Le portrait effacé

Il est le premier à avoir imaginé la loi de la gravitation universelle. Il a révolutionné la mécanique, l’optique et tous les domaines de ce qui deviendra la physique moderne, voire peut-être même la biologie. Il a été le pionnier de la démarche expérimentale, et le pivot de la communauté scientifique anglaise de la fin du XVIIe siècle. Et ce n’est pas Newton.

La bonne Société londonienne

En Angleterre, les années 1660 sont une décennie de tumultes. Finie la parenthèse Cromwell, la monarchie vient tout juste d’être restaurée. Londres subit sa dernière grande épidémie de peste, qui emporte un habitant sur cinq.


Et dans la foulée, c’est le Grand Incendie qui dévaste les trois quarts de la ville. Mais au milieu des tourmentes, se construit quelque chose d’encore inédit. Une douzaine d’amateurs de philosophie naturelle ont décidé de structurer leurs rencontres informelles en un « collège pour la promotion de la recherche expérimentale physico-mathématique ». La petite troupe s’agrandit vite et reçoit l’assentiment du Roi, devenant du coup la Royal Society (of London for the Improvement of Natural Knowledge), première académie scientifique de l’ère moderne. À l’ordre du jour des réunions: correspondance avec les savants européens, recensement de curiosités naturelles, événements astronomiques, et publication des Philosophical Transactions pour garder une trace des sujets discutés.

Les membres fondateurs aimeraient bien (c’est même dans le premier nom de leur assemblée !) que leurs séances s’accompagnent systématiquement d’observations expérimentales. Mais ce sont tous des aristocrates, et pour eux la philosophie naturelle n’est qu’un loisir. Non, vraiment, pour la partie technique il leur faut des petites mains. Ce seront celles de Robert Hooke, fils d’un modeste vicaire de l’île de Wight, qui a été l’assistant de Robert Boyle à Oxford… et qui a besoin de revenus. À 27 ans, le voilà embauché comme curateur des expériences par la Royal Society. Il va y rester 40 ans, et en devenir le véritable centre de gravité.

L’homme-orchestre

Lire la liste interminable des problèmes auxquels Hooke va s’attaquer, ça donne inévitablement le tournis. S’il s’éparpille ainsi, c’est peut-être par goût, mais aussi parce qu’il n’a pas vraiment le choix: d’une réunion à l’autre, il est chargé de concevoir à chaque fois une nouvelle expérience pour ses « patrons » de la Royal Society. Et ce qui n’arrange rien, c’est qu’il va bientôt devenir aussi secrétaire de l’académie londonienne. Et puis cumuler tout ça avec la charge d’architecte et superviseur de la reconstruction de Londres après le Grand Incendie[1] : on serait débordé pour moins que ça ! Résultat: il va souvent être l’homme des premières intuitions… mais rarement rester assez longtemps sur un même sujet pour les concrétiser.

Les grands développements mathématiques ne sont peut-être pas son fort, mais en tout cas pour concevoir des instruments scientifiques, il n’a pas son pareil. Dès ses années d’apprentissage à Oxford, c’est lui qui a minutieusement conçu la pompe à air de Boyle. Et c’est certainement lui aussi qui a fait les expériences, pour démontrer que la pression d’un gaz varie comme l’inverse de son volume… ce qu’on appelle la loi de Boyle, ou parfois de Mariotte, mais jamais de Hooke. Bien malgré lui, ça va devenir une habitude.

Au fil de ses tâtonnements, et toujours par la voie de l’expérience, il s’intéresse bientôt à la tension superficielle. À la mesure de la température. Au champ magnétique des aimants et de la Terre. Au mouvement des différents types de pendule. À la variation de la pression et de la gravité avec l’altitude (avec Wren, ils conçoivent même le Monument au Grand Incendie comme un instrument scientifique). Intéressé comme beaucoup par le problème de la longitude, il convertit ses travaux sur le pendule en recherche d’une horloge assez fiable. Et il va parvenir à un mécanisme d’échappement à ressort plutôt efficace, ce qui entraînera une amère querelle avec Huygens, qui publie le sien plusieurs années plus tard, mais récolte tous les lauriers[2].

Toujours en mécanique, son joint à charnières aura tellement de succès qu’on l’appelle plus souvent « joint universel » que « join de Hooke » ! Mais ce qui est sans doute sa contribution la plus importante à la mécanique, c’est la loi fondamentale de l’élasticité. À force de jouer avec des ressorts, il énoncé la loi (à laquelle on ne donne pas toujours son nom non plus): ut tensio, sic vis. La force exercée par un objet élastique (pour revenir à son état de repos) est proportionnelle à son allongement (ou son raccourcissement). Ça paraît simple, mais personne ne l’avais formalisé avant.. et ça permet rien moins que de définir correctement ce qu’est une force, puisqu’un dynamomètre, qui sert à la mesurer (et à l’exprimer en… newtons !), n’est rien d’autre qu’un ressort !

Un héros très discret

Hooke s’attelle aussi à la taille et au polissage des miroirs et lentilles. Son intérêt pour l’optique donne des prémisses intéressantes: il est sans doute le premier à décrire des taches de diffraction et des figures d’interférences… Mais ses « intuitions ondulatoires » seront vite éclipsées par les succès de la théorie corpusculaire de la lumière, que Newton ne tarde pas à imposer. Avec les télescopes de sa fabrication, Hooke observe les comètes, la tache rouge de Jupiter, la rotation de Mars, les cratères lunaires… Il conçoit aussi une expérience limpide pour prouver définitivement l’hypothèse de Copernic: mesurer la parallaxe d’une étoile (à 6 mois d’intervalle, la Terre a bougé et on voit une étoile proche sous un angle différent). Las : il ne trouvera jamais le temps de réaliser toutes les mesures requises pour mener l’entreprise à bien[3].

C’est plutôt armé d’un microscope que Hooke va achever son seul ouvrage majeur: Micrographia, qui sera un succès de librairie et, et passera à la postérité… mais en biologie ! Avec ses trois lentilles et son grossissement x30, son appareil est certes novateur, mais c’est surtout ce que Hooke place dessous qui va faire son succès. Lames de rasoir, puces et poux, yeux de mouches: des images inédites et fascinantes que Hooke publie en gravures haute-résoution ! Et alors qu’il observe un échantillon de liège, le voilà qui contemple un curieux assemblage de plein de petites cases, rangées très régulièrement. Pour Hooke, cela ressemble aux petites chambres alignées dans un dortoir de moines: alors il baptise ça des « cellules ». Un petit pas pour Hooke, un grand pas pour la biologie… sauf qu’avant que l’étude des cellules ne décolle réellement, tout le monde aura oublié qui les avait vues en premier.

L’ombre du géant

En 1679, tandis qu’à Londres Hooke porte la Royal Society à bout de bras, à Cambridge Newton ne s’occupe plus de physique depuis un bon moment. Mais une lettre du premier au second va tout changer. Les réflexions de Hooke sur la gravitation sont anciennes, mais isolées: à vrai dire, depuis que Kepler a énoncé les trois lois  qui décrivent les mouvements des planètes autour du Soleil, il ne s’est pas trouvé grand monde pour tenter de les démontrer. Or dès l’époque de Micrographia, et alors qu’il multiplie les expériences de chute des corps et les mesures de gravité, Hooke a d’abord eu l’intuition que la gravitation doit être universelle. Après tout, les planètes ont toutes l’air aussi rondes que la Terre… selon lui à la surface de la Lune les objets devraient tomber comme chez nous.

Ensuite il réfléchit au principe d’inertie de Galilée, et à la façon dont la révolution d’une planète peut être vue comme un déplacement perpétuellement tangentiel à l’orbite, qui serait provoqué par une force centripète, c’est-à-dire dirigée vers le centre… un peu comme le mouvement circulaire d’un marteau attaché à une corde. Il postule même que la force exercée par une masse devrait diminuer quand on s’en éloigne. Plus qu’un tout petit pas à franchir, et il est finalement persuadé d’avoir trouvé la solution quand il fait l’hypothèse que la force de gravitation doit diminuer comme le carré de la distance. Et c’est sur ça qu’en 1679 il demande son avis à son confrère de Cambridge.

Difficile de savoir si Newton avait déjà eu l’idée avant, ou aurait fini par l’avoir après. Difficile aussi de savoir si Hooke aurait fini par trouver le temps, et aurait eu les capacités mathématiques pour parvenir à une véritable preuve que cette force-là permet de prédire les trajectoires elliptiques des planètes. Toujours est-il que Newton, lui, y parviendra. Quand paraissent les magistraux Principa Mathematica, Robert Hooke est en fin de carrière, et un peu amer d’être si peu cité. Il meurt l’année même où le professeur lucasien prend la présidence de la Royal Society qu’il aura tant contribué à faire éclore et prospérer.

Tout en donnant de sa personne pour organiser un embryon de communauté scientifique, et en contribuant à la reconstruction de Londres, Hooke aura réussi à parcourir inlassablement tout les territoires de la philosophie naturelle. Mais bien que personne n’ait autant que lui promu la méthode expérimentale, il aura plus souvent entrevu que démontré. Peu nombreux sont ceux qui mettent le « Léonard anglais » aux côtés du panthéon Copernic/Galilée/Newton. Et de son œuvre éparpillée, il ne reste presque rien qui porte son nom. C’est seulement en 2007 qu’une plaque à été posée sur le Monument qu’il avait conçu. Et, comble de l’ironie pour celui qui avait failli embrasser une carrière de peintre, aucun portrait de lui ne nous est parvenu.


Aller plus loin

  • La référence la plus complète que j’ai trouvée est en anglais: The first professional scientist, de Robert Purrington aborde en détaille non seulement tous les travaux de Hooke mais aussi les vicissitudes qui ont accompagné les premières décennies de la toute jeune Royal Society.
  • Les éblouissantes gravures de Micrographia peuvent être admirées en ligne: ici, ou encore là. Pas étonnant que dans son fameux journal, Samuel Pepys le mentionne comme « le livre le plus ingénieux que j’aie lu de ma vie »[4]. Après Hooke, l’exploration microscopique a bien évidemment prospéré, en bénéficiant d’instruments aux capacités toujours plus extraordinaires. Les images haute résolution qui ont succédé aux gravures de Micrographia, on les trouve par exemple dans le palmarès annuel du Nikon’s Small World.
  • Difficile de trouver une place cohérente pour la géologie dans le catalogue ci-dessus, mais de ses promenades sur son île natale Hooke avait gardé le goût de la collecte de fossiles. Il y reconnaît des restes d’êtres vivants, émet même l’hypothèse que leurs espèces pourraient être disparues… et va jusqu’à supposer que des accumulations de séismes seraient sans doute capables de soulever les roches jusqu’à ce qu’on trouve des coquillages en altitude !
  • Hooke VS Huygens puis Hooke VS Newton… évidemment, voilà qui rappelle un débat beaucoup plus contemporain.

[1] Avec son confrère Christopher Wren, l’un  des rares membres importants de la Society avec qui il ne se fâchera pas… 
[2] Il est difficile de juger si le mécanisme de Hooke était réellement aussi performant que celui de Huygens. Et pour cause: sa description a bizarrement été omise des Transactions par le secrétaire de l’époque, Oldenburg… Lequel, coïncidence ou pas, aura par la suite des intérêts financiers dans le brevet de Huygens.
[3] On peut douter qu’il eut fini par y parvenir, même en s’y consacrant d’avantage: ce n’est pas avant les années 1830 qu’on y parviendra.
[4] La peste de Londres, le journal de Pepys, et bien sûr les puces: voilà qui rappelle « Pars vite et reviens tard » de Fred Vargas… et cette très bonne adaptation radio.

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