La forme de la Terre dans l’Antiquité

À la fin du VII^e siècle avant notre ère naît, en Ionie (l’actuelle Turquie), la philosophie grecque : pour la première fois, des penseurs cherchent à expliquer le monde par la raison plutôt que par l’intervention des dieux. Thalès de Milet (vers 625-547 av. J.-C.), qui a étudié l’astronomie en Égypte, se représente la Terre comme un disque plat flottant sur un océan sans limite.

Un siècle plus tard, Pythagore (vers 580-495 av. J.-C.) et ses disciples lisent l’Univers à travers les nombres, les proportions et l’harmonie. Pour eux, la Terre doit être une sphère : le ciel nocturne ressemble à une demi-sphère sur laquelle tournent les étoiles, et la sphère est la forme parfaite par excellence. Cette conviction repose sur une exigence de symétrie : c’est une croyance, non une démonstration.

Platon (428-348 av. J.-C.) reprend l’idée d’une Terre sphérique. Son disciple Aristote (384-322 av. J.-C.) la conserve, mais change de méthode : au lieu de s’en remettre à la perfection des formes, il cherche des preuves dans l’observation et construit une démonstration.

Dans son traité Du Ciel (vers 350 av. J.-C.), Aristote avance plusieurs arguments en faveur d’une Terre sphérique.

1. L’ombre de la Terre sur la Lune. Une éclipse de Lune se produit lorsque la Terre s’interpose entre le Soleil et la Lune : c’est donc l’ombre de la Terre que l’on voit avancer sur la Lune. Or cette ombre est toujours limitée par une ligne courbe, quelle que soit l’heure de l’éclipse. Seule une sphère projette une ombre ronde dans toutes les orientations ; un disque plat donnerait parfois une ombre en forme de trait.
2. Les étoiles changent avec le lieu. Quand on voyage vers le nord ou vers le sud, le ciel n’est plus le même : des étoiles visibles en Égypte disparaissent sous l’horizon lorsqu’on remonte vers le nord, et d’autres, invisibles là-bas, apparaissent. Sur une Terre plate, tout le monde verrait le même ciel. Comme ce changement est déjà sensible pour un déplacement modeste, Aristote en conclut que la Terre est une sphère, et qu’elle n’est pas très grande.

Au III^e siècle avant J.-C., l’idée d’une Terre sphérique est admise par les savants grecs ; reste à connaître sa taille. Ératosthène (276-194 av. J.-C.), astronome et géographe, dirige la grande bibliothèque d’Alexandrie, en Égypte.

Il a lu qu’à Syène (aujourd’hui Assouan), le jour du solstice d’été, à midi, le Soleil éclaire le fond d’un puits profond : ses rayons arrivent à la verticale du sol, et une personne debout ne fait aucune ombre. Le même jour, à la même heure, à Alexandrie, plus au nord, un bâton planté verticalement (un gnomon) projette une ombre.

Ératosthène mesure la longueur de l’ombre du gnomon et, avec les règles de la trigonométrie dans le triangle rectangle, en déduit l’angle entre le gnomon et les rayons du Soleil : β = 7,2°.

Aucun écrit d’Ératosthène ne nous est parvenu : son calcul n’est connu que par des auteurs plus tardifs, et plusieurs récits circulent sur la façon dont il a obtenu la distance entre les deux villes. Selon le plus répandu, il se serait appuyé sur le temps de trajet des caravanes : un chameau met environ 50 jours pour aller d’Alexandrie à Syène, en parcourant 100 stades par jour. D’autres auteurs évoquent des arpenteurs professionnels, les bématistes, qui mesuraient les distances en comptant leurs pas.

Le stade est l’unité de longueur de référence dans l’Antiquité ; sa valeur varie selon les régions. On retient ici un stade de 157,7 m.