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La première horloge

I - Al-Suryaqa (horloge à poids)

Pour Taqi-al-Din c'est une horloge qui tourne sous l'action de la force de traction d'un fil "Al-Suryaq" qui poete à ses deux extrémités des poids inégaux.

1 - Description des éléments constituant cette horloge

A - la roue de rencontre

 Nous suivons la description de Taqi-al-Din: Si on considère un roue mobile dans un plan vertical et si l'on veut qu'elle effectue un tour par heure au moyen d'une corde enroulée sur la gorge d'une poulie fixés à son axe ; et si cette corde porte à son extrémité libre un poids, le mouvement de cette roue ne peut être uniforme que si on lui a accorde un élément qui ralentit son mouvement. Dans ce but, on associe à la roue une couronne perpendiculaire à son plan qui ressemble à la couronne d'un tamis afin de pouvoir fraiser dans cette couronne des dents inclinées en forme de dents de scie. Le nombre de ces dents doit être impair et son axe horizontal doit tourner dans deux trous pratiquées dans deux supports opposés (figure A).

     

                   A                                   B                                   C

On considère ensuite une tige de diamètre bien supérieure au diamètre de cette roue. On soude sur sa largeur deux palettes rectangulaire de longueur convenable mais dont la largeur soit égale à la hauteur d'une dent de la roue. Ces palettes sont fixées à angle droit et  la distance qui les sépare est égal au diamètre de la roue figure B.

on dresse cette tige verticalement et on soude près de son extrémité supérieure un petit cadre carré auquel on fixe, juste en son centre d'inertie,le balancier (règle rectangulaire de longueur convenable et qu'on peut parfois alourdir par des masses). Les Les deux extrémité de cette tige tourne dans deux trous pratiqués dans deux piliers horizontaux fig- C .

La tige étant suspendue en face de la roue à couronne ou roue de rencontre, il est clair que lorsque cette roue tourne et qu'une de ses dents écarte la palette (H ) et s'en échappe, l'autre palettes (K) se présente à une dent diamétralement opposée et l'écarte à son tour. Vu que la roue tourne toujours dans le même sens, le balancier oscille et forme des vibrations qui équilibrent le mouvement de la roue de rencontre.

Or, si l'on veut que cette roue effectue un tour/heure, il faut agrandir son diamètre et par conséquent augmenter le nombre de ses dents pour atteindre 1500 (C'est le nombre nécessaire pour une heure); ou bien il faut utiliser un balancier beaucoup plus long ce qui est encombrant.

pour avoir un machine plus petite Taqi al-Din propose deux méthodes :

- Première méthode

 Cette méthode consiste à associer à la roue de rencontre une autre roue au moyen d'une courroie. À cette fin on prend une roue à gorge de diamètre moyen, on mesure son périmètre et on construit une poulie de périmètre égale au 1/19 du périmètre mesuré. Cette poulie sera fixée sur l'axe de la roue de rencontre. Une courroie sera enroulée sur la gorge de la grande et celle de la poulie.

Ainsi si la roue (A) effectue un tour, la roue de rencontre (C) effectue dix neuf tours. Comme cette dernière porte 79 dents, les palettes passent devant ces dents 1501 fois (ce nombre est le produit de 79x19).

Taqi al-Din fait remarquer que cette méthode est très ancienne de sorte qu'elle fut abandonnée depuis longtemps surtout qu'elle n'est applicable qu'avec des roues en bois.

- Deuxième méthode

Cette méthode consiste à ajouté à la roue de rencontre un système d'engrenage. À cette fin on fixe sur l'axe de la roue de rencontre un pignon de cinq dents qui s'engrènent avec les 96 dents d'une grande roue qu'on appelle la roue principale ou roue de partition. Ainsi si  cette dernière effectue un tour, la roue de rencontre effectuera 19 tours (c'est le quotient de 95 parr 5), donc les palettes passeront 1501 fois devant les dents de la roue de rencontre et on aboutit au même résultat figure A.  

              

            A                                         B

Pour avoir toujours  la même vitesse de la roue de rencontre, on pourra formé un système d'engrenage de plusieurs roues figure B


 

 B - La poulie

Pour construire la poulie , il suffit de prendre un petit tuyau métallique de longueur convenable (ce tuyau forme la gorge de la poulie), on fixe à ses deux extrémités deux disque qui forment les bords de la poulie.

Pour régulariser la vitesse de cette poulie, on prend un anneau métallique très mince , on perfore sa surface de deux trous (figure ci-contre) par lesquels on fixe l'anneau sur le disque de la poulie. cet anneau doit porter , diamétralement opposé au trou, une dent inclinée qui s'appuie sur l'un des bras de la croix de la roue principale. Ainsi lorsque la poulie tourne , c'est cette dent qui entraîne directement la rotation de la roue sans perte de temps.

Remarque

Concernant la rotation des roues, il faut noter que dans le cas d'un système d'engrenage formé par la superposition de plusieurs roues, celles de nombre impair tournent dans le même sens que la roue motrice , tandis que celles dont le nombre de dents est paire,elles tournent en sens inverse.

C -  la corde (al-Siryaq)

on prend une corde de longueur correspondant à la durée de 24 heures. On accroche à chacune de ses deux extrémités un crochet qui doit recevoir un poids convenable. On enroule ensuite cette corde sur la gorge de la poulie et on cherche par l'expérience  la valeur du poids et du contrepoids qu'il faut accrocher pour que la roue principale effectue une révolution par heure. Ainsi lorsque le poids descend, le contrepoids plus legé remonte et la roue tourne entraînant la rotation de tout le système. Pour remonter l'horloge ,il suffit de tirer le contrepoids vers le bas, le poids monte en même temps. L,anneau par sa flexibilité s'écarte en éloignant sa dent du bras de la roue. Une fois le système libre le poids redescend d'un mouvement régulier.

Remarque .

Nous avons déjà signalé que la longueur de la corde doit être proportionnelle au nombre des heures et que pour une journée complète cette longueur doit être équivalente à la durée de 24 heures. Dans ce cas la corde va être très longue. Mais on pourra la réduire au 1/8 si on fixe sur l'axe de la roue principale un pignon de huit dents qui s'engrènent avec une roue de 64 dents . On  enlève la poulie de l'axe de la roue principale et on la fixe sur celui de la roue de 64 dents . Cette dernière effectue trois tours pendant 24 heures et on aura besoin d'une corde de longueur 1/8 de la précédente.

D - La roue du cadran (fadl al-Da'ir )

C'est la roue qui actionne l'aiguille des heures de l'horloge. Pour déterminer la nombre de ses dents,il suffit de scier en forme de dents l'extrémité de l'axe de la roue principale . ces dents doivent être du côté de la poulie et leur nombre ne doit pas dépasser le chiffre cinq. Ainsi fait, le nombre de dents de la roue du cadran sera égale au nombre de dents sciées multiplié par 24, ou un multiple de ce nombre soit 48, 72, 96, ou 120.

notons que ces nombres sont utilisés dans les horloges de temps complet c'est-à-dire 24 heures. Dans les horloges à demi-temps il faut diviser les nombres précédent par  2 .

Une fois la roue du cadran construit on lui accorde un axe qui passe par son centre d'inertie . On pratique ensuite dans deux supports verticaux et parallèles , deux trous dans lesquelles on doit tourner l'axe de la roue du cadran de sorte que ses dents s'engrènent avec les dents sciées.

E- Le cadran (al-Muhit)

On prend une plaque métallique très mince et on la coupe en forme de cercle de diamètre convenable. on trace ensuite sur ce cercle un autre cercle concentrique et plus petit afin d'avoir une couronne . Cette couronne sera divisée en 24 ou 12 parties égale selon le temps choisi.. On écrit dans chaque case le numéro de l'heure en tournant dans le sens direct. Ce cercle gradué forme le cadran des heures.

 on fixe ce cercle devant la roue du cadran de sorte que l'axe de ce dernier passe par le centre de la plaque formant le cercle . On applique ensuite à l'extrémité de cette axe une longue tige terminée par un index qui doit se déplacer devant les graduations du cadran.

 2 - Montage et mode de  fonctionnement

Notons que les figures présentées dans le text sont tirées du traité de Taqi al-Din , mais malheureusement il n'a pas donné un schémas général de l'horloge où se présentent tous ses éléments. Nous avons reconstiué ce schémas en suivant la description de Taqi al-Din figure en-dessous

 

 Dans cette figure de l'horloge montée avec tous ses éléments ,nous distinguons la roue principale (G) appelée aussi la roue de partitions . Sur son axe qui tourne dans deux ouvertures pratiquées dans les deux piliers parallèle du cadre (A) , on a fixé la poulie(L) qui porte l'anneau du freinage (H) muni d'une dent qui s'appuie sur l'un des bras de la croix de la roue principale (G) . (J) est la roue du cadran dont les dents s'engrènent avec celles du pignon (K) fixé sur l'axe de la poulie (L). L'extrémité de l'axe de la roue (J) porte l'aiguille des heures. Cette dernière se déplace devant les graduations du cadran (M). L'axe de la roue secondaire (D) porte le pignon (F) dont les dents s'engrènent avec celle de la roue principale (G). L'axe de la roue de rencontre (C) porte le pignon(E) dont les dents s'engrènent avec celle de la roue (D). La tige à  palettes qui se dresse verticalement devant la roue de rencontre porte le balancier (B).

Mode de fonctionnement

L'horloge étant ainsi montée, on tire la petite masse vers et on l'abandonne . La grande masse occupant sa position la plus haute , commence à descendre d'un mouvement régulier entraînant tout le système d'engrenage en rotation. Ainsi la roue de rencontre tourne et le balancier oscille . L'aiguille des heures indique le temps écoulé.

http://sanjakdar-chaarani.com/sai-j3x/index.php/les-videos ( voir l'animation viéos correspondants)