Étienne-Jules Marey est un scientifique, médecin, physiologiste, chronophotographe et inventeur français né le 5 mars 1830 à Beaune et mort le 15 mai 1904 à Paris.
Ses travaux couvrent le développement de la cardiologie, de l'instrumentation physique, de l'aviation, la cinématographie et la science de la photographie de laboratoire. Il est largement considéré comme étant un pionnier de la photographie et un influent pionnier de l'histoire du cinéma. Il a aussi été un pionnier pour établir les techniques graphiques pour la vision et l'interprétation des données quantitatives de mesure physiologiques pour les humains et les animaux.
Considéré à son époque comme un inventeur touche-à-tout, il est l’un des premiers, à partir de 1871, à étudier méthodiquement ce qu’il « nomme d’un terme magnifique, « la machine animale » », c’est-à-dire les mécanismes des différents modes de déplacement et de leurs diverses allures, aussi bien des animaux que des êtres humains.
Marey fait ses études secondaires à Beaune, en Bourgogne, puis il fait ses études de médecine à Paris, de 1849 à 1859.
De 1869 à 1904, il est professeur au Collège de France, titulaire de la chaire d'Histoire naturelle des corps organisés. En 1859, il met au point le sphygmographe, qu’il présente à l’Académie des sciences en 1860, avec son collaborateur, Auguste Chauveau (1827-1917). L'appareil enregistre les battements artériels, grâce à un kymographe sur papier noirci à la fumée ; c'est une amélioration du dispositif inventé en 1853 par l’Allemand Carl Ludwig (1816-1895).
Premières études biomécaniques
Dans les années 1870, il commence à étudier la « locomotion terrestre » et d’abord celle de l’homme. Il imagine des dispositifs pneumatiques fixés à des chaussures préparées spécialement à cet effet qu’il appelle des « chaussures exploratrices ». Des tuyaux conduisent la pression exercée sur ces dispositifs jusqu’à un enregistreur à stylet et noir de fumée. L’étude porte sur la marche, puis sur la course, déterminant ainsi les trois données de ces mécanismes : « sa durée, ses phases et son intensité ».
Marey a commencé à étudier la circulation du sang dans le corps humain. Puis il a étudié les mouvements du cœur, la respiration, les muscles (myographie), et le mouvement du corps. Pour aider ses recherches, il a développé de nombreux instruments pour faire des mesures précises. Par exemple, en 1859, en collaboration avec le physiologiste et vétérinaire Auguste Chauveau et le fabricant de montres Bréguet, il a développé un Sphygmographe portable pour mesurer les pulsations cardiaques. Ce sphygmographe était une amélioration d'un dessin plus ancien et basique du physiologiste allemand Karl von Vierordt. En 1869, Marey construisit un très délicat insecte artificiel pour montrer comment un insecte vole et pour montrer la figure de 8 en vol qu'il produit lorsqu'il bouge ses ailes. Il a ainsi fixé une feuille d'or sur l'aile d'un insecte et l'a éclairé de lumière pour étudier les battements des ailes. Il a aussi utilisé une fibre de verre couverte de suie introduite sur le chemin du vol de l'aile d'insecte pour déterminer si l'aile battait de haut en bas ou de bas en haut, en examinant le côté sur lequel la suie avait disparu. Puis il fut fasciné par les mouvements de l'air et entama des études sur des animaux volants de plus grande taille, tels les oiseaux.
Il enregistre également ce qu’il appelle les « réactions ». « Sous ce nom, nous désignerons les mouvements que l’action des jambes imprime à la masse du corps. » Le déplacement du centre de gravité, l’amplitude des oscillations verticales et horizontales du haut du corps sont examinées et enregistrées méthodiquement, y compris en faisant porter les enregistreurs par les expérimentés eux-mêmes.
Enregistrées par des appareils semblables, ce sont ensuite les allures des quadrupèdes, notamment du cheval, qui sont déterminées, et Marey comprend que le galop, allure rapide difficilement observable dans ses détails par l’œil humain, est mal interprété, y compris par les milieux savants, erreur que les peintres reproduisent dans leurs tableaux équestres quand ils montrent des chevaux au galop les quatre membres en extension au-dessus du sol. Des représentations « absolument invraisemblables. ».
En 1874, l'ouvrage de Marey La Machine animale avait été traduit en anglais et l’ancien gouverneur de Californie Leland Stanford s'intéresse à ses figures représentant le cheval au trot et au galop, inspirées à Marey par les résultats de la méthode graphique. Comme l'écrit le britannique Eadweard Muybridge en 17 février 1879, « la lecture [du] célèbre ouvrage sur le mécanisme animal a inspiré au gouverneur Leland la première idée de la possibilité de résoudre le problème de la locomotion à l’aide de la photographie. M. Stanford me consulta à ce propos et, sur sa demande, je résolus de le seconder dans sa tâche ».
En 1878, Muybridge démontrera (animation ci-contre à gauche), dans une expérience devenue célèbre avec la méthode photographique qu’il mettra au point, que Marey avait raison en affirmant que le cheval au galop n’a jamais les quatre fers en l’air au cours des phases d’extension et qu'il ne quitte effectivement le sol que lorsqu'il regroupe ses jambes sous lui. Lors de sa visite à Paris en 1881, Stanford peut alors faire remarquer au peintre Ernest Meissonier, chargé de peindre son portrait, que la représentation d'un cheval au galop dans l'un de ses tableaux est inexacte.
Marey s’intéresse aussi à la locomotion aérienne et il commence par construire des « insectes artificiels », reproduisant le mécanisme des battements d’ailes, vérifiant par ce moyen la formation d’une sustentation (force de bas en haut s’opposant au poids de l'insecte). Il entreprend de répondre à trois questions fondamentales :
« 1° Quelle est la fréquence des mouvements de l’aile chez les insectes ?2° Quelles sont les différentes positions successives que l’aile occupe pendant sa révolution complète ?3° Comment se développe la force motrice qui soutient et transporte le corps de l’animal ? »
Il imagine et fabrique ensuite divers dispositifs qui permettent de la même façon de simuler le vol des oiseaux. Il détermine ainsi le fondement du vol aérien : « Tout corps mince qui est courbé, tend à glisser sur l’air suivant la direction de sa propre courbure. ». Il fait fabriquer un « manège » pour étudier le vol de véritables oiseaux (pigeons, buses, faucons) que l’on maintient dans ce dispositif tout en leur laissant la liberté de voler selon un grand cercle. Pour qu’ils puissent se sentir « en liberté », le manège est construit suivant un diamètre de 6 à 7 mètres. « Attelé, en quelque sorte, à l’extrémité d’un long bras qui tourne sur un pivot central, l’oiseau doit être, autant que possible, libre d’exécuter des mouvements d’oscillation verticale… Pourvu que l’oiseau, même entravé dans des mouvements, batte des ailes avec l’intention de voler, nous pourrons étudier ses actes musculaires avec leurs caractères, de force, d’étendue, de durée. »
Marey est rejoint en 1874 par un assistant, Victor Tatin (1843-1913), qui comme lui est fasciné par les possibilités du vol mécanique et fabriquera d’ailleurs en 1879 l'un des premiers aéroplanes sans pilote, propulsé par un moteur à air comprimé. Il rencontre aussi Alphonse Pénaud (1850-1890), qui lors d'une conférence à la Société française de navigation aérienne, fin 1873, pour l'étude théorique du vol des oiseaux, imagine un appareil photographique qui pourrait prendre plusieurs épreuves à quelques centièmes de seconde d’écart l’une de l’autre.
En 1878, Marey devient membre de l'Académie des sciences au fauteuil de Claude Bernard. Son intérêt pour l'étude du mouvement chez les êtres vivants est aussi vif et, après la découverte des travaux d'Muybridge, qu'il rencontre en 1881, il utilise la photographie comme outil principal de ses recherches.
Il est à l'origine de l'Institut portant son nom. En 1888, il assure la présidence de la Ligue nationale de l'éducation physique créée cette même année à l'instigation de Paschal Grousset.