Nos ancêtres ont très tôt étaient capables de grandes choses dans le domaine des sciences. Pour cela il fallait de l’intelligence et des outils de mesures. Voici un florilège d’instruments tout aussi ingénieux les uns que les autres.
I°/ L’historique :
II°/ Le Chorobate :
III°/ L’Astrolab :
Une page web décrivant de nombreux outils.
I°/ L’historique :
| Nom – Époque | Image | Description |
Trousse de géomètre comprenant 2 compas à pointes sèches, 1 compas de réduction, équerre pliante, équerre à niveau, récipiangle.Le compas est l’un des outils et instruments de tracé les plus anciens que l’homme ait inventé. Plusieurs exemplaires datés de l’Antiquité ont été découverts au cours de fouilles archéologiques, notamment à Pompéi.C’est sans doute sa remarquable simplicité de conception qui explique son ancienneté. |
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Le compas à pointes sèches est utilisé pour prendre une mesure et la reporter. Il fait partie de la mécanique fixe, c’est-à-dire qu’il doit être sécurisé, robuste, bien fixé et surtout ne pas bouger sinon les opérations ne seront pas précises. |
Règle plate, à calculsLa plus ancienne règle a été découverte dans la vallée de l’Indus à Lothal (actuellement au Gujarat, situé à l’ouest de l’Inde) et daterait de 1500 avant J-C. |
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Tracer des lignes et de mesurer des longueurs. La règle à calcul, inventée suite à la découverte des lois de logarithme par Neper en 1614, est par exemple un outil mécanique permettant le calcul des opérations arithmétiques (division, multiplication), logarithmiques, exponentielles voire trigonométriques par glissement des échelles composant l’instrument. En outre, la règle parallèle (construite de 2 règles formant un parallélogramme) est utilisée en marine pour la lecture des cartes (cartographie) depuis la Renaissance. |
Cadran solaireLe cadran solaire fut construit dès l’Antiquité (le principe en était connu en Égypte au XVe siècle av. J.-C.) |
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Mesurer le temps. Le cadran est divisé en 24 parties pour les 24 heures. Une tige rigide appelée le style ou gnomon sert à former l’ombre qui, reportée sur le cadran, indiquera le temps selon la division utilisée sur le support ou selon la longueur de l’ombre. |
ÉquerreIl semble qu’elle existait déjà dans l’Égypte ancienne (XIIe siècle av. J.-C.) : en effet, elle était certainement utilisée pour favoriser la précision des angles dans la construction des Pyramides.
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L’équerre est un instrument qui sert à élever des perpendiculaires et à vérifier si une ligne est parfaitement perpendiculaire à une autre ligne. |
Anneau astronomiqueAurait été inventé et créé par les Grecs au IIe siècle avant Jésus-Christ et a été utilisé jusqu’au XIXe siècle. |
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Connaître l’heure à la nuit tombée, quantifier la durée d’une journée, s’orienter. |
ChorobateÉpoque Romaine (Ie siécle Av JC – IIe après) |
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Un instrument qui est également très utile pour niveler le sol. En fait, le niveau moderne est son évolution technologique. |
DioptreÉpoque Romaine (Ie siécle Av JC – IIe après) |
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Appareil que l’on assimilerait aujourd’hui à un tachymètre et qui permet la lecture des angles verticaux et horizontaux, ainsi que des distances entre ses sommets à travers des relations trigonométriques. |
GromaÉpoque Romaine (Ie siécle Av JC – IIe après) |
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Perche verticale supportant un croisillon pouvant tourner dans le plan horizontal. Chaque bras du croisillon supportait à son extrémité un fil à plomb. La groma servait à vérifier les alignements et la correction des directions perpendiculaires. Par abus de langage, il désigne également le centre d’un camp militaire romain ou le forum lors de la fondation d’une ville, à l’intersection du cardo et du decumanus, car l’angle droit formé par les directions de ces deux artères était vérifié à la groma par des agrimenseurs. |
Globe céleste –Ptolémée (90-168) |
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Il décrit les étoiles fixes, ainsi que les constellations et les signes du zodiaque. Les représentations célestes reposent sur l’Almageste de Ptolémée et comprend les 48 constellations. |
Quadrant géométrique et horaireLa première mention du quadrant astronomique remonte à l’Almageste de Ptolémée (90-168), celle du quadrant à fil à plomb peut-être au IXe siècle. |
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Le quadrant est un des plus anciens instruments d’astronomie et de navigation céleste. Il permet de mesurer la hauteur du soleil et des astres, et de déterminer l’heure. |
Astrolabe stéréographique septentrionalHipparque (190 et 120 avant J-C) en est l’inventeur, mais c’est seulement à partir du Ve siècle, à Alexandrie, que l’on va construire l’instrument. |
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Calculer les latitudes, mesurer la hauteur des astres, relever leur position et… lire l’heure ! Cela lui confère une fonction religieuse autant que scientifique, puisqu’il permet aussi de déterminer les moments de la prière et sa direction. |
Compas de proportionXVIIe au XIXe siècle. |
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Connaître les proportions de quantités. Il permettait de faciliter les calculs trop lourds pour l’être humain, à la manière de la calculatrice. Utilisé par les géomètres, les architectes, les négociants, les navigateurs et bien d’autres personnes. |
HorlogeLes premières horloges mécaniques à foliot remontent au XIIIe-XIVe siècle, les horloges à pendule au XVIIe siècle. |
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Mesurer le temps. |
SablierAntérieure aux XIIIe-XIVe siècle. Il fut utilisé dans toute l’Europe du XIVe au XVIIIe siècle. |
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Mesurer le temps. |
Sphère armillaireLiée au modèle géocentrique de Ptolémée, sera utilisée de l’Antiquité au XVIIIe siècle. Par la suite, on utilisera encore des sphères armillaires répondant au modèle héliocentrique mais plutôt à des fins pédagogiques. |
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Sert à représenter le monde, l’univers et à étudier ce qu’il y a autour de la Terre. |
Cercle entierDés 1533. Il est utilisé jusqu’au XVIIIe siècle, quand il est remplacé par d’autres instruments plus précis, munis d’optiques. |
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Il permet de mesurer l’angle formé entre deux points distants en les reportant, pour en mesurer la distance. Cet instrument est, par sa forme et son fonctionnement, proche de l’astrolabe, dont il dérive. |
Arbalestrille ou bâton de JacobCertains affirment qu’il existait déjà au temps des Chaldéens à partir du IXe siècle av. J-C. mais c’est au XIVe siècle que Levi ben Gerson décrit pour la première fois le bâton de Jacob. |
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En astronomie : mesurer la hauteur des astres . |
Lunette astronomique – XVIe siècle
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La lunette était utilisée pour l’observation du ciel et donc de l’univers. |
II°/ Le Chorobate :
Le chorobate est un outil de vérification des niveaux utilisé pendant et après l’époque romaine, notamment pour la construction d’aqueducs. C’est un instrument qui est également très utile pour déterminer des pentes. En fait, c’est l’ancêtre du niveau à bulle.
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Il s’agissait d’une règle dans laquelle était creusée une rainure que l’arpenteur remplissait d’eau. À chaque extrémité de la règle, un fil à plomb permettait de matérialiser la verticale, donc l’horizontalité de la visée. En inclinant la règle, un simple contrôle visuel permettait d’apprécier l’écoulement de l’eau dans la rainure. De cette observation, il était possible de déduire la pente à donner à l’aqueduc pour garantir à l’ouvrage le même écoulement. Le chorobate était équipée de deux œilletons de visée à chaque extrémité de la règle. L’espace entre ces deux œilletons définissait la précision de la mesure ; les règles avaient en général une longueur de 20 pieds, soit environ 6 mètres. Lorsque le vent interdisait l’usage des fils à plomb pour le réglage, on utilisait la rainure supérieure que l’on remplissait d’eau pour définir le niveau de l’appareil. |
L’observateur vise la règle tenue par son assistant et il peut ainsi déterminer la hauteur du lieu où il se trouve. |
III°/ L’Astrolab :
L’astrolabe est un outil dont l’origine remonte à l’Antiquité grecque, même si son inventeur n’est pas précisément connu. Mentionné pour la première fois dans le traité d’un savant d’Alexandrie au VIe siècle après J.-C., cet instrument a connu son heure de gloire chez les scientifiques du monde arabe ; il sert à résoudre de nombreux problèmes d’astronomie : calculer les latitudes, mesurer la hauteur des astres, relever leur position et… lire l’heure ! Cela lui confère une fonction religieuse autant que scientifique, puisqu’il permet aussi de déterminer les moments de la prière et sa direction.
Toutefois, d’utilisation très complexe, l’astrolabe semble avoir été utilisé plutôt pour l’enseignement que pour l’observation directe. Copié en Europe au Moyen Âge, il a finalement été dépassé par de nouveaux outils, horloge et lunette astronomique, au XVIIIe siècle.