En plein cœur du Panthéon, à Paris, se cache un étrange objet intensément chargé de science. Installé en 1851 par le physicien Léon Foucault et l’ingénieur Gustave Froment, le pendule vise à démontrer le mouvement de rotation de la Terre sur elle-même. Il se compose d’un fil d’acier de 67 mètres de long, relié au sommet de la coupole, auquel est suspendue une sphère de 28 kg et de 38 centimètres de diamètre, faite d’une enveloppe de laiton et d’un cœur de plomb. Sous le pendule, est disposé un cadran qui permet de visualiser le déplacement de la sphère, d’un peu plus de 2 millimètres par oscillation. 

Le pivotement du pendule est impossible

On serait tenté de penser que c’est le pendule qui se déplace à travers le cercle dans le sens des aiguilles d’une montre, et c’est d’ailleurs ce que l’on peut observer lorsqu’on se tient en face de ce dernier. Il s’agit en vérité d’une illusion car le plan d’oscillation d’un pendule fixé à un point unique ne change jamais. Le pivotement du pendule est donc impossible. La sphère ne se déplace que d’avant en arrière mais, si elle semble se mouvoir dans le cadran, c’est en réalité ce dernier ainsi que le spectateur lui-même qui se déplacent avec la rotation de la Terre ! 

Combien de temps le cadran et la Terre mettent-ils pour faire un tour complet du plan d’oscillation du pendule ? La Terre tournant sur elle-même en 24 heures, on pourrait penser que c’est le temps qu’il lui faut pour effectuer son tour du pendule. En réalité, la durée de rotation dépend de la latitude à laquelle est faite l’expérience. Au Pôle Nord ce temps serait effectivement de 24 heures, tandis que plus on s’approche de l’équateur, plus cette durée s’allonge. Ainsi, à Paris, un tour de cadran se fait en 32h.

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La force de Coriolis

Lorsque nous sommes immobiles sur le sol, la rotation de la Terre donne l’impression que le pendule pivote. On dirait alors qu’une force supplémentaire s’applique sur lui : cet effet est appelé la force de Coriolis. Cette force inertielle, ou fictive, s’observe dans un référentiel en mouvement non linéaire (ici la Terre) et ne dépend que de l’observateur qui se déplace lui-même avec le référentiel. On comprend donc que, dans ces conditions, ce sont les objets fixes dans leur plan qui semblent se déplacer pour l’observateur en mouvement. Cette pseudo force de Coriolis est très utile pour comprendre les mouvements à grande échelle de l’atmosphère terrestre ou encore certains déplacements de grandes masses d’eaux océaniques.

La prochaine fois que vous visiterez le Panthéon, prenez un instant pour le regarder tourner à près d’un millier de kilomètres par heure. Attention au tournis !

Alexandre Morales

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Sources :

Bibliothèque des sciences et de l’industrie. (2019, 9 mai). Qu’est ce que le pendule de Foucault ? Eurêkoi. https://www.eurekoi.org/quest-ce-que-le-pendule-de-foucault/

Le Pendule de Foucault à redécouvrir au Panthéon ! (s. d.). Centre des monuments nationaux. https://www.monuments-nationaux.fr/Actualites/Le-Pendule-de-Foucault-a-redecouvrir-au-Pantheon

Mousset & Trap. (2015, août 3). Comment montre-t-il que la Terre tourne ? science.lu. https://www.science.lu/fr/le-pendule-foucault/comment-montre-t-il-que-terre-tourne