Mécanisme d’Anticythère

Le mécanisme d’Anticythère est ce qui subsiste d’une machine grecque antique faite d’engrenages de bronze à l’intérieur d’un boîtier de bois. En tournant une petite manivelle, l’utilisateur pouvait faire avancer ou reculer dans le temps un ensemble d’aiguilles et lire des informations astronomiques : où se trouvaient le Soleil et la Lune dans le zodiaque, quelle était la phase de la Lune, quel mois on était dans plusieurs calendriers, et si une éclipse était attendue.

On l’appelle souvent le plus ancien ordinateur analogique connu. Cela ne signifie pas qu’il fonctionnait comme un ordinateur électronique moderne. Il était « analogique » parce qu’il représentait les cycles du ciel par la rotation de roues : le rapport entre les nombres de dents de ses engrenages reproduisait les rapports entre périodes astronomiques. Une fois les engrenages réglés, le calcul se faisait mécaniquement.

L’objet doit son nom à la petite île grecque d’Anticythère, entre la Crète et le Péloponnèse, au large de laquelle il fut trouvé dans un navire coulé. Seul environ un tiers en subsiste, en 82 fragments, mais l’imagerie moderne a permis aux chercheurs de reconstituer une grande partie de son fonctionnement.

Vers Pâques 1900, des pêcheurs d’éponges de l’île de Symi, menés par le capitaine Dimitrios Kontos, firent escale à Anticythère pour attendre des vents favorables. En plongeant à environ 45 mètres, l’un d’eux trouva un amas de statues de bronze et de marbre sur le fond marin. Avec l’aide de la marine grecque, des plongeurs remontèrent de nombreux objets entre la fin de 1900 et 1901 : des statues telles que le Jeune Homme d’Anticythère en bronze, une tête de bronze connue sous le nom du « Philosophe », des figures de marbre, de la céramique, de la verrerie, des bijoux et des pièces de monnaie.

Le mécanisme remonta en 1901 sous la forme d’un bloc corrodé de bronze et de bois et fut transporté au Musée archéologique national d’Athènes avec les autres trouvailles. Le personnel du musée était occupé à réassembler les statues, et le bloc ne fut pas traité ; en séchant, le bronze corrodé se fissura et se rétracta. Le 17 mai 1902, l’archéologue Valerios Stais, avec son cousin l’homme politique Spyridon Stais, remarqua une roue dentée enchâssée dans l’une des pièces.

Le navire lui-même était un cargo d’époque romaine qui coula au cours du deuxième quart du Ier siècle av. J.-C. Des pièces de monnaie trouvées par l’équipe de Jacques Cousteau en 1976 furent frappées entre environ 76 et 67 av. J.-C., et la céramique indique la même période ; l’épave est donc généralement datée d’environ 70–60 av. J.-C. D’où venait le navire et vers où il se dirigeait, peut-être l’Italie, restent incertains.

L’avant du mécanisme comportait un grand cadran rond à deux anneaux. L’anneau intérieur était marqué des douze signes du zodiaque, chacun occupant un secteur égal de 30 degrés. L’anneau extérieur était un calendrier avec des noms de mois du calendrier égyptien écrits en lettres grecques ; trois d’entre eux, Pachon, Payni et Épiphi, ont survécu.

Des aiguilles se déplaçaient sur ce cadran pour indiquer la position du Soleil (qui marquait aussi la date) et de la Lune. L’aiguille de la Lune ne se déplaçait pas à vitesse constante : elle accélérait et ralentissait, tout comme la vraie Lune en raison de son orbite elliptique. Une petite bille, moitié claire et moitié sombre, tournait pour montrer la phase de la Lune.

Autour des cadrans courait un parapegme, un calendrier stellaire répertoriant les levers et couchers des étoiles brillantes au cours de l’année, associé à des lettres sur l’échelle du zodiaque. Les inscriptions du couvercle avant décrivent aussi les cinq planètes connues dans l’Antiquité, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne, ce qui suggère fortement que l’avant montrait autrefois aussi leurs positions, bien que les engrenages correspondants soient perdus.

L’arrière du mécanisme comportait deux grands cadrans en spirale et plusieurs plus petits. La spirale supérieure, de cinq tours, montrait le cycle métonique : 235 mois lunaires qui s’ajustent presque exactement à 19 années solaires. Cela permettait de maintenir un calendrier fondé sur la Lune en phase avec les saisons. Les noms de mois qui y figurent se sont révélés appartenir à un calendrier de type corinthien.

La spirale inférieure, de quatre tours, montrait le cycle de Saros de 223 mois lunaires, soit environ 18 ans et 11 jours, après lequel les éclipses se reproduisent selon un schéma semblable. De petits symboles (glyphes) dans les cases marquaient les mois où une éclipse solaire ou lunaire pouvait être attendue, avec le moment de la journée. Un petit cadran à côté, le cadran exeligmos, indiquait combien d’heures ajouter, car chaque Saros dure environ huit heures de plus qu’un nombre entier de jours.

Un autre petit cadran suivait un cycle de quatre ans des festivals athlétiques panhelléniques : les jeux Olympiques, Pythiques, Isthmiques et Néméens, ainsi que les jeux Naa, moins importants, de Dodone, et les Halieia de Rhodes. C’est la seule aiguille qui tournait dans le sens antihoraire. Sa présence montre que le mécanisme concernait le temps humain, les fêtes et les calendriers, et pas seulement l’astronomie.

La manivelle faisait tourner un grand engrenage à quatre rayons (que les chercheurs appellent b1) une fois par an. À partir de là, des trains de plus petits engrenages entraînaient les autres aiguilles à des vitesses fixées par les rapports de leurs dents. Par exemple, le train d’engrenages du cadran métonique donne une période d’environ 6 939,5 jours pour la spirale complète, très proche de la valeur moderne de 6 939,69 jours ; le train du Saros donne environ 1 646,3 jours par tour de l’aiguille contre une valeur moderne de 1 646,33.

L’élément le plus remarquable est l’engrenage lunaire. Deux engrenages sont montés l’un sur l’autre sur un plateau tournant ; l’un possède une broche qui s’engage dans une fente de l’autre. Comme les deux axes sont légèrement décalés, la sortie accélère et ralentit une fois par mois lunaire. Ce dispositif à broche et fente reproduit mécaniquement la théorie du mouvement lunaire associée à l’astronome Hipparque, et le plateau tournant lui-même tourne lentement pour modéliser le déplacement progressif de l’orbite de la Lune, un cycle d’environ 8,88 ans. C’est le plus ancien usage connu d’un engrenage épicycloïdal.

Les dents des engrenages sont de petits triangles équilatéraux taillés à la main, avec un espacement moyen d’environ 1,6 millimètre, sur des roues d’environ 1,4 millimètre d’épaisseur. Leur irrégularité montre qu’elles ont été fabriquées avec des outils manuels. Un tel engrenage façonné à la main aurait introduit du jeu et des frottements limitant la précision des corrections les plus fines, mais la conception elle-même est exceptionnellement sophistiquée.

Le mécanisme combine deux traditions astronomiques. De l’astronomie babylonienne viennent des relations de longue période, des cycles en nombres entiers comme le Saros et les relations utilisées pour les planètes, découverts au fil de siècles d’observations consignées sur des tablettes d’argile. L’étude de 2006 a montré que les prédictions d’éclipses reposaient sur des cycles arithmétiques babyloniens.

De l’astronomie grecque viennent des modèles géométriques qui expliquaient les mouvements irréguliers par des cercles et des épicycles, comme la théorie lunaire d’Hipparque. Le mécanisme transformait ces modèles en pièces mobiles, faisant un modèle physique d’un cosmos grec centré sur la Terre.

En 2016, des chercheurs ont lu sur l’inscription du couvercle avant des nombres donnant des cycles pour Vénus (462 ans) et Saturne (442 ans). La reconstruction de 2021 par l’équipe de Tony Freeth à l’University College de Londres a soutenu que ces périodes avaient pu être obtenues par une méthode combinant des relations de période, qu’ils ont reliée à des mathématiques associées à l’Académie de Platon, et les a utilisées pour concevoir des trains d’engrenages compacts pour les cinq planètes.

Aucun nom de fabricant n’a survécu. Les inscriptions sont en grec, l’astronomie est hellénistique, et la facture suggère une tradition éprouvée plutôt qu’une invention isolée et chanceuse : le mécanisme est trop raffiné pour être le premier du genre, il doit donc y avoir eu des précurseurs aujourd’hui perdus.

Plusieurs lieux ont été proposés. Rhodes était un centre d’astronomie et d’ingénierie, patrie d’Hipparque et, plus tard, du philosophe stoïcien Posidonios, à qui Cicéron attribue la construction d’un appareil semblable ; le cadran des jeux inclut les Halieia rhodiennes, et le calendrier stellaire correspond à des latitudes proches de Rhodes. Le calendrier de type corinthien et la mention des jeux Naa de Dodone pointent vers un utilisateur du nord-ouest de la Grèce, peut-être dans une colonie corinthienne d’Épire. L’étude de 2008 a aussi évoqué la possibilité de Syracuse, la ville d’Archimède, mais des travaux ultérieurs ont montré que le calendrier ne pouvait pas être celui de Syracuse. Une vision de compromis suggère une tradition de conception venue de Rhodes, cet exemplaire particulier ayant été fabriqué pour un client en Épire.

Les dates varient aussi. Derek de Solla Price proposait environ 87 av. J.-C. ; d’autres plaident pour 150–100 av. J.-C. ; une étude de 2014 a situé la date de départ du cadran des éclipses en 205 av. J.-C., et une proposition de 2022 a placé le calibrage initial en 178 av. J.-C. Une date de calibrage n’est pas nécessairement une date de construction. Tout le monde s’accorde seulement sur le fait qu’il fut fabriqué avant le naufrage du navire, vers 70–60 av. J.-C.

Des auteurs anciens mentionnent des dispositifs montrant les mouvements des cieux. Dans son dialogue De la République (54–51 av. J.-C.), Cicéron décrit deux modèles en forme de sphère fabriqués par Archimède, que le général romain Marcellus rapporta après le siège de Syracuse en 212 av. J.-C., dont l’un pouvait montrer le Soleil, la Lune et les planètes. Cicéron dit aussi que son ami Posidonios avait récemment construit un dispositif dont les révolutions reproduisaient les mouvements quotidiens du Soleil, de la Lune et des cinq planètes.

Pappus d’Alexandrie, écrivant des siècles plus tard, dit qu’Archimède écrivit un livre perdu, Sur la fabrication des sphères. Des auteurs latins et grecs plus tardifs, de Lactance à Proclus, continuèrent à mentionner la sphère d’Archimède. Ces textes montrent que de tels instruments étaient connus et admirés, bien que le mécanisme d’Anticythère lui-même ne puisse être identifié à aucun d’entre eux.

Parmi les objets conservés, des machines d’une complexité semblable ne réapparaissent qu’environ 1 500 ans plus tard, dans les horloges astronomiques européennes du XIVe siècle de Richard de Wallingford et de Giovanni de Dondi. Qu’une tradition continue de dispositifs à engrenages ait relié l’Antiquité à ces horloges reste incertain, car les preuves intermédiaires sont rares.

Après l’identification de Stais, de nombreux savants doutèrent que l’objet puisse être antique, car il paraissait bien trop complexe. Le philologue allemand Albert Rehm fut le premier à soutenir clairement qu’il s’agissait d’un calculateur astronomique. L’étude sérieuse reprit lorsque l’historien des sciences Derek J. de Solla Price s’empara du problème en 1951 ; avec le physicien grec Charalampos Karakalos, il réalisa des images aux rayons X et gamma en 1971, et en 1974 il publia Gears from the Greeks, proposant une première reconstruction d’ensemble.

En 2002, l’ingénieur mécanicien Michael Wright construisit le premier modèle fonctionnel intégrant les engrenages connus et son propre affichage planétaire proposé ; il découvrit aussi le mécanisme de la phase lunaire. À partir de 2005, le projet de recherche sur le mécanisme d’Anticythère, avec une équipe de l’université de Cardiff dirigée par Mike Edmunds travaillant aux côtés de collègues grecs, utilisa l’imagerie de surface à haute résolution et la tomographie assistée par ordinateur à rayons X en microfoyer pour voir à l’intérieur des fragments. Leurs résultats, publiés dans Nature en 2006 et 2008, doublèrent le nombre d’inscriptions déchiffrées et clarifièrent les cadrans arrière.

Les travaux ultérieurs se sont concentrés sur les engrenages avant disparus. En 2021, l’équipe de recherche d’Anticythère de l’UCL a publié un modèle complet proposé de l’affichage planétaire, soutenant que les reconstructions antérieures ne correspondaient pas à toutes les preuves. D’autres chercheurs continuent de tester des alternatives, par exemple sur le nombre de divisions de l’anneau calendaire avant.

Le mécanisme a changé notre image de la technologie antique. Avant son décodage, les historiens supposaient que la fine mécanique à engrenages avait commencé avec l’horlogerie médiévale. Il montre que les artisans hellénistiques pouvaient miniaturiser des trains d’engrenages complexes et que les astronomes voulaient rendre leurs théories visibles et utilisables.

Il montre aussi comment la science antique fonctionnait à travers les cultures : l’astronomie numérique babylonienne, les modèles géométriques grecs et les calendriers égyptien et grec furent réunis dans un seul objet. Son cadran des jeux et ses calendriers nous rappellent que l’astronomie servait la vie sociale, de la fixation des fêtes et des dates religieuses jusque, peut-être, à l’astrologie et à l’enseignement.

La culture populaire traite parfois le mécanisme comme un mystère qui nécessiterait des extraterrestres, un voyage dans le temps ou des super-civilisations disparues pour l’expliquer. Les chercheurs le voient plutôt comme le produit d’un monde intellectuel connu dont les autres exemples n’ont simplement pas survécu ; le bronze était généralement fondu et réutilisé, si bien qu’une épave a préservé ce que l’histoire ordinaire a détruit. Il a figuré dans des documentaires et, sous une forme romancée, dans le film Indiana Jones et le Cadran de la destinée (2023).

Les cadrans arrière sont désormais bien compris, mais l’avant reste contesté car la majeure partie de son engrenage manque. L’espace entre l’engrenage principal et la plaque avant, des caractéristiques de la roue à quatre rayons et les inscriptions impliquent tous des engrenages supplémentaires. Le modèle de Wright de 2002 ajoutait une aiguille du « vrai Soleil » et des aiguilles pour les cinq planètes. Evans, Carman et Thorndike (2010) ont plutôt interprété l’espacement irrégulier de l’échelle du zodiaque comme la preuve d’un affichage solaire excentrique et ont suggéré des cadrans plus simples pour les planètes. Freeth et Jones (2012) ont proposé des trains planétaires compacts utilisant des dispositifs à broche et fente semblables au mécanisme lunaire ; le modèle UCL de 2021, avec un total de dizaines d’engrenages et huit sorties coaxiales, déduit le nombre d’engrenages de relations de période à petits facteurs premiers, en partageant des engrenages entre les planètes.

Les reconstructions doivent satisfaire des contraintes physiques strictes : l’épaisseur des plaques conservées, la position des paliers et des montants, et les textes du « mode d’emploi » du couvercle arrière, qui décrit un affichage en anneaux avec des planètes représentées par de « petites sphères » et le Soleil par une « petite sphère dorée ». Les critiques notent que tout modèle complet implique des hypothèses sur les parties perdues, si bien qu’aucun ne peut être prouvé ; les modèles sont mieux vus comme des hypothèses qui correspondent plus ou moins bien aux preuves.

L’anneau calendaire avant en est un autre exemple. On a longtemps supposé qu’il comportait 365 divisions pour l’année solaire égyptienne, mais des analyses statistiques des trous conservés sous l’anneau (Budiselic et ses collègues en 2020, suivis d’études indépendantes) suggèrent environ 354 intervalles, indiquant un calendrier lunaire. Si cela est exact, cela change la manière dont le cadran avant était utilisé, bien que les noms de mois égyptiens restent déroutants.

Dater le mécanisme combine plusieurs types de preuves. L’épave donne un terminus ante quem : ses pièces de monnaie (frappées vers 76–67 av. J.-C.) et sa céramique situent le naufrage vers 70–60 av. J.-C., tandis qu’une datation au radiocarbone du bois de la coque (220 av. J.-C. ± 43 ans) est jugée refléter du bois ancien. La datation astronomique tente de trouver le moment où les cadrans furent calibrés : Carman et Evans ont soutenu en 2014 que le schéma des éclipses du cadran de Saros correspond le mieux à un début en 205 av. J.-C. ; d’autres préfèrent 204 ou 178 av. J.-C. De telles dates identifient une époque intégrée dans la conception, qui pourrait avoir été copiée d’un modèle plus ancien.

Les arguments de provenance dépendent des calendriers et des fêtes. L’article de Nature de 2008 a identifié les douze noms de mois du calendrier métonique comme corinthiens, ce qui pointait vers des colonies corinthiennes du nord-ouest de la Grèce ou vers Syracuse. L’étude de Paul Iversen en 2017 sur le calendrier et le cadran des jeux a soutenu que le prototype venait de Rhodes mais que cet exemplaire fut adapté pour un client en Épire, utilisant un calendrier épirote, et fut fabriqué au plus tôt une génération avant le naufrage, un avis soutenu par Alexander Jones la même année.

Sur le plan méthodologique, le mécanisme est une vitrine de la collaboration entre l’archéologie, l’épigraphie, l’histoire de l’astronomie, l’ingénierie et les sciences de l’imagerie. Une grande partie du texte était invisible jusqu’à ce que la tomographie par rayons X permette aux chercheurs de lire des lettres de quelques millimètres de haut à l’intérieur de couches corrodées. Dans le même temps, l’histoire de la recherche est un avertissement : des reconstructions présentées avec assurance ont été révisées à plusieurs reprises quand de nouvelles lectures apparaissaient, et certains fragments pourraient encore attendre d’être identifiés dans les réserves des musées, comme ce fut le cas du fragment F jusqu’en 2005.