Le gyroscope
Fig. 1. Le gyroscope de Foucault. L'instrument original a disparu, mais une bonne copie est visible au Musée des arts et métiers, dans la chapelle. On pouvait mesurer la rotation du système, qui reste fixe par rapport aux étoiles, soit grace à une longue aiguille et une graduation, soit par visée avec un microscope. Fig. 2. L'appareil à manivelle servant à lancer le gyroscope de la Fig. 1. Le rotor et le cardan horizontal du gyroscope étaient posés sur cet appareil, puis remis en place après mise en rotation.
On voyait bien « tourner la Terre » avec le pendule de Foucault, mais les contemporains et Foucault lui-même ont eu beaucoup de mal à comprendre pourquoi sa rotation ne se fait pas en un jour, mais plus lentement d'un facteur égal à l'inverse du sinus de la latitude du lieu où il est placé. C'est pourquoi Foucault a entrepris de construire le gyroscope pour donner une démonstration plus simple de la rotation de la Terre.

  À l'époque de Foucault, on savait qu'un disque tournant
rapidement tendait à garder une orientation fixe par rapport aux étoiles, et on avait suggéré que l'on pourrait peut-être voir ainsi la rotation de la Terre. C'est pourquoi Foucault a nommé son appareil (Fig. 1 et 2) le « gyroscope » (du grec : qui regarde la rotation). Contrairement à denombreux concurrents, dont une réalisation est présentée à l'exposition, Foucault, avec son collaborateur Froment, parvint à maintenir son gyroscope en rotation pendant une dizaine de minutes après son lancement (à 150 - 200 tours par seconde). Cette performance remarquable témoigne de leurs talents de mécaniciens. Cette durée est amplement suffisante pour observer l'effet de la rotation de la Terre.

 En bloquant le cardan interne sur le cardan externe du gyroscope, de telle facon que son axe ne puisse se déplacer que dans un plan horizontal, Foucault observa que cet axe exécutait une série d'oscillations d'amplitude décroissante, pour finalement se stabiliser dans la direction du méridien. Il a donc compris que le gyroscope peut indiquer le nord et donc remplacer la boussole. Un physicien contemporain, A. Quet (1810-1884), a fait la théorie complète du gyroscope et prévu d'autres propriétés, confirmées par des expériences de Foucault. Foucault et lui ont donc entrevu les applications du gyroscope, qui n'ont pu se concrétiser que quand on a pu entretenir sa rotation par un moteur : le compas gyroscopique a alors progressivement remplacé le compas magnétique.

Le gyroscope mécanique a été pendant près d'un siècle, et est encore quelquefois, un instrument fondamental pour la navigation maritime et aérienne, ainsi que pour l'orientation et la stabilisation des missiles et des satellites artificiels. Mais il est progressivement supplanté par le GPS pour la navigation, et par le gyromètre laser qui repose sur un principe différent, qui fait intervenir la relativité. On étudie en ce moment à l'Observatoire de Paris le gyromètre à ondes de matière (ondes de de Broglie), qui est une extension du gyromètre laser.