Kaléidoscope
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La réflexion multiple par deux ou plusieurs surfaces réfléchissantes est connue depuis l’Antiquité et a été décrite comme telle par Giambattista della Porta dans son Magia Naturalis (1558-1589). En 1646, Athanasius Kircher a décrit une expérience avec une construction de deux miroirs, qui pouvaient être ouverts et fermés comme un livre et positionnés dans différents angles, montrant des figures de polygones réguliers constitués de secteurs aliquotes réfléchis de 360°. New Improvements in Planting and Gardening (1717) de M. Bradley décrit une construction similaire à placer sur des dessins géométriques pour montrer une image à réflexion multipliée. Cependant, une configuration optimale produisant tous les effets du kaléidoscope n’a pas été enregistrée avant 1815.
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En 1814, Sir David Brewster réalise des expériences sur la polarisation de la lumière par réflexions successives entre des plaques de verre et note pour la première fois « la disposition circulaire des images d’une bougie autour d’un centre, et la multiplication des secteurs formés par les extrémités des plaques de verre ». Il l’oublie, mais remarque une version plus impressionnante de l’effet lors d’autres expériences en février 1815. Quelque temps plus tard, il fut impressionné par la réflexion multipliée d’un morceau de ciment pressé à l’extrémité d’une cuvette de verre triangulaire, qui semblait plus régulière et presque parfaitement symétrique par rapport aux objets réfléchis qui avaient été situés plus loin des plaques réfléchissantes dans les expériences précédentes. Cela a déclenché d’autres expériences pour trouver les conditions les plus belles et les plus symétriques. Une première version comportait des morceaux de verre coloré et d’autres objets irréguliers fixés de façon permanente et a suscité l’admiration de certains membres de la Royal Society of Edinburgh, dont Sir George Mackenzie qui a prédit sa popularité. Une version a suivi dans laquelle certains des objets et des morceaux de verre pouvaient se déplacer lorsque le tube était tourné. La dernière étape, considérée comme la plus importante par Brewster, consistait à placer les vitres réfléchissantes dans un tube d’étirage doté d’une lentille concave afin d’introduire distinctement les objets environnants dans le motif réfléchi.
Brewster pensait que son instrument serait d’une grande valeur dans « tous les arts ornementaux » en tant que dispositif créant une « infinité de motifs ». Les artistes pouvaient délimiter avec précision les figures produites par le kaléidoscope au moyen du microscope solaire (un type d’appareil à caméra obscure), de la lanterne magique ou de la caméra lucide. Brewster pensait qu’il deviendrait en même temps un instrument populaire « à des fins d’amusement rationnel ». Il décide de demander un brevet. Le brevet britannique n° 4136 « pour un nouvel instrument optique appelé « le kaléidoscope » permettant d’exposer et de créer de belles formes et de beaux motifs d’une grande utilité dans tous les arts décoratifs » a été accordé en juillet 1817. Malheureusement, le fabricant initialement engagé pour fabriquer le produit avait montré l’un des instruments brevetés à certains opticiens londoniens pour voir s’il pouvait obtenir des commandes de leur part. Rapidement, l’instrument a été copié et commercialisé avant que le fabricant n’ait préparé un certain nombre de kaléidoscopes pour la vente. On estime que deux cent mille kaléidoscopes se sont vendus à Londres et à Paris en seulement trois mois. Brewster a estimé qu’au maximum un millier d’entre eux étaient des copies autorisées construites correctement, tandis que la majorité des autres ne donnaient pas une impression correcte de son invention. Parce que relativement peu de personnes avaient fait l’expérience d’un kaléidoscope correct ou savaient comment l’appliquer aux arts ornementaux, il décida de publier un traité sur les principes et la construction correcte du kaléidoscope.
On pensait que le brevet était réduit dans un tribunal puisque ses principes étaient censés être déjà connus. Brewster a déclaré que le kaléidoscope était différent parce que les positions particulières de l’objet et de l’œil, jouaient un rôle très important dans la production des belles formes symétriques. L’opinion de Brewster était partagée par plusieurs scientifiques, dont James Watt.
Philip Carpenter a d’abord essayé de produire sa propre imitation du kaléidoscope, mais n’était pas satisfait des résultats. Il décida d’offrir ses services à Brewster en tant que fabricant. Brewster accepte et les modèles de Carpenter sont estampillés « sole maker ». Se rendant compte que l’entreprise ne pouvait pas répondre à la demande, Brewster a obtenu de Carpenter, en 1818, la permission de faire fabriquer l’appareil par d’autres fabricants. Dans son Treatise on the Kaleidoscope de 1819, Brewster énumère plus d’une douzaine de fabricants/vendeurs de kaléidoscopes brevetés. L’entreprise de Carpenter a continué à vendre des kaléidoscopes pendant 60 ans. H.M. Quackenbush Co., basée dans le nord de l’État de New York aux États-Unis, était un autre fabricant autorisé.
En 1987, l’artiste du kaléidoscope Thea Marshall, travaillant avec le Willamette Science and Technology Center, un musée scientifique situé dans la ville d’Eugene, dans l’Oregon, a conçu et construit une exposition itinérante de mathématiques et de sciences de 1 000 pieds carrés, « Kaleidoscopes : Reflections of Science and Art ». Financée par la National Science Foundation et diffusée sous les auspices du Smithsonian Institution Traveling Exhibition Service (SITES), l’exposition a été présentée dans 15 musées scientifiques sur une période de trois ans, touchant plus d’un million de visiteurs aux États-Unis et au Canada. Des modules interactifs de l’exposition ont permis aux visiteurs de mieux comprendre et apprécier le fonctionnement des kaléidoscopes.