L’Observatoire à Paris

L’amphithéâtre d’Arago

François Arago (1786-1853) entra en 1807 à l’Observatoire de Paris qu’il devait diriger de fait de 1834 à sa mort. Vulgarisateur de premier plan, il commença ses cours d’« Astronomie populaire » dès 1813. Ils attiraient les célébrités de l’époque et une audience considérable, si bien que leur succès n’a cessé de croître.

Après les avoir donnés dans des endroits variés plus ou moins appropriés, Arago réussit à obtenir un financement pour construire un amphithéâtre à l’Observatoire. Terminé en 1841 par l’architecte Alphonse de Gisors et formant l’aile ouest du bâtiment de l’Observatoire, il était magnifiquement décoré et comportait 800 places. Il ne servit que cinq ans, car un grave diabète obligea Arago à interrompre ses cours en 1846 ; il en mourut sept ans plus tard après être devenu aveugle.

Peu après son arrivée à l’Observatoire en 1854, son remplaçant, Urbain Le Verrier, qui ne s’intéressait pas du tout à la dissémination du savoir, fit démolir l’amphithéâtre pour le remplacer par ses appartements (400 m2 !). Il n’en subsiste que quelques éléments de décoration, qui ont été récemment restaurés. Cet amphithéâtre nous manque cruellement aujourd’hui.

Le grand équatorial coudé

On peut voir dans les jardins de l’Observatoire un bâtiment dégradé en meulière portant la date 1889, à l’arrière duquel se trouve une sorte de grand hangar métallique rouillé. De quoi s’agit-il ?

Cet ensemble abritait un instrument inventé par Maurice Loewy (1833-1907) qui fut directeur de l’Observatoire de 1897 à sa mort. En 1874, Loewy avait présenté au Conseil de l’Observatoire le modèle d’un « instrument équatorial à deux miroirs, dont le but [était] de diminuer la fatigue de l’Observateur en lui permettant de rester immobile. »

Un premier instrument fut réalisé sur ce principe en 1882, le petit équatorial coudé. Il a disparu, mais six autres instruments du même genre ont été construits de 1884 à 1892. Deux sont encore dans l’état d’origine dans les observatoires de Lyon et d’Alger, et un autre subsiste avec des modifications à Nice.

Le plus grand a été inauguré à Paris en 1891 dans le bâtiment terminé en 1889. Il a coûté 400 000 francs avec le bâtiment, ce qui équivaut à 1,2 millions de nos euros : c’est le grand équatorial coudé.
Il a été utilisé pour faire de magnifiques photographies de la Lune et des spectres d’étoiles, puis abandonné en 1939. Il en subsiste la plupart des éléments mais sa restauration demanderait un budget considérable.

La découverte de Neptune

Au début du 19e siècle, un astronome de l’Observatoire de Paris, Alexis Bouvard, chargé de calculer les éphémérides d’Uranus, constata qu’il était impossible de représenter correctement par le calcul le mouvement de cette planète. Il eut l’idée que ce mouvement pouvait être perturbé par l’attraction d’une autre planète inconnue.

Plusieurs astronomes s’employèrent à essayer de vérifier cette hypothèse et de trouver cette nouvelle planète. François Arago, qui était en charge de l’Observatoire, demanda à un jeune astronome qui était alors assistant à l’École polytechnique, Urbain Le Verrier (1811-1877) de s’occuper du problème.

Le Verrier le résolut en 1846 grâce à de lourds calculs, et prédit la position de la nouvelle planète, qui fut trouvée presque immédiatement à l’observatoire de Berlin. C’est Neptune, la plus lointaine des 8 planètes du Système solaire. Le Verrier devint alors célèbre dans le monde entier. Il succéda en 1854 à Arago à la direction de l’Observatoire de Paris.

La Ligne méridienne

Lors de sa construction, les plans de la grande salle du second étage de l’Observatoire de Paris furent modifiés par Jean-Dominique Cassini en vue de l’installation d’une grande ligne méridienne. Cependant, ce fut son fils, Jacques Cassini qui en paracheva l’édification en 1729-1732.

Elle fut conçue comme un instrument astronomique de haute précision dont la fonction est de mesurer la hauteur méridienne du Soleil – avec une précision de 10 secondes de degré – en vue de détecter une éventuelle diminution de l’obliquité de l’écliptique (lente variation de l’inclinaison de l’axe de rotation terrestre).

Elle est constituée de 32 règles de laiton, longues de près de 1 m chacune, enchâssées dans des dalles de marbre blanc sur lesquelles vient se projeter l’image elliptique du Soleil produite par un gnomon constitué d’un simple trou percé dans une plaque de cuivre (situé à une hauteur de 9,9377 m) ; c’est le principe de la camera obscura.
La largeur totale du chemin de marbre est d’un pied de roi (32,48 cm), ce qui garantit à l’image d’y être contenue dans sa totalité d’un solstice à l’autre. Douze dalles de marbre supplémentaires, où sont sculptés les signes du zodiaque, complètent le dallage. La ligne de laiton est munie de deux graduations sur ses bords Ouest et Est donnant respectivement la hauteur apparente du centre du Soleil et la tangente de la distance zénithale du centre du Soleil.

Elle fut la première d’une famille de très grandes méridiennes qui fleuriront jusqu’à la fin du XVIIIe siècle (notamment Saint-Sulpice, 1743 ; Santa-Maria del Fiore à Florence, 1756). Elle demeure à ce jour le seul instrument de ce type construit au sein d’un édifice non religieux. Jacques Cassini y effectua durant 25 ans – jusqu’en 1755 - des relevés réguliers, recueillant ainsi près de 450 observations. De nos jours, c’est une lentille simple qui fait office de gnomon.

La lunette méridienne

En Europe, le premier instrument méridien est dû à l’astronome danois Roemer, instrument original auquel il donne le nom de Rota Meridiana. L’observation d’un astre au dessus de l’horizon fournit sa hauteur, complément de sa distance zénithale (distance angulaire qui la sépare de la verticale du lieu). Cette hauteur est maximale lorsque l’astre franchit le méridien.

Tandis que les secteurs à lunette devenaient de plus en plus grands grâce aux progrès réalisés dans le domaine de la métallurgie durant le XVIIIe siècle, jusqu’aux grands quarts-de-cercle muraux du constructeur anglais John Bird dont l’Observatoire de Paris conserve deux exemplaires, des instruments issus de la Rota Meridiana voyaient le jour.

Cercles méridiens et lunettes des passages

D’un côté des instruments du type lunette des passages - déterminant le temps de passage de l’astre au méridien - apparaissent, le plus souvent de petite taille et d’autant plus précis. De l’autre côté les secteurs évoluaient vers le cercle méridien, cercle entier muni d’une lunette, mobile autour de son centre et fournissaient, par la lecture des graduations de son limbe, la distance zénithale donc la hauteur de l’astre.

En associant cercle et instrument des passages, on obtient ce qui est, de nos jours, communément appelé instrument méridien.

Au fil d’argent ou d’araignée unique des anciens secteurs, permettant de noter l’instant du passage au méridien à l’horloge associée, les constructeurs ont su, grâce à l’avènement de l’électricité, munir le réticule de l’oculaire de fils verticaux, un contact se faisant lorsqu’un fil mobile parcourant le champ coïncide avec chacun d’entre eux. Le contact s’enregistre alors sur un chronographe à plume, imprimant une trace sur une bande de papier paraffiné.

Lectures multiples et chronographes

Dix ou vingt tels contacts conduisent, par leur moyenne, à l’instant du passage au méridien. Dans le même temps, un autre observateur effectue la lecture des deux cercles gradués associés à la lunette. A la lecture unique des premiers instruments de ce type s’est substituée une lecture moyenne de multiples microscopes micrométriques à l’un puis à l’autre de deux cercles.

L’instrument méridien dit du jardin, dans les textes de ses débuts, est dû à la générosité du banquier Raphaël Bischofscheim qui l’a offert à l’Observatoire de Paris du temps de Le Verrier. Il a servi à la ré-observation des étoiles du catalogue de Lalande de 50000 étoiles, puis à différents programmes internationaux. Le dernier en date a été pour le catalogue AGK3 que l’Observatoire a été le premier à terminer pour la partie du ciel qui lui était attribué. Il a été relayé par l’instrument méridien automatique de l’observatoire de Bordeaux suivi du satellite astrométrique Hipparcos.