vignette|250 px|Clepsydre à tambour, fin , S.A.S. Musées de Sens, modèle de l'étude. Une clepsydre à tambour est une ancienne horloge à eau d'un type particulier. Cette appellation de « clepsydre » est un abus de langage, mais elle correspondait au vocabulaire en usage à l'époque où elle était utilisée en France (). Disparue aujourd'hui, l'appellation lui est restée.
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Description et analyse vignette|250 px|Dessin technique du modèle. Au , la ville de Sens, dans l'Yonne, était un centre de production de ces horloges. En 2015, subsistent au moins cinq exemplaires de ces machines sénonaises. L'étude s'appuie sur un modèle de clepsydre existante, illustrée dans l'introduction et conservée à la Société Archéologique de Sens dans les réserves des Musées de la ville. Le tambour hydraulique Le tambour est le cylindre moteur de la machine, il assure, de par sa conception, la régularité du mouvement. Constitution
Une source sénonaise, Maucler, nous indique, en 1828. :
L’inclinaison curieuse des cloisons permet le déversement rapide de l’eau dans les compartiments inférieurs lors de la remontée manuelle du cylindre, la laissant toujours à peu près dans une même position d’écoulement.
Matériau Le corps est préconisé en étain pur (Sn, Stannum) avec parfois un apport d’aloi (cuivre Cu : 1,5 à 2,5 %), qui améliore sa dureté. Cet alliage courant a la particularité de ne pas s’oxyder aux températures d’usage. Ce matériau ne commence à se dégrader sérieusement qu’au dessous de –. Ce fut là, la première qualité des tambours sénonais soulignée par Tarbé, autre source locale :
Ce choix est essentiel pour ne pas encrasser les trous de passage dans les cloisons et pour éviter de corrompre l’eau emprisonnée. Ce matériau qui se travaille facilement (point de fusion : ) était transformé, à partir de lingots, soit en feuilles laminées pour les constructions soudées, ou alors, était directement moulé pour obtenir des pièces aux formes compliquées.. Les tambours de clepsydres sénonaises ont connu ces deux procédés d’obtention.
Fabrication La construction soudée vignette|gauche|Coupe d'un tambour en éléments soudés. En 15, trou de passage. vignette|Un tambour soudé identifiable par ses trois renflements.
Les tôles sont tracées, découpées, percées et assemblées par soudage. Ce procédé long et délicat est réservé aux prototypes et aux travaux unitaires, mais nul doute que les premiers tambours ont été réalisés principalement par ce procédé.
Jacques Ozanam. traduit le procédé employé vers 1669 en Italie ; Nicolas Bion. le décrit, lui, dans le principe, pour des tambours d’argent ; Dom Jacques Alexandre. le détaille sur six pages dans son ouvrage écrit vers 1705. Synthétisons l’ensemble des textes : Le tambour est composé de deux platines, ou flancs, avec au centre un trou carré pour y placer un tuyau carré recevant l’axe. Sur l’une de ces platines, deux trous : l’un pour le remplissage de l’eau, l’autre pour avoir une prise d’air lors d’une éventuelle vidange. Les cloisons sont taillées en pointe d’écusson pour faire entonnoir et amener l’eau vers le petit trou central percé avec une “aiguille à soierie”. On soude alors les 7 cloisons sur une des deux platines, ainsi que le tuyau carré, puis la seconde platine est soudée sur le sous-ensemble précédent. Après équilibrage, il reste à entourer l’ensemble d’une bande qui sera soudée, en tournant, à chaque cloison et latéralement aux deux platines, puis pour finir sur elle-même. Le tambour est terminé. Il est très caractéristique avec un petit renflement central qui correspond à l’entonnoir et un petit bourrelet de chaque côté de la surface latérale, là où s’est effectuée la soudure. Il reste à mettre le juste nécessaire d’eau distillée – environ le cinquième du volume – avec parfois « de l’eau de vie bien claire » comme antigel ; les deux trous seront bouchés à la cire ou soudés adroitement pour terminer. Pour identification donc, la boîte soudée se caractérisera par ses trois renflements sur la surface latérale et par deux trous éventuels sur un flanc.
La construction moulée vignette|centré|300 px|Pl. XXVI : Atelier d'assemblage avec éléments moulés du tambour et détails de construction de différents modèles. Les potiers d’étain excellaient dans le moulage de toute pièce en étain ; pour la fabrication, ils pensaient d’abord « moule ». Il est fort probable que ce type de construction ait vu le jour autour des années 1700. Bion décrit un peu le procédé dans son ouvrage de 1709, repris en 1716. Mais le grand spécialiste fut incontestablement Salmon qui développe le sujet sur plus de sept pages de texte serré, avec une grande planche d'illustration, le tout in-folio. Il y décrit dans le détail la fabrication moulée qui vient, sans conteste des fabricants de Sens comme il nous le répète à maintes reprises. :
Les moules sont à l’époque en « cuivre », plus précisément en laiton, matière facile à travailler. Un moule est constitué de plusieurs parties, comme nous pouvons le voir sur une planche de l’Encyclopédie. Dans le principe, ce type de moulage n’a pas changé aujourd’hui. Il s’agit du moulage dit « coquille ». Suivons le détail du processus sur la planche illustrée ; toutes les pièces sont moulées !
en 2. : un fond alésé – pour recevoir la bobine 8. – et le bandeau-enveloppe forment la première pièce. Elle comporte des témoins pour localiser les cloisons percées – détail a – de 7. Le tout est pré-positionné par les témoins et un tube accessoire, puis soudé ; en 3. : le second fond moulé avec ses entailles 6. est introduit sur les cloisons, soudé extérieurement sur ces dernières et au bandeau sur sa circonférence. Il est enfin arasé ; en 4. : Par tournage, l’ensemble est entièrement dressé, le logement de la bobine est percé bien dans l’axe sur le fond 6. L’ensemble peut alors recevoir la bobine centrale 8. qui sera soudée.
Terminé le tambour pourra alors recevoir une quantité d’eau, toujours constante, qui sera introduite par une petite ouverture pratiquée en périphérie avec un petit fer. Cette ouverture sera rebouchée définitivement à l’étain - par une astuce de potier bien gardée, mais aujourd’hui connue - et escamotée par polissage. L’axe 9. est lui aussi surmoulé, détail b ; différents diamètres sont proposés pour ajuster la descente du cylindre à l’échelle des heures. La vignette accompagnant la planche illustre différentes phases du processus d’assemblage.
Pour identification, comme pour le procédé d'assemblage, la boîte moulée se caractérisera essentiellement par un bandeau-enveloppe bien cylindrique, avec des sillons éventuels laissés par l’outil de tournage sur toutes ses surfaces et d’autres traces hypothétiques, en périphérie, d’un seul trou de remplissage.
Pour information, une série de radiographies industrielles montre la répartition des sept cloisons, les soudures et les petits trous de passage dans les cloisons (rehaussés sur la figure). Ces trous ont de diamètre..
À ce jour, curieusement, il n'existe aucun exemplaire de clepsydre signé Salmon.
Le marquage des heures vignette|150 px|Horloge à eau du Musée des Arts et Métiers. L’axe, comme une aiguille, marque durant sa course les heures sur une échelle horaire qui peut être de différents types : forme verticale située sur l’un des montants du bâti (ou sur les deux). C’est le type le plus classique. Quatre clepsydres sénonaises adoptent cette solution ; forme de cadran d’horloge à une aiguille, telle l'exemplaire du Musée des Arts et Métiers de Paris ; forme mixte, illustrée sur la planche XXVI de L'art du potier d'étain de Salmon (voir supra). Cette dernière est suffisamment explicite pour se passer de commentaire. Ces deux dernières formes à cadran ne semblent pas avoir eu une diffusion importante, on ne trouve aucune trace de la forme mixte par exemple ; Citons, pour finir et pour l’anecdote, le déplacement sur plan incliné (fig. 16 de la planche XXVI), qui s’inspire de certaines pendules mécaniques originales.
Echelle verticale Les heures (voir figure d'introduction) sont ici localisées sur le montant de gauche mais pourraient l’être, de la même façon, sur le montant de droite, des détails de fixation le confirmant. Les heures, dans leur ensemble, sont imprimées sur des vignettes indépendantes en papier-carton. Ces étiquettes forment un ruban. Elles sont reliées entre elles par deux fils sur lesquels elles peuvent coulisser avec un jeu d’environ une vignette-et-demi au total. Ce jeu doit permettre un ajustement de l’heure à la descente réelle du tambour.
De haut en bas on trouve sur les vignettes le nom du constructeur « HUNOT », suivi des heures [9…12…6…12…6…9 ] soit 25 heures au total, ce qui laisse une plage d’une heure pour remonter l’horloge journellement. La dernière étiquette indique l’origine du constructeur « À SENS »..
Fonctionnement vignette|Un tambour avec gravé sur le flanc le lieu de passage de LA Corde et, le carré d'entrainement chanfreiné. Prérèglage L’axe qui sert d’aiguille ou d’index, traverse le tambour (voir figure). Il est dans sa partie centrale de section carrée et penté pour ajustement légèrement serré dans son logement. Chanfreiné sur une de ses arêtes, il laisser passer et coince la cordelette accrochée à deux pitons en haut du châssis.
L’ensemble tambour, axe, cordelette, réglé bien horizontalement, la cordelette est alors enroulée autour de l’axe comme pour « rouler une cigarette ». L’opération rapide - environ 30 secondes à partir de la position basse - mettra le tambour en position haute. Après quelques instants de recherche de son nouvel équilibre le tambour descendra d’un mouvement supposé uniforme devant l’échelle des heures.
Mouvement moteur
Voyons, sous une forme simplifiée, comment le mouvement s’établit. Le tambour est isolé mécaniquement, suspendu par la corde enroulée autour de son axe ; une portion de « camembert » est supposée représenter le volume d'eau contenue entre des parois sans trou d'écoulement.
Le système isolé est soumis à l'action de deux forces extérieures : Fp la résultante du poids du tambour et du volume d'eau, appliquée au centre de gravité du système d'une part, et à Ft l'action de tension de la corde sur le cylindre d'autre part. Le système va alors trouver une position d'équilibre où les deux forces seront égales, opposées et sur la même ligne d'action avec une résultante des moments nulle. Supposons maintenant un petit trou d'écoulement dans la partie basse de la cloison inférieure. L'eau va s'écouler lentement par cet orifice entrainant un petit déplacement instantané du centre de gravité vers la gauche et le bas, donc un déséquilibre du système qui va avoir tendance à retrouver sa position d'équilibre ; il va alors tourner autour du centre instantané de rotation CIR dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et ceci, continuellement, tant que la corde ne sera pas entièrement dérouléeVoir par curiosité une démonstration sur le site Goutte que goutte (le fonctionnement d'une clepsydre à tambour) ..
Dans le vrai cylindre, le débit de l’eau, au passage des petits trous, n’est pas régulier. En général, il dépend en partie de la hauteur de fluide situé au-dessus. Mais la loi des écoulements se complique du fait du passage simultané par plusieurs trous, et parce qu’un écoulement peut s’effectuer aussi dans un compartiment déjà rempli jusqu’au trou de passage. Il en résulte que le mouvement du cylindre n’est pas un mouvement circulaire uniforme. Mais la multiplication des compartiments tend à compenser les variations de débit donc les variations de vitesse angulaire et par-là même rend le mouvement approximativement régulier, en moyenne..
Exactitude Les auteurs de l’époque soulignaient que cette machine était « très exacte » mais aussi qu’elle était « sujette à aller un peu plus vite en été qu’en hiver. ». Devant l’impossibilité, aujourd’hui, d’avoir une copie à l’identique de ces tambours, voyons ce que nous disent deux constructeurs actuels.