La machine d'Anticythère

Découverte de la "machine d'Anticythère"

En septembre 1900, le capitaine Kontos, pécheur d'éponges, est de retour de la côte tunisienne vers son île de Symi. A bord de son bâteau il a six scaphandriers et dix marins. Pris dans une tempête au sud du cap Malée, il se réfugie dans une crique de l'île d'Anticythère. Passée la tempête, ses scaphandriers explorent les alentours de la baie de Potamos, et ils trouvent l'épave d'un navire ancien chargé d'œuvres d'art.

Rentré à Symi, les vieux du village conseillent au capitaine d'aller voir discrètement les autorités à Athènes pour signaler la découverte. Symi comme toutes les îles de la cote d'Asie Mineure était à l'époque sous domination turque. Un archéologue de l'Université, originaire de Symi, présente Kontos au ministre de l'Education, et le 24 novembre 1900 un navire de transport militaire, le Mycale, transporte Kontos, ses plongeurs et l'archéologue à Anticythère.

Cependant le temps est mauvais et le navire trop grand pour s'ancrer près des côtes. Le 4 décembre 1900 une navire un peu plus petit, le Syros, revient sur place. Des grands blocs de roche qui encombrent l'épave sont jetés en profondeur, jusqu'à ce que le ministre Staïs en visite en fasse remonter un - en réalité un morceau d'une énorme statue en marbre.

Le Mycale revient alors sur place pour les lever. La campagne de récupération dure presque un an. Le musée est rempli des objets trouvés, entreposés dans le désordre. Les objets courants (vaisselle, pièces de monnaie) sont datés au Ier siècle av. J.-C. On s'occupe des statues, mais personne remarque un petit bloc de métal corrodé laissé en plein air dans une cour, jusqu'à que le bois qu'il contenait, desséché, se fende laissant paraître des engrenages. Or, on ne connaissait pas d'engrenages qui datent d'une période antérieure au XII-XIIIe siècle (al-Biruni en décrit vers le XIe s.), et encore moins dans l'antiquité.

L'astrolabe, que l'on pouvait attribuer à Ptolémée ou même à Hipparque, ne comportait pas d'engrenages. Mais le fragments de l'objet inconnu laissaient paraître au moins une quinzaine de roues dentées. Nettoyé, le mécanisme montre les noms anciens de quelques mois: on parle alors de "planétarium".

Dans les années 1930-1945 le mécanisme reste l'objet de débats entre spécialistes par articles interposés. Un amiral à la retraite, Théophanis, se ruine pour financer ses recherches mais ne publie rien. Sur un point au moins tout le monde est d'accord: le mécanisme montre la position du Soleil, de la Lune et des planètes dans le ciel.

Principaux fragments de la Machine d'Anticythère

En 1953 Jacques Cousteau et Frédéric Dumas plongent à Anticythère, ce qui permet de faire une datation du bois du navire, estimé à 260-180 av. J.-C. Le navire était long 30-40 m et pouvait transporter 300 tonnes de marchandises.

Epoque et parcours du navire naufragé

En 1976 le commandant Cousteau effectue de nouvelles plongées sur le site du naufrage. Son équipe remonte alors de nouvelles statuettes de bronze, des poteries et des amphors ainsi que des morceaux de la coque du navire. Cette expédition trouve également des pièces de monnaie en brouze et en argent., des éléments importants pour aider à la datation du trésoir archéologique d'Anticythère. D'après le numismate Panagiotis Tselekas la plupart des pièces viennent de Pergame et les autres ont été frappées à Ephèse.

Expédition du commandant Cousteau

Le naufrage s'est produit il y a deux millénaires à l'époque où les romains commençaient à envahir les territoires bordants la Méditérannée. L'analyse des pièces de monnaie trouvées par l'équipe du commandant Cousteau montre que le navire provenait d'Asie Mineure et les objets qu'il transportait datent de l'an 50 à 100 avant JC. D'autre part, la taille du navire indique qu'il ne pouvait appareiller que dans les grands ports de la côte.

Pour ce qui sera son dernier voyage, le navire serait donc parti de l'une des grandes cités grecques d'Asie Mineure, comme Peregame ou Ephèse. Il serait descendu pour faire escale sur l'île de Rhode et embarquer des amphores de vin. Puis il aurait mis le cape sur Rome avant de sombrer au large d'Anticythère.

Etude du fonctionnement de la machine originale

En 1958, un physicien et grand spécialiste des instruments anciens agé de 33 ans, Derek de Solla Price, se rend à Athènes pour étudier le mécanisme. Stocké dans une boite à chaussures il avait été soigneusement nettoyé. En 1972, Price avec l'aide de Karamanlos et de la femme de celui-ci, Emilie, passe pour la première fois les fragments aux rayons X. Ils découvrent au moins 8 couches d'engrenages superposés, non pas écrasés mais serrés par construction. Il repère 27 roues dont il essaye de compter les dents.

Cependant la qualité moyenne des images aux rayons X de l'époque et le procédé de comptage manuel va engendrer quelques erreurs dans la détermination du nombres de dents. Price est également le premier à comprendre comment assembler les trois fragements principaux de la machine. En particulier il repère la présence d'un type d'engrenages nommé "train épicycloïdal" dont on estimait l'invention à 1500 ans après J.C.

Derek de Solla Price

En 1974 Price publie "Gears from the Greeks", un livre de 70 pages, et construit un modèle approximatif du mécanisme. Il pense que le savoir-faire des Grecs a été transmis aux Arabes (malgré plus de 1000 ans entre Anticythère et al-Biruni) et ensuite en Europe, à partir du XIIIe siècle. Il espère faire changer la vision historique courante, en remettant ainsi en cause l'hisoire de la technologie occidentale.

Mais les historiens ne changent pas leur version : les Grecs étaient de brillants philosophes et mathématiciens, mais ils ne s'intéressaient pas aux réalisations pratique. Les Romains sont les grands constructeurs de routes et amphithéâtres; et pour la révolution scientifique il faudra attendre les hommes de la Renaissance.

Après 12 ans de travail sur le mécanisme d'Anticythère, Price déclare en avoir assez! Pendant plus de 25 ans tous ceux qui s'intéresseront au restes d'Anticythère feront référence au modèle et aux publications de Price.

Quelques éléments des travaux de Price

Price a compris que le mécanisme reproduit le mouvement et les phases de la lune dans le ciel. Pour les grecques anciens les phases de la Lune avaient une importance capitale, en effet elles permettaient de fixer les cérémonies religieuses, les semailles ainsi que les guerres.

Les observations des astres et du fond céleste en général avaient permis aux ancients de déterminer un certain nombre de cycle astronomique. En particulier ils avaient noté que la Lune mets 29,5 jours pour se retrouver à nouveau entre le Soleil et la Terre, autrement dit c'est la durée d'un cycle complet des phases de lune.

D'autre part elle mets 27,3 jours pour s'aligner avec une même étoile et donc faire le tour de la Terre.

Price a compter 127 dents sur l'une des roues du mécanisme et 235 sur une autre roue. Or 235 c'est exactement le nombre de lunaisons que compte le cycle de Méton qui constituait la base du calendrier grec (cf article consacré au cycle métonique).

Ce cycle correspond également à 19 années solaires et il représente la période nécessaire pour que le système Terre-Lune-Soleil-Ciel se retrouve dans la même configuration.

Price a découvert les restes d'une spirale divisée en 235 segment sur le dos de la machine d'anticythère. Cette dernière permettait d'aligner les cycles solaires et lunaire, selon le cycle métonique de 19 années. Price conclu que les savants grecs avaient développé la machine d'Anticythère dans le but de reproduire le déplacement de la lune, base du calendrier de l'époque.

Cependant, grâce au mobile à 127 dents, Price a également compris que la machine était encore plus ingénieuse. En effet pendant les 19 années du cylce de Méton, la Lune fait 254 fois le tour de la Terre ( 6'939,75 jours / 27,3 jours = 254,2 soit 254 ). La décomposition en multiples de nombres premiers de 254 donne: 254 = 2 * 127 (voir encadré ci contre "Engrenages et nombres premiers").

Donc en découvrant l'élément à 127 dents Price a conclu que la machine d'Anticythère avait également pour vocation de représenter le mouvement de la lune autour de la Terre tout au long des 254 mois synodique du cylce de Méton.

Dans les années 80s Michael Wright, jeune assistant curateur de mécanique au Musée de Sciences de Londres lit les articles de Price. Il n'y comprend pas tout mais se passionne pour les horloges astronomiques.

Michael Wright

Avec quelques années et de l'expérience en plus, il relit les écrits de Price et s'aperçoit que les articles et modèles contiennent des erreurs, raison pour laquelle il ne comprenait pas ces travaux ! Il s'atèle dès lors à un projet ambitieux: déchiffrer et reconstituer enfin ce mécanisme.

Devant le refus de la direction du Musée qui ne l'autorise pas à se rendre à Athènes, ni à étudier le problème, il est contraint d'attendre une futur opportunité. Cette occasion se présente en 1985 lorsqu'il fait connaissance avec Allan Broomley. Ce dernier vient de l'université de Sidney, historien des instruments de mesure, il travaille sur la reconstruction d'une machine à calculer de Babbage pour lequelle il obtient un financement du Musée ainsi que la collaboration de Wright.

Les deux hommes partageront ensuite la même passion pour la machine d'anticythère et en 1989 Broomley annonce à Wright qu'il a obtenu l'accord du Musée d'Athènes pour étudier les fragments. Suite à une conférence à Londres un médecin retraité leur conseille d'exploiter la technique dite de "tomographie linéaire", inventée vers 1920 et utilisée pour localiser les corps étrangers dans les blessés de la IIème guerre. Pendant plusieurs années Wright et Broomley passent leur vacances d'été et d'hiver à Athène pour photographier et développer plus de 700 clichés.

Allan Broomley

Mais à la fin de ce travail harassant, Broomley annonce nonchalamment à Wright son intention d'amener tout le matériel en Australie, pour faire numériser les clichés et le faire analyser par un étudiant. Wright est déçu par ce qu'il considère comme une trahison et pour ne pas avoir la force de s'y opposer. Wright connaîtra ensuite de nombreuses années difficiles durant lesquelles des problèmes familiaux et de santé s'accumulent.

Puis, Wright reçoit une lettre de la femme de Broomley lui annonçant que Allan est gravement malade, et elle lui demande de venir s'il veut récupérer ses notes. Wright reste trois semaines en Australie. Broomley, d'abord hésitant, est enfin convaincu par son épouse et accepte de rendre les clichés.

En 2001 Wright expose ses idées sur le mécanisme, y compris les épicycles des planètes, à une conférence à Olympia, mais sans un model ses idées sont reçues avec réserve. Puis il communique ses idées sur le mécanisme à Mike Edmunds, astrophysicien de l'Université de Cardiff, qui plus tard publiera un article sur le sujet sans même le remercier.

Ainsi quand Toni Freeth, un producteur de documentaires ami de Edmunds, lui propose de rejoindre une grande collaboration universitaire pour étudier le mécanisme, il refuse sèchement. Il est vrai qu'à cette date aucun résultat du travail de M. Wright ou des examens aux rayons X a été publié.

En 2002 Wright publie ses travaux alors que Broomley décède à l'age de 55 ans. L'année suivante Wright est remercié par le Musée des Sciences, avec une indemnité de départ. Il dispose maintenant de son temps. Aidé par son fils Gabriel, qui fait un doctorat au département d'ingénierie médicale de Oxford, il peut numériser les clichés et progresser maintenant plus vite dans le décompte des dents d'engrenages. Il confirme en gros les observations de la femme de Karamanlos, plutôt que celles de Price. Wright publie régulièrement ses résultats dans de revues spécialisées.

Description du mécanisme d'après les études de Wright (2002)

CADRAN FRONTAL

L'échelle interne représente le zodiaque, divisé en 360 degrés, avec les noms des constellations. Des petites lettres donnent une liste des événements astronomiques annuels, tels que les levers et couchers héliaques des constellations.

L'anneau externe représente une année de 365 jours, constituée de 12 mois de 30 jours, avec leurs noms, plus 5 jours additionnels, dits épagomènes. Dans le calendrier égyptien les dates des solstices et équinoxes retardent d'un jour tous les 4 ans, afin de rattraper le ¼ de jour manquant dans l'année civile par rapport à l'année réelle (365j 1/4). L'anneau est donc amovible, afin de rattraper ce retard.

Des aiguilles indiquent la position de la Lune et du Soleil au fil des jours, tandis que la rotation d'une petite sphère noire et blanche, montée sur l'aiguille de la Lune, en indique les phases.

L'aiguille pour la date, montre la position "moyenne" du Soleil. Le mouvement de la Lune, en revanche, tient compte de la 1-ère anomalie, selon la théorie d'Hipparque. Cette anomalie trouve son origine dans la trajectoire elliptique de la Lune autour de la Terre. On a donc supposé que la même indication existait pour le mouvement "vrai" du Soleil, et rajouté l'aiguille adéquate.

Un mécanisme à épicycles, presque entièrement perdu, montrait le mouvement irrégulier d'au moins une planète (Mercure ou Venus). On a donc incorporé, à titre d'hypothèse, l'indication du mouvement "réel" des cinq planètes connues dans l'antiquité, avec stations et rétrogradations.

CADRANS ARRIÈRE

A l'arrière du boîtier, on remarque deux grands cadrans, avec des échelles étendues de 5 tours en spirale, chacune avec de longues séquences de lunaisons (= mois lunaires). Des pointeurs glissant sur une aiguille, tel le bras d'un tourne-disques, montrent les graduations à lire sur chaque échelle.

Le cadran supérieur représente un calendrier grec selon le cycle de Méton : 235 mois, avec leur noms, pour un total de 19 ans. Il indique si les mois ont 29 ou 30 jours, et quelles années ont 13 mois au lieu de 12, selon le schéma utilisé par Geminos de Rhodes (Ier s. av. J.-C.). Après ce cycle (6940 jours), la Lune (mois lunaire) se retrouve en phase avec l'année solaire (saisons).

Un petit cadran auxiliaire montre les dates des jeux panhelléniques (Isthmiques, Olympiques, Néméens, Pythiques), utilisés aussi dans la chronologie grecque.

Un deuxième cadran auxiliaire, sur la droite, est lié à la période de Callippe – quatre cycles de Méton, soit 76 ans, comme indiqué sur un fragment. Le cadran inférieur permet la prévision des éclipses (de Lune ou de Soleil). Il représente une période de Saros, 223 lunaisons au bout desquelles les conditions pour une éclipse se répètent.

Puisque le cycle de Saros, 6585 jours 1/3, retarde de 1/3 jour sur le cycle précédent, un cadran auxiliaire fournit les corrections à apporter (+ 8h ou + 16h). Après trois cycles de Saros (un tour du petit cadran), soit un cycle Exeligmos, 54 ans, on revient aux conditions de départ.

Les dates des éclipses sont marquées S, pour SELENE la Lune, et H, pour HELIOS le Soleil. La disposition des engrenages montre que le cadran des éclipses est actionné par les mouvements "vrais" de la Lune et du Soleil - un solution que seuls les plus hardis horlogers modernes sauraient réaliser.

Toutes les parties en bronze, y compris les plaques qui fermaient la boite, étaient recouvertes d'inscriptions (env. 20.000 caractères, dont ~ 2000 lisibles): des informations ou peut-être des instructions d'utilisation.

En 2005 M. Edmunds et T. Freeth ont élargi avec grande publicité la collaboration à des spécialistes des universités grecques et du Musée d'Athènes. Ils ont obtenu des financements importants et la collaboration des sociétés Xtek (rayons X pénétrants) et HP (dôme de lumière). En 2005 ils peuvent, après moult pressions, examiner les fragments à leur tour. Le transport de l'appareillage de X-tek arrive à Athènes, et on procède aux prises de vue. Sur les ordinateurs, les résultats sont visibles presque instantanément. On voit surtout beaucoup plus d'inscriptions, même celles normalement cachées.

Analyse par rayons X pénétrants (Xtek)

Le centre de paléographie d'Athènes et, plus tard, Alexander Jones aident à interpréter les noms relevés.

Au même moment Wright est invité à Athènes pour montrer son modèle et commenter ses résultats; il savoure enfin son succès, mais juste à la fin de son exposé une conservatrice du Musée, Mairi Zafeiropoulu, monte à l'estrade pour exhiber un nouveau fragment ( F ) qu'elle a retrouvé. Wright n'avait jamais eu connaissance de l'existence de ce fragment important du cadran inférieur de la face arrière, dont l'utilisation lui restait inconnue.

L'énigme de la roue à 222 ou 223 dents

La grande roue à 222 ou 223 dents à longtemps tenu en échec ceux qui ont tenté de comprendre sa fonctionnalité.

L'analyse des inscriptions révélées par le dôme de lumière a permis de définir le nombre de dents qui est finallement de 223. Ce chiffre apparaît dans un bout de texte qui correspond à un "mode d'emploi".

L'analyse du fragment F, révélé tardivement par le musée d'Athène, permet à T. Freeth de déduire par extrapolation qu'il représente une partie d'une spirale à 223 sections.

C'est au British Museum de Londres que T. Freeth et son équipe découvrent la signification de ce nombre, déjà connu par les astromomes babylonniens. En efffet 223 mois lunaires correspondent à un cycle appelé saros. Le saros permet de prévoir les cycles des éclipses solaires et lunaires. Il correspond à une durée de 18 années. La machine indiquait même l'heure et la couleur des différentes éclipses.

Vitesse variable de la Lune autour de la Terre

L' engrenage de 223 dents comprenait en son sein un train épicycloidal, qui avait déjà été repéré par Price.

Sur l'une des routes Wright a constaté la préscence d'un ergot coulissant dans une fente rectangulaire taillé sur une seconde roue. La roue avec l'ergot trournait autour d'un axe légèrement décentré par rapport à la seconde. Ainsi la roue avec l'ergot a une vitesse de rotation variable. Ce dispositif reproduit en fait la vitesse variable de la rotation de la lune autour de la Terre.

Aujourd'hui l'on sait que l'orbite de la Lune décrit une ellipse et la vitesse de la Lune est plus élevée lorsque la lune est plus proche de la Lune. Les grecques pensaient que la lune décrivait une mouvement combiné de rotation autour de la Terre supperposé à un mouvement circulaire autour de la trajectoire moyenne.

Le dispositif à ergot reproduit ce mouvement théorique, il est en fait très proche de la trajectoire réelle, éliptique.

Rotation de l'éllipse du mouvement lunaire

L'orbite éliptique de la Lune autour de la Terre n'est pas stationnaire, en fait l'ellipse tourne autour de la terre et fait un tour complet tous les 9 ans.

Or, en couplant une roue de 53 dents à celle de 223 dents on génère une engrenage qui fait une cycle en 9 années. Ce dispositif imaginé par les grecques ancients permet de reproduire parfaitement le mouvement de la Lune telle que observé à l'époque.

En 2006, à la publication des résultats du 'Groupe', Freeth convoque une grande conférence de presse à Athènes. Wright est invité et amène son modèle, il manifeste son mécontentement par rapport au manque de crédit que l'équipe de Freeth accorde à ses travaux et insiste sur l'antériorité et les conditions difficiles de son propre travail.

Origine de la machine d'Anticythère

Ce calculateur astronomique a été construit entre 100 et 150 ans avant JC par les grecques anciens. Ce qui est étonnant avec cette pièce c'est que l'on n'a ni restes ni traces de rien de comparable, pendant les 1400 ans suivants ce dispositif.

On connaissait la Grèce comme berceau du théatre moderne et de la démocratie mais rien ne laissaient alors penser que les savants grecques avaient inventé les bases de la mécanique et en particulier de la technique des engrenages.

La science des horloges et des engrenages, quant à elle, se développera en Chine avec un peu d'avance sur l'Occident ( les premières horloges mécaniques datent du XIème siècle).

Les chercheurs pensent que la Machine d'Anticythère a été imaginée à Syracuse, une riche colonie corinthienne située sur la côte Est de la Scicile. Dans cette cité prospère a vécu l'un des plus grands savants grecques de l'Antiquité: Archimède. Astronome, ingénieur et mathématicien il avait les connaissances et le génie pour inventer une telle machine. Les savants grecques ont par la suite miniaturisé le système afin qu'il tienne dans une boîtes légère et transportable.

Pour corroborer cette théorie qui attribue l'invention de la machine à Archimède les chercheurs se basent sur des écrits qui témoignent de la présence de planetarium au mécanisme similaire dans les ateliers du célèbre savant de Syracuse.

Lorsque les romains ont détruit la ville ces inventions scientifiques auraient été déplacées jusqu'en Grèce antique.

Les scientifiques pensent que les connaissances développées par les grecques en matière d'engrenages et de mécanique céleste auraient été transmises aux bizantins puis aux arabes. L'empire romain d'Occident, quant à lui, a sombré dans une période obscure et n'a pas été en mesure de péréniser le savoir grecque.

C'est au début de la Renaissance seulement que l'Europe connaît le développement de machines à engrenages utilisant des mécanismes identiques à ceux d'Anticythère.