Galilée (savant)

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Galileo Galilei
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Portrait de Galileo Galilei par Giusto Sustermans en 1636.
Naissance
Pise
Décès (à 77 ans)
Arcetri près de Florence
Domicile Grand-duché de Toscane
Nationalité Florentin
Domaines Astronomie, mathématiques, physique
Institutions Université de Pise
Université de Padoue
Diplôme Université de Pise
Renommé pour Astronomie, cinématique, dynamique, héliocentrisme, lunette astronomique, mécanique

Signature

Signature de Galileo Galilei

Galilée (en italien : Galileo Galilei), né à Pise en 1564 et mort à Arcetri, près de Florence, le 8 janvier 1642 (77 ans), est un mathématicien, géomètre, physicien et astronome italien du e siècle.

Parmi ses réalisations techniques, il a perfectionné et exploité la lunette astronomique, perfectionnement de la découverte hollandaise d'une lunette d'approche, pour procéder à des observations rapides et précoces qui ont bouleversé les fondements de l' astronomie. Cet homme de sciences s'est ainsi posé en défenseur de l'approche modélisatrice copernicienne de l' Univers, proposant d'adopter l' héliocentrisme et les mouvements satellitaires. Ses observations et généralisations se sont alors heurtées aux critiques des philosophes partisans d' Aristote, proposant un géocentrisme stable, une classification des corps et des êtres, un ordre immuable des éléments et une évolution réglée des substances, ainsi qu'à la lecture littérale de la Bible de la part des théologiens de l' Église catholique romaine. Galilée, qui ne disposait pas de preuves directes du mouvement terrestre, a parfois oublié la prudence qui lui était prônée par ses protecteurs religieux.

Dans le domaine des mathématiques, ce « langage décrivant la nature » qu'il appelait de ses vœux pour « l'écriture mathématique du livre de l'Univers » en 1623 dans son opus sur les comètes, si Galilée n'a pas contribué à faire progresser l'algèbre, il a tout de même produit des travaux inédits et remarquables sur les suites, sur certaines courbes géométriques et sur la prise en compte des infiniment petits.

Par ses études et ses nombreuses expériences, parfois uniquement de pensée, sur l'équilibre et le mouvement des corps solides, notamment leur chute, leur translation rectiligne, leur inertie, ainsi que par la généralisation des mesures, en particulier du temps par l'isochronisme du pendule, et la résistance des matériaux, ce chercheur toscan a posé les bases de la mécanique avec la cinématique et la dynamique. Il est considéré depuis 1680 comme le fondateur de la physique, qui s'est imposée comme la première des sciences exactes modernes.

Les premières années

Galileo Galilei (Galilée), fils de Vincenzo Galilei et de Giulia Ammannati, est l'aîné de leurs sept enfants. La famille florentine appartient à la petite noblesse et gagne sa vie dans le commerce à Pise. Vincenzo Galilei, son père, est luthiste, musicien, chanteur, et auteur en 1581 d'un Dialogue de la musique moderne. Il participe à des controverses sur la théorie musicale.

L'enfance

La maison natale (au milieu) de Galilée à Pise.

Galilée fait preuve très tôt d'une grande habileté manuelle : Enfant, il s'amuse à réaliser les maquettes de machines qu'il a aperçues [1].

Il est éduqué chez ses parents jusqu'à l'âge de 10 ans. Ceux-ci déménagent alors à Florence et le confient à un prêtre du voisinage, Jacopo Borghini, pendant deux ans [2]. Par la suite, Galilée entre au couvent de Santa Maria de Vallombrosa et y reçoit une éducation religieuse. Poussé au noviciat par ses maîtres [3], il ne poursuit pas sa carrière ecclésiastique très longtemps : son père, profitant d'une maladie des yeux de son fils, le ramène à Florence en 1579.

Deux ans plus tard, Vincenzo Galilei l'inscrit à l' université de Pise où il suit des cours de médecine (sur les traces d'un de ses glorieux ancêtres, le magister (maître) Galilaeus de Galilaeis), (1370 - ~1450), mais sans y porter de l'intérêt. Il revient à Florence en 1585 sans avoir fini ses études ni obtenu son diplôme.

La découverte de sa vocation

Galileo Galilei par Domenico Tintoretto en 1605.

Dès 1583, Galilée est initié aux mathématiques par Ostilio Ricci, un ami de la famille, élève de Tartaglia. Bien que Ricci soit un savant peu renommé, il a l'habitude, rare à l'époque, de lier la théorie à la pratique par l'expérience. Il a également été influencé par Giovanni Battista Benedetti, autre élève de Tartaglia.

À l'âge de dix-neuf ans, il découvre, en chronométrant à l'aide de son pouls [4], la régularité des oscillations des lustres de la cathédrale de Pise. De retour chez lui, il compare les oscillations de deux pendules et travaille à la loi de l' isochronisme des pendules, dont le Néerlandais Christian Huygens découvre la vraie loi de l'isochronisme rigoureux (nécessitant l'invention d'un autre mouvement isochrone : le pendule cycloïdal alors que le pendule simple de Galilée n'est pas parfaitement isochrone) en décembre 1659 [5], étape de la découverte d'une nouvelle science : la mécanique galiléenne [6].

Galilée observe la régularité du mouvement du pendule simple et le décrit en 1638. Il affirme que la période d'un pendule ne dépend pas de sa masse mais de sa longueur et il énonce la loi sur les périodes : les carrés des périodes d’oscillations sont proportionnels aux longueurs des pendules [7]. La formule s'énonce de nos jours sous la forme suivante (l étant la longueur du pendule, g la gravité et T la période, la première formule de la physique) :

Galilée entame d'abord des études de médecine, mais n'ayant aucun goût pour la médecine et la philosophie aristotélicienne, il abandonne [8]. Grâce à Euclide, qui l'éblouit, Galilée réoriente ses études vers les mathématiques. Dès lors, il se réclame de Pythagore, de Platon [9] et d' Archimède et contre le géocentrisme aristotélicien. Dans le courant humaniste, il rédige aussi un pamphlet féroce sur le professorat de son temps. Deux ans plus tard, il est de retour à Florence sans diplôme, mais avec de grandes connaissances et une grande curiosité scientifique.

De Florence à Pise (1585-1592)

Galilée commence par démontrer plusieurs théorèmes sur le centre de gravité de certains solides dans son Theoremata circa centrum gravitatis solidum, et entreprend en 1586 de reconstituer la balance hydrostatique d' Archimède ou Bilancetta [10]. En même temps, il poursuit ses études sur les oscillations du pendule pesant et invente le pulsomètre. Cet appareil permettait d'aider à la mesure du pouls et fournissait un étalon de temps, qui n'existait pas à l'époque. Il commence aussi ses études sur la chute des corps.

Depuis son retour de Pise, l'ancien étudiant fréquente à Florence les cercles d'amateurs de musique, chers à son père, excellent théoricien de la musique. Il y donne des conférences érudites sur l'art et la littérature. Le fils Galilée est ainsi remarqué par le cénacle du cardinal del Monte, qui, en politique péninsulaire, soutient le parti français. En 1588, il est invité par l'Accademia Fiorentina (Académie florentine) à présenter deux leçons sur la forme, le lieu et la dimension de l' Enfer de Dante.

Parallèlement à ses activités diversifiées, il cherche vainement un emploi de professeur de géométrie ou de mathématique dans une université. La mort de son père tombé gravement malade en 1589 rend cette quête cruciale car il doit désormais subvenir seul aux besoins de sa famille. Il cherche alors à rencontrer, entre autres grands personnages avec lesquels il correspond déjà, le père jésuite Christophorus Clavius, sommité des mathématiques au Collège pontifical. Il obtient aussi l'aide du mathématicien Guidobaldo del Monte. Ce dernier recommande Galilée au grand-duc Ferdinand Ferdinand Ier de Toscane, qui le nomme à la chaire de mathématique de l' Université de Pise pour 60 écus d'or par an, une misère. Sa leçon inaugurale a lieu le 12 novembre 1589.

En 1590 et 1591, il découvre la cycloïde et s'en sert pour dessiner des arches de ponts.

Il expérimente également sur la chute des corps et rédige son premier ouvrage de mécanique, le De motu (Le mouvement). La réalité même de ces « expériences » est aujourd'hui largement mise en doute et serait une invention de son premier biographe, Vincenzo Viviani. Ce volume contient des idées nouvelles pour l'époque, mais il expose encore, bien évidemment pour s'adapter aux contraintes de l'enseignement officiel, les principes de l' école aristotélicienne et le système de Ptolémée. Galilée les enseigne d'ailleurs longtemps, après avoir été convaincu de la justesse du système copernicien, mais faute de preuves tangibles.

L'université de Padoue (1592-1610)

En 1592, Galilée part enseigner à l' université de Padoue, où il reste 18 ans [11]. Le départ de Pise, après seulement trois ans, s'expliquerait par un différend l'opposant à un fils du grand-duc Ferdinand Ferdinand Ier de Toscane. Ce nouveau poste à Padoue lui a été proposé par l'entremise du cardinal Del Monte. Il est sensiblement mieux rémunéré, et accompagné de la jouissance d'une maison qu'il n'hésitera pas à louer en partie à ses étudiants étrangers, quitte à cohabiter avec eux pendant les cours. Par ailleurs, il offre de grandes facilités de recherche.

Padoue, qui possède des artisans des métaux et du bois, experts en fonderie et en menuiserie, appartenait à la puissante République de Venise, ce qui garantissait à Galilée une grande liberté intellectuelle, l' Inquisition y étant très peu puissante. Même si Giordano Bruno avait été livré à l'Inquisition par les patriciens de la République, Galilée pouvait effectuer ses recherches sans trop de soucis. Venise est alors très réputée pour son arsenal, et tout son savoir-faire artisanal et technique, ce qui offre à Galilée de grandes possibilités. Détail qui a son importance, la grande cité républicaine est également célèbre pour la qualité de son industrie verrière, protégée dans les îlots de Murano. Il logera modestement dans la ville, la « Sérénissime », avec sa compagne et ses enfants.

Galilée enseigne la mécanique appliquée, les mathématiques, l'astronomie et l' architecture militaire. Il installe une fructueuse coopération avec les ateliers de fondeurs et de menuisiers, ce qui lui permet de mettre au point avec ses étudiants des expériences sur le mouvement des solides. Il professait alors publiquement le système de Ptolémée, n'osant pas encore s'insurger contre les idées admises, bien qu'ayant déjà adopté personnellement le système de Copernic. Ses leçons de mécanique avaient un succès considérable, qui dépassait largement le cadre de la République de Venise, et le père Mersenne publiera en France en 1634 les Méchaniques de Galilée [12].

Depuis la mort de son père en 1591, Galilée doit subvenir aux besoins de la famille : il se porte notamment caution pour la dot — dix fois supérieure à son salaire — d'une de ses sœurs et devra jusqu'à la fin de sa vie aider financièrement son frère Michelagnolo Galilei ou supporter l'instabilité croissante de sa mère (endetté, il savait qu'en rentrant à Florence il serait mis en prison) [13]. Galilée est accaparé par ses tâches d'enseignement et de recherche : il donne de nombreux cours particuliers à de riches étudiants qu'il héberge chez lui. Mais il est piètre gestionnaire et seule la vente d'instruments scientifiques ( thermomètre de Galilée, balance hydrostatique) et surtout l'aide financière de ses protecteurs et amis lui permettent d'équilibrer ses comptes [14].

En 1593, il rédige le Trattato di Forticazioni (traité des fortifications) et le Trattato di Meccaniche (traité de mécanique) à l'intention de ses étudiants de cours particuliers. Les travaux de Galilée permettent une meilleure efficacité de l' artillerie lourde (ils établissent qu'un canon doit être pointé à 45° pour avoir sa portée maximale) et ne font l'objet d'aucune contestation.

En 1597, il améliore et fabrique un compas de proportion, le compas géométrique et militaire, ancêtre de la règle à calcul, qui connaît un grand succès commercial. Il n'en rédige le mode d'emploi que neuf ans plus tard.

En 1599, Galilée participe à la fondation de l’ Accademia dei Ricovrati (Académie des découvertes) avec l’abbé Federico Cornaro. La même année, il fait venir le mécanicien Marc'Antonio Mazzoleni  (en) dans l'atelier au rez-de-chaussée de son logis pour y fabriquer et vendre, d'après ses propres plans [15], des instruments scientifiques.

La même année, Galilée rencontre Marina Gamba, une jeune Vénitienne issue de famille modeste, avec laquelle il entretient une liaison jusqu'en 1610 (ils ne sont pas mariés et ne vivent pas sous le même toit). En 1600, naît Virginia, sa première fille, suivie par sa sœur Livia en 1601, puis un fils, Vincenzo, en 1606. Après la séparation (non conflictuelle) du couple, Galilée se charge des enfants. Il placera plus tard ses filles au couvent à Arcetri. Sa fille aînée, Virginie, deviendra sœur Marie Céleste car fille d'un scientifique fasciné par les étoiles [16].

Selon Guillaume Libri [17], Galilée expérimente vers 1602-1603, un appareil destiné à observer les variations de température ou thermoscope et en montre les effets à Castelli. Mais la primauté de la découverte ne peut être attestée [18].

L'année 1604

1604 est annus mirabilis, une année exceptionnelle pour Galilée, qui atteint ses 40 ans :

  • En juillet, il teste sa pompe à eau dans un jardin de Padoue.
  • En octobre, il découvre la loi du mouvement uniformément accéléré, qu'il associe à une loi des vitesses erronée.
  • En décembre, il commence l'observation d'une nova connue depuis le 10 octobre au moins. Il consacre 5 leçons sur le sujet le mois suivant, et, en février 1605, il copublie Dialogo de Cecco di Ronchitti in Perpuosito de la Stella Nova avec Girolamo Spinelli. Bien que l'apparition d'une nouvelle étoile, et sa disparition soudaine, entre en totale contradiction avec la théorie établie de l'inaltérabilité des cieux, Galilée reste encore aristotélicien en public, mais il est déjà fermement copernicien en privé. Il attend la preuve irréfutable sur laquelle s'appuyer pour dénoncer l'aristotélisme.

Reprenant ses études sur le mouvement, Galilée montre que les projectiles suivent, dans le vide, des trajectoires paraboliques.

De 1606 à 1609

En 1606, Galilée et deux de ses amis tombent malades le même jour d'une même maladie infectieuse. Seul Galilée survit, mais il restera perclus de rhumatismes pour le restant de ses jours.

Dans les deux années qui suivent, le savant étudie les armatures d' aimants. On peut encore voir ses travaux au musée d'Histoire de la Science (Istituto e Museo di Storia della Scienza) de Florence.