Les instruments de la mesure du temps .
Étant donné que le soleil définit le jour, ainsi le premier instrument utilisé pour distinguer les différentes divisions de la journée fut l'ombre des arbres. Un peu plus tard ce fut le gnomon, une simple tige plantée verticalement par terre et dont l'ombre varie selon la position du soleil. Ce gnomon fut perfectionné pour donner naissance au cadran solaire qui ne diffère du gnomon que par la disposition de son style. En effet la différence entre ces deux instruments réside dans ce fait que la tige du gnomon est approximativement perpendiculaire au lieu où il est installé, et celle du cadran solaire, parallèle à l'axe du monde.
Le pharaon Tuhutmois III (XVe siècle av J.C) utilisait une équerre solaire, dont l'une des branches, plus longue que l'autre, portait des graduations horaires tandis que la petite branche qui projetait son ombre sur la première devait être orientée nécessairement vers le soleil, à l'Est le matin et à l'Ouest l'après midi1.
Au VIe siècle av. J.C., les Egyptiens utilisaient un cadran solaire à marches. Cet instrument comportait un certain nombre de petites marches qui recevaient l'ombre de l'une de ses arêtes.2
C'est au IIIe siècle av. J.C que fut l'apparition des cadrans coniques marquant par conséquent un réel progrès. Leur construction exigeaient des théories mathématiques assez avancés et supposait d'attentives observations astronomiques. En effet les cadrans coniques sont formés par la surface concave d'un cône circulaire droit, et pour que les heures temporaires égales se traduisent par des chemins égaux de l'ombre de l'extrémité du style, il faut que l'axe du cône soit parallèle à l'axe du monde, c'est-à- dire dans une direction perpendiculaire au plan de l'équateur, et que l'extrémité du style coïncide exactement avec un point de l'axe du cône. Un inconvénient de ces cadrans était de ne pouvoir indiquer la mesure qu'à ceux qui s'en approchaient de très près; pour y remédier, fut conçue alors l'idée de cadrans plans que l'on pouvait apercevoir de beaucoup plus loin3.
Le premier cadran solaire plan, qui ait été vu à Rome avait été élevé à Catane4 (263 av.JC,). Puis cet instrument se développe rapidement et prend plusieurs formes cylindrique, hémisphérique concaves ou convexe. En plus certains cadrans solaires ont acquis une célébrité , l'un des plus connu fut celui de l'église Saint-Sulpice de Paris.
Mais malheureusement, ces instruments primitifs ne pouvaient être utilisé que juste durant les journées ensoleillées par conséquent il est impossible de nous indiquer le temps la nuit. Pour combler ces inconvénients, les clepsydres firent leur apparition .
Existence et développement technique des clepsydres
Dans son ouvrage «'l'astronomie moderne» Bailly5 dit:"les clepsydres sont les plus anciennes de toutes les inventions horaires". En fait, la clepsydre était connue chez les Égyptiens dans la Judée, à Babylone, dans la chaldéen , dans la Phénicie etc... et enfin chez les grecs et les latins bien avant l'ère chrétienne.
Le principe des premières clepsydres consistait à faire couler de l'eau au travers d'un petit orifice d'un récipient dans un autre, puis on mesure l'eau perdue du premier ou l'eau reçue par le second et on convertit en mesure de temps écoulé. À ce stade un clepsydre ne peut pas déterminer l'heure par soi-même comme un cadran solaire, mais elle est tout au plus un «garde- temps» pour une période plus ou moins longue. Ces clepsydres furent utilisées au tribunal. Un passage de la constitution d’Athènes d'Aristote permet de dévoiler cette utilisation:"il y a au tribunal des clepsydres munies de tuyaux pour l'écoulement. On y verse l'eau dont la mesure détermine la durée des plaidoiries, dix conges (une conge=3 litres 24) sont accordées aux affaires au-dessus de cinq mille drachmes et deux pour la réplique[...] S'il s'agit d'un procès qui dure toute la journée divisée en plusieurs parties, le juge proposa qu'on ne ferme pas le tuyau d'eau; mais la même quantité d'eau est attribuée à l'accusation et à la défense."
En Extrême- Orient
Dès l'an 2769 avant J.C, sous le règne de l'empereur Hoang Ti, les Chinois se servaient des horloges à eau. De plus les Tchou Li, traité administratif dont les parties anciennes remonteraient aux IVe- IIIe siècle avant J.C, fait allusion à une clepsydre élémentaire (simple vase rempli d'eau et qui mesure le temps par l'écoulement du liquide). "Quand il définit les devoirs du K'iehou che, officier qui érige le vase à eau; "Il est chargé d'accrocher le vase à eau, ... il suspend le vase pour régler les coups que les sentinelles frappent sur leurs bâtons, ... , il suspend le vase pour (régler) le remplacement des pleureurs, il divise le jour et la nuit. En hiver il chauffe par le feu l'eau d'un trépied, la verse (dans le vase) et la laisse couler."
Un second clepsydre, également très simple, et qui daterait de la dynastie des Khan (260av J.C-220 ap J.C) aurait consisté en un récipient alimenté goutte à goutte et dont le remplissage entraînait le déplacement vertical d'une tige portant des repères. L'emploi de la tige horaire remonte d'ailleurs aux IIIe- IIe siècle avant J.C., puisqu'un règlement du temps de Wou (141-83 av.J.C.) définit déjà les modalités de son emploi et les époques auxquelles il convient de changer la tige.
Tchang heng, astronome du IIe siècle, avait construit une clepsydre pour régler sa sphère armillaire; elle comportait plusieurs étages et la tige horaire était placée dans le récipient inférieur.
Du côté technique, la régulation du débit de l'eau fut l'un des objectifs des fabricants de ces clepsydres. Ainsi, Chen Koua, en 1074, présentait à l'empereur une horloge hydraulique comprenant trois vases de distribution d'eau et un vase de réception; le vase réservoir était rempli d'eau, celle-ci s'écoulait dans un vase régulateur qui alimentait un déversoir, et enfin le vase fondamental contenant la tige horaire. L'admission de l'eau dans le vase fondamental était de plus conditionnée par la position «d'un poids de jade» dont le déplacement était lié au niveau d'eau dans le vase précédent et qui agissait de façon à maintenir ce niveau fixe, assurant de ce fait une alimentation sous pression constante du vase contenant la tige horaire6.
Inde
Dès la plus haute antiquité, les Indiens se servaient d'une clepsydre assez primitive, en voici la description: Ils posaient sur l'eau de petits bateaux percés d'un trou au fond. Ces bateaux coulaient dans l'eau après un certain temps. On avait ainsi une mesure approximative du temps qui n'est autre que la durée de la submersion complète des bateaux.
D'autre part, d'après un texte datant du milieu du IVe siècle environ, l'usage de la clepsydre est attesté dans les monastères, les palais et les demeures les plus luxueux. Elle se composait d'un bassin de métal posé sur le sol est rempli d'eau. Une coupe de cuivre, au pied percé d'un petit trou, flottait à la surface de l'eau. Le diamètre du trou fut réglé de sorte que la coupe se remplit pendant trois quart d'heure.
Des préposés (serviteurs ou portiers) étaient attachés au fonctionnement de la clepsydre et de sa surveillance constante car, plus perfectionnée que le gnomon, elle avait l'avantage de fonctionner même la nuit ou par temps couvert.
Pour utiliser cette clepsydre on divisait la journée de 24 heures en huit subdivisions de trois heures, soit trente deux sous-divisions de trois quart d'heure. La mesure est supposée commencer au lever du soleil soit à six heure du matin. Quand la coupe s'enfonçait pour la première fois de la journée (6h 45'), le surveillant frappait un coup sur un tambour. Pour la deuxième submersion soit (7h30) il frappait deux coups puis à 8h15 trois coups et à 9h dernière phase de la première division il frappait quatre coups, sonnait deux fois la conque et exécutait encore un roulement du tambour. Pour la deuxième division l'action se répétait comme à la première, mais pour la dernière phase -correspondant à midi- le préposé frappait encore deux coups supplémentaires du tambour. Le cycle recommençait pour les deux autres divisions jusqu'au coucher du soleil soit vers 18h. Les heures nocturnes seront signalées comme les heures diurnes.
1 et 2- L.C Balvey -Évolution de l'horlogerie "-1968
3 et 4 - Dictionnaire des antiquités grecques et romaines (horlogium)
5 - Léopold Réverchon "Évolution de l'horlogerie" 1935
6 - Dictionnaire aechéologique des techniques. tome I
Egypte
Chose étrange, à première vue, l'étude des décans égyptiennes nous mène à l'examen des clepsydres. C'est que l'exemplaire le plus remarquable de ces horloges, la clepsydre d'albâtre au nom d'Amenophis III, trouvée à Karnak, est décorée de l'image de ces constellations choisies de bonne heure par les anciens pour déterminer avec précision les heures de la nuits.
Description de la clepsydre du temple d'Amon à Karnak
La plus ancienne clepsydre connue a été trouvée en 1904 par G.Legrain, cassée, près du temple d'Amon à Karnak . Elle a été restaurée pour le Musée du Caire.
C'est un vase en albâtre de forme tronconique(36cm de haut), richement décoré à l'extérieur et gravé à l'intérieur. Elle date du règne d'Aménophis III(environ 1415-1380 avant J.C). Cette clepsydre étudiée en détail par Borchardt1 servait à diviser la nuit en 12 partie, tout au long de l'année astronomique égyptienne.
L'extérieur: Le bord supérieur est légèrement profilé et comporte une surface plate annulaire sur laquelle sont indiqués les noms des 12 mois désignés à partir du premier mois de l'inondation.
Les surfaces extérieures étaient décorées de pierres précieuses colorées et d'émaux 
L'intérieure : Une petite ouverture à la base laisse l'eau s'écouler. L'ouverture est élargie vers l'intérieur et laisse penser qu'un fin tube métallique la traversait.
!2 colonnes verticales correspondants aux 12 mois de l'année étaient gravées à l'intérieur de la clepsydre. Chaque rangée verticale comportait 12 subdivisons limitées par 11 repères équidistants à partir d'une ligne supérieur aujourd'hui invisible qui devait être peinte. Les subdivisions égales entre elles sur une même colonne étaient plus importantes pour le mois du solstice d'hiver(mois 4) et diminuant jusqu'au mois du solstice d'été (mois 10). La longueur des 12 graduations du mois 4 (solstice d'hiver) est d'environ 14 largeurs de doigt, celle du mois 19 (solstice d'été) d'environ 12 largeurs de doigt (en prenant un doigt de 18,75 mm).
La clepsydre était remplie d'eau au coucher du soleil jusqu'à la ligne peinte supérieure et se vidait par l'orifice du bas. Le repère est seulement visible pour le mois numéroté 19 et se trouve pour les autres mois inclus dans les motif alternatifs du fond représentant la Vie et l'Éternité . Lorsque l'eau atteignait ce repère 12, c'était le lever du soleil.
La forme tronconique avec un angle de 110° compense en partie l'irrégularité du débit mais ne permet néanmoins pas de graduer régulièrement l'intérieur de la clepsydre. L'erreur commise était au maximum seulement d'un quart d'heure dans la nuit.
Les Égyptiens, par leurs observations millénaires, n'ignoraient rien des lois de la physique qui règlent la durée variable des nuits et des jours aux différents mois de l'année. Ils étaient arrivés à construire de bonne heure (au moins dès la XVIIIe dynastie) un système de mesure de temps par le contrôle de l'augmentation (inflow type) ou de la diminution (outflow type) du niveau de l'eau dans un vase de forme déterminée. Ils avaient deux types principaux: le vase prismatique à section carré (vraisemblablement le plus ancien) et le récipient de forme cylindrique. Ils avaient observé que la durée de deux nuits au voisinage du solstice était dans le rapport de 14 à 12 doigts (le doigts égyptien équivaut 18,75mm). Aussi donnèrent-ils, à juste titre, la valeur 13 aux deux nuits d'équinoxe. La durée des nuits des autres mois de l'année était représentée par une valeur intermédiaire. Les lignes gravées à l'intérieur des vases formaient un réseau de verticales et d'horizontales.
1-Les lignes verticales : Chaque mois de l'année est représenté par une ligne de longueur variable suivant la durée de la nuit à ce moment. Mais chaque ligne de mois doit être écartée des autres par une distance correspondant à la variation plus ou moins grande de la durée de la nuit à cette époque de l'année.
2 - Les lignes horizontales: En divisant les lignes verticales de longueurs diverses en douze parties égales, et en les coupant par douze lignes horizontales, nous obtenons des bandes horizontauxux espacées mais non parallèles; chacune d'elles correspond à l'écoulement d'une heure de nuit ou de jour pendant le mois représenté par chacune des lignes verticaux.
L'orateur Eschine (389-314 avant J.c) mentionne des clepsydres en forme d'amphore pour mesurer la durée des plaidoiries:
"Si l'accusateur veut le permettre, j'interromps mon discours...le temps qui me reste permet de le faire, car, dans le journée qui nous est mesurée, j'ai onze amphore pour plaider"1
Supposons deux parties contractantes, dont l'une, celui qui paie, tient consciencieusement ses engagements, tandis que l'autre, celui qui est payé, n'y est pas fidèle, ou inversement un jeune complaisant correct exécuteur des stipulations du contrat et un entrepreneur sans loi. On mesure l'eau , la parole est accordé au plus âgé des deux ..."2
Puis Eschine détaille comment sont mesurés les différents temps du procès:
"La journée est divisée en trois parties quand un procès en illégalité est introduit devant un tribunal. La première mesure d'eau est attribuée à l'accusateur, aux lois et à la démocratie. La deuxième à l'accusé et à ceux qui parlent sur l'affaire elle-même; lorsque le premier vote n'écarte pas l'accusation d'illégalité, la troisième mesure d'eau est consacrée à l'appréciation de la peine et à la grandeur de votre ressentiment."
1 - Eschine, Discours , Sur l'ambassade infidèle . Trad. V.martin et G de Budé, les Belles lettres 1927.
2 - Eschine, Discours, Contre Timarque . Trad V . Martin et G. de Budé, Les Belles lettres 1927.4
Byzance
Des horloges monumentales furent construite dans l'empire byzantin mais toutes ont disparu . L'une d'entre elles est bien connu par la description qu'en fait procope1. C'est l'apparence extérieure qui est juste décrite dans ce texte . Nous ne connaissons rien concernant son mécanisme intérieur.
C'est la fameuse horloge de Gaza (en Palestine) construite en l'an 500 de notre ère par un artisan inconnu. Cette horloge sert en quelque sorte comme horloge monumentale de transition entre les appareils antiques et ceux du Moyen Âge.
C'était une œuvre monumentale placé dans un édifice de la ville.
En haut de la construction se trouvait une tête de Gorgone qui roulait les yeux à droite et à gauche à la fin de chaque heure. En dessous se trouvait deux rangées de douze portes chacune. La nuit, les douze portes de la rangée supérieure (R) s'illuminaient tour à tour par une lumière qui chemine par derrière.
La rangée inférieure composée de portes à battants indiquait les heures du jour. La figure d'hélios (le soleil), revêtu de ses insignes divins, passait successivement devant ces portes le long d'une corniche , tenant à la main une mappemonde.
À la fin de la première heure du jour, au moment où Hélios passait devant la première porte, les deux battants s'ouvraient laissant apparaître une statuette d'hercule portant l'emblème de sa première victoire, la peau du lion de Némée; l'aigle placé au-dessus de l'ouverture déployait ses ailes et déposait une couronne de Lauriers sur la tête de la statuette. L'acte accomplit, la statuette se retirait, les battants de la porte se refermaient et l'aigle repliait ses ailes. À la fin de la deuxième heure, Hélios se trouvait devant la deuxième porte pour l'ouvrir, le scénario se reproduit avec hercule portant le trophée d'une de ses douze victoires. Et ainsi de suite jusqu'à la douzième porte qui coïncide avec le coucher du soleil.
Dans la partie inférieure de la construction se trouvaient trois dais à colonnes abritant chacun une statue d'Hercule. Celle du milieu frappait les heures avec sa massue sur un gong. Le nombre de coups était de 1 à 6 de la première heure à midi, puis à nouveau de 1 à 6 de la septième heure au coucher du soleil.
Au-dessus, une statuette de Pan dressait l'oreille à chaque sonnerie du gong et, le groupe de satyres qui l'entourait, se moquait de lui en grimaçant.
Sous les deux autres dais, les statues représentaient Hercule à l’œuvre, à droite se préparant à lancer une flèche, et à gauche, en marche avec sa massue et une corde, Au-dessus de la statue de droite , Diomède annonçait la fin de la journée à la fin de la douzième heure et au-dessus de la statue de gauche se tenait un pâtre immobile.
Entre les dais , deux esclaves couraient au service d'Hercule, l'un lui apportant la nourriture à la première heure , l'autre lui portant l'eau dans une cruche à la dernière heure .
1 - Procope : historien byzantin né à Césarée à la fin du IVe siècle et mort à Constantinople vers 562. C'est le grand historien du règne de Justinien. Son" traité des édifices" écrit en 560 à la demande de l'empereur renferme une masse de renseignements géographiques et économiques (d'après en 7 volumes)
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