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Association internationale de géodésie

société scientifique

L'Association internationale de géodésie est une des associations constituantes de l'Union géodésique et géophysique internationale (UGGI). Elle est fondée en 1864 sous le nom de Mitteleuropäische Gradmessung[1]. En 1867, elle devient la Europäische Gradmessung (Association pour la mesure des degrés en Europe)[2]. En 1886, la Europäische Gradmessung devient l'Association géodésique internationale (Internationale Erdmessung)[1]. Elle devient la section de géodésie, l'une des cinq partie constituante de l'UGGI, lors de la première assemblée générale de l'Union en 1922[1],[2]. Elle prend officiellement son nom actuel d'Association internationale de géodésie (en anglais International Association of Geodesy, IAG) en 1946[3],[4]. L'UGGI compte aujourd'hui 73 entités adhérentes et est composée de huit associations internationales semi-autonomes, dont l'IAG[5]. L'UGGI est elle-même membre du Conseil international pour la science[6],[5]. Le bureau de l'IAG se trouvait à l'Institut de recherche géodésique allemand (Deutsches Geodätisches Forschunginstitut) à Munich de 2007 à 2019 et a déménagé au Finnish Geospatial Research Institute (FGI), à Masala, Kirkkonummi dans la périphérie d'Helsinki le 17 juillet 2019[7],[8].

Association internationale de géodésie
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La création de l'Association internationale de géodésie et la convention du Mètre

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Johann Jacob Baeyer, fondateur de l'Association géodésique Internationale
 
Friedrich Robert Helmert

La géodésie (du grec ancien : γεωδαισία / geôdaisía, de γῆ / gễ, « Terre », et δαίω / daíô, « diviser ») est la science, destinée à l'origine au tracé des cartes, qui s'est attachée à résoudre le problème des dimensions, puis de la forme de la Terre, ce qui fait d'elle, à son origine, la première forme de la géographie moderne[9]. Selon la définition classique du grand géodésien allemand Friedrich Robert Helmert (1843-1917), elle est « la science qui mesure et représente la surface terrestre ». Bien que formulée en 1880, cette définition reste valable à ce jour, à condition d'y inclure la détermination du champ de pesanteur extérieur de la Terre et celle du fond océanique. Avant l'ère spatiale, la base de toute étude géodésique est une triangulation précise[10]. Celle-ci consiste en la mesure des angles de triangles par des théodolites, la mesure de l'un ou de plusieurs côtés de ces triangles sur le sol, la détermination par des observations astronomiques de l'azimut de l'ensemble du réseau de triangles, la détermination de la position réelle de ce réseau sur la surface de la Terre par l'observation de la latitude et de la longitude de certaines stations et enfin la détermination de l'altitude de toutes les stations, qui sont situées aux sommets des triangles[10].

 
Pendule réversible de Repsold-Bessel utilisé pour la mesure du champ de pesanteur.

Pour le calcul, les points de la surface réelle de la terre sont imaginés comme projetés le long de leurs fils à plomb sur la figure mathématique, qui est donnée par le niveau stationnaire de la mer, et l'extension de la mer à travers les continents par un système de canaux imaginaires. Dans le cas d'opérations extensives, la surface doit être considérée comme un ellipsoïde de révolution aplati, dont le petit axe coïncide avec l'axe terrestre, et dont la compression, l'aplatissement ou l'ellipticité s'avérera être d'environ 1/298 selon les travaux gravimétriques mis en œuvre sous l'égide de l'Association géodésique internationale[10],[Note 1],[11],[12].

 
Friedrich Wilhelm Bessel

En plus de son importance pour la cartographie, la détermination de la figure de la Terre constitue à l'époque un problème de la plus haute importance en astronomie, dans la mesure où le diamètre de la Terre est l'unité à laquelle toutes les distances célestes doivent être référées[12].

En 1861, Johann Jacob Baeyer, un disciple de Friedrich Wilhelm Bessel, propose la création de l'Association pour la mesure des degrés en Europe centrale (Mitteleuropaïsche Gradmessung) dont l'objectif est une nouvelle détermination des anomalies de la forme de la Terre au moyen de triangulations géodésiques précises, combinées à des mesures de la gravitation. Il s’agit de déterminer le géoïde au moyen de mesures gravimétriques et de nivellement, afin d’en déduire la connaissance exacte du sphéroïde terrestre tout en prenant en compte les variations locales[13],[14].

Pour résoudre ce problème, il est nécessaire d’étudier avec soins et en tous sens des espaces considérables de terrain. Au printemps 1861, Baeyer élabore le plan de coordonner les travaux géodésiques de l’espace compris entre les parallèles de Palerme et Christiana (Danemark) et les méridiens de Bonn et de Trunz (nom allemand de Milejewo en Pologne). Ce territoire est couvert d’un réseau de triangle et comprend plus de trente observatoires ou stations dont la position est déterminée astronomiquement. Bayer propose de remesurer dix arcs de méridiens et un plus grand nombre d’arcs de parallèles, de comparer la courbure des arcs méridiens sur les deux versants des Alpes, afin de rechercher l’influence de cette chaîne de montagnes sur la déviation de la verticale[15],[Note 2]. Il envisage également de déterminer la courbure des mers, de la Méditerranée et de l’Adriatique au sud, de la mer du Nord et de la Baltique au nord. Dans son esprit, la coopération de tous les États d’Europe centrale peut ouvrir le champ à des recherches scientifiques du plus haut intérêt, recherches que chaque État, pris isolément, n’est pas en mesure d’entreprendre[14].

 
Ferdinand Rudolph Hassler
 
Johann Georg Tralles

En 1834 à Fire Island, Ferdinand Rudolph Hassler, le premier Superintendant of the Coast Survey mesure en mètre la première base du levé côtier des États-Unis, peu avant que Louis Puissant ne déclare en 1836 devant l’Académie des Sciences que Jean Baptiste Joseph Delambre et Pierre Méchain avaient fait des erreurs dans la mesure de la méridienne qui avait servi à la détermination de la longueur du mètre[16],[17],[18],[19],[20],[Note 3].

Le principe du remplacement de la juxtaposition des règles géodésiques par un procédé optique est introduit par Ferdinand Rudolph Hassler et Johann Georg Tralles et utilisé en Suisse en 1797[3]. Les microscopes sont utilisés dans un second temps avec les règles à bouts, calibrées sur le mètre, mises au point par le géodésien d'origine suisse, Ferdinand Rudolph Hassler pour le relevé topographique des côtes américaines (United States Survey of the Coast) avant d'être employés en Espagne[21],[22],[23].

A cette époque en Europe, les géodésiens continuent à utiliser des instruments de mesure calibrés sur la Toise du Pérou[24]. En 1840, Friedrich Wilhelm Bessel remet en question la précision de trois copies de cet étalon appartenant aux observatoires d’Altona et de Königsberg qu’il avait comparées entre elles[25],[26].

L’année suivante, Bessel propose son ellipsoïde de référence et un aplatissement de la Terre beaucoup plus proche de la réalité que celui qui avait été employé pour calculer la longueur du mètre à partir de la mesure de la méridienne de Delambre et Méchain. En effet, Bessel entreprend un nouveau calcul des dimensions du sphéroïde terrestre, dans lequel il part de dix arcs mesurés avec l'exactitude suffisante. Par l'emploi de la méthode des moindres carrés, le calcul conduit à un résultat que l'on regarde longtemps comme le plus probable qui puisse être basé sur les matériaux existant alors. Ceci encore des années après sa publication en 1841[27],[24],[28],[12]. De plus, la publication par Bessel en 1838 de Gradmessung in Ostpreussen marque une nouvelle ère de la géodésie. On y retrouve la méthode des moindres carrés appliquée au calcul d’un réseau de triangles et à la réduction des observations en général. La manière systématique dont toutes les observations sont prises en compte en vue d’assurer les résultats finaux avec une extrême précision est admirable[12],[Note 4].

 
Don Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero, Marquis de Mulhacén

En 1853, le Gouvernement espagnol décide de la mise en œuvre d'une grande carte topographique de l'Espagne[29]. Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero et Frutos Saavedra sont désignés pour en effectuer les travaux préparatoires[29],[21]. En effet, tout l'outillage scientifique et technique nécessaire à cette entreprise est à créer. Les appareils conçus et utilisés au XVIIIe siècle et au début du XIXe siècle par Borda ou Bessel sont dépassés par l'utilisation de règles munies de systèmes de lecture au microscope[21].

« Depuis l'immortel travail de Delambre et Méchain, la mesure des bases n'avait fait que peu de progrès. Ibáñez voulut d'abord perfectionner le procédé des règles bimétalliques, de Borda et Lavoisier, employées, sous une forme encore un peu fruste, dans la mesure de la Méridienne de France, et fit construire, par les frères Brunner, un appareil qui passa pendant un temps pour le plus parfait qui eût été réalisé; des répliques en furent construites, pour plusieurs des grands États de l'Europe, ainsi que pour l'Égypte. Le Bureau international en a fait une, étude minutieuse.

Mais le maniement de la règle bimétallique était délicat, et la mesure des bases trop coûteuse, en rapport avec l'ensemble du travail, Ibáñez revint donc à la règle monométallique en fer, accompagnée de thermomètres, dont la donnée subsista jusqu'à l'introduction des règles en invar bientôt remplacées à leur tour par la méthode de Jäderin, qui, transformée par l'emploi des fils d'invar, put prendre rang dans la géodésie de précision, sous une forme incomparablement plus économique que tous les anciens procédés. »

— Charles Édouard Guillaume

 
Aimé Laussedat

L'Espagne ayant adopté le système métrique depuis 1849, Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero se rend à Paris avec Saavedra pour faire construire un appareil de mesure de leur conception par Jean Brunner et dont la règle à traits, mesurant 4 mètres de longueur, est comparée avec la règle n° 1 de la double toise de Borda, qui est à l'époque la référence principale pour la mesure des bases en France et dont la longueur correspond précisément à 3,8980732 mètres à une température spécifiée[30],[31],[21],[3],[32],[33],[Note 5]. En 1858, ils mesurent la base centrale de triangulation de l'Espagne à Madridejos, dans la province de Tolède, avec une précision inégalée jusque-là, grâce à cet instrument qui deviendra célèbre sous le nom de Règle espagnole[21],[34]. Aimé Laussedat traduit en français la monographie de Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero relatant la comparaison des résultats obtenus selon deux différentes méthodes de mesure des bases géodésiques[35],[36]. Ce travail fait date dans la controverse qui oppose les géodésiens français et allemands au sujet de la longueur des bases et valide empiriquement la méthode du général Baeyer[36]. La règle espagnole deviendra une référence et des répliques en seront construites pour plusieurs grands pays d'Europe et pour l'Égypte[31],[37].

 
Otto Wilhelm von Struve

En 1860, le gouvernement russe, à la demande d'Otto Wilhelm von Struve, invite les gouvernements de Belgique, de France, de Prusse et d'Angleterre à connecter leur triangulation dans le but de mesurer la longueur d'un arc de parallèle à la latitude de 52° afin de vérifier les dimensions et la figure de la Terre telles qu'elles ont été déduites des mesures d'arc de méridien. En effet, grâce aux progrès de la télégraphie électrique, il est possible de déterminer avec précision la différence de longitude entre les deux extrémités de cet arc. Il s'avère nécessaire de comparer les règles géodésiques utilisées dans chaque pays afin de combiner les mesures effectuées[38].

 
Alexander Ross Clarke

Le gouvernement britannique invite la France, la Belgique, la Prusse, la Russie, l'Inde, l'Australie, l'Espagne, les États-Unis et la Colonie du Cap à envoyer leur règle géodésique au bureau de l'Ordnance Survey à Southampton[38]. Les standards d'Espagne et des États-Unis sont basés sur le système métrique[38],[32]. Les règles de Russie, de Prusse et de Belgique sont calibrées sur la toise[38]. La France n'envoie pas sa règle géodésique à l'Ordnance Survey, qui dispose d'un prototype du mètre, comparé par Arago avec le mètre des archives[38]. Alexander Ross Clarke et Henry James publieront leurs premiers résultats en 1867[38].

Dès 1861, Johann Jacob Baeyer adresse un mémoire au roi de Prusse recommandant une collaboration internationale en Europe dans le but de déterminer la forme et les dimensions de la Terre[39],[2]. Lors de sa création, l'association compte seize pays membres : l'Autriche, la Belgique, le Danemark, sept états germaniques, l'Italie, les Pays-Bas, la Russie (pour la Pologne), la Suède et la Norvège, ainsi que la Suisse[39],[2]. L'Association crée un Bureau central, situé à l'Institut géodésique de Prusse, dont la direction est confiée au général Johann Jacob Baeyer[3].

 
Carl Friedrich Gauss
 
Alexander von Humboldt
 
Wilhelm Eduard Weber

L'Association internationale de géodésie est l'une des plus anciennes associations scientifiques internationales[40]. En effet, Carl Friedrich Gauss, Alexander von Humboldt et Wilhelm Eduard Weber, dont la collaboration avec Gauss a joué un rôle décisif dans l'invention du télégraphe électrique, avaient créé le Magnetischer Verein en 1836[11]. Entre 1821 et 1824, Carl Friedrich Gauss avait effectué le relevé cartographique du royaume de Hanovre[13]. Dès 1832, Gauss, qui effectue des travaux géophysiques sur le champ magnétique terrestre, propose d'ajouter la seconde aux unités fondamentales que sont le mètre et le kilogramme, sous la forme du système CGS (centimètre, gramme, seconde)[41].

Dans la seconde moitié du XIXe siècle, la création de l'Association géodésique marque l'adoption de nouvelles méthodes scientifiques[40]. En effet, l'association propose la mise en application dans le domaine des observations géodésiques de la méthode des moindres carrés, découverte simultanément par Legendre et Gauss, puis développée par ce dernier[40]. Pour permettre l'alignement des triangles géodésiques mesurés dans chaque nation, il s'avère également nécessaire d'adopter un étalon commun[40]. Dans un premier temps, l'association adopte la toise de Bessel[2],[38]. La toise de Bessel est une copie de la toise du Pérou effectuée à Paris en 1823 pour Friedrich Wilhelm Bessel par Jean-Nicolas Fortin[38]. La toise du Pérou quant à elle est la règle géodésique utilisée par Pierre Bouguer et Charles Marie de La Condamine lors de l'expédition géodésique française en Équateur qui a contribué à démontrer l'aplatissement de la Terre prédit par la loi universelle de la gravitation[38],[28]. Elle est réalisée en 1735 et devient en 1766 l'étalon de longueur en France sous le nom de Toise de l'Académie[42]. Sa longueur a servi à la détermination de celle du mètre durant la révolution française[42],[43].

En 1864, dans son rapport à la Commission géodésique suisse sur la conférence de Berlin, Adolphe Hirsch évoque sa crainte que le choix de la toise de Bessel comme étalon international ne détourne d'une adhésion à l'Association géodésique internationale la France, et les pays qui, comme l'Espagne et les États-Unis, emploient le mètre[44]. La valeur de la Toise de Bessel, qui suivant le rapport légal alors admis entre le Mètre et la Toise du Pérou, devait être égale à 1,9490348 mètre, se trouvera être de 26,2 μm plus grande lors de mesures effectuées par J.-R. Benoît au Bureau international des poids et mesures. En effet, aux époques de définition de ces étalons, aucune échelle thermométrique n'était encore considérée comme normale, et l'on connaissait mal les écarts des divers thermomètres entre eux. Selon Charles-Édouard Guillaume, c'est la considération de cette divergence entre la toise du Pérou et celle de Borda d'une part et la toise de Bessel d'autre part qui amène l'Association pour la mesure du degré à envisager, lors de sa réunion à Neuchâtel en 1866, la fondation d'un Institut mondial pour la comparaison des étalons géodésiques, premier pas vers la création du Bureau international des poids et mesures[45].

 
Pierre Bouguer

Au XIXe siècle, les statisticiens savent que les observations scientifiques sont entachées par deux types d’erreur, les erreurs constantes d’une part, et les erreurs fortuites d’autre part. Les effets de ces dernières peuvent être corrigés par la méthode des moindres carrés. Les erreurs constantes doivent en revanche être soigneusement évitées, car elles sont provoquées par différents facteurs qui agissent de façon à toujours modifier le résultat des observations dans le même sens. Ces erreurs tendent donc à faire perdre toute valeur aux résultats qu’elles affectent[46]. Toutefois, les erreurs systématiques et les erreurs aléatoires ne sont pas de natures différentes. En réalité, il n’y a que peu, voire aucune erreur aléatoire. Avec les progrès de la science, les sources d’erreur sont identifiées, étudiées et leurs causes sont précisées. Des erreurs tout d’abord classées comme fortuites seront plus tard considérées comme des erreurs systématiques. L’habilité de l’observateur consiste à découvrir le plus grand nombre possible d’erreurs systématiques pour pouvoir, une fois parvenu à la connaissance de leurs lois, en affranchir ses résultats à l’aide d’une méthode ou de corrections appropriées[Note 6],[47]. Il est alors crucial, afin de corriger les erreurs de température, de comparer à des températures contrôlées, avec la plus grande précision et à la même unité toutes les règles géodésiques[48]. En effet, la dilatation thermique qui correspond à l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement est bien connue. Au XVIIIe siècle, le fameux physicien et géodésien Pierre Bouguer en avait fait la démonstration devant un large public à l'Hôtel des Invalides[49]. Ce problème a constamment dominé toutes les idées concernant la mesure des bases géodésiques. Les géodésiens sont occupés par la préoccupation constante de déterminer avec précision la température des étalons de longueur utilisés sur le terrain. La détermination de cette variable, dont dépend la longueur des instruments de mesure, a de tout temps été considérée comme si complexe et si importante qu'on pourrait presque dire que l'histoire des étalons géodésiques correspond à celle des précautions prises pour éviter les erreurs de température[50].

 
Mesure de la base d'Aarberg en 1880 au moyen de l'appareil Ibáñez, une règle unique à traits munie de thermomètres et de microscopes, selon un concept développé pour la première fois en Suisse par Johann Georg Tralles et Ferdinand Rudolph Hassler[3].

En 1867, lors de sa seconde conférence générale à Berlin et après l'admission de trois nouveaux pays membres, la Russie, l'Espagne et le Portugal, l'association géodésique devient la Europäische Gradmessung (Association pour la mesure des degrés en Europe)[2]. En 1867 lors de la Conférence géodésique internationale réunie à Berlin, l'association recommande l'adoption du système métrique afin de s'assurer de l'équivalence des mesures effectuées dans chaque pays[2],[51]. La pétition, que l'association adresse aux différents états qui y sont représentés, donnera lieu à la convocation de la conférence diplomatique internationale qui aboutira à la convention du Mètre[51],[52].

 
Heinrich von Wild
 
Moritz von Jacobi

L'Organisation météorologique internationale est également un exemple illustrant le rôle des premières associations scientifiques internationales dans la création du Bureau international des poids et mesures. Ainsi, Heinrich von Wild son premier président est un des signataires au côté de Moritz von Jacobi et d'Otto Wilhelm von Struve du rapport de l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg[53],[24],[54]. En 1869, cette dernière invite celle de Paris à une action commune en vue d'assurer, par des mesures appropriées, l'emploi universel des unités métriques dans tous les travaux scientifiques. Depuis l'origine, le mètre a gardé une double définition; il est à la fois la dix-millionième partie du quart de méridien et la longueur représentée par le Mètre des Archives. La première est historique, la seconde est métrologique. Dès l'année 1870, une Commission internationale se réunit à Paris; bientôt dispersée, elle se réunit à nouveau en 1872. On discute beaucoup au sein de cette Commission, l'opportunité soit d'envisager comme définitives les unités représentées par les étalons des Archives, soit de revenir aux définitions primitives, et de corriger les unités pour les en rapprocher. La première solution prévaut, conformément au bon sens et conformément au préavis de l'Académie. Abandonner les valeurs représentées par les étalons, aurait consacré un principe extrêmement dangereux, celui du changement des unités à tout progrès des mesures; le Système métrique serait perpétuellement menacé de changement, c'est-à-dire de ruine[55].

 
Prototypes internationaux du mètre

Les prototypes internationaux du mètre constitueront la base du nouveau système international d'unités, mais il n'auront plus aucune relation avec les dimensions de la Terre que les géodésiens s'efforcent de déterminer au XIXe siècle. Ils ne seront plus que la représentation matérielle de l'unité du système. Si la métrologie de précision profite des progrès de la géodésie, celle-ci ne peut continuer à prospérer sans le concours de la métrologie. En effet, toutes les mesures d'arcs terrestres et toutes les déterminations de la pesanteur par le pendule doivent impérativement être exprimées dans une unité commune. La métrologie se doit donc de créer une unité adoptée et respectée par toutes les nations de façon à pouvoir comparer avec la plus grande précision toutes les règles ainsi que tous les battants des pendules employés par les géodésiens. Ceci de manière à pouvoir combiner les travaux effectués dans les différentes nations afin de mesurer la Terre[48].

 
Peter Andreas Hansen

Depuis 1864, l'Association nomme une Commission permanente dotée de pouvoirs administratifs qui supervise le Bureau central et devient l'instance scientifique supérieure de l'association géodésique[17],[4]. Cette Commission est présidée par Peter Andreas Hansen de 1864 à 1868 et par le général austro-hongrois August von Fligely de 1869 à 1874[56].

 
Hervé Faye

La France, initiatrice des travaux de mesure de la Terre, reste à peu près stationnaire, pendant que les autres nations couvrent leur sol de triangulations en employant de meilleurs instruments et procédés d'observation et de calcul. Elle hésite même longtemps avant de céder aux instances de l'Association qui lui demande de prendre part à ses travaux. C'est seulement en 1871 qu'elle commence à en faire partie et désigne Charles-Eugène Delaunay pour la représenter au Congrès de Vienne. En 1874, Hervé Faye est nommé membre de la Commission permanente[17]. Lors de la Conférence géodésique internationale réunie à Paris en 1875 sous la présidence de Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero, directeur de l'Institut géographique national en Espagne, l'association décide de la création d'une règle géodésique internationale pour la mesure des bases[17]. En 1875, après la ratification de la convention du Mètre, Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero, déjà président de la Commission permanente de la Europäische Gradmessung depuis 1874 et du Comité permanent de la Commission internationale du mètre depuis 1872, devient également le premier président du Comité international des poids et mesures[3],[39],[52],[57].

En 1883, lors de la Conférence générale de l'Association internationale de géodésie à Rome, l'adoption du méridien de Greenwich comme méridien d'origine est proposée dans l'espoir que le Royaume-Uni adhérera à la convention du Mètre[56],[58]. Ce qu'il fera l'année suivante.

 
Adolphe Quetelet

L'institut international de statistique (ISI) est fondé en 1885 lors du jubilé de la Royal Statistical Society et du 25ème anniversaire de la société de statistique de Paris[59]. Ses origines remontent à une série de Congrès internationaux de statistique dont le premier fut présidé par Adolphe Quetelet et se tint à Bruxelles en 1853 à l'initiative de la Commission centrale de Statistique du Royaume de Belgique[60],[61]. Les 81 membres fondateurs de l'ISI constituent l'élite des statisticiens de cette époque au sein des administrations gouvernementales et des académies scientifiques[60]. A Rome en 1887, l'Association géodésique internationale et le Comité international des poids et mesures sont notamment représentées par leur président, Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero, membre de l'Académie royale des sciences exactes, physiques et naturelles, membre honoraire de l'Académie nationale des sciences de Córdoba (es), correspondant de l'Académie des sciences, associé de l'Académie royale des sciences, des lettres et des beaux-arts de Belgique, membre honoraire de l'Académie royale des sciences de Prusse et délégué par l'Espagne à la première session de l'ISI[62],[63],[64],[65].

 
Adolphe Hirsch

Pour comprendre dans son domaine toutes les mesures effectuées hors de l'Europe, l'Association géodésique est réorganisée, après la mort de son fondateur Baeyer : le Gouvernement prussien prend l'initiative de la réforme. Dans une Conférence tenue à Berlin en octobre 1886, les délégués des principales contrées d'Europe, l'Angleterre exceptée, et des contrées de quelques autres parties du Monde, décident que l'Association géodésique internationale a pour but la mesure des degrés de toute la Terre ; qu'elle aura à Berlin un Bureau central de calculs; qu'une Commission permanente, composée de 11 membres, se réunira tous les ans, dans une ville des États associés; que l'Association aura tous les trois ans une réunion plénière où la Commission permanente serait renouvelée par moitié. Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero est alors nommé président de cette Commission et Friedrich Robert Helmert directeur du Bureau central des calculs[17]. Une nouvelle convention internationale est ratifiée par 20 États européens qui confère à l'Association un statut intergouvernemental[66]. La Convention de 1886, confie l'exécution des décisions de la Conférence générale et la gestion des affaires administratives au Bureau de l'association, composé du président et du vice-président de l'association, du secrétaire perpétuel et du directeur du Bureau central[4]. Adolphe Hirsch, membre fondateur de la Commission géodésique suisse, qui est l'un des deux secrétaires de l'association internationale depuis sa création en devient le premier secrétaire perpétuel jusqu'en 1900[67],[68],[69]. Il est également le premier secrétaire du Comité international des poids et mesures de 1875 à 1901[70].

En 1887, le Brésil et la Serbie annoncent leur accession à l'Association[17],[3]. En 1888, le Chili, le Mexique, le Japon et la Grèce y adhèrent également, suivis par l'Argentine et les États-Unis en 1889[3].

 
Henri Poincaré
 
Charles Hermite, président de l'Académie des sciences

En 1889, et conformément aux résolutions de 1875, les nouveaux standards du mètre sont distribués aux nations d'Europe et d'Amérique perpétuant l'acceptation du système métrique[3]. L'année suivante, une Commission de l'Académie des sciences composée de Charles Hermite, alors président de l'Académie des sciences, Gaston Darboux, Henri Poincaré, Camille Jordan et dont Joseph Bertrand est le rapporteur décerne le prix Poncelet à Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero[71]:

« La Commission a décerné le prix Poncelet à M. le Général IBAÑEZ, marquis de Mulhacén pour la savante direction qu'il a donnée et sa collaboration dévouée aux beaux travaux du Comité international des Poids et Mesures qui, à la suite d'études approfondies continuées pendant plus de vingt ans, a distribué, en 1889, conformément aux Conventions de 1875, les mètres et les étalons qui serviront, dans tous les grands États de l'Europe et de l'Amérique, à assurer l'usage du système métrique. »

En effet, c’est alors même qu’il contribue à démontrer par ses travaux géodésiques en Espagne que le mètre ne correspond plus à sa définition historique, qu’Ibáñez œuvre à son adoption par la communauté scientifique internationale, selon une démarche à la fois rigoureuse et pragmatique. Il fut, selon la maxime du mathématicien espagnol Julio Rey Pastor, durant près de trente ans une figure marquante du monde à l’époque héroïque de la fondation du Bureau international des poids et mesures, où il organisa la métrologie au niveau mondial avec autant de compétence que d’habilité non seulement comme académicien de premier plan et précurseur de la collaboration scientifique entre les nations, mais aussi et surtout en tant qu’artisan de la civilisation universelle et fervent défenseur de la solidarité humaine[72].

 
Wilhelm Foerster

Après le décès de Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero en 1891, Hervé Faye lui succède à la présidence de la Commission permanente de l'Association géodésique internationale en 1892, tandis que Wilhelm Foerster prend la présidence du Comité international des poids et mesures dès 1891[39],[57].

 
Raoul Gautier

Lors de la 11e Conférence générale tenue à Berlin en 1895, une nouvelle Convention Géodésique Internationale est rédigée[2],[4]. Elle aboli la Commission permanente de l'Association et renforce le Bureau Central, basé à l'Institut géodésique de Berlin[2],[4]. Selon la convention ratifée en 1898 à Stuttgart, la Conférence générale de l'Association, réunissant les délégués des gouvernements concernés en est le corps souverain[2],[4]. Le Royaume-Uni rejoint l'Association en 1898[56]. De 1903 jusqu'en 1917, Jean-Antonin-Léon Bassot reprend la présidence de l'Association, assumée jusque-là par Hervé Faye [39].

La convention de l'Association géodésique internationale expire à la fin de l'année 1916. Elle n'est pas reconduite en raison de la Première Guerre mondiale. Toutefois, les nations neutres, le Danemark, les Pays-Bas, la Norvège, l'Espagne, la Suède, la Suisse et les États-Unis (jusqu'à l'entrée en guerre de ces derniers) s'accordent pour maintenir une Association géodésique réduite entre États neutres, présidée par Raoul Gautier, directeur de l'Observatoire de Genève[56]. Raoul Gautier sera nommé en 1922 vice-président de la section de géodésie de l'Union géodésique et géophysique internationale et assurera la continuité des opérations effectuées par l'Association géodésique réduite entre États neutres[2],[Note 7]. Il assure également la présidence par intérim du Comité international des poids et mesures de 1920 à 1921, jusqu'à la nomination de Vito Volterra[73].

 
Hendricus Gerardus van de Sande Bakhuyzen

De 1900 à 1921, Hendricus Geradus van de Sande Bakhuyzen succède à Adolphe Hirsch comme secrétaire perpétuel de l'Association géodésique internationale, puis comme secrétaire de l'Association géodésique réduite entre États neutres.

 
Charles Lallemand

« Il y avait avant la grande guerre, d’assez nombreuses Association internationales exerçant leur activité dans telle ou telle Science ou même dans tel ou tel domaine spécialisé d’une Science déterminée. […] Parmi elles, la plus puissante et la plus ancienne était l’Association géodésique internationale […] où l’influence de l’Allemagne prédominait et qui avait son Bureau central à l’Institut géodésique prussien de Potsdam.

[…] Pendant la guerre, nombreux furent les savants qui se préoccupèrent des moyens à envisager pour reprendre, à la fin des hostilités, le travail scientifique international. […] Une idée essentiellement américaine et britannique était de grouper les Unions scientifiques relatives à diverses disciplines sous l’autorité d’un Conseil suprême. Une conférence internationale, qui réunit à Bruxelles au mois de juillet 1919 les savant des pays alliés ou associés dans la lutte contre l’Allemagne et d’un certain nombre d’États neutres, créa un Conseil international de Recherches et différentes Unions dépendant de ce Conseil ; mais, la Géodésie, au lieu d’être libre et indépendante comme autrefois, fut associée aux Sciences géophysiques dans l’Union géodésique et géophysique internationale.

La haute autorité de Charles Lallemand, sa notoriété bien établie chez tous les savants qui participaient à l’Assemblée de Bruxelles, lui valurent d’être désigné alors par acclamations comme Président de la nouvelle Union. »Discours sur Charles Lallemand par Georges Perrier, lu lors de ses funérailles, le 3 février 1938, Paris, Académie des Sciences Notices et Discours, 241-242

 
William Bowie

De 1922 à 1946, le général Georges Perrier (le fils du général François Perrier) devient le secrétaire général de la section de géodésie de l'Union géodésique et géophysique internationale, puis de l'Association internationale de géodésie dont le Bureau central est déplacé de Potsdam à Paris (1917-1995). William Bowie assure la présidence de la section de géodésie de l'Union géodésique et géophysique internationale (1922-1933), puis de l'Union géodésique et géophysique internationale (1933-1936), où il succède à Charles Lallemand (1919-1933) son premier président[39],[74],[69],[5],[56].

 
Charles-Édouard Guillaume

Parallèlement aux avancées qui permettront de redéfinir l'étalon du mètre, les travaux de thermométrie du BIPM conduisent à la découverte d'alliages spéciaux de fer-nickel, en particulier l'invar et l'élinvar, pour lesquels le physicien suisse Charles Édouard Guillaume reçoit le prix Nobel de physique en 1920[49].

En 1900, le Comité international des poids et mesures répond à une demande de l'Association internationale de géodésie et inscrit au programme de travail du BIPM l'étude des mesures par fils d'invar dont le coefficient d'expansion thermique est négligeable. Edvard Jäderin, un géodésien suédois, avait inventé une méthode de mesure des bases géodésiques, basée sur l'utilisation de fils tendu sous un effort constant. Cependant avant la découverte de l'invar, ce procédé était beaucoup moins précis que la méthode classique. Charles Édouard Guillaume démontre l'efficacité de la méthode de Jäderin améliorée par l'utilisation de fils d'invar. La précision des mesures est égale à celle des anciennes méthodes, tandis que la rapidité et la facilité des mesures sont incomparablement plus élevées[24].

En 1934, le titre de docteur honoris causa lui est décerné par l'Université de Paris, non seulement pour son travail purement scientifique, mais également pour son rôle de promoteur du système métrique, qui aura été adopté dans la majeure partie de l'Asie, à l'issue de sa carrière de 53 ans au BIPM, dont plus de 20 ans en tant que directeur[75],[76].

Organisation actuelle

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  • Section I : Cadres de positionnement et de référence
  • Section II : Géodésie spatiale avancée
  • Section III : Détermination du champ de la gravité
  • Section IV : Théorie et méthodologie générale
  • Section V : Géodynamique[1]

Services internationaux

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Notes

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  1. ↑ En 1901, Friedrich Robert Helmert trouve essentiellement par la gravimétrie, une valeur de l'aplatissement de la Terre de 1/298,3. Ceci alors que l'analyse des premiers résultats issus des mesures par satellites fixe cette valeur à 1/298,25. Le pendule réversible construit par les fils de Johann Georg Repsold favorisa l’essor de l’étude du champ de gravitation de la Terre, dont les résultats allaient permettre de déterminer une valeur de l’aplatissement de la Terre remarquablement proche de la réalité. Le pendule réversible de Repsold-Bessel fut utilisé en Suisse dès 1865 sous le haut patronage de l’Association pour la mesure des degrés en Europe centrale. Toutefois, ces résultats ne pouvaient être considérés que comme provisoires. En effet, ils ne prenaient pas en compte les mouvements que les oscillations du pendule impriment à son plan de suspension. Les mouvements du plan de suspension constituent un facteur majeur d’erreur de mesure de la durée des oscillations et de la longueur du pendule. En effet, la détermination de la gravité par le pendule est soumise à deux types d’erreur systématique, la résistance de l’air et les mouvements que les oscillations du pendule impriment à son plan de suspension. Ces mouvements sont particulièrement amples avec le pendule de Repsold, car il a une importante masse, afin de contrecarrer l’effet de la viscosité de l’air. Alors que Émile Plantamour procédait à une série d’expériences avec cet appareil, Adolphe Hirsch trouva le moyen de mettre en évidence les mouvements du plan de suspension du pendule par un ingénieux procédé d’amplification optique. Isaac-Charles Élisée Cellérier (8.01.1818 – 2.10.1889), un mathématicien genevois, et Charles Sanders Peirce mirent indépendamment au point une formule de correction qui allait permettre d’utiliser les observations faites avec ces gravimètres. En 1892, Gilbert Étienne Defforges mesure au Bureau international des poids et mesures, au moyen d'un pendule réversible construit par la maison Brunner frères, la valeur de l'intensité de la pesanteur terrestre qui servira à définir l'accélération normale de la pesanteur terrestre lors de la 3e Conférence générale des poids et mesures à Paris en 1901.
  2. ↑ A cette époque, il est bien connu que la longueur du mètre est grevée d’une incertitude dans la détermination de la latitude de l’extrémité sud de la Méridienne de Delambre et Méchain. En effet, Barcelone est située au sud des Pyrénées et au bord de la mer Méditerranée, situation qui génère une déviation de la verticale défavorable qui donne une amplitude trop grande de l’arc de méridien et un mètre trop court. Cette source d’erreur avait été identifiée par Jean Le Rond d’Alembert dès 1756, avant que Gauss n’ait proposé le concept de géoïde en 1828 et avant même la mesure de Delambre et Méchain (1792-1799). Au XIXe siècle, les déviations de la verticale sont encore considérées comme des erreurs aléatoires. Nous savons à présent, qu’en plus d’autres erreurs dans la méridienne de Dunkerque à Barcelone, une déviation de la verticale défavorable donna une valeur erronée de la latitude de Barcelone et un mètre trop court par comparaison avec une définition plus large déduite de la moyenne d’un grand nombre d’arc. De plus, la définition théorique du mètre était inaccessible et trompeuse à l’époque de Delambre et Méchain, car la Terre est une boule qui peut grossièrement être assimilée à un sphéroïde aplati, mais qui en diffère dans le détail de telle façon à empêcher toute généralisation et toute extrapolation à partir de la mesure d’un seul méridien.
  3. ↑ En mesurant la latitude de deux stations à Barcelone, Méchain avait découvert que la différence de leur latitude était plus grande que celle prédite par une mesure de la triangulation entre ces deux points. En effet, les jeux dans l'axe central du cercle répétiteur causaient une usure qui nuisait à la fiabilité des mesures et en conséquence les mesures zénithales comportaient des erreurs systématiques non négligeables.
  4. ↑ Bessel est également à l'origine de la prise en compte de l'équation personnelle, une source d'erreur systématique dans les observations astronomiques, liée au temps de réaction de l'observateur.
  5. ↑ La double toise de Borda est la règle géodésique qui a été utilisée pour la mesure des bases nécessaires à la triangulation de la méridienne de France de Dunkerque à Barcelone par Delambre et Méchain.
  6. ↑ Des découvertes astronomiques majeures, comme l'aberration de la lumière, la précession des équinoxes et la nutation, sont les résultats de l'étude approfondie d'erreurs systématiques.
  7. ↑ En 1891, lors de la réunion de la Commission permanente de l’Association géodésique internationale à Florence, Wilhelm Foerster évoque la découverte par Seth Carlo Chandler des variations annuelles de la position du pôle terrestre prédites par Leonhard Euler en 1765 et leur impact sur la détermination des latitudes. Il propose que l’Association géodésique internationale mette en œuvre une étude systématique de cet important phénomène. En 1895, la création du Service international des Latitudes est décidée par l’Association géodésique internationale. Son bureau central est basé à Postdam et dirigé par Friedrich Robert Helmert. Les observations régulières débutent en 1899. Après 1916, les opérations du Service international des Latitudes continueront sous l'égide de l'Association réduite entre États neutres.

Références

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Voir aussi

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Articles connexes

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