histoire des automates
Les automates de la Haute antiquité
Dans les anciens temps et particulièrement chez les Égyptiens, les automates furent liés aux cérémonies religieuses. Dans le livre des "Morts"1, l'auteur relate que le prête portait un masque représentant Anubis - Dieu égyptien des Morts - (en forme de la tête d’un chacal (fig-1-), il s'approchait du cercueil du décédé tout en remuant l'étrange instrument qu'il tenait à sa main droite et répétant des incantations dans le but de donner au décédé le pouvoir de parler dans l’au-delà.
Dans d'autres pays, on sacrifiait des animaux et même des êtres humains aux Dieux représentés par des automates. Donald Harden2 signale que dans les civilisations phéniciennes et au nord de l'Afrique, des automates en bronze, tendant les mains, furent érigés. Au moment de la cérémonie on plaçait le bébé, qu’on veut sacrifier, sur les mains de la statue. Cette dernière incline ses deux bras pour lancer le bébé au feu étincelant sous ses pieds.
Fig -1 - Fig - 2 - Fig - 3 -
Wilkinson3 dans son ouvrage sur les coutumes et les habitudes des anciens égyptiens, décrit des automates, genre de marionnettes en bois actionnées par des ficelles (fig-2-).
À ce sujet, Il est à remarquer que la civilisation chinoise s’est intéressée aux automates. Ainsi J Klaprot4 signale que les chinois qui ont découvert depuis longtemps les deux pôles magnétiques se sont appuyés sur ce procédé dans leurs charrettes magnétique appelées (Tchi nan Kin)(fig-3-) qui indiquaient la direction du Sud . De même, les mémoires historiques rédigées par (Szu ma thisian) relatent que vers l’an 1110 avant J.C, l’empereur chinois a offert aux ambassadeurs venant des pays de (Yue –chang-chi), des spécimens de ces charrettes, pour les aider à découvrir leur chemin.
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1- Kopaktchy.G,livre des morts des anciens Éyptiens - Paris Champs Elysées 1959
2- Harden Donald The Phoenicians (Londre T&H) 1962
3- Wilkinson G The manners &customs of ancients Egyptian
4 -J Klaprot . Lettre de M Le Baron de Humbolt sur l'invention de la boussole, Paris 1834
remarque : Dans les anciennes cartes géographique chinoises , le Sud est en haut de la carte et le Nord en bas.
Les automates avant notre ère
1 - les automates d'Archimède
Dans un traité attribué à Archimède et qui n'existe qu'en version arabe , nous trouvons la description d'une horloge à eau à laquelle Archimède a accordé des automates.
Ce traité commence comme suit: "Gloire à Dieu clément et miséricordieux..."
Archimède à dit: après avoir rendu à Dieu gloire et hommage ,"Ayant constaté que tout ce qui a été écrit sur les clepsydres est imparfaits et incomplet , j'ai composé ce livre qui traite le sujet dans les plus grands détails."
Après avoir décrit sa clepsydre et obtenu un écoulement régulier de l'eau dont il peut faire le débit dans une mesure utile , l'auteur adapte à son appareil un mécanisme destiné à compter les heures passées depuis la mise en marche.
-Premier mécanisme faire cracher, toutes les heures, par le bec d'un corbeau, une balle de cuivre.
"On utilise à cet effet le mouvement transmis à la poulie de la caisse supérieure. Sur l'axe horizontal de cette poulie est montée une roue dentée qui engrène avec un cylindre vertical. L'extrémité de ce dernier traverse le centre d'un disque horizontal muni d'un trou laissant libre passage à une balle. Cette même extrémité porte un autre disque mobile, de même diamètre que le premier portant douze ouvertures bouchées par douze balles.
Le trou du disque inférieur est relié au cou du corbeau, par un tuyau dans lequel passe la balle, pour arriver à son bec. Le bec du corbeau s'ouvre par un système de bascule et semble cracher la balle. On obtient une sonnerie en plaçant sous la tête du corbeau une cymbale de cuivre retentissante que la balle vient frapper dans sa chute -figure (A)-ci contre.
Mode de Fonctionnement
La poulie supérieure accomplit un tour complet en douze heures. Le système d'engrenage effectue le même mouvement, ce qui permet au disque qui porte les balles de se décharger (d'une balle) chaque fois qu'il y a coïncidence entre la balle et le trou du disque inférieure. Ainsi l'intervalle de temps qui s'écoule entre deux balles est exactement une heure.
- Deuxième mécanisme- faire changer la couleur des yeux d'une figurine-figure (B) ci-dessus
Dans ce cas, l'auteur parle d'une poulie fixée derrière la statue à la hauteur des yeux. Sur sa gorge de longueur égale à la distance qui sépare ces deux derniers, on a enroulé une corde qui porte à l'une de ses deux extrémités un contrepoids tandis que l'autre extrémité est fixée au corps de la poulie principale de la machine. Sur chaque face de cette poulie on a fixé un disque assez épais dont le périmètre est garni par douze pierres précieuses de couleur différentes. Cette poulie doit tourner autour d'un axe horizontal parallèle à l'axe formé par les yeux de la figurine. Son mouvement est tel qu'elle effectue 1/12 de tours par heure, de sorte que deux perles se retrouvent devant les ouvertures qui forment les yeux.
- Troisième mécanisme - un bourreau qui condamne à mort une jeune homme par heure
la figure (B) ci-dessous représente le dispositif du bourreau
L'auteur parle d'une pièce métallique sur la quelle on a fixé le buste d'un bourreau portant à sa main droite une glaive. Cette pièce se déplace horizontalement derrière douze figurines immobiles représentant des jeunes esclaves, dont les têtes de bronze sont placées librement sur leur corps. Le déplacement horizontal de la plaque, portant le bourreau, est assuré par par deux cordes liés aux deux bords de la plaque et chacune s'enroule par la suite sur la gorge d'une poulie pour se terminer par un contrepoids.
À chaque fraction d'heure égale à 1/12 le bourreau se déplace de la distance qui sépare deux esclaves pour lui arracher sa tête par son glaive.
A B
- Quatrième mécanisme -Une porte s'ouvre à chaque heure pour faire apparaître un cavalier sur son cheval
La figure (A) ci dessus représente le mécanisme du cavalier
C'est toujours par l’intermédiaire des poulies et des contrepoids que les douze porte s'ouvrent et se referment respectivement à chaque fraction d'heure soit 1/12, pour faire apparaître un cavalier monté sur son cheval.
Le traité d'Archimède se termine par deux mécanismes qui diffèrent des précédents par leur principe de fonctionnement, car il n'empruntent plus leur mouvement à la caisse supérieure mais à l'eau qui arrive à la caisse inférieure . Il est question :
a - d'un arbre placé entre deux montagnes. Toutes les heures deux serpents d'argent sortant de derrière les montagnes avancent leurs têtes vers l'arbre, puis rentrent dans leurs trous. En même temps on entend chanter des oiseaux perchés dans les branches.
Les oiseaux perchés font entendre leur chant à cause d'un tuyau d'air qui se termine par un sifflet et aboutit au bec de chacun. Ces tuyaux sont reliés à la caisse de la marne.
Quant aux serpents, ils sont actionnés par des chaines et des poulies qui les déplacent et les enferment dans des trous .
b - Après avoir fait chanter un moineau l'auteur se propose de faire jouer de la flûte à un homme. Dans ce but il adapte à la caisse de la mare une quatrième caisse qui ne contient que de l'air, et communique, par un tuyau traversant le corps du personnage, avec l'embouchure de la flûte, dans laquelle se trouve un sifflet. Le plafond qui sépare les deux caisses est percé d'un trous livrant le passage à un tuyau qui pénètre dans la caisse de la mare est entourée d'une sorte de verre à boire renversé, descendant jusqu'à une faible distance du sol de la caisse. L'eau tombe de la cuiller dont il a été question dans la description ; puis s'élève peu à peu dans la caisse et sous le vase qui entoure le tuyau; vers le milieu du jour elle arrive à l'orifice du tuyau et dès qu'elle le dépasse elle s'y précipite refoulant l'air devant elle, le raréfiant derrière par un jeu semblable à celui d'une trompe. Cette raréfaction de l'air attire de nouvelles couches d'eau provenant de la caisse, en sorte que, par la réitération du phénomène, presque toute l'eau amassée dans la caisse et d'un seul coup pompée et rejetée dans la caisse à air située au-dessous; là , une vive poussée en résulte et l'air, cherchant une issue, pénètre dans le tuyau latéral rendant , à son passage dans la flûte, un son intense .
N.B. toutes les figures sont tirées du traité
voir la description dans l'article "Les horloges hydrauliques
Remarque : En poursuivant nos recherches une page a attiré notre attention nous la reproduisons fidèlement avec ses ressource.
2 - Les automates de Ctésibios
Une technique assez avancée se révéla vers le IIIe et le IIe siècle avant J.C . Les automates sont actionnés par des procédés techniques se basant sur des théories scientifiques. C´est à l´école d'Alexandrie qui groupait les plus grands techniciens grecs qu´apparaissent les premiers ouvrages des automates. Les "pneumatiques" de Philon de Byzance et "Pneumatica" de Héron d`Alexandrie en sont les meilleurs exemples. Tout en n’oubliant pas l’automate de Ctésibios qui apparaît dans la description de son horloge . C’est la statuette d’un garçon portant à sa main droite un petit bâton avec lequel il indique la succession des heures du jour tout en se déplaçant verticalement ( fig.- 1 - ).
Fig - 1 -
voir horloge de Ctécibios dans :Les horloges hydrauliques
3 - Les automates de Philon de Byzance
Philon de Byzance (vers 200 avant J.C) s’occupa de la mécanique appliquée. Son traité « Les pneumatique»1 nous est parvenu grâce à la traduction latine d’un texte arabe. Une traduction française a vu le jour sous le nom «Les pneumatiques de Philon de Byzance». Dans ce traité on y trouve en plus des théories (théorie des flotteurs et le théorie des robinets), la description de certains procédés comme les fontaine à intermittences, les vases à se laver les mains et diverses astuces assez amusantes.
À titre d’exemple nous signalons :
1 - Un vase pour laver les mains
La figure tirée du traité de Philon montre une petite tour métallique qui renferme les éléments suivants : une série de balles de savon rangées dans un canal, sont dirigées vers une poignée fixée à l’une des extrémité d’un levier, tandis que l’autre extrémité porte un contrepoids. Cette poignée se dresse derrière les deux battants d’une porte. Un autre levier formé d’une cuillère à long bras est mobile autour d’un axe horizontal à l’intérieur de l a tour. Un robinet accordé à un petit bassin d’eau déverse l’eau sur la cuillère. Un siphon se termine par la tête d’un canard qui sort de la tour (fig-2-).
Fonctionnement
Un mécanisme permet à l’eau de s’écouler du robinet, de là dans la cuillère qui bascule et verse l’eau dans la coupe reliée au siphon. Ainsi l’eau s’écoule du bec du canard. En même temps une balle de savon tombe sur la poignée qui s’alourdit, descend et pousse les deux battants de la petite porte, pour présenter la balle de savon au convive.
2 – Un dragon qui boit l’eau de la rivière sans que le gardien soit
L’astuce fonctionne comme suit : Tant que le gardien est en face du dragon, ce dernier n’ose pas boire de l’eau de la rivière. Mais dès que le gardien tourne le dos, le dragon vide la rivière tout en poussant des cris de grognement assourdissants.
Nous laissons au lecteur la curiosité de découvrir le fonctionnement.
1- Carra De Vaux - Le livre des appareil pneumatiques et des machines hydrauliques de Philon de Byzance- Notice et extrait de la B.N tome 38 Paris 1903
4 - Les automates de Héron d'Alexandrie
Désigné aussi sous le nom de Héron le mécanicien ou Héron l’ancien, Héron d’Alexandrie fut après Euclide, Hipparque et Ptolémée, l’un des plus grands mécaniciens de l’Antiquité.
L’œuvre de Héron est considérable ; elle ne comprend pas moins de douze ouvrages. On n’en connaît qu’une très faible partie dans le texte original car la plupart de ces écrit nous sont parvenus par des traductions arabes ou latines et après avoir très souvent subi des déformations et des altérations .
Héron a consacré son traité «les pneumatiques »1, à la description des mécanismes ingénieux parmi lesquels nous avons choisi le mécanisme suivant:
Sur un piédestal est placé un petit arbre autour duquel est enroulé un dragon; une figure d’hercule se tient auprès, tirant de l’arc; enfin une pomme est posée sur le piédestal. Si quelqu’un vient à soulever avec la main cette pomme au-dessus du piédestal, Hercule lancera son trait contre le dragon et le dragon sifflera.
Soit AB le piédestal en question, étanche et muni d’un diaphragme ( pA) . À ce diaphragme est fixé un petit cône tronqué creux (EZ) qui a sa petite base Z du côté du fond du vase dont elle est distante de façon à permettre juste le passage de l’eau. A ce tronc de cône doit être ajusté avec soin un autre cône (G ) fixé à une chaîne qui le relie, en passant par un trou, à la pomme placée sur le piédestal. Hercule tient un petit arc en corne, qui a son nerf tendu et placé à une distance convenable de la main droite. Dans cette main droite et de manière à viser le dragon est une autre main en tout semblable à la précédente mais plus petite et munie d’une détente . A l’extrémité de cette détente une petite chaîne ou une corde traversant la plateforme va passer sur une poulie fixée au diaphragme et se relie enfin à la petite chaîne qui joint le cône à la pomme.
Bandons donc l’arc, plaçons (le nerf de l’arc) dans la main (qui sert de griffe) et fermons la détente en disposant les choses de telle manière qu’alors la corde soit tendue et la pomme pressée sur la plate-forme; cette corde doit passer à travers le corps et la main, dans l’intérieur de l’hercule. Enfin un petit tube, de ceux dont on se sert pour siffler, doit partir du diaphragme et s’élever au-dessus du piédestal en passant dans l’intérieur ou autour de l’arbre.
Remplissons d’eau le vase AD. Soit AM l’arbre , NE l’arc, Oђ le nerf, ђE le trait, P la main qui sert de griffe, Y la détente,)X la corde, I la poulie sur laquelle elle passe et cw le tuyau à sifflet.
Maintenant, si on soulève la pomme K, on enlèvera en même temps le cône Q, on tendra la corde et on lâchera la griffe, ce qui fera partir le trait. L’eau du compartiment JDAP arrivant dans le compartiment APFB chassera par le tuyau l’air contenu dans le compartiment et produire un sifflement. La pomme étant replacée, le cône (O) revient s’ajuster sur l’autre et arrête l’écoulement, ce qui fait cesser le sifflement; on dispose alors de nouveau la flèche et ses accessoires.
Quand le compartiment d'en bas est plein, on le vide à l’aide d’un goulot muni d’une clef et on remplit de nouveau le compartiment d'en haut comme nous l’avons indiqué.
1- Carra De Vaux - Les mécanique ou l'élévateur de Héron d'Alexandrie - tome I et III 1893
Le théâtre de Héron
De nombreux textes grecs existent dans les bibliothèques d’Europe traitant ce sujet. La meilleur traduction, avec des figures habilement dessinées fut faite à la fin du XVIe siècle par l’abbé Baldi philologue italien.1
Le premier livre des automates de héron traite des personnages à siège mobile : les figurines fonctionne sur une sorte de « caisson» roulant qui renfermait le mécanisme nécessaire à leur jeu et au mouvement du caisson lui-même.
le second livre étudie les automates à siège fixe, c’est-à-dire dont le caisson, renfermant le mécanisme immobile, formait une espèce de scène ; on avait un théâtre en miniature, sur lequel se jouait de véritables pièces en plusieurs actes . Un des plus intéressants de ce théâtre fixe fut la mise en scène de la légende de Nauplius, distribué de la manière suivante :.
1-. A l’ouverture du début, le théâtre représentait douze personnages, rangés en trois groupes. Ils figuraient autant de Grecs, travaillant à construire des navires, près du rivage où ils devaient prendre la mer. Ces personnages se mouvaient, les uns sciant, les autres fendant du bois, ceux-ci jouant du marteau, ceux-là de la mèche rotative et d’autres du trépan. Ils faisaient grand bruit, à l’instar d’ouvriers véritables.
2- . Au bout d’un certain temps, la scène se fermait puis se rouvrait sur un nouveau point de vue. On y assistait à la mise à flot des navires par les Grecs. Second entracte suivi d’un nouveau décor, qui ne montrait plus que le ciel et l’eau. Bientôt commençait le défilé des navires en ordonnance de flotte. Les uns s’éclipsaient, d’autres revenaient plusieurs fois. Sur les côtés s’ébattaient des dauphins, les uns plongeant sous l’eau, les autres émergeant, comme de véritables poissons. Peu après, la mer se montrait houleuse, et les navires couraient en file serrée. La scène se fermait et s’ouvrait encore une fois: pas une voile à l’horizon, mais le personnage de Nauplius brandissant sa torche, et, debout près de lui, Minerve. Une flamme éclairait le sommet de la scène, visiblement alimentée par la torche. La scène se fermait, puis s’ouvrait de nouveau : naufrage de la flotte et apparition d’Ajax à la nage.
Par le jeu d’un mécanisme logé dans le comble du théâtre, un bruit de tonnerre éclatait sur la scène, et la foudre atteignait Ajax, dont le personnage disparaissait soudain. La clôture de la scène mettait fin au spectacle.
Comment Héron actionne-t-il ses automates?
Héron construisit ses théâtres très simplement, avec des matériaux peu coûteux et d’un maniement facile. Les force motrices étaient quelquefois produites par plusieurs poids de sable, mais le plus souvent elles consistaient en blocs de plomb ou d’autres métaux pesants. Généralement, chaque sujet comportait son propre moteur. Les organes de transmission étaient de simples cordes enroulées autour de poulies ou d’arbres suivant des combinaisons aussi ingénieuses que savantes. Les autres pièces consistaient en roues, leviers et chevilles.
Nous admettons la description de Héron pour :
- le mécanisme des bras de l’un de ses automates le charpentier fendant du bois
« je façonne une réglette, je la perce et j’encastre solidement dans ce trou la queue de la cheville provenant du bras, je colle ensemble les deux pièces , afin que les oscillations de la réglette fassent également pivoter le bras autour de son épaule. (cette réglette est appelée battant).
Pour activer le battement automatique du bras, j’installe auprès de la réglette une petite roue à crochets pivotant autour d’une broche solidement encastrée vers le bas . À ce pignon j’accroche une poulie H, faisant corps avec lui et enroulées plusieurs fois d’un cordons de renvoi au contrepoids(moteur) afin que celui-ci tirant la corde fasse bientôt tourner le pignon, dont les dents frapperont à coups très rapprochés, le talon du battant. L’autre bout du cordon, muni d’une boucle, s’accroche en H à un bouton en saillie sur la poulie, et qui pourra indiquer (par la chute de la boucle ) que le bras a cessé son mouvement.»
Par contre nous essayons de simplifier un autre mécanisme
– Le mécanisme d’ouverture et de fermeture de la porte du théâtre
Ce double mouvement s’opère au moyen d’un seul poids tirant dans le même sens . Sur l’arbre horizontal, sont fixés de courtes chevilles placées à égales distance et de manière telles celles du haut alternent avec celles du bas. La corde tirée par le poids porte autant de boucles qu’il y a de chevilles sur l’arbre. Elle épouse celle-ci d’un seul côté : la première boucle sur la première cheville du haut, la deuxième boucle sur la première cheville de bas , la troisième boucle sur le deuxième cheville de haut et ainsi de suite ; chaque fraction de boucle correspond à une fermeture ou une ouverture de la porte . Ainsi quand l’arbre est libéré, la corde tirée par le poids lui imprime un premier mouvement du haut en bas; par ce mouvement la cheville inférieure suivante s’élève entraînant avec elle la boucle qui l’entoure; à cette nouvelle libération de l’arbre correspond un mouvement analogue qui se produit en sens inverse puisque la corde opère sa traction du côté opposé. L’arbre horizontal est relié aux vantaux de la porte de telle sorte que chacun de ses demi-tours imprime également un demi-tour à chaque arbre vertical.
La légende de Nauplius était représentée en cinq actes et nécessitait par conséquent dix mouvements semblables, mouvement que l’on pouvait répéter d’ailleurs autant de fois que le permettaient la longueur de l’arbre et la profondeur du caisson dans lequel descendait le poids.
1- Chapuis A et Gélis E - Le monde des automates - Paris Imp Blondel le Bourgery 1928