Pythéas, astronome et explorateur

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 19 Pythéas, astronome et explorateur par Yvon GEORGELIN Astrophysicien Jean-Marie GASSEND Archéologue et Hugues JOURNÈS Helléniste RÉSUMÉ Au IV e siècle avant notre ère, Pythéas le Massaliote mène la première expédition scientifique à la découverte de l Europe du Nord. Il est le premier méditerranéen à nous décrire maintes contrées jusqu alors inconnues : la Bretagne armoricaine, les îles Britanniques, la Norvège, la mer Baltique et la mythique Thulé (l Islande). Fin observateur du ciel et de la mer, Pythéas découvre que les marées sont corrélées avec la Lune, il observe les crépuscules nordiques et décrit la banquise. Il mesure la dimension de la Terre, les latitudes et les distances parcourues. À cette époque on savait que la Terre était ronde et les astronomes avaient découvert l inégalité de la durée des saisons. Pythéas, astronome très apprécié par Ératosthène et par Hipparque, mesure avec grande précision la hauteur du Soleil au solstice d été. Cette mesure, la seule de toute l Antiquité, qui conduit à l obliquité de l écliptique, devint célèbre quand on s aperçut au XVIII e siècle que l inclinaison de l axe de la Terre variait au cours des siècles. Pythéas expliqua aussi qu il n y avait pas d étoiles au pôle, ce qui était vrai à son époque ; on expliquera plus tard ce phénomène de la précession des équinoxes Le voyage de Pythéas à la découverte des îles Britanniques, de l île de Thulé et de la mer Baltique est bien connu des peuples du nord de l Europe. À l image de Winston Churchill, qui n hésite pas à comparer ses découvertes à celles de Christophe Colomb, ils rendent hommage à ce Massaliote qui le premier a parlé de leur pays. J.-P. Bougainville, frère aîné du célèbre explorateur, résume admirablement toutes ses qualités, «habile astronome, ingénieux physicien, géographe exact, hardi navigateur, il rendit ses talents utiles à sa patrie : ses voyages, en frayant de nouvelles routes au commerce, ont enrichi l histoire naturelle et contribué à perfectionner la connaissance du globe terrestre». Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

20 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 1 : Massalia au IV e siècle av. J.-C. Comme toutes les villes grecques de cette époque Marseille avait son théâtre, son stade, ses temples consacrés au culte d Apollon et d Artémis, et son horologium, observatoire astronomique. Au premier plan, au mouillage dans le Lacydon, le caboteur de Pythéas, navire de commerce à voiles de l époque classique. À droite apparaît une pentécontore, navire de guerre à 50 rameurs et voilure d appoint. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 21 Les plus grands astronomes des temps anciens et des temps modernes, d Hipparque à Laplace, et le grand géographe de l Antiquité, Ératosthène, ont utilisé les observations astronomiques de Pythéas. Pourtant, Pythéas est vite traité de menteur ; ses concitoyens trouvent incroyables les phénomènes qu il raconte : la mer qui monte amplement puis se retire, le Soleil qui ne se couche plus quand on atteint le cercle polaire, la mer blanche comme du lait (la banquise). À cette époque, il est vrai, beaucoup de voyageurs comme Antiphane le Bergéen et Théopompe de Chio imaginent des aventures merveilleuses et des histoires fantastiques se déroulant dans des contrées imaginaires où les monstres et la magie se mêlent aux héros et aux demi-dieux. Par réaction, certains historiens comme Polybe et Strabon accueillent avec une méfiance excessive les récits de Pythéas et ceux de l historien Timée, son contemporain ; au contraire, les scientifiques, Ératosthène et Hipparque, sont capables de discerner les preuves astronomiques rapportées par Pythéas. La première description géographique du Nord de l Europe, due à Pythéas, est bientôt contestée par les historiens et géographes officiels : Polybe qui vivait au II e siècle av. J.-C., très fier de ses modestes voyages, considère «qu il est invraisemblable» que Pythéas ait parcouru de telles distances, et, au siècle suivant, Strabon, grand admirateur de la puissance romaine, jaloux des connaissances astronomiques de Pythéas, affirme : «sur toutes ces régions Pythéas a menti». À la Renaissance, Pétrarque, poète et humaniste fasciné par l Antiquité, ressort de l ombre le voyage de Pythéas vers la lointaine Thulé ; dès lors, hellénistes, historiens et géographes analysent et imaginent sa merveilleuse épopée à la lumière des connaissances de leur époque. En 1610, Fabri de Peiresc, l astronome qui a découvert la nébuleuse d Orion, se prend d admiration pour Pythéas qu il révère comme le «plus ancien des doctes de tout l Occident». Avec son élève Gassendi, philosophe et physicien, il vient à Marseille mesurer la hauteur du Soleil au solstice d été afin de savoir si elle a diminué depuis l époque de Pythéas. Pendant trois siècles cette question donnera du fil à retordre aux astronomes, jusqu à ce que Laplace explique les raisons de cette lente diminution (47" par siècle) et rende alors hommage à la mesure de Pythéas. QUE SAIT-ON, RÉELLEMENT, DE PYTHÉAS? Qui était Pythéas? Un Marseillais, «Pythéas de Marseille» disent tous les textes à l unisson. Il vivait au IV e siècle avant notre ère, au temps d Alexandre le Grand et d Aristote. On le sait par les railleries que lui décocha Dicéarque, géographe grec et disciple d Aristote, et par les témoignages de Timée, historien de Sicile. Le récit du voyage de Pythéas, Peri Okeanou, fut lu, commenté et critiqué par tous les savants, pendant six siècles au moins ; nous en avons des bribes et des échos, grâce à quelques auteurs anciens. Strabon en particulier, cet historien et géographe grec qui vécut sous Auguste quelque trois siècles après Pythéas, cite ou résume certains passages de son livre, le plus souvent d ailleurs pour les réfuter et les taxer de mensonges : «les pires inventions de Pythéas, l homme le plus menteur». Au III e siècle av. J.-C. Apollonios de Rhodes en fait état ; Ératosthène, son successeur à la tête de la bibliothèque d Alexandrie, fait ample Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

22 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 2 : Le voyage de Pythéas. Entre 330 et 320 av. J.-C., Pythéas partit du Lacydon pour découvrir, par la mer, des terres très peu connues ou encore inconnues. De ce long périple Pythéas nous rapporte un grand nombre de lieux géographiques cités pour la première fois : Kabaion (pointe de Penmarc h), Uxisama (Ouessant) et Corbilo (Saint-Nazaire) dans la péninsule armoricaine, Belerion, Kantion et Orcas les trois caps de la grande île Brettanique, Basileia l île Royale en mer Baltique, de grandes îles Baltia et Scandia, le territoire des Bergues (le port de Bergen) et Nerigon (la Norvège). À six jours de navigation de la Calédonie, Pythéas atteint la mystérieuse Thulé (l Islande) où le Soleil ne se couche pas, et à un jour de navigation au nord il est arrêté par le poumon marin, la banquise. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 23 usage de ses observations scientifiques et Étienne de Byzance, écrivain du IV e siècle de notre ère, cite encore Pythéas dont les ouvrages furent certainement détruits dans un des incendies de la bibliothèque d Alexandrie. Nous savons que Pythéas fut un excellent mathématicien et astronome. Nul ne le conteste, au contraire : ni Ératosthène de Cyrène, qui mesura avec précision la dimension de la Terre, ni Hipparque, le plus grand astronome de l Antiquité. Même ses adversaires le reconnaissent, Strabon lui reproche même de camoufler ses fabulations géographiques sous sa réputation de savant : «mensonges qu il a su couvrir de sa science de l astronomie et des mathématiques». «LE PLUS MENTEUR DES HOMMES» Polybe, et Strabon à sa suite, ont affirmé de façon péremptoire que Pythéas avait trompé son monde. Comment le croire, en effet, lorsqu il affirme que, dans l Océan, la mer monte et descend? que ces marées sont corrélées à la position et aux phases de la Lune? Comment admettre que le Soleil ne se couche pas, l été, lorsqu on atteint les latitudes polaires? Comment imaginer que dans ces régions de l extrême nord, la mer se transforme en masse gélatineuse où l on ne peut ni marcher ni naviguer? Comment croire que la mer Baltique est fermée alors que la conception de l oikoumenê (le monde habité entouré d eau de toutes parts) affirme la continuité de l Océan? Comment penser que des hommes peuvent vivre sous le cercle arctique? De l ouvrage de Pythéas, il est parvenu jusqu à nous une quarantaine de fragments. Pythéas, homme de science, rapporte pour la première fois à ses concitoyens les noms de caps, îles et golfes de l Europe du nord. Il indique toujours les chemins parcourus, les distances en stades et les traites de mer en journées. Il mesure la hauteur du Soleil à Marseille, en Celtique et en Calédonie, et calcule en heures équinoxiales la durée des nuits, de plus en plus courtes jusqu à Thulé. Ces éléments, si précieux pour la connaissance de la Terre, ne permettent malheureusement pas de reconstituer tout son voyage. L expédition se composait-elle d un seul ou de plusieurs navires? Y eut-il un seul ou plusieurs périples? Combien de saisons furent-elles nécessaires? Où hiverna-t-il? Dans quel sens Pythéas navigua-t-il autour de cette grande île Britannique dont il révèle le périmètre et la position en latitude? Les textes que nous possédons encore n apportent aucune réponse. Alors, que reste-t-il? Une mission d exploration qui ne nécessitait qu un équipage minimal et un bateau solide, «bien travaillé», comme dit le poète Denys le Périégète (II e s.). Cela correspondrait bien à la prudence de Pythéas et répondrait aussi aux objections de l historien Polybe : «il est invraisemblable qu un simple particulier, un homme sans ressources, ait parcouru de telles distances à la fois sur mer et sur terre». POUR QUELLES RAISONS PYTHÉAS EST-IL PARTI? Les textes anciens ne nous précisent pas les motifs de ce départ mais le caractère Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

24 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 3 : Les douze signes du zodiaque et le plan d une écliptique. Les astronomes grecs avaient repéré la course du Soleil à travers les constellations, c est-à-dire l intersection du plan du système solaire avec la sphère céleste. On ne verra jamais le Soleil dans la Grande Ourse, ni dans la Petite Ourse, ni dans la Croix du Sud. De la Terre on voit successivement au cours de l année le Soleil dans douze constellations, les douze signes du zodiaque, les douze «maisons» du Soleil. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 25 d exploration maritime effectuée par un astronome apparaît au long du récit. Les informations scientifiques alternent avec des descriptions pittoresques, respectueuses du mode de vie et de travail des populations indigènes. C est une expédition pacifique, sans arrogance militaire. Pour des raisons commerciales? Probablement. Les routes terrestres de l ambre et de l étain sont exploitées depuis longtemps. Pythéas part-il rechercher une voie maritime plus rentable? La contenance des cargos de l Antiquité, jusqu à 6 000 amphores, est impressionnante devant le maigre chargement d une caravane de mulets et justifie la reconnaissance d une voie maritime. Par curiosité, désintéressée ou non, voudrait-on connaître les techniques des Barbares (les non-grecs) pour prospecter et extraire ces matériaux bruts, pour en faire des produits finis? Pour des raisons de stratégie politique? C est également possible. Depuis le milieu du IV e siècle la sphéricité de la Terre est définitivement reconnue par le monde savant et l élite politique. Alexandre le Grand qui a eu Aristote pour maître n ignore rien de tout cela. Ce temps est aux expéditions et aux conquêtes : découvrir, élargir les horizons, accomplir des tours de force devient l état d esprit de l époque. Pythéas serait-il parti explorer une voie maritime permettant de contourner l Europe par le Nord? Pour satisfaire sa curiosité de scientifique? C est certainement la raison fondamentale de cette expédition. La Terre est ronde, Aristote a déjà mesuré sa dimension. Pythéas veut tenter sa chance par l Océan. Il sait qu au Nord, à la latitude 66 5, l été, le Soleil ne se couche pas, il veut le vérifier. La durée de sa navigation lui permettra d estimer la distance parcourue depuis Marseille (latitude 43 ), il en déduira alors la dimension de la Terre. Sa mesure, hélas, ne nous est pas parvenue. Par vocation de marin et pour l appel du grand large? C est certain. Avant tout, considérons Pythéas et ses marins comme les dignes descendants des Phocéens dont les citoyens, dit Hérodote, «sont les premiers des Grecs qui aient accompli des navigations lointaines». PYTHÉAS, L ART DE LA COMMUNICATION Comme bon nombre de Massaliotes de cette époque Pythéas parle la langue celte des tribus gauloises voisines, langue alors répandue jusqu aux rives de l Océan et à travers toute l Europe. Pythéas peut ainsi se renseigner et acquérir toute l information nécessaire sur la navigation, la géographie, la hauteur des marées ou la direction du cou- Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

26 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 4 : La Terre est ronde. Lors d une éclipse de Lune, Pythagore a observé que l ombre de la Terre projetée sur la Lune est un arc de cercle ; que l éclipse ait lieu au levant, au méridien ou au couchant, l ombre dessine toujours le même arc de cercle, c est bien la preuve que la Terre est une sphère et non un disque circulaire. À Alexandrie, Eudoxe a aperçu dans le ciel Canopus, une étoile qui n était pas visible d Athènes et en remontant le Nil jusqu à Syène il a vu la Croix du Sud. Les Grecs avaient aussi compris qu en continuant vers le Sud, on ne glissait pas et que l on avait toujours les pieds dirigés vers le centre de la Terre. Ils savent qu aux antipodes «on ne tombe pas». Pour cette raison Aristote place la Terre au centre du monde. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 27 cher du Soleil ; les textes précisent ainsi : «les Barbares lui montrèrent la couche du Soleil». Pour l aider dans sa navigation, Pythéas fait appel à des pilotes autochtones sillonnant les mers sur des bateaux de commerce ou de pêche, embarqués au hasard des escales et l emmenant toujours plus loin vers le Nord. Ces marins indigènes connaissent bien ces dangereuses routes maritimes des mers celtiques et nordiques. Arrivé au cap Orcas, Pythéas apprend des autochtones la direction de Thulé, située au Nord, et sa distance, à six jours de navigation. Seul et sans aide, il ne pouvait trouver Thulé sur sa route. Sur les rives de l Océan, Pythéas et ses marins découvrent les marées. En mer on ne peut apprécier les changements de niveau ; quant aux escales, elles sont trop brèves et trop variées, avec des régimes de marées décalés. Pythéas écoute donc les explications des Barbares, ces témoins anonymes qui vivent au rythme des marées depuis des générations. Soudain, c est l étincelle de la découverte : Pythéas comprend que les marées sont corrélées avec la Lune. À son retour à Marseille, Pythéas sera traité de menteur. Qui peut croire que la mer monte et descend! et que vient faire la Lune dans cette histoire! Comme marin, Pythéas fait preuve du même pragmatisme. Avec son équipage, il effectue sur mer un dangereux périple, environ 10 000 milles nautiques. Il navigue à un bon rythme, proche de 1 000 stades par jour. Son bateau est bien conçu : plus «marin» que les pentécontores, moins lourd que les cargos de commerce de l Antiquité. Son choix est judicieux, il sait profiter de la longue expérience de construction navale et de navigation des Massaliotes. D OÙ PYTHÉAS TENAIT-IL SES CONNAISSANCES ASTRONOMIQUES? L astronomie est une longue science d observation. Même une vie entière ne suffit pas à un homme seul, si génial soit-il, pour comprendre les phénomènes du ciel. Les connaissances astronomiques exigent des dizaines et même des centaines d années d observation pour déterminer la période de révolution des planètes ou le cycle des éclipses. Pythéas avait recueilli les connaissances des Phocéens, mais aussi celles des Pythagoriciens de Crotone et de Tarente ; il n est pas un astronome isolé. Marseille est alors une cité cultivée, «de toutes les républiques grecques d alors la plus sagement équilibrée», selon Aristote, «le siège des sciences, la régulatrice des bonnes études» affirmera Tacite. Grâce à Thalès, Anaximandre et Eudoxe, les astronomes grecs ont alors recueilli les connaissances astronomiques accumulées par les Égyptiens et les Babyloniens pendant de longs siècles d observations. Hérodote nous raconte la prévision d une éclipse : «Cette défaillance du jour avait été prédite aux Ioniens par Thalès de Milet, qui en avait fixé l époque dans les limites de l année où effectivement elle eut lieu». Ils ont identifié les douze signes du zodiaque, c est-à-dire les douze «maisons» du Soleil au cours de l année. Belle performance, car on voit le Soleil le jour et les étoiles Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

28 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 5 : Ératosthène mesure la dimension de la Terre. Les astronomes grecs des temps classiques avaient mesuré la circonférence de la Terre par arpentage entre deux points dont on détermine la latitude. Dans son De coelo, Aristote nous rapporte la première mesure de la grandeur de la Terre : 400 000 stades grecs de 185 mètres, soit 74 000 km de circonférence, distance surévaluée de 85 % certes, mais qui donne bien l ordre de grandeur. La seconde mesure connue, 300 000 stades, est celle que rapporte Archimède dans l Arénaire, mais nous ne savons s il utilisa les distances parcourues en Égypte par les bématistes d Alexandre ou celles de l expédition de Pythéas vers le Nord? La troisième mesure de la dimension de la Terre, celle d Ératosthène entre Syène et Alexandrie, est désormais passé à la postérité en raison de la limpidité de la démonstration, l un des points, Syène, étant situé sous les tropiques. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 29 Aquarelle 6 : Les saisons ont des durées inégales. Les astronomes grecs connaissent avec grande précision la durée de l année 365 jours 1/4. Ils savent repérer le début des saisons : les jours des équinoxes de printemps et d automne où la durée du jour est égale à la nuit et les jours des solstices, où la trajectoire du Soleil reste la même - sol stat - pendant plusieurs jours ; ils savent qu au solstice d été le Soleil monte au plus haut dans le ciel et qu au solstice d hiver sa trajectoire est au plus bas sur l horizon. Chose extraordinaire, Euctémon, un astronome grec, a même découvert que les quatre saisons ont des durées inégales (la plus longue est alors le printemps) et Callipe vient de mesurer leur durée à un jour près grâce à un gnomon qui permet de connaître la date de ces quatre jours de l année. Ces quatre points (équinoxes, solstices) sont à angle droit par rapport au Soleil situé à l un des foyers de l ellipse. Le grand axe de l ellipse tourne lentement au cours des siècles par rapport à ces quatre points à angle droit. Aujourd hui la Terre est au périhélie (au plus proche du Soleil) le 4 janvier, c était le 26 novembre à l époque de Pythéas. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

30 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 7 : L inclinaison de l axe de la Terre. L aquarelle montre le mouvement de la Terre autour du Soleil (représentation actuelle, héliocentrique). On voit bien l inclinaison de l axe de la Terre, marqué en rouge. C est l obliquité de l écliptique, angle formé entre le plan de l équateur et le plan de l écliptique. Cet angle 11/166 (23 8) a été mesuré pour la première fois, avec précision., par Pythéas. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 31 la nuit. Au crépuscule il faut mémoriser la constellation zodiacale qui se couche, voisine de la constellation juste couchée où se situait le Soleil, à l aube il faut mémoriser la constellation zodiacale qui précède le lever du Soleil. On sait aussi que le plan de l écliptique (le zodiaque) est en oblique par rapport au plan de l équateur céleste et, dès le V e siècle avant notre ère, les Pythagoriciens avaient mesuré cet angle, l obliquité de l écliptique. Les astronomes grecs savent que la Terre est ronde, que la Lune est éclairée par le Soleil. Ils imaginent dès lors que le Soleil et les planètes sont également sphériques. Ils ont observé que les planètes Mercure et Vénus, tantôt visibles le matin, tantôt visibles le soir, s écartent très peu du Soleil. Ils savent que les trois autres planètes alors connues, Mars, Jupiter, Saturne, peuvent parcourir tout le zodiaque : tantôt elles avancent, tantôt elles retardent par rapport aux étoiles. Les astronomes grecs savent que l année dure 365 jours 1/4, Hipparque précisera même 365 + 1/4 1/300 soit 365,247 jours. Chose extraordinaire, l astronome grec Euctémon, a même découvert, en 430 avant notre ère, que les quatre saisons n ont pas la même durée ; la plus longue est alors le printemps. L OBSERVATOIRE DE PYTHÉAS L observatoire de Pythéas avait un gnomon d une «hauteur considérable» selon l astronome Cléomède qui vivait au temps de l empereur Auguste. Où était-il situé? Les textes anciens ne le précisent pas, seules des fouilles archéologiques permettront peutêtre de retrouver un jour ses vestiges. À Rome, l horologium d Auguste, aujourd hui reconstitué, est un observatoire solaire de même type. Son obélisque, originaire d Égypte (VI e siècle av. J.-C.), importé à Rome sous Auguste, était heureusement resté intact, mais sa fonction astronomique était oubliée. Par chance, lors de fouilles menées en 1979, les archéologues ont mis au jour le niveau d origine de la terrasse de cet observatoire et ils ont retrouvé les graduations en bronze et les hyperboles gravées sur le sol. Pythéas consacre beaucoup de soin à la construction de son observatoire. Le gnomon, instrument merveilleux de simplicité, était connu depuis Anaximandre, au VI e siècle, et les Grecs, nous dit Hérodote, l avaient appris des Babyloniens. La mesure de la longueur de l ombre d un gnomon permet de connaître la hauteur du Soleil, c est-à-dire à quel angle il se trouve au-dessus de l horizon. Sur une terrasse horizontale, Pythéas érige un gnomon d une dizaine de mètres de hauteur et il le gradue : 120 divisions depuis le niveau de la terrasse jusqu à la pointe du gnomon et, pour plus de précision, il subdivise en cinq parties chacune de ces 120 graduations. Pour tracer la ligne méridienne (la direction Nord-Sud), Pythéas utilise deux positions symétriques où le Soleil est exactement à la même hauteur au-dessus de l horizon ; la longueur de l ombre est alors la même. Dans l après-midi Pythéas attend donc le moment où la longueur de l ombre va redevenir égale à celle repérée le matin ; la bissectrice de ces deux lignes symétriques est la ligne méridienne. Elle donne chaque jour l heure vraie de midi, l heure du Soleil ; c est la direction-origine de cet imposant cadran solaire dont Pythéas trace les lignes horaires. Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

32 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 8 : Ombre du gnomon sur le sol en été et en hiver. Sur l une des aquarelles on peut voir comment se projette l ombre d un gnomon dressé à la latitude de Marseille : au solstice d été, à midi, l ombre est la plus courte, tandis qu au solstice d hiver, à midi, l ombre est la plus allongée. Lors des équinoxes la longueur de l ombre est intermédiaire. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 33 DE GRANDES DÉCOUVERTES AVEC DES MOYENS MODESTES Aujourd hui, sachant la hauteur d un gnomon et la longueur de l ombre, on peut à partir de ce rapport appelé «tangente de l angle» connaître l angle lui-même à l aide d une calculette. À l époque de Pythéas, on ne connaît pas les fonctions trigonométriques, on ne divise pas non plus le cercle en 360 degrés et en ses sous-multiples, on ignore les nombres décimaux, on utilise seulement les nombres entiers, les quantièmes et les fractions. Pythéas n est pas un mathématicien au sens où on l entend aujourd hui, c est tout simplement un astronome observateur, assidu et habile, qui utilise des méthodes graphiques. De même, un jardinier, avec une ficelle et deux piquets, peut tracer une belle ellipse pour marquer le contour de son parterre de fleurs. Comme les astronomes de toutes les époques, Pythéas observe le ciel tous les jours de l année dès que le beau temps le permet. Il repère chaque jour le déplacement de l extrémité de l ombre. L ombre du Soleil est minimum chaque jour à l heure de midi, mais les courbes tracées sur le sol sont chaque jour différentes. Sur les dalles de la terrasse, Pythéas incruste les marques en bronze traçant la ligne méridienne, la ligne des équinoxes et les six courbes délimitant les douze mois zodiacaux. Mais Pythéas n a jamais su que les courbes dont il relevait tous les jours le tracé sur le sol étaient des hyperboles. Les propriétés de ces courbes mathématiques - hyperboles, paraboles, ellipse - seront comprises et expliquées un siècle plus tard par Apollonios de Pergé dans son traité Les coniques. LA MESURE DU SOLSTICE D ÉTÉ À deux reprises Strabon nous signale la mesure de la longueur de l ombre effectuée par Pythéas, et, paradoxe, c est lui-même, son adversaire acharné, qui nous en transmet la valeur : «le gnomon est avec son ombre, le jour du solstice d été, dans le rapport de cent-vingt à quarante et un et quatre cinquièmes» ; il sauve ainsi cette donnée astronomique qui figurait dans Peri okeanou, le livre perdu de Pythéas. Dans son Histoire de l astronomie ancienne, Jean-Baptiste Delambre a recensé dans les textes de Strabon et de Pline d autres mesures de l ombre : le jour de l équinoxe, la hauteur du gnomon est à la longueur de son ombre de 5 à 3 à Alexandrie, de 11 à 7 à Carthage, de 4 à 3 à Athènes, l ombre est égale au gnomon à Venise Mais ces mesures grossières, à un seul chiffre significatif, ne sont pas comparables aux mesures précises, à trois chiffres significatifs, de Pythéas. Elles sont effectuées à l équinoxe pour évaluer des latitudes géographiques et non aux solstices à des fins astronomiques. Ces mesures banales ne nécessitent ni un observatoire, ni l expérience d un astronome. Strabon ne cite même pas ces géographes, par contre il ne manque pas de nommer les astronomes, Pythéas, Ératosthène, Hipparque, même s il conteste leurs conclusions quand elles viennent bouleverser sa Géographie. Strabon envie cette science de l astronomie qu il ne comprend pas. Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

34 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 9 : L observatoire de Pythéas. L obélisque, le gnomon lui-même, devait avoir une dizaine de mètres de hauteur. Un observatoire de l Antiquité est constitué par un gnomon dressé sur une grande terrasse horizontale. C est à la fois une ligne méridienne, un cadran solaire, un calendrier des quatre saisons et un calendrier des douze mois zodiacaux. Les lignes horaires convergent vers un point de la terrasse situé au Sud du gnomon ; ce point est lui-même défini par la parallèle à l axe du monde passant par le sommet de l obélisque. Chaque jour l ombre est minimum à l heure de midi, mais chaque jour de l année elle est différente ; selon la hauteur du Soleil à midi, l ombre s allonge sur la ligne méridienne. Au cours de chaque journée, l extrémité de l ombre décrit une courbe différente : hyperboles concaves au printemps et en été, hyperboles convexes en automne et en hiver. La ligne droite centrale est décrite deux fois, les jours d équinoxe (déclinaison = 0 ). Les deux hyperboles extrêmes(d = ± 23.5 ) marquent les solstices. Les hyperboles intermédiaires (d = ± 11.5 et d = ± 20 ) délimitent les douze mois zodiacaux. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 35 Grâce à cette mesure très précise effectuée par Pythéas au solstice d été, les astronomes savent aujourd hui quelle était l obliquité de l écliptique, c est-à-dire l inclinaison de l axe de la Terre, à l époque de Pythéas. En analysant cette mesure essentielle, ils se sont aperçus, dès le XVIII e siècle, que l inclinaison de l axe de la Terre diminuait lentement au cours des siècles. Il faudra Laplace pour comprendre qu il s agissait d une oscillation (entre 22 et 24,5, et en 40 000 ans) du plan de l orbite terrestre, causée par Jupiter et Saturne. LA MESURE DE L OBLIQUITÉ DE L ÉCLIPTIQUE Les Pythagoriciens avaient mesuré l obliquité de l écliptique, 1 / 15 de la circonférence. Ératosthène, le premier, citera une valeur plus précise : 11 / 166 de la circonférence (il écrit en fait 11 / 83 qui est la double-obliquité, du solstice d été au solstice d hiver). D où peut provenir un tel nombre 83? Par qui et comment aurait-il pu être mesuré? Avec les armilles équatoriales du portique d Alexandrie dues à la mugnificence de Ptolémée-Évergète? Avec un scaphé comme le rapporte Géminos? Avec un quart de cercle ou une armille solsticiale dont parle Claude Ptolémée plusieurs siècles après? Un nombre fractionnaire comme 11 / 83 ne peut surgir de la lecture de cercles gradués. Delambre, qui a mesuré le méridien pour établir la longueur du mètre, souligne la fragilité de ces instruments mobiles de l Antiquité qui ont pu se «fausser» ou se «déranger» au cours de la mesure, échelonnée sur trois mois. Au XIX e siècle, toutes les tentatives pour mesurer la parallaxe (la distance) des étoiles avec des instruments mobiles, à six mois d intervalle, se solderont également par un échec. Avec Delambre on peut donc conclure que «l intervalle entre les tropiques n a pu être mesuré qu à l aide d un gnomon», instrument fixe, stable sur plusieurs mois et même plusieurs années. Le gnomon permet, en plus, de déterminer les dates des solstices et des équinoxes où il convient d effectuer ces mesures. C est à Ératosthène que l on attribue cette mesure de l obliquité mais Ératosthène, qui était à la fois directeur de la bibliothèque d Alexandrie et précepteur de Ptolémée Philopator, n aura consacré probablement que la moindre partie de son temps aux observations astronomiques. Il s était fait une réputation dans un grand nombre de domaines : les mathématiques, l astronomie, la géographie, la musique, la philosophie, la philologie et la littérature. Il y gagna les surnoms de Beta et de Pentathlos destinés à insinuer qu il n était que le second dans chacun de ces nombreux domaines. Ératosthène qui avait lu le Peri Oceanou utilisa probablement les mesures de Pythéas, il pouvait reporter graphiquement sur un papyrus les mesures de Pythéas (120 de hauteur, 111 et 41,8 d ombre) et en déduire l obliquité de l écliptique. Il est difficile de croire qu après s être donné tant de mal, Pythéas, auréolé par Strabon de «sa science de l astronomie et des mathématiques», ne soit pas allé jusqu au bout de son calcul, le dernier relevé «de jardinier» étant le plus facile. Quel dommage que son livre ne nous soit pas parvenu intégralement, la valeur 11 / 166 devait y figurer. Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

36 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 10 : Mesure de l obliquité de l écliptique. L obliquité de l écliptique est l angle formé entre le plan de l écliptique et le plan de l équateur, c est à- dire entre les directions du Soleil à midi le jour du solstice d été et le jour de l équinoxe (printemps ou automne). Pour connaître cet angle il suffit de repérer la position de l ombre sur le sol à midi., ces deux jours là, à trois mois d intervalle : l ombre vient se projeter sur la ligne méridienne à 111 divisions le jour de l équinoxe et à 41,8 divisions le jour du solstice d été. Pour mesurer cet angle situé dans le plan méridien à la pointe du gnomon, Pythéas a l astuce de rabattre sur le sol le plan méridien vertical. La pointe du gnomon (à 120 divisions de hauteur) est projetée sur la ligne Est-Ouest à 120 divisions du pied du gnomon. C est le centre du cercle de mesure que l on joint aux points du solstice d été et de l équinoxe pour engendrer l angle. L angle, marqué en rouge, est désormais matérialisé sur le sol. Pour le chiffrer, en fraction de circonférence suivant l usage de l époque, Pythéas reporte 1, 2, 15 fois sa corde. Il lui reste un petit résidu pour retomber juste au point de départ, c est normal car l angle mesuré est légèrement plus petit que 24. Il prend alors ce résidu comme nouvel arc-unité et le reporte 11 fois pour compter l angle de l obliquité de l écliptique, et 11, 22, 165, 166 fois pour parcourir la circonférence. L obliquité de l écliptique est 11 / 166. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 37 LA LATITUDE DE MARSEILLE De cette séquence d observation, Pythéas déduit la latitude de Marseille à 1/10 de degré près. Marseille est la première ville au monde dont on connut exactement la latitude. Cette position de Marseille, les distances parcourues et les hauteurs du Soleil en Grande-Bretagne et à Thulé, serviront de base à la carte du monde d Ératosthène qui pourra dès lors situer la Celtique, la Grande-Bretagne, Thulé, Baltia tout l Océan du Nord, contrées qu il ne vit jamais. À la même époque, Dicéarque, élève d Aristote et très critique vis-à-vis de Pythéas, plaçait Byzance à la latitude de 45 (au lieu de 41 ) et, un siècle plus tard, Ératosthène, qui n avait pu la remesurer, reproduisait cette erreur dans sa Géographie. Deux cents ans après Pythéas, Hipparque n avait pour son usage que des latitudes géographiques déterminées de six lieux : «Alexandrie, Rhode, Syène, Ptolémaïs épithéras, Bérénice troglodytique, en y comptant Marseille». IL N Y A PAS D ÉTOILES AU PÔLE, AFFIRME PYTHÉAS L une des plus belles découvertes astronomiques de Pythéas, qui lui valut l éloge d Hipparque, est l observation du pôle céleste, direction située dans le prolongement de l axe de la Terre et autour de laquelle on voit tourner toutes les étoiles. La présence d une étoile au pôle céleste, aujourd hui α de la Petite Ourse, est particulière à notre époque ; cette situation qui évolue lentement durera encore un siècle ou deux. L observation de la position du pôle céleste par rapport à quelques étoiles circumpolaires effectuée par Pythéas est importante puisqu elle nous permet de connaître la configuration du ciel à son époque : les coordonnées des étoiles ont changé depuis, ou plutôt, l axe de la Terre se dirige vers d autres constellations. Pythéas précise avec juste raison : «Et c est qu en effet au pôle il n y a aucun astre, mais un endroit vide, près duquel se trouvent trois étoiles, avec lesquelles le signe qu on mettrait au pôle constitue à peu près un quadrilatère». L astronome Delambre établit que ces trois étoiles étaient α et κ de la constellation du Dragon et par β de la Petite Ourse. Laplace, le grand astronome qui développa la Mécanique céleste, calcula la position du pôle à cette époque, c était l endroit décrit par Pythéas. Il lui rendit hommage. LA NAVIGATION ASTRONOMIQUE À L ÉPOQUE DE PYTHÉAS Depuis l Antiquité les marins s orientent le jour avec le Soleil et se guident la nuit avec les constellations circumpolaires comme la Grande Ourse, la Petite Ourse et le Dragon, proches du pôle céleste. Au crépuscule, ils observent la direction du coucher des constellations telles qu Orion, les Pléiades, les Hyades et le Bouvier qui se couchent les unes à l Ouest, les autres au Nord-Ouest. À l époque du voyage mythique de Jason à la recherche de la Toison d or, la constellation du Dragon est alors au pôle céleste ; Tiphys, le pilote du navire Argo, explique : «Mon guide est ce Dragon, qui, enlaçant de ses replis sept étoiles, la Petite Ourse, plane toujours au-dessus de l horizon et ne se couche jamais dans les flots». Les marins phéniciens, écumeurs des mers, «se guident en mer avec Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

38 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 11a : Il n y a pas d étoile au pôle à cette époque. Au cours de la nuit, les étoiles proches de l équateur céleste décrivent de grands arcs de cercles, mais les constellations circumpolaires comme la Grande Ourse, la Petite Ourse ou le Dragon décrivent des cercles de plus en plus petits quand on s approche du pôle céleste, étoile fictive qui resterait immobile pendant la nuit. Pour dessiner la carte du pôle céleste Pythéas utilise la pointe de son gnomon qui est un merveilleux repère fixe dont la silhouette vient, au clair de lune, se découper sur le ciel. Au point de visée, situé à environ dix mètres au Sud du gnomon, Pythéas dresse une lucarne, une grille, derrière laquelle il viendra, d heure en heure, repérer les arcs de cercles décrits par les étoiles les plus proches du pôle. Il profite de la lueur d une nuit de pleine lune pour distinguer en même temps la grille, la pointe du gnomon et les étoiles les plus brillantes. Pendant une longue nuit d hiver où la Lune est haute dans le ciel, Pythéas observe pendant douze heures d affilée le demi-cercle parcouru sur cette grille par l ombre des étoiles circumpolaires. Le pôle céleste est au centre de ce cercle, à l un des angles d un quadrilatère dont les trois autres sont les étoiles α et κ de la constellation du Dragon et β de la Petite Ourse. Aquarelle 11b : Précession des équinoxes. La Terre tourne comme une toupie, avec deux mouvements. Elle effectue un tour en vingt-quatre heures et, en même temps, son axe décrit sur le ciel, en 26 000 ans, un cône de 23 5 d angle, en sens inverse. À l époque de Pythéas l axe de la Terre était dirigé vers un endroit vide d étoiles, aujourd hui vers α de la Petite Ourse et dans 12 000 ans vers l étoile Véga, devenue alors étoile polaire. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 39 Cynosure, la Petite Ourse, plus faible que la Grande Ourse mais plus utile aux marins car, plus proche du pôle, tournant dans un cercle plus petit». Les marins grecs utilisent la Grande Ourse qui était alors à 15 du pôle (et non à 30 comme aujourd hui). Homère nous raconte dans l Odyssée «qu en quittant l île de Calypso, Ulysse dirige pendant dixsept jours son radeau en gardant constamment l Ourse sur sa main gauche». Le poète et astronome Aratus confirme que «les Achéens ont confiance en Hélice, la Grande Ourse, pour guider leurs navires». Ovide ajoute que les Grecs «gouvernent leurs navires avec la rame et observent l astre pluvieux de la Chèvre, ainsi que Taygète, l une des étoiles des Pléiades, les Hyades, et l Ourse». Euripide disait déjà «les Hyades constituent un point de repère sûr pour les navigateurs». Pythéas compte les distances parcourues en journées de navigation. On connaît la vitesse des bateaux de l Antiquité ; Strabon affirme que les bateaux allaient en trois jours de Rhodes à Alexandrie et Polybe nous rapporte que la flotte de Publius Scipion mit cinq jours, au rythme du plus lent et du plus chargé, pour relier l embouchure de l Arno à celle du Rhône. C est à cette vitesse moyenne de trois à quatre nœuds que vient de naviguer le Kyrenia, réplique moderne d un navire du IV e siècle av. J.-C. On peut en conclure que Pythéas parcourait environ 160 km par jour. Ératosthène qui utilise dans sa Géographie les distances parcourues par Pythéas à partir de Marseille les exprime en stades égyptiens de 157,5 mètres et compte mille stades par jour de navigation. Le jour, Pythéas s oriente avec le Soleil ; avec son sablier il connaît l heure et donc l orientation du Soleil par rapport au Sud. La nuit, Pythéas navigue avec les étoiles circumpolaires, nul mieux que lui ne connaît la direction du pôle céleste. DES COLONNES D HERCULE À LA BRETAGNE ARMORICAINE «De Marseille aux Colonnes d Hercule, Ératosthène donne sept mille stades, 600 milles nautiques, mais en partant des Pyrénées six mille» ; il s agit ici de l estimation effectuée par Pythéas, très proche, à 16 % près, de la distance réelle donnée par les Instructions nautiques. Arrivé dans l Océan, Pythéas découvre les marées. Ce phénomène éveille sa prudence de marin et attise sa curiosité de scientifique. En dépit de quelques incompréhensions, les textes de Plutarque et du pseudo-gallien nous apprennent que Pythéas est le premier savant qui attribue à la Lune la cause des marées océaniques, il découvre même que l amplitude des marées dépend des phases de la Lune. Dès cette époque on sait qu en période de pleine lune et de nouvelle lune l amplitude des marées est forte (marées de vives-eaux), et qu aux quartiers elle est moindre (marées de mortes-eaux). Posidonius expliquera plus tard les grandes marées d équinoxe tandis que Pline nous rapportera le retard des marées par rapport au passage de la Lune au méridien en mentionnant également l extrême amplitude des marées observées par Pythéas dans les îles Britanniques. Pythéas traverse en trois jours le golfe de Gascogne, de la pointe extrême de l Ibérie à la péninsule armoricaine ; il note la puissante avancée de la Celtique vers l Ouest, l exa- Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

40 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 12 : Les marées et la Lune prennent cinquante minutes de retard chaque jour. Premier soir, dans le ciel les constellations du Bouvier et du Lion, la Lune au Sud-Ouest ; c est l étale de haute mer. Le lendemain à la même heure, rien n a changé dans le ciel sauf la Lune, plus haute et au Sud ; la mer n a pas encore fini de monter. Après cinquante minutes d attente la Lune reprend dans le ciel la même place que la veille et la mer retrouve son plus haut niveau. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 41 gérant peut-être. Pythéas fait ainsi entrer dans notre histoire nationale les noms des Ostimioi, les Bretons armoricains, le cap Kabaïon, la pointe de Penmarc h, Uxisama, l île d Ouessant et Corbilo, Penestin. LES ÎLES CASSITÉRIDES Pythéas entre alors en mer celtique, la mer de l étain, et fait route vers les îles Cassitérides qui désignaient alors l extrémité ouest de la Cornouailles britannique, notamment les îles Scilly aussi appelées les Sorlingues. Pythéas double le cap Belerion que les Britanniques appellent Land s End. C est dans cette région, le West Penwith actuel, que le minerai était exploité, à ciel ouvert. Diodore de Sicile, se référant à la relation de Pythéas, précise : «Sur ce promontoire britannique qui s appelle le Belerion, les habitants sont extraordinairement bien disposés envers les étrangers et par suite de leurs relations avec les marchands étrangers, leurs mœurs se sont tout à fait adoucies. Ces gens exploitent l étain en traitant avec habileté le minerai qui le contient. Ce minerai consiste en quartiers rocheux contenant des excroissances terreuses. C est de ces excroissances terreuses que, par un travail attentif de triage et de fusion, ils obtiennent l étain pur. Ayant modelé leur étain en forme d osselets». La suite du récit, raconté par Diodore de Sicile, nous parle d une île Ictis, «À la marée basse, en effet, le passage étant à sec, ils transportent dans cette île, sur des chariots, de grandes quantités d étain. Il y a quelque chose de bien particulier dans ce qui se passe pour ces îles toutes proches entre la côte britannique et l Europe : à marée haute, en effet, le passage se remplissant, elles font l effet d être des îles, mais à marée basse, la mer s étant retirée et ayant laissé le sol largement à sec, elles apparaissent comme des presqu îles. C est donc là que les marchands étrangers viennent faire leurs achats aux indigènes, et c est de là qu ils font transporter cet étain en Gaule». Ictis est le Saint Michael s Mount dans la baie de Penzance en Cornouailles. Pline l Ancien et l historien Timée complètent ce récit en parlant d une autre île : «à six jours de navigation il y a une île appelée Vectis, d ou provient l étain. Les Britanniques s y rendent dans des barques d osier cousues de cuir», un peu comme les curraghs irlandais d aujourd hui ; Vectis, 300 km à l Est d Ictis, est l île de Wight, en Manche, face à l embouchure de la Seine. «Enfin, voyageant par la voie de terre à travers la Gaule, ils transportent à dos de cheval, en trente jours environ, leur cargaison jusqu à l embouchure du Rhône». LE TOUR DES ÎLES BRITANNIQUES Les textes anciens mentionnent le cap Kantion, cap extrême situé au Sud-Est de l Angleterre qui a donné son nom au comté de Kent et le cap Orcas, les Orcades. Pythéas est le premier à nommer cette grande île Bréttanique. Il nous révèle la forme triangulaire de cette île «plus grande que la Sicile», calcule son périmètre «plus de quarante mille stades» et la longueur de ses trois côtés ; les distances sont surévaluées mais les proportions sont exactes. Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

42 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 13 : Les marées au Cap Sacré, pour un faible retard de la marée. Tableau 1 : La Lune à l est, étale de basse mer. Tableau 2 : La Lune monte dans le ciel, la mer aussi ; 6h 12min plus tard la mer est haute. Tableau 3 : La Lune redescend, la mer aussi ; 12h 25min plus tard la Lune a accompli une demi-révolution, exactement, c est à nouveau l étale de basse mer. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 43 Pythéas établit un bon contact avec les indigènes celtes qui habitent alors les îles Britanniques. Il nous décrit leur mode de vie : «On dit que c est une race autochtone qui habite la grande île britannique et que ses mœurs sont celles d autrefois. D une part, en effet, dans leurs guerres, ils se servent de chars comme le faisaient les héros grecs dans la guerre de Troie, et d autre part, ils ont des habitations fort pauvres faites le plus souvent de roseaux et de bois. Ils font leur provision de blé en coupant les épis et en les conservant dans des abris couverts. De ces réserves, ils tirent chaque jour les vieux épis qu ils égrènent et travaillent de façon à y trouver nourriture. Pour ce qui est de leur caractère, ce sont des gens très simples et bien éloignés de cet esprit vif et méchant qui est celui des gens d aujourd hui. Leur façon de vivre est rudimentaire et n a rien à voir avec cette vie molle et voluptueuse qui naît de la richesse. On dit aussi que l île est peuplée et que l air y est tout à fait froid, comme il est naturel pour un pays qui se trouve sous l Ourse même. Ils ont de nombreux rois et chefs et généralement vivent en paix les uns avec les autres». CRÉPUSCULES POLAIRES, NUITS CLAIRES ET NUITS NOIRES Par convention, on appelle crépuscule civil la période entre le coucher (ou le lever) du Soleil et sa position à 6 sous l horizon ; on aperçoit alors les grosses planètes et les premières étoiles. Le crépuscule astronomique se prolonge jusqu au moment où le Soleil est à 18 sous l horizon ; on voit alors voir au zénith les étoiles de sixième magnitude à l œil nu, c est la nuit noire. Les nuits claires, crépusculaires, s étirent de mai en août aux Shetland et d avril en septembre en Islande. Hipparque nous rapporte sur la lumière crépusculaire des contrées boréales les observations de Pythéas : «vers le Borysthène et la Celtique, tout au long des nuits d été, le ciel est éclairé latéralement par la lueur du Soleil qui décrit un cercle du couchant au levant». Cette définition du crépuscule astronomique est très précise : «quand le Soleil est abaissé sous l horizon de 7/12 d un signe du zodiaque» (-17 30 ), même définition et convention qu aujourd hui (-18 ). L historien Tacite, parlant des nuits claires dans la partie la plus reculée de la Grande-Bretagne, définit aussi le crépuscule avec la visibilité des étoiles : «les ténèbres ne peuvent s élever, et la nuit ne s étend point jusqu au firmament et aux étoiles». L astronome grec Cléomède, citant Pythéas, précise qu «en (Grande) Bretagne les nuits sont si courtes et si peu obscures qu on y peut lire à toute heure». Ce que dit Pythéas des très longs jours en Grande-Bretagne s applique aux îles Shetland : le Soleil au début de l été s efface sous l horizon pendant deux heures, mais l éclat de ses rayons demeure, c est ce qu on appelle le dim aujourd hui ; plus au nord le phénomène s accentue. Faisant référence à Pythéas, le géographe Pomponius Mela explique très bien ces nuits claires de Thulé : «Thulé là les nuits, en été, sont éclairées, parce que à cette époque de l année, le Soleil se soutenant plus haut (descendant moins au-dessous de l horizon) sans être lui-même visible, cependant de sa splendeur voisine éclaire les lieux qui lui sont plus proches. Mais au moment du solstice il n y a plus de nuits parce qu alors le Soleil plus apparent montre non seulement sa clarté mais même la plus grande partie de son orbe». Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

44 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 14 : Grandes marées et petites marées. Tableau 1 : La Lune est pleine (ou nouvelle, le résultat serait le même), la Lune et le Soleil conjuguent leurs forces. C est une marée de vives-eaux, la mer monte plus haut et descend davantage, il faut mouiller le bateau au large et l on peut aller à la pêche à la crevette. Tableau 2 : La Lune est au quartier (premier ou dernier, l action est la même), la Lune et le Soleil sont à 90, effet minimum. C est une marée de mortes-eaux, la mer monte moins et descend moins, on peut jeter l ancre plus près et il ne reste plus qu à aller aux champs. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 45 L ARC DE MÉRIDIEN, DE MASSALIA À LA (GRANDE) BRETAGNE ET À THULÉ Paradoxe, une fois encore les astronomes doivent toute leur reconnaissance à Strabon qui a sauvé, de l œuvre perdue d Hipparque, ce passage sur les latitudes mesurées par Pythéas en Celtique et en Grande-Bretagne. Hipparque, se fiant à Pythéas, rapporte qu «à 6 300 stades de Marseille pendant les journées d hiver le Soleil ne s élève qu à six coudées et à quatre coudées seulement à 9 100 stades de Marseille, à moins de trois coudées dans les régions au-delà». L analyse du texte complet nous permet d identifier ces trois points de latitude et, sachant qu un angle d une coudée vaut 2, on peut placer : Le premier point, en Celtique, à 6 300 stades, le Soleil en hiver est à 12 au-dessus de l horizon au lieu de 23 à Marseille ; Pythéas a donc parcouru 11 vers le Nord depuis Marseille (située à la latitude 43 ) il se trouve donc à 54 de latitude. C est bien la presqu île de Jutland, limite de la Celtique. Le deuxième point, au septentrion de la Grande-Bretagne, à 9 100 stades, le Soleil est à 8 seulement au-dessus de l horizon, ce qui correspond à la latitude 58 ; c est, à 1/2 degré près, le cap Orcas au Nord de la Grande-Bretagne. Le troisième point, le Soleil à moins de trois coudées, est à une latitude de 60. Ce sont les Shetland situées à 60 5. Pour la massive Islande, qui s étend entre les parallèles 63 4 et 66 5, la distance calculée à partir des six journées de navigation depuis le cap Orcas est également juste. VERS LA MYTHIQUE THULÉ Pythéas laisse les Orcades derrière lui et s en va vers l île de Thulé. Strabon précise : «Pythéas dit que Thulé est à une distance de six jours de navigation de la (Grande) Bretagne en direction du Nord et qu elle est proche de la mer gelée». Pline confirme cette longue distance et associe cette lointaine Thulé au phénomène du Soleil de minuit : «Ce phénomène, d après ce qu écrit Pythéas le Massaliote, se produit dans l île de Thulé, qui se trouve à une distance de six jours de navigation de la (Grande) Bretagne au Nord», il précise même «la plus reculée de toutes les îles est Thulé». La grande aventure a commencé, celle qui assurera sa renommée, vers la lointaine Thulé. Le nom de Thulé, cité pour la première fois par Pythéas, remonte aux premières populations indo-européennes ; il a pris en chaque langue une nuance différente : Thuath en gaélique veut dire «le nord» ou «la gauche», Thyle en vieux-saxon et Tiule en goth signifient «la limite extrême», et en sanskrit Tula désigne «la Balance», la constellation de la Grande Ourse située au Nord. Cette île lointaine, cette colline sacrée, située «là-bas», au Nord, est l île de l Autre Monde, le Sid irlandais. Thulé, île fabuleuse où les jours sont sans fin, terre mythique sur laquelle on racontera des choses prodigieuses, est le pays des confins. Ultima Thule, selon l heureuse for- Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

46 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 15 : Couchers de Soleil à diverses latitudes. Partis en été, les marins de Pythéas découvrent l évolution des couchers de Soleil., des Colonnes d Hercule aux îles Cassitérides et à Thulé. La pente forte, puis douce, devient une tangente à l horizon. En même temps la direction du coucher change, de l Ouest elle remonte au Nord-Ouest puis plein Nord. Enfin l heure du coucher retarde progressivement, 18 heures, 21 heures puis 24 heures (Soleil de minuit). Les trois points choisis sont approximativement à la même longitude. Entre les trois scènes la Terre a tourné, nous avons tracé les trois cartes et les trois fuseaux horaires. Ces trois couchers de Soleil, en mer, se produisent quand ces lieux pénètrent dans la zone d ombre ; à chaque fois l artiste a prolongé la mer jusqu à son point et temps géographiques, sur le terminal de l ombre. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 47 mule de Virgile, elle sera longtemps l extrême limite nord du monde connu. À l époque romantique, Goethe célèbrera le mythe de Thulé dans Faust, mis en musique par Gounod et par Berlioz. Sa lyrique Ballade du roi de Thulé, traduite par Gérard de Nerval, eut un succès immense. À quoi correspond-elle? À l une des îles Shetland? aux îles Féroé? à l imposante Islande, comme l affirma l astronome et philosophe Gassendi dès 1636? Des îles Orcades, Pythéas et ses marins peuvent apercevoir à l œil nu la petite île de Fair Isle, et de là le promontoire de Jarlshof, déjà habité, à la pointe sud des Shetland (Hémodes), Les textes anciens, inspirés par Pythéas, signalent la proximité de Nerigon, la Norvège, «d où on peut aller par mer à Thulé» dit Pline, «Thulé, en face du littoral des Bergues» confirme Pomponius Mela. Beaucoup pensèrent à tort que, de l Écosse, on ne pouvait atteindre l Islande en six jours de navigation. C est pourtant la durée que mettaient les Vikings : «Tyli, Thulé, se trouve à six jours de traversée depuis le Nord de l Angleterre», précise cet extrait du Landnàmàbok, l épopée scandinave. THULÉ ÎLE «INHABITABLE» AUX YEUX DE STRABON Depuis Hérodote, les géographes pensaient que la Terre n était pas habitable en zone équatoriale, trop chaude, ni en zone arctique, trop froide. Le climat relativement tempéré et océanique que Pythéas rencontre jusqu en l Islande leur semble en totale contradiction avec l extrême rigueur des climats continentaux des monts Rhipées (Biélorussie) à 54 de latitude. Ératosthène fait confiance au témoignage de Pythéas et place Thulé sur le cercle de 66 5 de latitude, mais les autres géographes sont persuadés que tous les lieux situés à la même latitude jouissent du même climat. Ce raisonnement, théoriquement vrai, est ici démenti par le réchauffement apporté par le courant océanique du Gulf Stream ; une fois encore, Pythéas, homme de terrain, sera traité de menteur par Strabon, géographe de bibliothèque. Strabon soutient que toute vie humaine est impossible à ces latitudes, il fixe à 54 la limite nord de l oikoumenê, le monde habité : «Mais d une part, il est vrai, Pythéas le Massaliote prétend que c est la région de Thulé, la plus septentrionale des îles Britanniques, qui est la dernière des terres habitables Pour moi, au contraire, je pense qu il faut mettre beaucoup plus au midi cette limite septentrionale de la terre habitée ; car ceux qui ont fait maintenant des recherches n ont rien à signaler au delà de l Irlande qui se trouve au Nord de la (Grande) Bretagne à peu de distance, et dont les habitants sont tout à fait sauvages et vivent d une vie misérable à cause du froid, de sorte que je pense que c est là qu il faut placer la limite de la terre habitée». LE SOLEIL DE MINUIT ET LE POUMON MARIN Le Soleil qui ne se couche pas, cet événement spectaculaire décrit par Pythéas, a été largement rapporté par de nombreux auteurs. L astronome Géminos explique : «Car dans ces lieux il arrivait que la nuit était tout à fait brève, pour les uns de deux heures, Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

48 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 16 : Le Soleil de minuit à Thulé au solstice d été. «Car dans ces lieux le Soleil s étant couché, après un petit intervalle il se relevait aussitôt» précise Pythéas. Aquarelle Jean-Marie Gassend - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 49 pour les autres de trois, de sorte que le Soleil s étant couché, après un petit intervalle il se relevait aussitôt», et, dans son traité Du mouvement circulaire des corps célestes, Cléomède complète : «Au sujet de l île que l on appelle Thulé, et dans laquelle on dit qu est allé le philosophe Pythéas de Marseille, il paraît que le cercle entier décrit par le Soleil au solstice d été est au-dessus de l horizon, de sorte qu il coïncide pour ces lieux avec le grand cercle circumpolaire». Commentant ou résumant Pythéas, Pline précise à juste titre : «à un seul jour de navigation de Thulé se trouve la mer figée» ; la banquise commence bien là, au Nord de l île, à la belle saison. Ici se situe le célèbre «poumon marin» que le Massaliote «a vu de ses propres yeux», épisode rapporté par Strabon : «Pythéas parle en outre des parages de Thulé et de ces lieux, dans lesquels il n existe plus de terre proprement dite, ni de mer, ni d air, mais un mélange fait de ces choses, semblable au poumon marin (le nom en grec pour désigner les bancs de méduses), dans lequel il dit que la terre et la mer et toutes choses sont comme en suspension, comme si ce quelque chose était un lien entre tous les éléments, ne permettant ni de marcher ni de naviguer». Il s agissait de la limite du pack, le brash-ice où la brume épaisse enveloppe souvent le mélange de glaçons et d eau vitreuse travaillé par la houle pense Paul-Émile Victor. Ambiance stressante, bien difficile à rendre, et phénomène bien difficile à croire pour des Méditerranéens accoutumés à un univers où les limites entre terre, mer et ciel sont si nettes. VERS LA MER BALTIQUE Thulé et le cercle polaire franchis, Pythéas redescend vers le Sud. Qu il s agisse du même voyage ou d un deuxième périple, Pythéas se dirige ensuite vers l Est, «jusqu au Tanaïs», le Tanaïs est le Don, fleuve qui se jette en mer d Azov. Et là une explication s impose : les Anciens ignoraient l immense étendue des steppes russes, l extension de l Europe jusqu au Grand Nord. Ils pensaient que le Palus Méotide, la mer d Azov adjacente à la mer Noire, communiquait avec l Océan du Nord très proche, et même que la mer Caspienne débouchait directement sur l Océan par un détroit, analogue à Gibraltar, comme le montrent les cartes d Hécatée et d Ératosthène. L historien Timée, qui tient son information de Pythéas, précise au contraire que pour ce passage il faut traîner les bateaux par un portage pénible, n en déplaise à Strabon. Pour pénétrer en mer Baltique Pythéas se glisse dans des chenaux étroits, aestuaria, et signale un golfe immense, plein d îles de toutes tailles. «Sur ce golfe habitent les Cimbres et les Teutons, au-delà les dernières tribus germaniques, les Hermiones. Le pays des Sarmates est séparé des suivants par le fleuve nommé Vistule», là se trouvent leurs voisins les Goths, peuple scythe. Pythéas précise : «À un jour de navigation du rivage de cet estuaire se trouve une île nommée Abalus, sur laquelle au printemps les flots jettent l ambre qui est une sorte d excrétion solide marine : les habitants s en servent comme de bois pour le feu et le vendent à leurs voisins les Teutons». À cette île, il donne le nom d île Royale, sans doute le promontoire du Samland près de Königsberg ; sur ces rivages, après les grandes tempêtes, l on ramasse encore aujourd hui des nodules Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

50 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS Aquarelle 17 : Lune de midi et de minuit en hiver arctique. Au moment de la pleine Lune, la Lune se trouve à l opposé du Soleil ; alors, en raison de l inclinaison de l axe de la Terre, on observe que si le Soleil est haut dans le ciel la Lune est basse, et inversement. À gauche situation d hiver : le Soleil est bas sur l horizon, la pleine Lune est haute. À droite situation d été : le Soleil est haut dans le ciel, la pleine Lune est basse. Au-delà du cercle arctique, durant les nuits d hiver, la Lune quasi-pleine tourne sans se coucher pendant plusieurs jours ; c est la pleine Lune de midi et de minuit. Aquarelle Jean-Marie GASSEND - Les Éditions de la Nerthe Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840

BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS 51 d ambre, résine fossile aux belles incrustations d insectes ou de brindilles. Dans la mythologie, les Héliades pleurent des larmes d ambre à la mort de leur frère Phaéton qui n avait pu maintenir dans sa course le char du Soleil, et, selon Pline, l ambre était une sorte de liqueur concentrée des rayons du Soleil. Les jeunes filles grecques appréciaient les couleurs chaudes et chatoyantes des parures d ambre. Désormais la côte s incurve au Nord. Est-ce là qu il faut situer le territoire des Estiens? On est vraiment tenté de voir là nos Estoniens des pays Baltes. S inspirant de Pythéas, Pline et Pomponius Mela signalent encore les îles des Ovones qui, outre l avoine, se nourrissent d œufs d oiseaux, celles des Hippopodes, aux pieds de chevaux qui, sans doute, chaussaient des raquettes pour marcher dans la neige, d autres encore dites des Panotoi, aux immenses oreilles assez larges pour envelopper tout le corps, qui portaient des capuches à longs rabats ou de grands manteaux de fourrure. Ce n est pas ainsi qu un Romain les eût appelés ; on retrouve là, la marque d un Grec. Pythéas cherche encore, vers l Est, le Tanaïs, passage fluvial emprunté par Jason et les Argonautes au cours de leur voyage mythique et, plus tard, par les drakkars Vikings et Varègues qui, de la mer Baltique, rejoindront la mer Caspienne et la mer Noire par les grands fleuves russes. Pénétra-t-il au fond du golfe de Finlande, le Saint-Pétersbourg actuel? Ce n est pas impossible. Mais Pythéas est trop bon astronome et géographe : il est trop remonté vers le Nord alors qu il cherche un passage au Sud, c est l heure de songer à faire demi-tour ; l Océan est fermé. Pythéas signale encore deux îles, Scandia et Baltia «aux dimensions colossales» et décrit les Hyperboréens vivant dans un climat épouvantable où règnent un hiver perpétuel et un froid intolérable. «Le Soleil ne s y lève pas tous les jours comme pour nous» mais les Anciens comme Procope de Césarée, historien byzantin, savaient déjà que la Lune vient animer ces nuits perpétuelles. Un poème du Kalevala, épopée nationale de la Finlande, au V e siècle, le précise également : «La Lune lui répond avec intelligence : j ai bien assez de mes propres tourments pour songer à ton fils. Mon destin est cruel, mes jours sont durs. Je suis née pour errer solitaire au milieu des nuits, pour briller pendant les froids rigoureux, pour veiller sans cesse durant les interminables hivers, pour disparaître alors que règne l été». PYTHÉAS ET LA POSTÉRITÉ Le grand historien Camille Jullian souligne le succès prodigieux du récit de Pythéas : «Il fut, semble-t-il, écrivain très habile autant que marin très brave. Il sut mêler dans ses livres les observations précises et les anecdotes vivantes : c était un homme de science et d imagination, sûr et attachant à la fois. Ses écrits abondaient en noms et en chiffres : il indiquait toujours, pour les chemins parcourus, les distances en stades et les traites de mer en journées ; il rapportait fidèlement les noms indigènes des caps, des îles et des golfes. Toutes les catégories de lecteurs y trouvèrent leur profit. Les Vol. 96 - Janvier 2002 Yvon GEORGELIN...

52 BULLETIN DE L UNION DES PHYSICIENS géographes et les historiens des temps hellénistiques, Dicéarque, Hipparque, Ératosthène, Timée, Xénophon de Lampsaque, lui empruntèrent tous leurs renseignements sur l Occident, discutèrent ou copièrent ses chiffres et ses théories. Les faiseurs de romans exotiques placèrent dans sa Bretagne ou sa Thulé les Hyperboréens de l ancienne poésie grecque, et prirent ses descriptions comme cadres d extraordinaires aventures. Puis, après un temps d engouement, on se défia de Pythéas. Il subit le sort d Himilcon, ou des découvreurs de l étain et de l ambre, qu avait raillés autrefois Hérodote. En réalité, Pythéas n avait jamais menti, il ne s était trompé sur aucun point. Le malheur pour lui, fut que personne ne se sentit capable, dans le monde grec, de refaire son voyage». BIBLIOGRAPHIE JOURNÈS H., GEORGELIN Y. et GASSEND J.-M. Pythéas, explorateur et astronome. Les Éditions de la Nerthe, 2000. Note de la rédaction Nous remercions Yvon GEORGELIN, à l issue de la conférence passionnante qu il a faite au cours des journées nationales de l Union des Physiciens à Marseille (vendredi 26 octobre 2001), d avoir accepté de bonne grâce d écrire un article pour le BUP puis d avoir donné suite à ce projet aussi rapidement. On retrouvera la plupart des aquarelles qui illustrent cet article dans l ouvrage cité en bibliographie (voir analyse dans le rubrique «Paru ou à paraître» de ce numéro). Deux d entre elles sont toutefois inédites. Pythéas, astronome et explorateur BUP n o 840