Fresnel (Arago)/7
Dans une Académie des sciences, si elle apprécie convenablement son mandat, l’auteur d’une découverte n’est jamais exposé à cette question décourageante qu’on lui adresse si souvent dans le monde : à quoi bon ? Là, chacun comprend que la vie animale ne doit pas être la seule occupation de l’homme ; que la culture de son intelligence, qu’une étude attentive de cette variété infinie d’êtres animés et de matières inertes dont il est entouré, forment la plus belle partie de sa destinée.
Et d’ailleurs, lors même qu’on ne voudrait voir dans les sciences que des moyens de faciliter la reproduction des substances alimentaires ; de tisser avec plus ou moins d’économie et de perfection les diverses étoffes qui servent à nous vêtir ; de construire avec élégance et solidité ces habitations commodes dans lesquelles nous échappons aux vicissitudes atmosphériques ; d’arracher aux entrailles de la terre tant de métaux et de matières combustibles dont les arts ne sauraient se passer ; d’anéantir cent obstacles matériels qui s’opposeraient aux communications des habitants d’un même continent, d’un même royaume, d’une même ville ; d’extraire et de préparer les médicaments destinés à combattre les nombreux désordres dont nos organes sont incessamment menacés, la question à quoi bon ? porterait à faux. Les phénomènes naturels ont entre eux des liaisons nombreuses, mais souvent cachées, dont chaque siècle lègue la découverte aux siècles à venir. Au moment où ces liaisons se révèlent, des applications importantes surgissent, comme par enchantement, d’expériences qui jusque-là semblaient devoir éternellement rester dans le domaine des simples spéculations. Un fait, qu’aucune utilité directe n’a encore recommandé à l’attention du public, est peut-être l’échelon sur lequel un homme de génie s’appuiera, soit pour s’élever à ces vérités primordiales qui changent la face des sciences, soit pour créer quelque moteur économique que toutes les industries adopteront ensuite, et dont le moindre mérite ne sera pas de soustraire des millions d’ouvriers aux pénibles travaux qui les assimilaient à des brutes, ruinaient promptement leur santé, et les conduisaient à une mort prématurée. Si, pour fortifier ces réflexions, des exemples paraissaient nécessaires, je n’éprouverais que l’embarras du choix ; mais rien ne m’oblige ici d’entrer dans ces détails, car, à toutes les recherches théoriques déjà signalées, Fresnel a joint lui-même un travail important, d’une application immédiate, qui placera certainement son nom dans un rang distingué parmi ceux des bienfaiteurs de l’humanité. Ce travail, tout le monde le sait, a eu pour objet l’amélioration des phares. Je vais essayer d’en tracer l’analyse, et j’aurai terminé ainsi le tableau que je devais vous présenter de la brillante carrière scientifique de notre confrère.
Les personnes étrangères à l’art nautique sont toujours saisies d’une sorte d’effroi lorsque le navire qui les porte, très-éloigné des continents et des îles, a pour uniques témoins de sa marche les astres et les flots de l’océan. La vue de la côte la plus aride, la plus escarpée, la plus inhospitalière, dissipe comme par enchantement ces craintes indéfinissables qu’un isolement absolu avait inspirées, tandis que, pour le navigateur expérimenté, c’est près de terre seulement que commencent les dangers.
Il est des ports dans lesquels un navigateur prudent n’entre jamais sans pilote ; il en existe où, même avec ce secours, on ne se hasarde pas à pénétrer de nuit. On concevra donc aisément combien il est indispensable, si l’on veut éviter d’irréparables accidents, qu’après le coucher du soleil, des signaux de feu bien visibles avertissent, dans toutes les directions, du voisinage de la terre ; il faut de plus que chaque navire aperçoive le signal d’assez loin pour qu’il puisse trouver dans des évolutions, souvent fort difficiles, les moyens de se maintenir à quelque distance du rivage jusqu’au moment où le jour paraîtra. Il n’est pas moins désirable que les divers feux qu’on allume dans une certaine étendue des côtes ne puissent pas être confondus, et qu’à la première vue de ces signaux hospitaliers, le navigateur qu’un ciel peu favorable a privé pendant quelques jours de tout moyen assuré de diriger sa route, sache, par exemple, en revenant d’Amérique, s’il doit se préparer à pénétrer dans la Gironde, dans la Loire ou dans le port de Brest.
À cause de la rondeur de la terre, la portée d’un phare dépend de sa hauteur. À cet égard, on a toujours obtenu sans difficulté l’amplitude que les besoins de la navigation exigeaient ; c’était une simple question de dépense. Tout le monde sait, par exemple, que le grand édifice dont le fameux architecte Sostrate de Gnide décora, près de trois siècles avant notre ère, l’entrée du port d’Alexandrie, et que la plupart des phares construits par les Romains s’élevaient bien au-dessus des tours modernes les plus célèbres. Mais, sous les rapports optiques, ces phares étaient peu remarquables ; les faibles rayons qui partaient des feux de bois ou de charbon de terre allumés en plein air à leurs sommets ne devaient jamais traverser les épaisses vapeurs qui, dans tous les climats, souillent les basses régions de l’atmosphère.
Naguère encore, quant à la force de la lumière, les phares modernes étaient à peine supérieurs aux anciens. La première amélioration importante qu’ils aient reçue date de la lampe à double courant d’air d’Argant, invention admirable, qui serait beaucoup mieux appréciée si, de même que nos musées renferment les œuvres des siècles de décadence dans un but purement historique, les conservatoires industriels offraient de temps à autre aux regards du public les moyens d’éclairage si ternes, si malpropres, si nauséabonds, qu’on employait il y a cinquante ans, à côté de ces lampes élégantes dont la lumière vive et pure le dispute à celle d’un beau jour d’été.
Quatre ou cinq lampes à double courant d’air réunies donneraient, sans aucun doute, autant de clarté que les larges feux qu’entretenaient les Romains, à si grands frais, sur les tours élevées d’Alexandrie, de Pouzzole, de Ravenne ; mais, en combinant ces lampes avec des miroirs réfléchissants, leurs effets naturels peuvent être prodigieusement agrandis. Les principes de cette dernière invention doivent nous arrêter un instant, car ils nous feront apprécier les travaux de Fresnel à leur juste valeur.
La lumière des corps enflammés se répand uniformément dans toutes les directions. Une portion tombe vers le sol, où elle se perd ; une portion différente s’élève et se dissipe dans l’espace ; le navigateur, dont vous voulez éclairer la route, profite des seuls rayons qui se sont élancés, à peu près horizontalement, de la lampe vers la mer ; tous les rayons, même horizontaux, dirigés du côté de la terre ont été produits en pure perte.
Cette zone de rayons horizontaux forme non-seulement une très-petite partie de la lumière totale ; elle a de plus le grave inconvénient de s’affaiblir beaucoup par divergence, de ne porter au loin qu’une lueur à peine sensible. Détruire cet éparpillement fâcheux, profiter de toute la lumière de la lampe, tel était le double problème qu’on avait à résoudre pour étendre la portée ou l’utilité des phares. Les miroirs métalliques profonds, connus sous le nom de miroirs paraboliques, en ont fourni une solution satisfaisante.
Quand une lampe est placée au foyer d’un tel miroir, tous les rayons qui en émanent sont ramenés, par la réflexion qu’ils éprouvent sur les parois, à une direction commune ; leur divergence primitive est détruite ils forment, en sortant de l’appareil, un cylindre de lumière parallèle à l’axe du miroir. Ce faisceau se transmettrait aux plus grandes distances avec le même éclat si l’atmosphère n’en absorbait pas une partie.
Avant d’aller plus loin, hâtons-nous de le reconnaître, cette solution n’est pas sans inconvénient. On ramène bien ainsi vers l’horizon de la mer une multitude de rayons qui auraient été se perdre sur le sol, vers l’espace ou dans l’intérieur des terres. On anéantit même la divergence primitive de ceux de ces rayons qui naturellement se portaient vers le navigateur ; mais le cylindre de lumière réfléchie n’a plus que la largeur du miroir ; la zone qu’il éclaire a précisément les mêmes dimensions à toute distance, et à moins qu’on n’emploie beaucoup de miroirs pareils diversement orientés, l’horizon contient de nombreux et larges espaces complétement obscurs où le pilote ne reçoit jamais aucun signal. On a vaincu cette grave difficulté en imprimant, à l’aide d’un mécanisme d’horlogerie, un mouvement uniforme de rotation au miroir réfléchissant. Le faisceau lumineux sortant de ce miroir est alors successivement dirigé vers tous les points de l’horizon ; chaque navire aperçoit un instant et voit ensuite disparaître la lumière du phare ; et si dans une grande étendue de côte, de Bayonne à Brest, par exemple, il n’existe pas deux mouvements de rotation de même durée, tous les signaux sont, pour ainsi dire, individualisés. D’après l’intervalle qui s’écoule entre deux apparitions ou deux éclipses successives de la lumière, le navigateur sait toujours quelle position de la côte est en vue ; il ne se trouve plus exposé à prendre pour un phare telle planète, telle étoile de première grandeur voisine de son lever ou de son coucher, ou bien ces feux accidentels allumés sur la côte par des pêcheurs, des bûcherons ou des charbonniers ; méprises fatales qui souvent ont été la cause des plus déplorables naufrages.
Une lentille diaphane ramène au parallélisme tous les rayons lumineux qui la traversent, quel que soit leur degré primitif de divergence, pourvu que ces rayons partent d’un point convenablement situé qu’on appelle le foyer. Des lentilles de verre peuvent donc être substituées aux miroirs, et en effet, un phare lenticulaire avait été exécute depuis longtemps en Angleterre, dans l’idée, au premier aspect très-plausible, qu’il serait beaucoup plus brillant que les phares à réflecteurs. L’expérience, toutefois, était venue démentir ces prévisions ; les miroirs, malgré l’énorme perte de rayons qui se faisait à leur surface dans l’acte de la réflexion, portaient à l’horizon des feux plus intenses ; les lentilles furent donc abandonnées.
Les auteurs inconnus de cette tentative avortée avaient marché au hasard. En s’occupant du même problème, Fresnel, avec sa pénétration habituelle, aperçut du premier coup d’œil où gisait la difficulté. Il vit que des phares lenticulaires ne deviendraient supérieurs aux phares à réflecteurs qu’en augmentant considérablement l’intensité de la flamme éclairante, qu’en donnant aux lentilles d’énormes dimensions qui semblaient dépasser tout ce qu’on pouvait attendre d’une fabrication ordinaire. Il reconnut encore que ces lentilles devraient avoir un très-court foyer ; qu’en les exécutant suivant les formes habituelles, elles auraient une grande épaisseur et peu de diaphanéité, que leur poids serait considérable, qu’il fatiguerait beaucoup les rouages destinés à faire tourner tout le système, et qu’il en amènerait promptement la destruction.
On évite cette épaisseur excessive des lentilles ordinaires, leur énorme poids et le manque de diaphanéité qui en seraient les conséquences, en les remplaçant par des lentilles d’une forme particulière, que Buffon avait imaginées pour un tout autre objet, et qu’il appelait des lentilles à échelons. Il est possible aujourd’hui de construire les plus grandes lentilles de cette espèce, quoiqu’on ne sache pas encore fabriquer d’épaisses masses de verre exemptes de défauts. Il suffit de les composer d’un certain nombre de petites pièces distinctes, comme Condorcet l’avait proposé.
Je pourrais affirmer ici qu’au moment où l’idée des lentilles à échelons se présenta à l’esprit de Fresnel, il n’avait jamais eu connaissance des projets antérieurs de Buffon et de Condorcet ; mais des réclamations de cette nature n’intéressent que l’amour-propre de l’auteur : elles n’ont point de valeur pour le public. À ses yeux, il n’y a, je dirai plus, il ne doit y avoir qu’un seul inventeur : celui qui le premier a fait connaître la découverte. Après une aussi large concession, il me sera du moins permis de remarquer qu’en 1820 il n’existait pas encore une seule lentille à échelons dans les cabinets de physique ; que d’ailleurs, jusque-là, on les avait envisagées seulement comme des moyens de produire de grands effets calorifiques ; que c’est Fresnel qui a créé des méthodes pour les construire avec exactitude et économie ; que c’est lui enfin, et lui tout seul, qui a songé à les appliquer aux phares. Toutefois, cette application, je l’ai déjà indiqué, n’aurait conduit à aucun résultat utile, si on ne l’eût pas combinée avec des modifications convenables de la lampe, si la puissance de la flamme éclairante n’avait pas été considérablement augmentée. Cette importante partie du système exigeait des études spéciales, des expériences nombreuses et assez délicates. Fresnel et un de ses amis (Arago) s’y livrèrent avec ardeur, et leur commun travail conduisit à une lampe à plusieurs mèches concentriques dont l’éclat égalait 25 fois celui des meilleures lampes à double courant d’air.
Dans les phares à lentilles de verre, imaginés par Fresnel, chaque lentille envoie successivement vers tous les points de l’horizon une lumière équivalente à celle de 3,000 à 4,000 lampes à double courant d’air réunies ; c’est 8 fois ce que produisent les beaux réflecteurs paraboliques argentés dont nos voisins font usage ; c’est aussi l’éclat qu’on obtiendrait en rassemblant le tiers de la quantité totale des lampes à gaz qui tous les soirs éclairent les rues, les magasins et les théâtres de Paris. Un tel résultat ne paraîtra pas sans importance si l’on veut bien remarquer que c’est avec une seule lampe qu’on l’obtient. En voyant d’aussi puissants effets, l’administration s’empressa d’autoriser Fresnel à faire construire un de ses appareils, et elle désigna la tour élevée de Cordouan, à l’embouchure de la Gironde, comme le point où il serait installé. Le nouveau phare était déjà construit dès le mois de juillet 1823.
Le phare de Fresnel a déjà eu pour juges, durant sept années consécutives, cette multitude de marins de tous les pays qui fréquentent le golfe de Gascogne. Il a été aussi étudié soigneusement sur place par de très-habiles ingénieurs, venus tout exprès du nord de l’Écosse avec une mission spéciale du gouvernement anglais. Je serai ici l’interprète des uns et des autres en affirmant que la France, où déjà l’importante invention des feux tournants avait pris naissance, possède maintenant, grâce aux travaux de notre savant confrère, les plus beaux phares de l’univers. Il est toujours glorieux de marcher à la tête des sciences ; mais on éprouve surtout une vive satisfaction à réclamer le premier rang pour son pays, quand il s’agit d’une de ces applications heureuses auxquelles toutes les nations sont appelées à prendre une part égale, et dont l’humanité n’aura jamais à gémir.
Il existe déjà aujourd’hui sur l’Océan et la Méditerranée douze phares plus ou moins puissants, construits d’après les principes de Fresnel. Pour compléter le système général d’éclairage de nos côtes, trente nouveaux phares paraissent encore nécessaires. Tout fait espérer que ces importants travaux seront exécutés promptement, et qu’on s’écartera le moins possible de l’heureuse direction imprimée à ce service par notre confrère. La routine et les préjugés seraient ici sans pouvoir, puisque les intéressés, les véritables juges, les marins de toutes les nations, ont unanimement proclamé la supériorité du nouveau système. On ne saurait alléguer des motifs d’économie ; car, à égalité d’effet, les phares lenticulaires n’exigent pas autant d’huile que les anciens, sont d’un entretien beaucoup moins dispendieux, et ils procureront en définitive à l’État une économie annuelle d’environ un demi-million. Cette belle invention devait donc prospérer, à moins qu’après la mort de Fresnel elle ne tombât dans les mains d’un de ces étranges personnages qui se croient propres à tous les emplois, quoique sous les divers régimes ils n’aient eu d’autres cabinets d’étude que les antichambres des ministres. Les candidatures, si je suis bien informé, ne manquèrent pas ; mais heureusement, cette fois, l’intrigue succomba devant le mérite, et la haute surveillance des phares fut confiée au frère cadet de Fresnel, comme lui, ancien élève très-distingué de l’École polytechnique, comme lui, ingénieur des ponts et chaussées, habile, zélé, consciencieux. Sous son inspection, la construction et le placement des grandes lentilles à échelons ont déjà reçu des améliorations importantes, et le public n’aura pas à craindre que quelque négligence prive ces beaux appareils d’une partie de leur puissance. Ce ne sont pas les héritages de gloire qu’on laisse jamais dépérir !