Un sismographe chinois vieux de 2000 ans d’une grande précision

22 août 2016 Mis à jour: 25 octobre 2016

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En 132, Zhang Heng a présenté à la cour des Han le premier détecteur de séisme au monde. Une réplique fabriquée en 2005 offrirait même une précision égale à celles des instruments de technologie moderne.

Des comptes-rendus historiques font mention de sa grande précision, bien que sa finition détaillée reste un mystère. Son apparence extérieur et son fonctionnement sont connus, mais ses mécanismes intérieures restent ouverts aux spéculations. Les répliques ont été construites en considérant les meilleures de ces spéculations.

La théorie la plus répandue énonce qu’un pendule à l’intérieur d’une urne de cuivre bougerait lors d’un tremblement de terre, même si ce dernier se déroulerait à des centaines de kilomètres de là. Le pendule déclencherait un système de leviers, ouvrant la bouche d’un des huit dragons à l’extérieur de l’urne. Chaque bouche de dragon contient une balle en bronze. La balle tomberait alors dans la bouche d’une figurine de grenouille en dessous, produisant un bruit reconnaissable.

Un compte-rendu historique décrit la sonnerie dans la bouche de la grenouille comme étant si bruyante qu’elle tirait toute la Cour du sommeil, écrit le Dr. Jan Pajak de l’institut de technologie Wellington dans une publication pour la conférence internationale de 2005 sur la technologie sensitive.

Le dragon ayant la bouche ouverte indiquerait la direction du séisme. Les huit dragons pointant les huit directions de la rose des vents (l’Est, le Nord-Est, le Nord, le Nord-Ouest, L’Ouest, le Sud-Ouest , le Sud et le Sud-Est).

L’invention a d’abord été accueillie avec scepticisme, bien que Zhang était déjà un scientifique reconnu et choisi pour être l’astronome en chef de la Cour. En 138, une balle en bronze a sonné la première alarme.

Il indiquait le séisme ayant lieu à l’Ouest de Luoyang, la capitale. Personne n’avait senti de tremblement à Luoyang et l’alarme a été ignorée. Quelques jours plus tard, un messager venant de l’Est de Luoyang arriva à la capitale en annonçant que sa région avait subi un séisme. Le séisme avait eu lieu au moment où la machine de Zhang avait donné l’alarme. La ville de Longxi, éloignée de 500 km, était en ruines.

Feng Rui et Yu Yan-Xiang de l’Institut de géophysique, l’Administration des tremblements de terre en Chine, ont déduit en 2006 que le premier séisme détecté par la machine de Zhang était de magnitude 7 à Longxi et que son épicentre s’était situé à Tianshui, le 13 décembre 134.

L’objectif de la machine était de détecter des tremblements de terre dans les régions éloignées, afin de pouvoir envoyer de l’aide. Cela fonctionna jusqu’à la mort de son inventeur, mais l’appareil était si complexe que seul Zhang pouvait l’entretenir efficacement.

Le sismographe a été nommé Houfeng didong yi, « l’instrument pour mesurer les vents saisonniers et les mouvements de la Terre ». Des tentatives d’imitation modernes ont eu plus ou moins de succès et ont tous été fabriqués en se basant sur l’usage de l’inertie, un principe largement utilisé par les sismographes modernes.

Le Dr. Pajak explique l’usage de l’inertie : « Selon ce principe, un tremblement de terre fait bouger une partie en bordure de l’instrument. Cette bordure est déplacée en relation avec un pendule interne, tandis que le déplacement est enregistré comme un indication du tremblement de terre. »

Tentatives d’imitation

En 1939, le scientifique japonais Akitsune Imamura a construit une réplique montrant que le dispositif était bien efficace, selon Hong-Sen Yan dans son livre « Reconstruction Designs of Lost Ancient Chinese Machinery ».

Hong-Sen note cependant : « Dans certaines circonstances la direction de l’épicentre d’un séisme s’est trouvée être perpendiculaire à la balle tombée. »

En 2005, plusieurs scientifiques de différentes disciplines de l’Académie des Sciences, du Muséum National, et de l’Administration des tremblements de terre chinoise ont déclaré la nouvelle réplique comme étant la meilleure à ce jour.

« Elle représente le sommet actuel en terme de compréhension de l’ancien instrument Didong », a déclaré Teng Jiwen, un chercheur à l’Institut de Géologie et de Géophysique, selon un rapport du média d’État People’s Daily.

La réplique a correctement répondu à quatre ondes de véritables séismes : à Tangshan, dans le Yunnan, dans le plateau du Qinghai au Tibet et au Vietnam. Mis à l’épreuve avec les graphiques modernes de tremblement de terre, la réplique s’est montrée précise et correspondait aux descriptions des textes historiques.

Les mécanismes intérieurs

Hong-Sen a cité un passage d’une biographie contemporaine de Zhang, le plus ancien plan de conception connu dans les textes historiques : « Il y a un pilier (du zhu) au centre de l’intérieur et huit roues de transmission autour du pilier. »

Les roues de transmission font référence aux canaux à travers lesquels certains objets étaient transportés, explique Hong-Sen, mais il n’y a pas plus de précisions sur celles-ci dans les écrits.

Le Dr. Pajak offre une autre théorie. Il écrit que la machine décrite dans les textes historiques contenait de l’eau, sortant par les bouches de dragons comme une fontaine.

Il théorise que l’eau se déplaçait fluidement (à l’opposé de la turbulence), ce qui est une particularité connue de l’écoulement laminaire. La forme de la chambre (parabolique) était conçue pour dévier les vibrations venant de la zone du séisme. Les vibrations détournées se concentraient à l’entrée du tuyau dans la direction appropriée, amenant l’eau à pousser la balle à l’extérieur d’une bouche de dragon.

Robert Reitherman, directeur du Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering, a exprimé son scepticisme concernant les rapports historiques de précision de la machine dans son livre « Earthquakes and Engineers: An International History ».

Il écrit : « À une distance proche, l’instrument tout entier aurait été si sévèrement secoué que les balles sur les différentes perches seraient tombées sans discernement. […] À une distance plus lointaine, le mouvement du sol d’un tremblement de terre ne laisserait pas de trace indiquant la direction d’où viendraient les vibrations, car le sol sera secoué dans des directions variées plutôt que de façon chaotique au moment où il atteindrait l’instrument. »

Si la machine fonctionnait bien comme le rapportent les comptes-rendus historiques et si le succès des répliques modernes suggère que la machine pouvait fonctionner avec une telle précision, il semblerait que le génie de Zhang reste encore hors de notre portée.

Certains des autres accomplissements de Zhang incluent le calcul de pi ( π ) entre 3,1466 et 3,1622, l’amélioration d’un dispositif de clepsydre, ainsi que l’application de la poussée hydraulique pour enclencher un instrument connu d’astronomie, la sphère armillaire.

Version anglaise : 2,000-Year-Old Earthquake Detector Worked With Accuracy in China

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