Le pendule de Foucault installé dans le choeur de l'église de Saint Martin des Champs est celui qui a été utilisé lors de l'exposition universelle de Paris en 1855.
Le pendule de Foucault permet de mettre en évidence la rotation de la Terre sur elle-même par des moyens uniquement terrestres.

Le pendule de Foucault dans la chapelle du Musée de arts et métiers

Les premières expériences du pendule de Foucault à Paris en 1851

En janvier 1851, Léon Foucault installe dans sa cave de la rue d'Assas un pendule constitué d'un fil métallique de 2 m le long qui supporte un lourd poids de 5 kg . Il observe un petit mouvement du plan d'oscillation du pendule.

Au mois de février il renouvelle son expérience avec un pendule de 11 m à l'observatoire de Paris. Les oscillations du pendule sont plus longues et la déviation est plus visible.

Louis Napoléon Bonapartre ayant eu connaissance des travaux de Foucault lui demande de réaliser son expérience dans un lieu prestigieux, ce sera le Panthéon.
L'expérience eut lieu le 31 mars 1851.
La sphère pesait 28 kg et le fil 67 m de long.

Constitution du pendule du Musée des arts et métiers

La sphère métallique :

• acier, laiton, plomb.
• diamètre = 18 cm.
• masse = 25 Kg.
• mise en service en 1855.

Le fil métallique :

• acier
• longueur = 18 m

La sphère d'acier du Musée

La période des oscillations du pendule de Foucault du musée est égale à 8,5 s.
Il effectue une rotation complète apparente en 31,78 h soit 31 h 47 min. (latitude : 48° 50')

Remarque : Une oscillation en ellipse est parfois visible avec le pendule du musée. Celle-ci provient probablement d'un lancer non régulier.

Animation réalisée par Philippe Morin 2001

Le pendule est soumis à deux forces :

• la force de pesanteur
• la force de Coriolis

Principes fondamentaux du Pendule de Foucault

1. Le plan d'oscillation du pendule tourne lentement dans le référentiel terrestre.
2. Le mouvement apparent du plan du pendule s'effectue dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens contraire dans l'hémisphère sud. Ce mouvement est apparent car ce n'est pas le pendule qui tourne, mais la Terre.
3. Le pendule n'est pas lié au référentiel terrestre car son point d'ancrage est ponctuel.
4. Le période du pendule est indépendante de la masse de la sphère.

Explication du mouvement du pendule dans le cas simple d'un pendule placé au pôle nord géographique.

- Si l'on place un pendule au pôle nord géographique, le fil sera placé dans l'axe de rotation de la Terre.
- La Terre tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre en 23 h 56' 4,091" = 86164 s = 1 jour sidéral (le jour sidéral est le temps de la rotation de la Terre par rapport aux étoiles lointaines et fixes ).
- Le pendule n'étant pas lié à la Terre, oscillera toujours dans le même plan.
- Toutefois, le pendule semblera tourner dans le sens des aiguilles d'une montre pour une personne (liée à la Terre) observant le pendule.

• Il s'agit d'une vue du dessus, dans l'axe de rotation de la Terre.
• Le pendule oscille dans un plan fixe, tandis que la Terre effectue une rotation en 24 h environ.
  

A l'équateur, par contre, le plan d'oscillation du pendule ne bouge pas.

Exemple : Si l'expérience était réalisée à Cayenne en Guyane située à environ 4° 56' de latitude nord, le pendule effectuera une rotation complète dans le sens des aiguilles d'une montre en 278 h 19 min !

Au pôle sud géographique, il tournera en 1 jour sidéral, dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.

On détermine la durée de rotation du pendule à une latitude donnée par la relation :