MÉCANIQUE

Principes généraux de mécanique.

Le livre X du Traité de Vitruve est consacré tout entier à la description de toutes les machines employées, tant dans la vie civile, que dans l’art militaire. Les éléments delà plupart de ces machines étaient comme aujourd’hui, le levier et la poulie, où existent les mouvements rectiligne et curviligne avec leurs transformations réciproques. Il divise les machines en trois espèces principales :

l°Les machines servant à monter, nommées scansorium et en grec âxpopaTixôv

2° Celles qui ont pour principe la pression de l’air, ou en grec «veu^aTixov ; ce sont les soufflets, les pompes, les orgues, et les divers appareils imaginés par les physiciens d’Alexandrie.

3° Celles qui sont destinées à soulever les fardeaux, nommées (3ap oû).xov.

Pour le premier genre , Vitruve en dit très peu de choses :

Les scansorium sont des machines disposées de telle sorte qu’à l’aide de poutres dressées et de traverses, on puisse, sans danger, s'élever pour

examiner les préparatifs (probablement d’attaque). . . Il faut plus de courage que d’adresse pour se servir de ces machines soutenues par des chames, des traverses, des liens entrelacés, des arcs-boutants.

Ce devait être probablement des sortes d’échelles articulées, analogues à celles qu’on emploie aujourd’hui dans les incendies et destinées à servir dans les sièges, soit aux assiégeants pour voir pardessus les murs, soit aux assiégés pour découvrir les travaux des premiers. Il n’en est plus question dans le reste de l’ouvrage ; d’après d’autres interprétations, ce serait des échafaudages; mais alors Yitruve en aurait plutôt parlé à propos des constructions.

Il divise aussi les machines en deux classes d’après la force nécessaire pour les mouvoir :

Les unes se meuvent (xrj^avtxwc; , et les autres opyavtxwç. Entre les machina et les organa , il me semble qu’il y a celte différence , que les machinœ demandent pour produire leur effet plus de bras et de force , comme les balistes et les arbres des pressoirs ; les organa maniés adroitement par un seul homme remplissent leur but ; tels sont les scorpions et les anisocycles, (probablement les arbalètes et les sarbacanes).

Le mouvement circulaire qui existe dans la plupart des machines, Yitruve Je croit pris par les hommes dans la nature, dans l’observation du mouvem.ent circulaire du monde, du soleil, de la lune et des cinq planètes. Le mécanisme qui produisait leur mouvement propre devait , en effet, paraître bien surprenant aux anciens ; et il est resté inexpliqué, en effet, jusqu’à ce que la cause en ait été donnée seulement par Newton.

Comme Lucrèce le fait remarquer aussi, c’est d’après 'V itruve la nécessité qui a conduit les hommes à l’invention des premières machines :

Le nécessité suggéra la première invention, le vêtement; elle apprit à entrelacer à l’aide de machines la chaîne et la trame, pour protéger le corps en le couvrant, et encore pour servir à son ornement. Nous n’aurions pas eu les vivres en abondance, si l’on n’eût inventé pour les bœufs et toutes les bêtes de sommes, le joug et la charrue. Sans les moulinets, les pressoirs, les leviers,

nous ne pourrions faire la liqueur extraite de l’olive, ni du fruit de la vigne. Comment pourrait-on les transporter sur terre, si l’on n’avait inventé les chariots et les voitures, et sur mer, les vaisseaux?

Le contrôle que permet l’emploi des balances, des trébucliets et des poids, empêche la fraude et introduit la probité dans les relations. Il existe encore une infinité d’autres machines, dont il semble inutile de parler, parcequ’elles sont d’un usage journalier, comme les roues, les soufflets de forge, les carrosses, les voitures, les tours et toutes les autres qui sont d’un emploi habituel. Je me contenterai d’expliquer ici celles dont on se sert plus rarement.

Il paraît néanmoins pins que problématique que ce soit l’observation du mouvement circulaire du ciel, et encore moins le mouvement propre des astres du système solaire qui ait dirigé les hommes dans l’invention des premières machines ; car ces machines sont, pour ainsi dire, intuitives, et ont été employées bien avant que l’on ait possédé les moindres notions de cosmographie. Ainsi qu’aujourd’hui on le constate encore, les sauvages et même les animaux ont , pour ainsi dire , dans leurs actions le sentiment du principe du levier. Mais cette idée de Vitruve est la conséquence des idées d’Aristote, qui considérait le mouvement circulaire et uniforme comme le plus parfait des mouvements.

La démonstration des principes de l’équilibre des forces appliquées aux machines est plutôt intuitive que rigoureuse, et repose uniquement sur le principe du levier, et même du premier genre, dont Vitruve cite un grand nombre d’applications. Quant à la démonstration du principe du levier, il la donne, pour ainsi dire, comme un fait expérimental. On reconnaît toutefois qu’il a le sentiment du principe des vitesses virtuelles, ou de la constance du produit de la force par le chemin parcouru par le point d’application.

Vitruve montre d’abord que toutes les machines ne sont qu’une combinaison, grâce aux câbles, de transformations de mouvements rectilignes et circulaires :

Les machines doivent leurs mouvements et leurs propriétés à la coexis- * tence de deux choses différentes et dissemblables; les principes de ces appareils dépendent de deux effets, l’un du mouvement rectiligne, appelé parles Grecs s üôeïa, l’autre du mouvement circulaire appelé xuxXwvij ; mais sans rotation les mouvements rectilignes, ni sans celui-ci , les rotations ne peuvent produire l’ascension des fardeaux.

C’est ce qu’il explique d’abord par la description de la chèvre, dont il sera parlé plus loin. De même dans l’emploi du levier qui sert à soulever les fardeaux ; ce levier semble être coudé à la partie inférieure, avec le sommet de l’angle placé sur un support résistant, nommé en grec û-ogô^Xiov ; car il appelle Unguia la partie placée sous le fardeau. Vitruve explique également que l’on peut déplacer le fardeau, mais plus difficilement, en soulevant l’extrémité de la grande branche (caput) au lieu de l’abaisser ; il considère le sol comme agissant de la même manière que le fardeau précédemment, et celui-ci comme le point d’appui. Il énonce en réalité le principe du levier du second genre, mais sans expliquer pourquoi, en vertu du rapport des bras du levier, l’effort à exercer dans ce cas doit être plus considérable.

Il justifie le principe du levier par l’emploi de l’espèce de balance, que nous appelons romaine et lui statera :

C est ce qu’on peut reconnaître dans les balances nommées statères ; l’anse est plus rapprochée de la tête où est suspendu le bassin et sert de centre ; le contrepoids est déplacé dans l’autre partie du fléau, le long des divisions de plus en plus loin jusqu’à l’extrémité, et rétablit l’équilibre malgré son poids moindre, par suite de sa plus grande distance au centre du fléau. Ainsi la faiblesse du contrepoids, acquérant une plus grande force par le moment de son poids, sans violence et peu à peu, force le poids opposé à s’élever.

Vitruve cite ensuite comme exemples du levier la barre du gouvernail, l’effet des voiles qui agissent avec d’autant plus d’énergie qu’elles sont placées plus haut. Mais il y a là une erreur ; car dans ce cas , le mouvement produit est

rectiligne, et cet effet est dû, comme on le sait, à ce que le vent est plus intense à une certaine distance du sol; seulement de hautes voiles peuvent avoir plus d’influence sur le tangage des navires. Pour les rames, Yitruve indique également que plus elles sont longues, plus elles agissent pour accélérer la vitesse du bateau ; mais il ne reconnaît pas qu’il y a là , en réalité , un levier du second genre, le point d’appui étant l’eau, dans laquelle se déplace l’extrémité de la rame.

Outre Faction du levier pour déplacer les fardeaux, Vitruve connaissait le principe de la composition et de la décomposition des forces parallèles, sur lequel on s’appuie pour l’équilibre du levier. Il cite à cet effet le procédé employé pour transporter les fardeaux ; on les suspendait à des brancards portés sur les épaules par plusieurs hommes. Seulement il recommande de bien placer le fardeau au milieu et de retenir par des chevilles les courroies qui servent à le suspendre :

Car, dit-il, si le fardeau s’écarte du centre, il pèse davantage sur l’épaule de celui dont il s’est rapproché , comme agit dans la statère le poids qui est poussé avec l’index vers l'extrémité du fléau.

De même , les boeufs exercent la même traction quand les jougs sont réunis au milieu par des courroies ; s’ils ont des forces inégales , et que l’un l’emporte sur l’autre , à l’aide d’une courroie , on rend une partie du joug plus grande que l’autre , et on soulage de cette façon le bœuf le plus faible. Ainsi donc, quand dans les jougs et les brancards, les courroies ne sont pas fixées au milieu , mais s’en écartent, elles rendent une partie plus grande que l’autre ; si autour de ce centre , par lequel passent les courroies, les deux extrémités décrivent des circonférences dans le même rapport , la partie la plus longue parcourt un plus grand cercle , et la plus petite un cercle moindre.

Cette dernière remarque renferme implicitement l’énoncé du principe des vitesses virtuelles, dont Vitruve cependant ne conçoit pas toute la portée; mais il comprenait bien que les forces dans les machines en équilibre , sont en raison inverse du chemin parcouru par les points d’application, comme le prouve ce qui suit :

De même que les roues moindres ont des mouvements plus durs et plus difficiles , de même les brancards , dans lesquels l’intervalle du centre à l’extrémité est moindre , pèsent plus sur les épaules des porteurs ; le côté le plus long , au contraire , paraît plus léger à ceux qui tirent et portent. Puisque donc ces appareils reçoivent leurs mouvements par suite des distances et des rotations par rapport au centre, de même les chariots, les voitures , les tympans , les roues , les vis , les scorpions, les balistes, les pressoirs-et les autres machines , mues suivant les mêmes rapports de la distance au centre du cercle décrit, produisent les effets qu’on se propose d’obtenir. .

Des machines propres à soulever et déplacer les fardeaux.

Vitra ve indique la construction de diverses machines destinées à soulever les fardeaux, employées évidemment dans les constructions et analogues à celles qui sont encore en usage aujourd’hui; les expressions grecques dont il se sert montrent que ces machines avaient déjà dû être employées par les Grecs peut-être déjà dans la construction de leurs magnifiques temples.

La première machine décrite est une sorte de chèvre; elle est formée de trois poutres réunies en haut par une cheville, écartées par le bas, et maintenues à l’aide de cordes fixées à leur tète. Au sommet, on place un moufle, nommé trochlea ou recha/mus , formé de deux poulies superposées ; on y joignait une poulie mobile. Le câble dont une extrémité était fixée à la poulie mobile, après avoir passé sous cette poulie , et au-dessus des deux poulies du moufle supérieur, allait s’enrouler sur un treuil placé entre deux des poutres formant la chèvre; ce treuil était mis en mouvementé l’aide de leviers introduits dans des cavités percées dans sa tête, comme on le fait encore aujourd’hui. Les pierres destinées à être soulevées portaient deux trous dans lesquels pénétraient les extrémités des branches d’une sorte de pince de fer suspendue au moufle inférieur, système employé encore aujourd’hui dans les sonnettes à tiraude destinées à enfon-

cer les pilotis, comme le représente la fig. 7 ; le câble z est fixé à la poulie inférieure, et la traction en rapprochant les deux branches qui tournent autour d’un boulon, maintiennent suspendue la pierre à l’aide des deux branches pénétrant dans les cavités a et e. Le moufle formé de trois poulies dont deux sont fixes et l'une mobile se nomme tripastos, et l’on nomme pentapastos celui dans lequel il y a trois poulies fixes et deux mobiles.

Si l’on doit se servir de la chèvre pour soulever de très gros fardeaux et lui donnera de plus grandes dimensions , et on emploiera le procédé suivant pour la dresser :

On fixera par des cordes une poulie au sommet de la machine ainsi que l’extrémité d’un câble ; plus loin à un pieu est attachée une poulie. Le câble passe autour de la circonférence de cette dernière, revient à la poulie du sommet de la machine, qu’il enLoure, puis il redescend et se rend au

Fig. 8.

Fig. 7.

treuil que porte vers le bas la machine où il est attaché. On tourne le treuil à l’aide de leviers et la machine est ainsi relevée ; à l’aide de câbles disposés tout autour, et de liens attachés à des pieux, la machine est fixée plus solidement. On place ensuite les moufles et les câbles, comme il a été dit plus haut.

La fig. 8 donne , d’après la traduction de M. Maufras , l’idée de la disposition indiquée par Yitruve.

Fig. 9.

Celui-ci indique encore divers procédés pour soulever les fardeaux très lourds avec la même chèvre , quand l’emploi d’un simple treuil est insuffisant. On prend deux moufles l’un fixe, l’autre mobile. Le moufle supérieur renferme quatre poulies, et le moufle inférieur deux. — Le milieu d’un câble passe dans l’anneau médian du moufle inférieur, où il est lié par des ficelles , de manière à ne pouvoir glisser ; puis les deux brins passent successivement sur les poulies du moufle supérieur et inférieur pour aller enfin se fixer tous deux sur un treuil. Celui-ci est mis en mouvement à l’aide d’une corde enroulée sur une sorte de tambour et tirée au moyen d’un cabestan , comme le montre la figure 9 extraite du même ouvrage. Yitruve indique également

l’emploi des roues à cheville ou d’un tambour dans lesquels des hommes en marchant (cal cantes) font tourner un treuil, comme cela se pratique encore dans les carrières des environs de Paris. Il donne cette dernière disposition comme très avantageuse, ce qui prouve que les anciens avaient déjà constaté qu’un des moyens les plus profitables pour utiliser le travail de l’homme consiste à lui faire monter son propre poids.

Yitruve décrit , en outre , une autre machine qui a servi de type à la construction des grues.

Il existe un autre genre de machine , dit-il, assez ingénieuse, très expéditive , mais elle ne peut être dirigée que par un homme adroit. Elle se compose d’une poutre dressée et retenue de quatre côtés par des cables ; elle porte en haut des anses dans lesquelles on fixe un moufle

Ce moufle est formé , comme le moufle mobile par la réunion de neuf poulies dont trois sur le même axe, et trois superposées dans la même chape. Trois cables parallèles indépendants forment ainsi vingt-un brins entre les deux moufles. Arrivés au bas de la machine, ils passent dans un moufle formé de trois poulies tournant sur le même axe et formant poulie de renvoi ; chaque câble enfin est tiré par un ou plusieurs hommes .

Ainsi , dit il , trois rangées d’hommes , sans cabestans , élèvent promptement un fardeau au sommet. Ce genre de machine se nomme polypastos , parce que, grâce aux nombreuses poulies , elle procure autant de facilité que de promptitude. L’emploi d’une seule poutre présente cette utilité, que , en l’inclinant auparavant autant qu’on veut, à droite ou à gauche, on peut déposer le fardeau vers les côtés.

Quoique le sens ne soit pas très net, ni facile à saisir, il semble résulter de ce passage , qu’on pouvait en relâchant ou resserrant les câbles qui soutenaient la poutre , nonseulement l’incliner, mais aussi la faire tourner, et s’en servir comme on le fait des grues aujourd’hui. Ce qui suit , le démontre également :

-Tl -

Le principe de toutes les machines, décrites précédemment, sont utiles, non-seulement pour ce but (élever des fardeaux), mais encore pour charger et décharger les navires , les unes droites , les autres couchées , placées sur des pièces de bois mobiles. De même, sans se servir de poutres dressées , mais de machines placées sur le sol , d’après le même principe , et par l’emploi de câbles et de poulies, on peut tirer les navires hors de l’eau.

Ce procédé pour tirer les navires à terre était déjà connu d’Archimède qui, comme le dit Plutarque (vie deMarcellus), à l’aide de poulies et de cordes , au grand étonnement du roi Hiéron , déplaça de cette façon une galère chargée d’hommes et déjà tirée à terre; il s’était contenté, s’étant assis à terre , à quelque distance, sans effort de tirer doucement le bout d’une corde passant dans une machine formée de plusieurs poulies ; il amena ainsi à lui la galère qui glissait aussi facilement que si elle se fût trouvée sur l’eau.

Il y a évidemment un peu d’exagération dans le récit de Plutarque ; probablement la galère avait été placée d’avance sur des rouleaux de bois; la même exagération existe aussi dans la description des moyens employés par Archimède, dans la défense de Syracuse, comme de soulever à l’aide de griffes de ferles navires ennemis pour les laisser retomber, ou de les incendier à l’aide de miroirs concaves. Les Romains, pour se faire valoir, n’ont pas manqué, dans cette circonstance, comme dans d’autres , d’exagérer la grandeur des difficultés qu’ils ont eu à vaincre.

Pour terminer ce qui est relatif aux machines destinées au transport des fardeaux, Vitruve indique des dispositions particulières qui furent employées dans la construction des temples d’Ephèse pour le transport des colonnes et des architraves, depuis la carrière jusqu’au chantier.

L’architecte Chersiphon, craignant qu’en chargeant les fûts des colonnes sur un chariot, les roues ne vinssent à s’enfoncer à cause de la grandeur du poids et du défaut de solidité du sol, eut l’idée de placer ces colonnes sous forme de rouleaux, dans un châssis rectangulaire, dont deux

côtés opposés recevaient les tourillons fixés dans la colonne ; ce châssis était ensuite tiré par des bœufs. La figure 10 donne une idée de cette disposition.

Fig. 10.

Pour le transport des architraves, son fils Métagène employa un procédé analogue ; quoique la description que donne Vitruve de l’appareil ne soit pas très claire, il semble que Métagène ait enfermé les extrémités des architraves dans deux roues de douze pieds : des boulons fixés dans la pierre au centre de ces roues devaient tourner, comme précédemment, dans les deux côtés opposés d’un cadre rectangulaire traîné par des bœufs. Vitruve fait remarquer toutefois que la distance à parcourir n’était pas grande, et le chemin toujours plan et non incliné. Pour donner une idée nette de cette disposition, Vitruve cite les rouleaux qui servent dans les palestres à aplanir les allées, ce qui prouve que le macadam, n’est pas, quant à son principe, d’invention moderne.

Enfin, il mentionne encore, à ce sujet, que de son temps, un archictecte Romain, nommé Paconius ayant à transporter un énorme bloc de pierre devant servir de piédestal à une statue d’Apollon , voulut employer un procédé semblable à celui de Métagène.

Il fit faire des roues d’environ quinze pieds et y renferma les deux bouts de la pierre ; tout autour de celle-ci, il disposa circuloirement des fuseaux de deux pouces de grosseur allant d’une roue à l’autre, à un pied de dis-

tance l’un de l’autre. Il enroula un cable autour de ces fuseaux qu’il fit tirer par des bœufs. A mesure que le cable se déroulait, il faisait tourner les roues ; mais il ne pouvait déplacer la machine en ligne droite, et la faisait dévier d’un côté et d’autre. Il fallait reculer sans cesse. Ainsi, à force d’avancer et de reculer, Paconius épuisa toutes ses ressources, au point de devenir insolvable.

Evidemment l’insuccès de la machine de Paconius tenait à ce que la traction n’était pas centrale ; mais avec quelques perfectionnements il aurait pu arriver à son but.

En résumé, on voit que les anciens connaissaient très bien l’emploi des trois machines simples, le levier, le treuil, et les poulies simples et composées ; même ils étaient arrivés à faire des moufles de formes très variées ; il est évident qu’ils connaissaient et employaient aussi le plan incliné.

Machine destinée à inscrire le chemin effectué par une voiture

ou un bateau.

En terminant ce qui est relatif aux diverses machines, Yitruve décrit un compteur très ingénieux destiné à mesurer et enrégistrer le chemin parcouru par une voiture ou un navire. Ce compteur est construit d’après les mêmes principes que ceux qu’en emploie encore aujourd’hui; Vitruve en attribue l’invention aux anciens ; probablement il était dû à quelqu’astronome ou physicien de l’Ecole d’Alexandiie et avait peut-être servi à mesurer, comme l’avait fait Eratosthène, la distance d’Alexandrie à Syène pour en déduire la grandeur du rayon de la terre, ou la distance de l’île de Rhodes à Alexandrie, comme le fit Posidonius. En voici le principe : l’essieu des roues porte au milieu une petite roue avec une dent saillante. Le compteur, placé dans la voiture, est formé d’abord d’une roue verticale munie de 400 dents, mise en mouvement par la dent de l’essieu ; elle porte également un doigt qui engraine avec une

roue ou tambour horizontal, portant également 400 dents. A chaque dent correspond une ouverture qui traverse la roue et dans laquelle on a mis un petit caillou ; le fond de la boite qui contient cette roue porte une seule ouverture par laquelle tombe un caillou toutes les fois que la roue horizontale a tourné d’une dent ; la seconde roue a fait alors un tour entier, et l’essieu de la voiture 400 tours ; le diamètre des roues étant de 4 pieds, leur circonférence est de 12,56 pieds, et pour 400 tours, le chemin total parcouru est de 5044 pieds que Vitruve estime être 5000 pieds ou mille pas. Ces cailloux, en tombant, sont conduits dans un bassin de cuivre ; le bruit de la chute annonce que l’on a parcouru un mille et le nombre de cailloux tombés pendant une journée indiquera le nombre de milles parcourus. Si on avait eu un moyen de mesurer le temps, on aurait eu la vitesse du véhicule ; mais cette dernière mesure était plus difficile, vu que les clepsydres à eau n’étaient pas transportables, et les sabliers n’étaient pas encore employés.

Vitruve indique la construction d’un appareil analogue destiné à la mesure du chemin parcouru par un navire :

Un axe traverse, dit-il, les parois du navire, ayant ses extrémités hors du navire ; on fixe sur celles-ci des roues ayant quatre pieds de diamètre et portant sur leur circonférence des aubes touchant l’eau ; au milieu de l’axe est fixé un tambour avec une seule dent dépassant la circonférence.

Le reste de l’appareil est identique à celui des voitures.

Ainsi, quand le navire possédera une certaine vitesse, par l’action des rames ou du vent, les aubes qui portent les roues, touchant l’eau , sont poussées en arrière violemment, font tourner les roues, qui à leur tour agissent sur l’axe et celui-ci sur le tambour

De là à prendre ces roues comme moyen de propulsion du navire, il n’y avait qu’un pas, mais il fallu du temps pour le franchir. La seule erreur de Vitruve, c'est d’admettre que la vitesse de la roue à la circonférence est exactement égale à celle du navire, tandis qu’elle est sensiblement

moindre ; cependant le principe de cet appareil est celui qui a été utilisé dans le moulinet de Voltmann pour mesurer la vitesse des cours d’eau et dans les anémomètres.

Machines destinées à élever l'eau et Orgues hydrauliques.

Les principales machines destinées à élever l’eau, que décrit Vitruve, sont le tympan, dont on lui attribue l’invention, la Vis d’Archimède, la Pompe de Gtesibius qui n’est autre que la pompe à incendie actuelle ; il y ajoute la description des orgues, qu’il nomme hydrauliques, quoique l’eau n’y joue qu’un rôle peu important.

Tympan. Vitruve indique le procédé employé pour construire simplement le tympan, qui, dit-il, n’élève pas l’eau très haut, mais peut en enlever une grande quantité à la fois. Le tympan , formé de deux cercles de bois parallèles, est fixé au milieu d’un arbre muni de pivots de fer reposant sur deux lames de fer ; on le divise en huit compartiments par des cloisons touchant l’axe et allant jusqu’à la circonférence ; le cylindre qui forme la surface latérale du tympan est formé de planches, dans lesquelles on ménage huit ouvertures de 1/2 pieds pour laisser pénétrer l’eau; dans l’arbre de couche on creuse huit canaux aboutissant au dehors par l’un des côtés ; on recouvre le tout de poix, comme on le fait pour les navires.

Des hommes le font tourner avec leurs pieds, et puisant l’eau par les ouvertures qui existent sur la circonférence, ils la déversent par les canaux creusés suivant l’axe dans un vase de bois placé au-dessous auquel est adapté un conduit. C’est ainsi qu’on peut se procurer une grande quantité d’eau pour l’arrosage des jardins ou l’approvisionnement des salines.

Il s’agit ici probablement des marais salants placés sur les bords de la Méditerranée, dans lesquels on doit amener l’eau artificiellement par suite de l’absence du flux et du reflux.

Roue à aubes. Pour élever l’eau plus haut, Vitruve indique l’emploi d’une roue à aubes.

Autour de la circonférence de la roue, on place des vases rectangulaires rendus étanches par de la poix et de la cire. De cette façon, quand la roue est mise en mouvement à l’aide des pieds, les caisses pleines élevées jusqu’en haut, en retournant vers le bas, déversent dans un réservoir l’eau qu’elles ont montée.

Vitruve n’indique pas comment on mettait la roue en mouvement à l’aide des pieds, non plus que pour le tympan. Des hommes se tenant à une traverse supérieure par les mains, probablement actionnaient la roue avec leurs pieds, en poussant sur des traverses fixées sur la circonférence. Peut-être les aubes étaient-elles placées sur un des côtés de la roue, et de l’autre y avait-il des chevilles sur lesquelles se soutenaient les hommes qui devaient la faire tourner, ou bien y avait-il une deuxième roue à chevilles.

Noria. Pour élever l’eau encore plus haut, on place sur l’axe d’une roue une double chaîne de fer, descendant jusqu’à l’eau et portant des sceaux d’airain.

Ainsi le mouvement de la roue, en faisant tourner la chaîne autour de l’axe amènera les sceaux en haut ; ceux-ci, quand ils auront dépassé l’axe, se renversent nécessairement et vident dans un réservoir l’eau soulevée.

On voit par ce que dit Vitruve pour la noria, ainsi quepour les autres appareils cités , le tympan , la roue à aubes , que très probablement sur le même axe on fixait une roue à chevilles, extérieure au cours d’eau, qu’un homme mettait en mouvement en montant à l’aide des chevilles.

Des Roues hydrauliques et des Moulins à Farine. Pour faire tourner les roues destinées à élever l’eau, Vitruve dit qu’on peut remplacer les roues mises en mouvement par les pieds, par des roues portant sur leur circonférence des aubes planes, actionnées par le choc du courant d’une rivière.

Ces roues sont évidemment les roues à aubes planes employées dans les chûtes d’eau ou les roues pendantes placées dans les rivières.

Gomme application des mêmes moteurs hydrauliques, Vitruve en indique l’emploi comme moteurs des moulins à eau.

Quoique la description de ces derniers soit très succincte et incomplète, on reconnaît qu’ils étaient faits d’après le type conservé jusqu’à nos jours. Ceci prouve que les Romains ne se servaient pas seulement de moulins à bras, que l’usage des moulins à eau était déjà connu. Voici ce que dit Vitruve de l’agencement des moulins:

De la même manière on fait tourner les moulins à eau, dans lesquels la disposition est la même, si ce n’est que à l’une des extrémités de l’axe on fixe une roue dentée. Celle-ci placée d’aplomb tourne dans un plan vertical avec la première ; contre elle est placé un tambour plus petit, également denté (la lanterne de nos moulins), et horizontal ; il contient un axe ayant à son sommet un tenon en fer en queue d’aronde qui soutient une meule. Ainsi les dents de la roue, fixée sur l’arbre en poussant les dents de la roue horizontale, produisent la rotation des meules. Dans cette machine, un entonnoir suspendu au-dessus fournil le blé aux meules, et par suite de la rotation, se trouve ainsi produite la farine.

De la vis qui élève une grande quantité d'eau, mais non très haut.

La vis dont il s’agit ici est la vis d’Archimède ; Vitruve indique le procédé employé pour la construire, comme on le faisait probablement dans l’antiquité.

On prend une pièce de bois cylindrique, ayant autant de pieds de longueur que de doigts d’épaisseur (c’est-à-dire 16 fois plus longue que large). On trace sur la surface latérale huit génératrices parallèles, et des cercles parallèles aux bases, séparés les uns des autres par une distance égale à celle qui sépare les génératrices ; puis on marque avec soin tous les points d’intersection. Prenant alors une tige flexible de saule, enduite de poix liquide, on part du pre-

mier point de division et l’on continue à la faire passer obliquement par les intersections successives , de manière à revenir à la génératrice primitive, quand la branche d’osier a passé par huit intersections. D’après les indications de Vitruve , si H est la hauteur, le diamètre du noyau central

est égal à —, et la circonférence à — ; la distance de

7rH

deux génératrices est ; c’est également la distance de

7tH

deux cercles ; le pas de chaque spire est égale à — , et il

y a par conséquent spires dans toute la hauteur ou

environ 5. On faisait ainsi 8 spires parallèles ou 8 canaux semblables.

On colle sur les premières baguettes d’autres semblables également enduites de poix, jusqu’à ce que la largeur soit devenue la 1/8 partie de la longueur, c’est-à-dire que les spires héliçoidales aient atteint la largeur du noyau central. On place au-dessus des planches qui enveloppent complètement l'appareil, on les enduit de poix, et on les consolide par des cercles en 1er. On fixe aux extrémités des

Fig. H.

pivots de fer reçus dans des anneaux fixés à un châssis, et des hommes font tourner toute la machine avec leurs pieds.

La figure 11 donne une idée de la manière dont des hommes pouvaient faire tourner par leurs pieds la vis d’Archimède.

L’inclinaison donnée à l’axe de la vis était celle qui correspond au triangle rectangle de Pythagore dont les côtés sont 5, 4, 3; la tangente de l’inclinaison à l’horizon est donc égale à f ou environ 37°, angle moindre que celui de la tangente à l’hélice avec la base du cylindre qui est de 45°, d’après la construction donnée plus haut.

Après avoir décrit les machines faites avec du bois, destinées à élever l’eau, Yitruve passe à la description des machines faites de métal, c’est-à-dire les pompes.

De la machine de Ctésibius , qui élève Veau très haut.

Cette machine n’est autre que la pompe foulante, presqu’identique à la pompe à incendie employée aujourd’hui.

Le fut-elle dans ce but pendant l’antiquité? Ce que l’on sait du moins c’est que ce ne fut que sous le règne de Louis XIV que les pompes à incendie furent introduites en France, et que l’on commença à organiser les compagnies de pompiers. Voici le résumé de la description de Vitruve.

Deux corps de pompes d’airain (fig. 12) a a sont munis de deux tubes xx qui viennent aboutir à un petit bassin placé au milieu, et dont les orifices sont fermés par des soupapes, empêchant le retour de l’eau dans les corps de pompe. Dans

le fond du corps de pompe sont pratiquées des ouvertures également fermées par des soupapes. Au-dessus du vase médian est fixé une sorte d’entonnoir renversé se prolongeant par un tuyau qui s’élève très haut. Mais Vitruve omet de dire que ce tuyau devait plonger jusqu’à la partie inférieure du réservoir , quoique ce qui suit , donne lieu de penser qu’il en était ainsi.

Ainsi dans les corps de pompe, des pistons, polis au tour et enduits d’huile introduite par le haut, sont mis en mouvement à l’aide de tiges et de leviers; en allanl et venant, ceux-ci compriment par leur mouvement fréquent l’air qui y est avec l’eau, tandis que les soupapes ferment les ouvertures ; ils forcent ainsi en augmentant les pressions l’eau à passer dans le réservoir à travers les orifices de3 tuyaux ; d’où ensuite la cloche inférieure recevant l’air insufflé, chasse et élève l’eau à travers le tuyau. C’est ainsi que, d’un réservoir placé dans un lieu inférieur l’eau est envoyée sous forme de jet.

Il semble bien résulter de ce passage que le tuyau d’ascention devait plonger dans le vase du milieu.

Pour terminer Vitruve ajoute :

Ce n’est pas la seule invention attribuée à Ctésibius ; il y en a d’autres dans lesquelles l’eau poussée par la compression de l’air produit des effets imités de la nature ; telles sont les machines hydrauliques imitant le chant des oiseaux , des petites figures creuses, que déplacent d’autres figures en buvant (peut-être des ludions), et d’autres machines faites pour charmer les sens de l'ouie et de la vue.

Vitruve dit avoir indiqué dans ce chapitre les principales machines hydrauliques utilisées dans la pratique, de même que les horloges dans le chapitre précédent.

Quant aux autres machines faites non pour l’utilité, mais pour le plaisir, ceux qui en désireront connaître le mécanisme ingénieux pourront les trouver dans les ouvrages de Ctésibius.

Il est extraordinaire, comme je l’ai déjà fait remarquer, que Vitruve ne parle que de Ctésibius, dont les œuvres 1 est vrai, ne nous sont pas parvenues, tandis qu’il ne dit

rien de Héron, ni de Philon de Bizance, les disciples de Ctésibius. Gela prouverait, qu'à Rome, dans les bibliothèques on ne possédait pas tous les ouvrages scientifiques, comme je l’ai déjà dit précédemment; ce que Yitruve donne de géométrie, semble démontrer, en effet, qu’il ne connaissait pas Euclide, qu’il ne cite pas une seule fois, tandis qu’il parle de mathématiciens et d’astronomes moins célèbres.

La figure 12 est, d’après M. Maufras, le croquis de la pompe de Gtesibius, donnée du reste avec quelques modifications dans le traité de Héron traduit par M. de Rochas, dans lequel on trouve la description de la plupart des automates et diverses machines destinées à l’amusement, fondées sur la compression de l’air par des pompes, l’eau ou la chaleur, et la transmission de cette pression à distance, soit directement, soit par l’eau. Il est évident qu’une grande partie de ces machines avait été inventée par Ctesibius.

Des orgues hydrauliques.

Ce titre semblerait indiquer un appareil particulier où l’eau sert à produire le courant d’air qui fait parler les tuyaux; il n’en est rien. L’eau n’intervient que comme un moyen d’obtenir un réservoir étanche pour l’air, et sert de régulateur de pression. La description donnée par Yitruve assez mal faite, sans ordre méthodique, avec l’indication de parties accessoires peu importantes et omission d’autres qui le sont plus, est difficile à suivre et à bien comprendre, en l’absence surtout de toute figure ; elle devient au contraire très claire, en recourant au traité de Héron, et en particulier à la traduction de M. de Rochas. L’orgue hydraulique de Yitruve, attribué par ce dernier à Gtesibius, y est décrit presque de la même manière, et avec une figure qui aide considérablement à comprendre l’autre texte.

Voici comment on doit concevoir la construction de cet appareil important, vu qu’il a servi de type pour la cons-

truction des orgues employées aujourd’hui ; de plus il a dû jouer un rôle capital dans les progrès de la musique etsurtout pour la découverte des principes de l’harmonie etdeJa musique polyphone.

Fig. 13.

L’appareil se compose de deux parties distinctes, probablement superposées, la première est la partie pneumatique destinée à produire la pression de l’air, la seconde est formée du sommier et des tuyaux. La partie pneumatique (fig. 13) est constituée par une planche de bois, sur laquelle sont fixés un ou plusieurs corps de pompe en bronze, tel que AB A' B', fermés à la partie supérieure et ouverts par le bas; un piston alésé et garni de cuir est mis en mouvement à l’aide de tiges de fer E F GH, réunies au piston à l’aide de charnières. Le fond supérieur porte une ouverture avec une soupape conique I suspendue à l’intérieur par une chaîne ; elle s’ouvre quand le piston descend et se ferme quand il remonte. Vitruve parle à ce sujet de dauphins d’airain placés près de ces ouvertures. Ils servaient probablement d’ornements ; peut-être ces animaux tenaient-ils dans la

bouche les chaînes auxquelles étaient suspendues les soupapes intérieures.

L’air comprimé par ces pompes se rend dans un réservoir formé d’une cloche en forme d’entonnoir renversé, K LL' maintenue dans un vase cylindrique rempli d’eau et à une certaine distance du fond, grâce à des espèces de dés placés pardessous; cet appareil constitue en réalité une sorte de gazomètre. L’air pénètre dans cette cloche par un tuyau M N M'N' fermé par une soupape, et ressort par le tuyau central U U. Evidemment l’eau joue le rôle de régulateur pour produire un écoulement constant de l’air, étant refoulée hors de la cloche, quand l’air arrive trop abondamment et agissant ensuite pour rendre l’écoulement continu; c’est juste l’inverse de ce qui se produit dans le réservoir de la pompe foulante. Du haut de la cloche part un tuyau qui distribue l’air dans les divers canaux du sommier de l’orgue.

Le sommier est nommé xavùv goucnxdç, et l’orgue organum hydmulicum. Le canon est dit tétrachorde s’il y a quatre canaux et par suite quatre rangées de tuyaux, sexachorde s’il y en a six, octochorde s’il y en a huit, c’est-a-dire, 4, 6 ou 8 jeux différents, correspondant parallèlement à divers tuyaux de formes différentes, chaque rangée de tuyaux formant l’analogue d’une des cordes d’un instrument de musique. Chaque canal reçoit le vent d’un tuyau qui peut être fermé par un robinet. Ces robinets correspondent aujourd’hui aux registres qui permettent à l’organiste d’envoyer l’air des soufflets dans les divers jeux de l’orgue. Les touches et le mécanisme qui permettaient de mettre en vibration les divers tuyaux d’un même jeu étaient disposés au contraire comme le sont les registres actuels. La figure 13 représente la disposition que devait avoir le sommier.

Supposons qu’il y ait trois rangées de tuyaux K. B C D ; les canaux correspondant à chaque rangée sont A B'C'D'. La description de Vitra ve est ici très claire :

Chaque canal a un robinet avec une clef de fer, qui, quand on la fait tourner , laisse passer l’air du réservoir dans ce canal. Le long des canaux qui traversent le canon sont disposés des trous correspondant à d’autres qui existent dans la table supérieure appelée en grec ruyaÇ. Entre cette dernière table et le canon on place des règles percées de trous de la même façon et enduites d’huile , pour qu’elles puissent facilement être poussées et ramenées en arrière et que l'on nomme pleuritides ; elles servent à fermer les ouvertures des canaux, et leurs allées et venues ouvrent certaines ouvertures et en ferment d’autres.

Ces règles sont munies de ressorts de fer, fixés et joints à des touches, dont le toucher produit le mouvement des règles. Au-dessus de la table, il j a des trous qui reçoivent le vent sortant des canaux , sur d’autres régies sont fixés des anneaux, dans lesquels pénètrent les extrémités de tous les tu y aux.

Vitruve néglige de dire que les règles mobiles sont perpendiculaires aux canaux ; mais cela s’entend de soi -même. Aujourd’hui dans les orgues, les robinets sont remplacés par des soupapes manœuvrées par les touches et les tiroirs sont représentés par les règles glissantes de l’orgue de Ctesibius. Par suite actuellement sur un même canal se trouvent placés les tuyaux donnant la même note dans les divers jeux, et sur une même perpendiculaire au contraire les divers tuyaux d’un même jeu ; c’était l’inverse dans l’orgue de Gtésibius.

Alors donc, ajoute Vitruve, quand les touches sont maniées par les mains et agissent continuellement sur les règles, ouvrant et fermant alternativement les ouvertures, elles produisent des sons conformes aux lois de la musique, par les variétés multiples des modulations.

Vitruve avoue que sa description n’est pas très claire ni facile à saisir des personnes qui n’ont pas déjà une certaine compétence.

Si quelques personnes ont peu compris la description, en étudiant l’appareil lui même, sans aucun doute elles trouveront que le mécanisme est très curieux et parfaitement ordonné.

L’orgue était très estimé à Rome du temps de l’empire. Néron, cet empereur aussi artiste que cruel, avait, d’après Suétone, une passion pour l’orgue. On en trouve des représentations sur des monnaies, dans diverses mosaïques, entre autres dans une superbe mosaïque trouvée dans les ruines d’une villa romaine située sur les bords de la Moselle, non loin de Trêves, dans un petit village nommé Nennig, et qui est reproduite sur la première planche.

Le reste du Xe Livre est consacré à la description des machines employées pour l’attaque et la défense des places fortes ; malheureusement pour un certain nombre de machines de jet, telles que les scorpions, catapultes, balistes, Vitruve se contente de donner les dimensions des diverses parties, et laisse de côté la description, ce qui, avec le défaut de figures, en rend l’intelligence fort difficile, sans compter la présence d’un grand nombre de mots techniques, presque tous tirés du grec. Quelque soit l’intérêt que présente l’étude des armes de siège employées par les anciens, et quoique Vitruve raconte à cette occasion quelques anecdotes intéressantes, ce sujet est trop en dehors de ma compétence pour que je puisse l’aborder.