Introduction

C'est au troisième et au deuxième siècle avant notre ère qu'apparaissent les premiers automates mécaniques sur lesquels on ait des précisions. Rappelons qu'Alexandrie d'Égypte qui porte le nom de son fondateur, était devenue après la mort d'Alexandre, grâce aux Ptolémées, la capitale commerciale et intellectuelle du monde. A cette école, dite des, Alexandrins, se rattachent les remarquables techniciens Ctésibius, Philon de Byzance et Héron dit d'Alexandrie, puis d'autres illustres savants comme Euclide et Archimède.

L'historien romain Vitruve attribue à Ctésibius l'invention des clepsydres mécaniques, ce qui est sans doute une erreur car il doit s'agir plutôt d'applications ou de perfectionnements d'inventions plus anciennes. Remarque que, dans une des horloges hydrauliques de Ctésibius, une statuette mobile servait d'index pour marquer l'heure.

L'oeuvre de Philon de Byzance

On trouve divers appareils où l'eau sert de force motrice; elle agit sur des flotteurs et son débit est réglé de manière à produire des combinaisons mécaniques très simples, dont les effets sont amusants et pittoresques en même temps qu'instructifs. Héron d'Alexandrie paraît avoir été un disciple de Ctésibius. Tout en s'inspirant de ses prédécesseurs, il fut certainement un esprit inventif, mais en même temps éminemment pratique, possédant l'art de concrétiser une idée, d'habiller celle-ci sous une forme plastique ou mécanique. On n'a pas retrouvé moins de douze ouvrages de ce savant, non point les originaux, mais des traductions arabes ou latines, qui, naturellement, ont dû apporter quelques altérations et déformations. D'autres ont été perdus et parmi eux ceux qui traitaient de la statique des corps solides et des astrolabes.

Eolipile à vapeur, 1657.

L'ouvrage intitulé les Pneumatiques est parvenu en entier et c'est aussi le plus connu. L'auteur y traite des applications ingénieuses de la science touchant à quantité de sujets dont beaucoup avaient été traités par d'autres savants avant lui. Il l'indique lui-même, citant Ctésibius, Archimède, Philon de Byzance tout en ajoutant que certains sont le fruit de sa propre imagination. Les appareils qu'il a construits sont tous des applications de phénomènes de physique.

Les Pneumatiques ne constituent pas un traité d'automates. Héron d'Alexandrie cherche à instruire, à résoudre les problèmes les plus divers en amusant. Il le fait en proposant des appareils de démonstration dans lesquels les objets ont des formes humaines ou animales et accomplissent des mouvements ou des actes toujours très simples. Il pense ainsi intéresser davantage ses élèves et leur permettre de mieux comprendre les lois physiques appliquées dans ses modèles.

C'est ainsi que pour montrer la dilatation d'un gaz sous l'effet de la chaleur, et la force de réaction qu'il produit sur la paroi opposée à un orifice d'échappement, il construit un appareil appelé Eolipile, qui n'est pas autre chose qu'un tourniquet à air chaud ou à vapeur. Les tubes latéraux sont solidaires d'une plate-forme pivotée librement, sur laquelle se trouvent de petits danseurs. C'est une véritable machine à vapeur, la seule que les anciens aient connue, sans en tirer parti pour l'industrie.

Voici encore une autre application bien typique que Héron d'Alexandrie pose sous forme de problème ou de théorème dans son traité des Pneumatiques:

Théorème XXXVII. Construire un temple tel qu'en allumant du feu sur un autel lui faisant face, les portes du temple s'ouvrent, puis se referment lorsque le feu s'éteint. Ici la force mécanique est empruntée au poids de l'eau contenue dans un récipient .

Deux phénomènes physiques entrent en jeu : premièrement la dilatation d'un gaz sous volume et pression variables, puis l'application du principe des vases communicants. Le feu allumé sur l'autel augmente la pression de l'air dans le réservoir. Celui-ci communique par un siphon avec un récipient suspendu par une corde qui s'enroule sur deux tambours pivotés fixés aux portes. Un contrepoids, plus lourd que le récipient presque vide, est suspendu à une corde s'enroulant en sens inverse sur les rouleaux.

Théorème XXXVII d'Héron d'Alexandrie

Les deux niveaux d'eau sont à la même hauteur dans le réservoir et le récipient lorsque la pression d'air dans le réservoir est égale, à la pression atmosphérique. Quand le feu est allumé, la pression du réservoir augmente, l'eau est chassée dans le récipient qui s'alourdit et quand il est presque rempli il finit par descendre jusque sur un arrêt, entraînant dans son mouvement le contrepoids et c'est ainsi que les portes s'ouvrent. Si le feu s'éteint, la pression diminue dans le réservoir et la pression atmosphérique chasse à son tour l'eau du récipient vers le réservoir par le siphon qui reste toujours amorcé. Le contrepoids redevient prédominant et fait remonter le récipient; en même temps les portes se referment. On remarque que le mécanisme est entièrement caché dans le socle inférieur. Cela prête au système un certain mystère.

Les Automates d'Alfred Chapuis et Edmond Droz, Editions du Griffon