Comme un mauvais présage, le 19e siècle s'ouvre avec la mort de Darquier le 9 janvier 1802. Les directeurs successifs de l'Observatoire, Hadancourt, Vidal, d'Aubuisson, essaient en vain de prolonger la période d'effervescence du siècle précédent. Peu à peu, l'Observatoire de Toulouse s'enfonce dans une profonde léthargie. Le bâtiment, mal équipé, mal entretenu, se délabre avec les années ; Desplas, Marqué-Victor et Vauthier, dirigeants peu entreprenants, ne parviennent pas à inverser la tendance.
La nomination de Frédéric Petit en 1838, sur recommandation de François Arago, ouvre une nouvelle ère. Soutenu par son illustre aîné, l'astronome toulousain parvient en 1839 à convaincre le Conseil Municipal de faire construire un nouvel observatoire sur les hauteurs de Jolimont. Edifié sur des plans d'Urbain Vitry, le bâtiment est achevé au cours de l'année 1846.
Enfin installé, Frédéric Petit peut se consacrer à ses recherches : détermination des coordonnées exactes de l'édifice, observations des météores lumineux, recherches météorologiques. Signe de la bonne santé de la science des astres à Toulouse, les découvertes du directeur de l'Observatoire entraînent controverses et polémiques, souvent au niveau national. Mais il serait injuste de limiter l'œuvre de Petit à la recherche pure : il a également participé à l'ouverture de la discipline grâce à sa chaire d'université, aux cours publics qu'il a dispensé et à la publication des Annales de l'Observatoire de Toulouse. Avec Frédéric Petit, l'astronomie toulousaine connaît un nouvel essor.

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