Une des révolutions de la Renaissance : la pensée scientifique de Léonard de Vinci

« Observe le mouvement de l’eau à sa surface, comme il ressemble à celui d’une chevelure dont un mouvement du poids du cheveu et l’autre l’orientation des boucles ; ainsi, l’eau forme des tourbillons dus, en partie, à l’impulsion du courant principal et en partie aux mouvements incidents du retour ». Notes de Léonard de Vinci

Les idées scientifiques de Léonard de Vinci

Léonard de Vinci n’a reçu aucune formation scientifique. Dans ce domaine, il doit tout à son génie personnel de l’observation et du raisonnement.

Léonard n’a aucun savoir scientifique appris, ni le vocabulaire pour décrire ses expériences. Il le fait donc avec des mots simples. " Si tu places un verre rempli d’eau sur le rebord de la fenêtre de manière que les rayons solaires le frappent du côté opposé, écrit-il, tu vois les couleurs dont j’ai parlé se former dans l’impression faite par les rayons solaires qui ont pénétré dans le verre, rayons qui s’éteignent et se ternissent sur le sol dans un endroit sombre, au pied d’une fenêtre, parce que l’oeil ne sert à rien, ce pourquoi nous pouvons dire avec certitude que manifestement ces couleurs n’ont rien à voir avec l’oeil. " On parlerait aujourd’hui de réfraction à travers un prisme ou de décomposition de la lumière en couleurs fondamentales.

Leonard est autodictate. Ses sujets favoris sont l’eau, l’anatomie, la peinture et la botanique. Pour une raison que l’on ignore, Leonard ne publiait pas ses travaux scientifiques. Il s’agissait d’observations réalisées pour son propre progrès intellectuel… Il travaillait seul et, le plus généralement n’échangeait pas des avis avec d’autres. C’est la diffusion après sa mort de son œuvre sous la forme des codex de vinci qui a fait connaître ses travaux.

Une des réserve qui explique qu’il n’ait pas voulu diffuser sa science est expliquée dans certains textes où il expose ne pas vouloir faire connaître les capacités humaines de plongée sous-marines et autres technologies par le fait que la société en ferait un usage négatif pour l’homme et la nature….

Mais, même seul et sans formation particulière, il atteint vite de très bons niveaux de réflexion :

"A chaque degré de temps, le corps en chute libre acquiert un degré de vitesse".

"L’arithmétique porte sur des quantités discontinues, la géométrie sur des quantités continues".

"La ligne se crée par le mouvement du point".

Léonard, contrairement à Aristote, affirme que la lune reflète la lumière du soleil.

A travers l’expérience de la chambre noire, il découvre que la lumière se propage en ligne droite, est immatérielle ("spirituelle") et transporte de l’énergie ("rais de puissance").

En prenant pour modèle l’onde aquatique, il découvre la nature ondulatoire de la lumière ("propagation circulaire à l’infini").

C’est la perturbation qui se déplace, pas les particules de matière, ce que Léonard appelle "tremblements".

Il comprend que la vitesse de la lumière est finie mais que la pensée est plus rapide encore.

Il explique le bleu du ciel : "L’azur que présente l’atmosphère n’est pas sa couleur propre, mail il est produit par l’humidité qui s’est évaporée en minuscules atomes imperceptibles, laquelle est frappée par les rayons du soleil qui la rendent lumineuse".

Sa démarche scientifique est originale par rapport à son époque. L’humanisme de la Renaissance ne lie pas les sciences et les arts. Cependant, les études de Vinci en sciences et en ingénierie sont aussi impressionnantes et novatrices que son travail artistique, enregistrées dans des carnets de notes comprenant quelque treize mille pages d’écriture et de dessins, qui associent art et philosophie naturelle (la base de la science moderne). Ces notes ont été réalisées et mises à jour quotidiennement pendant toute la vie et les voyages de Léonard. Continuellement, il s’efforce de faire des observations du monde qui l’entourait, conscient et fier d’être, comme il se définissait, un « homme sans lettres », autodidacte et lucide sur les phénomènes naturels souvent bien éloignés de ce qui était appris à l’école.

Dans le Codex Leicester, il avance différentes idées novatrices :

• Une explication du fait que l’on puisse trouver des fossiles dans les montagnes. Des centaines d’années avant que la tectonique des plaques ne soit acceptée comme une théorie scientifique, Léonard croyait que les montagnes avaient formé le fond des mers il y a longtemps, qui s’est progressivement soulevé pour former les montagnes.

• Le mouvement de l’eau, c’est le sujet principal de l’ouvrage. Parmi d’autres choses, Léonard de Vinci a écrit sur l’écoulement de l’eau dans les rivières, et comment celui-ci est affecté par différents obstacles sur son parcours. À partir de ses observations il écrivit des recommandations sur la construction des ponts et sur l’érosion.

• La luminosité de la Lune. Léonard imaginait que la Lune était recouverte d’eau, qui réfléchissait la lumière du Soleil. Dans ce modèle, les vagues à la surface de la lune réfléchissaient la lumière solaire dans différentes directions, ceci expliquant que la lune n’est pas aussi brillante que le Soleil lui-même. Il expliqua que le pâle rougeoiement de la Lune montante est causé par la lumière du Soleil réfléchie par la Terre.

Il explore les Alpes et observe les plissements, les drapées des montagnes. Il voit le mouvement des roches et la formidable puissance qui a façonné ce paysage, comme une main chiffonne un linge. Selon ses observations, il est difficile de penser que le monde actuel soit inchangé depuis sa création par Dieu. Ce monde serait plutôt l’oeuvre des caprices de la nature, cette nature qu’il détaille depuis tant d’années. Pour appuyer ses idées, il parle des fossiles qui pullulent dans la roche et en déduit que " ce qui était jadis le fond de la mer est devenu le sommet des montagnes " ou que " sur les plaines d’Italie au dessus desquelles volent aujourd’hui des oiseaux, de larges bancs de poissons se sont un jour déplacés ".

L’approche de la science par Léonard est très liée à l’observation : si « la Science est le capitaine, la pratique est le soldat ». Sa science, ses recherches scientifiques ne portent exclusivement que sur les parties qu’il a pratiquées en technicien. Léonard de Vinci a essayé de comprendre un phénomène en le décrivant et en l’illustrant dans les plus grands détails, en n’insistant pas trop sur les explications théoriques. Ses études sur le vol ou le mouvement de l’eau sont sans doute ce qu’il y a de plus remarquable à ce sujet. Comme il manquait d’instruction initiale en latin et en mathématiques, les chercheurs contemporains ont largement ignoré le savant Léonard, bien qu’il ait appris par lui-même le latin.

Dans les années 1490, il a étudié les mathématiques à la suite de Luca Pacioli et a fait une série de dessins de solides réguliers dans une forme squelettique afin de les faire graver pour son livre Divina Proportione (1509). Il est alors particulièrement fasciné par l’idée de l’absolu et de l’universel. Cependant, sa culture mathématique est celle d’un praticien : elle a les objectifs limités des abacistes de son temps, il pénètre avec peine la géométrie des Grecs, sa perspective est celle de tous les théoriciens de son temps. Néanmoins, au-delà du simple aspect géométrique de la représentation de la perspective, il propose dans son Traité de la Peinture, une triple définition de la perspective :

1° : perspective linéaire (diminution de la taille des objets proportionnellement à leur distance à l’observateur, perspective géométrique),

2° : perspective des couleurs (atténuation des couleurs proportionnellement à leur distance à l’observateur),

3° : perspective d’effacement (diminution de la précision des détails proportionnellement à leur distance à l’observateur).
Également, Léonard a conçu un instrument à système articulé destiné à construire une solution mécanique du problème d’Alhazen, problème essentiellement technique, et qui témoigne d’une connaissance approfondie des propriétés des coniques.

De même, la mécanique de Léonard est celle de ses contemporains, avec ses faiblesses, ses incertitudes, ses erreurs et il ne paraît pas qu’il ait apporté beaucoup de découvertes en la matière. Sa physique est assez confuse et vague. Il ne fut certainement jamais artilleur et n’a pas de théorie relative à la balistique. Pourtant, comme l’attestent certains de ses schémas, Léonard de Vinci eut peut-être l’intuition, comme on pouvait l’observer sur un jet d’eau, qu’il n’existait pas de partie rectiligne dans la trajectoire d’un projectile d’artillerie contrairement à ce qui était couramment admis à l’époque. Mais il s’arrêta très vite sur une voie que Tartaglia puis Benedetti allaient suivre et qui mena à Galilée.

Si Alberti ou Francesco di Giorgio Martini se préoccupèrent de la solidité des poutres, jamais ils n’avaient cherché de formulations mathématiques. Léonard de Vinci s’intéresse au problème de la flexion, sans doute à l’aide d’expériences, et parvient à définir des lois, encore imparfaites, de la ligne élastique pour des poutres de différentes sections, libres ou encastrées dont le problème de Galilée (problème du balcon). Ce faisant, il élimine le module d’élasticité et le moment auquel avait pourtant fait allusion Jordanus Nemorarius
Sa chimie se borne à la mise au point d’un alambic et aux quelques recherches d’alchimie qu’il pratiqua à Rome.

Paul Valéry met en avant la manière dont Léonard de Vinci a découvert intuitivement, par l’observation, « le premier germe de la théorie des ondulations lumineuses », sans cependant pouvoir la valider de manière expérimentale : « L’air est rempli d’infinies lignes droites et rayonnantes, entrecroisées et tissées sans que l’une n’emprunte jamais le parcours d’une autre, et elles représentent pour chaque objet la vraie forme de leur raison (de leur explication). ».
Léonard de Vinci étudia aussi beaucoup la lumière et l’optique ; en hydrologie, la seule véritable loi qu’il ait formulée est celle du débit des cours d’eau.

Il semble que, à partir du contenu de ses carnets, il ait envisagé de publier une série de traités sur une grande variété de sujets. À plusieurs reprises il mentionne un projet de traité de l’eau, mais qui paraît avoir été si considérable dans sa pensée qu’il semblait irréalisable. Un traité d’anatomie aurait été observé au cours d’une visite par le secrétaire du cardinal Louis d’Aragon en 1517.

La formation initiale de Léonard à l’anatomie du corps humain a commencé lors de son apprentissage avec Andrea del Verrocchio, son maître insistant sur le fait que tous ses élèves apprennent l’anatomie. Comme artiste, il est rapidement devenu maître de l’anatomie topographique, en s’inspirant de nombreuses études des muscles, des tendons et d’autres caractéristiques anatomiques visibles. Il pose les bases de l’anatomie scientifique, disséquant notamment des cadavres de criminels dans la plus stricte discrétion, pour éviter l’Inquisition. Les conditions de travail sont particulièrement pénibles à cause des problèmes d’hygiène et de conservation des corps.
Comme artiste connu, il a reçu l’autorisation de disséquer des cadavres humains à l’hôpital de Santa Maria Nuova à Florence et, plus tard, dans les hôpitaux de Milan et de Rome (de 1513 et 1516, il y dirige plusieurs autopsies dans l’hôpital romainSanto Spirito in Sassia). Il réalise ainsi une vingtaine de dissections à partir de 1487 pour composer un traité d’anatomie qui ne verra jamais le jour. De 1510 à 1511, il a collaboré dans ses recherches avec le médecin Marcantonio della Torre.

Léonard a dessiné de nombreux squelettes humains, des os, ainsi que les muscles et les tendons, le cœur et le système vasculaire, l’action de l’œil, les organes sexuels et d’autres organes internes. Il cherche à comprendre à quoi servent les organes. Il écrit par exemple : " Détermine si le sang qui quitte le coeur par l’artère pulmonaire revient de nouveau au coeur ", ayant ainsi l’intuition de la circulation sanguine qui ne sera pourtant découverte qu’en 1628. Ces observations contiennent parfois des inexactitudes dues aux méconnaissances de l’époque. Il n’a par exemple jamais entrevu la circulation du sang. Il a par contre identifié quatre cavités cardiaques dans le cœur (Vésale et Descartes n’y en verront que deux), fait l’un des premiers dessins scientifiques d’un fœtus dans l’utérus et la première constatation scientifique de la rigidité des artères suite à une crise cardiaque. Comme artiste, Léonard observa de près les effets de l’âge et de l’émotion humaine sur la physiologie, en étudiant en particulier les effets de la rage. Il a également dessiné de nombreux modèles, dont certains avec d’importantes déformations faciales ou des signes visibles de maladie.

Il a aussi étudié et dessiné l’anatomie de nombreux animaux. Il a disséqué des vaches, des oiseaux, des singes, des ours et des grenouilles, comparant la structure anatomique de ces animaux avec celle de l’homme. Il étudia également les chevaux.

Léonard de Vinci s’inscrit dans le courant technicien de la Renaissance et, comme tel, il eut des prédécesseurs immédiats ou plus lointains parmi lesquels on peut citer Konrad Kyeser, Taccola, Roberto Valturio, Filippo Brunelleschi, Jacomo Fontana ou encore Leon Battista Alberti à qui il doit sans doute beaucoup.

Certains furent des personnalités plus puissantes, des esprits plus complets, des curiosités plus larges encore. C’est le cas de Francesco di Giorgio Martini qui fut son supérieur lors de la construction du dôme de Milan et à qui il emprunta certainement beaucoup. Étant sans doute moins occupé par ses réalisations que ce dernier du fait d’un carnet de commandes moins rempli, Léonard de Vinci sera à la fois plus prolixe, mais surtout capable d’un changement de méthode.
Léonard est considéré comme le précurseur de nombre de machines modernes et, au-delà de l’étonnement éprouvé face à l’imagination prospective de l’auteur, on peut vite constater que le fonctionnement réel de la machine n’a pas dû être son souci premier. Comme le moine Eilmer de Malmesbury au XIe siècle qui avait oublié la queue dans sa machine volante, les inventions de Léonard butent sur de nombreuses difficultés : l’hélicoptère s’envolerait comme une toupie, le scaphandrier s’asphyxierait, le bateau à aubes n’avancerait pas… De plus, dans ces épures, Léonard ne pose jamais le problème de la force motrice.

Dans une lettre adressée à Ludovic Sforza, il prétend être capable de construire toutes sortes de machines à la fois pour la protection de la ville et pour le siège. Quand il a fui à Venise en 1499, il a trouvé un emploi d’ingénieur et a développé un système de barrières mobiles pour protéger la ville contre les attaques terrestres. Il a également eu pour projet de détourner la circulation de l’Arno afin d’irriguer les champs toscans, de faciliter le transport et même de gêner l’approvisionnement maritime de Pise, la rivale de Florence.

Ses carnets présentent un grand nombre d’« inventions » (inventions propres ou perfectionnement de machines et d’instruments) à la fois pratiques et réalistes, notamment des pompes hydrauliques, des mécanismes à manivelle comme la machine à tailler les vis de bois, des ailettes pour les obus de mortier, un canon à vapeur, le sous-marin, plusieurs automates, le char de combat, l’automobile, des flotteurs pour « marcher sur l’eau », la concentration d’énergie solaire, la calculatrice, le scaphandre à casque, la double coque ou encore le roulement à billes. La paternité de la bicyclette est, quant à elle, très controversée.

Léonard est sans doute l’un des premiers dans le cercle des ingénieurs de l’époque à s’intéresser au travail mécanique du métal et en particulier de l’or, plus malléable. Avec la machine volante, les quelques machines textiles, pour lesquelles la régularité des mouvements mis en œuvre lui permet d’appliquer son sens de l’observation, signent son originalité. Le métier mécanique, la machine à carder et celle à tondre les draps font sans doute de Léonard, le premier qui chercha à mécaniser une fabrication industrielle. La machine à polir les miroirs qui supposait la résolution d’un certain nombre de problèmes pour obtenir des surfaces régulières, planes ou concaves, a été imaginée pendant son séjour romain alors qu’il étudiait la fabrication des images. Paradoxalement, Léonard de Vinci s’intéressa peu à des inventions que nous jugeons aujourd’hui très importantes, telles que l’imprimerie, même s’il est un des premiers à nous donner une représentation d’une presse d’imprimerie.

En 1502, Léonard a dessiné un pont de deux cent quarante mètres dans le cadre d’un projet de génie civil pour le sultan ottoman Bayezid II d’Istanbul. Ce pont était destiné à franchir l’embouchure du Bosphore, connue sous le nom de la « Corne d’Or ». Beyazid ne poursuit pas le projet, car il estime que cette construction serait impossible. La vision de Léonard a été ressuscitée en 2001 quand un petit pont basé sur sa conception a été construit en Norvège. Le 17 mai 2006, le gouvernement turc a décidé de construire le pont de Léonard pour la Corne d’Or.

Pendant la majeure partie de sa vie, Léonard a été, comme Icare, fasciné par le vol. Il a produit de nombreuses études sur ce phénomène en s’inspirant des oiseaux et des plans de vol de plusieurs appareils, dont les prémices d’hélicoptère nommées la « vis aérienne », le parachute et une sorte de deltaplane en bambou. Sur ce nombre, la plupart étaient irréalisables, mais le deltaplane a été construit et, avec l’ajout un empennage pour la stabilité, a volé avec succès. Néanmoins, il semble probable qu’il estimait que les systèmes proches des chauves-souris avaient le plus gros potentiel. Il inventa également la soufflerie aérodynamique pour ses travaux.

Bon nombre des croquis, notes et traités de Léonard de Vinci ne sont pas à proprement parler des trouvailles originales, mais sont le résultat de recherches effectuées dans un souci encyclopédique.
De Vinci a également étudié l’architecture. Il est influencé par les travaux de Filippo Brunelleschi et a projeté de surélever le baptistère Saint-Jean de Florence ou de créer une tour-lanterne pour la cathédrale de Milan. Il utilise souvent la forme octogonale pour les bâtiments religieux et le cercle pour les militaires. Suite à la peste qui frappe Milan vers 1484 et 1485, il conçoit une ville parfaite théorique avec des axes de circulation optimaux et des conditions de vie de qualité, sa vision n’est pas marquée par des distinctions sociales, mais fonctionnelles, tels des organes dans un corps humain. Il travaille également sur les jardins. Néanmoins, beaucoup de ses travaux sur l’architecture seront perdus.

La méthode de Léonard de Vinci a certainement consisté dans la recherche de données chiffrées et son intérêt pour les instruments de mesure en témoigne. Ces données étaient relativement faciles à obtenir dans le cas des poutres en flexion par exemple, beaucoup plus compliquées dans le domaine des arcs ou de la maçonnerie. La formulation des résultats ne pouvait être que simple, c’est-à-dire exprimée le plus souvent par des rapports. Cette recherche effrénée de l’exactitude est devenue la devise de Léonard de Vinci, « rigueur obstinée ».

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