Les instruments de géologie que Darwin embarqua à bord du Beagle
Commençons par le marteau de géologue. Cet instrument, indispensable pour tout amateur de géosciences, existait déjà au début XIXème siècle dans une forme spécifiquement adaptée aux sciences naturelles. Darwin en possédait au moins un exemplaire à bord du HMS Beagle. Mais il n'est pas impossible qu'il ait dû le remplacer au moins une ou deux fois, bien que je ne dispose d'aucune preuve appuyant cette prudente hypothèse. Car d'un naturel soigneux, il est fort probable que Darwin employa le même marteau de géologie durant tout son voyage. L'anecdote suivante souligne que, malgré son caractère maniaque, il pouvait cependant se laisser emporter par la fougue de sa jeunesse et qu'un usage imprudent de son marteau aurait très bien pu conduire à s'équiper de nouveau au cours du voyage.
Alors que le HMS Beagle mouille dans l'archipel de Saint-Pierre & Saint-Paul (février 1832), l'équipage se ravitaille en viande fraîche en massacrant les Fous et Noddis de la colonie d'oiseaux marins. Ce jour-là, ils abattent un grand nombre de volatiles à l'aide de pierres. Et Darwin, tout à l'observation de serpentinite, innova en fracassant quelques crânes de volatiles à l'aide de son manteau ! Le Capitaine FitzRoy raconte cette journée dans ses Narratives : deux membres d'équipage veulent emprunter le marteau de Darwin pour s'en servir comme arme de jet. « Non, non, tu vas casser le manche » s'offusque-t-il. Mais à peine a-t-il parlé qu'il s'empresse de tester l'idée et fracasse le crâne d'un volatile d'un lancer franc ! Preuve est faite que malgré sa maniaquerie concernant ses instruments, il lui arrivait d'en user de manière plus inconsidérée.
En 1834, Darwin est à Valparaiso (Chili). Bien décidé à géologiser dans les Andes, il doit revoir l'encombrement de son équipement de terrain ; notamment choisir entre son fusil de chasse et son équipement de géologie. Le marteau prendra l'avantage sur sa passion de jeunesse, mais aussi sur ses autres activités naturalistes. Rappelons qu'au XIXème siècle, l'observation de Vertébrés consiste à capturer et naturaliser les spécimens tirés in situ. Darwin collecta d'ailleurs largement plus de spécimens d'Invertébrés, plus faciles à transporter et conserver. Quant aux Vertébrés, s'il ne délaissa nullement leur observation, il pouvait s'appuyer sur l'aide de son assistant, le jeune mousse Syms Covington. D'un naturel précautionneux, Darwin eut donc certainement à cœur de conserver le plus longtemps possible le même marteau de géologue. Du moins est-ce que tout visiteur souhaite ardemment croire en admirant l'outil de géologie, désormais exposé au Sedgwick Museum of Earth Sciences, Université de Cambridge.
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| Marteau de géologie du XIXème siècle utilisé par Darwin au cours de son Voyage à bord du Beagle. Crédits : Down House |
Sur le terrain, Darwin utilisait également utilisé une boussole topographique, aussi appelée boussole-clinomètre. Cet instrument est particulièrement utile afin d'indiquer la direction et le pendage de couches ou failles géologiques. Il peut également servir d’outil afin de trianguler des emplacements et estimer des hauteurs. Darwin acquit pour 25 shillings ce précieux instrument en juillet 1831 auprès de George & John Cary, fabricants londoniens d'instruments de précision. Très vite, l'usage du clinomètre va le fasciner ! Mais semblerait cependant que ces premières mesures topographiques lui aient tout de même posé quelques difficultés. Dans une lettre adressée au Pr. Henslow le 11 juillet 1831, il confie sa crainte de ne pas réussir à utiliser correctement l'instrument sur le terrain. Ce sont des craintes d'étudiant, et Darwin pouvait à tort manquer de confiance en soi. Mais il est vrai que le jeune Darwin fut un élève plutôt fâché avec les mathématiques, ce qu'il regretta amèrement par la suite. Cependant, Darwin va tout faire pour surmonter ses difficultés. Il s'entraîne avec acharnement sur le moindre objet à sa portée : « J'aurais dû vous écrire il y a quelque temps, seulement j'étais déterminé à attendre le Clinomètre : et je suis très heureux de dire que je pense qu'il répondra admirablement : j'ai placé toutes les tables de ma chambre, dans tous les angles et dans toutes les directions imaginables. j’oserais dire que je les ai mesurés avec autant de précision que n’importe quel géologue pourrait le faire ». Charles Darwin, correspondance adressée à JS Henslow, 11 juillet 1831.
Avant d'embarquer à bord du Beagle, il étudia assidûment sa trigonométrie et s'initia aux mesures prises par un sextant. En janvier 1832 lors de son séjour au Cap-Vert, il s'entraîna sur les mensurations d'un baobab particulièrement imposant, mais convainc le capitaine FitzRoy de l'assister pour corriger ses mesures. Il semble qu'après cette période de rodage, Darwin n'eut plus aucune difficulté particulière pour prendre ses mesures, s'appuyant sur les estimations de FitzRoy en cas de doute. Les usages qu'il fit de cet instrument sont bien trop nombreux pour tous les citer ici. En février-mars 1832, alors qu'il se trouve dans la région de Salvador de Bahia au Brésil, il utilise son clinomètre pour rapporter l'orientation de gneiss lités. Sa démarche encore d'apparence étudiante, vise à comparer ses mesures aux propres données de Humbolt. Mais ce travail aboutit par la suite à un chapitre dédié publié dans son ouvrage Geological observations on South America (1846). L'exemple du clinomètre témoigne également que le jeune Charles Darwin était un élève enthousiaste et persévérant, qui assimilait rapidement l'usage de nouveaux instruments afin de gagner en habileté scientifique. Preuve que Darwin maîtrisa l'usage du clinomètre, il rédigea une section "Géologie" dans un livre scientifique édité par l'Amirauté britannique (1849) et dans laquelle il décrivait l'instrument. Pour mieux comprendre l'usage d'une boussole-clinomètre sur le terrain, je vous invite à visionner ce guide vidéo de la chaîne Géo Logique.
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| Boussole-clinomètre utilisée par Darwin (certains auteurs mettent en doute cependant la véracité de l'étiquette ajoutée tardivement) (Worsley, 2018). |
De retour du terrain, Darwin pouvait réaliser diverses analyses minéralogiques des échantillons collectés. Il faisait ainsi usage du goniomètre : chaque minéral possède sa propre structure et composition chimique. La forme cristalline d’un minéral constitue donc un indice important pour leur détermination. Un goniomètre permet aux minéralogistes de mesurer avec précision la dérivation d'un rayon lumineux projeté sur un cristal, et d'en déduire les angles entre les faces cristallines. Cette mesure peut ensuite aider à l’identification des minéraux. Darwin connaissait depuis son enfance l'intérêt de cet instrument. Il lui avait été expliqué par son frère aîné, Erasmus Alvey Darwin (1804-1881), alors qu'il n'avait que 13 ans. Les deux frères étaient assez complices dans leur jeunesse, partageant un vif intérêt commun pour les sciences expérimentales. Darwin collectionnait dans sa chambre un petit cabinet de curiosité, notamment des collections d'insectes et de minéraux, et son grand frère se plaisait à cultiver la passion de son cadet. Ainsi lui écrit-il en 1822 : « J'ai commandé un petit goniomètre (instrument pour mesurer les angles) afin que nous puissions séparer les différents cristaux dans votre armoire : je n'ai encore acheté aucun des minéraux dont vous avez parlé » Erasmus Darwin, correspondance adressée à Charles Darwin, 14 novembre 1822.
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| Goniomètre de Carangeot, tel qu'utilisé par Darwin et son frère dès 1822. |
Si Darwin fut très tôt initié à l'usage du goniomètre, cet instrument existait déjà au XIXème siècle sous différents formes. Il n'est pas forcément évident de savoir si Darwin disposait d'un goniomètre de Carangeot, instrument de poche du nom du minéralogiste français qui l'inventa un demi-siècle plus tôt ; ou s'il disposait aussi d'un goniomètre réfléchissant de Wollaston, breveté en 1809 par le physicien-chimiste britannique éponyme. Il ne faut pas non plus perdre de vue la méthode de travail de Darwin durant son Voyage autour du Monde. L'impressionnante collection de roches rapportées (près de 2000 échantillons au total) fut minutieusement décrite lors du voyage. Un impressionnant travail, comme le décrivait Alfred Harker dans Geological Magazine (1907) : « Le catalogue annoté original, occupant quatre cahiers soigneusement rédigés, est un monument de travail minutieux. Sous chaque numéro se trouve une description condensée de la roche, vue à l’œil nu et sous une lentille [voir dans cet article le paragraphe consacré à la microscopie], en plus des enregistrements nécessaires à leur localisation et leur abondance. Sur la page opposée se trouvent des notes supplémentaires, également prises durant le voyage, rapportant les résultats des examens réalisés à l'aide du soufflet à tube, d'un goniomètre, d'un aimant et avec un flacon d'acide ».
Dans la première édition de son Journal of Researches (1839), Darwin rapporte l'observation géologique faite à Porto-Praya (Cap-Vert) d'une zone de contact entre sédiments marins et coulée de lave basaltique. Il précise alors avoir examiné des minéraux à l'aide d'un goniomètre réfléchissant. Dans ses ouvrages Geological observations on the volcanic islands visited during the voyage of HMS Beagle (1844) et Geological observations on South America (1846), certaines descriptions de roches volcaniques font référence à cette instrumentation. Prenons pour exemple le cas de roches magmatiques collectées dans le Sud de la Terre de Feu, et dans lesquelles Darwin identifie la présence d'albite et de hornblende à l'aide d'un goniomètre réfléchissant. Mais disposait-il d'un tel instrument au cours de son voyage ou réalisa-t-il cet examen de retour en Angleterre ? Pour le deviner, il nous faut une fois de plus nous rapporter à la correspondance de Darwin. Or dans une lettre de 1833 adressée à son mentor et ami le Pr. Henslow, Darwin lui fait la demande suivante : « Nous parcourrons dans un avenir proche un paysage de roches volcaniques, et j'aurai besoin de plus de connaissances minéralogiques. — Pouvez-vous m'envoyer un livre qui, avec vos propres instructions, me permettrait d'utiliser mon goniomètre réfléchissant ? » Charles Darwin, correspondance adressée à J.S. Henslow, 12 novembre 1833.
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| Goniomètre réfléchissant de Wollaston |
Tout laisse donc à penser que Darwin disposait probablement de ces deux types de goniomètres à bord du HMS Beagle. Tout d'abord parce que le goniomètre de Carangeot était très certainement un instrument peu onéreux ; ensuite parce que la correspondance de Charles Darwin durant son voyage atteste de la possession d'un goniomètre réfléchissant. Quant à la demande de Darwin à son mentor, elle reçut la réponse suivante dans une lettre adressée le 22 juillet 1834 : « Je n'ai pas votre lettre sous la main pour répondre formellement à vos questions, mais je me souviens votre demande concernant le Goniomètre - Je ne vous conseillerais pas de vous en soucier - C'est un instrument d'aucune utilité sur le terrain, et qui n'a d'importance qu'entre les mains d'un minéralogiste expérimenté dans son laboratoire. Le livre de Phillips devrait cependant répondre à vos demandes quant à la détermination des quelques ingrédients formant les roches » J.S. Henslow, correspondance adressée à Charles Darwin, 22 juillet 1834. Comme l'atteste la liste des ouvrages de la bibliothèque du HMS Beagle, Darwin fut bien en possession de l'ouvrage An elementary introduction to mineralogy (1823, 3ème éd.) de William Phillips. Darwin disposait bien des deux instruments ainsi que des instructions nécessaires pour leur usage. Ne doutons pas que les mises en garde du Pr. Henslow n'empêchèrent nullement Darwin de s'initier durant son voyage au goniomètre de Wollaston, quitte à corriger ses calculs si nécessaire une fois de retour en Angleterre. Sa curiosité scientifique n'aurait pu résister à la tentation !
Mais la mesure des angles des cristaux ne suffit pas pour déterminer la nature d'une roche. Darwin pouvait cependant effectuer d'autres tests physico-chimiques sur ses échantillons. Il disposait notamment d'un aimant, ainsi que de solutions acides afin de les soumettre au fameux « test d'acide » caractéristique des roches sédimentaires carbonatées. La technique est toujours employée de nos jours par les géologues de terrain ! Mais Darwin pouvait aller encore plus loin dans l'analyse chimique de ses échantillons. Il disposait à bord du HMS Beagle d'un soufflet à bouche, ou tube de soufflage (blowpipe en anglais). Cet instrument évoque l'ancêtre du spectromètre d'émission de flamme en analyse chimique. L'instrument consiste à souffler à travers un tube pour projeter une flamme sur surface d'un minéral. L'effet « chalumeau » obtenu permettait de révéler la présence colorée de certains métaux. L'usage de cet instrument fut popularisé auprès de la communauté scientifique par l'ingénieur suédois Swab, en 1740. Le célèbre chimiste Lavoisier en fit d'ailleurs grand usage durant ses travaux sur le rôle de l'oxygène et de l'hydrogène dans la combustion.
Facile à transporter et à utiliser, il nécessitait une flamme suffisamment forte contre laquelle venait se positionner l'extrémité du soufflait. Selon les fabricants, il existait divers brûleurs à alcool permettant de produire cette flamme. A l'autre extrémité du soufflet, une trompette permettait de positionner ses lèvres et de souffler régulièrement dans l’ustensile. L'air projeté dans la flamme apportait plus de comburant à la combustion tout en la guidant dans la direction de l'échantillon à chauffer. Il ne restait plus qu'à observer attentivement le résultat obtenu. Bien entendu, l'échantillon était soit analysé directement, soit préalablement broyé et déposé dans un creuset prévu à cet effet. Dans son ouvrage Geological observations on the volcanic islands and parts of South America (1844), Darwin rapporte les résultats d'analyse d'un échantillon géologique du Cap-Vert soumis à l'acide et au soufflet à bouche : « Cette matière terreuse est d'une couleur brun jaunâtre pâle et semble être un mélange de carbonate de chaux et de fer ; il bouillonne avec les acides, est infusible, mais noircit sous le chalumeau et devient magnétique ». Pour mieux comprendre le principe d'utilisation d'un soufflet à bouche en géologie, je vous renvoie à cette vidéo du Smithsonian's National Museum of Natural History.
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| Montage pour l'utilisation d'un soufflet à bouche en géologie ou chimie |
Enfin, l'observation de minéraux à l’œil nu demeure difficile et nécessite une loupe adaptée. Darwin disposait d'un microscope de voyage pour réaliser ses observations biologiques et géologiques. De nos jours, l'instrument optique à sa disposition se rapprocherait plutôt d'une loupe binoculaire. Mais il existait déjà au XIXème siècle des modèles de microscopes assez proches de leur forme actuelle. Si vos souvenirs d'école ne sont pas trop lointains, vous vous souvenez probablement du microscope de Robert Hooke (vers 1665) à lentilles composées qui grossissait jusqu'à 50 fois. Darwin utilisa pour ses travaux ultérieurs des modèles bien plus puissant, qui pouvaient atteindre un grossissement x1300 (en réalité, il travaillait surtout avec un grossissement x850). Pour son voyage à bord du HMS Beagle, il emporta cependant un petit modèle de poche bien moins puissant. Ressemblant plutôt à des loupes montées sur support qu'à un microscope, il s'agissait pourtant d'un modèle portatif assez populaire au début du XIXème siècle.
Nul ne sait ce que devint le microscope de poche qui l'accompagna à bord du Beagle. Mais il existait un exemplaire similaire dans la famille Darwin, acheté par son père le Dr. Robert Darwin vers 1825. Charles hérita de ce microscope et le conserva précieusement pendant des décennies, mais nous ignorons si son père ne lui prêta cet instrument pour son voyage. Seule certitude, ce modèle de poche, très peu adapté aux travaux ultérieurs de Darwin, correspond vraisemblablement au type d'instrument qu'il utilisa durant son voyage. Il s'agissait d'un microscope démontable pouvant être rangé dans sa boîte-support. Créé par Charles Gould et commercialisé par la firme Cary, cette dernière l'avait affublé du prétentieux slogan : « considéré par plusieurs scientifiques, après comparaison, comme supérieur et plus net que la plupart des instruments plus grands et plus chers du genre ». Une publicité qui fit mouche auprès du public d'amateurs visé, à savoir de riches clients de la bonne société qui se piquaient alors de « philosophie naturelle », un hobby alors des plus convenables.
Le jeune Charles Darwin était âgé de 16 ans lorsque son père fit l’acquisition de ce microscope. Il réalisa probablement ses propres observations microscopiques en l'empruntant à son père. Mais dans l'objectif d'un usage régulier au cours d'un voyage de plusieurs années, il est fort probable qu'il se procura son propre exemplaire. Toujours est-il que le vieux microscope paternel demeura une précieuse relique d'enfance dans sa demeure, à Down House, jusqu'à ce que Darwin l'offre à son fils Léonard en 1864. La relique a depuis quitté l'héritage familial, pour le plus grand bonheur des collectionneurs. Lors d'une vente aux enchères en 2022, le vieux microscope de poche fut adjugé pour plus de 700 000 euros. Une aubaine pour la presse qui le présenta comme le microscope du voyage de Darwin. Cependant, l'acquéreur n'a aucune certitude qu'il s'agisse véritablement du microscope embarqué à bord du HMS Beagle !
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| Le microscope de poche du Dr. Robert Darwin lors de sa vente aux enchères de 2022 |
Darwin disposait à bord du HMS Beagle de divers instruments et produits chimiques à même de transformer la salle des cartes de la dunette du brick-sloop en laboratoire de sciences naturelles ! S'il disposait au départ de Plymouth, en 1831, d'un solide bagage de géologue et naturaliste, il ne manqua pas de se perfectionner en minéralogie tout au long de son voyage. Ses efforts assidus furent payants, puisqu'il put exploiter ses nombreuses données recueillies lors de ses ouvrages ultérieurs de géologie. Une preuve supplémentaire du travail consciencieux et perfectionniste de Darwin au cours de son célèbre Voyage autour du Monde.
Notes bibliographiques :
Darwin, C. (1839) Narrative of the surveying voyages of His Majesty's Ships Adventure and Beagle between the years 1826 and 1836, describing their examination of the southern shores of South America, and the Beagle's circumnavigation of the globe. Journal and remarks. 1832-1836. 1st ed.
Darwin, C. (1844). Geological observations on the volcanic islands and parts of South America visited during the voyage of H.M.S. 'Beagle'. 2d ed. (1876)
Darwin, C. (1846) Geological observations on South America. Being the third part of the geology of the voyage of the Beagle, under the command of Capt. Fitzroy, R.N. during the years 1832 to 1836.
Harker, A. 1907. Notes on the rocks of the Beagle collection. Geological Magazine 5th ser. 4: 100–6. [En ligne]
Phillips, William. 1823. An elementary introduction to mineralogy, comprising a notice of the characters and minerals, with accounts of the place and circumstances in which they are found. 3rd ed. London: Longman, Rees, Orme, Brown, Green & Longman.
Worsley, P. (2018). Charles Darwin’s 1831 geological fieldwork in Shropshire. Mercian Geologist, 19(3).
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