L'éclipse qui a rendu Einstein célèbre : comment celle de 1919 a prouvé la relativité

Que fait une éclipse totale de Soleil, à part émerveiller des foules et remplir des campings, comme l'a encore montré celle d'hier en Espagne et en Islande ? Réponse : parfois, elle change l'histoire des sciences. La plus célèbre de toutes, celle du 29 mai 1919, a transformé un physicien admiré de ses seuls pairs en icône planétaire, et fait basculer notre conception de l'espace, du temps et de la gravitation. Le tout grâce à quelques plaques photographiques prises depuis un champ brésilien et une plantation de cacao africaine.

L'histoire mérite d'être racontée en entier, parce qu'elle a tout d'un roman : une théorie révolutionnaire née en pleine guerre mondiale, un astronome quaker et pacifiste, deux expéditions au bout du monde, des nuages au pire moment, un télescope déformé par la chaleur, et une annonce en forme de coup de théâtre dans le temple de la science britannique.

1915 : une théorie qui attend sa preuve

En novembre 1915, en pleine Première Guerre mondiale, Albert Einstein achève à Berlin sa théorie de la relativité générale. L'idée est vertigineuse : la gravitation n'est pas une force qui s'exerce à distance, comme chez Newton, mais une déformation de l'espace-temps par la masse. Les planètes ne sont pas « attirées » par le Soleil ; elles suivent les pentes d'un espace courbé par lui. La théorie explique d'emblée une vieille anomalie, l'avance du périhélie de Mercure, mais il lui faut une prédiction neuve, vérifiable, pour convaincre.

Einstein en propose une, spectaculaire : si la masse courbe l'espace-temps, alors la lumière elle-même doit s'incurver en passant près d'un corps massif. Pour un rayon frôlant le bord du Soleil, il calcule une déviation de 1,75 seconde d'arc, un angle minuscule, à peu près la taille apparente d'une pièce de monnaie vue à plusieurs kilomètres. Le point crucial : un calcul fondé sur la physique newtonienne donne la moitié de cette valeur, environ 0,87 seconde d'arc. Il existe donc un arbitrage possible entre Newton et Einstein. Encore faut-il photographier des étoiles juste à côté du Soleil, ce qui est impossible en temps normal, l'astre écrasant tout de sa lumière. Impossible, sauf pendant les quelques minutes d'une éclipse totale.

Deux expéditions au bout du monde

L'éclipse du 29 mai 1919 est un candidat idéal : une totalité exceptionnellement longue, plus de six minutes au maximum, et un Soleil placé ce jour-là devant les Hyades, un amas riche en étoiles brillantes, autant de points de repère à mesurer. L'Astronome royal britannique Frank Dyson en a saisi l'importance dès 1917 et organise deux expéditions. La première part pour Sobral, dans le Nordeste brésilien, avec Andrew Crommelin et Charles Davidson. La seconde, menée par Arthur Eddington, directeur de l'observatoire de Cambridge et premier défenseur de la relativité en Grande-Bretagne, s'installe sur Príncipe, petite île portugaise du golfe de Guinée, au large de l'Afrique.

L'ironie de l'histoire n'échappe à personne : quelques mois après l'armistice, des scientifiques britanniques traversent les océans pour tester la théorie d'un physicien allemand. Pour Eddington, quaker et pacifiste convaincu, c'est précisément le sens de l'entreprise : démontrer que la science répare ce que la guerre a déchiré. Le principe de la mesure est d'une simplicité redoutable : photographier le champ d'étoiles autour du Soleil pendant la totalité, puis comparer avec des clichés du même champ pris de nuit, quelques mois plus tôt ou plus tard. Si les étoiles proches du bord solaire semblent s'être écartées de leur position habituelle, c'est que leur lumière a été courbée au passage.

Toute l'expérience de 1919 tient dans une question d'enfant : les étoiles bougent-elles quand le Soleil passe devant ? Répondre a demandé deux traversées océaniques, six minutes d'obscurité et six mois de calculs.

29 mai 1919 : six minutes pour l'histoire

Le jour J, rien ne se passe comme prévu. À Príncipe, un orage matinal laisse place à un ciel encombré : Eddington photographie à travers les nuages, et sur ses seize plaques, une poignée seulement montre assez d'étoiles pour être exploitable. À Sobral, le ciel est dégagé, mais la chaleur a joué un tour cruel à l'équipe : le miroir alimentant l'objectif astrographique principal s'est déformé au soleil, et ses clichés sortent flous. Le salut viendra d'un modeste instrument de secours, une lunette de quatre pouces, qui livre des images d'une netteté parfaite.

Suivent des mois de travail minutieux : mesurer, au micromètre, des déplacements d'étoiles plus petits que le grain de l'émulsion photographique, corriger les effets d'échelle, de température, de réfraction. À l'automne, les chiffres tombent. La lunette de quatre pouces de Sobral donne une déviation de 1,98 seconde d'arc, à 0,12 près ; les plaques de Príncipe, moins précises, donnent 1,61, à 0,30 près. Les deux valeurs encadrent la prédiction d'Einstein, 1,75, et excluent nettement la valeur newtonienne de 0,87. Les clichés flous de l'astrographe de Sobral, eux, suggéraient une valeur proche de celle de Newton, mais l'instrument déformé fut jugé non fiable : un choix lourd de conséquences, on y reviendra.

6 novembre 1919 : l'annonce qui a tout changé

Le 6 novembre 1919, la Royal Society et la Royal Astronomical Society tiennent séance commune à Burlington House, à Londres, sous le portrait de Newton. Devant une salle comble, Dyson, Crommelin et Eddington présentent les résultats : les mesures confirment la prédiction d'Einstein. Le président de séance, le physicien J. J. Thomson, salue l'un des plus grands accomplissements de la pensée humaine. Dans l'assistance, chacun comprend qu'une page se tourne : la gravitation de Newton, indétrônée depuis plus de deux siècles, vient de trouver son maître dans son propre temple.

La presse fait le reste. Le 7 novembre, le Times de Londres titre sur une « révolution scientifique », rien de moins, et annonce que les idées newtoniennes sont renversées. Trois jours plus tard, le New York Times renchérit avec l'une des unes les plus fameuses de l'histoire du journalisme scientifique, évoquant des « lumières de travers dans le ciel » et le triomphe de la théorie d'Einstein. L'effet est foudroyant : en quelques semaines, ce professeur berlinois de quarante ans, inconnu du grand public, devient l'homme le plus célèbre de la planète, assailli de demandes de conférences, d'interviews et de portraits. La science venait d'inventer, sans le vouloir, sa première star mondiale.

Controverses : Eddington a-t-il choisi ses données ?

Le succès fut si retentissant que le soupçon devait fatalement suivre. Dès les années 1920, puis avec insistance à partir des années 1980, des historiens des sciences ont posé la question qui fâche : en écartant les plaques floues de l'astrographe de Sobral, celles qui penchaient vers Newton, Eddington et Dyson n'ont-ils pas choisi les données qui les arrangeaient ? Eddington, militant déclaré de la relativité, aurait-il vu dans ses plaques ce qu'il voulait y voir ? L'accusation a longtemps figuré dans les manuels de sociologie des sciences comme exemple de biais de confirmation.

Les travaux récents l'ont largement dissipée. D'abord parce que la décision d'écarter l'astrographe fut prise pour des raisons instrumentales documentées, le miroir déformé produisant un changement d'échelle impossible à corriger proprement, et qu'elle fut principalement le fait de Dyson, qui n'avait rien d'un militant de la relativité. Ensuite et surtout parce qu'en 1979, pour le centenaire de la naissance d'Einstein, l'observatoire royal de Greenwich a remesuré les plaques originales de Sobral avec des machines modernes : même l'astrographe décrié, une fois ses défauts correctement modélisés, livre un résultat compatible avec la prédiction d'Einstein. Les expéditions suivantes, dès l'éclipse de 1922 en Australie, puis la radioastronomie, les mesures de la sonde Cassini et le satellite Gaia, ont confirmé la déviation relativiste avec une précision aujourd'hui bien meilleure que le millième. La lumière se courbe, exactement comme l'affirmait le tableau noir de Berlin.

Ce que 1919 nous dit encore

Un siècle plus tard, l'héritage de cette éclipse est partout. La courbure de la lumière par la masse, démontrée un après-midi de mai 1919, est devenue un outil quotidien de l'astronomie : les « lentilles gravitationnelles » permettent de peser les galaxies et de cartographier la matière noire. La relativité générale, adoubée ce jour-là, gouverne aussi bien les horloges de vos GPS que la détection des ondes gravitationnelles ou la première image d'un trou noir, dévoilée, clin d'œil de l'histoire, pour le centenaire de l'expédition, en 2019.

Mais 1919 rappelle surtout une chose simple : une éclipse totale n'est pas qu'un spectacle, c'est une fenêtre expérimentale que la nature n'ouvre que quelques minutes par décennie en un lieu donné. Celle d'hier a rempli les mémoires de photos ; celle du 2 août 2027, la plus longue visible depuis la terre ferme avant longtemps, attirera aussi son lot d'instruments scientifiques. On ne sait jamais, à l'avance, ce qu'une ombre de quelques minutes peut faire à un siècle entier.

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