• 1 « Le moteur hydraulique en France au XIX^e siècle : concepteurs, inventeurs et constructeurs », Cahi (...)
• 2  Louis Bergeron, « Avant-propos », dans Le moteur hydraulique, op. cit., p.III.

1Il y a près de vingt ans, une équipe de chercheurs s’est attelée sous la direction de Louis Bergeron, alors directeur du CRH/EHESS, à une recherche de longue haleine sur les moteurs hydrauliques en France au XIX^e siècle1. Cette recherche renvoyait en amont du niveau de l’objet construit et de son utilisateur vers celui du savoir scientifique et de la recherche théorique et de la formulation mathématique dans le domaine de l’hydrodynamique : « La réflexion comparative entre la France d’une part, l’Angleterre et la Nouvelle Angleterre de l’autre (…) incitait à travailler sur le rôle dans cette affaire du nouveau savoir de l’ingénieur à l’aube du XX^e siècle, sur l’importance des méthodes associant l’expérimentation, la vérification sur le terrain à la formulation mathématique. C’est ainsi qu’apparut sous une nouvelle lumière le rôle joué par des personnages aussi différents par leur formation ou leur carrière que Jean Victor Poncelet, Arthur Morin ou Sagebien, en tant que chercheurs, inventeurs et diffuseurs de l’invention (…) »2.

• 3  Bruno Belhoste, « Jean-Victor Poncelet, les ingénieurs militaires et les roues et moteurs hydrauli (...)

2Poncelet réunit autour de lui une pléiade de jeunes ingénieurs, dont Arthur Morin, J. Lesbos, Guillaume Piobert ou Isidore Didion, qui s’inspiraient de ses méthodes, poursuivirent ses travaux dans le domaine de l’hydraulique. « Ceux-ci passés par l’Ecole polytechnique et par l’École du génie et de l’artillerie de Metz possédaient une solide formation scientifique et se considéraient comme ingénieurs avant d’être des militaires »3.

• 4  Bruno Belhoste, « La théorie des machines et les roues hydrauliques », dans Le moteur hydraulique, (...)
• 5  Claudine Fontanon, « Arthur Morin (1795-1880). Un ingénieur militaire au service de l’industrialis (...)

3C’est dans le cadre de cette recherche collective que Bruno Belhoste associé à Jean-François Belhoste et à Louis Lemaître analysait la théorie des roues hydrauliques ainsi que l’activité de Jean-Victor Poncelet dans le domaine des roues et turbines hydrauliques4 et que nous-mêmes sortions de l’oubli l’ingénieur militaire Arthur Morin, expérimentateur hors pair et médiateur des nouveaux savoirs théoriques et pratiques dans ce domaine5.

• 6  Jules Challéat, L’artillerie de terre en France pendant un siècle. Histoire technique, 1816-1919, (...)

6Selon J. Challéat, ingénieur militaire et historien de l’artillerie en France au XIX^e siècle, les années 1830-1850 sont celles d’une profonde réorganisation au sein de l’artillerie et de renouvellement des études et recherches lancées par le Comité de l’artillerie. Cette institution fondée en 1795 a pour fonction de veiller à la qualité des enseignements donnés dans les écoles d’application (il en existe huit en 1830), de proposer des programmes d’études et d’expériences pour améliorer le matériel d’artillerie ou le fonctionnement des arsenaux. Ces programmes sont soumis aux écoles d’artillerie chargées de créer des commission temporaires ad hoc dotées de budgets importants pour leur organisation et la réalisation des programmes élaborés par les équipes d’ingénieurs militaires désignés dans chaque école6.

• 7  Le Comité de l’artillerie était un organe consultatif du Ministère de la Guerre. Créé par un arrêt (...)

7Au début des années 1830, le Ministère de la Guerre décide d’augmenter la productivité de ses arsenaux et d’améliorer la formation des élèves des écoles d’artillerie en lançant des programmes de recherches appliquées dans le domaine des moteurs hydrauliques et de la balistique. A cette époque, les élèves-artilleurs ne disposaient pour leur formation que d’un aide-mémoire ancien publié par le général Gassendi à la fin des années 1810 et qui en était à sa cinquième édition en 1830. Le Comité de l’Artillerie du ministère de la Guerre entreprend en 1833 d’actualiser cet aide-mémoire en soumettant aux huit écoles d’artillerie un vaste programme de recherche sur les notions fondamentales de balistique intérieure et extérieure (encadré ci-dessus)7.

• 8  Jules Challéat, Histoire technique … op. cit. , p. 77.
• 9  Patrice Bret, « La recherche appliquée et la recherche expérimentale à l’École de Metz », dans Bru (...)

8Le Comité précise que chaque commission « donnera un rapport faisant connaître les sources auxquelles elle aura puisé, la marche et les procédés divers qu’elle aura suivis »8. A Metz la Commission des principes du tir est créée le 29 mai 1833 ; y sont affectés les capitaines d’artillerie Guillaume Piobert et Arthur Morin bientôt rejoint par le capitaine Isidore Didion. Elle est chargée conjointement avec l’École de La Fère de la question des tirs à boulets des pièces de campagne, des tirs à mitraille et des tirs de mortier. Mais à Metz, les trois ingénieurs militaires demandent à étudier préalablement la question non élucidée de la vitesse initiale des projectiles et l’étude des lois de la résistance des différents milieux à la pénétration des projectiles, le programme dépassant largement le cadre initial proposé par le Comité de l’Artillerie9.

• 10  Bruno Belhoste et Antoine Picon dir , L’école d’application … op. cit. et notamment Bruno Belhoste (...)
• 11  Service Historique de l’Armée de Terre [SHAT] : 2W 296 et 297. La liste des rapports a été établie (...)
• 12  SHAT/ 2W 96 : « La commission des principes du tir offre toutes les garanties désirables de zèle, (...)
• 13  Jules Challéat, Histoire technique …, op.cit. p. 77.
• 14  Aide-mémoire à l’usage des officiers d’artillerie, Berger-Levrault, 1836 ; 2^e édition,1844 ; 3^e éd (...)

9L’École du Génie et de l’Artillerie de Metz était entrée en 1825 dans une période florissante avec la nomination du géomètre Jean-Victor Poncelet au cours des machines (1825), du capitaine Guillaume Piobert au cours d’artillerie (1831) et du célèbre géomètre Poisson examinateur des élèves de l’artillerie, et avec la présence de brillants officiers comme Arthur Morin, Jules Lesbros ou Isidore Didion10. Cette communauté s’enrichit en 1832 de la présence du général Valée, nommé directeur du Service des poudres qui soutiendra l’activité de la Commission des principes du tir et proposera au ministre de la Guerre de rendre celle-ci permanente. Les trois artilleurs vont déployer une intense activité expérimentale de terrain et produire pas moins de onze rapports manuscrits entre 1834 et 184711. Tout en activant les travaux de toutes les commissions de l’aide-mémoire, le Comité suit particulièrement les travaux entrepris à Metz et les fait poursuivre par autorisation ministérielle après la publication de l’aide-mémoire en 183612. Dans un rapport de 1839, le Comité signalait au ministre de la Guerre l’importance des résultats déjà obtenus par l’équipe de Metz et de ceux qu’elle poursuivait. Il demandait donc que la Commission des principes du tir soit autorisée à continuer les expériences « jusqu’à ce qu’elle ait complètement traité les questions qu’elle s’était proposées »13. En fait, les expériences furent menées jusqu’en 1850 soit quinze ans après la publication de la première édition de l’aide-mémoire en 183614.

• 15  Bruno Belhoste, Amy Dahan, Antoine Picon, La formation polytechnicienne, 1794-1994, Paris, Dunod, (...)
• 16  Konstantinos Chatzis, « Jean-Victor Poncelet et la science des machines à l’École de Metz :1825-18 (...)

10Guillaume Piobert (1793-1871), Arthur Morin (1795-1880) et Isidore Didion (1798-1889) désignés en 1833 comme rapporteurs de la Commission des principes du tir appartiennent à cette génération née sous la Révolution et passée par l’École polytechnique où ils reçoivent une formation scientifique de grande qualité15. Au début des années 1830, leur formation militaire est achevée après leur passage comme élèves-ingénieurs à l’Ecole du génie et de l’artillerie de Metz et après avoir participé à diverses campagnes militaires. Distingués par le Comité de l’Artillerie pour leurs qualités, ils sont affectés à l’École de Metz, Morin comme assistant de Poncelet au cours de Machines16, Piobert en 1831 comme professeur d’Artillerie où Didion lui succède en 1837.

• 17  Arthur Morin, « Notice sur le général Piobert, lue dans la séance annuelle des cinq académies le m (...)
• 18  P. Bret, « La recherche appliquée et la recherche expérimentale à l’École de Metz », op. cit., pp. (...)
• 19  « Expériences exécutées à Metz dans les années 1836-37-38-39 et 1842 pour déterminer au moyen des (...)

11Guillaume Piobert est né à Lyon le 23 novembre 1793 dans un milieu modeste. Mais il sait, d’après son biographe Arthur Morin17, s’imposer des privations pour s’instruire et payer un professeur de mathématiques qui reconnait rapidement ses rares facultés et le prépare au concours d’entrée de l’École polytechnique où il est reçut en 1813 à l’âge de 20 ans. En 1815, il est envoyé à l’École de Metz comme sous lieutenant et en sort premier de sa promotion. Envoyé à Toulouse dans une compagnie d’ouvriers artilleurs, il effectue ses premières recherches avec Tardy sur l’effet utile des turbines et imagine en 1820 un appareil de mesure identique au frein de Prony qui n’a encore fait l’objet d’aucune description. Une mission d’étude en Angleterre lui vaut en 1828 d’être nommé chevalier de l’ordre royal de la Légion d’honneur. En 1831, le capitaine Piobert est nommé professeur au cours d’artillerie pour concevoir un corps de doctrine pour l’artillerie englobant ses recherches et travaux sur l’effet des poudres18. Lorsqu’en 1833 la Commission des principes du tir est créée à Metz, il en devient avec Morin et Didion l’un des membres rapporteurs et y œuvre de 1835 à 1837, travaillant notamment sur un élément essentiel de la balistique - la détermination des vitesses initiale des projectiles - et conçoit à l’occasion de nouveaux pendules balistiques19. La partie la plus intéressante de ses expériences concerne les recherches sur la loi de la résistance des fluides à l’avancement des projectiles, question complexe et non résolue mise au concours par l’Académie des sciences, pour le prix des sciences physiques qu’il reçoit en 1836. Il conduira également les recherches sur la résistance de l’air aux petites et grandes vitesses de 1835 à 1838 et proposera une formule dont Didion vérifiera ultérieurement l’exactitude et qui sera utile au calcul des trajectoires des projectiles aux différentes vitesses et sous diverses inclinaisons. D’après Morin, c’est Piobert qui conçoit un mode de représentation graphique pour traduire les phénomènes complexes en jeu en balistique intérieure et extérieure. Son activité au sein de la Commision des principes du tir a été celle d’un inventeur et d’un théoricien.

• 20  CR/AS, tome x p. 504 et 528. Guillaume Piobert est élu avec 50 suffrages contre un seul à Arthur M (...)
• 21  Guillaume Piobert, Traité d’artillerie théorique et pratique : partie théorique et expérimentale, (...)

12En 1837, Piobert est remplacé au cours d’artillerie par Isidore Didion et est finalement élu en 1840 à l’Académie des sciences où Poncelet l’a précédé en 183520. Selon Arthur Morin, « son ami et frère d’armes », Piobert aimait peu parler, encore moins écrire, mais il dut publier un traité d’artillerie théorique et pratique sur l’ensemble de ses travaux qui devint la base de l’enseignement de la plupart des écoles militaires du monde21.

• 22  Colonel Virlet, « Notice sur la vie et les travaux du général Didion, membre honoraire de l’Académ (...)

13Isidore Didion (1798-1878) est né à Thionville dans une famille nombreuse dont le père est négociant. Dès le collège, il montre des dispositions remarquables pour les mathématiques et, est envoyé à Pont-à-Mousson où l’abbé Lalliet, un professeur de renom, le prépare au concours d’entrée à l’École polytechnique. Il y entre en 1817 à 19 ans, en sort sous-lieutenant d’artillerie en 1819 et achève sa formation pendant quatre ans à l’École du Génie et de l’Artillerie de Metz. En 1825, lieutenant de première classe, il est détaché à l’École centrale de pyrotechnie nouvellement créée. Reçu à l’Académie de Metz en 1827, il y rencontre « une pléiade d’officiers remarquables », dont Piobert, Morin et Bergery22. Après quatre ans passés à la manufacture d’armes de la ville, il intégre l’État-major de l’École de Metz où Piobert vient de créer le cours d’artillerie. Lorsqu’il le remplace en 1837, Didion poursuit l’œuvre ébauchée par le savant artilleur en balistique. Expert auprès du Comité de l’Artillerie pour les questions scientifiques, Didion est nommé examinateur d’entrée à l’École polytechnique. Mais c’est en 1873 seulement qu’il se voit décerner le titre de membre correspondant de l’Académie des sciences (section mécanique) sur un rapport du général Morin.

• 23  Mémoire sur la résistance des liquides et des fluides élastiques au mouvement des corps de diverse (...)
• 24  « Rapport sur un mémoire de Piobert et Morin, capitaines d’artillerie, concernant les expériences (...)

14Nous ne retiendrons de ses travaux scientifiques que ceux que réalisés au sein de la Commission des principes du tir où il est appelé en 1835 aux côtés des capitaines Piobert et de Morin. Au départ de Piobert, il prend seul en 1838 la direction des travaux de la Commission. Son œuvre majeure concerne l’établissement des lois de la résistance de l’air au mouvement des projectiles même s’il co-signe le rapport d’expériences avec Morin et Piobert23. Ils reçoivent tous trois en 1839 le grand prix de mathématiques de l’Académie des sciences. Toujours avec Morin et Piobert, Didion avait réalisé en 1835 des expériences de terrain sur la pénétration des projectiles dans l‘eau et dans différents milieux24, et en 1836 une série d’expériences sur la vitesse initiale imprimée aux projectiles par la poudre de guerre (balistique intérieure) avec un pendule balistique conçu par Piobert et Morin. Didion continue ensuite seul les expériences en 1838, 1839 et 1842. Et l’on ne saurait conclure cette courte biographie du général Didion sans mentionner que ce fut le général Morin qui présenta à l’Académie des sciences la notice sur les travaux scientifiques du général Didion à l’occasion de sa candidature tardive au titre de correspondant.

• 25  Claudine Fontanon, « Arthur Morin (1795-1880)… », op. cit, pp. 2-6.

15Pour clore ce chapitre des biographies, nous évoquerons le parcours aujourd’hui bien balisé d’Arthur Morin25, troisième homme de l’équipe de la Commission des principes du tir dont les expériences d’hydrodynamique en plein air seront analysées au chapitre suivant.

• 26  Bruno Belhoste, La formation d’une technocratie. L’École polytechnique et ses élèves de la Révolut (...)
• 27  Arthur Morin « Mémoire sur divers appareils chronométriques et dynamométriques », CR/AS, 1836, tom (...)

16Arthur-Jules Morin est né à Paris le 17 octobre 1795 dans un milieu aisé. Il est envoyé au collège Sainte-Barbe où il effectue ses études secondaires ainsi que la préparation au concours d’entrée de l’École polytechnique qu’il intègre à l’âge de 18 ans26. Il en sort en 1817, second de sa promotion, et se voit affecté à l’Ecole du génie et de l’artillerie de Metz comme élève artilleur. En 1825, il se trouve en garnison à Metz lorsque Jean-Victor Poncelet est chargé d’organiser le cours des machines à l’école d’application et délègue au capitaine Morin, devenu son collaborateur, des recherches expérimentales sur le rendement des machines et des moteurs hydrauliques. Le jeune officier s’acquitte de cette mission avec talent au point d’être remarqué par le Comité de l’Artillerie qui lui confie en 1828 une mission d’expertise sur les moteurs en usage dans les arsenaux et fonderie de l’État, une mission qui lui prend quatre années de travail méticuleux sur la question des frottements dans les machines sur laquelle aucune étude n’avait été entreprise dans le passé. Le mémoire qu’il rédige sur cette mission, remarquable par le souci de présentation pédagogique, est jugé par le Comité comme un « véritable cours de mécanique appliquée » et inséré au Mémorial de l’Artillerie, la revue savante du corps. Au contact de Poncelet, Morin qui est promu son adjoint en 1829, développe la partie instrumentale pour mener à bien ses expériences, en mettant au point divers appareils de mesure d’un type nouveau (chronomètres et dynamomètres à style)27.C’est en 1833 qu’il est sollicité par le Comité de l’artillerie pour former avec Piobert et Didion l’équipe de la Commission des principes du tir. Il y restera jusqu’en 1841, se chargeant au fil des années plus particulièrement des questions d’hydrodynamique qu’il avait abordées dans ses années de collaboration avec Poncelet. Il mène en même temps une série d’expérimentations sur le tirage des voitures (1837-1841) à la demande du Comité et dans le cadre de la révision de la réglementation de la circulation routière. Il en découlera une polémique avec l’ingénieur des Ponts et Chaussées Jules Dupuit, polémique analysée dans ce dossier thématique par Konstantinos Chatzis.

• 28  Claudine Fontanon, « Morin, Arthur (1795-1880) », Les professeurs du Conservatoire national des ar (...)

17Pour l’ensemble de ses travaux expérimentaux sur les moteurs hydrauliques, sur la question des frottements, pour ses expériences de balistique et d’hydrodynamique menées en collaboration avec Piobert et/ou Didion, enfin pour la réalisation des instruments de mesure nouveaux, le capitaine Morin rejoint son maître, Jean Victor Poncelet, à l’Académie de sciences (section mécanique) en 1843. En 1839, Poncelet avait également favorisé sa nomination à la chaire de mécanique appliquée fondée à sa demande au Conservatoire royal des arts et métiers. Il en sera, on le sait, l’administrateur de 1849 à 1852 puis le directeur de 1854 à 1880, année de sa disparition. C’est au régime impérial auquel il adhère avec conviction que Morin doit sa promotion au grade de général de brigade en 1852 et de général de division en 1855. Morin consacrera l’essentiel de son temps au cours des décennies suivantes au Conservatoire dont il fera la renommée qui accompagnera l’institution pendant plus d’un siècle, ainsi qu’à la vie académique28.

• 29  B. Belhoste, « Jean Victor Poncelet… », op. cit., pp. 33-35.

18Comme le soulignait Bruno Behoste dans son travail sur Poncelet, Piobert, Morin et Didion appartiennent à la catégorie des ingénieurs militaires qui, se considérant plus ingénieurs que militaires et qui, enseignant dans les écoles militaires, « entreprirent parallèlement à leur carrière d’officier une véritable carrière scientifique avec l’appui de leurs supérieurs »29. C’est au début de la carrière scientifique d’Arthur Morin et en particulier à ses recherches hydrodynamiques, menées sur le terrain, dans la cadre de la Commission des principes du tir que nous nous intéresserons maintenant, un aspect de l’œuvre scientifique du savant officier d’artillerie que nous n’avions pas abordé dans nos travaux antérieurs.

• 30  SHD -2W 296 : VI^e rapport sur la loi de la résistance de l’eau au mouvement des corps abandonnés à (...)

19Les expériences en plein air sur la résistance de l’eau à l’avancement des corps de différentes formes pourraient, comme Morin en fait lui-même la remarque « paraître étrangères au but du programme [de la commission des principes du tir]. Mais [ajoute-t-il], il a paru indispensable de s’intéresser à la résistance de l’eau, transition simple et naturelle entre les corps solides et les fluides élastiques »30. Nous tenterons d’éclairer les circonstances qui ont permis à Arthur Morin, associé soit à Piobert soit à Didion de passer des questions de la résistance des projectiles à la pénétration de différents milieux (notamment à l’air) à celle de la résistance de l’eau à l’avancement des corps immergés puis des corps flottants pour aborder finalement la question du halage des bateaux, très éloignée de la balistique théorique et expérimentale explorée par Piobert et Didion dans le cadre du programme de la commission. Nous nous attacherons à caractériser la méthodologie imaginée par le « savant officier » pour mener ces expériences en plein air dans des conditions très éloignées des conditions d’expérimentation en laboratoire mais avec tous les attributs de la scienticité.

• 31  SHD-2W 296 : III^e rapport sur la résistance de l’air et de l’eau au mouvement des corps, 24 décemb (...)
• 32  SHD- 2W 296, III^e rapport de la Commission des principes du tir (1835), « Pénétration des projecti (...)
• 33  SHD-2W 296 III^e rapport, op. cit.

21Au départ, seule la loi de la résistance de l’air donnée par Newton devait être vérifiée par l’expérience dans le but de compléter les expériences antérieures menées par Hutton et Robins en Angleterre au XVIII^e siècle et par Borda en France dont les coefficients étaient toujours en usage vers 183031. Mais avec les progrès de l’expérimentation et les nouvelles exigences de l’artillerie ces coefficients sont dès lors considérés comme insuffisants. C’est dans cette optique que Piobert et Morin entreprennent à Metz en 1836 une étude sur la loi de la résistance de l’air par des tirs horizontaux avec des pendules balistiques conçus par Piobert et construits par Morin pour l’enregistrement de la valeur de la résistance de l’air à l’avancement et la pénétration des projectiles dans différents milieux aux vitesses balistiques (50 à 300 m/s)32. Puis les mêmes expériences sont exécutées dans l’eau pour des gros calibres et aux grandes vitesses, « quoi que ce genre de tir se présente rarement à la guerre mais présente un intérêt pour la science ». Pour les expérimentateurs il s’agit de « l’une des questions les plus importantes pour la pratique de l’artillerie et les plus intéressantes pour le progrès des sciences physiques et la recherche des lois de la résistance que les liquides et les gaz opposent au mouvement des projectiles et des corps de différentes formes aux petites et grandes vitesses »33. Les rapporteurs, Morin et Piobert, évoquent en introduction de leur récit d’expériences, « les très belles recherches entreprises à Metz depuis 1827 par Messieurs Poncelet et Lesbros sur les lois de l’écoulement de l’eau à travers les orifices ». Ceux-ci ayant fait établir sur la rive droite du grand bras de la Moselle un bassin de 1500 m³ fermé du côté de la rivière par une digue et par un barrage solide alors qu’en aval étaient construits deux bassins de jaugeage en maçonnerie. Morin et Piobert se propose d’y lancer des projectiles horizontalement et parallèlement à la surface de l’eau en traversant la paroi du barrage. Pour disposer les pièces d’artillerie, sont construits deux chevalets et une plateforme dont le sol est incliné à deux mètres environ en dessous du niveau habituel de l’eau. Les pièces d’artillerie sont pointées horizontalement de manière à frapper dans un mur de lattes posées sur le sol du bassin sur toute sa longueur. Pour tirer, « on levait la vanne en donnait le signal, le coup partait et le projectile pour pénétrer dans l’eau, n’avait à traverser qu’une solive mince qui altérait peu la vitesse ». Pour connaître leur point de chute (ou la portée horizontale du projectile), un vannage de lattes équidistantes de 0, 25 mètre en 0,25 mètre a été construit et les intervalles remplis de terre molle. Enfin, de cinq mètres en cinq mètres, ont été plantées des lattes verticales qui dépassent le niveau de l’eau et permettent pendant le tir d’observer « certains effet ». Immédiatement après le tir, on laisse écouler l’eau par une vanne du bassin et les résultats pouvaient être relevés quelques heures après. La procédure expérimentale consistait à faire varier chaque élément exerçant une influence sur la résistance à l’avancement du projectile (variation de l’aire du grand cercle du calibre (de huit, douze et vingt-quatre pouces), de son poids pour un même diamètre (de six à trente-neuf kilogrammes). Les observateurs sont placés sur la digue à côté du barrage pour observer les effets apparents. Ceux constatèrent un effet remarquable : la rupture des obus aux vitesses peu considérables de 356 m/s, fait singulier indiquant « l’énorme influence de la vitesse sur l’intensité de la résistance du milieu ». Le rapport se termine sur une description minutieuse de 13 pages du dispositif expérimental par Piobert et Morin.

• 34  SHD-2W 296 (1836) : VI^e rapport à la Commission des principes du tir , chap. II : « Expériences su (...)
• 35  Archives SHD -VI^e rapport ... op. cit , « Mémoire sur les appareils chronométriques ».

22C’est probablement ces expériences qui donnent à Morin l’idée d’entreprendre toujours à Metz en 1836 des séries d’expériences sur la résistance de l’eau au mouvement des corps de différentes formes34. Les corps qu’il soumet à l’expérience sont des plateaux minces remontant dans l’eau sous l’action d’un contre poids, des sphères pleines et creuses, des cylindres en fer de différents diamètres, des cônes terminant des cylindres, des cylindres terminés par des demi sphères et soumis à l’action de la gravité. Le dispositif expérimental est placé sur la Moselle en face à un déversoir où l’eau en surface est sans vitesse et la profondeur de cinq mètres. Le mouvement vertical est produit par la gravité et par un lest pour augmenter la vitesse. La loi du mouvement est observée et déterminée par un chronomètre à style minutieusement décrit dans un rapport annexe35. Les résultats de ces observations sont que la résistance de l’eau croit si rapidement avec la vitesse que le mouvement devient très vite uniforme. L’expérimentateur procède ensuite au calcul de la résistance du fluide et à la recherche de la loi. Les conclusions sont les suivantes : la résistance de l’eau à l’avancement de corps de différentes formes se compose de deux termes, l’un indépendant de la vitesse et proportionnel à la surface mouillée, l’autre proportionnel au carré de la vitesse. Le premier terme étant négligeable par rapport au second, la résistance est donnée par la formule : R =KAV², la valeur de K étant déduite des expériences et A correspondant à la projection du corps sur un plan perpendiculaire au sens du mouvement. Les résultats condensés dans un tableau permettent de conclure que les sphères sont les corps qui offrent le moins de résistance et s’appliquent aux projectiles et aux piles de ponts.

• 36  Arthur Morin, Leçons de mécanique pratique à l’usage des auditeurs du Conservatoire des arts et mé (...)

24Vingt ans après l’exécution de ces expériences en plein air sur les corps de différentes formes, Morin devait résumer ce travail dans la seconde édition de ses Leçons de mécanique pratique tout en précisant que ces expériences n’avaient aucun intérêt industriel36.

• 37  SHD-2W 296, VI^e rapport de la commission des principes du tir : chap 1 « Expériences sur la résist (...)

25De la résistance des corps immergés, Morin va s’intéresser à la résistance des corps semi-immergés comme les roues à palettes planes dont la principale application est alors la roue à aubes des bateaux à vapeur37. Pour se rapprocher le plus possible des cas pratiques, les expériences ont été réalisées dans un canal en eau morte puis dans l’eau courante de la Moselle. Morin explique le choix des lieux : le bassin sur la rive droite de la Moselle est celui que Poncelet et Lesbros ont conçu et utilisé pour leur étude sur le débit de l’eau, de même que le canal en bois construit en aval du barrage, dont le débit est désormais connu.

• 38  Arthur Morin, Leçons de mécanique pratique à l’usage des auditeurs du conservatoire des arts et mé (...)

29Seul, Morin va alors décider de poursuivre les recherches sur la résistance des corps flottants qui s’applique aux bateaux. Il en donne un aperçu dans la réédition du premier volume de ses Leçons aux auditeurs du Conservatoire des arts et métiers consacré aux notions fondamentales de la mécanique appliquée38.

• 39  Archives SHD-2 W297 : VII^e rapport de la Commission des principes du tir, Résistance de l’eau au h (...)
• 40  Archives SHD-2 W296, VI^e rapport de la commission des principes du tir (9 aout 1838) signé Morin P (...)

34En 1837 alors que Morin travaille avec Piobert à la pénétration des projectiles dans différents milieux et à l’étude des corps immergés ou flottants, il apprend qu’un service de poste vient de s’ouvrir avec des bateaux rapides entre Meaux et Paris. Il décide alors de poursuivre ses expériences sur le halage des bateaux avec le concours de la compagnie exploitante39. Les conditions de l’expérience sont les suivantes : le trajet entre Meaux et Paris est de onze lieues, les chevaux mettent 3h30 à la descente et 4h à la remonte avec un équipage de trois chevaux. Le bateau est spécialement conçu pour naviguer à des vitesses supérieures à 5 m/s ; c’est un bateau est en tôle de 1,85 mètres de large du maitre couple, de 22, 70 m de long et 0, 74 de haut hors d’œuvre à fond plat et à bordages verticaux. La proue est effilée et la poupe terminée par une arête verticale graduée tous les 0, 60 m ; son poids à vide est de 4,3 tonnes pouvant accueillir 60 à 70 passagers plus quinze membres d’équipage. Pour établir des comparaisons, Morin décide par ailleurs d’utiliser des bateaux de différentes formes (nacelles, bateau d’équipage, de pontonniers, bateaux à rallonges). Le halage s’effectue à différentes vitesses avec des relais pour les chevaux tous les 2,75 lieues. Un système de décrochage de la corde de halage a été installé pour le passage des ponts et des obstacles. La résistance est enregistrée par un dynamomètre à style primé par la Société d’encouragement pour l’industrie nationale en 183740. L’expérimentateur en donne la description suivante :

• 41  La résistance est dans un rapport constant avec le produit de l’aire (A) la plus grande du profil (...)
• 42  Leur sensibilité devait être proportionnelle à l’intensité des efforts à mesurer, le coefficient d (...)

35Seize séries d’expériences sont exécutées en juillet 1838 pour effectuer les enregistrements, le relevé des courbes et le calcul des coefficients de la résistance à partir de la formule donnée par les théoriciens41 : R = ka(V +-v)². Un soin particulier a été apporté à la construction du dynamomètre : Morin en avait définit les caractéristiques en 183642. Avec cet appareil, Morin précise le coefficient invariable de la définition de la résistance R = 10,43 A (V+-v)².

• 43  Serge Bindel, La détermination par essais sur modèles des qualités hydrodynamiques du navire, text (...)

37Morin devait en tirer les conclusions et déplacer le lieu de l’expérience dans l’arrondissement de Saint-Denis, sur le bief du canal Saint-Denis peu avant le pont de Flandre et modifier les conditions de l’expérience. Là, il utilise un bateau rapide construit sur le modèle de celui mis en service sur canal de Praisley en Ecosse ; le halage est fait avec des chevaux dressés fournis par le propriétaire du canal. Pour ne pas les fatiguer Morin décide de laisser l’onde solitaire passer devant le bateau et de ne reprendre l’allure que lorsque la surface de l‘eau est redevenue calme. Le temps de parcours est aussi modifié et mesuré tous les cent mètres par un observateur muni d’un chronomètre d’une grande précision. Avec ce nouveau dispositif expérimental, l’objectif est de mesurer l’aire immergée de chaque profil de bateau à partir de l’inclinaison à chaque moment et pour toutes les vitesses. Seize séries d’expériences sont à nouveau conduites. Les résultats enregistrés par le dynamomètre sont traduits en tableaux de même que les variables sont calculées (celles de l’aire immergée). Les résultats font état du soulèvement du bateau en fonction de sa charge, peu considérable à faible charge mais avec l’abaissement du centre de gravité au delà de trois tonnes de charge additionnelle. On constate une inclinaison plus grande aux petites vitesses même régulières. Ceci amène Morin à la conclusion générale : l’instabilité des phénomènes hydrodynamiques ne permet pas de lier les phénomènes observés par une théorie et des formules assez simples pour être utiles à la navigation sur les canaux. Fort de ce constat réaliste, il préconise de réaliser à l’avenir des expériences sur petits modèles mus par des poids, dans une sorte de « bassin de carènes » qui ne sera finalement construit à Paris par les ingénieurs du Génie maritime qu’au début du XX^e siècle43. Mais même dans ces nouvelles conditions, Morin doute qu’il soit possible de lier les faits observés par une théorie et des formules assez simples pour être utiles à la navigation.

• 44  Arthur Morin, Expériences sur le tirage des voitures faites en 1832 et 1839 à Metz, Metz, 1838, 10 (...)
• 45  Arthur Morin, Expériences sur le tirage des voitures et sur les effets destructeurs qu’elles exerc (...)

39Toutes les données relatives à ces expériences en région parisienne sur le halage des bateaux sont consignées dans le vii^e rapport à la Commission des principes du tir et cosigné par un collectif d’ingénieurs (Mauduit, Piobert Pérignon, Baise…), bien que seul Morin ait effectué les séries d’expériences. Le rapport est adressé le 15 juillet 1839 au Comité de l’artillerie qui propose le 3 février 1840 son impression au Mémorial de l’artillerie. Le 22 mai, le ministre de la Guerre accepte sur sollicitation du Comité que le capitaine Morin complète les expériences sur la loi de la résistance des fluides et reçoive une dotation de mille huit cents francs. Mais il ne semble pas que ce dernier ait poursuivi ses expériences d’hydrodynamique appliquées à la navigation fluviale. Au même moment, le ministère de la Guerre lui propose d’examiner la question du tirage des voitures Le gouvernement s’occupait en effet depuis quelques années de fixer un règlement sur le chargement et la vitesse des véhicules routiers dans le but de limiter la dégradation des routes. Mais il ne disposait que d’observations très imprécises sur le sujet. Morin commença une série d’expériences à Metz44, puis fut autorisé à les poursuivre aux alentours du château de Vincennes sur la demande du ministère des travaux publics45. Il en découla une longue polémique avec Jules Dupuit, ingénieur des Ponts et Chaussées, également mandaté pour cette mission par le ministère.

• 46  Exposition des produits de l’industrie française en 1839. Rapport du jury central. « Dynamomètres  (...)

41En référence aux savants anglais qui les ont précédés sur le sujet de la balistique et de l’hydrodynamique, ces ingénieurs ont à cœur de construire une méthode expérimentale qui puisse fournir des données rationnelles et irréfutables.Cette démarche est en particulier illustrée par Morin qui multiplie le nombre des expériences dans des conditions similaires et avec une instrumentation spécialement conçue et réalisée pour atteindre une précision suffisante de manière à établir des coefficients représentatifs des phénomènes étudiés. Il attache le même soin à décrire ses montages expérimentaux et instrumentaux à l’occasion des rapports qu’il adresse au Comité de l’artillerie, non seulement pour répondre à ses exigences méthodologiques de ce dernier mais pour laisser une trace précise des processus d’invention ou des procédures expérimentales jusqu’ici inédits. La plupart des rapports sont imprimés au Mémorial de l’artillerie qui couronne les meilleurs rapports des officiers de l’arme. On remarque le soutien actif que leur apporte leurs supérieurs en relayant leurs travaux au sein de l’Académie des sciences par l’organisation de concours (des sciences physiques et mathématiques) et la distribution de récompenses qui vont jusqu’à leur élection au sein de l’Académie des sciences (Piobert en 1840, Morin en 1843). C’est ainsi qu’à la suite de Poncelet et de Piobert, Morin conquiert un titre de savant à part entière et se consacre désormais à promouvoir l’expérimentation en mécanique appliquée aux activités économiques (agriculture industrie et transports). Sa notoriété devait rapidement franchir les limites de la sphère militaire. Ne participe-t-il pas en effet à l’exposition des produits de l’industrie nationale avec ses dynamomètres-enregistreurs en 183946 pour lesquels il dépose un brevet l’année suivante. Confirmé dans son rôle d’expert en mécanique appliquée et d’expérimentateur hors pair par son élection à l’Académie des sciences, Morin aura aussi à cœur de transmettre son savoir accumulé dans ses années de recherche à la Commission des principes du tir, en insérant les résultats de ses expériences en plein air dans ses Leçons de mécanique à l’usage des auditeurs des cours du Conservatoire des arts et métiers (« Notions fondamentales »qui en seront à leur troisième édition 1860).