Léonard et la science

En bref

• SujetLéonard et la science
• Artiste et contexteLéonard de Vinci (1452–1519) et son monde de la Renaissance
• ImageÉtudes de l’eau

Sommaire

1. Avant que la science devienne une profession
2. Les carnets sont un atelier, pas une encyclopédie achevée
3. Le dessin comme instrument de pensée
4. Mesurer un monde toujours en mouvement
5. L’eau comme objet, modèle et lien entre domaines
6. Lumière, vision et Lune
7. Rendre le mouvement visible
8. Les mathématiques, langage recherché et difficulté persistante
9. Pourquoi si peu de recherches devinrent une science achevée
10. Quel type d’enquêteur était Léonard ?

Avant que la science devienne une profession

Les divisions qui nous sont familières aujourd’hui auraient eu peu de sens dans la vie professionnelle de Léonard. La peinture exigeait des connaissances en géométrie, lumière, ombre, mouvement humain, matériaux, atmosphère et comportement de l’eau. Un ingénieur de cour pouvait concevoir un dispositif de fête un mois, inspecter un canal le suivant, puis réfléchir à une arme, une écurie ou un palais. L’anatomie pouvait servir à la peinture, à la médecine, à la mécanique et à une interrogation plus générale sur la vie. L’optique appartenait aux traditions savantes de la perspective et de la philosophie naturelle, mais aussi aux décisions quotidiennes d’un artiste qui dispose la lumière sur un visage.

Léonard ne quittait donc pas l’art chaque fois qu’il étudiait la nature. La peinture contribuait à définir ses questions. Pourquoi une montagne lointaine prend-elle une teinte bleue ? Qu’est-ce qui adoucit une ombre ? Comment un visage change-t-il quand ses muscles tirent ? Comment l’eau tourne-t-elle autour d’un obstacle ? L’atelier de peinture formait l’attention aux surfaces, aux proportions, aux mélanges, aux effets et aux procédés. Il entraînait aussi la main à conserver une observation sous une forme qu’un autre esprit — ou le même, des années plus tard — pourrait examiner. La reconstitution historique de l’Institut Max-Planck situe ce travail dans une culture d’artistes-ingénieurs et de mécanique pratique, sans y voir une science de laboratoire moderne surgie de nulle part ^[1].

Ce contexte importe parce que le récit héroïque habituel peut diminuer l’accomplissement qu’il cherche à célébrer. Léonard ne se tenait pas hors de son siècle, recevant des idées du futur. Il a réuni de façon singulière les ressources disponibles dans son époque, les a prolongées par une habileté visuelle extraordinaire et a poussé certaines enquêtes bien au-delà de leurs limites ordinaires. Son originalité dépendait de liens entre pratique d’atelier, livres, conversations, commandes, instruments, lieux et corps.

Léonard n’avait ni la formation universitaire ni la maîtrise du latin classique attendues d’un érudit humaniste. Sa formule provocante omo sanza lettere — un homme sans lettres — renvoyait à cette distinction sociale et éducative. Elle ne signifiait pas qu’il ne savait pas lire, méprisait les livres ou tirait toute pensée directement d’une nature vierge de tout savoir. Il a écrit des milliers de pages en langue vernaculaire, compilé des listes de mots, essayé d’améliorer son latin et réuni des livres avec une détermination croissante.

À l’époque du Codex Leicester, les listes de ses manuscrits révèlent une bibliothèque personnelle considérable. La reconstitution du Museo Galileo identifie des autorités antiques et médiévales, parmi lesquelles Aristote, Platon, Strabon, Archimède, Frontin, Albert le Grand et Albert de Saxe, ainsi que des auteurs en langue vernaculaire comme Dante, Ristoro d’Arezzo et Cecco d’Ascoli. L’accès pouvait être indirect : traductions, résumés, conversations et manuscrits empruntés participaient tous à la circulation des savoirs. Léonard ne répondait ni par l’obéissance ni par un rejet systématique. Il assimilait des propositions, en éprouvait certaines par l’expérience et en contestait d’autres ^[7].

Son héritage technique était tout aussi important. L’atelier de Verrocchio associait peinture, sculpture, travail du métal, fonte et résolution de problèmes mécaniques. Les machines de chantier de Brunelleschi appartenaient à la mémoire des métiers florentins. À Milan, Léonard lisait ou consultait des ingénieurs tels que Taccola, Francesco di Giorgio Martini et Roberto Valturio. Leurs machines, conventions et problèmes lui offraient une base à partir de laquelle varier, critiquer et visualiser. Son amitié ultérieure avec Luca Pacioli lui apporta un contact suivi avec les mathématiques. Son désir de devenir l’auteur d’ouvrages savants est né de cette formation composite, non de son rejet ^[19].

Dans les écrits de Léonard, « expérience » a donc un adversaire précis : l’appel vide à l’autorité de quelqu’un qui n’a pas examiné la chose. Le mot ne signifie pas avancer sans concepts ni sources. Sur une feuille célèbre datée d’environ 1489–1490, il défend l’expérience comme véritable maître tout en se débattant avec des idées optiques et anatomiques héritées de traditions antérieures. La page est précieuse précisément parce que mots et diagrammes n’y montrent pas une victoire sans effort. Ils exposent un esprit qui tente de concilier vue, théorie et structure de l’œil ^[3].

Aucun lecteur du vivant de Léonard ne pouvait ouvrir sur une étagère les codex sous leur forme actuelle. Il écrivait sur des feuilles, cahiers et petits carnets de tailles diverses, y revenait au fil des années, copiait des passages et projetait de réorganiser ses matériaux. Propriétaires, héritiers, relieurs et collectionneurs en ont ensuite modifié la disposition matérielle. À la fin du XVIe siècle, Pompeo Leoni a démembré et regroupé de nombreuses feuilles pour former de grands albums thématiques, dont le Codex Atlanticus et la collection de Windsor. Le projet Leonardo//thek@ du Museo Galileo rassemble quelque 1 200 feuillets de l’Atlanticus et environ 600 de Windsor : un ensemble immense qui ne représente pourtant qu’une partie de ce qui existait autrefois ^[4].

Les groupes conservés gardent la trace de différentes étapes de la réflexion. Le Codex Madrid I est exceptionnellement suivi et soigné, proche d’un traité de mécanique. Le Codex Madrid II est un zibaldone, recueil de travail mêlant investigations techniques et autres notes. Ce contraste met en garde contre l’idée d’un unique « carnet » uniforme ou celle selon laquelle chaque diagramme sommaire énoncerait une position définitive ^[5].

Les codex Forster du Victoria and Albert Museum montrent la même diversité à une échelle moindre. Une partie étudie la géométrie des solides, une autre l’hydraulique. D’autres abordent poids, traction, tension, balances, proportions, machines et impossibilité du mouvement perpétuel. Ces volumes sont des reliures ultérieures et leur ordre actuel ne révèle aucun plan directeur caché. L’écriture en miroir est elle aussi moins mystérieuse que ne le suggère la légende populaire. Pour un gaucher, c’était un sens d’écriture habituel et peut-être confortable, non la preuve d’une science interdite chiffrée ; lorsque les usages juridiques ou publics l’exigeaient, il pouvait écrire dans le sens ordinaire ^[2].

Léonard a lui-même décrit le problème. Au début de documents aujourd’hui contenus dans le Codex Arundel de la British Library, il parle d’un recueil sans ordre, copié à partir de nombreuses feuilles, et demande au lecteur de pardonner les répétitions dues à l’ampleur du matériau et aux longs intervalles entre les périodes d’écriture. Cet aveu révèle à la fois ambition et obstacle. Il imaginait classer ses observations par sujet, mais de nouvelles enquêtes devançaient sans cesse le travail de synthèse ^[6].

Ces papiers doivent donc être lus comme un milieu de recherche actif. Une liste peut annoncer un futur livre ; une proposition bien formulée peut conserver un résultat mûr ; une esquisse peut éprouver une possibilité ; une note peut se contredire à la page suivante. Leur inachèvement n’est pas un code secret qu’il faudrait éliminer en le déchiffrant. C’est un témoignage de la pensée de Léonard et de la raison pour laquelle si peu de ses recherches sont devenues des œuvres achevées.

Des questions devenues programmes de recherche

Léonard commençait souvent par une injonction à lui-même : décrire tel mouvement, interroger quelqu’un sur un matériau, obtenir un livre précis, observer une structure d’un autre côté, faire un essai. On confond facilement ces rappels avec un savoir qu’il possédait déjà. En réalité, ils en marquent la limite. Une phrase qui commence par « chercher à savoir » est une consigne de recherche, non une découverte. Cette distinction évite de présenter une enquête prévue comme un résultat obtenu.

Les listes de questions montrent aussi à quelle vitesse un problème se divisait en plusieurs. Comprendre le vol d’un oiseau exigeait d’étudier la forme et le mouvement des ailes, la répartition du poids, l’action du vent, les propriétés des plumes et la réaction du corps lorsque le courant changeait. Comprendre l’eau demandait d’interroger gouttes, vagues, impacts, sédiments, chenaux, pression, évaporation, nuages et érosion. L’anatomie s’étendait des os et muscles aux nerfs, vaisseaux, organes, au développement et aux mouvements de la vie. Chaque réponse faisait apparaître des conditions et des exceptions appelant une nouvelle page.

Cette habitude de ramification rappelle ses dessins. Une question principale se partage en questions secondaires, comme un fleuve ou un arbre en branches plus petites. Le programme ainsi formé pouvait être méthodique même lorsqu’une page conservée paraît désordonnée. Titres récurrents, divisions de livres projetées et tables des matières manifestent le désir de rassembler les recherches locales dans un ordre transmissible. La difficulté tenait au fait que Léonard élevait sans cesse son exigence d’exhaustivité. Avant d’achever un livre sur un phénomène, il voulait en comprendre les causes, les variétés, les interactions et les usages.

Ses rappels montrent que le savoir était social autant qu’observationnel. Des noms accompagnent les demandes de livres, de renseignements, de calculs, d’instruments ou d’accès. Les artisans connaissaient matériaux et procédés ; les médecins et contacts hospitaliers permettaient les dissections ; les mathématiciens pouvaient préciser les démonstrations ; les responsables contrôlaient rivières, bâtiments et fortifications. L’image d’un homme solitaire dessinant dans un paysage ne saisit qu’une partie de la méthode. Une grande part de ses données dépendait d’autres personnes et des institutions qui lui donnaient accès à ses objets d’étude ^[1].

Même une observation directe devait pouvoir voyager. Une date, un lieu, une dimension ou le nom d’un animal pouvait lui servir de point d’ancrage. Une esquisse rapide conservait assez longtemps une configuration pour une comparaison ultérieure. Recopier une feuille ancienne dans un nouveau carnet permettait à Léonard de regrouper ses données autour d’un sujet en évolution, mais engendrait aussi des répétitions et séparait les notes de leur contexte d’origine. Le programme de recherche traversait déplacements, mémoire, papier et révision, plutôt que de résider dans une seule expérience décisive.

L’instrument de recherche le plus distinctif de Léonard était la page dessinée. Le dessin ne se contentait pas d’enregistrer ce que l’œil avait déjà compris. Il séparait un événement complexe en étapes, immobilisait l’eau en mouvement, permettait de voir un objet sous plusieurs angles et révélait un mécanisme caché. Les traits pouvaient noter une force, une direction, un reflet ou un flux plutôt que le bord visible d’une chose. Une coupe rendait transparent un volume fermé. La répétition comparait plusieurs solutions sans qu’il faille construire chacune à grandeur réelle.

Cette méthode reliait des domaines apparemment lointains. En anatomie, des vues successives font tourner le corps pour permettre au lecteur d’en reconstituer le volume. En mécanique, des pièces séparées éclairent la transmission du mouvement dans un dispositif. En optique, des rayons géométriques relient objet, ouverture et image. Dans les études sur l’eau, les traits sinueux enregistrent à la fois une apparence et une hypothèse sur le mouvement. Léonard confiait souvent à l’image un argument que la prose seule n’aurait pu porter.

Cette puissance visuelle ne garantissait pas la vérité. Un beau diagramme peut rendre convaincant un modèle erroné, et un dessin tiré de plusieurs observations peut sembler représenter une scène unique directement vue. Une esquisse en perspective ne prouve pas non plus que la machine représentée ait été construite. La page pouvait être relevé d’observation, schéma analytique, aide-mémoire, image de présentation, fantaisie, citation d’un autre ingénieur ou projet en cours de révision. L’interprétation commence par la question de ce que faisait précisément le dessin.

L’anatomie montre à la fois cette force et cette limite. Léonard disséquait des corps humains et animaux, rectifiait des affirmations reçues et inventait des conventions visuelles capables d’expliquer la structure avec une remarquable économie. Sa publication anatomique projetée aurait associé texte et images sous plusieurs angles. Pourtant, les analogies entre espèces comblaient parfois les lacunes de l’accès aux corps humains, et des théories physiologiques héritées de la tradition persistaient auprès des observations nouvelles. La chronologie de la Royal Collection présente non un projet ininterrompu, mais des phases de travail intense, d’arrêt et de reprise ^[16].

Observation, expérience et démonstration

Léonard se rappelait souvent à lui-même de mettre une affirmation à l’épreuve. Ses papiers comprennent des consignes d’essai, des descriptions de dispositifs, des comparaisons chiffrées et des observations qui n’ont de sens que comme traces d’une recherche pratique. Pourtant, le mot « expérience » recouvre plusieurs activités. Certains exercices isolent des variables dans un dispositif contrôlé. D’autres démontrent un phénomène déjà connu. D’autres encore sont des expériences de pensée conduites au moyen de diagrammes. Observation sur le terrain, construction de modèles et pratique d’atelier fournissent chacune des preuves différentes.

La chambre noire en offre un cas clair. Dans un espace obscurci, la lumière venant d’une scène éclairée traverse une petite ouverture et forme sur la surface opposée une image réduite et inversée. Léonard se servait de ce dispositif comme d’une analogie à grande échelle de l’œil et décrivait formes et couleurs apparaissant sur du papier blanc. L’effet optique était connu depuis l’Antiquité : il ne l’a donc pas inventé. Son apport fut d’utiliser un dispositif physique accessible pour examiner la formation de l’image et relier l’optique géométrique à la vision et à la peinture ^[8].

Cette expérience ne résolvait pas la physiologie de la vue. Léonard pouvait observer correctement la projection tout en conservant des idées erronées sur le lieu où l’information visuelle se rassemblait dans l’œil. Ce résultat mêlé est caractéristique. Le phénomène contrôlé contraignait son explication, mais n’effaçait pas toutes les hypothèses qui l’entouraient.

Il rejetait aussi les dispositifs promettant le mouvement perpétuel. Ce refus s’appuyait sur l’attention aux pertes, à l’équilibre et au comportement des mécanismes réels. Il mérite de figurer à côté de ses inventions les plus connues, car il montre un jugement technique : savoir qu’un dessin séduisant ne fournit pas sa propre énergie. Le travail scientifique consistait ici à exclure une possibilité, non à ajouter une machine miraculeuse à un catalogue ^[2].

Les pages de Léonard contiennent nombres, proportions et projets d’instruments parce qu’observer attentivement ne suffisait pas toujours. Il réfléchissait à la mesure du temps, de la distance, de la force, du poids, de l’humidité, du vent et de l’eau. Une grandeur rendait deux cas comparables et révélait l’imprécision d’une affirmation purement verbale. Cette démarche relie son arithmétique commerciale, ses études géométriques et sa pratique d’ingénieur.

La mesure n’avait cependant pas partout le même degré de précision. Une dimension prise sur un cheval ou un corps n’équivaut pas à une constante universelle. Un rapport établi dans des conditions de frottement peut cesser de fonctionner lorsque surfaces, charges ou lubrification changent. La vitesse de l’eau varie dans un même chenal et au cours du temps. Léonard savait souvent que les circonstances comptaient et relevait donc plusieurs cas, mais ne disposait pas des normes modernes d’étalonnage, d’analyse des erreurs ni de répétition contrôlée.

La proportion l’attirait particulièrement parce qu’elle reliait image et nombre. On pouvait agrandir une pièce de machine en conservant les rapports visibles, comparer les membres d’un corps ou diviser un flux ou une force. Le raisonnement proportionnel risquait aussi de transformer une régularité locale en harmonie universelle. La quête de mesure de Léonard était à la fois empirique et philosophique : il voulait des dimensions utiles, mais s’attendait aussi à trouver dans la nature un ordre intelligible.

Les exemples les plus solides associent une grandeur à une opération matérielle. Un poids tire un bloc ; une balance montre l’équilibre ; une chute d’eau frappe une surface ; une ouverture limite un faisceau de lumière. Ces dispositifs rendent une relation invisible perceptible par le mouvement. Ils se rapprochent de l’expérience au sens moderne, mais leurs descriptions sont souvent trop brèves pour une reproduction exacte. Un diagramme peut omettre surface, matériau, durée ou séquence parce que Léonard écrivait pour lui-même. Cette absence ne réfute pas l’essai, mais limite ce que nous pouvons en reconstituer ^[14].

Un exemple du Codex Arundel analysé récemment rend force et limite particulièrement claires. Léonard a imaginé ou testé un récipient avançant horizontalement tandis qu’il libérait de l’eau ou une matière granulaire. Une fois lâchée, chaque particule conservait son mouvement horizontal initial tout en tombant à une vitesse verticale croissante. Si le récipient accélérait au même rythme que la chute, les particules successives s’alignaient sur la diagonale d’un triangle rectangle isocèle. Léonard appela cette relation Equatione di Moti, une égalisation des deux mouvements ^[21].

Gharib, Roh et Noca ont utilisé analyses et simulations modernes pour reconstituer cette proposition. Selon eux, Léonard avait reconnu que la chute gravitationnelle est accélérée plutôt qu’un mouvement uniforme. Sa règle mathématique était néanmoins erronée : il faisait croître la distance comme deux élevé au temps, non proportionnellement au carré du temps. Sur les quatre brefs intervalles qu’il dessina, les deux suites se rapprochent fortuitement, d’où l’estimation très médiatisée d’un écart d’environ trois pour cent avec la valeur moderne. Le résultat témoigne d’une expérience graphique ingénieuse et d’un réel progrès conceptuel, mais non d’une mesure de la constante universelle de gravitation ni d’une loi galiléenne achevée ^[21].

C’est l’une des raisons pour lesquelles les démonstrations modernes doivent être étiquetées avec soin. Répéter un dispositif plausible peut montrer que le principe fonctionne, mais ne restitue pas avec certitude des conditions non consignées. L’expérience historique pose deux questions : que fait la nature, et que permet d’affirmer la page conservée sur ce que Léonard a réellement fait ?

La mécanique offrait à Léonard un chemin vers des règles générales, mais ce chemin commençait par des machines réelles. Il examinait leviers, poulies, vis, essieux, engrenages, ressorts, chocs et résistance des matériaux. Il voulait que les mathématiques organisent ces opérations, tout en sachant très bien que frottements, déformations, surfaces imparfaites et différences de matériaux modifient les capacités d’un mécanisme.

Ses travaux sur le frottement comptent parmi les exemples les mieux documentés d’un long développement empirique. L’étude chronologique d’Ian Hutchings les suit depuis environ 1493 pendant plus de vingt ans. Léonard comprit que la résistance au glissement augmente avec la charge et, dans les conditions qu’il étudiait, ne dépend pas de la surface de contact apparente. Il appliqua des rapports empiriques aux essieux, filetages, poulies et autres éléments, examina la lubrification et reconnut le frottement comme limite au rendement. Ses travaux reposaient probablement sur des mesures, même si certains schémas que des constructeurs de modèles modernes ont interprétés comme des dispositifs expérimentaux ne montrent pas en réalité les essais qu’ils leur attribuaient ^[14].

Les mêmes recherches révèlent aussi leurs limites. Dans l’analyse d’un corps sur un plan incliné, Léonard combina poids et frottement de manière incorrecte et n’améliora pas le résultat lorsqu’il y revint des années plus tard. Ses règles pratiques pouvaient être efficaces sans devenir une dynamique mathématiquement cohérente. Ses études du frottement n’influencèrent pas non plus Guillaume Amontons deux siècles plus tard : elles étaient restées inconnues. Une priorité sans transmission date un manuscrit privé ; elle ne constitue pas une contribution active dans une chaîne historique ^[14].

Cette tension distingue la mécanique pratique de Léonard de la mécanique classique ultérieure. Il voulait conserver le monde matériel, résistant et bruyant. Les percées du XVIIe siècle dépendaient souvent de l’idéalisation : points plutôt que corps étendus, mouvement sans frottement, forces simplifiées et conditions mathématiquement nettes. Le refus ou l’incapacité de Léonard à franchir ce pas le maintint proche de la réalité de l’ingénieur, mais limita les théories générales qu’il pouvait tirer de ses observations. Son « échec » et le succès de la science ultérieure ne forment pas un classement simple. Ils répondent à des besoins différents et travaillent à des niveaux d’abstraction distincts ^[19].

L’eau comme objet, modèle et lien entre domaines

L’eau réunissait les talents de Léonard mieux que presque tout autre sujet. Elle se déplace trop vite et change trop facilement pour être saisie en un regard immobile. Il décomposait donc ses actions en formes récurrentes : vagues, rebonds, spirales, remous, chutes et courants qui se ramifient. Dans une cascade, il distinguait la descente verticale, le mouvement vers l’aval et l’action tourbillonnante qui érode le lit et les rives. Il remarquait l’air entraîné sous la surface et le bouillonnement produit lorsqu’il tente de remonter. Ses dessins transforment ces événements mêlés en une séquence comparable ^[20].

Le Codex Leicester, constitué de dix-huit doubles feuillets, soit soixante-douze pages, et composé pour l’essentiel à Florence entre 1504 et 1508, est le témoignage le plus concentré de cette recherche. Ses sujets vont de l’écoulement et de l’érosion aux fossiles, à l’atmosphère, à la lumière et à la Lune. Cette diversité n’a rien d’aléatoire. Léonard pensait que l’eau pouvait révéler le fonctionnement de la nature à de nombreuses échelles ^[9].

Il projetait un grand traité sur l’eau et en rédigea trois tables des matières différentes, sans l’achever. L’ouvrage envisagé devait aborder la structure de l’eau, son action catastrophique, les tourbillons, la défense des cours d’eau et les comparaisons entre eau, air, poissons nageurs et oiseaux en vol. Un problème fluvial pouvait devenir une question de résistance ; un tourbillon pouvait relier ruisseau, tempête et sang ; une intervention d’ingénieur pouvait éprouver une explication naturelle ^[10].

L’analogie rendait ces passages possibles. Elle n’était ni un simple ornement ni une loi fiable. Comparer les rivières aux veines attire l’attention sur les réseaux, les ramifications et la circulation. Rapprocher un nageur dans l’eau d’un oiseau dans l’air met en relief portance, résistance et maîtrise du mouvement. La comparaison suscite des observations ; elle devient dangereuse lorsque la ressemblance est censée prouver l’identité. L’œuvre de Léonard regorge d’analogies fécondes, mais aussi de cosmologies qu’elles ont poussées trop loin.

Les coquillages marins pris dans la roche en haute montagne soulevaient une question matérielle : comment des organismes liés à la mer étaient-ils parvenus dans des couches de pierre ? Léonard rejetait l’idée qu’un seul Déluge biblique les avait simplement transportés vers les sommets. Il raisonnait à partir de leur position, de leur conservation et du comportement des mollusques vivants. Un mouvement d’eau bref ne pouvait expliquer des dépôts ordonnés, des colonies intactes et des sédiments formés avec le temps. Des terres aujourd’hui élevées au-dessus de la mer avaient dû être submergées, tandis qu’érosion et dépôt remodelaient sans cesse leur surface ^[11].

Ce raisonnement est puissant parce que des choses ordinaires deviennent des preuves historiques. Un coquillage n’est pas une curiosité isolée : son emplacement et son rapport à la roche environnante comptent. Une rivière n’est pas seulement de l’eau qui traverse un paysage : elle arrache des matériaux, les transporte et les dépose ailleurs. Les processus présents offrent ainsi une manière de lire les milieux passés.

Il serait tentant de faire de Léonard le fondateur de la géologie moderne. Ce serait effacer son contexte et ses différences avec elle. Fossiles, montagnes et histoire de la Terre faisaient déjà l’objet de débats antiques, médiévaux et renaissants. Les arguments de Léonard ne furent pas publiés sous la forme d’une théorie fondatrice d’une discipline. Il imaginait aussi la Terre à partir du corps : sol comme chair, roches comme os et eau comme sang. Cette analogie l’aidait à concevoir une planète en transformation continue, mais soutenait également un système de Terre vivante et de compensations cycliques qui n’est ni la tectonique des plaques, ni la stratigraphie, ni un cycle de l’eau moderne ^[12].

Décrire précisément sa réussite à l’échelle locale est plus juste. Il a élaboré des objections physiques pénétrantes à certaines explications et relié érosion, sédiments, anciennes mers et position des fossiles. Ces arguments montrent comment l’observation pouvait résister à l’autorité sans se libérer de tout cadre cosmologique hérité.

Lumière, vision et Lune

L’optique se trouvait au croisement de l’art, de la géométrie, de la physiologie et de l’astronomie. La perspective traitait le champ visuel par les lignes et leurs intersections. L’ombre dépendait de la taille et de la position des sources lumineuses. La perspective atmosphérique cherchait à comprendre pourquoi contraste, couleur et netteté changent avec la distance. Réflexion et réfraction concernaient l’eau, les miroirs et l’œil. Léonard passait d’un sujet à l’autre parce que les mêmes diagrammes de rayons pouvaient organiser plusieurs phénomènes.

Ses études lunaires associent encore compréhension et erreur. Il rejeta l’idée d’une Lune sphérique, cristalline, parfaite et lumineuse par elle-même, et comprit qu’elle reçoit la lumière du Soleil. Il envisagea la faible clarté de sa partie sombre comme le résultat d’une lumière réfléchie entre Terre et Lune. Pourtant, il expliquait l’éclat diffus de la Lune par la lumière solaire dispersée par des océans lunaires agités et interprétait les zones sombres comme des terres émergeant des eaux. La Lune était, dans son modèle, une seconde Terre composée des mêmes éléments ^[13].

L’erreur n’est pas une note gênante à côté d’une anticipation correcte. Elle révèle sa démarche. L’analogie avec la Terre offrait une explication matérielle des apparences, et la réflexion sur l’eau lui fournissait un mécanisme familier. Sans preuves télescopiques, le modèle lui restait suffisamment plausible. Sur une autre feuille, il proposa de fabriquer des lunettes pour voir la Lune plus grande : reconnaissance concise du fait qu’une meilleure observation demandait une aide optique, bien qu’aucun télescope de Léonard ne soit documenté ^[13].

La peinture profitait de la même enquête. La connaissance de la lumière réfléchie pouvait expliquer un visage doucement éclairé ; l’étude des effets atmosphériques pouvait donner de la profondeur à un paysage ; la géologie pouvait rendre les rochers structurellement convaincants. La science ne se cachait pas derrière l’art comme un détail anecdotique. Image peinte et étude de la nature s’apportaient constamment problèmes, essais et modes de représentation.

L’étude du vol par Léonard connut plusieurs changements d’accent. Ses premières machines demandaient souvent comment la puissance musculaire humaine pourrait reproduire le battement des ailes. L’observation des oiseaux réels plaça progressivement au centre l’équilibre, les courants d’air, la déformation des ailes, le vol plané et le contrôle. Ce déplacement n’aboutit pas à un avion moderne, mais montre une recherche qui corrige la conception.

Le Codex sur le vol des oiseaux conservé à Turin commença comme un petit carnet de croquis. Au printemps 1506, Léonard le réutilisa pour décrire de près le comportement de différentes espèces dans l’air, à côté de notes mécaniques sur le vol humain. Oiseau et planeur se recoupent sur ces pages : le corps vivant est analysé comme une machine naturelle, tandis que la machine proposée emprunte à l’oiseau ses mouvements souples. Le codex contient aussi des éléments sur l’hydraulique, l’architecture et l’Arno, rappel que les titres actuels nomment un sujet dominant plutôt qu’un domaine de recherche hermétiquement clos ^[15].

La comparaison accomplissait une grande partie du travail. Nager sous l’eau pouvait éclairer le vol dans l’air, puisque dans les deux cas un corps traverse un milieu résistant. Un oiseau qui s’oriente dans une rafale pouvait suggérer des surfaces de contrôle ou un déplacement du centre de gravité. Mais l’air et l’eau diffèrent, et les muscles humains ne reproduisent pas le rapport puissance-poids des oiseaux. Les papiers de Léonard ne documentent aucun vol humain réussi. Affirmer qu’il construisit et fit voler une machine transforme observations et projets en un événement sans preuve.

Le résultat le plus profond est peut-être la qualité de l’attention. Léonard n’étudiait pas « l’oiseau » comme modèle unique et idéal. Il notait espèces, mouvements, vents et configurations changeantes. Cette sensibilité aux variations coexistait avec son désir de règles mécaniques générales. Le vol devenait une négociation entre règle et circonstance plutôt que la copie d’une seule aile.

Le mouvement était un problème commun à beaucoup de ces sujets. Un corps tombe, un oiseau s’incline, une roue tourne, un visage change d’expression et un courant s’enroule autour d’un obstacle. Un tableau ou une feuille de papier demeure immobile. Léonard devait inventer des moyens graphiques pour faire passer le temps dans l’espace.

Une solution était la séquence : positions successives d’un membre, d’une aile ou d’un objet qui tombe suggèrent les étapes d’une action. Une autre était la ligne de trajectoire, qui suit le chemin parcouru par une chose plutôt que son apparence. Des courbes répétées peuvent montrer la formation puis la dissipation d’un tourbillon. Les flèches n’étaient pas encore une notation scientifique pleinement standardisée ; l’orientation d’un trait, la place des légendes ou une série de petites formes pouvaient alors indiquer la direction. Ces choix font de la page à la fois une image et un modèle.

Il cherchait aussi ce qui persiste sous le changement. Au même endroit, l’eau n’est jamais faite de la même matière, mais un remous récurrent a une forme reconnaissable. Un oiseau ajuste sans cesse son corps, mais l’équilibre peut s’analyser par centres et forces. Les muscles changent de forme tandis que leurs attaches organisent le mouvement. Les études de Léonard distinguent souvent la substance mouvante du motif que crée son déplacement.

Cet intérêt encourageait des comparaisons entre milieux. Eau et air forment des tourbillons ; son, lumière, choc et vagues peuvent se propager depuis une source ; la ramification peut organiser rivières, vaisseaux et plantes. Certaines comparaisons saisissaient des ressemblances structurelles précieuses. D’autres réunissaient des phénomènes que la physique ultérieure séparerait. Ces pages témoignent d’une recherche ancienne de formes communes, avant qu’on puisse définir grandeurs et lois pertinentes.

Ses représentations de la turbulence montrent particulièrement bien cette ambition. Le mouvement turbulent n’y est pas réduit à une trajectoire bien nette. Des boucles imbriquées conservent l’irrégularité tout en proposant un ordre local. Les spectateurs modernes qualifient parfois ces pages de photographiques, mais ce ne sont pas des instantanés. Ce sont des compositions analytiques construites à partir d’observations soutenues, de mémoire et de conventions graphiques. Léonard rendait le changement lisible en fabriquant une image qu’aucun regard non assisté ne pouvait saisir d’un seul coup ^[20].

Plantes, ramifications et règles de croissance

Les plantes offraient un autre point de rencontre entre les besoins du peintre et la curiosité de l’enquêteur. Les feuilles s’orientent vers la lumière, se recouvrent, apparaissent selon des séquences et changent de couleur avec la distance. Les branches se divisent tout en conservant la cohérence visuelle et structurelle d’un arbre. Racines, tronc et rameaux transportent l’eau dans un réseau ramifié. Les études de Léonard envisagent ces rapports comme des motifs organisés plutôt que de collectionner des formes végétales décoratives.

La règle qui lui est le plus souvent associée dit, en substance, que la somme des épaisseurs des branches à un niveau donné correspond à celle du tronc en dessous. Il vaut mieux la comprendre comme un modèle issu de l’observation et de la construction picturale que comme une loi universelle exacte de l’hydraulique végétale. Les arbres réels varient selon espèce, âge, dommages, charge et milieu ; les recherches modernes débattent encore des grandeurs conservées dans une ramification. L’importance historique tient à la recherche d’un rapport mesurable dans une forme vivante.

Une étude d’histoire naturelle de l’Université de Florence situe ces observations dans la botanique de l’époque de Léonard, avant les transformations ultérieures de la discipline. Son travail sur les plantes n’était ni une taxonomie moderne ni un simple ornement. Il étudiait croissance, eau, lumière et forme par des problèmes appartenant simultanément à la peinture et à l’histoire naturelle ^[17].

Léonard considérait souvent la démonstration mathématique comme la forme de certitude la plus forte. La géométrie lui offrait proportions, transformations, centres de gravité et un langage pour les rayons optiques ou les relations mécaniques. Sa collaboration avec Pacioli et son travail intense sur la géométrie des solides montrent que cette ambition était sérieuse. Les diagrammes de polyèdres, de surfaces et de corps transformés ne sont pas des exercices accessoires dans les marges d’un artiste.

Pourtant, ses capacités mathématiques étaient inégales. Il avait reçu une formation à l’abaque commercial plutôt qu’un enseignement universitaire en mathématiques savantes. Arithmétique, notation algébrique et démonstration complexe pouvaient lui faire obstacle. Il répétait parfois de longs calculs, commettait des erreurs ou poursuivait une construction incapable de produire le résultat espéré. L’écart entre ambition mathématique et maîtrise effective a façonné sa recherche.

Cet écart aide à comprendre ses pages. Léonard atteignait souvent une relation par l’image et la mécanique avant de pouvoir l’énoncer sous une forme symbolique générale. Il cherchait une « nécessité » sous les apparences, mais son moyen le plus efficace demeurait le diagramme, la proportion, le modèle et le cas concret. Son travail peut avoir de grandes ambitions mathématiques sans être une version inédite de Galilée ou de Newton.

Les erreurs font partie des preuves

Une présentation équilibrée ne divise pas les pages de Léonard en réussites prophétiques et erreurs qu’on peut jeter. Les erreurs montrent les données dont il disposait, les hypothèses qu’il conservait et jusqu’où une méthode pouvait porter. Les océans lunaires découlaient d’une analogie terrestre. La chaleur du corps pouvait être expliquée par des effets mécaniques qui semblaient convaincants, mais étaient physiologiquement faux. Il faisait circuler l’eau à travers la Terre sur le modèle du sang. Certaines analyses mécaniques utilisaient des éléments erronés même lorsque les observations sur le frottement étaient solides.

Il changeait aussi d’avis. Des dates différentes peuvent conserver des explications incompatibles parce qu’une question restait ouverte ou parce qu’il n’avait pas réuni ses notes en un traité définitif. La contradiction est souvent le fait historique. Ne retenir que la proposition qui ressemble au savoir actuel lui attribue à tort une conclusion qu’il n’a jamais tirée.

Le scepticisme de Léonard doit être jugé de la même façon. Il pouvait contester le Déluge comme mécanisme de transport des fossiles et rejeter le mouvement perpétuel, tout en acceptant d’autres structures héritées ou construites par analogie. L’expérience était un correctif exigeant, non un dissolvant universel. C’est précisément pourquoi les manuscrits comptent pour l’histoire des savoirs : ils conservent le raisonnement avant qu’une publication achevée ne cache les chemins abandonnés.

Léonard projetait sans cesse des livres : sur la peinture, l’anatomie, l’eau, la mécanique, le vol et d’autres sujets. Il dressait des sommaires, écrivait des ouvertures, se rappelait d’obtenir des renseignements manquants et recopiait des passages pour les ordonner plus tard. Aucun traité scientifique ne parut sous sa direction. L’extension même de chaque sujet empêchait l’achèvement. Expliquer l’eau menait à la géologie, à l’atmosphère, à la Lune, à l’ingénierie et au corps ; l’anatomie exigeait davantage de dissections et de meilleures images ; la mécanique soulevait de nouvelles questions sur frottements et matériaux.

Les circonstances matérielles intervenaient aussi. Les cours tombaient, les mécènes changeaient, les voyages interrompaient les projets et l’accès aux corps ou aux lieux était temporaire. Certains écrits servaient une commande en cours, d’autres visaient une publication future, d’autres encore restaient des rappels privés. À la mort de Léonard en 1519, Francesco Melzi hérita des papiers et compila des textes sur la peinture, mais l’ensemble scientifique se fragmenta. Des collectionneurs ultérieurs le réorganisèrent, et d’importantes parties disparurent.

Cette histoire de la transmission limite les affirmations d’influence. Un résultat consigné en privé ne peut avoir guidé des chercheurs ultérieurs sans voie d’accès démontrable. Le Codex Leicester circula plus largement que la plupart des groupes au cours des siècles suivants, mais une grande part de la réputation scientifique de Léonard naquit seulement lorsque ses manuscrits furent retrouvés, transcrits et reproduits. Sa place dans l’histoire des sciences diffère donc de celle d’un auteur publié dont les propositions furent lues, éprouvées et citées par ses contemporains.

L’image de Léonard aux XXe et XXIe siècles a été façonnée par des modèles matériels. Musées et expositions ont transformé de petits dessins en hélicoptères, chars, ponts et machines que les visiteurs saisissent immédiatement. Ces objets peuvent révéler des mécanismes et susciter d’excellentes questions, mais ils introduisent aussi des décisions absentes de la source : échelle, matériau, dimensions, fixations, énergie, dégagements et rapports entre pièces.

L’histoire que le Science Museum donne de son exposition Léonard de 1952 rapporte les doutes des conservateurs : certaines machines étaient-elles originales, pratiques, construites ou assez précisément décrites pour être modélisées ? Une reconstruction qui fonctionne prouve qu’une équipe moderne a trouvé une interprétation fonctionnelle. Si elle ne fonctionne pas, elle peut révéler une difficulté historique, une lecture erronée ou une esquisse volontairement spéculative. Aucun de ces résultats ne peut devenir tacitement une preuve que Léonard construisit l’objet ^[18].

La même prudence vaut pour le mot invention. Léonard dessinait des dispositifs connus, des variantes de projets hérités, des améliorations, des fantaisies de présentation et des mécanismes originaux. Ses carnets formaient aussi une bibliothèque visuelle. Demander ce qui change entre une source et sa version apprend davantage que d’accorder ou de refuser la paternité sur la seule ressemblance.

Quel type d’enquêteur était Léonard ?

La réussite scientifique de Léonard ne formait pas un système complet. La présentation du Museo Galileo sur ses sources le dit clairement : il contestait constamment des conclusions, sans jamais produire une interprétation organique de la nature et de l’ensemble de ses opérations ^[7]. Cet inachèvement importe, sans réduire les papiers à de simples curiosités. Plusieurs habitudes durables y reviennent.

Il considérait la description précise comme un travail intellectuel. Ses images analysaient au lieu de seulement décorer. Il franchissait la frontière entre théorie savante et pratique manuelle. Il cherchait des règles au sein d’événements naturels variables, tout en restant attentif au frottement, à la turbulence et à la résistance des matériaux. L’analogie lui fournissait des questions à différentes échelles. Il revenait sur les sujets pendant des décennies et laissait certaines observations démentir une machine séduisante ou une explication héritée.

En même temps, il lui manquait les échanges institutionnels, la publication et l’abstraction mathématique qui rendirent la science ultérieure cumulative d’autres façons. Ses recherches pouvaient être exactes sans devenir un programme partagé. Ses modèles généraux pouvaient être imaginatifs sans être corrects. Son refus de séparer art, ingénierie et nature produisit des intuitions singulières, mais ne créa pas automatiquement les disciplines modernes.

La description la plus fidèle n’est donc ni « le premier scientifique moderne » ni « seulement un artiste avec des loisirs ». Léonard était un artiste-ingénieur exceptionnel de la Renaissance, dont les pratiques de recherche ressemblent parfois à la science expérimentale ultérieure et relèvent parfois clairement de la philosophie naturelle ancienne, du savoir d’atelier et de la cosmologie. Il rendait l’observation active, donnait au dessin une valeur de preuve et exigeait des explications qu’elles rencontrent le monde matériel. Les pages conservées montrent à la fois la force de cette exigence et la difficulté de transformer une enquête inépuisable en savoir achevé.

À lire aussi sur Léonard

• Les études anatomiques de Léonard de Vinci
• Le plan d’Imola
• Le monument équestre des Sforza

Questions fréquentes

Références et sources

1. Max Planck Institute for the History of Science et Staatsbibliothek zu Berlin, « À propos », Leonardo's Intellectual Cosmos. Voir la source
2. Victoria and Albert Museum, « Les carnets de Léonard de Vinci ». Voir la source
3. Museo Galileo, Leonardo//thek@, Codex Atlanticus, f. 327v, identifiant de catalogue ATL.0654.1. Voir la source
4. Museo Galileo, « Introduction », Leonardo//thek@. Voir la source
5. Biblioteca Nacional de España, Códices Madrid I y II. Voir la source
6. British Library, Arundel MS 263. Voir la source
7. Museo Galileo, « Un homme sans lettres ? », Water as Microscope of Nature: Leonardo da Vinci's Codex Leicester. Voir la source
8. Max Planck Institute for the History of Science, « Léonard de Vinci : camera obscura, vers 1508–1509 », Leonardo's Intellectual Cosmos. Voir la source
9. Museo Galileo, « Introduction », Water as Microscope of Nature: Leonardo da Vinci's Codex Leicester. Voir la source
10. Museo Galileo, « L'acqua ‘vetturale della natura’ », L'acqua microscopio della natura. Voir la source
11. Museo Galileo, « Animali con le ossa di fora », L'acqua microscopio della natura. Voir la source
12. Museo Galileo, « La Terre, miroir de l’homme », Water as Microscope of Nature. Voir la source
13. Museo Galileo, « La Lune, une seconde Terre », Water as Microscope of Nature. Voir la source
14. Ian M. Hutchings, « Les études de Léonard de Vinci sur le frottement », Wear 360–361 (2016), dépôt de l’Université de Cambridge. Voir la source
15. Musei Reali Torino, « Les sections de l’exposition », Leonardo da Vinci: Drawing the Future. Voir la source
16. Martin Clayton, « L’étude de l’anatomie par Léonard », Royal Collection Trust. Voir la source
17. Musée d’histoire naturelle de l’Université de Florence, Leonardo e la Storia Naturale. Voir la source
18. Tim Boon, « Le Science Museum et l’exposition du cinquième centenaire de Léonard de Vinci en 1952 », Science Museum Group Journal 5 (2016). Voir la source
19. Max Planck Institute for the History of Science, « Les défis de la technologie », Leonardo's Intellectual Cosmos. Voir la source
20. Museo Galileo, « Chutes d’eau », Water as Microscope of Nature. Voir la source
21. Morteza Gharib, Chris Roh et Flavio Noca, « La visualisation de la gravité comme forme d’accélération par Léonard de Vinci », Leonardo 56, no 1 (2023), p. 21–27. Voir la source

Œuvres célèbres de Léonard de Vinci

La Joconde

La Cène

L’Annonciation de Léonard de Vinci

Le Baptême du Christ

L’Adoration des mages

La Dame à l’hermine de Léonard de Vinci

Ginevra de’ Benci de Léonard de Vinci

La Vierge aux rochers de Léonard de Vinci