II- Fonctionnement de l'instrument des frères Mûssa ben Chaker
Afin de bien comprendre le fonctionnement de la machine il est nécessaire de suivre les explications tout en examinant point par point le plan d'ensemble de la figure d’ensemble ci contre vue de profil
Une chute d'eau venant du robinet (A) alimenté par le réservoir (R), exerce par son poids une force sur les aubes de la roue hydraulique (D) et la fait tourner. Cette roue entraîne avec elle la rotation du pignon (Z) fixé à son axe et par la suite du disque dentée ( d ) dont les dents s'engrènent avec le pignon (Z). La rotation du disque (d) entraîne la rotation de l'axe (K) et du demi-anneau (W). La rotation de ce dernier, qui se trouve dans un plan horizontal au-dessous des soupapes J et J', entraîne l'ouverture de ces deux soupapes alternativement. Dès qu'une soupape est ouverte, l'eau pénètre dans le tuyau correspondant pour remplir le godet (g) et se déverser dans le récipient (V). Ce dernier plein rompt l'équilibre du levier et ferme la soupape (S) du compartiment (C) pour permettre à l'eau de s`y accumuler. Durant le remplissage du compartiment (C) l'air est chassé par le tuyau (MN) dans le ballon de compression (B). Entre temps le demi-anneau (w) aura terminé son demi-tour et vient d'ouvrir la soupape opposée (J') tandis que (J) une fois libéré se referme sous l'action de la force de traction d'un ressort qui lui est accordé. Le même phénomène se reproduit du côté du compartiment (C') qui se remplit à son tour pour refouler l'air par le tuyau (M'N') au ballon de compression. Durant le remplissage du second compartiment (C') La soupape (J) se referme et le récipient (V) commence à se vider par le petit trou pratiqué dans son fond. Une fois vide il bascule vers le haut pour refaire l'équilibre du levier avec le contrepoids, tire la chaîne pour ouvrir la soupape (S) et c'est le compartiment (C) qui commence à se vider pendant que l'autre (C') est entrain de se remplir, et le phénomène se répète.
Notons que, tant que le grand réservoir d'eau alimente le robinet l'air comprimé alimente la flûte. Cette dernière chante lla mélodie enregistrée sur son cylindre musicale et ceci grâce aux leviers associés à la flûte et qui sont actionnés par les picots du cylindre musical. Ce dernier tourne autour de son axe principale d'un mouvement circulaire uniforme par l'intermédiaire de la roue hydraulique fixé à son axe et d'un système d'engrenage formé par deux roues dentées qui s'engrènent.L'une de ces deux roue est fixée sur l'axe de la roue hydraulique tandis que la seconde est fixée à l'une des deux extrémités du cylindre musical. Un système régulateur est accordé au débit d'eau qui actionne la roue à aubes pour faire accélérer ou diminuer la vitesse de rotation uniforme du cylindre musical .
III-Enregistrement et distribution des picots sur le cylindre musical
Pour distribuer les picots sur le cylindre musical, les Banû Mûssa propose la méthode suivante :
On considère un grand cylindre en bois, on enduit sa surface de la cire noire et on lui accorde un système d'engrenage (non représenté) qui lui permet de tourner d'un mouvement circulaire uniforme autour de son axe principal.
De plus, on dispose de huit réglettes mobiles autour d'un axe horizontal parallèle à l'axe du grand cylindre. Chaque réglette est attachée à un doigt d'un flûtiste par une ficelle fine et rigide. L'autre extrémité pointue doit s'appuyer sur la surface latérale du cylindre (Fig.- 7 - )
On met le cylindre en mouvement et on demande au flûtiste de jouer sa mélodie. Ainsi, on remarque directement des traces assez claires sur la cire. En effet, lorsque le flûtiste relève son doigt pour ouvrir un trou de la flûte, la ficelle qui lie son doigt à une réglette relève l'extrémité de cette dernière afin que l'autre extrémité qui affleure la surface de la cire appuie plus profondément et laisse une gravure. L'action se répète pour chaque doigt, donc pour chaque note. Ainsi les notes de la mélodie sont bien gravées sur la cire.
Finalement, il suffit de mesurer les longueurs respectives des gravures, de tailler les picots correspondants, et de les fixer sur le cylindre musical de l'instrument tout en respectant l'ordre et les distances qui les séparent.
Changement de mélodie
Dans le texte, les Banû Mûssa proposent deux méthodes pour enregistrer plusieurs mélodies sur un même cylindre.
Première méthode
Cette première méthode consiste à agrandir le diamètre de la roue musical afin de pouvoir enregistrer deux ou trois mélodies qui se succèdent pour un seul tour.
Deuxième méthode
Par cette méthode, les Banû Mûssa proposent d'augmenter la longueur du cylindre et de lui accorder un mouvement de translation latéral ou même hélicoïdal.
IV– Les automates
Dans cette partie du texte, les Banû Mûssa explique le mécanisme d'un flûteur automate donnant par là le premier embryon d'un androïde (figure ci-contre)
Ils disent: " Si l'on veut créer un androïde flûtiste, il suffit d'incorporer tout l'instrument dans le corps même d'une statue, de fixer la flûte dans sa bouche et d'habiller les leviers en doigts et le adapter à ses bras. De plus il faut recourber ces leviers à l'intérieur du corps de la statue pour qu'ils aboutissent aux picots fixés sur le cylindre musical. Enfin il faut introduire les conduits d'air dans le corps de la statue et les diriger vers sa bouche donc vers l'ouverture de la flûte. On peut encore cacher tout l'instrument dans un endroit invisible et de ne faire apparaître que le flûtiste qui joue sur sa flûte".
Puis les Banû Mûssa explique le fonctionnement de l'androïde comme suit:" lorsqu'on alimente l'ensemble de l'appareil par la quantité d'eau nécessaire au mouvement de tous ses éléments, l'air arrive continuellement à l'embouchure de la flûte. Le flûtiste chante alors la mélodie enregistré sur le cylindre musical par l'intermédiaire du mouvement des leviers (donc les doigts). Lorsque les doigts du flûtiste bouchent les huit trous de la flûte, on entend la note produite par le neuvième trou, qui est toujours ouvert. Puis les autres notes de la gamme se succèdent par le jeu des leviers actionnés par les picots du cylindre pointé. De cette façon, la statue compose toute la mélodie enregistrée sur le cylindre tout en maniant ses doigts sur la flûte comme un véritable instrumentiste".
Les Banû Mûssa ne tardent pas à donner les notes produites par chaque trou de la flûte en comparaison avec les notes des cordes du luth.
Au temps des Banû Mûssa le luth est formé de quatre corde tendu sur sa caisse de résonance (al-Bamm, al-Mathlath, al-Mathna et al-Zir ) (Fig.-8). Chaque corde peut produire cinq note selon qu'elle est libre (Motlaq) ou pincer par un doigt à une position bien déterminée (fig-1-)
Fig - 1 - Fig - 2 -
La comparaison faîte par les Banû Mûssa nous a permis de traduire la gamme produite par les trous de la flûte en note moderne d'où les deux cas présentés dans la figure -2-
Dans le premier cas, la première corde (al-Zir), celle qui donne les notes les plus aiguës, occupe la position la plus basse par rapporte au luth, pris à l'état d'action. Les autres cordes se succèdent de la façon suivante : Du haut en bas al-Bamm, al-Almathlath, al-Mathna , al-Zir.
Dans le second cas c'est : al-Zir , al-Mathna, al-Mathlath, al-Bamm.
La figure 2 représente les notes émises par les trous de la flûte d'après les Banû Mûssa.
V- Les précautions à prendre pour un bon fonctionnement de l'appareil.
Dans le dernier paragraphe du texte, les Banû Mûssa relatent des conseils précieux pour le bon fonctionnement de l'appareil ce qui montre que l'appareil fût sans doute réellement construite. Ils disent: "Il faut que nous examinons attentivement la flûte comme instrument, afin que les doigts soient bien accordés. Nous devons aussi examiner la partie interne de la flûte pour qu'il n'y ait pas des fils d'étoffe ou quelque chose de semblable qui gâte le son. La flûte sera adoucie par une onction de matière grasse. On mettra sur les soupapes qui font la fonction des doigts, de la pommade chinoise, ou de la pommade épaisse, afin qu'il n'y ait pas de fuite d'air et qu'elles donnent juste la note voulue. Nous vérifions l'adhésion du grain de résonance (le sifflet) inséré dans l’embouchure de la flûte, pour qu'il n'y ait pas de fuite d'air de son contour. Nous vérifions encore la valve du robinet et son corps afin que, après avoir été adapté au robinet, cette valve ne le bouche pas s'il n'est pas bien fermé. Nous examinons aussi les robinets accordés aux tuyaux d'air afin que chacun s'ouvre au moment voulu. Nous vérifions le mouvement de rotation des roues hydrauliques et celle du cylindre musical. Nous accordons notre attention aux deux soupapes des tuyaux recourbés afin que chacune s'ouvre au moment voulu. Quand l'une de ces deux soupapes s'ouvre, l'eau se déverse dans le petit godet et de là dans le récipient qui permet d'ouvrir et de fermer la soupape inférieure d'un des compartiments de la pompe. Il faut faire attention à ce que chaque compartiment ne se remplisse jamais complètement, car dans ce cas le petit récipient ne se vide pas et la soupape inférieure ne s'ouvre pas pour vider à son tour le compartiment. Nous vérifions aussi l'état des compartiments afin qu'il n'y ait pas de fuite d'air .Nous examinons encore le grain de résonance et le son qu'il donne avant qu'il ne soit ajusté à la flûte, pour qu'il donne un son net et clair, Nous vérifions s'il contient des cheveux ou des traces de poussière qui le gênent. Nous veillerons à la vitesse de rotation des roues hydrauliques. Cette vitesse doit être uniforme de valeur moyenne, ni trop rapide, ni trop lente car c'est cette vitesse qui régularise la continuité du mouvement de la machine".
Une étude technique critique et analytique de ce traité nous a permis de montrer que l’instrument siffleur des Banû Mûssa est un orgue hydraulique mécanique automatique.
Le nom d’orgue hydraulique est accordé à cet instrument après sa comparaison avec l’hydraule de Ctésibios (3e siècle avant J.C., à Alexandrie ) et son mécanisme de fonctionnement. Certes les tuyaux de Ctésibios dont chacun produit une seule note sont remplacés chez les Banû Mûssa par la flûte à neufs trous capable de produire neufs notes différents.
Le cylindre musical pointé, élément de base d’un instrument de musique mécanique , qui est lié à l’instrument siffleur des Banû Mûssa, nous a permis de lui donner le nom d’orgue hydraulique mécanique
Le fonctionnement automatique de l’instrument sous l’action de la pression de l’eau et de son poids qui actionne les systèmes d’engrenages, nous oblige à lui accorder le nom « d’orgue hydraulique mécanique automatique».
Dans cet œuvre, les Banû Mûssa ont montré un génie vivant présentant des nouveautés dans plusieurs domaines scientifiques. Ainsi on leur doit trois inventions scientifiques majeures : la musique mécanique, l’enregistrement graphique et l’androïde musical.
Coclusion
Une étude technique critique et analytique de ce traité a permis de montrer que l'instrument siffleur des frères Mûssa ben Chaker est un orgue hydraulique mécanique automatique.
Le nom d'orque Hydraulique est accordé à cet instrument après sa comparaison avec l'Hydraule de Ctésibios (3e siècle avant J.C. à Alexandrie) et son mécanisme de fonctionnement. Certes les tuyaux de ctésibios dont chacun produit une seule note sont remplacés chez les Banû Mûssa par la flûte à neufs trous, capable de produire neufs notes différentes.
Le cylindre musical pointé, élément de base d'un instrument de musique mécanique, qui est lié à l'instrument siffleur des Banû Mûssa , nous a permis de lui donné le nom d'orgue mécanique.
Le fonctionnement automatique de l'instrument sous l'action de la pression de l'eau et de son poids qui actionne les systèmes d'engrenages, nous oblige à lui accorder le nom "d'orgue hydraulique mécanique automatique"
Dans cet œuvre, les Banûs Mûssa ont montré un génie vivant présentant des nouveautés dans plusieurs domaines scientifiques. Ainsi on leur doit trois inventions scientifiques majeurs : la musique mécanique, l'enregistrement graphique et l'androïde musical.
Ainsi la description minutieuse qui se présente dans le texte des Banû Mûssa nous incite largement à tenter la reconstitution de cet instrument datant du IXe siècle de notre ère. Il n'y a plus qu'à trouver le lieu et les fonds nécessaires.
L’apport des Banû Mûssa à la musique mécanique
Avec les trois frères «Banû Mûssa », la musique mécanique à pris son essor dans le monde arabe à la fin du IXe siècle de notre ère.
Ils ne se sont pas contentés d’utiliser le cylindre pointé qui est un élément de base de la musique mécanique, mais ils ont englobé tout ce domaine ne donnant des procédés techniques assez avancés pour :
- Enregistrer graphiquement une mélodie à partir d’un flûtiste humain
- Répartir les chevilles sur le cylindre musical suivant une mélodie bien rythmée
- Accélérer ou retarder la vitesse de jeu suivant le rythme désiré
- Enregistrer sur un même cylindre deux ou trois mélodies
- Donner à ce cylindre un mouvement de translation latéral ou même hélicoïdal, pour passer d’une mélodie à une autre
- Associer au cylindre outre les leviers de la flûte, d’autres leviers permettant d’actionner des automates : luthiste, joueur de tambour ou danseuse , proposant par là un véritable orchestre automatique.
Quelques remarques
En 1992 le professeur archéologue Dimitros Paternalis dans ses fouilles dans le temple de Zeus Olympien à Dion, en Grèce, a trouvé la partie supérieure d'un orgue qui date du premier siècle avant J.C.
En 1994, cette partie fut exposée au palais de la musique à Athènes
En 1995 et avec l'appui du ministère de l'éducation, un prototype de l'orgue fut reconstitué en matière plastique
En 1996 un autre prototype fut reconstruit en métal.
Au mois d'août de la même année, l'orgue fut exposé en état de fonctionnent dans un congrès sur la musique organisé par l'association ECCD (European Cultural Centre of Delphi)
Dimensions des divers éléments telles que données par les Banû Mûssa
Voici les mesures adoptées par les Banû Mûssa pour la construction des différents éléments de leur instrument siffleur, telles que présentées dasn le texte.
(Une coudée = 45 cm à 50 cm; Un doigt = 2 à 2,5 cm; Un empan = 23à 24 cm)
1 - La pompe
A - Ses dimensions
longueur : 2 coudées
largeur : 2 coudées
hauteur : 2 coudées et demie
B - Ses éléments
la grande caisse ou pompe est divisée par une cloison verticale en deux compartiments identiques dont chacun renferme les éléments suivants:
- Une soupape circulaire de vidage pratiquée au fond du compartiment de diamètre six doigts.
- Un tuyau d'échappement qui traverse la surface supérieure du compartiment et se dirige vers le ballon compresseur de diamètre un doigt.
2 - Le bassin d'eau qui alimente la pompe
A - Ses dimensions
- longueur : 2 coudées
- larguer : 1 coudée et un quart de coudée
- hauteur : 1/2 coudée
Ce bassin est porté par quatre pieds de 1/3 de coudée chacun.
B - Ses éléments
- Ce bassin est traversé par deux tuyaux identiques dont chacun à un diamètre de 2 doigts et demi. Chacun de ces deux tuyaux conduit l'eau à son propre compartiment.
l'extrémité recourbée de chaque tuyau porte un clapet de diamètre 2 doigts et demi. À l'autre extrémité on a fixé un godet de quatre doigt de hauteur. Un robinet est accordé à ce tuyau juste avant le godet pour régler le débit d'eau.
Au centre du bassin, et entre les deux tuyaux, on a placé un axe qui peut tourner autour de lui-même. Cet axe porte un demi-anneau de deux doigts de largeur qui peut tourner dans un plan horizontal au-dessous des deux clapets.
3 - Le réservoir d'eau
Ses dimensions
Longueur : 1 coudée et 1/4 de coudée
Largeur : 1 coudée et 1/4 de coudée
Hauteur : 1/2 coudée.
4 - Le cylindre musical
Ses dimensions
Longueur: C'est la distance entre le premier et le neuvième orifice de la flûte.
Diamètre : Un empan ( ou un peu plus)
5 - La roue hydraulique
C'est une roue à aubes qui actionne la rotation du cylindre musical . Son diamètre est de 2 empans et demi.
6- La grande roue -poulie
Cette roue utilisée pour faire tourner le cylindre pendant les enregistrements, doit avoir un diamètre de deux ou trois coudées pour permettre un mouvement uniforme, après transmission par des engrenages.