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Étude de la locomotion animale par la chrono-photographie

Étienne-Jules Marey, la Revue Scientifique — 27 novembre 1886

Mis en ligne par Denis Blaizot le vendredi 5 mars 2010

Le mouvement est un attribut essentiel de la vie, il en constitue la manifestation la plus apparente, sinon la plus facile à bien connaître. Dans le corps d’un être vivant le mouvement s’observe partout : le sang circule, le cœur et les artères battent, le poumon s’emplit d’air et se vide tour à tour. Chaque organe subit des variations alternatives de volume, des mouvements rythmés d’expansion et de retrait liés aux intermittences du cours du sang qui le traverse. Les muscles vibrent continuellement sous l’action des nerfs moteurs ; enfin il n’est pas un seul élément des tissus organisés qui, dans son évolution, ne change de forme, de volume et de situation. Ainsi, faible ou fort, lent ou rapide, le mouvement existe dans toutes les parties des êtres vivants.

Outre ces mouvements intérieurs ou organiques si faibles parfois que nos sens ne sauraient les percevoir, il en est d’autres, tout extérieurs, rapides, étendus, énergiques ; ce sont les mouvements de la vie de relation : ainsi la locomotion de l’homme, les différentes allures des quadrupèdes, le vol des oiseaux, etc.

Tandis que les mouvements organiques sont bien souvent dissimulés par leur faiblesse ou leur lenteur, ceux de la vie animale échappent à l’observation par leur étendue, leur brusquerie, leur variété, leur complication.

Le rôle du physiologiste est d’imaginer toutes sortes d’artifices pour rendre saisissables ces divers mouvements et pour en déterminer rigoureusement les caractères. J’ai passé bien des années à chercher des méthodes. à inventer ou à perfectionner des appareils destinés à mesurer les mouvements organiques ; je poursuis ma tâche et j’essaye aujourd’hui de porter la précision dans l’analyse de la locomotion de l’homme et des différentes espèces d’animaux.

Quel que soit le mouvement qu’on observe, il n’y a qu’une manière satisfaisante de l’exprimer, c’est d’en donner la figure ou l’expression graphique. Dans les cas les plus simples, le mouvement transmis à certains appareils s’inscrit de lui-même sur un papier qui se déroule d’un mouvement uniforme. On obtient ainsi une courbe dont les sinuosités expriment les changements de direction ou de vitesse, c’est-à-dire toutes les phases du mouvement.

Les appareils inscripteurs sont aujourd’hui trop nombreux et trop connus pour que je tente de les énumérer et d’en indiquer les usages [1]. Il me suffira de vous montrer les courbes que donnent les pulsations des artères pour prouver combien l’inscription de ces mouvements y révèle de nuances délicates qui échappent au tact le plus exercé.

Tracés sphigmographiques du pouls receuillis sur différents malades

La figure 24 représente divers tracés du pouls obtenus avec le sphygmographe ; les types sont pris au hasard : vous en constatez à première vue l’extrême variété. Par un procédé semblable on obtient le tracé de la pulsation du cœur de l’homme, en appliquant un instrument spécial sur la région de la poitrine où se produit la pulsation du cœur. Dans ces courbes il existe encore plus de variétés que dans celles du pouls, chaque inflexion exprime quelque détail de la fonction ; les physiologistes et les médecins ont appris à connaître la signification fonctionnelle ou clinique de la plupart de ces formes. On peut dire de tous les appareils inscripteurs qu’ils expriment d’une manière complète des mouvements que l’observation directe ne permettait de saisir que d’une façon insuffisante.

Pour l’analyse des mouvements de la vie de relation, l’emploi des appareils inscripteurs n’a que des applications bornées.

Vous imaginerez aisément les difficultés qu’on éprouve à transmettre à des appareils fixes ces mouvements d’un corps qui se déplace, à réduire ces mouvements lorsqu’ils sont très étendus, très violents ou très rapides, comme ceux qu’on observe sur un quadrupède qui court ou sur un oiseau qui vole. Quelques tentatives toutefois avaient déjà donné des résultats importants : ainsi j’ai pu recueillir sur de grands oiseaux la courbe des mouvements de l’aile pendant le vol, inscrire le rythme des battues de chacun des . pieds d’un cheval aux différentes allures. D’autre part, un de mes élèves, devenu un maitre aujourd’hui, M. le professeur Carlet de Grenoble, a inscrit avec une grande précision certains mouvements du corps et des membres de l’homme pendant la marche lente. Mais, pour l’étude complète de la locomotion de l’homme et des animaux, l’inscription mécanique doit céder la place à une autre application de la méthode graphique, beaucoup plus simple et plus parfaite, car elle inscrit les mouvements sans leur créer aucune entrave, je veux parler de la chrono-photographie [2].

Il y a longtemps déjà que notre savant physicien astronome Janssen, par une sorte d’intuition, émit l’idée que la photographie donnerait un jour le moyen d’analyser les mouvements des animaux. Un habile photographe américain, M. Muybridge, résolut en partie ce problème par de brillantes expériences ; permettez-moi de décrire sommairement la méthode qu’il a employée.

M. Muybridge disposa les uns à la suite des autres une série d’appareils photographiques braqués sur un écran blanc au devant duquel on faisait passer un cheval au pas, au trot ou au galop. A mesure que l’animal avançait, les appareils photographiques s’ouvraient successivement et chacun d’eux prenait une image de l’animal. Ces images différaient les unes des autres, puisqu’elles s’étaient formées successivement ; elles représentaient donc l’animal dans les diverses attitudes qu’il avait prises à différents instants de son passage devant les appareils.

Douzes photographies successives obtenues par M. Muybridge sur un cheval au grand galop

La figure 25 est empruntée à M. Muybridge : elle montre un cheval au galop, à différentes phases des appuis et des levés de ses membres. Des repères tracés sur l’écran et portant des numéros d’ordre permettent d’apprécier la quantité dont l’animal a progressé entre deux images consécutives.

installation créée par M. Muybridge

La figure 26 montre les détails de l’installation créée par M. Muybridge. A gauche est l’écran incliné qui reflète dans les appareils photographiques une lumière blanche éclatante sur laquelle se détachera en silhouette le corps de l’animal. A droite, la série des appareils munis chacun d’un obturateur à guillotine tendu par un puissant ressort, de façon à n’ouvrir l’objectif que pendant un instant très court que l’auteur estime à 1/500 de seconde environ. Pour que ces appareils photographiques s’ouvrent tour à tour à mesure que le cheval avance, vous voyez des fils tendus en travers de son chemin. L’animal, en rompant l’un après l’autre ces fils, provoque l’ouverture de courants électriques et la chute successive des différents obturateurs.

M. Muybridge varia ses expériences de maintes façons ; il étudia les allures de différentes sortes d’animaux, celles de l’homme, le saut, l’escrime, le maniement de différents outils. Enfin il représenta, dans un volumineux album, une intéressante série d’attitudes d’hommes et d’animaux en mouvement. L’ensemble de ces études est d’un haut intérêt pour les artistes.

Depuis lors, de nouveaux progrès de la chimie photographique ont singulièrement accru la sensibilité des plaques et l’on obtient aujourd’hui mieux que des silhouettes d’hommes ou d’animaux en mouvement. Par une belle lumière, on a des images complètes avec tout le modelé désirable. Si, par exemple, on photographie un homme nu en mouvement, tous les muscles du corps sont parfaitement dessinés avec un relief qui indique la part que prend chacun d’eux dans le mouvement exécuté.

Les silhouettes obtenues par M. Muybridge suffiraient toutefois pour exprimer les phases successives du déplacement des membres si elles étaient prises à des intervalles de temps égaux ; mais la disposition employée pour provoquer la formation des images successives crée des inégalités dans la durée de ces intervalles, les fils cédant plus ou moins vite à l’effort qui tend à les rompre et, de plus, la progression du cheval ne se fait pas d’un mouvement uniforme. M. Muybridge essaya toutefois de reconstituer, d’après la série des images, la trajectoire de chacun des membres du cheval ; mais les courbes qu’il obtint dans ses laborieux essais n’ont pas une précision suffisante. Une méthode fort simple permet d’obtenir avec une fidélité parfaite la trajectoire d’un corps en mouvement, c’est la photographie de ce corps devant un fond obscur.

Si l’on dirige un appareil photographique sur un écran noir, on pourra démasquer l’objectif sans que la glace soit impressionnée, car elle ne recevra pas de lumière. Mais si, parallèlement au plan de cet écran, on lance une boule blanche vivement éclairée par le soleil, l’image de cette boule impressionnera la plaque sensible sur laquelle on verra la trace de son passage sous forme d’une trajectoire continue, pareille à ces lignes de feu dont notre œil garde un instant l’impression quand nous agitons. dans la nuit un charbon allumé.

Mais le mouvement d’un corps dans l’espace ne se produit pas toujours dans un plan comme celui d’un projectile ; le corps peut se déplacer suivant les trois dimensions de l’espace. Pour percevoir les inflexions d’une trajectoire dans tous les sens, il faut recourir aux procédés de la stéréoscopie ; les images représentées (fig. 27) sont ainsi obtenues : recueillies sous des angles différents, elles donnent quand on les examine au stéréoscope, la sensation du relief. Ces trajectoires représentent le mouvement de la tête d’un homme qui marche ; le déplacement s’effectue suivant les trois dimensions, puisque, indépendamment de ses balancements latéraux et verticaux, l’homme qui marche progresse d’une façon continue.

Image stéréoscopique des mouvements d'un point brillant placé au sommet de la tête d'un homme qui marche.

La photographie sur fond noir est d’un précieux secours pour connaître les points de l’espace que parcourt un corps en mouvement ; nulle autre méthode n’est susceptible d’exprimer ainsi le chemin qu’un point lumineux suit dans l’espace obscur. Tout récemment, M. L. Soret, de Genève, s’est servi de cette méthode pour analyser des actes fort complexes. Opérant dans l’obscurité, il photographiait les trajectoires d’une lampe à incandescence animée de mouvements divers.

Stéréoscopiques ou planes, ces figures ne fournissent encore qu’une notion incomplète du mouvement : elles ne donnent, en effet, que la notion de lieu, et non celle de temps qui est indispensable, car le mouvement n’est que la relation du temps à l’espace. Pour connaitre entièrement le mouvement de la pierre lancée, il faudrait savoir en quels points de sa trajectoire parabolique cette pierre se trouvait à des instants successifs égaux entre eux, par exemple, tous les cinquantièmes de seconde.

Il suffit, pour obtenir cette indication de temps, d’interrompre à des Intervalles égaux l’arrivée de la lumière dans l’appareil photographique. On produit cette interruption au moyen d’un disque tournant opaque, percé de petites fenêtres qui ne laissent la lumière arriver sur la glace sensible que d’une manière intermittente.

Trajectoire chrono-photographique d'une boule brillante lancée devant l'écran noir.

La figure 28 est la trajectoire parabolique de la boule brillante lancée devant l’écran noir, mais cette trajectoire est discontinue ; les éclairements ne se produisent que tous les cinquantièmes de seconde, en raison de l’intervalle des fenêtres du disque et de la vitesse de la rotation.

Dans la plupart des expériences, une règle de deux mètres de hauteur, située devant l’écran, donne, sur la glace sensible, son image qui sert d’échelle et permet d’estimer la valeur absolue des chemins parcourus par le projectile pendant chaque cinquantième de seconde, aux différentes phases de son parcours. On voit ainsi que la vitesse du projectile diminue dans la phase ascendante de sa trajectoire parabolique et s’accroit dans la phase descendante. Cette méthode, que j’ai désignée sous le nom de chrono-photographie, donne donc la loi complète du mouvement d’un point dans l’espace.

Si les mémorables travaux de Galilée et d’Atwood n’avaient pas fait connaître la loi du mouvement des corps qui tombent sous l’action de la pesanteur, il suffirait, pour découvrir ces lois, de jeter une pierre en l’air et d’en prendre la trajectoire chrono-photographique : on aurait, comme dans la figure 28, l’expression du mouvement uniformément varié de cette pierre, avec la valeur réelle des accélérations qui s’observent dans des temps égaux successifs.

Veut-on savoir comment se comportent les vibrations d’une longue tige de bois que l’on agite d’une main, tandis que de l’autre on lui donne un point fixe. La figure 29 montre les ventres et les nœuds des vibrations sur les différents points de la longueur de la tige. Déplaçons la position des mains et reportons-les plus près des extrémités de la tige, la forme des vibrations change immédiatement.

Ventres et noeuds formés par les positions successives d'une longue tige felxible à laquelle on imprime des mouvements vibratoires

Vous le voyez, les variétés de mouvements qu’on peut analyser par la chrono-photographie sont en nombre illimité.

Toutes les figures solides que les géomètres étudient et qu’ils conçoivent comme engendrées par la rotation de courbes, la translation de lignes, l’intersection de plans, toutes ces figures, dis-je, peuvent être réellement produites en chrono-photographie par les images successives de ces courbes, de ces lignes, de ces plans qui se déplacent.

La netteté des images dépend de la brièveté de l’éclairement qui correspond à chacune d’elles ; il faut, en effet, que le corps en mouvement n’ait pas le temps de se déplacer d’une manière sensible pendant que la photographie en est prise. Le temps de pose que j’avais d’abord adopté était le millième de seconde ; je le diminue encore, car pour certains mouvements très rapides de l’aile de l’oiseau, cette durée est trop longue. De récentes expériences m’ont donné de bonnes images en un deux millième de seconde.

Photo-chronographe

On a émis des doutes sur la réalité de ces courtes durées d’éclairement ; en effet, avec les obturateurs ordinaires, il serait bien difficile d’atteindre cette brièveté ; mais le disque fenêtré qui sert pour la chrono-photographie acquiert graduellement une vitesse de rotation qui peut être extrêmement grande. La figure 30 représente la disposition de ce disque, auquel on imprime un mouvement rotatif au moyen d’un rouage puissant, muni d’un régulateur. Dès que le disque a acquis une vitesse de dix tours à la seconde, le régulateur maintient cette vitesse avec une uniformité parfaite que l’on contrôle, du reste, par la chrono-photographie. Le disque passe devant la glace photographique à quelques millimètres de distance seulement. Dès lors, étant connue la valeur angulaire de chacune des fenêtres, on en déduit rigoureusement la durée de l’éclairement pour chaque point de la glace sensible.

La condition la plus difficile à réaliser, c’est la parfaite obscurité de l’écran devant lequel on opère. Pour peu que cet écran envoie de lumière à la plaque sensible pendant chacun des éclairements, ces petites quantités de lumière, s’ajoutant les unes aux autres sur toute la surface de la plaque, finissent par la voiler entièrement. Une paroi de mur enduite d’une peinture noire quelconque, le velours noir lui-même exposé au soleil renvoie trop de lumière pour que la glace garde sa sensibilité et puisse recevoir, en ses différents points, une longue série d’images successives.

Aussi, l’expression d’écran noir est-elle métaphorique : en réalité, c’est devant une cavité obscure ,que l’on opère.

Dans ses remarquables études sur les couleurs, l’illustre Chevreul a montré que, pour obtenir le noir absolu, il faut percer un trou dans les parois d’une caisse noircie intérieurement. Mise à côté de ce trou obscur, une étoffe, un corps matériel quelconque, si noir qu’il soit, présente un aspect gris foncé, il réfléchit donc de la lumière blanche.

Pour réaliser des conditions favorables, il a fallu construire un vaste hangar de dix mètres de profondeur et de largeur égale. Une face de ce hangar est ouverte et rétrécie, par des châssis mobiles, à la stricte hauteur nécessaire. Tout l’intérieur du hangar est noirci ; le sol en est bitumé ; le fond tapissé de velours noir. Devant cette longue bande obscure roule, sur un chemin de fer, la chambre qui contient les appareils photographiques, et qu’on approche ou qu’on éloigne de l’écran suivant la grandeur des images qu’on veut obtenir.

Devant le champ obscur qui vient d’être décrit, un homme, placé en pleine lumière, nu ou vêtu d’un costume blanc, donne une image très nette sur la glace sensible (fig. 31).

Marcheur vêtu de blanc passant devant l'écran noir.

La figure 32 montre un coureur, dans quatre attitudes successives. Le disque obturateur employé n’avait qu’une seule fenêtre, et comme il faisait cinq tours par seconde, l’intervalle qui sépare deux images consécutives correspond au chemin parcouru en un cinquième de seconde (le temps de pose, pour chaque image, étant toujours d’un deux millième de seconde). De même que pour la boule brillante, nous pouvons suivre ici le déplacement du coureur, estimer sa vitesse d’après l’espace parcouru entre deux éclairements successifs, soit deux mètres en un cinquième de seconde, c’est-à-dire dix mètres à la seconde.

Attitudes successives d'un coureur

Si la course était moins rapide, le, nombre des images s’accroîtrait, car l’espace parcouru dans un cinquième de seconde serait moins étendu, et les images, par conséquent, plus rapprochées les unes des autres.

Sauteur franchissant un obstacle

Dans le saut (fig. 33), vous voyez les curieuses attitudes que prend le corps à différents instants : l’élan préalable, l’impulsion donnée par une seule jambe, le mouvement de flexion qui relève les pieds au moment où l’obstacle va être franchi i puis la chute accélérée suivant les lois de la gravité, l’amortissement du choc par la flexion graduelle des jambes et enfin le retour à la station droite. On voit déjà. dans cette figure, que les images se confondent entre elles au moment où le déplacement du corps est ralenti, à la fin de la chute, par exemple. Cette confusion se retrouve encore plus prononcée dans la marche lente (fig. 34) où les images des jambes sont parfois difficiles à démêler.

Marche lente.

Et pourtant le nombre des attitudes n’est que de cinq par seconde, ce qui est insuffisant pour donner une idée complète de la série des mouvements exécutés.

Sommes-nous donc arrivés à la limite de puissance de la chrono-photographie ? Un artifice bien simple va nous tirer d’embarras.

Dans les expériences que vous avez vues tout à l’heure, une boule de la grosseur d’une bille de billard donnait. sans confusion, jusqu’à cinquante images par seconde, une tige de l’épaisseur du doigt traduisait distinctement ses mouvements vibratoires. C’est qu’alors les images avaient peu de surface et que la moindre translation les séparait les unes des autres. Réduisons donc. supprimons même la surface de l’homme en expérience et nous pourrons multiplier indéfiniment le nombre de ses attitudes successives.

Voici comment on réduit l’image d’un homme à des traits déliés qui, par leurs longueurs et leurs directions, expriment très suffisamment les attitudes successives de son corps et dé ses membres.

Homme revêtu d'un costume noir sur lequel l'axe des membres est déssiné en blanc

Au lieu d’un vêtement blanc, donnons au coureur un costume de velours noir i devant le fond obscur, il deviendra presque invisible. Mais si nous appliquons sur ce costume des cordons blancs, suivant la direction de l’axe des membres, et des boutons blancs sur les principales articulations (fig. 35), les parties blanches donneront leurs images et nous obtiendrons sir la glace sensible l’expression d’un nombre d’attitudes presque illimité. Avec un disque percé de cinq fenêtres, ce qui donne vingt-cinq images par seconde, on a obtenu, pour la course, la figure 36, qui montre dans tous leurs détails les mouvements de la moitié gauche du corps : tête, bras et jambe. Notons que, de cinq en cinq, une des images est plus fortement accentuée que les autres ; on obtient ce résultat en donnant à l’une des fenêtres du disque une largeur plus grande qu’aux autres ; le temps de pose est ainsi augmenté et l’intensité de l’image accrue. Cette disposition a pour but de créer-des repères, au moyen desquels il est toujours facile de reconnaître les traits correspondants à une même image, c’est-à-dire à une même attitude du coureur.

Image chrono-photographique d'un coureur

Cette figure, avons-nous dit, ne renseigne que sur les mouvements de la moitié gauche du corps. Mais dans une allure à mouvements symétriques, les deux moitiés du corps répètent alternativement les mêmes actes, de sorte que deux figures transparentes semblables à celle-ci, donneraient l’expression complète de tous les mouvements du coureur, à la condition qu’en les superposant, on fît glisser l’une des figures sur l’autre, de manière à faire alterner entre eux les appuis des pieds droit et gauche.

Les chrono-photographies partielles traduisent donc complètement la loi du mouvement de chaque partie du corps. Comme dans la trajectoire des projectiles, on voit, pour chaque point pris isolément, la courbe qu’il a décrite, ses accélérations et ses ralentissements aux différentes phases de l’allure. En projetant sur un écran ces images photographiques agrandies, de manière à donner au coureur ses dimensions véritables, on obtient la valeur absolue des espaces parcourus en des temps connus et par conséquent les vitesses, les accélérations ou les ralentissements de ces points.

Oscillations d'un membre inférieur d'un homme qui marche.

Dans les études de détail, on décalque une partie de ces images, comme cela s’est fait figure 37 pour l’analyse des oscillations de la jambe dans la marche, ou bien, comme dans la figure 38, on trace avec l’équerre ou le compas des lignes de construction destinées à mieux faire saisir l’inclinaison du membre ou du tronc par rapport à la verticale.

Ces épures sont très propres à la comparaison de deux sortes de mouvements dont l’œil serait incapable de discerner complètement la différence. Ainsi, quand on saute d’un lieu élevé, on doit amortir sa chute, c’est-à-dire atténuer l’intensité du choc des pieds sur le sol, en fléchissant les jambes, tandis que les muscles extenseurs travaillent à retenir la masse du corps qui tombe.

Les figures 39 et 40 montrent deux sortes de chutes, la première avec flexion des jambes et amortissement du choc, la deuxième avec les jambes presque roidies, ce qui implique un choc violent des pieds sur le sol.

Sans entrer dans les détails arides qu’exigerait l’analyse des images chrono- photographiques des allures de l’homme, j’essayerai de vous en montrer les applications pratiques.

De même que l’on règle l’emploi des machines, pour obtenir un effet utile avec la moindre dépense de travail, de même l’homme peut régler ses mouvements de manière à produire les effets voulus avec le moins de dépense de travail et par conséquent le moins de fatigue possible. De deux allures qui nous font parcourir le même chemin dans le même temps. on devra préférer celle qui coûte le moins de fatigue. Or la comparaison du travail dépensé dans deux genres de locomotion était jusqu’ici impossible, car on ne connaissait pas tous les éléments du problème, la masse des organes en mouvement et la vitesse dont ces organes sont animés. La chrono-photographie, nous l’avons vu, donne exactement la vitesse des différentes parties du corps ; la balance permet de mesurer les masses en mouvement ; on peut donc établir, avec une précision satisfaisante, le travail dépensé dans les différents actes de la locomotion. De ces comparaisons ressortent d’importantes conclusions, celle-ci par exemple, que, pour la marche, l’allure la plus favorable est celle où la fréquence du pas est d’environ cent vingt par minute. Pour la course, le nombre de pas doit être à peu près de deux cent quatorze par minute.

Des pas plus rares ou plus nombreux donneraient moins d’effet utile avec une plus grande dépense de travail. On conçoit aisément les applications de ces expériences ; ainsi elles permettent de régler la cadence du pas des soldats pour ménager, autant que possible, leurs forces dans les rudes étapes qu’ils doivent fournir. Ces études, pour être applicables, devront être longtemps poursuivies, en variant les conditions et en opérant sur un grand nombre de sujets ; mais la méthode est trouvée, et l’expérience a confirmé ce que les lois de la mécanique ne pouvaient, à elles seules, faire prévoir, quand les conditions dynamiques du travail de l’homme étaient incomplètement connues.

L’exemple qui va suivre est bien propre à montrer combien les mouvements des êtres animés sont rigoureusement soumis aux lois de la mécanique. Les théories de la balistique démontrent que les forces intérieures développées dans un corps en mouvement n’altèrent pas la trajectoire du centre de gravité de ce corps, de sorte que, si une bombe éclate en un point de sa course parabolique, le centre de gravité commun des éclats lancés en sens divers continue son trajet, suivant le prolongement de la courbe commencée. Or, quand un homme saute par-dessus un obstacle, dès qu’il a quitté le sol, son centre de gravité suit, comme celui d’un projectile, une trajectoire parabolique. Si par l’action de ses muscles il déplace ses bras et ses jambes, pendant son trajet aérien, le centre de gravité de son corps ne sera pas, pour cela, détourné de sa route. En analysant une courbe chrono-photographique du saut (fig. 41), M. Demeny, mon aide à la Station physiologique, a pointé la position du centre de gravité du corps préalablement déterminée pour toutes les attitudes que prend le sauteur pendant qu’il est en l’air ; il a trouvé que la trajectoire du centre de gravité suit exactement la courbe parabolique et, comme conséquence, que, si le sauteur élève ses jambes au moment où il franchit un obstacle, sa tête s’abaisse de la quantité nécessaire pour maintenir le centre de gravité sur sa trajectoire. L’abaissement de la tête au sommet de la courbe du saut est très marqué sur cette figure ; il ne se produit pas quand le sauteur, n’ayant point d’obstacle à franchir, laisse ses jambes étendues.

Ces développements permettront d’exposer très sommairement les applications faites à l’étude de la locomotion des animaux. Le type le plus intéressant parmi les quadrupèdes est le cheval : c’est le seul, jusqu’ici, dont les différentes allures aient été étudiées avec quelque soin.

Voici d’abord plusieurs attitudes isolées prises aux instants les plus caractéristiques du trot et du galop. Ces figures, grâce à la sensibilité extrême des plaques photographiques nouvelles. et à la brièveté du temps de pose, ont une vigueur et une netteté qu’on n’obtenait pas autrefois.

La figure 42 représente le trot ; l’instant choisi est le milieu de l’appui d’une base diagonale. Les figures 43, 44, 45, 46, correspondent au galop et montrent successivement le premier temps, le second, le troisième, et enfin la suspension, c’est-à-dire l’instant où le cheval est en l’air, avant de retomber sur l’un des pieds postérieurs.

Si l’on veut photographier les images en série, on se heurte bien vite à l’écueil déjà signalé à propos de la locomotion humaine. La grande longueur du corps du cheval fait que les images successives, même peu fréquentes, se recouvrent les unes les autres et se confondent. Toutefois, en noircissant trois des membres d’un cheval blanc, on obtient des chrono-photographies partielles qui traduisent d’une manière satisfaisante les mouvements du membre resté visible. Ainsi la figure 47 montre l’oscillation d’un membre antérieur du cheval dans le pas, et la trajectoire suivie par l’articulation du boulet entre deux appuis consécutifs du pied ; la figure 48 exprime celle du même membre à l’allure du galop.

Mais, pour pousser plus loin l’analyse des mouvements, on ne peut revêtir le cheval d’un costume de velours à lignes blanches comme cela se fait pour l’homme. Voici comment on tourne la difficulté. On choisit un cheval noir que l’on noircit encore avec du noir de fumée, car le lustre du poil réfléchit la lumière et donne à l’animal l’apparence d’un cheval blanc, comme dans la figure 49. Puis, après avoir soigneusement déterminé les centres de mouvement des différentes articulations, on colle sur chacun de ces points un petit morceau de papier blanc d’une forme particulière : ici un rond, ailleurs un triangle, un carré, une croix, etc. Quand on a fait passer l’animal devant le fond obscur, la plaque chrono-photographique présente une infinité de petits signes disséminés de façons bizarres. On projette cette image agrandie sur une feuille de papier, en notant les repères, c’est-à-dire les signes qui, de cinq en-cinq, sont plus fortement marqués. Il n’y a plus alors qu’à joindre par des lignes les signes qui appartiennent à une même image, et l’on obtient une figure entièrement comparable à celle qui correspond à la course de l’homme et qui traduit les différentes attitudes des membres et du corps. Les figures 50 et 51 renferment tous les renseignements nécessaires pour déterminer les mouvements des membres antérieurs du cheval à différentes allures.

Ces études devront être poursuivies longtemps pour donner l’analyse complète de la locomotion du cheval ; M. Pagès, qui a entrepris ce travail, le conduira certainement à bonne fin.

L’analyse du vol des oiseaux présentait des difficultés particulières. Non seulement l’extrême rapidité du mouvement des ailes à certaines phases de leur révolution exige des temps de pose d’une brièveté extrême, mais la direction souvent capricieuse du vol de l’oiseau l’éloigne du chemin qu’il devrait suivre pour donner sur la plaque sensible des images suffisamment nettes. Il faut ordinairement répéter plusieurs fois la même expérience avant de réussir.

Voici d’abord une série d’attitudes successives prises sur .un goéland ; les figures 52 et 53 montrent l’oiseau tantôt avec les ailes très relevées, tantôt à demi caché sous ses ailes dont le carpe est fléchi et dont les pennes séparées laissent voir dans leurs intervalles celles de l’autre côté. Ces images sont espacées entre elles pour éviter la confusion qui se produit lorsque l’on en prend une grande quantité (fig. 54), mais le nombre en est insuffisant pour permettre de suivre la série des mouvements qui constituent une révolution de l’aile.

On voit cependant qu’une révolution de l’aile occupe sensiblement l’intervalle de deux repères : elle a donc lieu pendant un tour du disque, cela montre que l’oiseau donnait alors à peu près cinq coups d’aile par seconde. Ces premières indications seront un guide précieux pour reconnaître à quelle phase de la révolution de l’aile appartient chacune des attitudes isolées que donne la photographie complète de l’oiseau. Quant aux photographies partielles qui consistent à réduire l’animal à des lignes brillantes, je n’ai pu jusqu’ici les réaliser. En attendant, j’ai essayé, d’après des images recueillies en série, de déterminer l’ordre dans lequel se succèdent les différentes positions de l’aile dans sa révolution complète.

En s’éloignant de l’écran noir pour suivre le vol de l’oiseau pendant un plus long parcours et en prenant dix images à la seconde, on voit, comme on devait s’y attendre, que l’aile est représentée alternativement en élévation et en abaissement. Mais ces attitudes ne sont pas, si je puis ainsi dire, diamétralement opposées — Cela prouve que la révolution de l’aile du goéland, au moins pendant les premiers instants du vol, ne dure pas exactement un cinquième de seconde, mais un peu moins longtemps, de sorte que les images successives de l’aile haute correspondent à une phase de plus en plus avancée de son élévation, que l’aile basse apparaît à une époque de plus en plus avancée de sa remontée.

Sur le pigeon représenté figure 55, dont le nombre des coups d’aile était à peu près de huit par seconde, l’aile ne présente pas, dans la série des images successives, les alternatives d’élévation et d’abaissement que nous venons de voir sur le goéland ; mais, partant de l’abaissement complet, on la voit successivement de moins en moins abaissée et finalement complètement élevée.

Cette manière de déterminer l’ordre de succession des mouvements de l’aile d’après la différence de phase qui existe entre les tours du disque obturateur et les coups d’aile se rattache à la stroboscopie, que les physiciens emploient pour analyser optiquement les mouvements périodiques. Elle permet de disposer dans leur ordre normal les images correspondant à une longue série d’attitudes. C’est ce que j’ai essayé de faire (fig. 56) en décalquant les unes à la suite des autres, sur une feuille de papier, onze images exprimant la succession des mouvements dans une même révolution de l’aile. En prenant pour point de départ le moment où l’oiseau présente son aile dans l’élévation extrême, on voit que celte aile, en s’abaissant, se porte de plus en plus en avant, de façon que sa pointe, qui d’abord était située verticalement au-dessus de la queue, se trouve à la fin de l’abaissement verticalement au-dessous de la tête. A partir de ce moment, le carpe se fléchit et les ·pennes pivotent sur leur axe par un mécanisme à étudier, mais dont l’anatomie semble fournir une explication satisfaisante (fig. 57). Celte flexion du carpe persiste jusque vers la fin de la remontée de l’aile. A cet instant, un redressement s’opère et l’aile, entièrement éployée, est prête il s’abaisser de nouveau.

L’analyse des chrono-photographies montre également les effets mécaniques des coups d’aile, c’est-à-dire les réactions qu’ils impriment au corps de l’animal : une accélération de la vitesse et une élévation légère du corps accompagnent le coup d’aile descendant ; un ralentissement et un abaissement de la trajectoire s’observent dans la phase de remontée. Enfin la résistance de l’air traduit visiblement ses effets par une flexion des pennes au moment le plus brusque de l’abaissement de l’aile (3e image de la figure 56) ; à cet instant, la vitesse du carpe est d’environ sept mètres à la seconde.

L’analyse des chrono-photographies de l’oiseau révèlera bien des détails curieux. Mais je m’arrête. En retenant si longtemps votre attention sur les différentes applications de la chrono-photographie, j’ai voulu vous faire juger de la puissance de cette méthode et de l’avenir qui lui est réservé.

La science n’existe que par la précision ; elle a constamment besoin de mesures exactes. Ces mesures sont arrivées à un haut degré de perfection en ce qui concerne les propriétés géométriques des corps ; on détermine aussi avec une grande exactitude la valeur statique des forces de la nature : comme le poids, l’état électrique, la température. Certains phénomènes , dynamiques sont également susceptibles de mesures rigoureuses, quand ils ont atteint un régime uniforme : ainsi la vitesse d’un cours d’eau, l’intensité d’un courant électrique, le travail dépensé par une machine, etc. Dans tous ces cas, la méthode offre pour caractère commun, qu’elle compare la grandeur à mesurer à une autre dont la valeur est connue.

Mais quand la grandeur à mesurer change sans cesse, quand la vitesse et la complexité de ses variations défient l’observation la plus attentive, la science est forcée de s’arrêter. C’est alors que les hypothèses se donnent librement carrière ; que les opinions se heurtent, que les discussions s’éternisent. L’imprudent qui, sur des données suspectes, se risque à baser des calculs est conduit à des résultats .absurdes. Mais qu’une méthode nouvelle apparaisse qui permette de mesurer rigoureusement ce qui échappait à nos sens, aussitôt la science reprend sa marche assurée.

L’invention des appareils enregistreurs a rendu saisissables les variations de toutes les forces qui pouvaient mettre en mouvement un style traçant sur un cylindre tournant. Les applications de la méthode graphique ont donné à certaines branches de la physique et de la physiologie une extrême précision.

Mais, si le corps dont on veut connaître les rapides changements de position ou de forme nous est inaccessible, l’inscription mécanique de ses mouvements n’est plus possible. Le physiologiste qui étudie les actes complexes de la locomotion de l’homme ou des animaux doit, comme l’astronome, estimer exactement la position des corps qu’il observe à des intervalles de temps parfaitement mesurés. Comme lui, il doit déterminer des trajectoires, des vitesses, des accélérations, mais avec cette difficulté spéciale, que ces déterminations devront se faire à des intervalles de temps extrêmement courts.

Vous venez de voir que la chrono-photographie répond à tous ces besoins : encore quelques perfectionnements des appareils, encore quelques efforts pour étendre l’application de la méthode, et la connaissance des mouvements dans le monde physique et dans les êtres organisés atteindra, j’ose l’espérer, toute la perfection désirable.

Portfolio


[1J’ai longuement décrit la construction et l’emploi des appareils in scripteurs dans un ouvrage intitulé ; la Méthode graphique, 1885, 2e édition.

[2Pour les principes de la méthode et la description des appareils, voir la Méthode graphique, supplément de la 2e édition.