Les expériences oubliées qui montrent ce que Leonard De Vinci avait compris de la gravité avant Galilée et Newton

Il n'y a pas eu de moment d'inspiration avec une pomme. Il n'y a pas non plus de loi universelle. Il n'y avait que le plaisir le plus noble qui était, selon Léonard de Vinci, la joie de comprendre.

Il regardait la pluie tomber, les nuages se déplacer rapidement dans le ciel et, aussi, comment donner plus de portée aux projectiles de sa mitrailleuse rudimentaire, l'un des nombreux dispositifs ingénieux qu'il a inventés.

"C'est cette motivation qui l'a poussé à chercher pourquoi ces objets tombaient sans aucune force derrière eux".

Mory Gharib, professeur Hans W. Liepmann d'aéronautique et d'ingénierie médicale à l'Institut de technologie de Californie (Caltech) aux États-Unis, nous raconte.

Avec Chris Roh, alors chercheur postdoctoral au Caltech et aujourd'hui professeur assistant à l'université Cornell (États-Unis), il a découvert un autre coup de génie du polymathe italien : des expériences illustrant sa quête de compréhension de la gravité.

Et pour comprendre l'importance de cette découverte, il faut être clair sur la chronologie.

De Vinci est mort en 1519 et ce n'est qu'en 1604 que Galilée a établi que tous les corps tombent dans le vide avec la même accélération.

Près de deux siècles plus tard, en 1687, Isaac Newton propose la loi de la gravitation universelle. Oui, quand la fameuse anecdote de la pomme.

Mais qu'a donc vu De Vinci devant eux et qu'implique sa découverte ?

Une rencontre fortuite

Mory Gharib feuilletait une publication de la British Library sur le Codex Arundel, un recueil d'articles de Léonard de Vinci couvrant tous les domaines, des sciences et des arts aux notes personnelles.

Il était à la recherche de techniques de visualisation des flux, un sujet à aborder dans le cadre de son cours de troisième cycle.

"J'étais en train de naviguer. Et soudain, un triangle très blanc a attiré mon attention". Gharib plaisante et dit que, ayant vu "Da Vinci Code" (le film basé sur le best-seller de Dan Brown), il a pensé que cela "pourrait être quelque chose".

"C'était juste un triangle. Rien dessus. Et trois inscriptions de chaque côté, écrites comme il l'a fait, en miroir, à l'envers", explique Gharib.

Sur l'hypoténuse, le côté le plus long du triangle, était écrit "Equatione di Moti" (équation du mouvement).

"J'ai voulu savoir ce que Léonard voulait dire par cette phrase.

Il y avait d'autres triangles et une expérience. De Vinci y décrit une jarre probablement remplie de sable dont il verse le contenu, tout en la déplaçant en ligne droite parallèlement au sol, à la même vitesse que les grains tombent.

Ses notes montrent clairement qu'il était conscient que le sable ne tombe pas à une vitesse constante, mais qu'il accélère, et qu'il ne tombe pas horizontalement, mais qu'il forme l'hypoténuse d'un triangle.

Plus précisément, Roh pense que De Vinci était "très curieux de voir la progression de la chute de l'objet, où il se trouve à chaque instant. S'il part d'un point, où il s'arrête et par quel effet".

"L'expérience qu'il a réalisée lui a permis de prédire, bien que de façon imprécise, une évolution très proche de celle qui se produit en réalité. Il a donc essayé de comprendre quelle était la constante quantitative de la gravité".

Les scientifiques expliquent qu'il est même parvenu à un algorithme "suffisamment utile pour pouvoir dire aux gens si tel objet est tombé à telle distance à tel moment de manière assez précise".

Ils révèlent également que dans les documents de De Vinci, un paragraphe indique que "lorsqu'un objet tombe, il se dirige essentiellement vers le centre de la Terre". Cela revient à dire que les deux objets sont attirés l'un par l'autre, et c'est peut-être la seule preuve que nous ayons qu'il était très proche de comprendre la gravité.

Pour l'époque et la pensée de l'époque, il s'agissait d'une percée.

À la recherche d'une explication au-delà de la théorie aristotélicienne

À l'époque de De Vinci, il existait plusieurs théories pour expliquer pourquoi et comment les objets tombent au sol. Mais la plus répandue était la théorie aristotélicienne, explique Carlos Molina, astronome et directeur du planétarium de Bogota, en Colombie.

Pour Aristote, explique-t-il, les objets tombent à cause de la sensation qu'ils éprouvent.

"C'était le besoin des corps d'atteindre leur lieu naturel et cela se mesurait par l'élan, c'est-à-dire l'envie qu'ils avaient d'atteindre leur lieu naturel", explique M. Molina.

Ainsi, plus l'"élan" est grand, plus le désir d'atteindre cette place naturelle est grand de la part des soi-disant "corps sérieux".

"Plus il était lourd, plus il avait d'élan. Et cela a fonctionné comme une description de la façon dont cela s'est passé et pourquoi cela s'est passé".

Molina, après avoir pris connaissance des documents et de la découverte de Gharib et Roh, explique que Léonard "systématise une expérience pour en déduire que la gravité est un type d'accélération, comme l'a fait Galilée (des années plus tard) et que cette accélération nous dit que l'espace est plus grand quand le temps est plus grand, dans une proportion géométrique".

"Si vous ne pouvez pas mesurer quelque chose, rendez-le mesurable".

À l'époque de De Vinci, il n'existait pas d'horloges mesurant le temps avec précision.

Mais ce n'était pas un obstacle pour lui.

"C'était un ingénieur très pragmatique. Il s'est dit : "Si je ne peux pas mesurer le nombre réel, laissez-moi créer une situation où je peux m'en approcher"", explique Mori Gharib.

Il a donc échangé le temps contre l'espace. Et il a mesuré la façon dont les objets tombent de différentes hauteurs.

"Si vous ne pouvez pas mesurer quelque chose, rendez-le mesurable", explique Mori Gharib.

"Il est encore une fois surprenant de voir comment il a compris le temps et fait des hypothèses fondamentales très correctes selon lesquelles tous les objets arrivent en même temps tant qu'ils sont à la même hauteur", ajoute M. Roh.

"La limite était de ne pas pouvoir mesurer le temps et il l'a résolue.

Expliquer le monde par l'expérimentation

"Ce que cela nous révèle, c'est qu'à travers une expérimentation systématique, De Vinci est parvenu à une conclusion similaire à celle de Galilée", explique M. Molina.

Seul, il explique que De Vinci "n'a pas été un grand diffuseur de son travail le plus profond, il ne l'a même pas écrit (l'expérience) de manière traditionnelle, mais devant le miroir, codifié. Il n'était peut-être pas aussi convaincu de la divulguer".

Pour Gharib et Roh, cela montre que "c'était un expérimentateur qui essayait de tester les choses et de voir comment elles fonctionnaient, et qui essayait ensuite de les expliquer. Il a d'abord fait les expériences et a ensuite essayé d'en comprendre la nature".

Tous les experts consultés s'accordent à dire que c'est l'expérimentation systématique de De Vinci qui l'a conduit à une conclusion similaire à celle de Galilée près de 100 ans plus tôt.

Les choses auraient-elles changé si Galilée ou Newton avaient eu connaissance de ces expériences ?

Selon M. Molina, cela aurait certainement été une source d'inspiration.

"Newton disait qu'il était monté sur les épaules de géants pour élaborer ses théories. Il connaissait les travaux des savants qui l'avaient précédé. Si les travaux de De Vinci avaient été connus à l'époque, Newton s'y serait intéressé", explique M. Molina.

Regarder la nature

De Vinci a observé le mouvement des nuages et la chute de la grêle, puis a tenté de les reproduire dans son laboratoire.

"Sa façon de regarder la nature, de visualiser les choses, lui a permis de voir ce que nous faisons aujourd'hui avec des caméras de haute technologie pour analyser le même triangle que Da Vinci", explique M. Gharib.

Selon Gharib et Roh, cette découverte montre à quel point il est important de prendre du recul et d'observer ce qui nous entoure.