Vitesse de la lumière #4 - La course à la précision

dans le film que vous allez voir des images de synthèse vont être utilisée pour représenter le trajet de la lumière or si la lumière se voit deux faces lorsque la source lumineuse est devant vous elle ne se voit pas de profil alors nous avons choisi de représenter la lumière de profil de cette façon et comme la lumière n'est pas instantané mais qu'elles se déplacent nous la ferons avancer de cette manière bien sûr garder en tête qu'ils si la vitesse est considérablement ralentie bon film [Musique] que de chemin parcouru depuis sept ans immémoriaux où les hommes

pensaient que la lumière était instantanée qu'il y en avait ou qu'il n'y en avait pas aux alentours de 1850 tout le monde sait désormais que la lumière à une vitesse de propagation fini une vitesse très élevée d'ailleurs puisqu'elle tourne autour de 300 mille kilomètres par seconde deux méthodes ont été mises au point pour la calculer la méthode dite de la roue dentée conçu par hippolyte fizeau et celle du miroir tournant plus précises mise au point quelques années plus tard par léon foucault pour autant même si la marge d'incertitude se réduit elle existe toujours et c'est

bien dommage car je vous rappelle qu'à l'époque les scientifiques cherchent à déterminer avec précision la distance terre soleil et ils ont plusieurs solutions pour déterminer cette distance l'une d'elles consiste à utiliser la vitesse de la lumière en effet depuis james bradley on sait combien de temps met la lumière pour parcourir la distance terre soleil 8 minutes et 12 secondes si on savait précisément à quelle vitesse se déplace à lumière eh bien on en déduirait facilement quelle distance elle parcourt pendant ces huit minutes et 12 secondes et ainsi on connaîtrait et la distance terre soleil les

astronomes pensent qu enfin ils vont pouvoir déterminer cette distance avec précision en effet en 1874 le soleil vénus et la terre doivent s'aligner en suivant la tâche de vénus sur le soleil en effectuant les mesures en différents points sur la planète ils peuvent par calcul déterminer cette distance urbain le verrier qui dirige l'observatoire de paris n'est qu'à moitié satisfaits en effet il regrette que l'on soit ainsi tributaire de la course des planètes pour déterminer cette distance il préfèrerait sans fois que l'on puisse faire cette mesure sur terre à tout moment et pour cause le soleil

vénus et la terre ne sont que très rarement aligné certaines personnes ne pourront même jamais observé un tel alignement au cours de leur existence il ne faut donc pas se tromper pour déterminer la distance terre-soleil le verrier préfèrent utiliser la vitesse de la lumière et puisque celle ci manque de précision eh bien il demande à un jeune physicien alfred cornu de se lancer dans une nouvelle campagne de mesures à près de tournus a le choix entre la roue dentée est le miroir tour dont il loue du miroir tourne en effet il juge que le déplacement

du miroir pendant le trajet de la lumière n'est pas suffisamment important pour que sa mesure soit fiable or c'est justement ce déplacement qui selon cette méthode permet de déterminer la vitesse de la lumière il choisit donc la méthode de la roue dentée pour être parfaitement nette sachez aussi que cornu a été formé par fiso le père de la roue dentée cornu ne fonce pas tête baissée si j'ose dire il est également conscient des limites de cette méthode je vous rappelle le principe la lumière qui part d'un point et réfléchie par un miroir et revient au

point de départ sur le chemin elle croise une roue dentée quand le système est au repos la lumière passe à l'aller et au retour entre dedans quand la roue tourne à partir d'une une vitesse la lumière qui passe entre dedans à l'aller buts contre une de ses dents on retouche c'est grâce à cette vitesse de rotation de la roue dentée que fiso a estimé la vitesse de propagation de la lumière pour que la lumière rencontre la dent sur son trajet retour fiso a dû faire tourner la roue à 12,6 tour par seconde il atteint 7

vitesses à tâtons passant parfois à côté et continue parvient il à a beaucoup de difficulté à la maintenir constante cette vitesse il doit reprendre l'expérience à maintes reprises pour repérer la vitesse de 12,6 tour par seconde du coup il ne réalise qu'une vingtaine de mesures après un premier essai infructueux en 1871 cornu va améliorer son dispositif expérimental pour cela il utilise une machine qui tourne très vite sa vitesse de rotation peut atteindre 1600 tours par seconde le plus 7 h il est équipé cet important d'un mécanisme qui enregistre continuellement la vitesse de rotation de la

roue dentée et le moment où la lumière vient buter contre une dent et disparaît dans l'oculaire de l'observateur ainsi il n'est plus besoin de maintenir constante la vitesse de la rue car l'obturation de la lumière peut se produire pour différentes dans donc pour différentes vitesses de rotation à chaque fois que la lumière disparaît corps nu à puis souvenons clé électriques reliés à la machine qui enregistre ce moment et la valeur de la vitesse correspondant cornu installe cette machine dans une mansarde de l'école polytechnique sur la montagne sainte geneviève à paris tandis que le miroir réflecteurs

lui est installé à dix mille trois cent dix mètres de là sur le mont valérien là au fiso d'un effet que quelques dizaines d'essais cornu lui effectué plus de 1000 observations la moyenne de ces mesures donnent une valeur de 2 198 milles 500 km par seconde cornu est le premier surpris par ce résultat alors qu'il trouvait suspecte la méthode de foucauld et son miroir tournant il obtient une valeur quasi identique à ce dernier les méthodes de la roue dentée et du miroir tournant serait possible mais la précision est encore insuffisante encouragé par urbain le verrier

directeur de l'observatoire de paris cornu va allonger la distance de l'aller retour effectué par la lumière pour diminuer l'imprécision en 1874 il installe sa machine à l'observatoire de paris et pointe à 23 km au sud la tour médiévale de montlhéry après son départ la lumière parcoure 46 kilomètres avant de revenir à l'observatoire chaque soir cornu se rend à l'observatoire ils passent des nuits entières à lancer des mesures attendant des conditions de pureté de l'air et de calme exceptionnel à force de patience il fini par accumuler plus de 500 mesures obtenant une valeur de la vitesse

de la lumière de trois cent mille quatre cents kilomètres par seconde avec une incertitude de 300 km par seconde cette méthode sera utilisée pendant de nombreuses années elle fournira un dernier résultat en 1902 299 1880 kilomètres par seconde avec une incertitude de 84 kilomètres par seconde quel progrès entre temps cependant les français auront perdu le monopole des mesures de la vitesse de la lumière en 1878 un jeune américain de 25 ans albert mikkelson bien décidé à fournir une mesure encore plus précise que celle de cornus va perfectionner la méthode du miroir tournant mise au point

par les ouf ce sont toujours les mêmes fondamentaux comme ses prédécesseurs mikkelson va mesurer la vitesse de la lumière sur un parcours aller-retour mais là où focaux lui faisait parcourir 42,4 m l'américain va mesurer la vitesse de la lumière sur une distance de 70,8 kg mais le dispositif est le suivant une source en voit la lumière sur une face mena prisma 8 côté la lumière est réfléchie et par un jeu de miroirs dirigés sur une face opposée du prisme elle fit réfléchi et après avoir parcouru 70 8 km depuis le départ elle atteint l'observateur comment

le prisme est au repos faisons le tour n'est maintenant quand la lumière arrive en bout de course la face du prisme sur laquelle elle se réfléchit à légèrement tourné du coup la lumière n'ai plus réfléchi vers l'oculaire l'observateur ne voit plus rien en fait pour que l'observateur voit la lumière il faut que le prisme phase 1 8ème de tours pendant le trajet de la lumière autrement dit quand la lumière parcoure 70,8 km le prisme lui doit faire un huitième de tours de cette manière la lumière qui revient vers le prisme se réfléchit sur une phase

qui la renvoie pile dans laxe de l'oculaire mikkelson calcul que le phénomène se produit quand le prisme tourne à 528 tour par seconde autrement dit le prisme fait un huitième de tours en 237 millionième de seconde comme c'est également le temps que met la lumière pour faire soixante dix huit kilomètres mikkelson en déduit que la lumière se propage à 299 1796 kilomètres par seconde avec une incertitude de quatre kilomètres par seconde cette valeur va devenir une référence pour les scientifiques pendant plusieurs dizaines d'années avec le temps d'autres scientifiques vont mettre au point de nouvelles méthodes

pour en affiner encore la mesure mais ça c'est une autre histoire [Musique] [Applaudissements] m [Musique] [Musique]