De l'Antiquité au Moyen-Âge

Auteur: Jérôme Lamy

Introduction

introductionIntroduction

Parmi les modes d'appréhension de l'environnement physique et naturel déployés par les civilisations antiques, l'astronomie constitue une catégorie de savoirs particulière. Sous-tendue par des impératifs agricoles et religieux elle connaît un développement important en Mésopotamie et en Egypte. Mais c'est en Grèce qu'elle se constitue en un corpus cohérent de connaissances. L'émergence de la rationalité comme principe directeur joue ici un rôle fondamental dans la compréhension des phénomènes astronomiques. La civilisation arabe poursuit et transmet l'héritage grec que l'Occident médiéval redécouvre peu à peu.


L'astronomie mésopotamienne


Situation

Situation géographique

La Mésopotamie correspond à l'Irak actuel et à une partie de la Syrie actuelle. Il s'agit d'une plaine, sillonnée par le Tigre et l'Euphrate. La partie sud est alluvionnaire. A l'Est de la plaine, on trouve un massif montagneux du Zagros (bordant le plateau de l'Iran). À l'ouest, c'est le désert de Syrie. Enfin, au nord se situent les montagnes d'Arménie (sources de l'Euphrate et du Tigre). Les deux fleuves inondent de leurs crues la Basse-Mésopotamie, qui correspond historiquement à la Babylonie.

Brève présentation historique

La période historique commence vers 3500 av. J.C., à Sumer et à Elam. Cette région est le berceau d'une innovation capitale dans l'histoire des civilisations : l'invention de l'écriture. À la fin du IIIème millénaire av. J.C., le premier Empire sumérien domine. Les Sumériens connaissent un apogée pendant deux siècles. S'ils déclinent par la suite, leur influence culturelle est considérable.

Au début du IIème millénaire, un nouvel Empire (dirigé par le roi Hammourabi) émerge, centré sur Babylone. Parallèlement, on assiste à la montée en puissance de l'Empire assyrien. Les deux royaumes subissent les invasions répétées des peuples voisins. Lors du premier millénaire, un Empire néo-babylonien s'installe en Assyrie, en Iran et en Asie Mineure. L'empire babylonien s'effondre sous les coups des invasions perses au VIe siècle av. J.C.

L'histoire de la Mésopotamie a donc donné lieu à de nombreux brassages de peuples et de cultures. Il est relativement difficile de préciser les généalogies culturelles et savantes de chacune des traditions ayant fondé la civilisation mésopotamienne. Quoique très brillante, la civilisation sumérienne ne nous a laissé que très peu de traces dans le domaine de l'astronomie (si ce n'est que quelques noms d'étoiles et de constellations).


Les sources

Les historiens disposent de nombreuses tablettes qui révèlent les données astronomiques relevées par les Babyloniens. Le premier document connu, datant du IIème millénaire, décrit un univers à huit cieux enchâssés les uns dans les autres. Des textes ultérieurs évoquent la Lune, le Soleil, les planètes, les fixes, mais aussi les saisons ou les longueurs des ombres. On dispose également, à partir du Ier millénaire, d'éphémérides indiquant notamment les conjonctions des planètes avec les étoiles fixes. Les observations astronomiques sont suivies et servent à l'étude des mouvements célestes. On note, dans l'ensemble de ce corpus, une volonté progressive de mathématiser l'astronomie.

Les instruments astronomiques


La cosmologie babylonienne

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La représentation sumérienne du monde (schéma simplifié)
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Jérôme Lamy et Gilles Bessou

Il est difficile de parler d'une cosmologie au sens scientifique du terme. Il s'agit d'une explication mythique du monde. D'autre part, la Mésopotamie est un espace de brassage culturel intense, ce qui ne permet pas de dégager un modèle cosmologique unique. En suivant les travaux de l'historien Samuel Noah Kramer on peut donner un exemple de conception cosmologique : l'eau joue un rôle important, le monde est conçu comme une bulle immergée dans une mer primordiale. Nous verrons plus loin que cette conception a influencé la cosmologie égyptienne et présocratique.

Une astronomie d'observation

Les astronomes mésopotamiens ne s'éloignaient pas de ce qui était directement observable.


Le calendrier

Une des préoccupations les plus importantes des Babyloniens concerne le calendrier. Le calendrier est lunaire, c'est à dire que l'année se compose de 12 mois lunaires, un mois lunaire se compose de 29,5 jours (dans les faits c'est une alternance de 29 jours et de 30 jours).

Voici les noms du calendrier babylonien classique ; l'orthographe peut être différente d'une présentation à une autre, nous retenons ici l'orthographe la plus courante :

Nissan Mars-avril
Aiar Avril-mai
Siwan Mai-juin
Du'uzu Juin-juillet
Ab Juillet-août
Elul Août-septembre
Teshrit Septembre-octobre
Arashama Octobre-novembre
Kislew Novembre-décembre
Tebet Décembre-janvier
Shebat Janvier-février
Addar Février-mars

Un tel calendrier pose un problème majeur : 12 mois lunaires font 354 jours. Ce qui fait un retard de 11 jours 1/4 sur l'année solaire (365 jours et 6 heures). Il faut compenser le retard. On ajoute (de temps en temps) un mois supplémentaire à l'année (en général tous les 3 ans). Ce mois supplémentaire est soit Elul II, soit Nissan II, soit Addar-complémentaire. Initialement, l'ajout d'un mois n'était pas fondé sur une règle bien déterminée. Progressivement, la décision d'intercaler un mois a été prise en fonction de données astronomiques. Au 6ème siècle av. J.C., l'intercalation est fondée sur un cycle très précis, 235 mois lunaires correspondant à 19 années solaires (19 années lunaires et 7 mois). Il s'agit d'un cycle qui sera connu plus tard sous le nom de cycle de Méton. Les années « allongées » d'un mois complémentaire sont les suivantes :

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Le calendrier s'impose en raison de la vie économique et administrative, mais aussi les travaux agricoles (il est nécessaire que le rythme des saisons et celui de la culture ou de l'élevage s'accordent). C'est là un point fondamental de la civilisation mésopotamienne, la science astronomique pratiquée a surtout des objectifs pratiques et utilitaires.


Exercice

exerciceAstronomie mésopotamienne

Difficulté :    Temps : 10

Question 1)

Rappeler quels sont les trois principaux instruments de l'astronomie mésopotamienne.

Question 2)

Le calendrier babylonien est-il solaire ?


L'astronomie égyptienne


Situation

Cadre géographique

La civilisation égyptienne s'est déployée le long des 100 derniers kilomètres du Nil.

La Haute et la Moyenne Égypte (de la première cataracte jusqu'au delta) est une vallée très étroite bordée par le désert. À 150 km de la côte méditerranéenne, le Nil se divise en plusieurs branches et forme un delta. C'est la Basse-Égypte.

À la différence de la Mésopotamie (qui est un espace ouvert aux brassages culturels, fragmenté en de nombreuses zones d'influences politiques), l'Égypte est un espace refermé sur lui-même.

Panorama historique

Narmer (au IIIème millénaire) paraît être le fondateur de l'Égypte pharaonique. La résidence royale se situe à Thinis. (d'où le nom d'époque Thinite). L'Ancien Empire lui succède sans heurt particulier. C'est l'époque où l'on construit les pyramides de Saqqara et de Giza.

Après des luttes intestines, l'aube du IIème millénaire marque l'avènement d'une Égypte très puissante : c'est le Moyen Empire. Il s'agit de la période la plus féconde : des documents scientifiques importants sont produits à cette époque (en particulier le Papyrus Rhind, qui est un texte mathématique majeur, mais aussi des documents traitant de la médecine). À la fin du Ier millénaire, les grandes dynasties royales du Nouvel Empire émergent (Séti Ier , Ramsès II, Ramsès III). À partir du Ier millénaire, et jusqu'à la conquête d'Alexandre le Grand en 333 av. J.C., s'ouvre une période de troubles et d'instabilité. Finalement, après avoir été gouvernée par les rois macédoniens pendant trois siècles, l'Égypte passe sous la domination de l'Empire romain en 30 av. J.C.


Les sources

En ce qui concerne l'astronomie Égyptienne, on ne dispose pas des mêmes sources que pour les autres sciences. Il n'y a pas d'équivalent des papyrus mathématiques et médicaux. On peut toutefois se référer aux monuments funéraires ou aux calendriers qui décorent les sarcophages. Ce n'est qu'à la fin de l'histoire de l'Égypte que des textes écrits sur papyrus nous renseignent sur les connaissances astronomiques des Egyptiens (notamment le papyrus Carlsberg 9 qui décrit une méthode de détermination des phases de la Lune).

Cosmologie égyptienne

La cosmologie égyptienne, comme la cosmologie mésopotamienne, est mythique. Pour les Égyptiens, le ciel est une sorte de plafond solide, sur lequel roulent les eaux mystérieuses qui enserrent la terre de toutes parts. Lorsque le dieu Shou soulève le plafond, le Nil coule au sommet des montagnes et c'est sur ce fleuve céleste que flottent les planètes et généralement tous les astres qui ont un lever et un coucher visibles dans la vallée. Les étoiles fixes sont représentées par des lampes suspendues au plafond de fer. Bien sûr, on est ici très loin d'une cosmologie scientifique. Les structures du monde sont purement mythiques. Il n'y a pas de souci d'une explication rationnelle, ni même de recherche d'éventuelles analogies avec l'expérience physique courante.

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Représentation d'une éclipse à l'époque de l'égypte antique, dans un ouvrage du 18ème siècle (Scientia Eclipsium, 1747)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Astronomie égyptienne

D'après les données fragmentaires récoltées, les historiens ont noté que les Egyptiens distinguaient les planètes et les étoiles fixes. Voici les noms donnés aux cinq planètes visibles : Jupiter (Hartapshitiou, Horus guide des espaces mystérieux), Saturne (Harkahri, Horus générateur d'en-haut), Mars (Hamarkhis, Horus rouge), Mercure (Sovkou), Vénus (Douaou, dans son rôle d'étoile du matin ; Bonou, dans celui d'étoile du soir ; il n'est pas sûr que les Égyptiens aient compris qu'il s'agissait d'une seule et même planète). Parmi les étoiles fixes, les Égyptiens distinguaient les étoiles circumpolaires (« étoiles impérissables »), des étoiles à la visibilité périodique. On sait également qu'ils regroupaient les étoiles en constellations.

La manière dont sont orientées les pyramides nous permet de supposer que les égyptiens utilisaient des connaissances astronomiques. L'exactitude de l'orientation des pyramides est telle que les Egyptiens disposaient d'un moyen efficace de déterminer le nord vrai. Il ne peut reposer que sur des observations astronomiques (la méthode des ombres portées n'est pas assez précise et la boussole n'était pas connue). Il est possible, comme l'avait suggéré l'historien Jean Vercoutter, que les Egyptiens aient trouvé une solution empirique simple. Les appareils utilisant la longueur de l'ombre pour déterminer l'heure leur ayant appris que l'ombre la plus courte était tournée vers le nord, ils auraient noté, au cours de leurs observations nocturnes, une étoile fixe donnant la même direction.


Le calendrier égyptien

Le calendrier constitue un autre élément important de la civilisation égyptienne qui nous permet de mieux appréhender les connaissances astronomiques mises en oeuvre. Le calendrier comporte 365 jours, soit 12 mois de 30 jours plus 5 jours ajoutés après les 12 mois, ce qui fait un quart de jour de moins que l'année solaire. Voici les noms des mois égyptiens regroupés en trois saisons :

I- Akhet (inondations) II- Péret (semailles) III- Chémou (moissons)
Thoth (juillet-août) Tybi (novembre-décembre) Pachons (mars-avril)
Paophi (aôut-septembre) Méchir (décembre-janvier) Payni (avril-mai)
Athyr (septembre-octobre) Phaménoth (janvier-février) Epiphi (mai-juin)
Choiac (octobre-novembre) Pharmouti (février-mars) Mésori (juin-juillet)

La définition du début de l'année civile pose problème. Astronomiquement, elle commence lorsque Sothis (c'est-à-dire l'étoile Sirius), après une période d'invisibilité d'environ 70 jours redevient à nouveau visible peu de temps avant le lever du Soleil. Dans l'ancienne Égypte, c'est également à cette époque que commence l'inondation des terres par le Nil. Mais l'année égyptienne est trop courte d'un quart de jour. Ceci explique le décalage progressif de l'année civile par rapport à l'apparition de Sothis (au bout de 120 ans, l'année civile commence 1 mois après cette apparition).

L'étude du calendrier ne nous apprend que très peu de choses sur les connaissances astronomiques des Egyptiens. On sait donc qu'ils ont une assez bonne approximation de l'année solaire, et qu'ils observent la réapparition périodique de Sirus.


Exercice

exerciceAstronomie égyptienne

Difficulté :    Temps : 10

Question 1)

Décrivez les éléments principaux de la cosmologie égyptienne.

Question 2)

Peut-on objectivement comparer l'astronomie mésopotamienne et l'astronomie égyptienne ?


Conclusion

conclusionConclusion

Il y a une très grande pauvreté en documents astronomiques égyptiens. Les données fournies paraissent très en deçà des connaissances astronomiques mésopotamiennes. Toutefois, la comparaison est faussée par la trop grande différence quantitative de documents qui subsistent.

Les Egyptiens semblent n'avoir vu dans l'astronomie qu'un moyen de compter le temps (une préoccupation utilitaire et pragmatique) pour l'agriculture, mais aussi pour la religion. Les prêtres devaient exécuter des rites à des dates et heures précises, et c'est sans doute à cause de ces pratiques religieuses que l'astronomie s'est développée.


L'astronomie présocratique


Les débuts de la science ?

Il est bien difficile (et peut-être inutile) de chercher une origine précise de la science dans l'espace grec. Toutefois, une première période peut être distinguée : elle s'étend du 6ème siècle au 5ème siècle av. J.C. Il est certain que les Grecs devaient avoir, avant le 6ème siècle, des notions de mathématiques, d'astronomie ou de médecine.

On note deux évolutions majeures :


L'éclosion présocratique

Une des explications réside probablement dans la réorganisation politique qui affecte les cités grecques aux 6ème et 5ème siècles. En effet les cités grecques connaissent des changements durables et profonds dans leurs structures institutionnelles. Les modèles de constitution se multiplient et l'on assiste à l'émergence d'une conscience politique. Les citoyens grecs s'engagent activement dans les débats, participent au gouvernement de la cité. Les forces politiques libérées définissent un espace libre de discussion qui n'est pas sans conséquence sur la vie savante. Les philosophes présocratiques parviennent plus facilement à remettre en cause les anciennes théories et à discuter les opinions.

Les sources

Elles sont toutes indirectes et plus ou moins tardives. On dispose de deux types de sources :

Ces sources et ces témoignages sont donc très fragiles et il convient de les manier avec précaution.


L'école de Milet

Milet se situe sur la côte ionienne, actuelle côte ouest de la Turquie.

Les apports de l'école de Milet

L'école de Milet marque une étape particulièrement importante dans l'histoire des conceptions astronomiques. Bien sûr les théories énoncées sont souvent peu cohérentes et ne s'appuient pas sur des observations suivies. Toutefois, elles ne sont plus liées à des explications mythiques ou surnaturelles, ce qui constitue une rupture profonde avec les civilisations précédentes.


Thalès

Le personnage le plus important de cette école est Thalès. On pense généralement qu'il a vécut entre 625 et 550 av. J.C. Il ne nous reste aucun écrit direct de lui. Selon les sources, Thalès serait d'origine phénicienne ou grecque. Il voyagea en Égypte, peut-être pour des raisons commerciales. Proclus (412-485) nous assure que Thalès s'est rendu en Égypte, berceau, selon lui de la science géométrique. « Thalès fut le premier Grec à rapporter d'Égypte cette matière à spéculation ; lui-même l'enrichit de nombreuses découvertes, et légua à ses successeurs les principes de nombreuses autres en allant plus loin tantôt dans la généralisation abstraite, tantôt dans l'investigation empirique ». (Commentaire sur le premier livre des Eléments d'Euclide, 65, 3). Thalès paraît également avoir eu connaissance de l'astronomie mésopotamienne.

La cosmologie de Thalès

Renversant les explications cosmologiques jusqu'alors prégnantes, Thalès semble être le premier qui ait cherché une explication du monde qui ne soit pas mythique.

Pour Thalès l'élément primordial est l'eau. Aristote souligne que « la plupart des premiers philosophes estimaient que les principes de toutes choses se réduisaient aux principes matériels. Ce à partir de quoi sont constituées toutes les choses, le terme premier de leur génération et le terme final de leur corruption (...), c'est cela qu'ils tiennent pour l'élément et le principe des choses (...). Pour Thalès, le fondateur de cette conception philosophique, ce principe est l'eau (c'est pourquoi il soutenait que la terre flotte sur l'eau) » (Aristote, Métaphysique, A, III, 983, b, 6).

L'eau est à l'origine des choses en même temps qu'elle les constitue. Pour Thalès, le monde semble être une sphère entourée d'une masse liquide. La Terre serrait un disque flottant à l'intérieur de cette sphère.


L'astronomie de Thalès

Sur les connaissances astronomiques de Thalès, il est essentiel de comprendre que, pour le philosophe milésien, les astres sont considérés comme des phénomènes météorologiques. Il n'y a pas de distinction fondamentale entre les deux car les distances restent très mal évaluées. La rupture fondamentale avec les civilisations précédentes réside dans la « naturalisation » des corps célestes, qui n'ont plus de caractère divin. Aétius nous assure que « Thalès disait que les astres sont faits de terre, mais qu'ils sont embrasés » (Aétius, Opinions, II, XIII, I).

Les doxographes prétendent que Thalès a été le premier à dire que la Lune ne produisait pas de lumière mais était éclairée par le Soleil (Aétius, Opinions, II, XXVII, 5). Il s'agit d'une fausse attribution. Cette idée est plus probablement d'Anaxagore, un siècle après Thalès. Mais si on a attribué l'idée d'une illumination de la Lune par le Soleil à Thalès, c'est parce qu'il passe aussi pour être le premier à avoir prédit une éclipse de Soleil. (Par exemple : Pline, Histoire naturelle, II, 53). Les connaissances astronomiques grecques du 6ème siècle sont insuffisantes pour énoncer une prédiction de ce phénomène céleste. Les historiens pensent qu'il s'agit d'un emprunt à l'astronomie babylonienne.

La rupture avec les civilisations précédentes

De fait, d'un point de vue pratique, l'astronomie de Thalès est très inférieure à celle des babyloniens. Ces derniers avaient compilé un grand nombre d'observations et disposaient d'un corpus de données leur permettant d'établir des éphémérides. Rien de tel chez Thalès. En revanche, son astronomie est supérieure à celle de Babylone parce qu'elle rompt avec la mythologie et l'explication surnaturelle du monde. De même, l'astronomie de Thalès ne nourrit aucune astrologie.


Anaximandre

Anaximandre (610-545 av. J.C.) vécut à Milet, comme Thalès, dont il était sûrement le disciple. On sait très peu de chose de sa vie, en dehors du fait qu'il avait un intérêt pour l'astronomie et qu'il serait l'auteur d'un ouvrage intitulé Sur la nature. On ne connaît que des fragments de son oeuvre et ses conceptions savantes (notamment cosmologiques et astronomiques) ne nous sont parvenues que par des commentaires des doxographes.

L'apeiron

Comme Thalès de Milet, il aurait cherché un principe fondamental dans l'organisation du monde. Ce n'est pas l'eau, mais l'apeiron : c'est-à-dire un indéfini qualitatif et quantitatif (sans limite, sans fin et sans forme). Hippolyte rapporte que selon Anaximandre « le principe des choses existantes est une certaine nature de l'Illimité dont naissent les cieux et le monde qui se trouve en eux. Cette nature est éternelle et ne vieillit pas ; elle enveloppe tous les mondes ». (Réfutations de toutes les hérésies, I, 6.)

La cosmologie d'Anaximandre

Hippolyte nous renseigne sur les conceptions cosmologiques d'Anaximandre. Selon lui, le savant présocratique « disait que la Terre est en suspens hors de toute contrainte externe mais immobile à cause de son égal éloignement de toutes choses ; sa forme est ronde, arrondie à la façon d'une colonne de pierre ; l'une de ses extrémités planes est la surface que nous foulons, alors que l'autre se trouve à l'extrémité opposée. Les astres sont un cercle de feu, émanation du feu répandu dans le monde et entouré par l'air. Il existe des embouchures qui sont comme des trous de flûte, à travers lesquelles on voit les étoiles ; de telle sorte que lorsque ces embouchures sont obturées les éclipses se produisent ». (Hippolyte, Réfutations de toutes les hérésies, I, 6). Il s'agit d'une conception originale dans laquelle les corps célestes sont des cercles de feux, que l'on ne peut distinguer. Ces anneaux possèdent des ouvertures qui nous permettent de voir les astres. Les cercles tournent, mais nous ne savons pas autour de quoi.

Les historiens considèrent que cette explication constitue, malgré ses innombrables incohérences, une des premières tentatives d'élaboration d'un modèle de mécanique des corps célestes.


Anaximène

Anaximène (580-530 av. J.C. environ) semble avoir été le disciple d'Anaximandre. Sa réputation est grande, notamment parce qu'il aurait écrit un ouvrage exposant de manière simple l'ensemble de ses connaissances. Ce livre, de « vulgarisation » en quelque sorte, ne nous est pas parvenu.

L'air comme principe fondamental

Comme les autres philosophes milésiens, Anaximène introduit un élément premier dans ses explications. Cet élément génère les choses en même temps qu'il les constitue (voir notamment : Hippolyte, Réfutations de toutes les hérésies, I, 7).

L'astronomie d’Anaximène

Pour Anaximène, la Terre est large et plate ; elle flotte sur l'air. Le Soleil, la Lune et les autres astres, flottent sur l'air. Les étoiles seraient « comme des clous enfoncés dans la voûte cristalline » (Aétius, Opinions, II, XIV, 3).


L'école pythagoricienne

L'école pythagoricienne s'est développée en Italie du Sud au 6ème siècle av. J.C. Le fondateur de cette école, Pythagore, aurait vécu entre 580 et 500 environ. Nous savons qu'il est né à Samos et qu'il s'est fixé par la suite à Crotone en Italie méridionale. Les disciples de Pythagore auraient eu tendance à lui attribuer leurs propres découvertes. Les sources sont donc à manier avec beaucoup de précaution. Il aurait rassemblé autour de lui un petit groupe de personnes unies par des croyances religieuses.

Il ne reste aucune oeuvre complète des pythagoriciens. On a donc, comme pour les autres présocratiques, des commentaires des doxographes.

Nous allons examiner les aspects « scientifiques » des oeuvres pythagoriciennes, en n'oubliant pas qu'il s'agit d'une partie d'une philosophie beaucoup plus vaste, qui ne se limite pas aux seules questions savantes.


L'astronomie pythagoricienne

Contrairement aux Milésiens, les Pythagoriciens ne recherchent pas de cause première. Ils font des nombres le principe de toutes les choses. Ils cherchent d'abord le caractère mathématique des phénomènes naturels.

Leurs conceptions astronomiques nous sont parvenues par fragments, nous en restituons ici quelques éléments. Ainsi, Alcméon de Crotone assurait que « les planètes ont un mouvement contraire à celui des étoiles fixes, d'ouest en est ». (Aétius, Opinions, II, XVI, 2-3).

Pythagore aurait été le premier à comprendre « que l'étoile du Soir et l'étoile du Matin [c'est- à-dire Vénus] ne font qu'une ». (Diogène Laërce, Vies, IX, 23.)

Une des premières explications de l'infinitude de l'Univers nous est fournie par Archytas qui, selon Simplicius, exposait ainsi le problème : « Si je me trouvais à la limite extrême du ciel, autrement dit sur la sphère des fixes, pourrais-je tendre au-dehors la main ou un bâton, oui ou non ? Certes, il est absurde que je ne puisse pas le faire ; mais si j'y parviens, cela implique l'existence d'un dehors, corps ou lieu (...). On avancera sans cesse, de la même manière, vers la limite sans cesse atteinte, en posant la même question et, comme ce qu'atteindra le bâton sera sans cesse autre, il est clair que cet autre est aussi illimité ».(Simplicius, Commentaire sur la Physique d'Aristote, 467, 26.)

Il est également possible que les Pythagoriciens aient été les premiers à soutenir que la Terre était sphérique. Cette conception n'est pas fondée sur des expériences, mais sur l'idée que la sphère est considérée comme une forme parfaite. Il s'agit donc d'une esthétique mathématique.


La cosmologie de Philolaos de Crotone

Nous proposons ici de nous focaliser sur une cosmologie particulière d'un Pythagoricien, afin de mieux cerner le rapport entre les nombres et le monde qu'établissent ces présocratiques.

Nous allons analyser plus en détail la conception du monde attribuée à Philolaos de Crotone (450-400 av. J.C.). Nous nous référons en particulier au texte d'Aétius (Opinions, II, VII, 7), qui fournit une présentation relativement complète de la conception cosmologique de Philolaos. Ce dernier distingue plusieurs parties dans l'univers : la zone la plus haute qui correspond aux astres fixes, est appelée Olympe (c'est le domaine réservé aux Dieux) ; ensuite se trouve le Cosmos (ce qui est ordonné) qui contient les planètes, le Soleil et la Lune. Enfin, le Ciel constitue la partie sublunaire.

L'ordre des astres est le suivant : au centre du monde est placé un feu (qui n'est pas le Soleil), puis vient, l'Anti-Terre, la Terre, la Lune, le Soleil, les cinq planètes, et la sphère des étoiles fixes. Tous ces astres tournent autour du feu central. Pour rendre compte du mouvement régulier des cieux, les mouvements des astres se font selon des vitesses précises.

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L'univers de Philolaos de Crotone
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Jérôme Lamy et Gilles Bessou

On ignore, dans cette conception, pourquoi le feu central et l'Anti-Terre ne sont pas visibles depuis la Terre. Il convient de remarquer dans ce modèle que c'est la première fois que la Terre n'est pas au centre et qu'elle est en mouvement sur une orbite circulaire. La Lune et le Soleil ne font que réfléchir la lumière du feu central.

Les rayons des orbites sont régis par un ordre mathématique précis que nous indique Plutarque (dans son texte Plutarque donne un ordre différent des astres) : le rayon du feu central est 1, le rayon de l'orbite de l'anti-Terre est 3, de la Terre 9, de la Lune 21, de Mercure 81, de Vénus 243, du Soleil 729 (729 est à la fois un carré et un cube, 272, 93, d'où le nom de carré-cube donné au Soleil) et ainsi de suite par multiplications par 3 successives.

On doit remarquer ici les effets de la mystique des nombres propre aux pythagoriciens : les rayons des orbites des astres suivent une progression de raison 3, non pas parce que ce résultat proviendrait d'observations, mais seulement en raison d'une harmonie céleste que recherchent les pythagoriciens.

Bien que fausse, cette conception de l'univers, avec la Terre en rotation et en orbite, exercera une certaine influence sur quelques philosophes ultérieurs.


Exercice

exerciceAstronomie présocratique

Difficulté : ☆☆   Temps : 20

Question 1)

Quels sont pour Thalès et pour Anaximandre les « principes premiers » ?

Question 2)

Quelle est la structure de l'Univers chez le pythagoricien Philolaos de Crotone ?


La science grecque


Les mutations de la civilisation grecque

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Socrate et Agrippus devant des figures géométriques (scène allégorique)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

La deuxième moitié du 5ème siècle est marquée, en Grèce, par plusieurs grandes mutations. L'éducation s'étend grâce aux sophistes qui sont d'abord des rhéteurs. L'équilibre géopolitique au sein du monde grec est considérablement modifié. Athènes constitue désormais le centre intellectuel de la Grèce. Les deux écoles présocratiques s'étaient constituées en Ionie et en Italie. Avec Socrate (v. 470-399 av. J.C.), c'est le coeur même de la Grèce qui devient le foyer savant. Surtout, Socrate modifie la conception de la philosophie jusqu'ici en vigueur. La cosmologie et la physique occupaient jusqu'ici une place prépondérante dans les savoirs produits. A partir de la deuxième moitié du 5ème siècle, l'éthique et la philosophie morale deviennent le domaine privilégié de réflexion.


Le rôle de Platon

Platon (427/8-348 av. J.C.), disciple de Socrate, s'est lui aussi intéressé à l'éthique, mais il a également avancé des idées majeures en science et en particulier dans le domaine de l'astronomie. Simplicius explique que Platon pose ce problème aux mathématiciens : « Quels sont les mouvements circulaires et uniformes et parfaitement réguliers qu'il convient de prendre pour hypothèse, afin que l'on puisse sauver les apparences des astres errants ». (Simplicius, Commentaire à la Physique d'Aristote). Le but de l'astronomie est donc ici fixé. La conception platonicienne de la démarche savante repose sur l'idée que le monde est régi par un ordre précis que l'on peut décrire en terme de mouvements réguliers en utilisant les mathématiques. Platon propose une méthodologie propre à l'astronomie qui aura une grande influence sur la science occidentale. Le philosophe recommande de se tourner vers l'astronomie théorique davantage que vers l'observation. Dans la République il assure que « c'est en faisant usage de problèmes (...) comme en géométrie, que nous étudierons l'astronomie elle-même », même si cette méthode est « infiniment plus ardue que la façon dont on s'y prend maintenant pour faire de l'astronomie » (Platon, La République, 530 av. J.C.)

La contribution majeure de Platon est d'avoir imposé l'idée d'une astronomie fondée sur les mathématiques.

Platon expose, notamment dans la République et le Timée, sa conception du cosmos, dans un langage souvent obscur. Deux idées essentielles émergent toutefois. Platon propose d'abord de distinguer deux types de mouvement, celui de la sphère des fixes et celui du Soleil, de la Lune et des planètes, qui s'effectue dans le sens inverse du premier. Le philosophe grec assure que Vénus et Mercure se déplacent avec la même vitesse angulaire que le Soleil.


Les sphères d'Eudoxe

Eudoxe de Cnide (v. 405-350 av. J.C.) a été, pendant une brève période l'élève de Platon. Il est d'ailleurs possible qu'Eudoxe ait directement influencé Platon. Sa théorie la plus célèbre est celle des sphères homocentriques.

Eudoxe supposait que les trajectoires apparentes du Soleil, de la Lune et des planètes étaient produites par les mouvements circulaires d'un certain nombre de sphères concentriques. La Terre est immobile au centre commun de toutes ces sphères, mais leurs axes sont inclinés l'un par rapport à l'autre, elles tournent à des vitesses différentes. Eudoxe postule l'existence de 4 sphères pour chacune des cinq planètes (chaque planète se trouvant sur l'équateur de la sphère la plus intérieure).

La Lune et le Soleil, qui n'ont pas de mouvement de rétrogradation, n'ont que trois sphères.

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Les sphères d'Eudoxe
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Jérôme Lamy et Gilles Bessou

C'est un système très complexe (au total, il compte 27 sphères !) qui permet de rendre compte de phénomènes astronomiques jusqu'ici problématiques. Eudoxe ne dit pas quel statut précis a ces sphères. On ne sait pas, par exemple, si elles ont seulement une existence mathématique et abstraite.


Aristote et la théorie des sphères

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Les sphères d'Aristote
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

La théorie des sphères va être reprise et augmentée par un des philosophes grecs les plus importants de l'antiquité : Aristote (384-322 av. J.C.).

Il convient, avant de détailler ces modifications, de décrire la conception globale du monde selon Aristote. Au centre se trouve la Terre, puis vient la Lune, le Soleil, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne et enfin la sphère des étoiles fixes. L'Univers est divisé en deux parties distinctes et de nature très différente. Le monde sublunaire est composé de quatre éléments : l'eau, l'air, la terre et le feu. Surtout, il est imparfait et corruptible. En revanche le monde supralunaire, constitué d'éther, est le domaine de la perfection. Les objets qui s'y trouvent sont parfaits et immuables. Ils sont sphériques et animés de mouvements circulaires et uniformes.

Aristote a donc affiné le modèle des sphères d'Eudoxe. Il souhaitait notamment expliquer comment s'effectuait la transmission du mouvement d'une sphère à l'autre. Aristote suppose donc que les sphères sont en contact les unes avec les autres. Le philosophe estime que chaque astre est bien sûr soumis aux mouvements de ses sphères, mais également par toutes celles qui les englobent. Aristote ajoute des « sphères tournant à rebours », qui annulent les mouvements des autres sphères. Le modèle comporte désormais 56 sphères. Certains problèmes mathématiques ne sont toujours pas résolus, malgré la complexité du système : ainsi les variations d'éclat des planètes demeurent sans explication.


Les théories d'Héraclide du Pont

Héraclide du Pont (388 – 312 av. J.C.) a été un élève d'Aristote. On lui attribue principalement deux théories. La première concerne la rotation axiale de la Terre en 24 heures, tandis que la sphère des étoiles n'a pas de mouvement. La seconde théorie porte sur le déplacement, en cercle, de Vénus et de Mercure, autour du Soleil. Toutefois, il convient de noter que l'attribution de cette dernière idée à Héraclide est douteuse. Il reste probable qu'elle ait été exprimée à la même époque.


Aristarque de Samos

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Aristarque de Samos, De Magnitudinibus, et distantiis Solis et Lunae, 1572.
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Aristarque de Samos (320-250 av. J.C ) est le premier à avoir formulé l'hypothèse héliocentrique. Les informations relatives à cette théorie sont de seconde main et nous connaissons cette hypothèse grâce à un texte d'Archimède. Ce dernier explique qu'Aristarque « suppose en effet que les étoiles fixes et le Soleil restent immobiles, que la terre tourne autour du Soleil sur une circonférence de cercle, le Soleil occupant le centre de cette trajectoire, et que la sphère des fixes, qui s'étend autour du même centre que le Soleil, à la distance des étoiles fixes est comparable au rapport du centre de la sphère à la surface ». (Archimède, Arénaire, I )

Aristarque suppose donc que la sphère des étoiles fixes est immobile et que c'est la Terre qui tourne sur son axe, comme Héraclide du Pont. Il soutient que la Terre se déplace autour du Soleil. Si l'idée de faire se mouvoir Vénus et Mercure autour du Soleil a été probablement introduite antérieurement, l'originalité d'Aristarque est d'avoir fait du Soleil le centre de tout système.

La théorie d'Aristarque semble n'avoir pas connu de succès dans l'Antiquité. Elle n'a été adoptée que par Séleucos de Séleucie, un astronome babylonien du 2ème siècle av. J.C. Comment expliquer ce rejet de la théorie d'Aristarque ? Certains auteurs qui n'étaient pas astronomes, ont condamné les idées d'Aristarque pour des raisons religieuses, car la position centrale de la Terre est une croyance très prégnante chez les Grecs. Pour les astronomes, les objections ne sont pas religieuses. L'argument le plus important est que si la Terre se déplaçait autour du Soleil, les constellations subiraient à nos yeux d'importantes déformations angulaires.


Épicycles et excentriques

Il est très difficile de retracer la généalogie de la théorie des épicycles et excentriques, les sources originales nous manquent, mais les historiens sont globalement d'accord pour indiquer que c'est à Appolonius que l'on doit ces deux théories géométriques. Né à Perga (dans l'actuelle Turquie), il travailla quelque temps à Alexandrie. Appolonius a très probablement été le premier à utiliser les épicycles et les excentriques pour les mouvements du Soleil, de la Lune et des planètes.

Pour les épicycles, la Terre est au centre d'un cercle nommé déférent (du latin deferens, portant). Le centre C de l'épicycle se meut sur le déférent autour de la Terre dans la période où la planète fait un tour du ciel (sa révolution sidérale), tandis que la planète parcourt son épicycle.

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Combinaison d'un cercle déférent et d'un épicycle (a). Mouvement de la planète P autour de la Terre (b). Parties 1, 2, 3, 4 du mouvement décrit en (b), tel qu'il serait vu depuis la Terre (c).
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Jérôme Lamy et Gilles Bessou

En ce qui concerne la théorie des excentriques, le corps céleste se déplace le long de la circonférence d'un cercle « excentrique », c'est-à-dire un cercle dont le centre ne coïncide pas avec la Terre. En règle générale, l'hypothèse excentrique est utilisée pour le Soleil et les hypothèses épicycliques pour la Lune et les planètes.


L'oeuvre d'Hipparque

La précision des observations s'accroît progressivement et le premier catalogue astronomique complet est dû à Hipparque de Nicée. On sait très peu de chose de son existence, sinon les dates de son activité astronomique : depuis l'équinoxe d'automne du 26 septembre 147 av. J.C. et la dernière celle de la position de la Lune le 7 juillet 127. Pline l'ancien nous explique l'importance du catalogue d'Hipparque : « Il osa ainsi faire quelque chose qui serait téméraire même pour un dieu : à savoir, compter le nombre des étoiles à l'intention de ses successeurs et réviser nommément la liste des constellations. Pour ce faire, il inventa des instruments qui permettaient d'indiquer leurs diverses positions et leurs grandeurs, de façon que l'ont pût découvrir facilement, non seulement si certains astres périssaient et naissaient mais encore si l'un ou l'autre changeait de position, ou était en mouvement, et aussi s'ils croissaient ou décroissaient en grandeur. Il laissa ainsi le ciel en héritage à l'humanité, si l'on avait pu trouver quelqu'un qui eût été en mesure de revendiquer cet héritage ». (Pline, Histoire naturelle, II, 25, 95).

Ce catalogue d'Hipparque ne nous est pas parvenu. Son existence nous est notamment connue par Ptolémée qui ne cache pas sa dette à l'égard d'Hipparque. Il donnait la position de 850 étoiles (longitudes et latitudes).

Les observations d'Hipparque l'ont conduit à la découverte d'une donnée astronomique capitale : la précession des équinoxes. Les positions des points ne sont pas constantes par rapport aux étoiles fixes : elles se déplacent d'est en ouest de 50 secondes angulaires par an.

C'est en comparant ses observations avec celles faites 160 ans auparavant par deux astronomes (Aristille (vers 300 av. J.C ) et Timocharis (300 av. J. C.)) qu'Hipparque a montré le changement de position des points équinoxiaux. Il a même donné une valeur de la vitesse de ce changement : considérant un mouvement uniforme, Hipparque conclut à un déplacement d'1 degré tous les 100 ans, c'est-à-dire 36 secondes angulaires tous les ans.

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La précession des équinoxes
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Jean-Eudes Arlot et Gilles Bessou

"Sauver les apparences"

Comme nous l'avons vu avec Platon, l'expression « Sauver les apparences » constitue un axiome majeur de l'astronomie grecque. « Sauver les apparences » signifie d'abord qu'il est nécessaire de présenter des constructions mathématiques permettant d'expliquer les mouvements des astres en terme de mouvements réguliers et uniformes.

Délaissant les observations, les Grecs ont privilégié les solutions mathématiques. Ils ont également élevé l'uniformité au rang de principe absolu. Ainsi, leur réticence à l'endroit des ellipses s'explique, au moins en partie, par le fait que le mouvement circulaire est à la fois le plus simple et le plus uniforme.


L'école d'Alexandrie

Il s'agit d'un haut lieu de la science hellénistique. Sous la dynastie des Lagides, du 4ème au 2ème siècle av. J.C., l'Égypte devient le pays le plus riche de l'Orient et le centre le plus important de l'hellénisme. Alexandrie est l'épicentre de la vie intellectuelle. Elle dispose d'une bibliothèque d'environ 700000 manuscrits. Il y a également le Musée qui rassemble une communauté de chercheurs. En son sein, l'activité astronomique est intense, grâce notamment à Ératosthène.


Eratosthène de Cyrène

Eratosthène de Cyrène (275-195 environ) est appelé d'Athènes par Ptolémée III pour être précepteur de son fils (le futur Ptolémée IV) et pour être conservateur de la bibliothèque. Ces centres d'intérêt sont multiples : histoire, poésie, grammaire, mathématiques et astronomie.

Il est le premier à avoir donné une approximation presque correcte de la circonférence de la Terre.

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L'expérience d'Eratosthène de Cyrène
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Jean-Eudes Arlot et Gilles Bessou + image NASA

Il apprend que dans une ville d'Égypte (Syène, aujourd'hui Assouan), le jour du solstice d'été, les obélisques n'ont pas d'ombre et le Soleil se reflète exactement au fond d'un puits. Au même moment, à Alexandrie, les rayons du Soleil ne tombent pas verticalement : les obélisques ont une ombre. L'angle de l'ombre correspond au cinquantième de la circonférence d'un cercle. Ératosthène connaissait la distance Syène-Alexandrie, qui avait été mesurée par des compteurs de pas professionnels (bématistes). La distance trouvée est 5000 stades ; Ératosthène déduit que la circonférence de la Terre est 250000 stades en supposant qu'Alexandrie et Syène sont sur le même méridien (ce qui n'est pas tout à fait vrai).


Ptolémée

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Ptolémée (v. 90 - v. 168 après J.C.)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Pendant les trois siècles qui s'écoulent entre Hipparque et Ptolémée, il y a un véritable marasme dans le domaine de l'astronomie. Claude Ptolémée a produit une oeuvre considérable. Nous ne savons rien de sa vie, si ce n'est les dates limites de ses observations faites à Alexandrie : de 127 à 151 ap. J.C. Il nous est connu par ses ouvrages, notamment sa Composition mathématique (connu depuis le Moyen-Âge sous le nom arabe d'Almageste, ce qui signifie le Grand Livre). C'est la somme astronomique antique la plus complète qui nous soit parvenue.

Ptolémée connaît très bien ses prédécesseurs, surtout, il évoque fréquemment Hipparque.

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Hypothèse cosmologique d'Aristote, reformulée par Ptolémée
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Ptolémée poursuit l'entreprise astronomique grecque qui consiste à « sauver les apparences » en expliquant les mouvements apparemment irréguliers des astres grâce à la combinaison de mouvements circulaires uniformes. Il utilise au départ les épicycles et les excentriques. Toutefois, Ptolémée parvient à introduire une modification importante dans la théorie initiale.

L'astronome détaille ses observations de Lune. Il souligne certaines discordances entre les positions réelles et celles prédites par la théorie courante.


Le point équant

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Introduction du point équant pour décrire les planètes.
Crédit : Astrophysique sur Mesure / Jérôme Lamy et Gilles Bessou

La planète P se meut sur un cercle excentrique de centre fixe C. T est la Terre. (Le centre du cercle C ne coïncide pas avec la Terre : le cercle est un excentrique) De plus, la planète se meut uniformément non pas par rapport à C, ni par rapport à la Terre, mais par rapport à un point Q (appelé point équant) situé sur TCA de sorte que TC=CQ. La planète tourne de telle manière que l'angle PQA croisse uniformément, c'est-à-dire de quantité égale dans des temps égaux. (C'est donc l'angle AQP qui varie régulièrement en fonction du temps). Dans ce cas, bien que P demeure à la même distance du centre C, le point par rapport auquel le mouvement est uniforme est le point Q (point équant). On peut donc parler de mouvement circulaire par rapport à C, et de mouvement uniforme par rapport à Q, mais on ne peut plus parler de mouvement circulaire uniforme. L'historien Jean-Pierre Verdet parle, à propos du point équant, d'une « tricherie géniale », indiquant par là que Ptolémée parvient à conserver les exigences de mouvements circulaires et uniformes sans pourtant être totalement enfermé dans ce carcan théorique.


L'héritage grec

Avec Ptolémée s'achève le développement de l'astronomie antique. C'est la fin d'un développement intellectuel exceptionnel dont l'origine était grecque. Par la suite la science romaine n'a fait, globalement, que confirmer la science grecque. Les réalisations romaines sont d'une autre nature (notamment dans le domaine de l'architecture ou de la poliorcétique).

La civilisation grecque a fixé un certain nombre de règles qui se rattachent globalement à une pensée scientifique que nous avons en héritage. Toutefois, la culture grecque a été particulièrement menacée de disparition au début de l'ère chrétienne.

Ainsi en 269 ap. J.C., la Bibliothèque d'Alexandrie brûla partiellement lors de l'attaque de la reine Zénobie (reine de Palmyre) ; elle est attaquée en 415 ap. J.C.

C'est en grande partie grâce à l'Islam que l'enseignement grec fut préservé jusqu'à ce qu'il soit récupéré par l'Europe du Moyen-Âge. Nous allons donc évoquer la manière dont est envisagée la pratique astronomique dans les premières années de l'ère chrétienne, jusqu'au 15ème siècle et la révolution copernicienne. Il nous faut distinguer deux ensembles culturels, religieux et politiques distincts (le monde musulman et le monde chrétien), mais pas hermétiques.


Exercice

exerciceLa science grecque

Difficulté : ☆☆   Temps : 20

Question 1)

Quelles sont les contraintes méthodologiques que pose Platon pour l'astronomie ?

Question 2)

Quelle est l'organisation de l'Univers chez Aristote ?

Question 3)

Décrivez brièvement la théorie des épicycles et celle des excentriques

Question 4)

Rappeler brièvement le principe de l'expérience d'Eratosthène

Question 5)

Quelle est la « tricherie géniale » de Ptolémée dans l'organisation des mouvements planétaires ?


L'astronomie arabe (7ème - 15ème siècle)


Cadres géographique et historique

Historiquement, la civilisation musulmane a pris son essor, à partir du 7ème siècle, autour de la péninsule arabique, et de ce qui est aujourd'hui la Syrie, l'Irak et la Palestine. Progressivement l'expansion gagne les régions voisines d'Égypte et de Perse. Plus loin, l'Afghanistan, le Turkestan, le Maghreb et l'Espagne sont conquis. Quelques zones de l'Europe méridionale (notamment la Sicile) sont ponctuellement occupées.

La civilisation musulmane se déploie donc dans un immense espace géographique. Lorsque le fondateur de l'Islam, Mahomet, meurt en 632, c'est une grande période de conquête qui s'ouvre. Les premiers Califes dominent rapidement la Syrie, la Mésopotamie, la Perse, l'Égypte, le Maghreb et la péninsule ibérique à partir de 711.

La première dynastie régnante, les Omeyyades, connaît un développement culturel majeur : on assiste à la construction de bibliothèques, à la traduction de nombreux textes.

Les Omeyyades sont renversés en 750. Une nouvelle dynastie domine l'Empire musulman : ce sont les Abbassides. La civilisation Abbasside se maintient officiellement jusqu'en 1258. En fait, les chefs de cette dynastie n'ont plus le pouvoir depuis le milieu du 11ème siècle. Ce sont les Seljoukides qui gouvernent. L'influence de l'Empire musulman décroît progressivement avec le début des Croisades. Parallèlement l'Empire Ottoman monte en puissance.


Observatoires

Il convient de noter que le pouvoir politique, dans l'Empire arabo-musulman, est toujours soucieux de développer les observations astronomiques. Les demandes de l'Etat sont nombreuses et assorties de subsides conséquents.

Le calife al-Mamun à Bagdad est le premier à avoir financé une structure savante dédiée à l'astronomie. Il ne s'agissait pas, à proprement parler, d'un observatoire, mais l'objectif était d'organiser les observations et les calculs. Ces derniers ont été faits dans la Maison de la Sagesse (créée par son père Harun ar-Rashid). Les observations, elles, sont faites sur un des points les plus élevés de la région.

Le premier véritable observatoire (avec ses instruments, ses bâtiments et ses astronomes) n'a été fondé qu'au 13ème siècle dans la ville de Maragha en Asie Centrale. Il a été dirigé par le grand astronome et mathématicien Nasir ad Din At Tusi (qui est mort en 1274). Financé par l'empereur mongol Hulagu, il a fonctionné pendant une vingtaine d'années.

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Extrait du Prodromus Astronomiae d'Hévélius (édition de 1690), présentant notamment le prince Ulugh Beg (le troisième en partant de la gauche)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Au 14ème siècle, un second grand observatoire a été érigé à Samarcande par le prince Ulugh Beg (1393-1449). C'est l'astronome et mathématicien al-Kashi (mort en 1429) qui y dirige les travaux.

Un troisième observatoire a été fondé à Istanbul au 16ème siècle par le sultan ottoman Murad III (1574-1595). Une quinzaine d'astronomes y travaillaient, avec l'aide d'un personnel technique.

Il convient de remarquer que ces observatoires sont tous situés en Orient. Les historiens ne signalent pas d'établissements astronomiques dans la zone d'influence occidentale.


Demande sociale et politique

L'importance du financement étatique témoigne d'une forte demande sociale et politique à l'endroit de l'astronomie. Les pratiques culturelles de la civilisation musulmane impliquent le recours à des connaissances astronomiques précises. Il est ainsi nécessaire de déterminer la position de la Mecque pour les prières. De même, le calendrier musulman est un calendrier lunaire et les astronomes doivent fixer la fin et le début du ramadan (le jeûne des musulmans).

Les savants apportent, dès le 8ème siècle, des réponses pratiques (et parfois approximatives) à ces questions d'ordre religieux. On peut ainsi citer l'exemple des techniques pour orienter les Mosquées et déterminer la direction de la Mecque qui sont expliquées dans des ouvrages intitulés Dala'il al-Qibla (Les indicateurs de la direction de la Mecque).


Traductions

Du 8ème au 11ème siècle, l'astronomie arabe est marquée par un important travail de traduction des textes pré-islamiques. Les sources auxquelles puisent les savants musulmans sont essentiellement grecques, indiennes, persanes, syriaques et babyloniennes. Ainsi, les historiens ont déterminé que l'Almageste de Ptolémée a d'abord été traduit du syriaque en arabe au 8ème siècle (par al-Hasan Ibn Quraysh). À la fin du 8ème siècle, le même texte a été traduit à partir d'une version grecque. L'astronomie pratique n'est pas absente de ce travail de traduction. Ainsi, les ouvrages décrivant le fonctionnement et l'usage des instruments, comme le livre de l'astrolabe de Théon d'Alexandrie du 4ème siècle, sont transcrits.

C'est l'héritage grec qui est le plus puissant dans cette phase de traduction. L'Almageste de Ptolémée constitue l'oeuvre de référence que les traducteurs tentent de mettre à la portée des étudiants.

Parallèlement à cette assimilation des connaissances pré-islamiques (principalement grecques), les astronomes musulmans développent, à partir du 9ème siècle, une pratique observationnelle particulièrement importante. Ainsi, à la demande du calife abbasside al-Ma'mun, les observateurs déterminent l'inclinaison de l'écliptique et la précession des équinoxes. Surtout, comme nous l'avons vu, les recherches ont pour but de perfectionner les solutions mathématiques aux problèmes posés par la pratique culturelle.

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Astrolabe persan (vu de face) - Iran (Ispahan), 1683.
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Conservant le cadre ptoléméen du géocentrisme, l'astronomie arabo-musulmane est principalement une science d'observation et de description. Il s'agit d'abord de vérifier et de corriger des phénomènes connus et non de spéculations cosmologiques.

Cette astronomie pratique du monde musulman parvient à pénétrer en Europe. Des dizaines d'ouvrages appartenant à ce domaine ont été traduits en hébreu et en latin.


Exercice

exerciceAstronomie arabe

Difficulté : ☆☆   Temps : 20

Question 1)

Sur quelles demandes sociales s'appuie le développement de l'astronomie arabe ?


L'astronomie dans l'Occident médiéval


Introduction

introductionIntroduction

Le Moyen-Âge savant peut se diviser en quatre grandes périodes : le haut Moyen-âge, les 11 et 12ème siècles, 13-14ème siècles et 14-15ème siècles.


Le haut Moyen-Âge

Le haut Moyen-Âge s'étend des invasions barbares jusqu'au début du 11ème siècle. Cette époque est marquée par un grand désordre politique et économique, consécutif à l'effondrement de l'Empire Romain. Malgré cet effondrement des structures, quelques hommes vont essayer de sauver l'héritage antique. Ainsi Boèce (mort en 524), qui est l'un des fondateurs de la pensée médiévale, propose de prolonger la division des arts libéraux en trivium (logique, grammaire, dialectique) et quadrivium (arithmétique, géométrie, musique et astronomie). Au 8ème siècle, il convient de signaler les travaux de l'anglais Bède le Vénérable (672-735). Lecteur de Pline l'ancien, il s'intéresse beaucoup à l'arithmétique. Dans le domaine de l'astronomie, il observe les rapports des marées avec le mouvement de la Lune.

Le 9ème siècle connaît une embellie politique (on parle parfois de Renaissance carolingienne). La dynastie carolingienne restaure les structures politiques et délimite un vaste empire. Les réalisations scientifiques sont faibles, malgré la multiplication des écoles et des scriptoria (dans les monastères des ateliers où les moines recopient les textes anciens) qui permettent la survie de quelques fragments de la culture antique.

A propos de cette période du haut Moyen-Âge, l'historien Edward Grant écrit : « Un voile sombre s'était abattu sur la science en Europe occidentale ». (Edward Grant, La physique au Moyen-Âge VIème – XVème siècle).


Les 11ème et 12ème siècles

Les 11ème et 12ème siècles sont marqués par une forte poussée démographique, des défrichements importants, le développement des villes et l'extension des ordres monastiques. Les souverains parviennent à limiter les désordres féodaux. C'est aussi le début des croisades. Les contacts et les rencontres avec d'autres civilisations permettent l'introduction en Occident de la science arabe.

Il convient d'évoquer le parcours (à la fin du 10ème et au début du 11ème siècle) de Gerbert d'Aurillac. Né entre 940 et 945 il est d'abord moine à Aurillac puis écolâtre à Reims. Il y enseigne les arts libéraux. Archevêque de Reims, puis de Ravenne, il devient pape en 999 sous le nom de Sylvestre II. Il meurt en 1003. Le point culminant de sa carrière se situe lors de son séjour en Espagne de 967 à 970. Il subit l'influence des arabes et est le premier à introduire en Occident les chiffres dit arabes.

Toutefois, c'est le 12ème siècle qui marque l'apogée de l'ère des traductions qui constitue un tournant capital dans l'histoire des sciences de l'Occident. L'Espagne devient le grand centre culturel où les clercs de l'Europe entière viennent consulter les sources arabes et la science antique. Tolède en particulier constitue, à partir de la fin du 11ème siècle, le pôle majeur des traductions. Les écrits anciens sont massivement traduits en plusieurs langues. Les traductions sont le plus souvent effectuées par deux personnes : l'une transcrivant l'arabe en langue vulgaire et l'autre traduisant cette dernière version en latin.

Parmi les grands traducteurs de l'époque, on peut citer Gérard de Crémone qui traduit l'Almageste de Ptolémée et des textes d'Aristote.


Le 13ème siècle et le début du 14ème siècle

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Libros del saber de astronomia d'Alphonse X (édition de 1863)
Crédit : Bibliothèque de l'Observatoire de Paris

Il s'agit probablement de la période la plus intense dans l'assimilation des connaissances, avant que ne soit exposée une science médiévale originale. Les historiens repèrent les éléments d'une activité savante renouvelée. Ainsi, en Espagne Alphonse X le Savant (el Sabio) (1221-1284) a composé une oeuvre astronomique importante. Ces Libros del saber de astronomia terminés en 1280 contiennent la description des sphères célestes, l'énumération des étoiles avec leurs coordonnées, l'étude des principaux instruments (notamment l'astrolabe). Les Tables Alphonsines, présentant de nombreuses corrections par rapport aux anciennes tables, connaissent un très grand succès jusqu'au 16ème siècle.

D'un point de vue institutionnel, la fondation de nombreuses universités au 13ème siècle revitalisent l'enseignement. Les Universités d'Oxford et Paris se concentrent surtout sur la philosophie et les sciences, alors que Bologne s'oriente vers la médecine. Aristote domine les enseignements : ses textes sont étudiés et discutés. Toutefois, à partir du 13ème siècle, le philosophe grec est regardé avec une certaine méfiance, notamment parce qu'il affirme que le monde est éternel, ce qui est en contradiction avec le dogme chrétien. À partir de 1210, les textes d'Aristote ne doivent plus être expliqués à Paris ni en public ni en privé. En 1231, Grégoire IX, dans une bulle ordonne l'expurgation des traités aristotéliciens. Cet ordre n'a jamais été exécuté. Aristote est aussi contesté par les astronomes, notamment en ce qui concerne ses thèses physiques. L'usage que fait Ptolémée des épicycles et des excentriques permet une meilleure adéquation avec les observations, davantage que les combinaisons de sphères d'Aristote.


Deuxième moitié du 14ème et le début du 15ème siècle

La deuxième moitié du 14ème siècle et le début du 15ème siècle sont marqués par une régression économique et démographique. Les universités sont en pleine décadence. Toutefois, la science s'intègre davantage dans la vie pratique en s'associant aux techniques (comptabilité, médecine...). En astronomie l'un des problèmes les plus étudiés au 14ème siècle est celui de l'immobilité supposée de la Terre. Aristote et Ptolémée ont affirmé la tradition d'une Terre immobile. Jean Buridan (v. 1300 – v. 1358) assurait que le mouvement diurne de la sphère stellaire et des planètes pouvait être « sauvé » par l'hypothèse d'une Terre en rotation et d'un ciel immobile ou par son inverse. Finalement Buridan se range à l'opinion traditionnelle. De la même manière, Nicole Oresme (v. 1325-1382), après avoir présenté une série de raisons convaincantes en faveur du mouvement de la Terre, conclut finalement qu'il ne faut pas renoncer à l'opinion traditionnelle selon laquelle la Terre est immobile au centre de l'univers et que les astres et le ciel tournent autour. Il s'agit de protéger la foi chrétienne.

Les blocages sont autant philosophiques que théologiques en ce qui concerne le mouvement de la Terre. Toutefois cette dernière thématique est une question majeure à la fin du Moyen-Âge.


Exercice

exerciceAstronomie en occident médiéval

Difficulté : ☆☆   Temps : 20

Question 1)

Comment s'opère le mouvement d'appropriation de l'héritage grec dans l'Occident médiéval ?

Question 2)

Quelle question, relative à l'astronomie, mobilise les savants de la fin du Moyen-Âge ?