Le goniomètre de Wollaston ou la science des cristaux

Novembre 2020

Dans la collection d’objets scientifiques anciens de la Faculté polytechnique de l’UMONS se trouvent de nombreux instruments utilisés pour l’étude des cristaux : modèles cristallographiques, spectromètres, goniomètres, etc. Cela s’explique par son histoire. En effet, la Faculté polytechnique a été fondée en 1837 en tant qu’École des Mines et l’étude de la cristallographie, science des cristaux, y occupait une place importante.

L’observation scientifique des cristaux passe par la mesure de la valeur des angles de leurs faces afin de déterminer les formes invariables des cristaux et permettre ainsi leur identification. Pour ce faire, les minéralogistes recourent à des instruments que l’on nomme goniomètres. Le modèle présenté ici est un goniomètre de Wollaston.

Son histoire

Du nom de son inventeur, le chimiste anglais William Hyde Wollaston, cet instrument d’optique créé en 1809 permet de mesurer la valeur d’un angle dans des cristaux de taille très réduite et de manière précise pour l’époque. Plus précis que les goniomètres de contact utilisés auparavant et qui ne mesuraient que des degrés, le goniomètre de Wollaston permet de mesurer les angles des cristaux à la minute près. Cet appareil va révolutionner la cristallographie et la faire entrer dans le champ des sciences exactes.

Portatif, facile d’utilisation et peu coûteux, il est très répandu au 19^e siècle dans les écoles et les universités ainsi que dans les expéditions scientifiques et les exploitations minières. Le goniomètre de Wollaston va permettre de systématiser les mesures d’angles des cristaux et ainsi d’accroître la connaissance des minéraux.

L’exemplaire conservé au service Science des matériaux de la Faculté polytechnique date des années 1920. Fabriqué par F. Pellin, ingénieur-constructeur parisien, il est en laiton et est en très bon état. Il est mentionné dans des notes manuscrites du cours de minéralogie générale donné à l’École des mines de Mons comme instrument didactique (ces notes sont conservées à la Bibliothèque de la Faculté polytechnique). Les étudiants devaient l’utiliser pour effectuer des mesures durant ce cours.

Comment ça fonctionne ?

L’appareil se compose d’un cercle vertical en laiton, gradué sur la tranche et qui peut tourner sur lui-même. Sur le côté se trouve un emplacement où le cristal était fixé ainsi qu’un miroir. Le cristal pouvait pivoter en fonction des besoins grâce à une tige munie d’un bouton située de l’autre côté du goniomètre.

Pour effectuer la mesure, on fait tourner le cristal jusqu’à avoir une réflexion d’une image distante sur une de ses facettes. On continue ensuite à faire pivoter le cristal jusqu’à ce que la même image se reflète sur une autre de ses faces. Il suffit alors de lire sur le cercle gradué la valeur de l’angle entre les deux faces du cristal.

   
Goniomètre de Wollaston, F. Pellin, France, vers 1920. Collection UMONS, Faculté polytechnique, Science des matériaux.

Références

Steven C. Turner, « Goniometer », dans Robert Bud et Deborah Jean Warner, éd., Instruments of Science. An Historical Encyclopedia, New York-Londres, 1998 (The Science Museum, The National Museum of American History, Smithsonian Institution et Garland Publishing), p. 290-292.