho-Brahé avait essayé d’employer ce système {/îg. 5o) qui comportait le tracé de 44 quadrants concentriques divisés en 90, 89, 88, ... et 4^3 parties égales, sur lesquels il fallait découvrir la division rencontrée par l’alidade et ensuite faire des calculs ou se servir d’une Table et il dut y renoncer (2).

Plusieurs autres moyens furent également proposés à la même époque, connus de Tycho et presque tous expérimentés par lui, parmi lesquels il convient de citer celui des transversales dont il avait eu connaissance, étant étudiant à Leipzig, par l’un de ses professeurs du nom de Ilomelius qui ne savait peut-être pas lui-même qui en était l’auteur. Le système des transversales, connu en Angleterre sous le nom ù'échelle diagonale et qui continue à être très utilement employé pour la construction d’échelles sur les plans, est assurément très ingénieux, et c’est à son usage que Tycho dut le degré de précision qu’il a atteint dans ses mesures angulaires (voyez un spécimen de diagonales ou de transversales). D’après

quelques-unes de nos figures donnent une idée. C’est donc seulenioiil à partir de Tycho que les instruments des observatoires ont commencé, en Europe, à acquérir les qualités nécessaires, il faut même dire indispensables aux progrès de l’Astronomie.

(‘) Petrus Nonius Salaciensis. De Crepusculis.y secunda', proposilio 111. Olyssippone (Lisbonne), 1542. Les quarts de cercle et les cercles de Tycho, encore de grandes dimensions comme nous l’avons dit et quoique divisés avec beaucoup plus de soin que ceux de ses prédécesseurs, donnaient seulement les minutes (ceux-là étaient divisés de dix minutes en dix minutes). En employant la méthode des transversales dont il est question dans le texte, il était parvenu à estimer les dix secondes. On n’a pas oublié que les Arabes avaient construit de si grands sextants qu'ils en étaient arrivés à y tracer directement des divisions de six secondes en six secondes {voir p. 35).

(’) Tychonis Brahe Astronomice instauratæ mechanica. Noribergæ, 1602. C’est dans cet Ouvrage et dans les Pz-ogy/n/iasmaia du même auteur que l’on trouve les plans de son magnifique observatoire d’Uranibourg, les figures de ses instruments et les détails les plus intéressants sur ses travaux.

fiHAPITUE l. — HISTORIQUE DES INSTRUMENTS ET DES MÉTHODES. I IQ

l'if

Quadrant de Tycho-Brahé avec nonius.

J homas Digges, il aurait été inventé par Richard Kantzler, très

habile constructeur d’instruments de Mathématiques à Londres {'). II faut enfin mentionner une invention de Jacques Curtius décrite par lui-même dans une lettre adressée de Prague à Ïycho-Bralié en i5go (2), où l’on peut, à la rigueur, trouver en germe l’idée qui s’est présentée plus tard, vers i63o, à l’esprit du Français Vernier el qu’il a réalisée sous la forme à la fois si simple et si parfaite que nous lui connaissons (2).

Malgré l’insuccès de la construction compliquée de Nonius ( ’), on a donné pendant longtemps et l’on continue par habitude et peut-être par ignorance, dans plusieurs pays de l’Europe, à donner son nom à l’ingénieuse et élégante disposition de Vernier. Nous devions rétablir la vérité sur les origines d’une invention qui a rendu tant de services aux observateurs, vérité d’ailleurs incontestée aujourd’hui (^).

La Lunette d’approche et la Lunette astronomique. — Nous n’avons pas à refaire ici l’histoire bien connue des lunettes et des télescopes, mais nous devons rappeler comment s’est opérée la substitution de la lunette astronomique à l’alidade à pinnules, dans les instruments d’Astronomie, de Géodésie et

(’) Thomas Digges, Alœ seu scalæ matheinaticœ, capituliim nonum; London, 1578.

{’) Designatio subdivisioniun quadrantis ab amplissimo et generoso Dno Curtio, iinperü procancellario generose adinventa, dans Ta'CHONLS Brahe Ast. inst. mechanica.

(’) Pierre Vernier, capitaine et chastellain au chasteau d’Ornans. La construction, l’usage et les propriétés du quadrant nouveau de Mathématiques. Brusselles, i63i.

{*) Il est extrêmement rare de rencontrer le noniiis sur les anciens instruments; c’est à peine si nous avons pu, dans le grand nombre de ceux qui sont passés sous nos yeux, le découvrir sur un quaid de cercle construit en 1609, à Brunswick, par Tobias Wolckmer et qui ligurait dans la collection Spitzer. On peut en voir le dessin dans le Catalogue de cette collection, aujourd’hui dispersée, sous le n° 2933.

(‘) Le grand astronome Hovel, de Danizig, plus connu sous son nom latinisé d’Hévélius, fut l’un des premiers à appliquer le vernier à ses beaux instruments astronomiques, semblal)les à ceux de Tycho, mais encore mieux construits et divisés avec une plus grande précision. Hévéllus avait imaginé, de son côté, la vis tangente pour déplacer l'alidade et pour évaluer les faibles intervalles angulaires par le nombre des tours et des fractions de tour de lavis, procédé dont il a été fait tant d’applications précieuses avec le même dispositif ou en modifiant la position de la vis micrométrique. Nous allons retrouver le nom d’flévélius à propos des lunettes.

ciiAPiTRi-: I. — msTouiQiJi!: uks instiiuaients i;t des métiiodes. 121

de Topographie, et les avantages considérables qui en sont résultés au point de vue de la précision des mesures.

Le premier usage scientifique qui ait été fait de la lunette d’approche a été de profiter de l’amplification des images (du grossissement) pour pénétrer la constitution physique des astres. Ce sont môme les résultats ainsi obtenus qui ont contribué à immortaliser Galilée et fait tant d’honneur à plusieurs de ses contemporains et de ses successeurs, au nombre desquels il suffira de citer Fabricius, Scheiner, Hévélius, lïuygens, Cassini, Herschel, pour ne pas allonger une liste devenue aujourd’hui interminable. Toutes les lunettes, tous les télescopes étaient et sont utilisables en pareil cas, mais il n’en est plus de même pour les mesures des diamètres apparents des planètes, de la distance de deux étoiles très voisines, etc., qui ne se peuvent effectuer qu’au foyer commun de l’objectif et de l’oculaire. Il avait donc fallu attendre l’invention d’abord théorique de la lunette de Képler, à deux verres convexes (dont le premier exemplaire devait être réalisé par Scheiner), où on laissait se former l’image réelle ( ' ), pour songer à évaluer au foyer les dimensions de cette image.

Micromètre oculaire. — Les phases de l’invention du micromètre oculaire sont désormais bien connues; nous les reproduisons toutefois d’après l’excellent Ouvrage de Robert Grant (-), après être remonté à la plupart des sources qui y sont indiquées. Dès ibSg, Huygens, le premier sur le continent, avait employé une petite lame métallique dont les deux bords formaient une pointe allongée qu’il faisait glisser, par exemple, devant l’image de la planète Saturne jusqu’à ce que celle-ci fût exactement couverte, puis, de la largeur de la lame en cet endroit et de la distance focale de son objectif, il concluait le diamètre apparent de la planète.

(') Un sait (lue, clans la luneUe de Galilée, les faisceaux convergents des rayons lumineux, après leur passage à travers l’objectif, sont interceptés par 1 oculaire r[ui est un verre divergent et ne forment que des images virtuelles.

(’) Hi-slory of physical Astronomy, by Robert Grant, F. 11. A. S., Cliap. XYlli, passim; London, iSSa.

122 LES INSTRUMENTS, LES MKTIinDES ET LE DESSIN TOPOfiRAPllIQUES.

En 1662, à Bologne, le marquis Malvasia (>) avait fait faire un progrès sensible à l’idée du micromètre oculaire, en disposant au foyer un système de fils d’argeni, très fins, tendus sur un châssis fixe et formant un véritable réseau quadrangulaire (d’où sûrement le nom de réticule généralisé depuis).

Ce réseau dont les mailles étaient serrées, mais fixes, ne permettait encore d’évaluer que par une sorte d’estime les diamètres apparents des planètes et les distances des étoiles, et c’est afin d’obtenir plus de précision que l’astronome français Auzout proposa enfin le micromètre à fil mobile universellement employé depuis lors (-).

L’invention définitive d’Auzout ayant été communiquée, en décembre 1666, à la Société Royale de Londres assez récemment créée (et l’année même de la création de notre Académie des Sciences), avait été publiée aussitôt dans \^^Transaclioiu philosophiques . Au mois de mars 1667, on apprenait, par une lettre de Richard Townley, du Lancashire, qu’un micromètre semblable à celui d’Auzout avait été imaginé, dés 1689, par un jeune et très habile astronome anglais nommé Gascoigne, mort prématurément, à l’âge de 24 ans, pendant les guerres civiles, à la bataille de Marston-Moor, en i644- Gascoigne avait même employé son micromètre en collaboration avec un de (*)

(*) Le marquis Cornelio Malvasia, grand seigneur, très brave soldat, liabile diplomate, lettré et même poète, était aussi un excellent astronome. 11 avait associé à ses observations et à ses calculs d’éphémérides le docteur Geminiano Monlanari, comme lui membre de l’Académie des Gelali de Bologne. Voyez, pour la biographie de chacun de ces hommes distingués, les Meniorie, impresse e ritratti di Signori Accadeniici Gelati di Bologna, etc., in Bologna, mdclxxii. C'est en partant delà découverte du marquis Malvasia que Montanari songea à se servir de plusieurs fils horizontaux pour évaluer la distance d’une mire verticale, d’après le nombre de ces fils que couvrait l’image de la mire. On a vu là, avec raison, le principe de la stadia, et l’on peut même dire que ce principe était une conséquence naturelle de l’invention du micromètre oculaire.

(“) Les deux célébrés savants anglais Wren et Hooke avaient, de leur côté, imaginé à la même époque, des dispositifs analogues à ceux de Huygens et de Malvasia. Ajoutons que Wren, comme llévélius, avait eu l'idée, si heureusement appliquée par Auzout et Picard, de mesurer les petits angles au moyen des révolutions d’une vis micrométrique, mais sans s’aviser de la combinaison des fils fixes et du fil mobile qui la rend si pratique.

CIIAI'lTIli: I. — IIISTOIUOUK l)i;s INSTRUMENTS ET DES MÉTHODES. I

ses amis, très distingué aussi, Crahtrce, et etrectué un grand nombre de mesures qui, publiées plus tard, furent trouvées remarquablement exactes.

M. Robert Grant est d’ailleurs d’accord avec J)elanibre qui, dans son Hisloive de l' Astronomie moderne, a exprimé à ce sujet, l’opinion suivante absolument équitable :

« Il faut remarquer que les observations des deux amis iront été publiées que quatre-vingts ans après leur date réelle. Ainsi, en accordant à Gascoigne la première idée et même la première exécution du micromètre, il est juste de réserver leurs droits aux astronomes qui, sans avoir aucune connaissance des observations anglaises, ont été conduits par leur propre réflexion à la même découverte. »

Lunettes substituées aux alidades. — Gascoigne, d’après les correspondances posthumes que l’on a produites, n’aurait pas seulement inventé le micromètre oculaire; il aurait eu également, toujours comme Auzout, l’idée de substituer à l’alidade sur les cercles divisés, et pour déterminer la direction apparente d’un astre, la lunette astronomique portant à son foyer une croisée de fds (qualifiée encore si souvent et improprement de réticule).

Il est avéré toutefois qu’antérieurenient, Morin, qui a laissé à la fois la réputation d’un astronome très intelligent, quoique réfractaire à la doctrine de Copernic ( ' ), et celle de l’un des derniers astrologues les plus obstinés, avait cherché à appliquer la lunette aux cercles divisés, mais sans y introduire une croisée de fils (ce qu’il ne pouvait pas faire parce qu’il se servait de la lunette de Galilée), faute de quoi il n’obtenait pas de pointés précis. (*)

(*) Morin a contribué à appeler sérieusement l’attention sur le problème des longitudes, en mettant à profit les progrès déjà réalisés, cpioique bien insuffisants encore, de la théorie de la Lune.