Galilée (1564–1642) : La fondation mathématique de la science moderne

Physicien, mathématicien et astronome toscan, Galilée est la figure centrale de la révolution scientifique du XVIIe siècle. Par ses découvertes astronomiques et la fondation de la physique mathématique, il a radicalement transformé la méthode de la connaissance et bouleversé la conception du cosmos, entrant en conflit direct avec l’autorité scolastique et religieuse.

En raccourci

Galilée, c’est l’homme qui a changé notre façon de voir l’univers. Né à Pise, en Italie, il devait être médecin mais a vite préféré les mathématiques. Il devient un professeur réputé, mais c’est en 1609 que tout bascule : il perfectionne la lunette astronomique et la tourne vers le ciel.

Ses découvertes sont stupéfiantes. Il voit des montagnes sur la Lune (elle n’est pas une sphère parfaite), des satellites tournant autour de Jupiter (la Terre n’est pas le seul centre de rotation) et les phases de Vénus (qui prouvent qu’elle tourne autour du Soleil).

Ces observations le convainquent que la vieille théorie (la Terre au centre) est fausse et que Copernic (le Soleil au centre) a raison. Mais cette idée dérange l’Église catholique. Galilée défend sa méthode : il pense que le « livre de la nature » est écrit en langage mathématique et que la science ne contredit pas la Bible, si on lit cette dernière correctement.

Son combat culmine en 1633 par un procès retentissant. L’Inquisition le force à renier ses idées (« abjurer ») et le condamne à la prison à vie (assignation à résidence). C’est là, vieux et aveugle, qu’il écrit son livre le plus important, les « Deux Sciences Nouvelles », posant les bases de la physique moderne (la science du mouvement et de la résistance des matériaux) qui sera reprise par Newton.

Origines et formation (1564–1588)

Le musicien et le mathématicien

Né à Pise le 15 février 1564, Galileo Galilei est le fils de Vincenzo Galilei, un musicien et théoricien de la musique réputé, et de Giulia Ammannati. Le milieu familial est celui de la petite noblesse florentine, cultivée mais disposant de moyens financiers modestes.

Son père, Vincenzo, est une figure intellectuelle de premier plan dans le débat musical de l’époque. Membre de la Camerata de’ Bardi à Florence, il est un critique de la tradition polyphonique complexe et un promoteur de la monodie accompagnée, arguant que celle-ci exprime mieux les émotions du texte. Fait décisif, Vincenzo Galilei défend ses thèses en prônant l’expérimentation et l’observation directe (l’étude de la tension et de la vibration des cordes) contre l’autorité aveugle des maîtres anciens, notamment Pythagore.

Cette double influence du Pise mathématique et du Florence humaniste et contestataire est fondatrice. Le jeune Galilée reçoit une éducation soignée au monastère de Vallombrosa avant d’être rappelé par son père.

La rupture avec la médecine

Galilée entre à l’Université de Pise en 1581, destiné par son père à la médecine, une carrière lucrative. Il y reçoit l’enseignement philosophique et scientifique dominant de l’époque : l’aristotélisme scolastique. Cette approche repose sur l’autorité des textes d’Aristote et sur un raisonnement syllogistique, souvent déconnecté de l’observation concrète du monde.

L’étudiant se montre peu intéressé par la médecine. Selon le biographe Vincenzo Viviani, c’est durant cette période qu’il aurait fait sa première observation célèbre, celle de l’isochronisme des oscillations du pendule en observant un lustre de la cathédrale de Pise.

La véritable bifurcation a lieu vers 1583. Galilée découvre les mathématiques, en marge de ses études officielles, grâce à Ostilio Ricci, le mathématicien de la cour de Toscane. La rigueur démonstrative d’Euclide et l’ingéniosité d’Archimède sont une révélation. Il abandonne la médecine contre l’avis de son père et quitte l’université en 1585 sans diplôme.

Les premiers travaux

De retour à Florence, Galilée se consacre entièrement aux mathématiques et à la physique, cherchant un poste d’enseignant. Il rédige ses premiers travaux, qui montrent déjà sa maîtrise d’Archimède. En 1586, il invente La Balancetta (la « petite balance »), une balance hydrostatique permettant de déterminer la densité des alliages, améliorant une méthode d’Archimède.

Ces travaux lui valent une réputation grandissante et le soutien de protecteurs influents, comme le marquis Guidobaldo del Monte, qui appuie sa candidature à une chaire universitaire.

Jeunesse et influences formatrices (1589–1609) : La chaire de Pise et l’appel de Padoue

L’enseignant critique à Pise (1589-1592)

Dès 1589, Galilée obtient son premier poste : une chaire de mathématiques à l’Université de Pise. Ses revenus sont faibles et son statut est inférieur à celui des professeurs de philosophie. Son enseignement officiel couvre la géométrie euclidienne et l’astronomie ptolémaïque.

Cependant, il développe déjà une critique virulente de la physique aristotélicienne. C’est de cette époque que date la (probable) légende de ses expériences sur la chute des corps depuis la Tour de Pise. Qu’il ait ou non réalisé cette expérience publique, il établit, contre Aristote, que la vitesse de chute des objets ne dépend pas de leur poids (dans le vide), mais que des objets de poids différents tombent simultanément.

Il rédige son premier traité de mécanique, De Motu (Du Mouvement), resté inédit. Bien qu’encore imparfait et influencé par la théorie médiévale de l’impetus, ce texte marque sa rupture méthodologique : il tente d’expliquer le mouvement par des causes géométriques et mécaniques plutôt que par les « tendances » ou « buts » (téléologie) d’Aristote. Son tempérament polémique et son mépris affiché pour ses collègues aristotéliciens lui valent des inimitiés.

Les années padouanes (1592-1610)

L’université de Padoue, appartenant à la puissante et libérale République de Venise, offre à Galilée une opportunité exceptionnelle. En 1592, il y obtient la prestigieuse chaire de mathématiques, bien mieux rémunérée. Il y passera dix-huit ans, qu’il décrira comme « les plus belles de [sa] vie ».

Cet environnement est intellectuellement stimulant. L’université est un centre majeur de l’aristotélisme européen, mais aussi un lieu de débats ouverts et de recherche médicale avancée. Galilée est un enseignant brillant, attirant des étudiants de toute l’Europe.

C’est à Padoue que Galilée devient plus qu’un théoricien : il est un ingénieur et un artisan. Il ouvre un atelier où il fabrique et vend des instruments scientifiques, notamment un compas de proportion (compas géométrique et militaire) dont il publie le mode d’emploi. Cette activité manuelle et technique est cruciale : elle ancre sa science dans le concret et la mesure précise.

Durant cette période, il poursuit ses recherches sur le mouvement (notamment sur le plan incliné) et s’intéresse à l’astronomie. Il lit Copernic et, bien qu’il enseigne officiellement le géocentrisme de Ptolémée, il confie dans une lettre à Kepler (1597) adhérer à l’héliocentrisme depuis plusieurs années, mais « craindre de le défendre publiquement ».

Œuvre majeure et maturité (1609–1616) : Le Messager Céleste et la révolution copernicienne

La lunette et le ciel (1609-1610)

L’année 1609 bouleverse la carrière de Galilée et l’histoire des sciences. Il entend parler d’une invention hollandaise : une lunette d’approche permettant de voir les objets lointains. Comprenant immédiatement son potentiel, il ne se contente pas de la copier : il la perfectionne.

Par sa maîtrise de l’optique et sa compétence technique d’artisan, il parvient à construire un instrument grossissant une trentaine de fois, surpassant de loin tout ce qui existe. Son premier réflexe est militaire et commercial : il présente son invention au Sénat de Venise comme un outil stratégique.

Son second réflexe est un acte philosophique et scientifique décisif. Durant l’automne 1609, il tourne cet instrument, qu’il nommera perspicillum (puis telescopium), non pas vers les navires ennemis, mais vers le ciel.

Le « Sidereus Nuncius » (1610)

Publié à Venise en mars 1610, le Sidereus Nuncius (Le Messager Céleste) connaît un retentissement immédiat en Europe. C’est un court traité qui dynamite la cosmologie héritée. Galilée y annonce quatre découvertes capitales :

La Lune n’est pas une sphère parfaite : Elle est « rugueuse et inégale », couverte de montagnes et de « mers » (les maria). Sa surface est analogue à celle de la Terre.
La Voie Lactée n’est pas une « exhalaison » : Elle est résolue en une myriade d’étoiles individuelles, invisibles à l’œil nu. L’univers est infiniment plus vaste et peuplé qu’on ne le croyait.
Les « étoiles Médicéennes » : Il découvre quatre « planètes » (satellites) tournant autour de Jupiter.
Conséquence philosophique : La distinction aristotélicienne entre un monde « sublunaire » (imparfait, changeant, terrestre) et un monde « supralunaire » (parfait, éternel, cristallin) s’effondre. Le ciel est fait de la même matière que la Terre. De plus, la découverte des lunes de Jupiter prouve que la Terre n’est pas l’unique centre de rotation de l’univers, invalidant un argument clé contre Copernic.

Le philosophe du Grand-Duc

Ces découvertes le rendent célèbre. Il quitte la sécurité de Padoue pour Florence, acceptant un poste prestigieux et très bien payé offert par Cosme II de Médicis.

Il n’est pas seulement nommé « Premier Mathématicien » de l’université, mais aussi « Premier Philosophe et Mathématicien » du Grand-Duc de Toscane. Ce titre de philosophe est essentiel : il lui donne la légitimité, non seulement de calculer, mais de débattre de la structure réelle du monde.

Depuis Florence, il poursuit ses observations : il découvre les taches solaires, prouvant que le Soleil lui-même est imparfait et tourne sur son axe, et les phases de Vénus. L’observation que Vénus présente un cycle complet de phases comme la Lune est la preuve irréfutable que Vénus tourne autour du Soleil, et non de la Terre. Le système de Ptolémée est définitivement invalidé.

La première confrontation (1616)

L’Église catholique, jusqu’alors relativement ouverte aux calculs coperniciens qu’elle voit comme de simples hypothèses mathématiques, commence à s’inquiéter. Galilée, lui, ne défend pas une hypothèse, mais ce qu’il considère comme une vérité physique.

La tension monte. Des théologiens conservateurs l’attaquent, jugeant l’héliocentrisme contraire aux Écritures, notamment le passage où Josué arrête le Soleil. Galilée répond par ses Lettres coperniciennes comme la Lettre à la Grande-Duchesse Christine de Lorraine en 1615.

Il y développe sa philosophie des rapports entre foi et raison : la Bible et la Nature sont deux « livres » écrits par Dieu, explique-t-il. Ils ne peuvent se contredire. La Bible utilise un langage adapté au peuple pour enseigner le salut (« comment on va au ciel, non comment est le ciel »). La Nature, elle, est écrite en langage mathématique et doit être lue par l’observation et la démonstration. En cas de conflit apparent, c’est l’interprétation littérale de l’Écriture qui doit céder, non la vérité démontrée.

En 1616, l’Inquisition censure cette position. Le Saint-Office déclare la doctrine copernicienne « sotte et absurde en philosophie, et formellement hérétique ». Le livre de Copernic est mis à l’Index, c’est-à-dire la liste des ouvrages interdits. Le cardinal Robert Bellarmin convoque Galilée et lui intime l’ordre de ne plus « tenir, enseigner ou défendre » cette doctrine de quelque manière que ce soit.

La consolidation de la méthode (1616–1632) : L’Essayeur et le Dialogue

« L’Essayeur » (1623)

Malgré l’avertissement de 1616, Galilée continue ses travaux prudemment. En 1623, une dispute sur la nature des comètes lui donne l’occasion d’exposer sa méthode philosophique. Il publie Il Saggiatore (L’Essayeur).

C’est un chef-d’œuvre de polémique et d’épistémologie. Attaquant l’approche livresque de son adversaire, Galilée y livre son credo : « La philosophie est écrite dans cet immense livre qui se tient constamment ouvert sous nos yeux (je veux dire l’univers), mais on ne peut le comprendre si l’on n’apprend pas d’abord à en comprendre la langue et à en connaître les caractères dans lesquels il est écrit. Il est écrit en langue mathématique… »

Il y formule également la distinction fondamentale pour la philosophie moderne (Locke, Descartes), entre Qualités premières : Objectives, appartenant à l’objet, mesurables et mathématiques (taille, forme, nombre, mouvement) et Qualités secondes : Subjectives, n’existant que dans la conscience du sujet qui perçoit (couleur, odeur, goût, son).

Le « Dialogue sur les deux grands systèmes du monde » (1632)

L’élection du pape Urbain VIII (Maffeo Barberini) en 1623 redonne espoir à Galilée. Le nouveau pape est un humaniste, un poète et un admirateur de longue date du savant toscan. Galilée pense avoir une fenêtre d’opportunité pour réhabiliter Copernic.

Après plusieurs audiences, il obtient l’autorisation de publier un livre comparant les deux systèmes de Ptolémée et Copernic, à la condition expresse de le faire de manière hypothétique et de présenter comme conclusion l’argument du Pape sur l’impossibilité pour l’homme de connaître la vraie structure du monde face à la toute-puissance divine.

L’ouvrage, publié en 1632, est le Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (Dialogue sur les deux grands systèmes du monde). C’est un triomphe littéraire et philosophique. Galilée utilise la forme platonicienne du dialogue entre trois personnages :
Salviati : Un académicien brillant, défenseur de Copernic (c’est le porte-parole de Galilée).
Sagredo : Un noble vénitien, esprit ouvert et curieux, qui se laisse convaincre par Salviati.
Simplicio : Le « simple », un philosophe aristotélicien borné, qui défend Ptolémée avec une obstination ridicule.

L’ouvrage est une défense écrasante de l’héliocentrisme. Les arguments de Salviati fondés sur l’inertie, les marées, les découvertes télescopiques pulvérisent la physique d’Aristote. Pire, Galilée place l’argument « conclusif » du Pape dans la bouche de Simplicio, à la toute fin du livre, le faisant apparaître comme un deus ex machina absurde.

Urbain VIII se sent trahi et publiquement humilié. Il arrête immédiatement la vente du livre et convoque Galilée à Rome devant le tribunal de l’Inquisition.

Dernières années et synthèses (1633–1642) : Le Procès et les Deux Sciences Nouvelles

Le Procès et l’Abjuration (1633)

Convoqué à Rome en février 1633, Galilée, alors âgé de 69 ans et malade, est jugé. L’Inquisition l’accuse d’avoir violé l’injonction de 1616. Le tribunal utilise un document contesté : un procès-verbal de 1616 lui interdisant « de quelque manière que ce soit » d’enseigner Copernic, alors que Galilée soutenait n’avoir reçu qu’un avertissement oral.

Sous la menace de la torture et après un long interrogatoire, Galilée est brisé. Le 22 juin 1633, dans le couvent de Santa Maria sopra Minerva, il est contraint à l’abjuration publique. À genoux, il lit un texte où il renie « lesdites erreurs et hérésies » et maudit l’opinion selon laquelle « le Soleil est le centre du monde et immobile, et la Terre n’est pas le centre et se meut ».

La légende, sans doute apocryphe mais symboliquement juste, veut qu’il ait murmuré en se relevant : « E pur si muove ! » (« Et pourtant, elle tourne ! »).

L’assignation à résidence à Arcetri

Condamné à la « prison formelle », sa peine est immédiatement commuée en assignation à résidence perpétuelle. Après un séjour à Sienne, il est autorisé à se retirer dans sa villa « Il Gioiello » à Arcetri, près de Florence, avec l’interdiction de recevoir des visites sauf autorisation ni de publier quoi que ce soit.

C’est dans cet isolement, sous surveillance constante, et alors qu’il devient totalement aveugle en 1637, que Galilée rédige son testament scientifique, son œuvre la plus importante pour la physique.

« Deux Sciences Nouvelles » (1638)

L’ouvrage, achevé en 1636, doit être sorti clandestinement d’Italie. Il est publié à Leyde, en Hollande, pays protestant et libre, en 1638 : Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze (Discours et démonstrations mathématiques concernant deux sciences nouvelles).

Interdit de parler du cosmos, Galilée revient à ses travaux de Padoue sur la matière et le mouvement. C’est l’acte de fondation de la physique moderne. L’œuvre, sous forme de dialogue (avec les mêmes personnages que le Dialogue de 1632), établit les bases de deux sciences :
La Résistance des Matériaux (Statique) : Il analyse pourquoi les structures (poutres, os) résistent et se brisent, fondant l’ingénierie structurelle.
Le Mouvement Local (Cinématique) :  Il y établit les lois mathématiques de la chute des corps (la distance parcourue est proportionnelle au carré du temps) et la composition des mouvements, démontrant que la trajectoire d’un projectile est une parabole. Il y formule une version claire du principe d’inertie.

Mort et héritage

La fin du prisonnier

Galilée s’éteint à Arcetri le 8 janvier 1642, à l’âge de 77 ans, toujours prisonnier du Saint-Office. Le Pape Urbain VIII refuse qu’on lui élève un mausolée. Il est enterré discrètement dans la basilique Santa Croce de Florence, où un monument lui sera finalement érigé en 1737.

L’année même de sa mort naît en Angleterre Isaac Newton, qui construira sa propre synthèse sur les fondations établies par Galilée dans les Deux Sciences Nouvelles.

L’héritage philosophique et scientifique

L’héritage de Galilée ne se résume pas à l’héliocentrisme : il a mis en place une transformation complète de la méthode de la connaissance.

Galilée a imposé l’idée que la science n’est pas un commentaire de textes anciens, mais une lecture directe du « livre de la nature ». Il a défini la méthode scientifique moderne comme une alliance indissociable entre sensate esperienze (les expériences sensibles, l’observation) et necessarie dimostrazioni (les démonstrations nécessaires, les mathématiques).

Philosophiquement, il a opéré la mise en calcul du réel, affirmant que la structure du monde est géométrique (distinction qualités premières/secondes). Il a défini l’autonomie de la recherche scientifique par rapport au dogme théologique, posant les bases de la laïcité intellectuelle.

Il est devenu, par son procès, le symbole universel de la liberté de la recherche scientifique face au dogmatisme et à l’autorité.

L’Église catholique mettra des siècles à reconnaître son erreur : le Dialogue n’est retiré de l’Index qu’en 1835. En 1992, le pape Jean-Paul II reconnaît formellement les « erreurs des théologiens de l’époque » dans l’affaire Galilée, clôturant symboliquement un conflit qui avait ouvert l’ère de la science moderne.