clepsydre

Horloge à eau utilisée dans l'Antiquité.

Les clepsydres ont probablement été imaginées très tôt ; la plus ancienne, conservée au musée du Caire, a été fabriquée pour Aménophis III vers 1500 avant J.-C.

Principe de fonctionnement

Il est extrêmement simple : un vase comportant un orifice d'écoulement est rempli d'eau, et le temps écoulé est déduit de la quantité d'eau recueillie. Mais certains paramètres interfèrent sur la fiabilité du système : la vitesse d'écoulement du liquide, et donc le débit, dépend de la pression au niveau de l'orifice, laquelle est fonction de la hauteur de liquide au-dessus de l'orifice, de la section de l'orifice, de la viscosité du liquide, ainsi que de la longueur du tube d'écoulement.

Limitations et perfectionnements

La clepsydre se voulait à l'image de l'écoulement régulier du temps, mais les paramètres de l'hydrodynamique sont trop nombreux, aussi les modèles les plus anciens ne pouvaient-ils donner que des résultats très approximatifs. En effet, dans un tel dispositif, le débit du liquide décroît à mesure que le récipient se vide. Les repères tracés sur le vase doivent donc être de plus en plus resserrés, du haut vers le bas, pour indiquer des intervalles de temps égaux, afin d'éviter une imprécision croissante en cours d'utilisation. Cette variation du débit en fonction de la hauteur du liquide dans le vase peut être compensée en modifiant la forme du vase : c'est ce que firent les Égyptiens, qui, avec un récipient tronconique, obtenaient des graduations approximativement équidistantes.

Un perfectionnement important fut apporté lorsqu'on eut l'idée d'assurer un débit constant. Pour cela, il suffisait d'alimenter en permanence un premier récipient de telle sorte que l'apport en eau compense au moins l'écoulement de l'orifice. La mesure du temps se faisait alors sur un second récipient, gradué.

Progressivement, d'autres perfectionnements apparurent, dont un flotteur qui provoque le déplacement d'une aiguille devant une échelle graduée ou qui déclenche le fonctionnement d'automates, de roues, de pompes, de siphons et de sonneries. Des hommes de génie imagineront de véritables machines hydrauliques, tel l'orgue hydraulique conçu par Ctésibios, contemporain d'Archimède, décrit entre autres par Héron d'Alexandrie, ou la clepsydre de Su Song. La conception et la fabrication de tels instruments réunissaient des hommes aux compétences différentes : astronomes, astrologues, mais aussi mécaniciens et physiciens. Pour éviter les problèmes liés à l'oxydation des matériaux employés, l'or ou les pierres précieuses furent utilisés. Les clepsydres seront fabriquées jusqu'à une époque tardive – ces instruments de mesure sont encore présents en France au xvii^e s.

Quant au sablier, dont le principe de fonctionnement est très proche de celui de la clepsydre, on n'en trouve pas trace avant le xiv^e s. Il fut utilisé pour mesurer la durée d'un tournoi, d'un sermon, d'une leçon, du travail dans un atelier. Galilée, dans ses expériences fameuses sur le plan incliné, a fait usage d'une clepsydre à sable fin, rappelant le sablier et plus précise qu'une clepsydre à liquide.

Mais le sablier servit surtout de « garde-temps » à bord des navires dès les débuts de la navigation hauturière. En associant plusieurs sabliers mesurant des intervalles de temps différents, par exemple un quart d'heure, une demi-heure et une heure, on obtenait une assez bonne précision.