L'histoire de la mesure de la vitesse de la lumière

dans le film que vous allez voir des images de synthèse vont être utilisé pour représenter le trajet de la lumière or si la lumière se voit de face lque la source lumineuse est devant vous elle ne voit pas de profil alors nous avons choisi de représenter la lumière de profil de cette façon et comme la lumière n'est pas instantanée mais qu'elle se déplace nous la ferons avancer de cette manière bien s gardez en tête qu'ici la vitesse est considérablement ralentie bon [Musique] film 300000 km par seconde c'est la vitesse de la lumière plus exactement 299792

km et 400 58 m par seconde autrement dit en une seconde la lumière parcourt 299792 km et 458 m il lui faut seulement 8 minutes et 13 secondes pour parvenir du soleil jusqu'à nous un peu plus de 4 ans depuis Proxima du Centor l'étoile la plus proche du système solaire et à peine un milliardiè de seconde pour aller de l'écran que vous regardez jusqu'à vos yeux 300000 km/se ça va très vite tellement vite que durant des milliers d'années les hommes ont cru que la lumière était instantanée comment vous dire pour eux elle ne se déplaçait

pas il y en avait ou il n'y en avait pas un des premiers à avoir douté de l'instantanéité de la lumière c'est alazen un savant arabe du 10e siècle alazen est un précurseur il est l'auteur du premier traité d'optique un ouvrage dans lequel il décrit le phénomène de la réfraction et l'explique vous savez quand on plonge un bâton dans l'eau par exemple et bien on a l'impression qu'il est cassé àazen a une intuition il pense que la lumière a une vitesse de propagation hélas il ne pourra rien prouver et sa géniale intuition ne restera qu'une

intuition en fait c'est Galilée au 17e siècle qui le premier va tenter de mesurer la vitesse de propagation de la lumière Galilée vous connaissez c'est ce savant ital qui s'est illustré du haut de la tour de Pise en faisant des expériences sur la chute des corps Galilée pense donc que la lumière a une vitesse finie et en savant scrupuleux il est bien décidé à le prouver pour cela il doit mesurer le temps que met la lumière pour parcourir une distance bien précise car c'est ça la vitesse une distance sur une durée quand un véhicule roule

à 50 km parhure par exemple et bien cela signifie qu'à cette vitesse il parcourt 50 km en une heure revenons à Galilée il est également persuadé que la lumière se propage très vite comment faire alors dans ces conditions pour la suivre sur un trajet déterminé avec un point de départ et un point d'arrivver et mesurer le temps qu'elle met pour effectuer ce trajet une chose est sûre sa mesure ne peut se faire que sur une grande distance Galilée met en place l'expérience suivante deux observateurs se positionnent à environ 1800 m l'un de l'autre chacun au

sommet d'une colline il fait nuit tous les deux sont équipés d'une lanterne dont ils ont masqué la lumière l'idée de Galilée est simple le premier démasque sa lanterne et il déclenche simultanément une clepsidre l'ancêtre de l'horloge sitôt qu'il aperçoit la lueur le second démasque la sienne et dès que le premier aperçoit cet éclat il arrête laaclepsidre plutôt bien vu si j'ose dire ce dispositif doit en effet permettre de mesurer le temps que met la lumière pour faire l'aller retour entre les deux observateurs hélas les deux hommes ont beau faire et refaire l'expérience la lumière semble

instantanée et pour cause il ne lui faut que quelques millionièm de secondes pour parcourir 3600 m pour autant Galilée ne va pas en déduire que la lumière est instantanée non pour lui vitesse est trop élevée pour pouvoir la mesurer en fait il va falloir patienter jusqu'au 18e siècle pour prouver que la lumière se déplace à une vitesse vertigineuse le temps que des savants acquierrent les connaissances suffisante et mettent au point le matériel nécessaire le premier qui sans le savoir va apporter sa contribution à cette quête s'appelle Nicolas Copernic son nom vous dit sûrement quelque chose

c'est un astronome prestigieux avant lui on pensait que la terre était au centre de l'univers c'était comme ça depuis les Grecs au 16e siècle Nicolas Copernic va remettre les choses en place enfin les planètes l'astronome va montrer que le soleil est au centre du système et que toutes les planètes tournent autour c'est d'ailleurs en défendant les thèses de Copernic que Galilée aura des problèmes avec l'Église le deuxième savant c'est Galilée justement en 1609 il met au point une lunette qui permet d'observer les planètes du système solaire grâce à cet instrument il découvre que quatre lunes

gravitent autour de Jupiter le troisième enfin s'appelle Johannes Kepler il observe le balai des planètes autour du soleil et en comprend la mécanique grâce à ses travaux rassemblés dans les fameuses lois de Kepler les astronomes peuvent dèslors savoir à tout moment où se trouvent les planètes les unes par rapport aux autres voilà la boîte à outil est prête la lumière va pouvoir livrer une partie de son mystère imaginez nous sommes en 1671 sous le règne de Louis XIV l'Observatoire de Paris vient juste d'être achevé il est dirigé par l'illustrissimo Jean-Dominique Cassini à l'époque c'est une

personnalité très importante et très respectée en raison de ces table les fameuses tables de Cassini rien à voir avec la gastronomie Jean-Dominique Cassini a la tête dans les étoiles grâce aux lois de Kepler il a calculé et déterminé les jours et les horaires des éclipses de Yo un satellite de Jupiter autrement dit il sait quand précisément cette lune disparaît dans le cône d'ombre de Jupiter c'est ce qu'on appelle l'immersion et quand elle en ressort c'est émersion ces données sont rassemblées sur des tableaux un peu comme les horaires de Maré aujourd'hui les fameuses tables de Cassini

à l'époque l'idée c'est d'aider les marins à se positionner sur la mer ils n'ont pas le GPS mais en comparant l'heure à laquelle il voi apparaître ou disparaître le satellite de Jupiter et l'horaire qui figure sur les tables aujourd'hui horaire qui correspond à celui de Paris et bien ils peuvent en principe déterminer la longitude à laquelle il se trouvent cependant Cassini est perturbé ça fait pas mal de temps qu'il observe yo et il ne comprend pas parfois yo respecte ses prévisions et depuis la Terre apparaît ou disparaît pile à l'heure et puis de façon tout

à fait incompréhensible quelques mois plus tard yo apparaît ou disparaît avec quelques minutes de retard ou d'avance sur ses prévisions que se passe-t-il Haus Romer astronome danois invité de Cassini à l'observatoire de va proposer une solution à ce problème les planètes on l'a vu tournent autour du soleil dans un étrange balai imaginez la terre se trouve ici Jupiter là y entre dans le cône d'ombre puis en ressort à 22h comme prévu par les tables quelques mois plus tard la terre se trouve maintenant ici et Jupiter là la distance qui s'est par les de planètes a

augmenté de 75 millions de kilmè Yo entre dans l'ombre l'observateur qui se trouve sur terre la voie ressortir mais avec 4 minutes de retard sur l'horaire prévu pourquoi hein ben oui pourquoi et bien parce que la distance entre yo et la terre a augmenté et que les 4 minutes supplémentairire correspondent au temps nécessaire à la lumière pour qu'elle parcour cette distance supplémentaire rommer fait d'une pierre de coup il explique les retards de Yo et en déduit que la lumière a une vitesse fini après une telle découverte on pourrait imaginer que la communauté scientifique explosa de

joie et bien pas vraiment Cassini va très vite remettre en cause les résultats de Romel en effet les éclipses des autres satellites de Jupiter ne sont pas sujettes au même retard que celles de Yo l'argument c'est vrai est de poids en fait on sait aujourd'hui que ces écarts sont dû à des mouvements plus complexes des autres satellites et qu'il était difficile de les déceler à l'époque finalement c'est un anglais James Bradley qui va clore le débat 50 ans plus tard il confirme que Romer avait raison et que la lumière n'est pas instantanée mais qu'elle a

une vitesse une vitesse finie qu'ilestime proche de 300000 km pare désormais la course à la mesure de la vitesse de la lumière peut démarrer mais ça c'est une autre histoire [Applaudissements] [Musique] dans le film que vous allez voir des images de synthèse vont être utilisées pour représenter le trajet de la lumière or si la lumière se voit de face 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 instantanée mais qu'elle se déplace

nous la ferons avancer de cette manière bien sûr gardez en tête qu'ici la vitesse est considérablement ralentie bon film [Musique] au milieu du 19e siècle la lumière a livré une partie de son mystère après des lustres d'incertitude la communauté scientifique s désormais que la lumière se propage à une vitesse finie c'est un Danois haromer qui a affirmé en 1676 alors au début c'est vrai l'idée a du mal à passer jusqu'au moment où 50 ans plus tard un astronome anglais James Bradley en a apporté la preuve il a même estimé la vitesse de la lumière à

environ 300000 km par seconde seulement voilà en ce milieu de 19e siècle la communauté scientifique sait que le résultat de Bradley est approximatif en effet Bradley a fait son estimation à partir de la distance qui sépare la Terre du Soleil or à cette époque cette distance est encore incertaine c'est d'ailleurs l'une des grandes questions qui agite l'Observatoire de Paris une question à laquelle les scientifiques répondraient facilement s'ils connaissaient précisément la vitesse de la lumière en effet pour obtenir une distance il suffit de multiplier le temps par la vitesse or en ce milieu de 19e siècle

seul le temps que met la lumière pour parvenir du soleil jusqu'à la terre est connue 8 minutes et 12 secondes soit 492 secondes autrement dit vous l'avez compris d'un côté il y a ceux qui avaient besoin de la distance TER soleil pour mesurer la vitesse de la lumière et de l'autre ceux qui avaient besoin de la vitesse de la lumière pour mesurer la distance terre soleil bref c'est le chat qui se MT la queue alors comment s'en sortir à l'époque l'Observatoire de Paris est dirigé par François aragot je le précise car c'est un éminent scientifique

dont vous entendrez sûrement parler un jour ou l'autre c'est une sorte de touche à tout de génie et qui en plus aime l'aventure il est aussi à l'aise avec la physique l'astronomie cadeau de chameau il est persuadé qu'il faut commencer par trouver la vitesse de la lumière seulement cette fois les éléments semblent résister comment déterminer cette vitesse ce sésame qui ouvrirait de nouvelles porte vers la compréhension de l'univers continuez à observer le balai des astres comme faisait Romer et Bradley sûrement pas pour obtenir une réponse il faut trouver un moyen de mesurer cette vitesse sur

terre autrement dit en laboratoire heureusement Arago n'est pas seul il encadre de jeunes prodig impatient d'en découdre avec ces grandes questions parmi eux deux jeunes physiciens Hippolyte phiso et Léon fouo ce qui est étonnant c'est que ce sont des autodidactes attention ce ne sont pas non plus des premier venu tous les deux ont quand même fait des études de médecine mais ils ont abandonné cette discipline pour se consacrer à la physique ensemble ils ont d'ailleurs obtenu la première image du soleil la photographie venait tout juste d'être inventée il plongent donc mais cette fois chacun de

leur côté peut-être d'ailleurs les deux hommes sont-ils un peu en concurrence mais qu'importe il cherche aidé par Gustave froman un habile constructeur mécanicien hippol phiso met au point une machine capable de mesurer la vitesse de la lumière sur terre la voilà la machine de phiso pas une reproduction la vraie machine celle utilisée par FISO lui-même pour réaliser ses mesures alors évidemment on se demande comment fyso a bien pu mesurer la vitesse de la lumière avec ça pas de panique vous allez voir c'est assez simple d'abord Hippolyte physo s'est inspiré de ses prédécesseurs Galilée notamment et

son expérience nocturne vous savez deux observateurs placés au sommet de deux collines distantes de plusieurs lieux il voulaient mesurer le temps que la lumière mettait pour faire un aller-retour Galilé n'avait rien mesuré du tout mais il avait pressenti que la lumière devait faire un aller-retour physo pressend exactement la même chose voici le principe de son expérience fyso place une source lumineuse sur le balcon de sa maison à Suren à l'époque pour obtenir une puissance suffisante on utilise de la créie incandescente cette lumière vient ensuite butter contre une lame de verre semi-réfléchissante inclinée à 45°gr de

cette manière elle est dévié direction Montmartre à plus de 8 km de Suren 8633 m exactement jusqu'au balcon d'un ami où FISO a installé un miroir la lumière s'y réfléchit et repart en sens inverse jusqu'à Suren où notre physicien la récupère dans son œilon après bien sûr qu'elle est traverser la lame de verre le dispositif de phiseau comporte également C essentiel une roue dentée installée au niveau de la station d'émission sur la trajectoire du faison lumineux en vrai voilà ce que ça donne comme vous pouvez le constater la machine réelle est un peu plus complexe

avec les différents appareils optiques destinés notamment à focaliser la lumière la source lumineuse était placée ici sur le côté là c'est la lame de verre semiéfléchissante et juste derrière vous reconnaissez la roue dentée mais si la roue est bien dentée seulement les dents sont minuscules il y en a 720 cette roue dentée était entraînée par un mécanisme mis en mouvement par un poids qui se trouvait là alors à quoi pouvait bien servir cette roue dentée pour mieux comprendre nous allons nous concentrer sur deux dents rassurez-vous ça ne mord pas quand le mécanisme est au repos

la lumière passe entre deux dents frappe le miroir à monmtre et revient vers fisau qui observe un point lumineux dans l'œ thon maintenant le physicien fait tourner la roue les dents coupent le faisceau lumineux le PO point lumineux s'évanouit puis apparaît de nouveau dans l'œilon la roue tourne de plus en plus vite jusqu'au moment où la lumière qui à l'allée passe entre deux dents vient buter au retour contre une [Musique] dent à cette vitesse là le point lumineux disparaît dans l'œ ton de physau elle est là l'astuce revoyons ce qui se passe au ralenti le

temps cisadam pour remplacer le trou par lequel la lumière était passée à l'allée correspond autant qu'a mis la lumière pour faire l'aller retour physo qui a installé un compte tour sur sa machine note que le phénomène est observé lorsque la roue atteint 12,6 tours par seconde la suite et bien c'est une histoire de calcul en fait la roue a été conçue de telle sorte que l'angle auquel correspond une dent soit d'un/4 de degré connaissant le nombre de tours quieffectue la roue denté en une seconde autrement dit 12,6 tours par seconde et bien phiso en déduit

que le temps que met une dent pour remplacer un creux est de 55 microsecondes la lumière met donc 55 microsecondes pour faire l'aller-retour sur N mon martre soit 17266 M phiso estime donc la vitesse de la lumière à 315300 km par seconde pourtant phiso sait que ses résultats manque de précision en effet il a du mal à mesurer avec exactitude la vitesse de rotation de la roue dentée alors me direz-vous pas de quoi sauter au plafond et bien si et je ne suis pas le seul phiso est salué par l'Académie des sciences il est même

décoré de la Légion d'honneur pourquoi et bien parce que même si ce résultat manque de précision phiso est le premier à avoir mis au point un dispositif capable de suivre sur terre le trajet de la lumière et de mesurer sa vitesse nous sommes en 1849 10 ans plus tard Léon fouco le complice des débuts mettra au point un autre dispositif il mesurera la vitesse de la lumière avec encore plus de précision mais ça c'est une autre histoire [Musique] dans le film que vous allez voir des images de synthèse vont être utilisé pour représenter le trajet

de la lumière or si la lumière se voit de face 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 instantanée mais qu'elle se déplace nous la ferons avancer de cette manière bien sûr gardez en tête qu'ici la vitesse est considérablement ralentie bon film [Musique] [Musique] en 1849 un physicien français Hippolyte phiso était parvenu pour la première fois à mesurer la vitesse de la lumière sur Terre grâce à un dispositif ingénieux il l'avait

estimé à 35300 km par seconde alors je sais on est un peu loin de l'estimation faite par l'anglais James Bradley environ 300000 km par seconde mais qu'importe les chiffres le succès de FISO tenait d'abord et avant tout au dispositif qu'il avait mis en place un dispositif qui prouvait que l'on pouvait mesurer la vitesse de la lumière sur terre FISO était d'ailleurs parfaitement conscient de cette marge d'erreur qu'il attribuait à juste titre au manque de précision du matériel qu'il avait utilisé d'ailleurs il ne publiera même pas ses résultats mais ça na pas empêché d'être salué par

l'Académie des Sciences et décoré de la Légion d'honneur pour autant ce succès n'av pas réglé tous les problèmes à cette époque je vous rappelle les astronomes cherchent à déterminer avec précision la distance terre soleil or pour calculer cette distance ils ont besoin de connaître précisément la vitesse de la lumière d'où les travaux de physau cependant la valeur trouvée par phisau étant imprécise et bien la question demeurait toujours en suspens en 1853 urbain l verrier prend la tête de l'Observatoire de Paris il a toujours regretté que FISO n'est pas poursuivi ses recherches il demande donc à

Léon foucco de lui fournir une nouvelle mesure plus précise de la vitesse de la lumière Léon fouco je suis sûr que ce nom vous dit quelque chose mais si c'est le compagnon de route d'Hippolyte FISO comme lui c'est un autodidacte et ensemble ils ont obtenu la première photographie du soleil néon fouco c'est aussi le père du pendule le fameux pendule de foucco je sais je sais ce n'est pas le moment pour mesurer la vitesse de la lumière foucco reprend en l'améliorant une expérience dans laquelle il utilisait un miroir tournant au passage cette expérience l'avait rendu

célèbre parce qu'elle lui avait permis de conclure que la lumière se déplaçait plus rapidement dans l'air que dans l'eau comme physo Léon fouco sait qu'il ne peut mesurer cette vitesse qu'en faisant faire un aller-retour à la lumière il met donc en place le dispositif suivant un hliosta capte la lumière du soleil et la renvoie sur une lame semiréfléchissante la lumière traverse cette lame puis est réfléchie par le fameux miroir tournant et quand je dis qu'il tourne je ne plaisante pas 400 tours par seconde ça donne le vertige he le mécanisme est entraîné par une turbine

à air comprimé ce qui rend le mouvement parfaitement régulier et réduit les imprécision il y a aussi un contour extrêmement précis pour le moment cependant le miroir tournant est à l'arrêt dans cette position la lumière est dirigée vers un premier miroir fixe puis vers un deè un 3è un 4è et enfin un 5è miroir conçu et orienté de telle sorte qu'une fois la lumière arrivée ici elle repart en sens inverse en suivant exactement le même chemin jusqu'à la lame de verre semiéfléchissante qui dirige alors la lumière vers un oculaire en partant du miroir tournant et

en y revenant la lumière parcourt très exactement 404 m le dispositif comporte également une mire graduée située ici cette mire a été réalisée par Gustave celuilà même qui a travaillé avec F lorsque la lumière pénètre le dispositif franchit la mire et projette l'image de cette mire sur tout son trajet aller et sur tout son trajet retour si les miroirs sont bien alignés l'image de la mire apparaît dans l'oculaire on place alors devant l'oculaire un réticule autrement dit un petit repère et on le positionne précisément afin qu'il se trouve au milieu de la mire sur une

graduation fouo lance le mécanisme du miroir tournant la lumière s'y réfléchit seulement étant donné que le miroir tourne la direction de la lumière est sans arrêt modifiée concrètement ou bien elle est dirigée vers les autres miroirs ou bien elle passe à côté tout se passe en fait comme si l'image de la mire clignotait dans l'oculaire j'ai bien dit comme si en effet le miroir tourne tellement vite que l'œil ne s'en aperçoit même pas à cause d'un autre phénomène qu'on appelle la persistance rétinienne alors à quoi lui sert tout ce dispositif et bien observons au ralenti

ce qui se passe au niveau du miroir tournant fouo sait que la lumière se propage à une vitesse vertigineuse de l'ordre de 300000 km parse par conséquent le temps que la lumière fasse l'aller-retour le miroir tournant c'est seulement déplacé d'une fraction de degrés la lumière est toujours dirigée vers l'oculaire mais elle est légèrement décalée par rapport à la lumière qui est réfléchie quand le miroir tournant est à l'arrêt du coup l'image de la mire est-elle aussi légèrement décalée par rapport au réticules que fouo avait soigneusement positionné et étant donné que la mire est graduée et

bien fouco va pouvoir mesurer ce décalage on y est presque ce décalage de 0,7 mm correspond à un angle de 0 ,02° maintenant souvenez-vous le miroir fait 400 tours par seconde un tour c'est 360° 400 400 fois plus autrement dit 144000° en une seconde le miroir lui s'est déplacé de 0,02° il suffit donc de diviser et on sait en combien de temps le miroir a parcouru cet angle soit 135 milliardiè de seconde ce temps c'est le temps qu'a mis la lumière pour faire l'aller-retour à partir du miroir tournant soit 40,4 m nous sommes en 1862

Léon fouco annonce son résultat avec une incertitude de 500 km par seconde très vite la course à la précision allit maintenant commencé mais ça c'est une autre histoire [Applaudissements] [Musique] dans le film que vous allez voir des images de synthèse vont être utilisées pour représenter le trajet de la lumière or si la lumière se voit de face lorsque la source lumineuse est devant vous elle ne se voit pas de profil alors nous avons choisi de représenter la lumière de de profil de cette façon et comme la lumière n'est pas instantanée mais qu'elle se déplace nous

la ferons avancer de cette manière bien sûr gardez en tête qu'ici la vitesse est considérablement ralentie bon film [Musique] [Musique] que de chemin parcourus depuis ces temps immémoriaux où les hommes pensait 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 c'est désormais que la lumière a une vitesse de propagation finie une vitesse très élevée d'ailleurs puisquelle tourne autour de 300000 km par seconde deux méthodes ont été mises au point pour la calculer la méthode dite de la roue dentée conçue par Hippolyte physo

et celle du miroir tournant plus précise mise au point quelques années plus tard par Léon fouo 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 ils ont plusieurs solutions pour déterminer cette distance l'une d'ellees consiste à utiliser la vite 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 la lumière et bien on en déduirait facilement quelle distance elle parcour pendant ces 8 minutes et 12 secondes et ainsi on connaîtrait la distance terre soleil les astronomes pensent qu' 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 et en effectuant des mesures en différents points sur la planète ils peuvent par calcul déterminer cette distance urbain l verrier qui dirige l'Observatoire de Paris n'est qu'à moitié satisfait en effet il regrette que l'on soit ainsi tributaire

de la course des planètes pour déterminer cette distance il préférerait 100 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 alignés certaines personnes ne pourront même jamais observer un tel alignement au cours de leur existence il ne faut donc pas se tromper pour déterminer la distance terre soleil Le Verrier préfère utiliser la vitesse de la lumière et puisque celle-ci manque de précision et bien il de demande à un jeune physicien Alfred Cornu de se lancer dans une nouvelle campagne

de mesure Alfred Cornu a le choix entre la roue dantée et le miroir tournant il doute du miroir tournant 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 honnête 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 est 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 lum passe à l'allée et au retour entre deux dents quand la roue tourne à partir d'une certaine vitesse la lumière qui passe entre deux dents à l'allée bute contre une de ses dents au retour c'est grâce à cette vitesse de rotation de la roue dentée que fyso a estimé la vitesse de propagation

de la lumière pour que la lumière rencontre la dent sur son trajet retour physo a dû faire tourner la roue à 12,6 tours par seconde il atteint cette vitesse à taton passant parfois à côté et quand il y parvient il a beaucoup de difficultés à la maintenir constante cette vitesse il doit reprendre l'expérience à mainte reprise pour repérer la vitesse de 12,6 tours 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 de plus cette machine est équipée c'est 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 roue car l'obturation de la lumière peut se produire pour différentes dents donc pour différentes vitesses de rotation à chaque fois que la lumière disparaît Cornu appuie sur une clé électrique reliée à la machine qui enregistre ce moment et

la valeur de la vitesse correspondante Cornu installe cette machine dans une mansarde de l'École polytechnique sur la montagne saintjeunevève à Paris tandis que le miroir réflecteur lui est installé à 300 di m de là sur le Mont Valérien là où FISO n'avait fait que quelques dizaines d'cès Cornu lui effectue plus de 1000 observations la moyenne de ces mesures donne une valeur de 298500 km par seconde Cornu est le premier surpris par ce résultat alors qu'il trouvait suspecte la méthode de fouo et son miroir tournant il obtient une valeur quasi identique à ce dernier les méthodes

de la roue dantée et du miroir tournant sont réconciliées mais la précision est encore insuffisante encouragé par Urbain Leverrier directeur de l'Observatoire de Paris Cornu va allonger la distance de l'alléretour 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 montlerie après son départ la lumière parcourt 46 km avant de revenir à l'observatoire chaque soir Cornu se rend à l'observatoire il passe des nuits entières à lancer des mesures attendant des conditions de pureté de l'air et de calme

exceptionnel à force de patience il finit par accumuler plus de 500 mesures obtenant une valeur de la vitesse de la lumière de 300400 km parse avec une incertitude de 300 km/se cette méthode sera utilisée pendant de nombreuses années elle fournira un dernier résultat en 1902 299880 km/se avec une incertitude de 44 km parse quel progrès entretemps cependant les Français auront perdu le monopole des mesures de la vitesse de la lumière en 1878 un jeune Américain de 25 ans Albert son bien décidé à fournir une mesure encore plus précise que celle de Cornu va perfectionner la

méthode du miroir tournant mise au point par Léon fouo ce sont toujours les mêmes fondamentaux comme ses prédécesseurs Michelson va mesurer la vitesse de la lumière sur un parcours aller-retour mais là où foco lui faisait parcourir 40,4 m l'Américain va mesurer la vitesse de la lumière sur une distance de 70,8 km le dispositif est le suivant une source envoie la lumière sur une phasme d'un prisme à huit côtés la lumière est réfléchi et par un jeu de miroir dirigé sur une face opposée du prisme elle s'y réfléchit et après avoir parcouru 70,8 km depuis le

départ elle atteint l'observateur pour le moment le prisme est au repos faisons le tourner maintenant quand la lumière arrive en bout de course la face du prisme sur laquelle elle se réfléchit à légèrement tourneré du coup la lumière n'est plus réfléchie vers l'oculaire l'observateur ne voit plus rien en fait pour que l'observateur voit la lumière il faut que le prisme fasse un 8e de tour pendant le trajet de la lumière autrement dit quand la lumière parcourt 70,8 km le prisme lui doit faire 1/è de tour de cette manière la lumière qui revient vers le prisme

se réfléchit sur une face qui la renvoie pile dans l'axe de l'oculaire Michelson calcule que le phénomène se produit quand le prisme tourne à 528 tours par seconde autrement dit le prisme fait 1/8è de tour en 237 millioniè de seconde comme c'est également le temps que met la lumière pour faire 70,8 km Michelson en déduit que la lumière se propage à 299780 16 km par seconde avec une incertitude de 4 km 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 méthode pour en affiner encore la mesure mais ça c'est une autre histoire [Musique] dans le film que vous allez voir des images de synthèse vont être utilisées pour représenter le trajet de la lumière or si la lumière se voit de face 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 instantanée mais qu'elle se déplace nous la ferons avancer de cette manière bien sûr gardez en tête qu'ici la vitesse est considérablement ralentie

bon [Musique] [Musique] film durant des milliers d'années l'homme a pensé que la lumière était instantane anné il y en avait ou il n'y en avait pas certes à la zen un savant arabe et plus tard Galilé avait bien pensé que la lumière avait une vitesse de propagation mais il n'avait rien pu prouver en fait il a fallu attendre la fin du 17e siècle avec les observations d'olaus Rumer un astronome danois et 50 ans plus tard les travaux de James Bradley un astronome anglais pour que le monde soit enfin persuadé que la lumière avait une vitesse

de propagation une vitesse de propagation finie qu'on estimait à l'époque proche de 300000 km/se bien que satisfaite du résultat la communauté scientifique savait pertinemment que les valeurs obtenues manquaient de précision or plus que jamais les savants avaient besoin de précision le 19e siècle va donc être le théâtre d'une course à la précision les savants vont mettre au point d'étonnants dispositifs et des machines époustouflantes toutes plus ingénieuses les unes que les autres permettant de mesurer la vitesse de la lumière non plus en observant les astres mais sur Terre en laboratoire des dispositifs libérant les scientifiques des

contingences liées à la mécanique céleste et leur permettant de faire de plus en plus de mesures au moment où il le souhaitaient ilut d'abord Hippolyte phiso et sa machine à roue denté avec laquelle il estima la vitesse de la lumière à 35300 km par seconde puis Léon fouco et son miroir tour tournant qui proposa 298000 km par seconde ces machines furent modifié perfectionn chaque intervention réduisant l'incertitude tentez si bien qu'au début du 20e siècle l'Américain Michelson parvenait à ce résultat 299796 km par seconde avec une incertitude de 4 km parse c'est cet ordre de précision

qui est important alors tous les dispositifs mis en place par ces physiciens avaient au moins un point commun pour calculer la vitesse de la lumière il faut d'abord déterminer une distance puis mesurer le temps que met la lumière pour parcourir cette distance en effet vous connaissez la formule V é= d sur T la vitesse est égale à la distance sur le temps mais plus les scientifiques voulaient être précis plusette temp s' augmenta avec phisau la lumière parcourait déjà 17 km avec Michelson 70 et encore il y avait toujours une incertitude jusqu'où allait-il falloir aller et

oui on n voit pas le bout à la fin du 19e siècle de nouvelles avancées sur la nature de la lumière vont révolutionner la mesure de sa vitesse on comprend alors qu'elle se propage comme une onde un peu comme l'onde qui se forme à la surface de l'eau quand on y jette un caillou attention ce n'est pas l'eau qui avance hein c'est l'énergie produite par la chute du caillou qui se déplace et qui met l'eau en mouvement la lumière c'est la même chose c'est de l'énergie qui se propage à ceci près qu'elle ne met pas

l'air qui nous entoure en mouvement l'air n'ondule pas quand la lumière le traverse la lumière c'est la propagation d'un champ électromagnétique ce sont les valeurs de ce champ électromagnétique qui ondule et qui forment une vague cela dit puisque la lumière forme une onde et bien elle en possède toutes les caractéristiques la fréquence qu'on note f et la longueur d'onde qu'on note lambda la fréquence c'est le nombre d'oscillations qui se forme en une seconde cette fréquence se mesure en Herz ici regardez une 2 3 trois oscillations en une seconde ça fait 3 Hz la longueur d'onde

maintenant et bien c'est la distance qui sépare deux crêtes elle se mesure en mètre alors qu'est-ce que ça nous apporte de plus et bien vous allez voir jusqu'à présent la vitesse Ctait la distance sur le temps V é= des sûreté comme une onde se caractérise par une longueur autrement dit une distance entre les deux crêtes d'une oscillation et une fréquence un nombre d'oscillation en une seconde et bien la vitesse de l'onde c'est cette longueur multipliée par la fréquence soit V = lambda par F et ce n'est pas tout au début du 20e siècle on comprend

aussi que la lumière visible ne représente qu'une toute petite partie des ondes électromagnétiques il y a aussi les ondes radio les rayons X les rayons ultra violet les rayons infrarouges ces ondes n'ont ni la même longueur d'onde ni la même fréquence mais elles se déplacent toutes à la même vitesse celle de la lumière et heureusement pour nous c'est ce qui nous permet de suivre des matchs de foot en direct à la radio ou à la télévision de téléphoner ou de jouer en réseau avec des consoles sans fil après la Seconde Guerre mondiale ces ondes électromagnétiques

deviennent des supports très intéressants pour les télécommunications notamment les scientifiques mettent au point des outils pour mesurer la longueur d'onde et la fréquence des ondes utilisées longueur d'onde et fréquence qu'il suffit ensuite de multiplier pour obtenir la vitesse de la lumière en un peu moins de 30 ans on a obtenu plus d'une trentaine de Mesures de la vitesse de la lumière toute de plus en plus précise tenez en 196 l'Américain Evenson en mesurant avec une grande précision la fréquence et la longueur d'onde d'un laser helium néon obtient une vitesse de 299792 km 458 m et

70 cm par seconde avec une incertitude d'1 M10 par seconde là les scientifiques vont faire une pause oh ils auraient pu continuer à mesurer avec une plus grande précision encore des longueurs d'ondes et des fréquences puis aller multiplier pousser encore plus loin derrière la virgule mais à quoi bon à quoi bon obtenir des diziièmes des centièmes des millièmes de mètres quand la valeur du maître manque elle-même de précision oh j'entends déjà les critiques comment ça le maître imprécis oui la définition du maître avant 1960 était donnée par le maître é déposé à Sèvre à côté

de Paris il se présentait sous la forme d'une barre de platine le maître était la distance encadrée par deux traits à 0 Celsus le problème de ce maître estalent est qu'il se déforme et qu'il s'use et puis où commence et où finit réellement le mettre au bord extérieur ou au bord intérieur du trait à moins que ce ne soit au milieu vous meurez le problème vous voyez ce mître étalon n'était pas à la hauteur de la précision des calculs de la vitesse de la lumière il fallait donc redéfinir la notion de maître et la rendre

universelle la délocaliser en quelque sorte afin que ce maître puisse être consulté en tout point du globe et que sa valeur ne dépende ni de l'observateur ni des conditions de l'observation sachant d'après la théorie de la relativité restreinte d'Albert Einstein que la lumière a une vitesse constante dans le vide que l'on appelle désormais célérité les scientifiques décidèrent alors d'inverser le problème plus question de mesurer la vitesse de la lumière avec ce maître étalon en revanche ils vont définir le maître grâce à la vitesse de la lumière en 1983 la 17e conférence générale des poises et

mesures stoppe la course à la précision et fixe la vitesse de la lumière à 299792 km et 4 8 m pare exactement par la même occasion on donne donc au mtre une valeur universelle le mtre est la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1 299 782 458 millionè Dee la vitesse de la lumière devenait par conséquent une constante connue une des constantes universelles qui n'avait désormais plus besoin d'être mesuré tout cela mine de rien a des applications très concrètes dans notre vie de tous les jours tenez le GPS par exemple le Global

positionning System qui dans la voiture nous indique où il faut tourner pour rejoindre le terrain de camping le plus proche comment fonctionne-t-il le principe est assez simple en connaissant la distance séparant le récepteur GPS de tris des 24 satellites GPS placés en orbite autour de la planète et bien on connaît la position du récepteur GPS sur la terre en fait les satellites émettent des ondes radio qui sont captées par les récepteurs ces récepteurs grâce à une horloge très précis connaissent le temps mis par ses ondes radio pour aller du satellite au récepteur connaissant la vitesse

de la lumière à laquelle se propagent ces ondes radio et bien on en déduit la distance séparant le satellite du récepteur et oui la distance est égale à la célérité que multiplie le temps on obtient une distance précise au centimètre près bien sûr vous l'aurez sûrement remarqué la précision d'un GPS dépend de la définition de la vitesse de la lumière on l'a vu mais aussi de celle du temps donc de la seconde qu'est-ce qu'une seconde certes ce n'est pas très long mais malheureusement nous n'avons plus le temps alors rendez-vous pour une autre histoire [Applaudissements] [Musique]