Exposition

Mouvements de l'air Etienne-Jules Marey (1830-1904) photographe des fluides

Du 19 octobre 2004 au 16 janvier 2005
Etienne-Jules Marey-Prisme triangulaire présentant au courant une de ses bases, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Prisme triangulaire présentant au courant une de ses bases, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

Etienne-Jules Marey (1830-1904), physiologiste, médecin, biomécanicien, et inventeur en 1882 de la chronophotographie, base technique de la cinématographie, a consacré trois des dernières années de sa vie, de 1899 à 1901, à photographier les mouvements de l'air.
Nous sommes aujourd'hui frappés par la beauté et le caractère énigmatique de ses clichés de fumée. Mais ils posent également de nombreuses questions.
Pourquoi ces images ont-elles été produites ? Quel était le but de ces recherches et quelles techniques ont été utilisées ? Pourquoi avoir recours au cliché instantané alors qu'à cette époque (1899-1902) la chronophotographie et la cinématographie sont désormais d'usage courant ? Pour comprendre cela, il faut remonter aux origines de la technique qui a dominé l'oeuvre et la vie du physiologiste : la méthode graphique. Celle-ci consiste à transcrire, sur papier ou sur une surface sensible, les forces agissant sur un corps en mouvement, vivant ou inanimé.

Etienne-Jules Marey-Prisme triangulaire présentant au courant ses arrêtes, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Prisme triangulaire présentant au courant ses arrêtes, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

Cette méthode permet, comme l'indique Marey dans La méthode graphique dans les sciences expérimentales... (1878), d'observer et de mesurer la "relation de l'espace au temps qui est l'essence du mouvement". Grâce à des appareils inscripteurs, on obtient pour la première fois une trace de mouvements ou de phénomènes que les sens humains ne peuvent, le plus souvent, pas percevoir.
Dans les années 1890, après avoir étudié la locomotion des poissons au travers de la chronophotographie, Marey cherche à comprendre comment un liquide réagit au passage d'un corps quelconque. Il dispose pour cela, dans une eau agitée par une hélice, des petites boules argentées de cire et de résine. La lumière solaire se reflète dans ces minuscules corps brillants en suspension et les effets causés par un obstacle disposé sur le trajet du courant sont ainsi enregistrés à 42 images par seconde. C'est ce dispositif qui lui donne l'idée d'effectuer la même expérience avec des filets d'air produits par une soufflerie.

Etienne-Jules Marey-Plan incliné, angle de 60 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Plan incliné, angle de 60 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

Marey n'est pas le seul scientifique de la fin du XIXe siècle à vouloir observer les mouvements de l'air.Dès 1893, un Allemand, Ludwig Mach, fabrique une machine à fumée éclairée par une lampe à arc. C'est selon le même principe que devait fonctionner la future soufflerie de Marey. En Angleterre, le professeur Henry Selby Hele-Shaw étudie l'hydrodynamique en photographiant des filets de glycérine colorée. Mais Marey ne connaît pas encore ces travaux lorsque, en 1899-1900, il commence à étudier l'aérodynamique grâce à la fumée produite par une machine. Il ne fait que répondre à une préoccupation constamment présente dans ses travaux : comment voir l'invisible ? Au départ de ses recherches, dans les années 1860, Marey pensait que l'avenir de la locomotion aérienne résidait probablement dans une machine capable de battre des ailes. Il a ensuite renoncé à cette hypothèse pour devenir un fervent partisan de l'aéroplane.

Etienne-Jules Marey-Plan incliné, angle de 30 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Plan incliné, angle de 30 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

Dans Le Vol des oiseaux (1890), Marey explique : "Au point de vue de la résistance éprouvée, il est indifférent que le corps solide soit en mouvement dans un air calme, ou qu'il soit immobile dans un air animé de mouvement." Il présente ainsi le premier des principes de ses futures machines à fumée : de l'air propulsé contre une forme qui ne se déplace pas. Il s'attaque alors à un sujet presque vierge d'études : le problème, crucial pour l'aviation, de l'écoulement de l'air autour d'une surface.
C'est donc pour permettre aux aviateurs de progresser que Marey imagine le procédé suivant : "Produire dans un espace clos à parois transparentes un courant d'air régulier ; faire arriver dans ce courant des filets de fumée parallèles et équidistants ; placer à la rencontre de ces filets des surfaces de formes diverses, sur lesquelles ils s'infléchissent diversement ; éclairer vivement ces fumées et en photographier instantanément l'apparence, tel était le programme à remplir."Marey construit sa première soufflerie aérodynamique en 1899. Les premières photographies qu'il présente à l'Académie des sciences en 1900 permettent, explique-t-il, de mieux connaître l'action de l'aile de l'oiseau sur l'air : "Il était important de faire des expériences montrant la direction que prennent les filets d'air lorsqu'ils rencontrent la surface d'une aile plus ou moins inclinée et présentant une courbure variable."

Etienne-Jules Marey-Quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

Marey devait construire quatre versions différentes de sa soufflerie, transformant au fur et à mesure la première version, adaptant les anciens éléments aux nouveaux. Il commence avec une première machine à 13 tubes, dont les résultats ne lui conviennent pas. Il poursuit avec une machine à 11 tubes, puis une troisième version à 21 tubes. Cependant, à notre connaissance, aucun cliché issu des ces trois premières machines à fumée n'est publié par Marey, qui n'est sans doute pas encore tout à fait satisfait de son procédé. Dès sa première communication à l'Académie au sujet de sa soufflerie, le 16 juillet 1900, Marey annonce de prochaines et nouvelles expériences "avec des appareils perfectionnés.

Etienne-Jules Marey-Plan normal de 5 cm, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Plan normal de 5 cm, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

"En 1901 Marey obtient une subvention de la Smithsonian Institution de Washington grâce au pionnier américain de l'aéronautique Samuel Pierpont Langley. Cet apport financier permet de fabriquer en 1901 une machine à 57 courants de fumée. Une règle de 20 cm de longueur et un "trembleur électrique", qui ébranle dix fois par seconde les petits tubes, sont ajoutés. On peut ainsi calculer la vitesse de l'air en observant le parcours des légères oscillations qui se forment régulièrement tout le long des filets de fumée.Les clichés obtenus représentent donc le comportement de l'air lorsqu'il rencontre un plan incliné sous des angles variés et, dès les premières photographies, Marey remarque des résultats analogues à ceux qu'il a obtenu précédemment sur les mouvements de l'onde.
Cette dernière version donne semble-t-il satisfaction à Marey qui présente, le 3 juin 1901, quatre clichés à l'Académie et donne la description de la nouvelle soufflerie.Certains de ces clichés ont sans doute sauvé la vie à bien des aviateurs, puisque pour la première fois on voyait effectivement l'invisible, c'est-à-dire la façon dont l'air réagissait à certaines formes.

Etienne-Jules Marey-Triplans, angle de 30 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Triplans, angle de 30 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

Dans l'ensemble, Marey, après voir publié ses images aérodynamiques, n'a guère laissé de commentaires théoriques. Il semble, au fond, se désintéresser des résultats scientifiques obtenus par ses clichés.
L'avant-dernier article que Marey consacre à sa machine, publié le 7 septembre 1901 dans La Nature, se termine par les lignes suivantes, qui montrent que le physiologiste est déjà passé à un autre sujet : "On conçoit aisément la multiplicité des problèmes que peut résoudre cette méthode. Nous l'avons exposée avec détail, afin qu'elle puisse être employée par tous ceux que préoccupent l'aviation, la propulsion dans les fluides, la ventilation, enfin tout ce qui se rattache aux mouvements de l'air."

Etienne-Jules Marey-Trois surfaces concaves associées, angle de 30 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Trois surfaces concaves associées, angle de 30 degrés, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

Une telle attitude de la part de Marey n'est pas surprenante. C'est un scientifique polymorphe et boulimique, qui s'attaque à tous les sujets qui gravitent autour de son obsession : le mouvement. La mission qu'il se fixe est avant tout d'enregistrer graphiquement la trace des mouvements, de les rendre visibles. Il laisse à d'autres, plus compétents, le soin d'analyser les images obtenues. Parfois, lorsqu'il maîtrise le sujet, il accomplit parfaitement ce travail difficile. Mais Marey, outre ses déficiences en mathématique, a toujours eu une certaine incapacité à adopter une démarche de physicien. Ici, on a le sentiment qu'il est principalement fasciné par le spectacle procuré par sa machine, par la beauté hypnotique de ses clichés. Toujours est-il que si Marey a vite délaissé sa soufflerie aérodynamique, il n'en reste pas moins qu'il a initié en France une technique fondamentale. Les souffleries aérodynamiques du type Marey sont toujours utilisées dans les laboratoires de recherche scientifique et industrielle. On construit encore des souffleries aérodynamiques à fumée, avec des moyens plus modernes et plus coûteux, qui produisent des clichés instantanés magnifiques, très proches de ceux réalisés par Marey au début du XXe siècle.

Etienne-Jules Marey-Plan incliné, angle de 65 degrés, troisième machine à fumée contenant 21 canaux
Etienne-Jules Marey
Plan incliné, angle de 65 degrés, troisième machine à fumée contenant 21 canaux, 1899
©Cinémathèque française/DR

Aujourd'hui rien ne subsiste des différentes machines à fumée de Marey. Elles ont disparu lorsque la Station physiologique et l'Institut Marey ont été démolis pour permettre l'agrandissement du stade de Roland Garros en 1979.
Grâce à une subvention exceptionnelle du Centre national de la cinématographie, la Cinémathèque française a pu reconstituer en 1999, une des machines de Marey.
Dans le cadre de cette exposition, produite avec la Cinémathèque française, le musée d'Orsay en a fabriqué quatre autres. Il peut paraître curieux que Marey, après avoir initié la chronophotographie revienne à la fin de sa vie vers la photographie instantanée. Mais il ne fait qu'anticiper, une fois de plus, sur une certaine tendance esthétique et technique du cinéma moderne, qu'il soit de fiction ou scientifique. Marey est un adepte de la prise de vues à grande vitesse. Dès le début des années 1890, il atteint dans ses films la fréquence de 100 images par seconde.

Pierre Noguès-Plan normal de 20 cm, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
Pierre Noguès
Plan normal de 20 cm, quatrième et dernière version de la machine à fumée, équipée de 57 canaux
©Cinémathèque française/DR

Paradoxalement, à force de multiplier par millions ou par milliards la fréquence des images, on revient en quelque sorte à la production d'un super-instantané photographique, précisément ce que Marey préconise à la fin de sa vie pour saisir le flux des mouvements d'air.
De plus, les clichés réalisés à partir de 1899 d'après la machine à fumée évoquent fortement l'iconographie de la méthode graphique : traits blancs sur fond noir. A plusieurs reprises, Marey ne parle pas "d'instantanés" pour nommer ses photos de fumées, mais de "chronophotographies", alors que ce terme s'applique à priori aux études séquencées d'un mouvement. C'est sans doute parce que les clichés instantanés de Marey contiennent aussi bien la chrono, la photo, que la graphie : chrono, grâce à l'ondulation des canaux de fumée ; photo avec la lumière du flash et l'appareil photographique ; la graphie enfin, parce que les sillons lumineux laissés par les canaux de fumée sur la plaque sensible se lisent et s'analysent comme des graphiques. Marey opère ainsi une sorte de retour à ses racines, et boucle en beauté plus de cinquante années de recherches autour du graphique et de son monde énigmatique en noir et blanc.

Etienne-Jules Marey-Deux surfaces assemblées en V, quatrième et dernière version de la machine à fumée équipée de 57 canaux
Etienne-Jules Marey
Deux surfaces assemblées en V, quatrième et dernière version de la machine à fumée équipée de 57 canaux, 1901
©Cinémathèque française/DR

La technique des souffleries aérodynamiques est perfectionnée au début du XXe siècle par les ingénieurs et constructeurs d'avions et d'automobiles. L'exemple le plus célèbre, qui suit de quelques années celui de Marey, est le laboratoire d'aérodynamique de Gustave Eiffel (1832-1923) situé à Auteuil. En ce qui concerne les études sur la résistance de l'air et la chute des corps, Eiffel suit le même itinéraire que Marey : il commence par la méthode graphique et termine par la soufflerie aérodynamique. Au contraire de Marey, Eiffel va établir, à partir des mêmes principes, toutes sortes de lois qui seront enseignées dans les écoles d'ingénieur.Organisée à l'occasion du centenaire de la mort d'Etienne-Jules Marey, cette exposition permet de présenter une période peu connue jusqu'à présent de l'oeuvre mareysienne. Mais comme dans ses célèbres films chronophotographiques, les clichés de fumée ainsi que les machines reconstituées nous offrent un spectacle où s'entremêlent avec bonheur art et technique. Les images produites sont exceptionnelles de beauté et ne cessent de nous captiver. A l'occasion de la première exposition sur Marey, organisée à la cinémathèque française en 1963, Henri Langlois décrivait ainsi l'oeuvre du physiologiste : "rien n'est plus secret, rien n'est plus lyrique, rien n'est plus explosif, rien n'est plus actuel que le silence de ses noirs et la légèreté de ses blancs."
Ce texte a été rédigé d'après l'article de Laurent Mannoni paru dans le catalogue Mouvements de l'air, Etienne-Jules Marey, photographe des fluides, Coédition Gallimard / Réunion des musées nationaux, Collection "Art et artistes", 2004.