Au 17e siècle, ces Français ont réussi à mesurer la distance entre la Terre et le Soleil

Il y a environ 350 ans, l’astronome français Jean Richer a mené un voyage en Amérique du Sud dans l’objectif de révéler l'immense échelle du système solaire.

De Dieynaba Young
Publication 2 févr. 2024, 11:31 CET
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Colbert présentant à Louis XIV les membres de l'Académie royale des Sciences, huile sur toile d’Henri Testelin. À la fin du 17e siècle, l’académie des sciences a fait plusieurs découvertes majeures en envoyant des astronomes en expédition dans différentes régions du monde. 

PHOTOGRAPHIE DE incamerastock, Alamy Stock Photo

Un jour de pluie de mai 1673, dans une forêt tropicale de Guyane française, un scientifique est décédé. Seul son prénom, Meurisse, est connu des historiens. On pourrait imputer sa mort à une maladie ou un accident fatal mais aucune description complète n’en a été retrouvée. La seule personne qui se trouvait avec lui était son partenaire de voyage, l’astronome Jean Richer, alors tombé gravement malade et luttant pour rester en vie. 

L'année précédente, ils avaient été envoyés, depuis Paris vers Cayenne, sur la côte nord-est de l'Amérique du Sud, à 4 400 km de distance. L'Académie française des sciences, à la demande de l'astronome Giovanni Cassini, leur avait confié pour mission d’effectuer une mesure qui révélerait la distance entre la Terre et le Soleil, une valeur qui n'était, à l’époque, pas encore connue.

Depuis que le regard de l'humanité s’était tourné vers le ciel, des tentatives avaient été faites pour déterminer la distance séparant la Terre du Soleil. Les scientifiques de l'Antiquité, tels qu'Ératosthène et Ptolémée, avaient produit des estimations qui variaient considérablement, sous-estimant souvent la valeur réelle.

Dans les années 1670, des instruments astronomiques avaient été nouvellement développés et Cassini était déterminé à s’en servir pour répondre à cette question une bonne fois pour toutes. Il habitait le deuxième étage de l'Observatoire de Paris et travaillait sans relâche sur le problème. « Il n'avait pas de passe-temps », explique Gabriella Bernardi, auteur de Giovanni Domenico Cassini: A Modern Astronomer in the 17th Century (Giovanni Domenico Cassini : Un astronome moderne du 17e siècle). « On perçoit, dans son journal, un homme entièrement dévoué à sa profession ».

Comprendre : le système solaire

À bien des égards, le voyage vers la Guyane française constituait un voyage de routine à la fin du 17e siècle. Il s’inscrivait dans le cadre d'une série d'expéditions scientifiques envoyées par Cassini. Deux ans plus tôt, Richer et Meurisse s'étaient rendus dans le nord-est de l'Amérique du Nord pour mesurer les latitudes et les hauteurs des marées, et des expéditions scientifiques françaises se préparaient à faire de même dans des destinations telles que le Sénégal et l'Équateur.

Ce voyage en Cayenne permit cependant de recueillir l’information clé qui, associée aux prouesses mathématiques de Cassini, produisit la première mesure précise de la vaste distance entre la Terre et le Soleil. 

 

UNE IDÉE RÉVOLUTIONNAIRE

Le 11 janvier 1667, cinq ans avant la mission en Guyane, l'astronome Adrien Auzout se tenait dans la salle de réunion de la somptueuse Bibliothèque du Roi à Paris. Il exposait un audacieux programme de recherche scientifique à une petite assemblée d'hommes portant de longues perruques épaisses.

« Au moment où l'Académie est conçue, on pense déjà à organiser des expéditions astronomiques », explique Nicholas Dew, historien à l'université McGill. « Auzout en était le planificateur... [Il avait] pour idée d'utiliser les réseaux commerciaux coloniaux pour envoyer des observateurs tout autour du globe afin d'effectuer des observations en astronomie ».

Il s’agissait d’un projet vaste et visionnaire. Azout se rendait bien compte que certaines questions astronomiques, notamment les distances entre les planètes et le Soleil, nécessitaient d’effectuer des observations simultanées depuis deux endroits différents, par exemple à Paris et dans un lieu éloigné. Il plaidait en faveur d'un voyage jusqu'à Madagascar, où la Compagnie britannique des Indes orientales devait s'implanter et où la proximité avec l'équateur aurait permis aux astronomes de faire des observations essentielles.

Son audience l’écoutait malgré les bruits et les odeurs d'une ville sale et encombrée, qui s'infiltraient par les fenêtres. À la fin du 17e siècle, Paris était connue pour ses processions religieuses bruyantes, ses fêtes alcoolisées et sa violence armée. Chaque matin, à sept heures sonnantes, les fonctionnaires de la ville descendaient les grands boulevards en faisant sonner de grosses cloches pour réveiller les habitants, leur enjoignant de nettoyer les immondices qui s'étaient accumulées devant leurs maisons sous peine d'amende.

Cette ville animée était le foyer d'une activité intellectuelle et commerciale foisonnante, où une population nombreuse et aisée se mêlait librement aux membres d'une communauté scientifique avant-gardiste. Un grand nombre des fabricants d'instruments scientifiques les plus compétents vivaient alors à Paris et à la périphérie de la ville, la construction d'un nouvel observatoire astronomique de grande envergure commençait.

En avril 1669, deux ans après le discours d'Auzout, Cassini arriva à Paris. Il avait été personnellement invité par le roi Louis XIV et allait rapidement devenir l'une des figures illustres les plus modestes de l'Académie.

« Cassini avait quarante-quatre ans lorsqu'il partit pour Paris. Un célibataire avec un carrosse rempli d'instruments astronomiques », explique Bernardi.

Alors que l'Académie continuait de préparer une expédition astronomique vers l'équateur, l’intérêt des scientifiques passa de Madagascar à Cayenne. Cette colonie française était plus proche et l'Académie devait agir rapidement pour ne pas manquer un évènement notable : à l'automne 1672, Mars et la Terre seraient à leur point le plus proche l'une de l'autre en quinze ans.

Comprendre : le Soleil

Cassini prit conscience que des informations précises au sujet de Mars pouvaient être obtenues à ce moment-là et servir à calculer sa parallaxe, c’est-à-dire la mesure de la différence apparente de la position d’une planète depuis deux points d’observation différents. Cette mesure clé pourrait alors permettre de calculer la distance entre la Terre et le Soleil. La proximité avec Mars était donc une opportunité considérable. 

 

LA PRÉPARATION AU VOYAGE

Richer et Meurisse passèrent des jours et des nuits à travailler aux côtés de Cassini pour se préparer aux observations communes qu'ils allaient devoir effectuer quand ils se trouveraient à des milliers de kilomètres de là. Les deux apprentis savaient qu'ils embarquaient pour un voyage périlleux.

« Tous ceux qui avaient été envoyés sur ces navires à cette époque avaient un statut inférieur », explique Dew. « Les voyages dangereux, effrayants et de longue durée étaient effectués par des personnes de rang inférieur et moins bien payées. »

Richer et Meurisse se rendirent d’abord au port français de La Rochelle, où ils passèrent trois mois à tester et à calibrer méthodiquement leurs instruments, dont un octant, un quadrant, plusieurs télescopes de différentes tailles et quelques horloges à balancier.

Le 8 février 1672, ils mirent les voiles vers Cayenne à bord d'un navire marchand, potentiellement un navire négrier vide dont la destination finale était le Sénégal. Un soir, pendant la traversée, Richer s’installa sur le pont du navire pour observer en détails une comète dont les deux queues brillaient dans le ciel d'un noir d'encre.

Cassini avait donné plusieurs objectifs à Richer : il devait mesurer la position des étoiles australes, la hauteur des marées et la durée du crépuscule, observer les lunes de Jupiter et prendre des notes détaillées sur les mouvements de Vénus, Mars et Mercure. Meurisse et lui avaient également pour mission de prendre des mesures barométriques et d’être attentifs à la faune et à la flore inhabituelles. Le 22 avril 1672, le duo arriva à Cayenne. 

 

LES CONFLITS DU NOUVEAU MONDE 

Fert aurum industria : le travail procure la richesse. Celui qui a inventé la devise officielle de Cayenne devait avoir un sens de l'humour assez sinistre.

La petite colonie désolée ne pouvait pas être un spectacle encourageant pour Richer et Meurisse. Visitée par seulement deux ou trois navires par an, l’« île » de Cayenne était séparée du reste de la Guyane, d'un côté par l'étroit estuaire du Mahury, long de 1.6 kilomètre et de l’autre par la mince rivière de Cayenne. 

Le duo se rendit sûrement compte en descendant du bateau qu’ils avaient choisi la pire période de l’année pour leur voyage. La fin avril est presque l’apogée de la saison des moussons en Amazonie, un climat d’une humidité oppressante où grouillent les moustiques. Le rideau de pluie sans pitié qui leur tombait dessus faisait déborder la rivière mais ne les soulageait pas de la chaleur étouffante. 

Au centre de la colonie se tenait le Fort Cépérou, une structure morne et solitaire, auparavant en bois mais qui avait été reconstruite en pierre après la dernière attaque de la population indigène, signe de la détermination des colons français à rester. À quelques pas du fort se trouvait un magasin général qui approvisionnait la colonie et dont les rayons étaient rarement très garnis.

Une modeste église jésuite et une maison missionnaire se trouvaient également là. Un récit de 1685, cité dans l'ouvrage de Catherine Losier, Approvisionner Cayenne sous l’Ancien régime : Archéologie et histoire des réseaux commerciaux, la décrit comme une habitation occupée par quatre pères et un frère, ainsi que par quatre-vingt-deux esclaves africains dont trente-deux hommes, vingt-trois femmes et vingt-sept enfants, devant travailler les cultures des Jésuites et s'occuper de leur bétail. Les Africains asservis représentaient environ 85 % de la colonie.

Puis, il y avait les Kalina. Ce peuple indigène, également appelé Galibi, résidait dans la région de Cayenne depuis plus de deux mille ans avant l'arrivée des Européens. Comme l’écrivit un colon du nom de Paul Boyer, après une visite vers 1654, ils « ne pensaient qu'à se débarrasser des Français ».

Par le passé, les interactions entre les deux groupes avaient été conflictuelles. Moins de trente ans avant l'arrivée de Richer, en 1644, le gouverneur français Charles Poncet de Brétigny était arrivé à Cayenne avec quelques centaines d'hommes et avait marqué au fer rouge les Kalina qui lui déplaisaient, les avait obligés à porter des vêtements, avait enlevé les femmes indigènes et les avait enfermées dans ses quartiers. Au bout d’un an, un membre de la tribu enfonça une hache dans le crâne de Bretigny, à l'issue d'une embuscade sanglante qui ne laissa qu'une poignée de Français en vie dans un village réduit en cendres.

Les Kalina n’étaient pas la seule source de tourment des Français. Dix ans après le règne de Bretigny, les Hollandais parvinrent à s’emparer de la colonie, avant d'en être chassés par de nouvelles troupes françaises lors d'une attaque surprise. Les colons français furent ensuite chassés par les Britanniques en 1667, qui reprirent le contrôle de la colonie un an plus tard, quatre ans seulement avant l'arrivée de Richer.

Pour Louis XIV, la Guyane constituait une position stratégique permettant à la France de s’implanter sur le continent sud-américain. Ce n’était cependant pas la seule raison pour laquelle les nations européennes étaient attirées par la région. Une autre explication était souvent divulguée à voix basse : l'El Dorado. Les Européens qui se battaient pour contrôler Cayenne pensaient que la légendaire cité d'or se cachait quelque part en Guyane, et que celui qui contrôlerait Cayenne aurait la voie libre vers les richesses.

Richer et Meurisse, eux, étaient partis à la recherche d'un trésor scientifique.

 

L’ASTRONOMIE D’OUTRE-MER

Loin de la colonie, de l'autre côté de l'étroite rivière qui donna son nom à Cayenne, s'étendait le reste de la Guyane, une forêt tropicale dense et primitive, où l’on trouvait des plantes et des animaux que l'on ne voyait nulle part ailleurs dans le monde. L'environnement devait être si étranger à Richer et Meurisse, si différent des rues pavées de Paris, qu'il est difficile d'imaginer quels animaux attirèrent leur regard en premier : les fourmiliers, les iguanes ou les singes-araignées ? Furent-ils étonnés de voir des jaguars tachetés ou des perroquets d'un vert éclatant ?

Selon les archives de l’Académie, Richer et Meurisse prirent des notes détaillées sur la flore et la faune, mais presque toutes furent perdues au fil du temps. À un moment donné, Richer tomba nez à nez avec une anguille électrique (E. electricus) et écrivit plus tard qu'un « simple contact avec un doigt ou le bout d'un bâton [engourdissait] tellement le bras et la partie du corps la plus proche que l'on [restait] environ quinze minutes sans pouvoir bouger ».

Dès son arrivée, Richer se mit à explorer la jungle à la recherche du meilleur endroit pour construire un observatoire. Après quelques semaines, il trouva un endroit adéquat et les deux hommes recrutèrent des travailleurs indigènes qui construisirent une structure composée de branches, d'écorces d'arbres et de feuilles de palmiers, avec un grand trou dans le toit pour leurs télescopes.

L'observatoire fut terminé avant la mi-mai. La première observation de Richer eut lieu le 14 mai, et il calcula la hauteur de l'étoile polaire, un début prometteur pour ce qui allait être une mission très difficile.

La pluie était impitoyable et Richer écrivit à Cassini que le mauvais temps l’avait empêché, pendant plusieurs jours, de faire des observations. « Depuis notre arrivée, il ne s'est pratiquement pas passé un jour sans qu'il pleuve. »

À un moment donné, les fourmis s’introduisirent en si grand nombre dans les horloges à pendule des scientifiques qu’elles bloquèrent la délicate machinerie des rouages, provoquant l'arrêt complet d'au moins une d'entre elles.

Richer et Meurisse dépendaient fortement des fournitures qu’ils avaient apportées de leur pays, même si la nourriture locale était disponible sous forme de gibier, de poissons et de plantes comestibles telles que les bananes, les avocats et les mangues. Les deux Français préfèraient manger des aliments familiers, notamment des paquets de viande séchée, de la farine, du vin de Bordeaux, du café et du fromage, rarement réapprovisionnés par les navires de passage.

L'envoi de nourriture aux colonies était un problème constant, explique Dew. « Les Européens voulaient manger ce qu'ils avaient l'habitude de manger (...). Ils se disaient qu’il leur fallait du pain et du vin ».

La lenteur du courrier et la rareté des navires de passage obligeaient Richer et Meurisse à se débrouiller seuls.

 

QUAND LE CIEL S’ÉCLAIRCIT 

En octobre 1672, la saison des pluies s’arrêta enfin, juste à temps pour observer Mars. Sur plusieurs semaines, Richer s’attela à mesurer la planète et les étoiles alentours. 

De l’autre côté de l’Atlantique, à 7 000 kilomètres, Cassini et l’astronome danois Ole Rømer prirent aussi des mesures aux moments décidés au préalable, en regardant par la fenêtre de l'Observatoire de Paris.

Pendant ce temps, à Londres, l'astronome John Flamsteed, de la Royal Society, mesurait également la parallaxe de Mars afin de déterminer la distance qui la sépare du Soleil, en observant astucieusement Mars une fois en début de soirée, avant d’attendre plusieurs heures que la Terre tourne et d’effectuer une nouvelle mesure. Son calcul final fut proche de celui de Cassini, mais pas aussi précis.

La mort de Meurisse en 1673 était peut-être due à la fièvre jaune, à la malaria, à la pneumonie, ou encore à une malnutrition sévère. « Quand quelqu’un quittait les côtes européennes pour se rendre de l’autre côté de l’océan, les autres partaient du principe que cette personne allait mourir », dit Dew. « On aimerait en savoir plus sur la mort de Meurisse mais il n’est pas inhabituel que la documentation soit si éparse. »

Richer se retrouva alors seul et trop malade pour continuer. Il chercha des spécimens à ramener à l’Académie, comme un crocodile vivant qu’il enchaîna dans la cale du navire. Dévasté par la maladie, il remit les voiles et quitta Cayenne le 25 mai 1673 avec le brouillon de son rapport de mission. Au cours de son long voyage de retour, le crocodile mourut de faim mais Richer se rétablit.

En 1679, Richer publia son rapport officiel, Observations astronomiques et physiques faites en l’isle de Caienne. Grâce aux informations rapportées dans ce dernier, Cassini put enfin effectuer ses calculs et annonça dans une publication en 1684 que le Soleil, qui paraissait pourtant si proche, se trouvait en fait à 140 millions de kilomètres de nous, un résultat remarquablement proche de la véritable distance entre le Soleil et la Terre, environ 150 millions de kilomètres l’un de l’autre. 

Les nouvelles de l’expédition et la révélation de la vraie taille du système solaire se répandirent rapidement, notamment grâce aux écrits de Bernard le Bovier de Fontenelle, dont les écrits scientifiques étaient rédigés dans un style romanesque unique. Pour la première fois, l’astronomie était devenue un sujet à évoquer au dîner.

 

UN HÉRITAGE SCIENTIFIQUE

Le calcul de notre distance avec le soleil n'est pas le seul héritage laissé par l'expédition de Richer à Cayenne. Pendant son séjour en Amérique du Sud, l'astronome a également mesuré la longueur d'un pendule et a comparé les résultats à ses horloges, calibrées avec précision. Quelque chose clochait. Les secondes indiquées par le pendule semblaient plus courtes à Cayenne qu'à Paris.

Bien que Richer ne l'ait pas réalisé à l'époque, cela était dû au fait qu'il y a un peu moins de gravité près de l'équateur, là où la Terre se gonfle en tournant, ce qui explique cette mesure plus courte des secondes. Isaac Newton en découvrit la raison une quinzaine d'années plus tard, en utilisant les mesures de Richer pour étayer ses nouvelles théories sur la gravité. 

« Songez, milord, » écrivait Voltaire en 1740, dans une lettre adressée à Milord Hervey, « que, sans le voyage et les expériences de ceux [envoyés] à Caïenne, en 1672, […], jamais Newton n’eût fait ses découvertes sur l’attraction. »

Selon Bernardi, le succès du voyage est dû à l’approche moderne prise par Cassini. « À l’époque, il s’agissait d’une totale innovation », dit-elle. « Cassini a été le premier à comprendre qu'un plan d'observation régulier, en collaboration avec de nombreux autres collègues, permettait de s'attaquer à des problèmes plus difficiles et d'obtenir des résultats importants, comme c’est le cas aujourd'hui dans les grandes sciences ». 

Alors que le navire marchand qui le ramenait chez lui s’éloignait des rivages verdoyants de Guyane, Richer s’enfonçait dans une forme d’obscurité. Le triomphe du calcul exact de la distance entre le Soleil et la Terre fut presque complètement attribué à Cassini. Une fois arrivé en France, Richer se retira de l’Académie et accepta un poste d'assistant d’un ingénieur militaire.

Lorsque le navire de Richer prit la mer, la saison des moussons était à nouveau à son apogée. La chaleur était probablement inébranlable et le fleuve proche du débordement, la pluie incessante s'abattant sur la terre qu’il laissait derrière lui. 

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.

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