Gilbert Louis-Philippe

Imaginez un rotor lancé sur un support lié au sol. Son axe est repéré avant l'observation. Si le rotor est correctement réglé, son axe conserve approximativement sa direction tandis que le support terrestre tourne : un mouvement relatif devient observable. Pour préciser cette scène, une première condition est nécessaire : le rotor possède un moment cinétique non nul. Il tourne autour d'un axe principal aligné avec ce moment cinétique. Les couples perturbateurs restent négligeables, et la géométrie de l'axe est adaptée. Dans un référentiel inertiel, l'axe conserve alors approximativement sa direction ; dans le repère du support terrestre, son mouvement relatif rend la rotation de la Terre observable. La définition détaillée reprend ces conditions une à une.

C'est le principe du barogyroscope inventé par Philippe-Louis Gilbert. L'appareil poursuit le même objectif que le pendule de Foucault, mais il s'appuie sur un rotor et se veut plus maniable.

Le barogyroscope est un dispositif mécanique qui peut mettre expérimentalement en évidence la rotation de la Terre au moyen des effets gyroscopiques. Son élément actif est un rotor en rotation, doté d'un moment cinétique non nul : si le rotor est symétrique ou tourne autour d'un axe principal aligné avec ce moment cinétique, et en l'absence de couples perturbateurs importants, son inertie tend à maintenir approximativement la direction de cet axe dans un référentiel inertiel, tandis que le référentiel terrestre tourne avec le sol. L'observation du mouvement relatif entre cet axe et le support, si la géométrie du dispositif s'y prête, révèle ainsi la rotation terrestre.

Cette description suppose que le rotor tourne suffisamment pour produire un effet observable et que le support est lié au sol. Le résultat n'est pas une mesure directe de la vitesse de rotation dans la fiche de Gilbert, mais une mise en évidence expérimentale du phénomène. Le dispositif appartient donc à la mécanique et s'inscrit dans l'étude du mouvement relatif.

Gilbert expose l'instrument dans son Mémoire sur l'application de la méthode de Lagrange à divers problèmes de mouvement relatif, publié en 1882. Le barogyroscope est postérieur au pendule de Foucault, mais il est présenté comme plus maniable. La différence essentielle tient au mécanisme observé : masse oscillante et inertie pour le pendule de Foucault, effets gyroscopiques pour le barogyroscope.

On suit le cas historique de l'instrument de Gilbert. Les données disponibles sont les suivantes : Philippe-Louis Gilbert est né en 1832 ; il est mort en 1892 ; il a étudié à Louvain et à Paris ; il a enseigné la mécanique à l'université catholique de Louvain ; son mémoire décrit le barogyroscope en 1882.

1. On part du problème expérimental : rendre visible la rotation de la Terre.

2. On choisit un dispositif mécanique porté par le sol, avec un rotor lancé en rotation. On repère l'axe du rotor par rapport au support terrestre avant l'observation et on conserve ce repère fixe pendant la démonstration.

3. On observe les effets gyroscopiques : si le rotor tourne autour d'un axe principal aligné avec son moment cinétique, si les couples perturbateurs restent négligeables et si la géométrie de l'axe est adaptée, la direction de cet axe se conserve approximativement dans un référentiel inertiel ; dans le repère fixé au support, on doit alors constater un mouvement relatif lent de l'axe tandis que le support terrestre tourne. Le contrôle est qualitatif : le mouvement attendu doit être visible avec le rotor lancé, alors qu'un rotor immobile ou fortement perturbé ne fournit pas ce critère exploitable.

4. On rattache cette description au mémoire de 1882, puis on la distingue du pendule de Foucault, qui met en jeu l'inertie d'une masse oscillante. Le résultat est une démonstration expérimentale de la rotation terrestre, et non une date de naissance de l'instrument antérieure à 1882.

Le contrôle consiste à comparer l'orientation de l'axe au repère fixé au support pendant que le rotor tourne, puis à vérifier que l'observation disparaît comme critère exploitable lorsque le rotor est immobile ou soumis à des perturbations importantes. Cette vérification reste qualitative : elle ne fournit ni vitesse chiffrée ni égalité exacte avec une valeur calculée.

Dans une démonstration de mécanique, le barogyroscope peut rendre la rotation de la Terre observable si le rotor tourne avec un moment cinétique suffisant, si les couples perturbateurs restent négligeables et si l'axe observé est un axe principal aligné avec le moment cinétique, selon une géométrie adaptée. Le support étant lié au sol, le geste pertinent consiste alors à observer le mouvement relatif produit par les effets gyroscopiques.

Pour raconter l'histoire des sciences, le barogyroscope permet de relier une expérience de mécanique à Philippe-Louis Gilbert, professeur à Louvain, et à son mémoire de 1882. Le critère est alors la présence de cette attribution et de cette publication, pas la seule mention d'un gyroscope.

Pour comparer deux démonstrations de la rotation terrestre, le pendule de Foucault constitue l'alternative observable. On préfère le barogyroscope lorsque l'on veut mettre en avant les effets gyroscopiques et un dispositif présenté comme plus maniable.

Le barogyroscope de Gilbert ne doit pas être confondu avec le pendule de Foucault. Le critère qui les sépare est le mécanisme mis en évidence : le pendule exploite l'inertie d'une masse oscillante, tandis que le barogyroscope utilise les effets gyroscopiques d'un dispositif mécanique. Une description centrée sur une masse suspendue et oscillante relève du pendule de Foucault ; elle ne suffit toutefois pas, à elle seule, à identifier précisément le dispositif sans vérifier la conservation du plan d'oscillation et la mise en évidence de la rotation terrestre.

Un barogyroscope n'est pas non plus synonyme de toute étude de la rotation terrestre. Le cas qui tranche est celui où l'on identifie un rotor, un effet gyroscopique et l'instrument décrit par Gilbert ; une simple explication astronomique de la rotation de la Terre ne suffit pas.

Un rotor immobile ne produit pas l'effet gyroscopique attendu. Le symptôme observable est l'absence de mouvement relatif exploitable ; il faut alors distinguer le dispositif matériel de la démonstration en fonctionnement.

Le barogyroscope met en évidence la rotation terrestre, mais la source ne fournit ni valeur numérique de vitesse ni précision instrumentale. Il serait donc abusif d'en déduire une mesure chiffrée ou une égalité exacte avec une valeur calculée. Il faut limiter la conclusion à l'observation expérimentale annoncée.

La chronologie constitue un autre piège : le pendule de Foucault est antérieur au barogyroscope, alors que le mémoire de Gilbert date de 1882. Il faut conserver cette postériorité et ne pas attribuer à 1882 l'invention du pendule de Foucault.

Pour prolonger cette fiche, on peut étudier séparément la méthode de Lagrange appliquée aux problèmes de mouvement relatif. Ce prolongement permet de comprendre le cadre mécanique dans lequel Gilbert décrit son instrument, sans confondre le calcul du mouvement avec l'observation expérimentale de la rotation terrestre.

La curiosité de Gilbert ne se limite pas à la mécanique : ses ouvrages d'analyse, ses articles d'histoire des sciences, dont Le procès de Galilée, et ses récits de voyages montrent plusieurs facettes de son activité intellectuelle.