Christiaan Huygens

Huygens est l’un des plus grands savants du XVIIe siècle, entre Galilée et Newton. Astronome, mathématicien, physicien et inventeur, il fut membre fondateur de l’Académie royale des sciences de Paris, où il vécut quinze ans. Son principe de propagation des ondes reste un outil central de l’optique.

Repères chronologiques

Saturne : Titan et l’anneau

Avec une lunette de sa fabrication, Huygens découvre en 1655 le plus grand satellite de Saturne, qu’on nommera plus tard Titan. Il résout aussi l’énigme des « anses » que Galilée avait vues de part et d’autre de la planète : Saturne est entourée d’un anneau mince et plat, qui ne la touche nulle part et qui est incliné sur l’écliptique. Il publie d’abord sa découverte sous forme d’anagramme latine en 1656, puis l’explique en 1659. Il observe aussi des détails à la surface de Mars et estime sa période de rotation à environ 24 heures.

La sonde européenne Huygens, larguée par la mission Cassini, s’est posée sur Titan le 14 janvier 2005 : c’est l’atterrissage le plus lointain jamais réalisé.

L’horloge à pendule

Galilée avait remarqué que les petites oscillations d’un pendule ont une durée presque constante. Huygens en fait un régulateur d’horloge en 1656. La précision passe d’environ un quart d’heure d’écart par jour à moins d’une minute, puis à quelques secondes.

Dans l'Horologium oscillatorium (1673), il démontre que les oscillations d’un pendule simple ne sont strictement isochrones que si la masse suit une courbe appelée cycloïde. Il établit la formule de la période du pendule, T = 2π √(L/g), et la théorie de la force centrifuge (F = mv²/r), qui servira à Newton. En 1675, il met au point le ressort spiral qui régule le balancier des montres.

La théorie ondulatoire de la lumière

Dans le Traité de la lumière (1690), Huygens explique la lumière comme une onde se propageant dans un milieu, l’éther, à vitesse finie.

Ce principe lui permet d’expliquer la réflexion, la réfraction et la double réfraction du spath d’Islande. Il s’oppose à la théorie corpusculaire défendue par Newton, qui l’emporte au XVIIIe siècle. Au début du XIXe siècle, Thomas Young et Augustin Fresnel, avec les interférences et la diffraction, donnent raison à l’approche ondulatoire : on parle du principe de Huygens-Fresnel. Voir la lumière.

Mathématiques et mécanique

• Probabilités : son traité de 1657 sur les jeux de hasard introduit la notion d’espérance mathématique, à la suite de la correspondance entre Pascal et Fermat. Voir les probabilités.
• Chocs : il établit les lois des collisions élastiques et la conservation de la quantité que nous appelons énergie cinétique.
• Courbes : théorie des développées, étude de la chaînette, de la cycloïde.

Héritage

Huygens incarne la science expérimentale et mathématique de l’âge classique, entre l’atelier de l’opticien et l’Académie. Son Cosmotheoros spécule sur la vie sur d’autres planètes. Le principe de Huygens est enseigné dans tous les cours d’optique ondulatoire, et l’horloge à pendule est restée l’instrument de mesure du temps le plus précis jusqu’aux horloges à quartz du XXe siècle.

Questions fréquentes

Qu’a inventé Christiaan Huygens ?

L’horloge à pendule (1656) et le ressort spiral des montres (1675). Il a aussi amélioré les lunettes astronomiques et conçu un oculaire qui porte son nom.

Qu’a découvert Huygens sur Saturne ?

En 1655, son plus grand satellite, Titan, puis la nature de ses anneaux : un disque plat et mince qui entoure la planète sans la toucher.

Quelle est la différence entre Huygens et Newton sur la lumière ?

Huygens voyait la lumière comme une onde se propageant dans un milieu ; Newton comme un flux de corpuscules. La physique quantique a montré au XXe siècle que la lumière présente les deux aspects.