Optique et Physique Mathématique

L'Optique : la Science Emblématique de la Tradition

L'optique géométrique est le domaine où la tradition islamique a le plus clairement fondé une science moderne, méthode expérimentale comprise.

Avant Ibn al-Haytham. al-Kindi critiqua et améliora la théorie euclidienne du rayon visuel ; Ibn Sahl (c. 984) analysa les miroirs ardents et les lentilles et énonça la loi des sinus de la réfraction (le rapport « de Snell ») six siècles en avance, l'utilisant pour résoudre le problème anaclastique (concevoir une lentille qui focalise parfaitement).

Ibn al-Haytham. Le Livre de l'optique (c. 1011–1021) reconstruisit la science : la lumière va des objets lumineux et éclairés vers l'œil (intromission), se propage en ligne droite, se réfléchit et se réfracte selon des lois énoncées, et, sur le plan méthodologique, les affirmations sont mises à l'épreuve par des expériences conçues à cet effet (chambres noires, ouvertures, obturateurs mobiles). Le « problème d'Alhazen » sur les miroirs sphériques devint une référence de difficulté mathématique, résolue au moyen des coniques. La traduction latine du livre (c. 1200) gouverna l'optique européenne — Bacon, Witelo, Pecham — pendant quatre siècles.

al-Farisi et l'arc-en-ciel. Kamal al-Din al-Farisi (c. 1300), à l'instigation de Qutb al-Din al-Shirazi, modélisa la goutte de pluie par une sphère de verre remplie d'eau et établit le mécanisme correct de l'arc primaire (deux réfractions, une réflexion interne) et de l'arc secondaire (deux réflexions internes), en même temps que Thierry de Freiberg en Europe, tous deux travaillant à partir de l'héritage d'Ibn al-Haytham.

Jusqu'à Kepler et au-delà. Les Paralipomena de Kepler (1604), conçus comme un supplément au corpus Alhazen-Witelo, produisirent la théorie moderne de l'image rétinienne ; la loi des sinus de Descartes (1637) et la dispersion de Newton complètent l'arc. La formule d'A. Mark Smith pour cette transition, « de la vue à la lumière », nomme un basculement qu'Ibn al-Haytham a rendu possible.

Statique, Hydrostatique et Balance

La science archimédienne des poids fut activement développée :

• Le Liber karastonis (titre latin) de Thabit ibn Qurra analysa la balance romaine, en déduisant la loi du levier pour les fléaux continus.
• al-Quhi et Ibn al-Haytham étudièrent les centres de gravité.
• al-Biruni mesura des densités relatives à l'aide d'un instrument conique de sa conception, obtenant des valeurs d'une précision frappante.
• La Balance de la sagesse d'al-Khazini (1121/22) fit la synthèse de cette science : pesée hydrostatique, tables de densités relatives, analyse des alliages (le problème de la couronne d'Archimède industrialisé pour le bureau d'essai et le marché des pierres précieuses), et étude de la balance comme instrument de précision.

Cette littérature passa en partie en latin (la scientia de ponderibus de l'école de Jordanus de Nemore en porte l'influence) et préfigure la culture de la mesure quantitative de la physique du début de l'époque moderne ; l'hydrostatique de Stevin (1586) rétablit des résultats que la tradition détenait depuis quatre siècles.

Mécanique des Machines

Le Livre des procédés ingénieux des Banu Musa (IXe s.) et le Compendium sur les arts mécaniques d'al-Jazari (1206, splendidement illustré) décrivent des automates, des horloges à eau, des fontaines régulées par rétroaction et des robinets à flotteur, c'est-à-dire des mécanismes de régulation précoces ; Taqi al-Din (XVIe s.) y ajouta l'horlogerie mécanique et des dispositifs mus par la vapeur. Les historiens des techniques (Donald Hill, qui traduisit les deux livres de dispositifs) considèrent les régulateurs à flotteur comme une véritable régulation par rétroaction, ancêtre conceptuel des dispositifs que le régulateur de James Watt rendit célèbres.

Liens Modernes

Le rapport d'Ibn Sahl est enseigné chaque jour sous le nom de loi de Snell-Descartes ; l'analyse de la chambre noire se trouve en tête de la lignée qui aboutit à l'appareil photo de chaque téléphone ; le protocole expérimental de l'Optique — appareillage contrôlé, paramètres variés, résultats consignés — est un ancêtre reconnaissable de la méthode de laboratoire, et les tables de densités relatives d'al-Biruni et d'al-Khazini sont des exemples précoces de la culture de la mesure de précision sur laquelle repose la physique expérimentale.

Sources : l'édition de l'Optique par A. I. Sabra ; A. Mark Smith, From Sight to Light ; Rashed, Geometry and Dioptrics in Classical Islam ; Boyer, The Rainbow ; les traductions des Banu Musa et d'al-Jazari par D. R. Hill ; l'al-Khazini de Khanikoff.