Tobias Mayer

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Tobias Mayer

Tobias Mayer (né le 17 février 1723 à Marbach am Neckar (Wurtemberg) et mort le 20 février 1762 à Göttingen) est un mathématicien et astronome allemand. Bien qu’il ait été autodidacte et n’ait jamais étudié à l’université, il a été un scientifique renommé de son temps.

Biographie[modifier | modifier le code]

Tobias Mayer grandit dans un milieu modeste à Esslingen-am-Neckar. De 1729 à1741, il va à l’école locale et à l’Ecole Latine (aujourd’hui le lycée Georgii) à Esslingen. Comme les mathématiques ne sont pas enseignées dans cette école, T. Mayer se forme en autodidacte dans cette matière. En raison de ses aptitudes, il est encouragé pendant quelque temps par le maire d’Esslingen. Après la mort de son père en 1731, T. Mayer est hébergé à l’orphelinat. Sa mère meurt en 1737. En 1739, il publie le premier plan de la ville d’Esslingen, en 1741 un livre de géométrie et de mathématiques, en 1745 l’« Atlas mathématique » et un livre sur l’art des constructions militaires. En 1746, quand il obtient une place dans la maison de cartographie J.B. Homanns à Nuremberg, il a déjà publié deux travaux originaux de géométrie. T. Mayer décèle des inexactitudes dans les cartes alors utilisées en faisant chevaucher deux cartes connues et prouve d’importantes différences, surtout dans la direction est-ouest. La recherche de la longitude d’une ville était alors seulement possible avec une incertitude importante.

En 1751, il épouse Maria Victoria, née Gnüge (1723–1780), et, l’année suivante, nait son fils Johann Tobias Mayer, qui, plus tard, devint également physicien. Le père sera cité dans maints ouvrages de façon erronée comme Johann Tobias. Selon le livre de baptême et les publications originales, son prénom s’écrit bien Tobias.

En raison de ses apports dans le domaine de la cartographie et, vu sa réputation de scientifique, il est nommé en 1751 à la chaire d’économie et de mathématiques de l’université de Göttingen. De 1752 à 1756, il accomplit des publications sur la détermination de la longitude, l’astronomie, la géophysique, les mathématiques et les instruments de mesure. Dans les années 1757-1762, il publie, malgré la guerre de 7 ans, d’autres travaux d’astronomie, mais aussi sur le champ magnétique terrestre et la théorie des couleurs.

En 1754, il devient directeur du nouvel observatoire de Göttingen qui est hébergé dans une tour des remparts de la ville. Il y travaille avec beaucoup d’enthousiasme et de succès, jusqu’à ce qu’il meure du typhus en 1762.

Contributions scientifiques[modifier | modifier le code]

Astronomie[modifier | modifier le code]

Son premier travail important est une étude minutieuse de la Libration lunaire (Kosmographische Nachrichten, Nürnberg 1750). Sa carte de la lune, publiée par Lichtenberg en 1775 à titre posthume ne fut pas dépassée durant un demi-siècle. Mais la renommée de T. Mayer repose principalement sur ses Tables de la Lune qui furent imprimées la première fois en 1752. En 1755, il remet au gouvernement anglais une version enrichie de ses Tables. Elles sont si précises que la position de la lune peut être déterminée avec une précision de 5 secondes de degré et, par conséquent, la longitude en mer à 0,5 degré près. Ainsi est résolu le dénommé problème de la longitude qui, jusqu’alors, a empêché une navigation sûre en haute mer. Une autre solution pour ce même problème est découverte à peu près en même temps par John Harrison (horloger) : elle se base sur la mesure du temps au moyen de nouvelles montres qui, à bord de bateaux hauturiers à voiles, fonctionnent aussi avec une précision suffisante dans des conditions difficiles.

La théorie scientifique de T.Mayer, fondée sur les Tables de la Lune, est seulement publiée, à titre posthume, en 1767 à Londres sous le titre Theoria lunae juxta systema Newtonianum. De même, à titre posthume, apparait à Londres une version améliorée des Tables. Sa veuve apporte personnellement ces tables en Angleterre. En reconnaissance des grands mérites de T.Mayer pour la résolution du problème de la longitude, elle reçoit un don du gouvernement britannique de 3.000 livres. Déjà en 1714, le gouvernement britannique avait promis de récompenser par un prix de 20.000 livres la résolution de ce problème et un comité, le Board of Longitude, avait été institué à cet effet.

Les cartes de la lune de T.Mayer sont reprises plus tard entre autres par Johann Hieronymus Schröter. Le cratère de la lune T.Mayer est ainsi nommé par celui-ci.

Découverte du « cercle répétiteur »[modifier | modifier le code]

Au milieu du 18e siècle, apparaissent de faibles déclinaisons entre la loi universelle de la gravitation de Newton et les localisations des planètes effectivement observées. Ces différences s’élevaient pour la lune à environ à environ 5 minutes de degré, ce qui pouvait entrainer une incertitude de la détermination du degré de longitude terrestre de 2,5 degrés. Selon le degré de latitude, cela correspondait respectivement à une déclinaison et une inexactitude de navigation pouvant atteindre 150 milles nautiques. En raison de la nécessité de déterminations plus précises pour l’élaboration d’une meilleure théorie du mouvement de la lune, Tobias Mayer construit un nouvel instrument de mesure astronomique, le dénommé « cercle répétiteur » ou « cercle de réflexion ».

L’équipement, d’abord utilisé dans la mesure terrestre, est composé d’une lunette de visée qui reçoit l’image simultanée de 2 objets éloignés l’un de l’autre. La première image est obtenue par vision directe (objet 1) et la seconde par réflexion sur 2 petits miroirs (objet 2). L’avantage de l’invention de Tobias Mayer est que l’angle formé par la réflexion est double de l’angle véritable. Les défauts de lecture ou de jeu du mécanisme sont ainsi divisés par deux. En répétant l’observation une seconde fois, on divise les erreurs par quatre, une troisième fois par six, etc… et l’on arrive ainsi à une précision inégalée pour l’époque.

Le cercle répétiteur de Borda

T.Mayer transmet alors ce principe de répétition sur un disque astronomique. On détermine la différence d’angle recherchée entre lune et étoile par des mesures répétées et la division correspondante par le nombre d’opérations. Ainsi T. Mayer réussit, à partir de 1755, à établir ses Tables de la lune avec une précision d’environ une minute. Plus tard, l’astronome F.X. von Zach (1754–1832) décrit le disque de Mayer comme la plus importante découverte astronomique du 18e siècle.

Les premiers modèles de ce nouvel appareil sont fabriqués à partir de 1750 à Göttingen et, à partir d’environ 1757 à Londres par John Bird. Rapidement, T. Mayer discerne que la précision qu’il peut atteindre avec l’aide d’un tel instrument pour sa théorie de la lune, est aussi approprié à une méthode fiable de détermination de la longitude. Ainsi, seulement 3 ans après la mort de T. Mayer, les mesures du Board of Longitude anglais montrent que la précision de la localisation en mer avec la méthode de T. Mayer peut être améliorée d’environ 60 milles nautiques. A partir de 1785, ces appareils, connus comme les cercles de Borda, sont optimisés et connaissent une ample diffusion.

La solution de T. Mayers au problème du degré de longitude[modifier | modifier le code]

A l’exception d’un léger décalage parallactique, la lune apparaît lors d’une observation simultanée à la même heure à la même position du ciel étoilé, également quand cette observation se fait de lieux terrestres différents. Simultanément signifie ici au même temps universel. A une date considérée, la déclinaison de la véritable heure locale, que l’on détermine par l’observation de la position du soleil, dépend du degré de longitude de l’observateur. Comme la lune se déplace sur son cours autour de la terre d’environ 33 minutes angulaires par heure par rapport aux étoiles fixes, on détermine par la mesure précise correspondante à l’écart d’angle entre la lune et les étoiles fixes lumineuses dans leur environnement, la déclinaison de la véritable heure locale du temps universel, et ainsi, du degré de longitude de l’observateur, tant que des données suffisamment précises sur la position de la lune par rapport aux étoiles fixes sont disponibles par rapport au temps universel.

On lui doit un catalogue de 998 étoiles zodiacales, dont plusieurs ont été observées jusqu’à 26 fois.

Publications[modifier | modifier le code]

Ses principaux ouvrages, outre ses Tables, sont :

  • Traité des courbes pour la construction des problèmes de géométrie, en allemand, Augsbourg, 1735 ;
  • Atlas mathématique, 1745.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Peter Aufgebauer: Les débuts de l’astronomie à Göttingen (Die Anfänge der Sternkunde in Göttingen) dans : Le journal annuel de Göttingen (Göttinger Jahrbuch) tome 50 (2002) S. 75–92
  • Bernd Feicke: Mayer (Majer), Tobias. dans : Encyclopédie biographique et bibliographique de l’Eglise (Biographisch-Bibliographisches Kirchenlexikon) (BBKL). Tome 33, Bautz, Nordhausen 2012, ISBN 978-3-88309-690-2, Sp. 811–815.
  • Menso Folkerts: Mayer, Tobias. dans: Nouvelle biographie allemande (NDB)(Neue Deutsche Biographie). tome 16, Duncker & Humblot, Berlin 1990, ISBN 3-428-00197-4, S. 528–530 (Digital).
  • Eric G. Forbes: Tobias Mayer (1723–62). Pioneer of enlighted science in Germany. Göttingen 1980. (Travaux de la bibliothèque universitaire et de l’état de Basse-Saxe) Göttingen tome 17.
  • Siegmund Günther: Mayer, Johann Tobias. dans: Biographie allemande générale (ADB) (Allgemeine Deutsche Biographie). tome 21, Duncker & Humblot, Leipzig 1885, S. 109–116.
  • Armin Hüttermann: Tobias Mayer und Nürnberg - Des mathématiques à l’astronomie via la cartographie (Von der Mathematik über die Kartografie zur Astronomie) dans: Regiomontanusbote, Zeitschrift der Nürnberger Astronomischen Arbeitsgemeinschaft e.V. (bulletin de la société d’astronomie de Nuremberg), 25e année 3/3012, pages 14 - 19.
  • Peter H. Meurer: Contexte et analyse de Tobias Mayer «Carte critique de l’Allemagne» (Hintergründe und Analysen zu Tobias Mayers «Kritischer Karte von Deutschland»). dans: Cartographica Helvetica cahier 12 (1995) S. 19–26 Texte intégral.
  • Erwin Roth u.a.: Tobias Mayer. Pionnier du calcul de la position. Précurseur du système de navigation moderne. (Tobias Mayer. Pionier der Positionsbestimmung. Wegbereiter der modernen Navigationssysteme) Marbach 1995
  • Steven Wepster: Between theory and observation. Tobias Mayer´s explorations of lunar motion 1751-1755, Springer Verlag, 2010, Sources and studies in the history of mathematics and the physical sciences
La maison natale de Tobias Mayer, qui héberge le musée

Musée[modifier | modifier le code]

La maison de naissance de Tobias Mayer héberge depuis 1996 le musée Tobias Mayer. Elle se situe non loin de la maison natale de Friedrich Schiller au N° 13 de la rue Torgasse à Marbach-am-Neckar. Le musée a été réalisé et est géré par l’association Tobias Mayer.

Liens internet[modifier | modifier le code]

Sources[modifier | modifier le code]

Marie-Nicolas Bouillet et Alexis Chassang (dir.), « Tobias Mayer » dans Dictionnaire universel d’histoire et de géographie,‎ 1878 (Wikisource)