Archimède définition

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Archimède de Syracuse (du grec Arkhimêdês), né à Syracuse en 287 av. J.-C.et mort à Syracuse en 212 av. J.-C., est un grand scientifique Grec de Sicile(Grande Grèce) del’Antiquité, physicien, mathématicienet ingénieur.

 

Éléments biographiques

La vie d’Archimède est peu connue, on ne sait pas par exemple s’il a été marié ou a eu des enfants.

Les informations le concernant proviennent principalement de Polybe (202 av. J.-C. – 126 av. J.-C.), Plutarque(46 - 125), Tite-Live(59 av. J.-C. – 17 ap. J.-C.) ou bien encore pour le cas de l’anecdote de la baignoire, de Vitruve, un célèbre architecte romain.

Ces écrits sont donc, sauf pour Polybe, très postérieurs à la vie dArchimède.

Concernant les mathématiques, on a trace d’un certain nombre de publications, travaux et correspondances.

Il a en revanche jugé inutile de consigner par écrit ses travaux d’ingénieur qui ne nous sont connus que par des tiers.

Archimède serait né à Syracuseen 287 av. J.-C.

Son père serait un astronome Phidias, fils d’Acupater, qui aurait commencé son instruction.

Il fut le contemporain d’Eratosthène.

On suppose qu’il parachève ses études à la très célèbre école d’Alexandrie.

Du moins, on est sûr qu’il en connaissait des professeurs puisqu’on a retrouvé des lettres qu’il aurait échangées avec eux.

De la famille de Hiéron II, roi de Syracuse, (ici le terme de famille est à prendre au sens très large de quelqu’un de la maison de Hiéron), il entre à son service en qualité d’ingénieur et participe à la défense de la ville lors de la seconde guerre punique.

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Il meurt en 212 av. J.-C. lors de la prise de la ville par le Romain Marcellus.

Apports en géométrie

Archimède est un mathématicien, principalement géomètre, de grande envergure.

Il s’est intéressé à la numération et à l’infini, affirmant ainsi par exemple qu’il avait l’idée de l’infinité des grains de sable, mais qu’il faudrait les dénombrer (c’est l’objet du traité intitulé traditionnellement « L’Arénaire » (Ψάμμιτης)).

Un système de numération parent de celui d’Archimède faisait l’objet du livre I (mutilé) de la Collection Mathématique de Pappus d’Alexandrie.

La majeure partie de ses travaux concernent la géométrie avec :

  • l’étude du cercleoù il détermine une méthode d’approximation de π à l’aide de polygônes régulier et propose les approximations 22/7223/71 et 355/113.
  • l’étude des coniquesen particulier la paraboledont il présente deux quadraturestrès originales.Il prolonge le travail d’Eudoxe de Cnidesur la méthode d’exhaustion.
  • l’étude des aires et des volumes qui font de lui un précurseur dans le calcul qui ne s’appelle pas encore intégral.Il a travaillé en particulier sur le volume de la sphère et du cylindre et a demandé à ce que ces figures soient gravées sur sa tombe. « Le rapport des volumes d’une sphère et d’un cylindre, si la sphère est tangente au cylindre par la face latérale et les deux bases, est égale à 2/3 » .
  • l’étude de la spiralequi porte son nom dont il a aussi donné unequadrature.
  • la méthode d’exhaustion et l’axiome de continuité (présent dans les Eléments d’Euclide, proposition 1 du livre X: « En soustrayant de la plus grande de deux grandeurs données plus de sa moitié, et du reste plus de sa moitié, et ainsi de suite, on obtiendra (on finira par obtenir en réitérant le procédé un nombre fini de fois) une grandeur moindre que la plus petite. »).De cette méthode on a pu faire d’Archimède un précurseur du calcul infinitésimal.

Archimède le scientifique

Nous possédons un palimpseste connu sous le nom de manuscrit d’Archimède.

Lors de l’étude de celui-ci, l’on s’aperçut qu’Archimède avait la notion du calcul infinitésimal, chose très moderne et tout à fait nécessaire pour progresser en sciences.

Il est rappelé que pour les anciens Grecs, Dieu est parfait parce que fini.

Apports en mécanique

Archimède est considéré comme le père de la mécanique statique.

Dans son traité, De l’équilibre des figures planes, il s’intéresse au principe du levier et à la recherche de centre de gravité.

On lui attribue aussi le principe d’Archimèdesur les corps plongés dans un liquide (Des corps flottants).

Il a aussi travaillé sur l’optique (La catoptrique).

Il met en pratique ses connaissances théoriques dans un grand nombre d’inventions.

On lui doit, par exemple,

  • des machines de traction où il démontre qu’à l’aide de poulies, de palans et de leviers, l’homme peut soulever bien plus que son poids
  • des machines de guerre (principe de la meurtrière, catapultes, bras mécaniques utilisés dans le combat naval).

Parmi les machines de guerres très importantes l’on doit souligner l’appareil à mesurer les distances (odomètre) que les Romains empruntèrent à Archimède.

En effet pour que l’armée soit efficace, elle doit être reposée et les journées de marche doivent donc être identiques.

La machine d’Archimède doit être réalisée avec des dents de rouage pointues et non carrées.

On a mis très longtemps à la reconstituer car on faisait cette erreur.

  • lavis sans fin et la vis d’Archimède, dont il rapporte, semble-t-il, le principe dÉgypte et dont il se sert pour remonter de l’eau.On lui attribue aussi l’invention de la vis et de l’écrou.
  • le principe de la roue dentée grâce auquel il construit un planétaire représentait l’Univers connu à l’époque.

Légende

Le génie d’Archimède en mécanique et en mathématique fait de lui un personnage exceptionnel de la Grèce antique et justifie la création à son sujet de faits légendaires.

Ses admirateurs parmi lesquels Cicéronqui découvrit sa tombe, Plutarquequi relata sa vie, Léonard de Vinci, et plus tard Auguste Comteont perpétué, enrichi les contes et légendes d’Archimède.

À l’instar de tous les grands savants, la mémoire collective a associé une phrase, une fable transformant le découvreur en héros mythique : à Newtonest associéela pomme, à Pasteurle petit Joseph Meister, à Albert Einstein la formule E = mc².

Pour Archimède, ce sera la phrase Eurêka ! (en grec : j’ai trouvé !) prononcée en courant nu à travers les rues de la ville alors qu’il venait de trouver l’explication de la poussée qui portera son nom.

Archimède venait enfin de trouver la solution à son problème : en effet, il était courant à cette époque que les rois en manque d’argent fondent leurs bijoux en or et découvrent que les présents qui leur avaient été faits n’étaient en réalité que du plomb plaqué or ou un mélange d’or-argent !

Le roi avait chargé Archimède de trouver un moyen pour déjouer cette fraude.

C’est dans sa baignoire, alors qu’il cherchait depuis longtemps, qu’il trouva la solution, d’où sa joie !

Il put mesurer le volume de la couronne par immersion dans l’eau puis la peser afin de comparer sa masse volumique à celle de l’or massif.

Le siège de Syracuse et les miroirs d’Archimède

Lors de l’attaque de Syracuse, alors colonie grecque, par la flotte romaine, la légende veut qu’il ait mis au point des miroirs géants pour réfléchir et concentrer les rayons du soleildans les voiles des navires romains et ainsi les enflammer.

Cela semble scientifiquement peu probable car des miroirs suffisamment grands étaient techniquement inconcevables, le miroir argentique n’existant pas encore.

Seuls des miroirs en bronze poli pouvaient être utilisés.

Une expérience menée par des étudiants du Massachusetts Institute of Technology(MIT) en octobre 2005 semblait démontrer que cette hypothèse était réaliste.

Le professeur David Wallace et ses étudiants parvinrent en effet à enflammer une reconstitution de bateau romain à 30 mètres de distance en dix minutes.

Cependant, cette expérience avait été menée hors de l’eau, sur du bois sec, sur une cible immobile et à l’aide de miroirs ordinaires et non de miroirs en bronze comme ceux de l’époque d’Archimède.

L’expérience fut renouvelée lors de l’émission de télévision Mythbusterssur Discovery Channelen Janvier2006 ; le professeur Wallace et l’équipe d’étudiants duMITfurent invités à prendre part à cette nouvelle tentative.

Cependant, cette reconstitution fut recréée dans des conditions beaucoup plus réalistes et donna des résultats très différents.

Tout d’abord, l’équipe de Mythbusters choisit pour cible un véritable bateau dont la coque était par conséquent gorgée d’humidité.

Celui ci restera totalement immobile pendant toute l’experience.

Ensuite, les participants utilisèrent des miroirs de bronze poli, les seuls disponibles à l’époque dArchimède.

Après plusieurs essais à l’aide de différents miroirs, les participants furent incapables de bouter le feu au navire à 30 mètres de distance, réussissant simplement à faire fumer la coque sans qu’elle prenne feu et à condition que le bateau reste strictement immobile.

Une tentative menée sur les voiles du navire n’aboutit tout simplement à aucun résultat, les voiles blanches renvoyant la chaleur des rayons lumineux et sortant constamment du foyer en raison du vent.

Enfin, une nouvelle tentative à 20 mètres à l’aide de miroirs ordinaires et sur un navire toujours immobile parvint à enflammer péniblement la coque après quelques minutes.

Les nombreuses difficultés rencontrées lors de l’expérience montrent selon toute vraisemblance que la légende des miroirs d’Archimède est irréaliste.

Plusieurs facteurs tendent à prouver cela :

  • Syracusefait face à la mer par l’Est, ce qui aurait forcé Archimède à utiliser les rayons du soleil du matin, moins puissants que ceux de midi.
  • Les miroirs ne peuvent fonctionner que lorsque le soleil est visible, ce qui rend cette « arme » peu fiable car entièrement à la merci de l’état du ciel.
  • Les navires romains étaient vraisemblablement en mouvement, ce qui complique fortement la tâche pour trouver le foyer.Pour être efficaces, les miroirs auraient dû fonctionner très rapidement, ce qui ne fut pas le cas lors de la reconstitution.
  • Les voiles n’auraient pas pu être prises pour cible, car leur couleur claire renvoie mieux les rayons lumineux et ne concentre pas la chaleur aussi bien que la coque ; de plus, les voiles sont constamment en mouvement à cause du vent et par conséquent, sortent sans cesse du foyer.
  • Historiquement, il n’est fait mention de l’utilisation de miroirs lors du siège de Syracuse que 800 ans après les faits, ce qui rend l’anecdote assez douteuse.Plusieurs auteurs plus anciens relatant cet épisode ne mentionnent ni les miroirs, ni même l’incendie des navires romains.L’historien Tite-Live(XXIV-34) décrit le rôle important d’Archimède comme ingénieur dans la défense de sa ville (aménagement des remparts, construction de meurtrières, construction de petits scorpions et différentes machines de guerre), mais il ne dit pas un mot de ces fameux miroirs.De même, il raconte la prise de Syracuse, organisée pendant la nuit non par crainte du soleil, mais pour profiter du relâchement général lors de trois jours de festivités (généreusement arrosées) en l’honneur de la déesse Diane. (XXV-23)
  • L’utilisation de miroirs mobiliserait un grand nombre de personnes pour des résultats peu probants.300 miroirs furent ainsi utilisés pour la reconstitution lors de l’émission, et à la fin de l’émission, un vent assez faible en renversa un grand nombre, dont plusieurs furent brisés par la chute.

Les organisateurs et les participants à l’émission en conclurent que les miroirs d’Archimède utilisés pendant le siège de Syracuse n’étaient qu’un mythe.

La mort d’Archimède

En -212, après plusieurs années de siège, les Romains auraient alors attendu une journée nuageuse pour s’emparer de Syracuse et la piller.

Le général Marcellus souhaitait néanmoins épargner le savant.

Malheureusement, selon Plutarque, un soldatromain croisa Archimède alors que celui-ci traçait des figures géométriques sur le sol, non conscient de la prise de la ville par l’ennemi.

Troublé dans sa concentration par le soldat, Archimède lui aurait lancé « Ne dérange pas mes cercles » (Μη μου τους κύκλους τάραττε!).

Le soldat, vexé de ne pas voir obtempérer le vieillard de 75 ans, l’aurait alors tué d’un coup d’épée.

En hommage à son génie, Marcellus lui fit de grandes funérailles et fit dresser un tombeau décoré de sculptures représentant les travaux du disparu.

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Le secret d’Archimede
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