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       - Ingénieuses horloges à eau  
    Marie Barral - Les cahiers de Science & Vie, no.134 - 2013-01-01      
    La Chine impériale et le monde arabo-musulman développèrent des horloges à eau particulièrement sophistiquées : ces outils mécaniques dédiés aux princes permettaient de suivre tout à la fois la course du temps et celle des astres.  
    Su Song, mandarin et astronome, écrivait au XIe siècle : «Les Cieux se meuvent sans cesse, comme l'eau sans cesse tombe et s'écoule.» Lorsque les hommes s'efforcèrent de trouver un dispositif synchrone au mouvement des astres afin de l'étudier, l'écoulement de l'eau fut naturellement associé à la course du ciel, et donc du temps. Dans les deux civilisations férues d'astronomie qu'étaient la Chine impériale et le monde arabo-musulman, savants et ingénieurs conçurent des horloges hydromécaniques dont le haut niveau de sophistication rappelle, en creux, combien le développement des horloges occidentales médiévales resta grippé jusqu'au XIIIe siècle.  
   
 
    Mésopotamie, Égypte, Inde, Chine… Dans leur aspect le plus simple (bol flotteur ou coulant), les clepsydres apparaissent au cours du deuxième millénaire av. J.-C. Alors que toutes se ressemblent, celles de Chine connaissent rapidement «un développement plus important qu'en Europe» , écrit le sinologue Joseph Needham dans La science chinoise et l'Occident. «Adoptant le système de l'influx, les Chinois stabilisèrent les têtes de pression en multipliant le nombre de vases superposés, ainsi qu'en utilisant le système de déverseur pour maintenir un niveau constant. Il était suspendu sur une balance à levier (une romaine) ; plus tard, il en alla de même pour le vase intermédiaire. Ce qui représente probablement la première forme de montage de toute une série de vases identiques sur une roue tournante : c'est ainsi que se fit le plus grand bond en avant vers une mesure exacte du temps.» L'idée de suspendre une clepsydre à une romaine fut reprise par les Arabes, et particulièrement par Al-Khâzinî : au XIIe siècle, cet astro¬nome conçut la première horloge arabe capable de fonctionner 24 heures d'affilée.  
   

Mesurer le temps écoulé exige de contrôler, dans une horloge à eau, la constance du débit. Certains modèles (ici, du XIIe s.) chinois utilisaient le système des vases superposés.

 
   

La même passion des astres

 
    «Dans les premières civilisations, la mesure du temps repose sur les étoiles, et les plus grands progrès en la matière ont d'abord répondu aux demandes des astronomes», souligne Dominique Fléchon, historien-expert près la Fondation de la Haute Horlogerie à Genève. Or, dans la Chine impériale comme dans le monde arabe unifié par l'islam, l'astronomie représente un enjeu de taille : le pouvoir politico-religieux dépend des astres. Le calendrier de l'empereur chinois et celui imposé à son peuple sont établis en fonction des phénomènes célestes. Pour les Arabes fraîchement convertis à l'islam, l'observation du ciel détermine les heures de prières ou le mois du ramadan. Dans les deux cas, le souci de l'astro¬nomie s'associe à celui porté aux arts mécaniques dans la stimulation de l'horométrie. En Chine, où les premiers engrenages datent du Ier siècle, artisans et ingénieurs font, comme les astronomes mais à leur échelle, partie de la bureaucratie impériale. Quant à l'Empire musulman, il élève au rang de science la mécanique, cet héritage grec quelque peu négligé par l'Europe médiévale durant l'âge d'or des sciences arabes (du IXe au XIIe s.). En témoignent d'importants ouvrages comme Le Livre des mécaniques ingénieuses des frères savants Banû Mûsa (IXe siècle).  
   

Le Livre du savoir des installations mécaniques inventives (XIIIe s.) d'Al-Jazarî témoigne de l'ingéniosité technique déployée dans ce domaine par les Arabo-musulmans. Cependant, tous les procédés qui y sont décrits n'ont pas donné lieu à de véritables réalisations.

 
   

Une mécanique ludique

 
    Conçues avec des automates et des siphons, puis, plus tard, munies d'astrolabes, des horloges publiques monumentales fleurissent dans tout le monde arabo-musulman. L'heure peut y être indiquée de manière sonore et visuelle simultanément, comme sur l'horloge publique de la mosquée Bou-Inania à Fès, construite en 1357 : le passage des heures est annoncé aux habitants par l'ouverture automatique d'une petite fenêtre et la chute de petites balles sur des gongs. D'autres horloges, telle celle érigée à Damas au XIIe siècle sur l'une des portes de la ville, mesurent à la fois les heures inégales - ces douze heures calculées entre le lever et le coucher du Soleil, quelle que soit la durée du jour, afin de rythmer les tâches courantes - et les heures égales, voire les minutes, utilisées essentiellement par les astronomes.  
   

Face à la madrasa et mosquée Bou-Inania de Fès se dresse la magana (XIVe s.). Cette horloge hydraulique, dont on voit ici la façade, avec ses timbres en bronze, sonnait l'heure de la prière.

 
   

L'horloge arabe témoigne du faste des princes

 
    «Pour illustrer la magnificence de la cour du calife, une mécanique ludique [qui se manifeste notamment par la conception d'horloges] se développe en parallèle d'une mécanique utilitaire», précise Aurélie Clémente-Ruiz, directrice du département des expositions à l'Institut du monde arabe. Ainsi, le Livre du savoir des installations mécaniques inventives (1204-1206) du savant Al-jazarî décrit, parmi divers instruments raffinés, une horloge en forme d'éléphant. Son mécanisme repose sur un flotteur placé dans le ventre du pachyderme. Toutes les demi-heures, divers automates se mettent en branle : le cornac assis sur la tête de l'animal frappe celui-ci, tandis qu'un faucon lâche une bille dans la gueule d'un dragon, qui envoie celle-ci frapper une cymbale.  
   

clepsydre d'Al-Jazarî, miniature du XIIIe siècle.

 
    Grands équipements publics ou cadeaux diplomatiques, telle la clepsydre offerte par le sultan Hâroun al-Rachîd à Charlemagne en 807, les horloges à eau arabes témoignent du faste des villes et des princes. Tout aussi prestigieuses, mais dérobées aux regards des foules, enfermées dans une pièce du palais impérial, «les horloges chinoises relèvent, avec la maîtrise du calendrier, de la chasse gardée de l'empereur et des astronomes chinois», explique Dominique Fléchon. Le peu de documents parvenus jusqu'en Europe fait état d'horloges hydromécaniques monumentales couronnées en leur sommet de sphères armillaires dont les rotations permettent de suivre les mouvements du ciel. Poétiquement appelée «carte du ciel sphérique vue par l'œil d'un oiseau et mue par l'eau», l'œuvre du moine bouddhiste Yi-Xing et de l'ingénieur Liang-Zan est au VIIIe siècle la première horloge chinoise connue pour être pourvue d'un régulateur, un système de frein qui préfigure l'échappement, inventé cinq siècles plus tard par les Européens : une dent immobilise la roue pendant le remplissage du godet d'eau. Afin d'éviter le gel, les gardiens de l'horloge doivent brûler des torches à ses côtés. Zhang Sixun, au Xe siècle, résout le problème en remplaçant dans sa grande horloge l'eau par le mercure. L'instrument indique les quarts d'heure, la longueur des jours et des nuits, les mouvements du Soleil, de la Lune, des cinq planètes connues, de la région du pôle Nord, de la Grande Ourse… L'astronome Su Song affine ces mécanismes dans sa «Machine cosmique», une horloge haute de plus de 10 mètres construite en 1094 sur commande de l'empereur.  
   
 
    Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer pourquoi Chinois et Arabes, mécaniciens aguerris, ne sophistiquèrent pas leurs chefs-d'œuvre jusqu'à concevoir l'échappement, ce «système inventé en Europe, non tributaire d'un élément extérieur comme l'eau et contenant un oscillateur», détaille Dominique Fléchon.  
    Dans des régions chaudes et pour des peuples essentiellement paysans, les horloges à eau, complétées par les gnomons, devaient suffire. De plus, «les Arabes ont tellement misé sur la clepsydre et le développement des outils hydrauliques, poursuit l'historien, qu'ils sont complètement passés à côté des horloges entièrement mécaniques que fabriquaient les Européens depuis le XIIIe siècle : ils les ont adoptées plus de deux siècles plus tard». Quant à l'horlogerie chinoise, «malgré quelques réalisations spectaculaires, elle ne pouvait donner, par tradition culturelle et politique, du fait du secret qui l'entourait, qu'un temps exclusivement impérial». Figé en quelque sorte.  
   

Des horloges perdues à jamais

 
    En 1078, l'astronome Al-Zarqalî quitte Tolède en proie aux attaques chrétiennes, laissant derrière lui deux horloges à eau géantes, qui indiquaient les mouvements du Soleil et les phases de la Lune. Une fois la ville reconquise par les Chrétiens, Alfonse VII autorisa l'artisan Hamis Ibn Zabara à démonter les horloges pour en comprendre les mécanismes. Après les avoir mises en pièces, celui-ci fut cependant incapable de découvrir leur fonctionnement, et encore moins de les remonter. L'astronome mort, sa méthode était perdue. Une autre horloge monumentale irréparable fut celle de l'astronome chinois Su Song : démontée en 1126 pour des raisons politiques, cette «Machine cosmique» ne put être reconstruite par le fils de l'astronome. Des détails avaient été retirés du rapport de Su Song pour conserver le secret de fabrication de l'instrument.  
   

L'horloge de Su Song était surmontée d'une sphère armillaire représentant les orbites du Soleil, de la lune et de certaines étoiles. Les heures étaient indiquées de façon sonore par des automates situés à différents niveaux de l'édifice.

 
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