La mécanique amusante des Banû Mûssa
Nous devons aux trois frères Musa ben Chaker le premier traité du mécanisme des moyens ingénieux . Ce traité intitulé "Le livre des Moyens Ingénieux " (كتاب الحيل) fut rédigé au troisième siècle de l'hégire (IXe siècle ap.J.C) ) .
Dans ce traité, les Banû Nûssa cherchaient , en amusant, à instruire et à résoudre, une bonne partie, des problèmes de la vie courante .
Dans ce surprenant traité , nous trouvons la dscription de cent dispositifs , parmi lesquels nous distinguons :
- Quatre vingt trois modèles de vases à astuces de tous genres tel que, des aiguières, des jarres, des cruches , dont le fonctionnement amusant et instructif attire l'attention du lecteur et l'incite à réfléchir.
- Des récipients qui se remplissent automatiquement une fois vide .
- Six fontaines dont les unes permettent un échappement d'eau sous différentes forme soit en forme de lys, d'un jet d'eau ou d'une cascade . D'autres fonctionnent alternativement ou à intervalle de temps régulier.
- Des chandelles qui ne s'éteignent jamais .
- des appareils d'usage régulier tel qu'une bouilloire, un soufflet et un instrument pour ramasser des objets perdus au fond d'un fleuve ou d'un puits.
Dans tous ces dispositifs les Banû Mûssa se basaient sur une dizaine de techniques dont ils combinaient les effets avec une ingéniosité remarquable. Parmi ces techniques nous trouvons:
1 - Ka'as al 'adel
C'est un mot composé Ka's (verre ) 'adl (justice ) soit "le verre de la justice". C'est une sorte de siphon dont le rôle consiste à vider d'un seul coup le récipient qui lui est accordé, une fois le liquide atteint un niveau bien déterminé.(fig- 1)
Description : Un tube fin(ab) ouvert aux deux extrémités traverse le fond d'un récipient (R) . Une soudure est parfaitement aménagée afin d'éviter toute fuite d'air ou du liquide . Un verre (C), sans s'y reposé, couvre le bout supérieur (a) du tube , . Il est fixé par l'intermédiaire des ficelles métalliques.
Fig - 1 - Fig - 2 -
Fonctionnement:
Versons dans le récipient (R) une quantité d'eau capable de le remplir jusqu'au niveau (I) , nous constatons que l'eau monte dans le verre (C) pour se stabiliser au même niveau dans (R) . Ainsi les niveaux d'eau dans (R) et (C) appartiennent à un même plan horizontal. Ajoutons une petite quantité d'eau, les deux niveaux s'élèvent. L'air du verre (C) se comprime et l'eau atteint l'ouverture (a). Dès qu'elle le dépasse, elle s'y précipite refoulant l'air devant et le raréfiant derrière par un jeu semblable à celui d'une trompe. La raréfaction produite dans cette partie fermée y attire de nouvelles couches du liquide venant du récipient , en sorte que , par réitération du même phénomène , presque tout le liquide amassé dans le récipient; est d'un seul coup pompé et rejeté à l'extérieure par l'extrémité (b) du tube (ab).
2-Siphon concentrique double:
On reprend le dispositif de la figure -1-, et on plonge l'extrémité ouverte (b) du tube (ab) dans une éprouvette (C') identique à (C) et on plonge l'ensemble dans un récipient. Soit (V) ce récipient (Fig -2-) .
Le rôle de (C') consiste à empêcher le transvasement du liquide du récipient (R) au récipient (V), dans des conditions très particulières que nous préciserons dans le fonctionnement de ce mécanisme .
Fonctionnement
Se basant sur le même principe du premier mécanisme, l'eau versée dans le récipient (R), est transvasée dans (V) par l'intermédiaire du tube (ab). À l'équilibre la quantités d'eau versée dans (R) se partage entre les deux vases comme le montre la figure -2- .Dès que l'équilibre du liquide est rétablie dans les deux vases, versons de nouveau une certaine quantité d'eau afin d'amorcer le siphon. Deux possibilités sont alors présentes selon les dimensions du récipient (R), de l'éprouvette (C) et du tuyau (ab).
a - La section de base du récipient (R) est petite et sa hauteur est de l'ordre de 2 à 3 cm . Dans ce cas le récipient (R) déborde. En effet, la pression de l'eau qui remplit (R) , est inférieure à celle de l'air enfermé dans (C) et tube (ab).
b- La section de base du récipient est moyenne et sa hauteur est de l'ordre de 10cm . Dans ce cas la profondeur de (R) permet de verser la quantité d'eau nécessaire à vaincre la pression de l'air enfermé danas (C) et dans le tube (ab). Ainsi l'eau monte dans (C) refoule l'air et l'eau du tube (ab), et dès que le niveau de l'eau dans l'éprouvette (C) atteint le point (a), l'amorçage du siphon est accompli et le liquide est transvasé du récipient (R) au récipient(V).
Les soupapes
Les Banû Mûssa ont utilisé dans la description de leurs mécanismes différentes sortes de soupapes , parmi lesquelles nous distinguons:
- des soupapes coniques en chapelle ou latérale c'est-à-dire ces soupapes sont disposées la tête en haut
- des soupapes coniques en tête ou en dessus c'est -à-dire ces soupapes sont disposées la tête en bas
- des soupapes coniques doubles fonctionnant dans deux sens opposés
Description : Fig - 1 -
Ce mécanisme se compose d'un flotteur (F) qui plonge dans un récipient (R) muni d'un trou de vidage (t) . Ce flotteur est relié, par l'intermédiaire de deux tiges métalliques recourbées, à une petite verge qui porte à son extrémité la pièce «mâle» d'une soupape dont la pièce «femelle» est fixée au plafond d'un autre petit récipient clos . Ce dernier est muni d'un tuyau d'échappement (Fig-1-).
Fonctionnement
Le fonctionnement de ce mécanisme se base sur le principe de la poussée d'Archimède et celui des corps flottants. Ses éléments sont accordés de sorte que le récipient (R) étant vide , le flotteur (R) occupe sa plus basse position et la pièce «mâle» de la soupape s'emboîte dans sa pièce «femelle» pour la fermer.
Si le récipient (R) est rempli d'eau, le flotteur surnage et ouvre la soupape (S). Le récipient (R) ne recevant plus d'eau , il se vide par l'ouverture (t). Ainsi le flotteur redescend et ferme à nouveau la soupape . L'opération se répète automatiquement à condition qu'un autre système alimente le récipient par la quantité d'eau nécessaire à faire actionner le flotteur.
Les robinets et leurs procédés de fonctionnement
Dans le monde arabe , le robinet fut connu sous le nom de «baythun» ou «bathyoun» (بثيون أو بيثون) . Il est formé essentiellement de deux pièces qui s'emboîtent l'une dans l'autre pour former un même corps. L'une d'elle appelée «femelle» est généralement fixe , tandis que l'autre appelée «mâle» est prête à subir un mouvement de rotation une fois encastrée dans la pièce «femelle». On ditingue :
a - Le robinet simple ou robinet à une seule voie.
Description: Une pièce métallique pleine et de forme tronconique constitue la pièce «mâle» du robinet . On creuse, dans cette pièce et selon un diamètre horizontal, un canal qui permet le libre passage de l'eau. Dans la pièce métallique formant la pièce «femelle», on creuse une section tronconique de dimensions légèrement supérieures à celles de la pièce «mâle» afin que ce dernier puisse tourner librement une fois encastré dans cette pièce. De part et d'autre de cette section tronconique , on creuse, dans un même plan horizontal , deux canaux dont la direction coïncide avec le canal de la pièce «mâle».
fonctionnement: Une fois que la pièce «mâle» est encastré dans la pièce «femelle» , il suffit de la faire tourner à droite ou à gauche de façon à avoir la coïncidence des canaux . Dans ce cas le robinet est ouverte et l'eau s'écoule. Dans tout autre position intermédiaire le robinet est fermé.
b- Le Robinet à deux voies
Selon les mêmes principes , les Banûs Mûssa ont donné la description des robinets à deux voies et même à trois voies.
Pour ces robinets deux cas sont possibles:
A B
a- les deux voies s'ouvrent simultanément (voir fig- A)
b - les deux voies s'ouvrent respectivement (voir fig - B )
c - Robinet simple donnant accès à deux voies d'écoulement de l'eau
Description
Dans la pièce «mâle» de forme tronconique mais vide à l'intérieur, on pratique sur une même section circulaire, deux ouvertures inégales diamétralement opposées . La plus petite (d) donne accès à un conduit fixé à la pièce femelle (h). l'autre ouverture (a) , plus longue, occupant presque le tiers de la section circulaire , donne accès à une ouverture pratiquée dans la pièce femelle(w). Dans une autre section circulaire parallèle à la première , on perfore de même deux ouvertures identiques (b) et (b') diamétralement opposées.Le diamètre (b,b') doit être orthogonal au diamètre (a d) . De plus chacune des deux ouvertures (b) et (b') doit occuper le quart de la section circulaire choisie.
Dans la pièce femelle sont pratiquées trois ouvertures identiques ; deux d'entre elles (h) et (w) doivent coïncider avec le diamètre (a d) et se situent de part et d'autre de ce dernier , tandis que la troisième(z) doit coïncider avec le diamètre (b b'). (voir figure ci-dessous )
Fonctionnement
Lorsque les ouverture (h), (d) ,(a) et (w) sont alignées , le robinet est ouvert et le liquide s'écoule par le tuyau (h t) . Si l'on fait tourner la pièce mâle du robinet dans le sens direct ou dans le sens inverse , l'ouverture (z) coïncide avec (b) ou (b') et l'ouverture (d) ne coïncide plus avec (h), mais c'est les deux ouvertures (a) et (w) qui coïncident , car (a) occupe le tiers de la section circulaire . Dans cette position le liquide qui entre par l'ouverture (z) n'a d'autre sortie que la voie (a w) .