Ctésibius

Ctésibios d'Alexandrie (en grec Κτησίϐιος / Ktêsíbios), parfois orthographié Ktésibios, était un ingénieur né au III^e siècle av. J.-C. à Alexandrie. Il est considéré comme le fondateur de l'école des mécaniciens grecs d'Alexandrie dont la tradition se poursuivra avec Philon de Byzance, Vitruve à Rome et Héron d'Alexandrie.

On ne connaît pas grand-chose sur sa vie, ni les lieux et dates de sa naissance et de son décès. On sait juste qu'il a vécu à Alexandrie vers -270, car des documents parlent d'une corne d'abondance chantante qu'il créa pour une statue de la femme du pharaon Ptolémée II.

Entre le piston, l'hydraule, le clavier, la soupape, le monte-charge, la clepsydre, l'horloge musicale, le canon à eau et bien d'autres inventions, Ctésibios était un authentique génie. Ses inventions ont eu un retentissement majeur sur la civilisation occidentale.

Il a laissé un ouvrage aujourd'hui perdu : Les Commentaires. On en connaît des bribes grâce à Héron d'Alexandrie qui en a repris des fragments dans sa Pneumatique.

Biographie

Fils de barbier, il s'intéresse très tôt à la mécanique et au fonctionnement des machines à eau : il y a alors sept aqueducs à Alexandrie et des centaines de réservoirs et de fontaines.

Alors qu'il n'a que seize ans, il invente une sorte de monte-charge, pour monter ou descendre des tables, qui fonctionne grâce à de l'eau sous pression.

Il crée également un système permettant d'orienter le miroir de barbier de son père dans n'importe quelle direction, à l'aide d'un système pneumatique. Le principe est encore utilisé dans les ressorts de rappel pour la fermeture des portes.

Perfectionnement de la clepsydre

Principe de la clepsydre de Ctésibios.

Article détaillé : Clepsydre.

C'est très certainement avec le perfectionnement de la clepsydre qu'il connaît une grande renommée. Créée en Égypte, la clepsydre était constituée d'un réservoir plein d'eau se vidant par une ouverture dans le bas, dans un deuxième récipient. Ce système était peu précis car plus le niveau de l'eau dans le premier récipient baisse, plus le filet d'eau qui coule est faible : le flux d'eau est donc irrégulier.

Ctésibios propose donc d'ajouter un troisième récipient entre les deux déjà existants. Ce vase intermédiaire est maintenu à niveau constant grâce à un trop plein.

Une variante comporte une sorte de flotteur qui obture plus ou moins l'ouverture du premier récipient à mesure que le deuxième récipient se remplit. Ainsi, lorsque l'eau atteint un certain niveau dans le deuxième récipient, l'ouverture dans le premier récipient est totalement fermée. Et lorsque le deuxième récipient se vide, le flotteur libère à nouveau cette ouverture, et le niveau remonte. Ainsi, le niveau de l'eau du deuxième récipient reste constant.

En conséquence, le flux d'eau passant du 2^e au 3^e récipient est constant. Cette clepsydre est donc beaucoup plus fiable. Ce système est toujours utilisé aujourd'hui, dans les chasses d'eau et les carburateurs d'automobile, par exemple.

Hydraule ou machina hydraulica

Reconstitution d'un orgue hydraulique

Une autre invention admirable de Ctésibios est celle de l'orgue hydraulique (hydraulos ou hydraule), le premier Orgue de l'histoire. Après avoir constaté les propriétés élastiques de l'air, Ctésibios cherche à les contrôler en créant le piston, ce qui n'était pas si simple à l'époque, à cause des problèmes de fuites d'air et plus encore, de fabrication de cylindres parfaitement réguliers. Pour prouver que son invention fonctionne, il décide de faire sonner des aulos (sortes de hautbois) grâce à son piston.

Le problème de la régulation de la pression de l'air se pose. Ctésibios propose l'eau comme moyen de régulation.

L'empereur Théodose remet la couronne de laurier au vainqueur. Piédestal (IVe s.) de l'obélisque de Théodose, sur l'hippodrome de Constantinople. On distingue bien l'hydraulos ou hydraule, en bas à droite.

Le principe est simple et génial : une cloche en bronze, le pnigée, est immergée dans un grand volume d'eau. Deux pistons alimentent une bulle d'air prisonnière sous le pnigée, via deux tuyaux abouchés au sommet du pnigée. Des clapets ou soupapes empêchent le retour de l'air vers les pistons. Ensuite, l'air, sous la pression de l'eau, sort du pnigée par une 3^e perforation à son sommet vers les tuyaux. Un clavier (qui est donc aussi l'invention de Ctésibios) permet d'ouvrir ou fermer l'accès de l'air à ces tuyaux : le premier instrument à clavier est né, c'est l'hydraule (hydr(o)- ("eau") + aulos ("flûte")). D'où vient le mot actuel d'hydraulique donné à la science de l'écoulement de l'eau.

Ces instruments avaient des dimensions certes réduites, mais étaient extrêmement puissants (pression d'air trois fois supérieure à celle des orgues d'aujourd'hui).

L'hydraule connaît un succès fantastique et fulgurant, qui ne s'est jamais démenti depuis. On a commencé à organiser des concours d'orgue dans toute la Grèce très rapidement. L'hydraule était même utilisé pour couvrir le vacarme des spectateurs dans les cirques romains. On a aussi retrouvé des restes d'hydraules à Aquincum (aujourd'hui Budapest) en Hongrie, à Dion en Macédoine grecque, à Aventicum en Suisse^[1] et à Pompéi (entre autres).

On a une description complète de l'hydraule dans le Livre X du De Architectura du grand architecte du I^er siècle Vitruve. Isaac Newton, 16 siècles plus tard, donnera lui-aussi une description de l'hydraule.

Autres inventions

En associant l'hydraule à la clepsydre, Ctésibios a créé la première horloge musicale. Il y a ensuite associé des automates, créant ainsi les premiers jacquemarts.

Il a créé des canons à eau pour envoyer des projectiles au-delà des remparts de la ville. Il a proposé des perfectionnements au système de distribution d'eau dans Alexandrie.

Notes et références

Sources

• Colin Ronan, Histoire mondiale des sciences (1988), 2^e édition, Seuil (ISBN 2020362376) (pour la partie sur sa vie et l'amélioration de la clepsydre).

• Articles hydraulus et horologium dans Dictionnaire des antiquités grecques et romaines, Daremberg et Saglio 1920.

• Tittel, article hydraulus, dans Realencyclopädie der klassischen Altertumwissenschaft, Pauly et Wissowa.

• Ch. MacLean, The principle of the hydraulic organ. S.I.M. 1905.

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