Applications scientifiques de la tour Eiffel


Il parait presque inutile de le dire, mais la tour Eiffel est bien un fantastique support scientifique. En effet, où ailleurs qu'à Paris se dresse un pylone métallique de plus de 300m de haut, avec une telle masse ? Un tel objet est forcément une aubaine pour les scientifiques qui, dès sa construction, ont profité de sa taille pour se livrer à toutes les expériences qu'ils souhaitaient faire sans avoir les outils pour ça. Il faut distinguer les expériences des applications. Les expériences n'ont servi qu'à faire avancer la science, alors que les applications se sont servis de la tour Eiffel comme d'un support pour fournir une utilité particulière.

. Les expériences scientifiques

. Les applications techniques

. Les phénomènes naturels


Les expériences scientifiques

La météorologie

C'est probablement la toute première expérience qui a été faite sur la tour. Dès sa construction un laboratoire météorologique a été installé à son sommet, sous l'impulsion de Mr Mascart, directeur du Bureau central météorologique. A l'époque, à la fin du XIXe siècle, cette science en était qu'à ses tout premiers essais, aussi disposer d'un laboratoire permanent à 300m d'altitude était une aubaine. En fait, il ne s'agissait que d'une station d'observation, mais à l'époque le terme de laboratoire a été utilisé. Elle se composait d'une plaque métallique de 1m 60 sur lequel était posés différents appareils de mesure, reliés à des enregistreurs.


Généralités sur l'installation du laboratoire au XIXe siècle

La Tour est un observatoire météorologique impressionnant qui se caractérise pas seulement par son altitude, qui n'est guère que de 334m, mais surtout parce qu'elle permet de faire des observations exemptes de l'influence du sol, ce qui n'est pas le cas habituellement, même avec des perches ou en se positionnant sur des immeubles. Déjà à cette faible hauteur de 300 m, les phénomènes de vent et de température sont absolument différents de ceux qui se passent au niveau du sol, sa température propre et son relief communiquent en effet aux couches voisines des variations à prendre en compte.


Série d'appareils météorologiques

Série d'appareils météorologiques

Cinémographe à mesure instantanée

Cinémographe à mesure instantanée

Barometre Tonnelot

Barometre Tonnelot

A cette hauteur de 300 m, l'amplitude des variations de température ou d'état hygrométrique est bien moindre que près du sol; les vents sont plus réguliers et plus forts, et en somme ce n'est que dans les stations de montagnes élevées que l'on retrouve des résultats analogues à ceux que fournit la Tour.

Aussi, dès l'origine de la construction, en 1889, il a été installé, par les soins et sous la direction de Mr E. Mascart, membre de l'Institut et directeur du Bureau central météorologique de France, un service de météorologie extrêmement important. es instruments de mesure sont disposés sur la petite plate-forme de 1,60 m de diamètre qui termine la Tour à 300 m du sol; à l'aide d'un câble, ils transmettent électriquement leurs indications à des appareils enregistreurs situés au rez-de-chaussée du Bureau central, qui est voisin.

Toutes les observations sont relevées heure par heure : pour le vent en vitesse et en direction, pour la température, pour la pression atmosphérique, pour l'état hygrométrique, etc. Elles sont inscrites sur les registres du Bureau et leur résumé figure dans le bulletin publié journellement. Ces observations sont centralisées par Mr Alfred Angot, docteur ès sciences, météorologiste titulaire du Bureau central, qui en a analysé les résultats comparativement aux observations faites dans le local du Bureau central ; ils font l'objet de savants Mémoires insérés dans les Annales du Bureau. Tous ceux que ces questions intéressent devront les consulter ; ils renferment tous les documents détaillés et leur discussion scientifique. Un premier Mémoire concerne les résultats de 1889; cinq autres, ceux des années 1890, 1891, 1892, 1893 et 1894. Enfin, un Mémoire général récapitule les observations de ces cinq années, sauf celles relatives au vent, qui font l'objet d'un Mémoire spécial allant jusqu'en 1895.

Les deux liens ci-dessous mènent à la description complète des observations faites par la station météo de la tour Eiffel pendant la période 1889-1890, puis 1890-1894, forcément plus complète. Elles concernent de nombreux domaines précis : Relevés de températures, comparaison sol/altitude, hygrométrie, force et orientation des vents, y compris les vents ascensionnels, pressions atmosphériques, etc. Les conclusions sont particulièrement intéressantes car elle montre l'enthousiasme qu'ils ont produits sur des données qui nous paraissent, de nos jours, terriblement banals.


L'aérodynamisme

Gustave Eiffel est un entrepreneur, mais c'est avant tout un ingénieur, il se passionne pour la technique et plus particulièrement un univers auquel son nom n'est pas attaché, l'aviation. Et pourtant, intéressé par le sujet, il tente de comprendre la mécanique des fluides et se concocte un véritable laboratoire d'aérodynamique au 2e étage de la tour. Ce laboratoire était quipé d'un dispositif permettant d'étudier la chute des corps, qui glissait le long d'un cable de 115m tendu entre le 2e étage et le sol. Il fonctionna dès 1903 pour une durée de 2 ans. C'est qui était nommé "l'appareil de chute".

Cet appareil permettait l'étude de la résistance à l'air des formes métalliques. Pour ça, la plaque métallique, d'une forme qu'il souhaitait tester, était placée le long du filin. Il fait varier également la taille de la plaque : de 25cm à 100cm, pour savoir si celà avait une incidence. Ainsi disposé, la forme accélèrait de façon constante jusqu'à 40m du sol où elle atteint 144Km/h, la vitesse d'un avion de l'époque.

. Voir le Compte-rendu sur la résistance de l'air.


Pression du vent

A la fin du XIXe siècle, quand un ingénieur montait un bâtiment, il devait estimer la pression qu'excercerait le vent sur son bâtiment, pression exprimée en Kg par centimètres carré. Rien de plus facile pour ça, une simple formule est cétait fait : P = 0,125 x V2, où V est la vitesse du vent en mètre par seconde. La constante 0,125 avait été admise depuis très longtemps, mais les ingénieurs ayant conçu la tour avaient des motifs pour mettre en doute ce chiffre. La présence de la tour fut une aubaine pour eux : Ils purent recalculer ce chiffre, et prouver par une expérience pratique, les blocs de renversement, que ce chiffre était plus proche de la réalité que 0,125.

Le calcul effectif du nouveau chiffre, 0,070, est fait dans la partie Résistance de l'air, mais cette partie du site explique l'expérience qui a été faite pour prouver la véracité de la nouvelle valeur.

Le principe général est simple : Tout au sommet de la tour, on a disposer des blocs de fonte de formes identiques et de poids allant croissants. Plus le vent souffle fort, plus les blocs se font renverser, prouvant que la pression sur la face avant du bloc passe une certaine valeur. Et il faut bien dire que c'est la valeur 0,070 qui est la plus proche de la réalité.

. Détail l'expérience des Blocs de renversement.


Pendule de Foucault

Un pendule de Foucault est le nom que l'on donne à un pendule affranchi de toute perturbation et qui, constatations faites, permet de visualiser la rotation de la Terre. En effet un pendule qui oscille va invariablement se décaler lentement, engendrant une rotation difficilement perceptible mais bien réelle. Pour la mettre en évidence il faut que le pendule soit lourd et que son cable soit long, pour faire de grandes oscillations. La tour Eiffel était le support idéal, et c'est donc tout naturellement qu'un tel pendule y a été installé un temps. Pour ceux qui désirent en savoir plus, ils peuvent se rendre au Panthéon, à Paris, où un pendule de Foucault oscille invariablement.


Manomètre à mercure

L'intérêt de la tour n'est pas seulement sa masse, c'est surtout sa taille. Or qui dit prise d'altitude dit modification de la pression atmosphérique. La tour était donc un bon moyen pour étudier facilement les différences de pression entre le sol et 300m de hauteur.

Plaque rappelant l'installation du manomètre

Plaque rappelant l'installation du manomètre

Dès l'origine de la construction de la Tour, Gustave Eiffel s'était préoccupé de son application à la construction d'un grand manomètre à air libre et à mercure permettant de mesurer directement des pressions de 400 atmosphères. Au point de vue scientifique, un tel manomètre devait, par sa haute précision, être précieux pour l'étalonnage des manomètres à azote ou à hydrogène destinés aux expériences de laboratoire ; au point de vue industriel, il devait offrir une utilité incontestable pour la vérification des manomètres métalliques.

Aussi, après l'achèvement de la Tour, Eiffel fit établir ce manomètre d'après le projet qui en avait été fait par M. L. Cailletet, membre de l'Institut, si connu pour ses travaux sur la liquéfaction des gaz. Au 3e étage de la tour, de nos jours, il y a un cadre sur l'une des galeries extérieures qui rappelle l'installation de ce manomètre.

La description de cet appareil très particulier a été faite de façon précise par Mr Cailletet à l'Académie des Sciences en 1891. Il est consultable ci-dessous.

. Détail du manomètre à air libre.


Etude du spectre solaire

Moins de 10 ans après la fin de la construction, la tour Eiffel avait déjà servi de support à bien des expériences, et à ce titre elle avait fait faire un bon dans la connaissance des humains dans bien des domaines. Le 20 mai 1899 a été publié dans la revue "Les Comptes rendus de l'Académie des Sciences" un article sur l'origine des raies de l'oxygène dans le spectre solaire. Le but était de trancher sur cette origine, qui pouvait être tellurique ou telluro-solaire. Encore une fois Gustave Eiffel permit de faire des expériences qui amèneront la réponse à cette question. C'est Mr J. Janssen qui fit l'étude, son compte-rendu est indiqué dans la page ci-dessous.

. Détail du compte-rendu sur l'origine des raies de l'oxygène dans le spectre solaire.


Absorption atmosphérique des radiations

Cette expérience, faite également au sommet de la tour Eiffel, consistait à relever les séries de raies sombres observables par le spectre des faisceaux électriques émis du haut de la tour. Voici dans le lien ci-dessous le résultat de Mr Cornu, qui a fait cette analyse en 1889.

. Détail de l'absorption atmosphérique des radiations.


Les applications techniques

La radiodiffusion militaire

Les tout premiers tests de radiodiffusions militaires furent fait dès la fin de la construction de la tour, le 5 novembre 1898. Le système fonctionna puisqu'un message parlé circula entre Ernest Roger et Eugène Ducretet, qui se trouvaient l'un à la tour Eiffel et l'autre au Panthéon, à 4Kms de là. Ces essais furent complétés et Gustave Eiffel, voyant là une bonne occasion de rendre sa tour indispensable, offrit la possibilité aux armées de l'utiliser pour y positionner des antennes militaires. Vous avez dans le lien ci-dessous les détails des premières expériences faites à ce sujet.

. Détail de la Radiodiffusion militaire à partir de la tour Eiffel.


La radiodiffusion civile

Elle ne commence que dans les années 20, quand la guerre est passée est que l'usage militaire de la radiodiffusion n'a plus été exclusive. Les premiers essais ont été faits en 1921 avec Lucien et Sacha Guitry. L'année suivante un studio fut construit dans le pilier Nord et en 1925 eut lieu le premier journal radio de l'histoire en France, un journal de Maurice Privat.

Les applications furent simples, mais à partir de 1929 il fut diffusé des messages d'ordre pratique, par exemple la météo enregistrée sur les 350 stations météorologiques de l'Europe, l'Afrique du Nord et l'Europe.


La radiodiffusion horaire

Comment ont fait les hommes pour établir les fuseaux horaires ? Si les premières tentatives de découpage de la planète en 24 tranches sont restées floues, la précision n'a pu se faire qu'avec des moyens de communication fiables et constants. La tour Eiffel fut l'un des éléments du maillage mondial ayant permit l'établissement des fuseaux horaires, et ça grace à une communication à plus de 5000 Kms ! C'est donc en partie grace à la tour Eiffel que le système d'horaire mondial a pu être constitué.


La télédiffusion

Continuité logique de la radio-diffusion, la télédiffusion a permis la réception de l'image à distance. Les premiers essais datent de 1925, c'est Louis belin qui les réalisa. Il fallut attendre 1935 (26 avril) pour que soit diffusée la première émission télévisée proprement dite. A partir de là tout s'accéléra. En 1953 fut envoyée sur les ondes une émission en Eurovision, le couronnement de la reine Elisabeth II. Une antenne dédiée à la télévision fut installée en 1957, ce qui agrandit la tour qui passa de 300 à 318,70m. Elle sera remplacée en l'an 2000 par une autre plus performante, et plus haute aussi, la tour passant à 324m de haut.

Enfin, c'est en 2005 qu'à eu lieu le passage de la télédiffusion en numérique.


La téléphotographie

La téléphotographie est un procédé de photographie des objets éloignés à l'aide d'un téléobjectif et, par extension, c'est ainsi que l'on nomme le cliché pris selon ce procédé.

Des expériences de téléphotographie ont été faites en 1896 de la terrasse de la 3e plate-forme par M. le capitaine du Génie, Mr V. Bouttieaux, adjoint au chef du matériel du Génie à Versailles, qui a publié les plus intéressants Mémoires sur la Téléphotographie en ballon (Revue de l'Aéronautique, 1894). Mais il y a une différence de taille entre faire de la téléphotographie en ballon ou sur la tour Eiffel : L'appareil photographique est fixe dans le 2e cas, les photos sont donc censées être bien meilleure. Vous avez dans le lien ci-dessous le compte-rendu de l'expérience faite par Mr Bouttieaux à ce sujet.

. Détail des essais de Téléphotographie.


Télégraphie optique

La télégraphie optique, c'est tout simplement un système permettantd'envoyer des messages par signaux lumineux à longue distance. Cette technologie sera remplacé par la télégraphie radiophonique, à savoir que les signaux passeront, plus tard, par les ondes radios au lieu d'un signal optique. C'est la radiographie qui a sauvé la tour Eiffel, l'armée y voyant un intérêt certain, et pour qu'elle ai pu avoir lieu, il a fallu que la télégraphie optique soit essayé, par l'armée également, quelques années plus tôt. Vous avez dans le lien ci-dessous le détail des essais de télégraphie optique faite à partir de la tour Eiffel.

. Détail de la Télégraphie optique à partir de la tour Eiffel.


La navigation aérienne

C'est probablement partiellement oublié de nos jours, mais la tour Eiffel était, à l'époque de sa construction, un fantastique point de repère pour tous les aérostats venant ou s'éloignant de Paris. A l'époque, on parle de dirigeables car l'aviation n'en n'est qu'à ses débuts, c'est d'ailleurs la tour Eiffel qui permettra d'établir quelques lois physiques sur la résistance des matériaux, lois qui seront mises en application quelques années plus tard dans l'aéronautique justement. Mais à la fin du XIXe siècle, c'est en tant que point de repère que la tour Eiffel est pratique. Vous avez dans le lien ci-dessous le récit de l'expérience de navigation aérienne qui a été faite le 30 juin 1890 à bord d'un ballon se dirigeant vers l'Est de Paris.

. Détail de la Navigation aérienne à partir de la tour Eiffel.



Voir aussi :

. Phénomènes naturels sur la tour Eiffel

. Description de la tour Eiffel


La tour Eiffel

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