Qu’est-ce donc qu’un pendule ?
Rien d’autre qu’une masse attachée à une extrémité d’un fil dont l’autre extrémité est fixée à un point de suspension.

Ecarté de sa position d’équilibre, la masse du pendule oscille, prenant alternativement de la vitesse puis de la hauteur.
Au point le plus haut, la vitesse est nulle, au point le plus bas la vitesse est maximale.

Galilée fut le premier à étudier le mouvement du pendule : il s’ennuyait pendant un sermon et observait les oscillations du lustre de la cathédrale de Pise.
Il constata que la durée d’oscillation du lustre pendulaire était à peu prés constante : l’industrie horlogère était née.

Galilée affirma aussi, courageusement, que la Terre tournait, affirmation qui lui attira les foudres papales.
Pourtant il ne pensa pas à associer les deux phénomènes, oscillation d’un pendule et rotation de la Terre.
Il fallut attendre trois siècles et... Foucault.

Lâchons un pendule avec précaution

Le pendule oscille dans un plan défini par deux droites : le fil et la verticale passant par le point de suspension du pendule.
“Le mouvement de la Terre affecte-t-il le mouvement du pendule ?” s’interroge Foucault.

Et il raisonne : la terre tourne par rapport au plan d’oscillation du Pendule.
Il va le mettre en évidence en 1851 au Panthéon (Paris) :

  • Sphère de bronze et filin d’acier, soit 28kg
  • Longueur du fil : 70 m
  • Stylet sous la boule
  • Petit rempart de sable
  • Pendule écarté de sa position d’équilibre, fil brûlé pour éviter les perturbations de lancement
  • La brèche progresse vers la gauche, la Terre tourne vers la droite.
  • Durée des oscillations : 16 secondes
  • Foucault grave ainsi la rotation de la Terre par la trace que le pendule dessine dans le sable.

“Le plan d’oscillation du pendule”, écrit Foucault, “..., a tourné autour de la verticale dans un sens tel que dans ses retours successifs au-devant de l’observateur, la boule se portait de plus en plus vers la gauche. Si parfois des irrégularités entachaient les résultats, elles portaient exclusivement sur la grandeur, jamais sur le sens de la déviation...”

Voyons comment il tournerait à divers endroits du Globe terrestre

Au pôle Nord, ou au pôle Sud, le point de suspension du pendule est sur l’axe de rotation de la Terre, et celle-ci tourne autour de son axe en 24 heures.
Aux pôles, le plan d’oscillation du pendule fait un tour complet en un jour ; si l’on mesure cette rotation par la trace sur le sable, le pendule repasse par la trace initiale après une journée.

A l’équateur, la trace ne tourne pas, l’angle entre le plan d’oscillation du pendule et l’équateur est constant : les habitants de la forêt équatoriale ne pourraient démontrer la rotation de la Terre avec le pendule de Foucault.

En fait le pendule de Foucault permettrait de mesurer la latitude si l’expérience était plus facile.

Pour enregistrer les rotations, Foucault continuera ses travaux et inventera le gyroscope, mais ceci est une autre histoire...

P.-S.

Après avoir regardé Archimède une excellente émission d’Arte