LE LOUVRE CÉLÉBRAIT l'oeuvre picturale de Léonard de Vinci en 2012, la Cité des Sciences à Paris met à l'honneur son talent scientifique cette saison. Si l'ingénieur et artiste italien a été tôt salué comme un précurseur de son époque, et ce dans de nombreux domaines, c'est l’analyse tardive de ses manuscrits qui a révélé son génie. Souvent considéré comme un technicien visionnaire, Leonard de Vinci (1452-1519) n'était pas pour autant qu’un simple inventeur de machines invraisemblables : c'était aussi et surtout un insatiable observateur, qui a passé sa vie à analyser et disséquer le monde qui l'entourait.
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Par François Pichot et Émilie Combes
1952. À L'OCCASION DU 500ÈME ANNIVERSAIRE de la naissance de Léonard de Vinci, un collège de scientifiques et techniciens italiens s'attèlent à l’étude de ses manuscrits dans le but d’élaborer des maquettes à l’échelle réduite de ses inventions les plus célèbres, rendant ainsi accessible sa démarche créatrice et le fonctionnement des machines. L’une des pièces emblématiques de cette collection, la baliste, une arbalète géante, n’a pourtant jamais vu le jour au motif de l’extravagance de ses dimensions, rendant le défi technique impossible à relever avec les matériaux de l’époque. Mais elle reflète bien le goût de Léonard pour les ensembles mécaniques, les mouvements, l'adaptation des savoirs et des techniques. Les premières traces de balistes datent de l'antiquité grecque. De conception semblable, elles étaient composées d'un arc-ventre et d'un treuil de bandage. En imaginant une arme d’une puissance encore jamais atteinte, De Vinci souhaite en fait élaborer une machine suscitant l’effroi des armées adverses. Il se plaît alors à intégrer des technologies existantes comme la vis sans fin – ou vis d’Archimède – dans le mécanisme de bandage de l’arc, établissant des plans précis afin de rendre le projet crédible, bien qu’une telle réalisation n’ait jamais abouti.
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Observer
SI DE VINCI N'EST PAS LE SEUL de ses contemporains à concevoir d’ingénieuses machines, il se démarque indéniablement de ses pairs par la qualité de son dessin. A 17 ans, il intègre l’atelier du renommé peintre, orfèvre et sculpteur florentin Andrea del Verrocchio où il acquiert les techniques de bases liées au dessin, à la peinture, l’ingénierie, la sculpture, ou encore la mécanique. Selon la tradition, l’apprenti débute par la réalisation de morceaux de tableaux dont il maîtrise les techniques picturales. 
L’observation occupe alors déjà un rôle majeur dans la vie du futur artiste qui s’abreuve des techniques de son maître. L’œuvre picturale de Léonard de Vinci est aujourd’hui considérablement variée et tout à fait inégale, comprenant une vingtaine de peintures et des milliers de pages de manuscrits comprenant croquis, esquisses et dessins techniques. Pointe métallique sur papier teinté, craie rouge "sanguine", plumes et pinceaux attestent de l’extraordinaire diversité des techniques de dessin de Léonard. Par l’utilisation novatrice des hachures courbes, l’artiste développe des transitions fluides entre les parties claires et sombres, donnant corps et vie à ses sujets d’études.
POUR DE VINCI, le dessin est avant tout un outil pour l’étude et l’observation de son environnement. Mais il représente également un moyen de laisser libre cours à ses projections fantasques, matérialisées pour la plupart par ses artifices théâtraux ou ses représentations chimériques. De plus, le dessin n’a pas pour seule vocation de représenter le monde : il doit aussi permettre de le rendre compréhensible. Fait novateur pour l’époque et ce dans de multiples croquis, le scientifique utilise alors des représentations en perspective et sous plusieurs angles afin de mieux décrire et apprécier la structure et la constitution du corps humain, de plantes, d’animaux. Et il réalise également des dessins et surtout des plans en usant de la perspective parallèle, qui lui permet de conserver les proportions, contrairement à une perspective classique avec des lignes de fuites.
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Expérimenter
RÉVÉLATRICE DE L'ESPRIT de la Renaissance qui domine à l’époque en Toscane, l’œuvre de Léonard de Vinci est emblématique de ce bouillonnement intellectuel. C’est une nouvelle façon d’appréhender le monde matériel qui se développe et s’étend à l’ensemble des provinces italiennes. L’historien belge Fierens décrit ce phénomène comme un détachement du spiritualisme médiéval et considère que l’on "commence à se passionner pour les propriétés réelles des objets, la nature des choses, le spectacle de l’univers." Dans cette dynamique, les princes italiens tentent une sorte de systématisation et de coordination des divers savoirs, s’entourant des grands penseurs reconnus pour l’universalité de leur réflexion. C’est à ce titre que de Vinci, tout d’abord en tant que peintre, puis en tant qu’ingénieur, se distingue auprès de Ludovic Sforza, Duc de Milan.
POUR LES DÉTENTEURS DU POUVOIR, l’art de la guerre est à l’époque un sujet de préoccupation majeure. Tour de défense d’angle circulaire avec flanquements, courtine à éperons semi-circulaires, forteresse de montagne ou fossé équipé d’une redoute immergée : Léonard conçoit et améliore les 
architectures militaires de son époque, tirant partie de ses études sur la résistance des fortifications. La mobilité, l’augmentation de la puissance et le perfectionnement des armes de siège occupe une part importante dans ses travaux. Le canon à orgue rotatif témoigne justement de la capacité à accroître la fréquence de tir grâce à l’utilisation de la rotation d’un axe, tout comme le char blindé mû par l’action d’un vilebrequin, ou encore le bateau à roue.
L'INGÉNIEUR OBSERVE, ANALYSE, DÉCOMPOSE les mécanismes, les mouvements, isole les composants et transpose leurs fonctionnalités d’un système à l’autre. Sa façon d’appréhender le monde évolue au cours du temps, au gré de ses études, de ses rencontres. Alors que les penseurs de l’époque composent dans un univers où la technique est parfois plus avancée que la science, De Vinci est persuadé que "la mécanique est le paradis des mathématiques parce que c’est en elle que celles-ci se réalisent", et qu'"il n’y a point de certitude dans les sciences où on ne peut appliquer quelque partie des mathématiques, ou qui n’en dépendent pas de quelque manière". Il mène en effet de multiples études théoriques visant à décrypter les phénomènes qu’il observe au quotidien, les mouvements, les frottements, l’hydraulique. Ces recherches tiennent une place centrale dans l’œuvre technique de Léonard qui réfléchit longuement aux principes énergétiques et à la recherche du mouvement perpétuel qu’il considère comme "la vie". L’ingénieur conçoit alors des outils de mesures expérimentales, tels que le banc de frottement afin d’établir des lois physiques abordant des notions telles que le roulement, la lubrification, le glissement, et démontrant l’impasse dans laquelle se sont fourvoyés d’illustres prédécesseurs depuis le Moyen-Age car De Vinci en est certain : "L’expérience ne se trompe jamais, ce sont nos jugements qui se trompent."
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S'envoler
FASCINÉ PAR TOUS LES PRINCIPES mécaniques qu’il peut observer, Léonard de Vinci se passionne pour le vol des oiseaux et y consacre de nombreuses études tout au long de sa vie. Méthodique et rigoureux, il entame ses recherches en observant les mouvements des grands volatiles, analyse la constitution des ailes, les attaches des muscles et tendons et les degrés de liberté des articulations. A partir de ses observations, il développe un concept de machine volante dont le battement d’ailes est mû par un système de bielle-manivelle, mis en rotation par la force musculaire. Il dimensionne la surface ailée en confrontant le rapport entre l’aire des ailes de grands oiseaux et leur masse, à celui d’un humain. Si techniquement, le mécanisme reste fidèle au mouvement animal, les contraintes associées aux résistances 
des matériaux et au développement d’un effort moteur important poussent Léonard à perfectionner son ornithoptère. En complément d’un empennage, semblable à une queue d’oiseau et assurant une meilleure stabilité, il tire partie de ses précédentes études – baliste et grue –, et intègre un système de vis sans fin dans le mécanisme moteur des battements afin d’augmenter la puissance transmise aux ailes de toiles.
MAIS L'INVENTEUR PERÇOIT RAPIDEMENT l’impasse dans laquelle il se trouve, compte tenu des moyens techniques dont il dispose pour réaliser un vol battu artificiel. Dès lors, plutôt que de se restreindre à l’optimisation de sa machine, il choisit de prendre du recul et élargit son champ d’études au fluide dans lequel tout évolue sur terre : l’air. Léonard analyse sa texture, ses propriétés physiques, construit des appareils pour en mesurer la vitesse de déplacement - l’anémomètre -, la teneur en eau avec l’hygromètre, et cherche à déterminer les conditions atmosphériques propices au vol. Ses analyses le conduisent à apprivoiser la consistance de l’air, concevant un planeur plutôt qu’un mécanisme à battement d’ailes. Malgré "l’échec" de son ornithoptère, ses hypothèses sur la compressibilité de l’air et sur la mécanique des fluides lui ouvrent de nouvelles perspectives et le laissent imaginer de nouvelles machines, à l’instar de son célèbre parachute en 1485. Si plusieurs années plus tard, nombre de techniciens ont bien prouvé que le mécanisme de Léonard en l’état ne pouvait fonctionner, il n’en reste pas moins qu’il s’agit d’un concept sur lequel se sont basées toutes les études qui ont suivi, bien qu’il ait fallu attendre 1797 pour que Garnerin atterrisse sans encombre dans le parc Monceau après une chute de 650 mètres…
AINSI, CHERCHANT DES ANALOGIES avec des systèmes connus et promenant son regard sur l’ensemble de l'univers, Léonard de Vinci utilise ses observations précises et avisées pour comprendre son fonctionnement. Et malgré l’importante diversité de son œuvre, de la conception des machines de guerre à l’étude du mouvement, l’origine de la plupart de ses concepts émane d’une seule et unique constante dans son raisonnement : l’observation de la nature. Dans l'esprit de l'inventeur, la nature correspond à un 
espace infini de solutions à tous types de problèmes, présentes sous ses yeux, n’attendant que l’interprétation, la compréhension. Grâce à ses croquis, il capture les formes et les volumes de ses sujets d’observations, puis les confronte aux précédents et établit les analogies. De Vinci entretient en effet un rapport particulièrement intense avec le monde qui l’entoure, considérant l’œuvre de la Nature comme fondamentale, universelle et totale par la "sophistication suprême" qu’impose sa simplicité : "Toute action naturelle est engendrée par la nature de la plus courte façon que l’on puisse trouver."
F. P. & E.C.
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à Paris, le 02/08/2013
Léonard de Vinci, projets, dessins, machines
Jusqu’au 18 août 2013
Cité des sciences et de l’industrie
30, avenue Corentin-Cariou - 75019 Paris
Tlj (sf lun) : 10h-18h / Dim : 10h-19h
Nocturne le jeudi (21h45)
Tarif plein : 11 €
Tarif réduit : 9 €
Rens. : 01 40 05 80 00
Crédits photos et légendes :
Photo 1 : Planeur © Alessandro Nassiri/Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo Da Vinci, Milano
Photo 2 : Horloge, Codex de Madrid folio 14 recto © Biblioteca Nacional, MadridCornell University Library, Ithaca, New York
Photo 3 : Char blindé © Alessandro Nassiri/Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo Da Vinci, Milano
Photo 4 / Vignette de la page d'accueil : Vis aérienne © Alessandro Nassiri/Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo Da Vinci, Milano
Photo 5 : Études pour un répertoire d’éléments mécaniques, Codex de Madrid I, folio 10 recto © Biblioteca Nacional, MadridCornell University Library, Ithaca, New York
