76 centimètres de mercure qui ont changé la physique

Si vous avez croisé le nom « Torelli » dans un quiz ou un article grand public, ce n’est pas un personnage oublié de l’histoire des sciences. C’est une coquille. Une erreur qui circule par homophonie paresseuse, correction automatique ou copier-coller approximatif. Le véritable artisan de cette révolution s’appelle Evangelista Torricelli. Et ce qu’il a accompli en 1644, sans jamais en publier une ligne, mérite qu’on s’y arrête.

Car cette découverte fondamentale pour la physique moderne à été réalisée en silence, conservée dans des lettres mais surtout, attribuée à son véritable auteur après sa mort.

Pour comprendre comment tout a commencé, il faut d’abord se rendre à Arcetri, aux portes de Florence, en octobre 1641.

Galilée est là, en résidence surveillée. Condamné par l’Inquisition huit ans plus tôt pour avoir osé défendre le modèle héliocentrique de Copernic, il vit sous la tutelle de l’Église depuis 1633, aveugle, vieillissant, mais toujours entouré de savants qui font le voyage pour l’écouter. C’est dans cette villa que Evangelista Torricelli arrive à son chevet, envoyé par son maître Benedetto Castelli pour assister Galilée dans ses derniers mois.

L’ironie est belle : au moment même où les ingénieurs florentins s’arrachent les cheveux sur leurs pompes aspirantes incapables de faire monter l’eau au-delà d’une dizaine de mètres, la personne la mieux placée pour y réfléchir est sous les verrous dorés d’une condamnation religieuse. Galilée observe le phénomène. Il y applique la réponse héritée d’Aristote : « La nature a horreur du vide. » Belle formule. Mais c’est une explication philosophique, pas physique. Elle dit quoi, pas comment. Même Galilée souffre de “biais”.

Galilée meurt en 1642. Torricelli (1608-1647), son élève et secrétaire, hérite du problème et, surtout, de la méthode expérimentale. Mathématicien de formation, il refuse de se contenter des mots. Il veut mesurer, calculer, observer.

Au printemps 1644, sous sa direction, son assistant Vincenzo Viviani remplit un long tube de verre de mercure, le bouche avec son doigt, le retourne dans une cuve contenant le même liquide, puis retire son doigt.

Ce qui se passe ensuite contredit deux mille ans de physique aristotélicienne.

La colonne descend, puis s’arrête net à environ 76 centimètres. Au sommet du tube, un espace se forme, vide de tout, aucun air, aucune vapeur connue. Et la hauteur varie légèrement d’un jour à l’autre, en fonction des conditions extérieures. La conclusion est implacable : ce n’est pas la nature qui « fuit » le vide. C’est le poids de l’air qui s’exerce sur la surface du mercure dans la cuve, équilibrant exactement la colonne. Pour la première fois, on donne une forme mesurable à ce que nous appelons aujourd’hui la pression atmosphérique.

L’air a un poids. Un poids précis. Et il vient de prendre la forme d’une colonne de métal liquide stabilisée dans un tube de verre.

Il faut noter que Torricelli n’a jamais publié ces résultats. Ses observations nous sont parvenues par sa correspondance, et son rôle dans l’invention du baromètre a été documenté après sa mort par Viviani. Il n’a d’ailleurs jamais revendiqué la paternité de l’instrument. C’est peut-être l’une des raisons pour lesquelles son nom reste moins connu qu’il ne devrait l’être.

La conséquence immédiate est la fin du dogme aristotélicien du « vide impossible ». Torricelli montre qu’un vide n’est pas une horreur naturelle mais un état physique ordinaire, obtenu simplement quand la pression extérieure est compensée par autre chose.

La conséquence à long terme, c’est l’invention du baromètre, et donc, de la météorologie instrumentale. Quelques années plus tard, Blaise Pascal conçoit une expérience pour vérifier si cette pression varie avec l’altitude. Trop malade pour se déplacer, il demande à son beau-frère Florin Périer de la réaliser lors d’une ascension au Puy-de-Dôme. Le 19 septembre 1648, Périer grimpe avec ses tubes et son mercure. La colonne baisse de neuf centimètres entre le pied et le sommet du volcan. Pascal lui-même répète l’expérience à Paris, au sommet de la tour Saint-Jacques (52 mètres), avec des résultats cohérents. La pression varie avec l’altitude. Les prémices de la météorologie moderne venaient de naître sur les flancs d’un volcan auvergnat.

Aujourd’hui, les variations de pression que Torricelli observait d’un jour à l’autre dans sa colonne de mercure sont celles que votre application météo traduit en icônes de soleil ou de nuage. Chaque altimètre d’aviation, chaque alerte tempête descend en ligne directe de ce tube de 76 centimètres.

Revenons à la confusion initiale. Le nom « Torelli » circule parfois dans des ouvrages de vulgarisation ou des supports pédagogiques. Il s’agit presque toujours d’une faute de frappe ou d’une confusion homophonique, aucun scientifique du XVIIe siècle de ce nom n’est associé à la pression atmosphérique.

Giuseppe Torelli existe bel et bien. Mais c’est un compositeur baroque, connu pour ses concertos pour trompette. Pas pour ses tubes à essai.

Nous vivons au fond d’un océan gazeux. Il exerce environ dix tonnes par mètre carré sur tout ce qui l’habite, en permanence, depuis toujours. On ne le sent pas. On ne le voit pas. Et pendant des millénaires, on a pensé que c’était du « rien ».

C’est un Italien de 35 ans, travaillant dans la discrétion la plus totale, qui a montré le contraire en retournant un tube de verre.

Il y a quelque chose de beau là-dedans : les découvertes qui changent notre rapport au monde ne font pas toujours de bruit au moment où elles arrivent. Parfois elles circulent dans des lettres, entre savants prudents, dans une époque où remettre en cause Aristote restait risqué. Et elles ne prennent tout leur sens que bien après, quand d’autres en font quelque chose.

• Expériences nouvelles touchant le vide, Blaise Pascal (1647) : c’est à Pascal, et non à Torricelli, que revient ce titre — Torricelli n’a rien publié. Pascal y analyse et prolonge l’expérience de 1644.
• Opere di Evangelista Torricelli (Florence, 1919-1944) : la compilation posthume de ses travaux, correspondances et manuscrits, qui nous ont conservé la trace de l’expérience.
• Le récit original de Florin Périer (lettre à Pascal du 22 septembre 1648), disponible en transcrit sur le site Puy de Sciences de l’Université Clermont Auvergne.
• Musée Galilée, Florence : instruments d’époque et copies des tubes de Torricelli/Viviani.