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Christiaan Huygens

Christiaan Huygens
Christiaan Huygens

Mathématicien, astronome et physicien hollandais (La Haye 1629-La Haye 1695).

À la fois expérimentateur et théoricien, l'un des premiers représentants de l'esprit scientifique moderne après Galilée, il contribua à développer largement l'usage des mathématiques en physique.

De la Hollande à la France...et retour

Issu d'une famille de dignitaires de la maison d'Orange, fils du diplomate et poète Constantijn Huygens (1596-1687), Christiaan Huygens reçoit une éducation très complète au domicile familial jusqu'à l'âge de 16 ans. Il étudie ensuite le droit et les mathématiques aux universités de Leyde (1645-1647) et de Breda (1647-1649). Après avoir publié des ouvrages de géométrie, il s'oriente vers la physique. En 1663, il est reçu membre de la Royal Society de Londres. En 1666, il se fixe à Paris, où le retient le titre de membre de l'Académie des sciences, accompagné d'une forte pension accordée par Louis XIV, à la demande de Colbert. Il y séjourne quatorze ans, malgré une guerre qui survient entre la France et la Hollande, et y accomplit ses principaux travaux. En 1680, les persécutions dont ses coreligionnaires protestants commencent à être victimes en France motivent son retour aux Pays-Bas, où il termine sa vie dans la maladie et la solitude, tout en maintenant son activité scientifique.

Le mathématicien et l'astronome

Comme mathématicien, Huygens se concentre d'abord sur la détermination de cubatures et de quadratures ainsi que sur des problèmes algébriques. Il étudie les propriétés de courbes telles que la cissoïde, la cycloïde et la chaînette. En 1656, il compose le premier traité complet que l'on possède sur le calcul des probabilités (De ratiociniis in ludo aleae). Son ouvrage mathématique le plus important est l'Horologium oscillatorium, publié à Paris en 1673, dans lequel il fonde la théorie des développées des courbes.

En astronomie, Huygens, grâce à la première lunette qu'il construit avec son frère, découvre en 1655 le premier, et principal, satellite de Saturne, ultérieurement appelé Titan, et, peu après, l'anneau très mince entourant la planète (déjà entrevu par Galilée, qui interpréta mal ses observations) ; puis, en 1659, il observe des taches sombres sur Mars, grâce auxquelles il met en évidence la rotation de cette planète et parvient à en déterminer la période. Il fournit une estimation de la distance moyenne de la Terre au Soleil qui ne diffère que de 7 % de la valeur admise aujourd'hui. Il est aussi le premier à indiquer que les étoiles sont d'autres soleils, extrêmement éloignés, et, dans son Cosmotheoros (1698), développe l'idée de la pluralité des planètes habitées.

Pour améliorer la qualité des images que fournit la lunette astronomique, il a l'idée de construire un instrument dépourvu de tube, dont les pièces optiques sont maintenues à l'air libre par des câbles, ce qui permet d'accroître considérablement la longueur focale et de réduire ainsi les aberrations. Il invente également un nouveau type d'oculaire, qui porte à présent son nom, composé de deux lentilles plan−convexes.

Le physicien

C'est en physique que Huygens fait ses découvertes les plus remarquables. En mécanique, on lui doit la théorie du pendule composé, première extension de la dynamique des systèmes matériels, qu'il expose dans son Horologium oscillatorium, déjà mentionné ; il découvre l'existence du pendule simple synchrone et la réciprocité, dans le pendule réversible, entre les axes de suspension et d'oscillation. Il apporte d'importants perfectionnements aux horloges et aux montres, qui en améliorent considérablement la précision : il a d'abord l'idée d'utiliser le pendule à la place du foliot comme régulateur du mouvement des horloges (1657), puis propose de même l'emploi d'un ressort spiral dans les montres (la première dotée de ce dispositif est construite en 1675). Il introduit le concept de force centrifuge, énonce le théorème des forces vives, définit le moment d'inertie. En 1669, il donne une solution correcte du problème du choc, observant la conservation de la quantité de mouvement et de la force vive.

En optique, Huygens compose en 1678, durant son séjour en France, son célèbre Traité de la lumière, qui ne sera publié qu'en 1690, à Leyde. Contrairement à Newton, il défend une théorie ondulatoire, supposant la lumière constituée par des vibrations d'un milieu matériel élastique très ténu, l'éther, qui se propagent à une vitesse finie et sans transport de matière. Il pose le principe fondamental qui portera son nom : chaque centre d'ébranlement émet une onde sphérique et chaque point de cette onde est lui-même source d'un ébranlement d'effet semblable. Il parvient ainsi à expliquer la réflexion et la réfraction, mais non la propagation de la lumière en ligne droite.