la clepsydre

La clepsydre est une horloge à eau, fonctionnant sur le principe d'un écoulement régulier au fil du temps.

La plus ancienne clepsydre que l'on connaisse a été découverte à Karnak en 1904. Datée du règne d’Aménophis III, vers -1400, elle se trouve aujourd'hui exposée au musée égyptien du Caire. 

Elle est constituée d'un simple bol conique pourvu d'un orifice à la base, servant à l'écoulement de l'eau.La paroi extérieure comporte une description astronomique et mythologique du ciel nocturne égyptien tandis que la paroi intérieure est gravée de signes de mesure.

Un petit orifice situé à la base de l'objet permettait d'évacuer l'eau au goutte à goutte.

La mesure du temps se faisait sur des graduations lisibles à l'intérieur du bol.

La paroi extérieure comporte une description astronomique et mythologique du ciel nocturne égyptien.

On estime que les premières clepsydres ont été créées en Égypte vers -1600. Ce type de clepsydre à remplissage unique offrait une précision de l'ordre de 5 à 10 minutes.

Le principe de la clepsydre a également été utilisé par les Amérindiens.

Ce sont les Grecs qui améliorèrent la précision de la clepsydre vers -270. En raison de la baisse du niveau de l'eau, la pression à la sortie du bol se réduisait et le débit avec elle. Cela occasionnait une perte de précision. Les Égyptiens remédièrent à cela en graduant en conséquence les bols en fonction du niveau. Ils avaient également utilisé des bols en forme de cône, pour atténuer le problème de la pression. Mais la précision n'était toujours pas assez bonne. Pour maintenir la précision, il faut que le débit en sortie soit constant. Plusieurs solutions techniques ont été inventées : l'inventeur grec Ctésibios imagina un système utilisant le principe des vases communicants et de la soupape, il y a aussi une méthode consistant à réduire progressivement la surface de la clepsydre (en pyramide inversée par exemple) pour avoir un profil de débit constant, une troisième méthode est l'utilisation d'un vase de Mariotte. Ces méthodes permettent d'obtenir un débit constant et ainsi augmenter la précision de cette horloge à eau.

La clepsydre fut utilisée pour mesurer de courtes périodes, comme :   

• la durée d’un discours ou d’une plaidoirie en Grèce ;
• les durées des gardes dans la légion romaine ;
• la durée de moments courts lors d’expériences, comme celle de Galilée en 1610 sur la chute des corps ;
• la durée impartie à un candidat pour réaliser son épreuve dans Fort Boyard ;
• la clepsydre fut aussi utilisée pour mesurer le temps lorsqu’il faisait nuit, ou lorsque les conditions météorologiques ne permettaient pas l’utilisation des cadrans solaires.

Les Grecs perfectionnent l'instrument. Dans le modèle ci-contre, reconstitué en image de synthèse en 3 dimensions, on distingue 2 vases, l'eau en bleu, un flotteur en bas en blanc, une tige crantée, un cadran. Le fonctionnement est le suivant : un récipient non représenté sur le dessin laisse couler de l'eau dans le vase du haut par le tuyau du haut. Ce vase laisse écouler vers le bas un débit d'eau inférieur à celui qu'il reçoit. L'eau en excès s'écoule par le tuyau de gauche. Ainsi, le vase est toujours plein, la chute d'eau vers le vase du bas a toujours la même hauteur, et le débit reste constant. L'eau monte régulièrement dans le vase du bas, le flotteur pousse la tige crantée vers le haut, laquelle fait tourner l'aiguille par l'intermédiaire d'une roue dentée. Cette clepsydre ressemble bien à nos horloges, on comprend mieux maintenant son nom d'horloge à eau.

Les clepsydres les plus perfectionnées ont été celles réalisées par les Perses et les Chinois. En 807, le calife de Bagdad Haroun ar-Rachid offrit à Charlemagne une clepsydre mettant en branle des automates. Ce genre de clepsydre avait une vocation décorative plus qu'utilitaire. Et en 1088, l'ingénieur Su Song fit construire une clepsydre de plus de 10 mètres de haut à Kaifeng, Chine.

Parmi les clepsydres, il en est une qui mérite une description, tant par sa conception que par sa précision : la clepsydre à tambour, dite aussi clepsydre des moines.

Un peu d’histoire – Il semble que la plus ancienne description connue de son principe soit celle faite à la demande du roi Alphonse X de Castille vers 1277 dans le LIBRO DEL SABER (le livre du savoir). Il y est mentionné qu’elle était connue depuis environ 200 ans ! La clepsydre représentée sur la figure ci-contre est extraite du LIBRO DEL SABER (ouvrage de Rion y Sinobus en 1864) ; d’après le texte elle est réalisée en bois et le fluide en est le mercure ; sa rotation devait permettre à un astrolabe d’effectuer une rotation par jour.

la clepsydre à tambour

principe de fonctionnement :  “Le tambour” (fig. ci-contre), une boîte ronde disposée verticalement, est pourvu d’un axe dont les extrémités sont suspendues par deux cordelettes. Une fois le tambour remonté par l’enroulement des cordelettes autour de son axe, celui-ci libéré, tend à descendre tel un yo-yo, le point de suspension étant excentré d’un demi-diamètre d’axe du fait de l’enroulement. Pour rétablir l’équilibre et stabiliser la suspension, il suffit d’apporter un contrepoids ; pour ce faire, l’intérieur de la boîte est compartimenté par 7 cloisons disposées radialement. De l’eau en quantité appropriée occupe partiellement la partie basse du tambour. Dès la mise en rotation du tambour, sa partie inférieure s’élève du côté “trop léger” ; la masse d’eau qui s’y trouve sert dès lors de contre-poids, la situation s’équilibre et le cylindre cesse de descendre. Mais chaque cloison étant percée d’un petit trou calibré situé à la périphérie intérieure de la boîte, l’eau contenue dans les compartiments maintenant plus élevés s’écoule par gravité, remplissant à nouveau les parties basses. Ainsi, le contrepoids s’annule en permanence, les deux couples s’égalisent et le cylindre descend doucement en rotation ; le mouvement est régulier. C’est le diamètre des trous et la quantité d’eau qui jouent le rôle de régulateurs.

Autres moyens de mesure

 Le sablier:

Pour mesurer le temps, parallèlement au cadran solaire et à la clepsydre, l'homme fait agir à plein son imagination. Si on ne voit pas beaucoup la clepsydre dans un pays où l'eau est rare, elle est remplacée sans problème par le sablier. Son inconvénient est qu'il faut souvent le retourner pour mesurer des intervalles de temps relativement longs, mais il indique avec une bonne précision la durée d'une tâche à accomplir. Il est aussi un bon complément des deux instruments déjà cités. Son histoire parcourt les siècles et il est utilisé alors que les horloges ont été inventées. Citons deux anecdotes relatives à son utilisation :

Histoire:

Christophe Colomb, en 1492, a besoin de connaître l'heure pour faire le point sur sa situation. En effet, si déterminer la latitude du navire est facile depuis longtemps à partir de la position du soleil à midi ou de l'étoile polaire la nuit, trouver la longitude nécessite de faire un calcul d'estime de la distance parcourue entre deux points. Christophe Colomb connaît les horloges... à poids, lourdes, encombrantes, et incapables de fonctionner sur un navire. Il a donc à bord un sablier qu'un matelot doit retourner dès que le dernier grain de sable est tombé. La durée d'une coulée est voisine de la demi-heure. Mais la position calculée reste bien loin de la réalité. Plus près de nous, deux cents ans plus tard, en Flandre, on trouve un sablier accroché au mur de certaines écoles. Il indique la durée d'un exercice, d'une leçon.
Le sable, comme le temps, ne s'écoule pas bien vite pour les élèves qui sèchent !

La bougie:

La bougie est utilisée à la fois pour s'éclairer la nuit et pour connaître l'heure, à l'aide de graduations. Elle fait le bonheur des insomniaques. Sans être précise sur de longues durées, elle est précieuse pour des durées plus courtes. En Chine, on trouve de magnifiques horloges à combustion de bâtons d'encens. La lampe à huile joue le même rôle. Les graduations de temps sont peintes ou gravées sur le réservoir.

L'Anneau de paysan:

L'anneau de paysan, aussi appelé bague solaire ou cadran annulaire, est un cadran solaire de poche pouvant se porter comme une bague.

Au XVIII° siècle, des moines en Prusse auraient inventé ce pratique petit cadran solaire, qui indique l’heure d’après la hauteur du soleil. 

Il se compose de deux parties, l'une fixe où sont indiqués les mois à l'extérieur et les heures à l'intérieur, et l'autre pouvant coulisser, avec un trou permettant de faire passer un rayon de lumière. Le principe de fonctionnement est le suivant : on tourne la bague pivotante pour placer le trou en face du mois en cours. On laisse suspendre la bague au bout d’un cordon, et on la tourne de manière à placer le trou en direction du soleil. Un point lumineux apparait alors à l’intérieur de l’anneau et permet d’établir l’heure solaire à 15 minutes près.

Il était utilisé principalement par les paysans et autres voyageurs, bergers, pirates et flibustiers, qui pouvaient facilement avoir une estimation fiable de l’heure solaire locale.

Bien qu'il date du XVIII° siècle, une légende raconte qu'Aliénor d'Aquitaine en aurait offert un au roi Henri Plantagenêt au XII° siècle.

Follement éprise de Henri Plantagenet, elle lui offrit cette bague solaire afin qu'il soit à l'heure à ses rendez-vous galants. 

Henri Plantagenet, fort troublé par cette preuve d'amour, et séduit par cette petite merveille, convoque sur le champ son bijoutier, qui en exécute une miniature pour Aliénor, et y fait graver CARPE DIEM : "profite de l'instant présent".