Sciences - Santé

La sphère métallique fait 42 kg, et pend au bout d’un câble de 25 mètres, dans la nef de la cathédrale de Tournai, juste quelques mètres sous la rosace aux vitraux rouges et bleus. Pour l’instant, la boule brillante est immobile, bloquée par une fine corde. Un petit coup d’allumette, et la ficelle part en fumée. La sphère peut commencer son oscillation. "On ne peut pas la pousser, cela perturberait le mouvement !" , note le physicien Francesco Lo Bue. Car c’est là le début d’une expérience mythique, celle du pendule de Foucault. Presque une des seules expériences qui permet de prouver que la Terre tourne sur elle-même, elle fut réalisée par le Français Léon Foucault en 1851. Les physiciens de l’Université de Mons ont décidé de la rééditer au sein de la cathédrale de Tournai. "C’est un objet super simple, mais avec des propriétés vraiment troublantes" , estime Francesco Lo Bue, qui réalise l’expérience devant des élèves de Comines.

Deux d’entre eux ont d’abord été placés à une table tournante. En se lançant une balle sur ce "manège", ils ont découvert qu’ils avaient l’impression que la balle déviait alors que leurs condisciples, de l’extérieur, la voyaient se diriger en ligne droite. Sur la Terre, qui tourne trop lentement, cette impression - fictive, liée à la rotation- de déviation ne se voit pas à l’œil nu. "Mais l’idée géniale de Foucault est que la déviation liée à la rotation de la Terre peut aussi être observée sur le mouvement d’un pendule : à chaque oscillation, la déviation de la trace sur le sol de sa trajectoire est imperceptible, mais comme le pendule oscille un très grand nombre de fois, les petites déviations finissent par s’accumuler suffisamment pour devenir visibles", note Francesco Lo Bue. Au sol, juste sous la sphère, a été placé un large disque de bois gravé, sur lequel on a posé de simples bouchons, l’un derrière l’autre. "On a l’impression que le pendule oscille en ligne droite. Donc a priori, si la Terre ne tourne pas, les bouchons ne vont pas tomber. Si elle tourne, nous devrions voir le pendule dévier progressivement et faire tomber les bouchons les uns après les autres." Les élèves guettent les oscillations avec impatience. Et après quelques oscillations, la pointe de la sphère fait tomber le premier bouchon. "Ce sont donc eux qui viennent se placer devant le pendule !" Et quel temps faudra-t-il pour que le plan d’oscillation (à visualiser telle une immense feuille verticale à l’intérieur de laquelle le pendule oscille) fasse un tour complet et revienne à sa place initiale ? "Vingt-quatre heures, comme le temps que met la terre pour tourner" , lance un élève. Erreur ! Pour Tournai, ce sera 31 h. Ce n’est qu’au Pôle que cette rotation dure un double tour d’horloge. Le temps de rotation dépend en effet de la latitude.

La grande question qui donne le vertige

Mais le plus étrange reste à venir, avec "la grande question", qui "donne le vertige". Lorsqu’on lance le pendule au Pôle, - sachant que la direction de l’oscillation du pendule reste fixe et que c’est donc la Terre qui tourne en-dessous - par rapport à quoi le pendule conserve-t-il sa direction ? En fait, cette boule semble être connectée avec les objets cosmiques les plus lointains ! Si, au pôle, on lance le pendule en direction du soleil, il semblera le suivre, mais un décalage apparaîtra après : la direction Terre-Soleil n’est pas fixe dans l’espace, car la Terre tourne autour du Soleil ! Même chose avec la lointaine étoile Bételgeuse, aussi en mouvement. "En fait, pour trouver des cibles pour lesquelles le plan du pendule ne bouge pas, il faut aller aux confins de notre Univers observable. Si on lance un pendule au pôle, en direction du centre de gravité d’un super-amas de galaxies lointaines, alors le pendule oscillera comme verrouillé dans cette direction. On a donc un "référentiel inertiel". Du moins, le meilleur référentiel que la science met actuellement à notre disposition." Car dans ce domaine, il reste encore des choses à éclaircir. Lorsque l’on étudie un pendule, on fait appel aux notions de masse, de longueur et de temps. Des concepts bien plus subtils qu’il n’y paraît. "Si l’expérience du pendule de Foucault est bien expliquée aujourd’hui, la compréhension fine de certains de ses aspects est liée à des recherches des plus pointues". Par exemple, les spécialistes se demandent si, en tournant sur elle-même, la Terre n’entraînerait pas avec elle légèrement l’espace-temps, qui à son tour modifierait la direction du plan d’oscillation du pendule ! "Le pendule de Foucault nous conduit donc aux confins de l’Univers, mais aussi en quelque sorte, aux limites de la physique "