De Vinci avait saisi un aspect clé de la physique bien avant Galilée

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Diagramme montrant une expérience de Léonard de Vinci sur la gravité. Crédits : Gharib et al., 2022

D’anciens croquis trouvés dans les carnets de Léonard de Vinci révélant plusieurs expériences physiques concernant l’accélération de la chute d’objets montrent que le génie avait déjà saisi l’un des principes clés de la physique bien avant ses pairs.

Le 15 avril 1452 naissait Léonard de Vinci, l’un des plus grands génies de notre temps. Peintre, architecte, inventeur, anatomiste, ingénieur et scientifique, il excellait dans de nombreux domaines. Cet homme fascinant fait ainsi encore l’objet de nombreuses études. Des chercheurs du MIT ont notamment imprimé en 3D l’un des ponts imaginés par de Vinci, visiblement robuste. Des chercheurs ont également analysé la composition microbienne de plusieurs de ses peintures, permettant de retracer les lieux où ces dernières ont été réalisées et déplacées au cours des siècles.

Un article publié dans la revue Leonardo suggère que de Vinci avait également une bonne compréhension de la gravité. C’est du moins ce dont témoigne l’analyse de quelques-uns de ses carnets de croquis numérisés.

Équivalence des mouvements

Mory Gharib, professeur d’aéronautique et de génie médical à Caltech, se penchait sur les copies de ces cahiers pour discuter des travaux de de Vinci sur la dynamique des flux avec ses étudiants lorsqu’il remarqua plusieurs croquis dans les pages du Codex Arundel, un cahier datant de 1480 à 1518. Ces croquis révèlent des triangles formés de particules, du sable ou de l’eau, se déversant d’une jarre.

Sur l’hypoténuse de l’un de ses triangles esquissés (un triangle rectangle isocèle), sont écrits les mots suivants : « Equatione di Moti » que l’on pourrait traduire par « équivalence des mouvements« .

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Les croquis des cahiers de da Vinci montrant son expérience. Crédits : Caltech

Intrigué, le professeur s’est associé à deux chercheurs de l’Université des sciences appliquées et des arts de Suisse occidentale, à Genève, pour tenter d’en savoir plus.

Après analyse, les chercheurs ont découvert que de Vinci décrivait de l’eau ou du sable déversé d’un pichet alors qu’il se déplaçait le long d’un chemin droit parallèle au sol. D’après les notes, ce dernier savait clairement que ces particules accéléreraient vers le bas et que cette accélération n’était causée que par la gravité.

D’après le raisonnement de Vinci, si celui qui tient le pichet se déplace à une vitesse constante, la ligne tracée par les particules tombant vers le sol est verticale. Si la personne accélère à une vitesse constante, alors les particules forment une ligne droite, mais inclinée qui forme le côté hypoténuse d’un Triangle. Ce que de Vinci a donc observé, c’est que si la cruche accélère pour libérer les gouttes à la même vitesse que la gravité les accélère vers le sol, un triangle équilatéral est tracé.

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Un gif des chercheurs montrant les particules formant un triangle équilatéral dans l’expérience de da Vinci. Crédits : Caltech

En avance sur son temps

On observe ainsi que cet ancien génie était conscient que la chute des corps se faisait selon une loi d’accélération. C’est précisément ce que soulignera Galilée près d’un siècle plus tard avec ses billes roulant sur un plan incliné. Les résultats de Galilée nourriront ensuite les travaux de Newton, puis plus tard ceux d’Einstein.

De Vinci a cherché à décrire mathématiquement cette accélération. Selon les auteurs de l’étude, il n’a pas tout à fait atteint le but. Il aurait en effet modélisé la distance de l’objet tombant comme étant proportionnelle à 2 à la puissance t, où t représente le temps qu’il faut pour que quelque chose tombe. En réalité, la distance de l’objet tombant est proportionnelle au carré de t.

Malgré tout, le fait qu’il se soit attaqué à ce problème au début des années 1 500 montre à quel point sa pensée était en avance sur son temps.