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Pompe à pistons (Ph. Fleury et S. Madeleine)

Ph. Fleury, « Les sparsiones liquides dans les spectacles romains », Revue des Études Latines, 86, 2008, p. 97-112.

Ph. Fleury, « La machina Ctesibica. Comment projeter de l’eau sous pression dans l’Antiquité ? », Actes du colloque de la Société Française d’Archéologie Classique, Paris, I.N.H.A, 18.11.2006 « Archéologie et histoire des techniques du monde romain », éd. par M. Molin, Paris, De Boccard, 2008, p. 119-132.

S. Madeleine, Le complexe pompéien du Champ de Mars, une ville dans la Ville. Restitution virtuelle d’un théâtre à arcades et à portique au IVe siècle p. C., publication de la thèse soutenue à l’Université de Caen Basse-Normandie en 2006, en cours de publication.

1 – Fonction de la machine

Il existe plusieurs types de machines pour élever l’eau dans l’Antiquité : roue à augets, chaîne à godets, vis d’Archimède etc. Parmi elles, l’appareil appelé machina Ctesibica par Vitruve, sipho / siphôn ailleurs, a un statut particulier : il est le seul à pouvoir produire un jet d’eau, c'est-à-dire à projeter l’eau sous pression. Il s’agit d’une pompe à piston foulante, fonctionnant en immersion. Son invention paraît se situer dans le contexte des travaux du mécanicien Ctésibios à Alexandrie, au IIIe siècle avant J.-C. Cette machine est relativement bien connue par les sources littéraires, épigraphiques et archéologiques. Son principe a survécu à l’Antiquité : c’est celui de la pompe à incendie encore utilisée jusqu’au début du XXe siècle.

2 – Sources textuelles

Descriptions techniques

• Héron, Pneum. 1, 28
• Philon de Byzance, Pneum. append. 1, chap. 2
• Vitruve 10, 7, 1-3

Mentions explicites

• Aetna, 327
• Apollodore de Damas, Poliorc. 7, 7
• Columelle 9, 14, 17
• Digeste 33, 7, 12
• Hesychius, Lexicon, s. u.
• Isidore de Séville, Orig. 20, 6, 9
• Pionius, Vita S. Polycarpi, 28
• Pline l’Ancien, Nat. 2, 166
• Pline le Jeune, Epist. 10, 33
• Sénèque, Nat. 2, 16
• Sénèque le Rhéteur, Controuersiae, 10, pr. 9

Allusions probables à l’emploi d’une pompe à pistons

• Lucrèce 2, 416
• Martial 5, 25
• Martial 9, 38
• Ovide, Ars amatoria, 1, 103
• Paulin de Nole, Epistulae, 49, 1, 2, 3, 12
• Pline, Nat. 19, 60, 3
• Plutarque, Gal. 19, 3
• Properce 4, 1, 16
• Scriptores Historiae Augustae, Had. 19, 5
• Sénèque, Nat. 2, 9, 2
• Sénèque, Lucil. 90, 15
• Suétone, Nero, 31, 3

---

Aetna, 327 (CUF, J. Vessereau, 1961)

Velut unda profundo terque quaterque exhausta graues ubi perbibit euros, ingeminant fluctus et primos ultimus urget, Haud secus adstrictus certamine tangitur ictu spiritus inuoluensque suo sibi pondera nisu densa per ardentes exercet corpora uires et, quacumque iter est, properat transitque moramen, donec confluuio, ueluti siponibus actus, exilit atque furens tota uomit igneus Aetna.

Voyez l’eau dans la haute mer : quand elle a été soulevée trois ou quatre fois par de violents vents de l’est, les vagues se multiplient, les premières subissent la poussée de la dernière. De même le souffle du vent, fortement comprimé dans sa lutte, subit des chocs, enveloppe ses forces dans sa masse pesante, pousse en avant les corps fortement tassés à travers les canaux du sol qui s’embrasent, se précipite partout où s’offre un passage, dépasse le vent plus lent qui l’attarde, et finalement, chassé de l’espace où il était concentré, comme par des tubes de siphon, il s’élance au dehors, plein de furie, en traînant des torrents de feu qu’il déverse par tout l’Etna.

Apollodore de Damas, Poliorc. 7, 7

Pour les parties exposées aux projectiles incendiaires, il convient d’avoir, pour faire fonction de tuyaux, des boyaux de bœufs, qui portent l’eau à la partie supérieure ; à l’extrémité de ces boyaux, on place des outres pleines d’eau, qui étant pressées, élèvent l’eau. Dans le cas où quelqu’une des parties supérieures, difficile à atteindre, viendrait à prendre feu, si l’on a pas de ces instruments connus sous le nom de siphons [on se servira également des roseaux percés, comme ceux des oiseleurs, que l’on disposera dans les points où il est nécessaire de leur faire conduire l’eau ; et, au moyen d’outres pleines que l’on presse, on la lancera à travers les roseaux jusqu’au point incendié].

Colum. 9, 14 (éd. V. Lundstroem 1940, CUF, Dumont, 2001)

Quibus liquoribus mundam lanam imbuere oportebit, ut insistentes apes quasi per siphonem sucum euocent.

Il convient d’imbiber de ces liqueurs de la laine propre pour qu’en se tenant dessus les abeilles en fassent sortir le suc comme par un siphon.

Colum. 9, 17 (éd. V. Lundstroem 1940, CUF, Dumont, 2001)

Quem tamen ne amittant, si longior fames incesserit, optimum est per aditum uestibuli siponibus dulcia liquamina inmittere, et ita penuriam temporum sustinere, dum Arcturi ortus et hirundinis aduentus commodiores polliceantur futuras tempestates.

Pour éviter cependant qu’elles ne la [la cire] perdent, si la famine s’est prolongée, le meilleur est de faire passer avec des tubes des sirops sucrés par l’ouverture du vestibule et de resister ainsi à la pénurie de l’époque jusqu’à ce que le lever d’Arcture, qui suit les ides de février et l’arrivée des hirondelles promettent que les conditions météorologiques seront plus favorables.

Digeste 33, 7, 12, 18, 2 (trad. M. Hulot, Metz, Behmer et Lamort, 1804)

Acetum quoque, quod exstinguendi incendii causa paratur, item centones sifones, perticae quoque et scalae, et formiones et spongias et amas et scopas contineri plerique et Pegasus aiunt.

On garde aussi dans les maisons du vinaigre pour éteindre les incendies, il doit être compris dans les legs des ustensiles aussi bien que les balais faits de haillons, les tuyaux, les perches, les échelles, les nattes, les éponges, les crocs ou crampons, les balans de branches d’arbres : tel est le sentiment de Pégase et de plusieurs jurisconsultes.

Héron, Pnem., 1, 28

Héron, Pneumatiques, 1, 10 ( G. Argoud et J. Y. Guillaumin, Presses Universitaires de Saint-Étienne, 1997)

Isidore, Etym. 20, 6, 9

Sifon uas appellatum quod aquas sufflando iundat ; utuntur enim hos [in] oriente. Nam ubi senserint domum ardere, currunt cum sifonibus plenis aquis et extingunt.

Lucr. 2, 416

...et cum scena croco Cilici perfusa recens est.

... la scène qui vient d’être arrosée de safran liquide.

Mart. 5, 25

‘Quadringenta tibi non sunt, Chaerestrate: surge,

Leïtus ecce venit: sta, fuge, curre, late.'

Ecquis, io, revocat discedentemque reducit?

Ecquis, io, largas pandit amicus opes?

Quem chartis famaeque damus populisque loquendum?

Quis Stygios non volt totus adire lacus?

Hoc, rogo, non melius, quam rubro pulpita nimbo

Spargere et effuso permaduisse croco?

Tu n’as pas quatre cent mille sesterces, Chaerestratus ; lève-toi, voici venir Leitus : debout, fuis, cours, cache-toi. Holà ! Y a-t-il quelqu’un qui veuille le rappeler et le ramener à la place qu’il vient de quitter ? Holà ! A-t-il quelque ami disposé à lui offrir son vaste coffre-fort ? Qui vais-je inscrire sur ma page et recommander à la renommée et à l’admiration des peuples ? Qui veut ne pas descendre tout entier vers les eaux du Styx ? Ne serait-il pas mieux, en vérité, d’agir ainsi que de faire flotter sur la scène une brume empourprée et d’asperger les spectateurs d’une essence de safran.

Mart. 9, 38

Lubrica corycio quamuis sint pulpita nimbo

…Quelque glissante que soit la scène sous l’averse de safran…

Ovide, Ars amatoria, 1, 103 (texte R. Ehwald, Leipzig, Teubner, 1907, trad. et comm. H. Bornecque, Paris, Les Belles Lettres, 1960 (1924))

Primus sollicitos fecisti, Romule, ludos, Cum iuuit uiduos rapta Sabina uiros. Tunc neque marmoreo pendebant uela theatro, Nec fuerant liquido pulpita rubra croco: Illic, quas tulerant nemorosa Palatia, frondes Simpliciter positae, scaena sine arte fuit…

C'est toi qui, le premier, Romulus, as jeté le trouble dans les jeux, lorsque l'enlèvement des Sabines fit le bonheur de tes hommes, privés de femmes. Alors un voile ne couvrait pas un théâtre de marbre et la scène n'était pas arrosée de la rouge essence du safran. A ce moment les branchages, fournis par le bois du Palatin et disposés sans apprêt, constituaient un fond de scène ou l’art n’intervenait pas…

Paulin de Nole, Epistulae 49, 1, 2, 3, 12 (Corpus scriptorum ecclesiast. Latinorum vol. 29 pt. 1, Leipzig, 1894, 390-2, 400)

Philon de Byzance, append. 1, chap 2

Autre appareil pour faire monter l’eau par un procédé élégant

On prend deux marmites de cuivre, le diamètre de chacune d’elles étant de trois empans et sa hauteur de deux coudées. Soient aB ces marmites. Au milieu de chacune, nous établissons un corps de pompe solide et vertical gd, au bas duquel nous ouvrons la soupape d’aspiration e ; et nous lui adaptons un piston qui est oz. Nous donnons au corps de la pompe une proéminence en h, dans laquelle s’ouvre la soupape de refoulement qui est q. Alors, nous prenons deux tuyaux que nous montons sur la proéminence, au-dessus de la soupape de refoulement ; la hauteur de chacun d’eux est de dix coudées ; ils sont marqués ik. Au sommet du piston, au point o, du côté extérieur, nous plaçons une tige qui est le levier qu’on manœuvre, et nous attachons à ce levier deux charnières, comme nous l’avons fait pour le puits. A l’orifice des deux marmites, nous mettons un couvercle m. Il faut nécessairement que, lorsque le piston est tiré en haut, l’eau soit aspirée de la marmite dans le corps de la pompe, puisque la soupape d’aspiration est soulevée de la marmite dans le corps de la pompe. Lorsque, au contraire, le levier est abaissé, la soupape d’aspiration se bouche, la soupape de refoulement s’ouvre, et l’eau monte dans les tuyaux, dont les orifices viennent aux points l ; elle est évacuer de là dans un réservoir qui la reçoit en s. Il faut voir qu’il y ait constamment de l’eau dans les deux marmites. C’est ce que nous voulons expliquer.

Plin., Nat. 2, 166 (CUF, J. Beaujeu, 1950)

Terra, mutuo inplexu iungerentur, hac sinus pandente, illa vero permeante totam, intra extra, supra venis ut vinculis discurrentibus, atque etiam in summis iugis erumpente, quo spiritu acta et terrae pondere expressa siphonum modo emicat tantumque a periculo decidendi abest, ut in summa quaeque et altissima exsiliat. Qua ratione manifestum est, quare tot fluminum cotidiano accessu maria non crescant.

La terre ouvre son sein, l’eau l’irrigue tout entière à l’intérieur comme à l’extérieur, au-dessus comme au-dessous, par les veines qui la parcourent comme autant de liens, et fait irruption même par les sommets, où poussée par le souffle vital et exprimée par le poids de la terre elle jaillit à la manière des siphons, courant si peu le risque de tomber qu’elle s’élance jusqu’aux cimes les plus élevées. Cela explique avec évidence pourquoi l’afflux quotidien de tant de fleuves ne fait pas croître les mers.

Plin., Nat. 19, 60, 3 (Mayhoff, 1892 – 1909).

Hortos villae iungendos non est dubium riguosque maxime habendos, si contingat, praefluo amne, si minus, e puteo rta organisve pneumaticis vel tollenonum haustu rigatos.

Il n’est pas douteux que les jardins doivent être attenants à la ferme et bien irrigués avec les eaux d’une rivière, s’il en est une qui les baigne, sinon arrosés avec l’eau tirée d’un puits à l’aide d’une poulie, d’une pompe ou d’une bascule.

Plin., Epist. 10, 33 (CUF, M. Durry, 1964 (1948)

Cum diuersam partem prouinciae circumirem, Nicomediae uastissimum incendium multas priuatorum domos et duo publica opera, quamquam uia interiacente, Gerusian et Iseon absumpsit. Est autem latius sparsum, primum uiolentia uenti, deinde inertia hominum quos satis constat otiosos et immobiles tanti mali spectatores perstitisse; et alioqui nullus usquam in publico sipo, nulla hama, nullum denique instrumentum ad incendia compescenda. Et haec quidem, ut iam praecepi, parabuntur.

Pendant que je visitais une autre partie de la province, à Nicomédie, un immense incendie a détruit beaucoup de maisons privées et deux édifices publics, l’Asile des vieillards et le temple d’Isis, bien qu’ils fussent séparés par une rue. Or il s’est étendu d’abord sous la violence du vent, ensuite grâce à l’inertie des habitants, qui cela est certain, sont restée spectateurs inactifs et passifs d’une si grande catastrophe. Et d’ailleurs aucun siphon public, aucun seau, enfin aucun matériel pour combattre les incendies. Et du moins selon mes ordres on en prépara.

Plut., Gal. 19,3 (Trad. R. Flacelière, Paris, Les Belles Lettres, 1979)

Properce 4, 16, 16

...pulpita sollemnis non oluere crocos.

...pas de scène exhalant une solennelle odeur de safran.

Scriptores Historiae Augustae, Had. 19, 5

Crocum per gradus theatri fluere iussit.

...fit répandre sur les degrés du théâtre des essences de safran.

Sen., Nat. 2, 9, 2 (Trad et comm. Oltramare O., Paris, Les Belles Lettres, 1961)

Aqua autem quemadmodum sine spiritu posset intendi ? Numquid dubitas quin sparsio illa quae ex fundamentis mediae harenae crescens in summam usque amphitheatri altitudinem peruenit cum intentione aquae fiat? Atqui nec manus nec ullum aliud tormentum aquam potest mittere aut agere quam spiritus ; huic se commodat ; hoc attollitur inserto et cogente ; contra naturam suam multa conatur et ascendit, nata defletur.

Et comment, en l’absence d’air, pourrait-il y avoir une tension de l’eau ? Tu ne doutes pas, je pense, que les jets de liquide qui, au milieu de l’arène, se développent des fondations et arrivent jusqu’aux gradins les plus élevés de l’amphithéâtre, ne soient un effet de la tension de l’eau. Eh bien, ce n’est pas la main de l’homme, ni une machine, mais l’air qui projette l’eau et la met en mouvement. C’est à l’air qu’elle obéit. Soulevée par l’air qui s’est introduit en elle et la contraint, elle fait un violent effort contre sa nature et monte, elle qui est née pour couler de haut en bas.

Sén., Nat. 2, 16

Fulguratio est late ignis explicitus, fulmen est coactus ignis et in impetum iactus. Solemus duabus manibus inter se iunctis aquam concipere et compressa utrimque palma in modum siponis exprimere. Simile quiddam et illic fieri puta: nubium inter se compressarum angustiae medium spiritum eiciunt et hoc ipso inflammant ac tormenti

modo emittunt; nam ballistae quoque scorpionesque tela cum sono expellunt.

Une fulguration est un feu qui se développe sur une grande étendue ; la foudre, un feu ramassé, qui est lancé de manière à être offensif. Il nous arrive de prendre l’eau dans nos deux mains réunies et serrant les deux paumes l’une contre l’autre, de la faire jaillir à la manière d’une pompe. Représente-toi qu’il se passe quelque chose de pareil dans l’atmosphère. Par l’étroit intervalle que laissent les nuages pressés l’un contre l’autre, l’air qui s’y trouve est poussé dehors, enflammé par la pression même, et projeté comme par un engin de guerre. Les projectiles lancés par les ballistes et les scorpions partent aussi avec bruit.

Sén., Lucil. 90, 15

[hodie utrum tandem sapientorem putas] qui inuenit quemadmodum in immensam altitudinem crocum latentibus fistulis exprimat...

...celui qui a inventé le moyen de faire jaillir l’eau safranée à une hauteur immense par des conduits secrets”...

Sén., Controuersiae 10 pr. 9, 7

Quis enim ferat hominem de siphonibus dicentem 'caelo repluunt' et de sparsionibus 'odoratos imbres' et in cultum viridarium 'caelatas silvas' et in picturam 'nemora sur- gentia'?

Suét., Nero, 31, 3

In ceteris partibus cuncta auro lita, distincta gemmis unionumque conchis erant; cenationes laqueatae tabulis eburneis uersatilibus, ut flores, fistulatis, ut unguenta desuper spargerentur.

Dans les diverses parties de l'édifice, tout était doré et enrichi de pierreries et de coquillages à grosses perles. Les salles à manger avaient pour plafonds des tablettes d'ivoire mobiles, qui, par différents tuyaux, répandaient sur les convives des parfums et des fleurs.

Vitr. 10, 7, 1-3

Ea fit ex aere. Cuius in radicibus modioli fiunt gemelli paulum distantes, habentes fistulas furcillae figura similiter cohaerentes, in medium catinum concurrentes. In quo catino fiunt asses in superioribus naribus fistularum coagmentatione subtili conlocati, qui praeobturantes foramina narium non patiuntur , quod spiritu in catinum est expressum. Supra catinum paenula ut infundibulum inuersum est attemperata et per fibulam cum catino cuneo traiecto continetur, ne uis inflationis aquae eam cogat eleuari. Insuper fistula, quae tuba dicitur, coagmentata in altitudine fit erecta. Modioli autem habent infra nares inferiores fistularum asses interpositos supra foramina eorum, quae sunt in fundis. Ita de supernis in modiolis emboli masculi torno politi et oleo subacti conclusique regulis et uectibus cum molientur qui erit aer ibi cum aqua, assibus obturantibus foramina cogent et trudent inflando pressionibus per fistularum nares aquam in catinum, e quo recipiens paenula spiritu exprimit per fistulam in altitudinem, et ita ex inferiore loco castello conlocato ad saliendum aqua subministratur.

Il convient maintenant de décrire la machine de Ctésibios, qui porte l’eau en hauteur. Cette machine doit être en bronze. A sa base, et à faible distance l’un de l’autre, se trouvent deux cylindres jumeaux, munis de tuyaux qui, formant une fourche, leur sont adaptés symétriquement et qui convergent vers un vase intermédiaire. Dans ce vase, se trouvent des clapets, ajustés avec précision aux orifices supérieurs des tuyaux ; obturant le passage de ces orifices, ils empêchent le retour de ce que l’air a chassé dans le vase. Au-dessus du vase est adaptée une chape, en forme d’entonnoir renversé, qu’une clavette, passée dans une cheville, assujettit au vase afin d’éviter que la pression de l’eau ne la fasse se soulever. Un tuyau, que l’on appelle trompe, est ajusté au-dessus, dressé verticalement. Sous les orifices intérieurs des tuyaux, les cylindres sont munis, par ailleurs, de clapets appliqués sur les ouvertures qui sont dans leur fond. Cela étant, des pistons, emboîtés par le haut dans les cylindres, polis au tour et frottés d’huile, sont entraînés par des tiges et des leviers ; comme il y aura là de l’air avec l’eau, et les clapets obstruant les ouvertures, ces pistons pousseront et chasseront l’eau, par pression d’air, à travers les orifices des tuyaux, dans le vase ; de là elle sera recueillie dans la chape, d’où l’air la forcera à s’élever à travers le tuyau, jusqu’au haut ; ainsi depuis un endroit bas, et après installation d’un réservoir, l’eau peut être amenée pour jaillir.

(Ph. Fleury, La mécanique de Vitruve, Caen, Presses Universitaires de Caen, 1993, fig. 33 p. 162)

Machina Ctesibica décrite par Vitruve.

(Ph. Fleury, La mécanique de Vitruve, Caen, Presses Universitaires de Caen, 1993, fig. 35 p. 162)

Pompe décrite par Héron.

3 – Sources archéologiques

Les sources archéologiques (cf. tableau suivant) nous révèlent des pompes différentes les unes des autres (comme les trois descriptions littéraires de Philon, Vitruve et Héron représentaient trois variantes), mais reposant toutes sur le même principe : piston et cylindre, soupapes d’admission et de refoulement. Nous ne retenons pas ici les « pompes à chapelet » attestées sur des épaves de navire et qui relèvent d’une autre technologie, de même que nous écartons de notre propos le système complexe retrouvé à St Malo. Les pompes à piston retrouvées se répartissent en deux catégories selon le matériau utilisé : métal ou bois. Nous préférons parler de « pompes en métal » plutôt que de « pompes en bronze » comme on le fait assez souvent, car, si le bronze est bien le seul matériau mentionné par Vitruve (ex aere) ou par Héron (chalkous)") - nous ne connaissons pas le sens exact du mot arabe que Carra de Vaux traduit par « cuivre » chez Philon - d’autres métaux pourraient être utilisés : ainsi la pompe de la sierra de Cartagène est-elle en plomb. (cf. C. Domergue, 1990, p. 457 sq.). Pour un répertoire des restes de pompes métalliques actuellement retrouvées, voir en dernier lieu Schioler, 1999 et, pour les pompes en bois, Stein, 2004. Certaines de ces pompes sont quasiment complètes (Sotiel Coronada par exemple), pour d’autres nous ne possédons que des fragments, parfois infimes, voire seulement un dessin, l’objet ayant été perdu après sa découverte. Parmi les pompes suffisamment conservées pour que l’on puisse en juger, seules deux pompes en bronze (Sotiel Coronada et Bolsena II) possèdent un réservoir intermédiaire qui peut s’apparenter à celui décrit par Vitruve. Quelques pompes en bois (Colle Mentucia, Périgueux et Silchester par exemple) sont construites de telle manière que l’on peut parler aussi de « chambre intermédiaire » entre la sortie des soupapes de refoulement et le tuyau de refoulement lui-même. L’intérêt de ce dispositif est au cœur de notre seconde hypothèse de restitution virtuelle de la pompe à pistons.

Sources archéologiques pour la pompe à piston

1 – Pompes en métal

• Avenches = Aventicum (Suisse).
• Bolsena I (Italie), avant la fin du III^e s. p. C. ? ; contexte de la découverte incertain.
• Bolsena II (Italie), III^e s. p. C., dans une villa.
• Castrum Novum (Italie), époque impériale, contexte de la découverte incertain. Aujourd’hui disparue.
• Dramont (France), milieu du I^er s. p. C., dans une épave ; ensemble avec quatre cylindres.
• Rome, Antiquario comunale (Italie), époque incertaine, contexte de la découverte inconnu.
• Sierra de Cartagena, pompe en plomb.
• Sotiel Coronada (Espagne), époque impériale, dans une galerie de mine.
• Torre Valdaliga, Cerveteri (Italie).

2 – Pompes en bois

• Benfeld (France), époque impériale, dans un puits.
• Bertrange (Luxembourg), entre 233 et 266 p. C., dans un puits.
• Rome, Colle Mentuccia (Italie), aujourd’hui disparue.
• Lyon (France), dans un puits.
• Martberg (Allemagne), dans un puisard.
• Metz, Sablon (France), époque impériale, dans un puits.
• Milan, S. Giovianni (Italie), dans un puits.
• Milan, Speronari (Italie), dans un puits, aujourd’hui disparue.
• Milan, Velasca (Italie), dans un puits.
• Périgueux (France), avant la fin du II^e s. p. C., dans un puits.
• Riol (Allemagne).
• Silchester (Grande-Bretagne), entre le II^e s. et le V^e s. p. C., dans un puits.
• Tarant Hinton (Grande-Bretagne), entre le II^e s. et le IV^e s. p. C., dans un puits.
• Trèves I (Allemagne), époque impériale, dans un puits, aujourd’hui disparue.
• Trèves II (Allemagne), début du II^e s. p. C., dans l’amphithéâtre (pour assécher un passage souterrain ?), aujourd’hui disparue.
• Trèves III (Allemagne), époque impériale, dans un puits, aujourd’hui disparue.
• Wederath, Hunsrück (près de Trèves = Vicus Belginum, Allemagne), milieu du III^e s. p. C.
• Zewen, Oberkirch, (Allemagne), début du III^e s. p. C., dans un puits.

Figures des différentes pompes conservées

• Avenches
  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 1 : Pumpenzylinder aus Avenches VZ, z.Z. verschollen
  
• Benfeld
  
  

  Stein R., „Roman wooden force pumps : a cade-study in innovation“, Journal of roman archaeology, 17, 2004, p. 221 à 250 - Fig. 8 : The block of the Benfeld pump. The lead liners are in position ; their flandes are evident. Between them lies the outlet passage (much decayed), and below is the rectangular outline of the valve chamber. The block is 500 mm high, 400 mm wide and 250 mm deep (courtesy Musée des Antiquités Nationales, Saint-Germain-Laye)
  
• Bertrange
  
  

  Stein R., „Roman wooden force pumps : a cade-study in innovation“, Journal of roman archaeology, 17, 2004, p. 221 à 250. Fig. 02 : The Bertrange pump in its operating position in the well. The front of the block is against the wall of the well. The two pistons run vertically inside the lead liners of the cylinders ; the flanges of the liners are visible. Between the pistons, towards the front of the block, lies the square section delivery pipe ; the rear support for the pipe, dovetailed to the block, is visible. A side support for the pipe, and one of the two legs supporting the block, can be seen at the left of the picture. The block is 490 mm high, 405 mm wide, and 280 mm deep (courtesy Musée National d'Histoire et d'Art, Luxembourg)
  
• Bolsena I
  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 8 : Pumpe von Bolsena 1, British Museum 1. Das Prinzip im Aufbau dieser Pumpe richtet sich nach folgender Grundregeln : Man hat zwei senkrechte Zynlinder und ein waagrecht liegendes Verbindungsrohr, in dem sich die beiden Ventile des Steigrohrs befinden. Die Hälfte der Pumpen hält sich an dieses Grundprinzip. Die Rekonstruktion abb. 8 richtet sich nach dem Zustand auf Abb. 7; es ist jedoch naheliegend anzunehmen, dass die Ventile im Rohrstutzen sitzen sollten.-Photo British museum, London; Zeichnung Autor 1:4
  

  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 8 : Pumpe von Bolsena 1, British Museum 1. Das Prinzip im Aufbau dieser Pumpe richtet sich nach folgender Grundregeln : Man hat zwei senkrechte Zynlinder und ein waagrecht liegendes Verbindungsrohr, in dem sich die beiden Ventile des Steigrohrs befinden. Die Hälfte der Pumpen hält sich an dieses Grundprinzip. Die Rekonstruktion abb. 8 richtet sich nach dem Zustand auf Abb. 7; es ist jedoch naheliegend anzunehmen, dass die Ventile im Rohrstutzen sitzen sollten.-Photo British museum, London; Zeichnung Autor 1:4.
  

  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Figure 43 : Bolsena 1 : section drawing of orce pump. Davis, 1896, 255, fig. 8.
  

  
  

  G. Rouanet, "Etude de quatre pompes à eau romaines provenant de l'épave de Dramont D", Cahiers d'archéologie subaquatique, 3, 1974, p. 49 à 79 - Figure 63 : Reproduction des pompes de Bolsena (Photo Science Museum, Londres).
  
• Bolsena II
  
  

  Figure T. Schioler
  

  
  

  Figure T. Schioler
  

  
  

  Figure T. Schioler
  

  
  

  Figure T. Schioler
  

  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 9-11 : Pumpe von Bolsena II, British Museum 2. Bei den beiden Bolsena-Pumpen gibt es viel Übereinstimmungen, Anzeichen dafür, dass sie vom gleichen Handwerker hergestellt worden sind. Die Ventile dagegen sind nach verschiedenen Prinzipien gebaut. Die Pumpe Bolsena I arbeitet mit Klappventilen, die Pumpe Bolsena II mit Ventilführung und Ventilsitz. Abb. 11 zeigt, wie das Ventil Konstruiert ist. Auf Abb. 9 findet sich links ein Kolben, der für beide Pumpen zu gross ist. Es muss sich um einen Kolben für eine dritte - uns unbekannte - Pumpe handeln.- Photo British Museum, London; Zeichnungen Autor 1:4.
  
• Castrum Novum
  
  

  Figure T. Schioler
  
• Dramont
  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 4 - 6 : Pumpen von Dramont, Côte d'Azur. Von diesem Pumpentyp kennen wir 5 Exemplare. Vier wurden zusammengefunden; die fünfte Pumpe stammt aus einem anderen Schiffswrack. Jede Pumpe besteht aus 14 Teilen. Die einzelnen Teile sind paarweise so markiert, dass jeder kolben nur in einen bestimmten Zylinder passt. Die Numerierung lässt annehmen, dass die vier Exemplare der Rest einer Serie von sechs sind. Die Form des Ventilgehäuses und des Zylinders lassen vermuten, dass die Teile einzeln gegossen und danach zusammengelötet wurden. Das ist jedoch nicht der Fall. Der Zylinder und das Ventilgehäuse sind zuerst, jeder Teil für sich, in Wachs geformt worden. Danach sind sie zu einem Ganzen zusammengepresst worden. - Photo Musée Archéologique Saint-Raphaël (Var.). Zeichnungen Autor (5) und E. Henrichsen (6) 1:3.
  

  
  

  G. Rouanet, "Etude de quatre pompes à eau romaines provenant de l'épave de Dramont D", Cahiers d'archéologie subaquatique, 3, 1974, p. 49 à 79 - Planche 1.
  

  
  

  G. Rouanet, "Etude de quatre pompes à eau romaines provenant de l'épave de Dramont D", Cahiers d'archéologie subaquatique, 3, 1974, p. 49 à 79 - Photo 1 : Vue d'ensemble des quatre pompes.
  

  
  

  G. Rouanet, "Etude de quatre pompes à eau romaines provenant de l'épave de Dramont D", Cahiers d'archéologie subaquatique, 3, 1974, p. 49 à 79 - Planche 4 : Balancier et bielles (reconstitution).
  
• Metz
  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Figure 87 : Metz : Wood block force pump, reconstructed section drawing. Neyses, 1972, 119, fig. 6.
  

  
  

  Stein R., „Roman wooden force pumps : a cade-study in innovation“, Journal of roman archaeology, 17, 2004, p. 221 à 250. Fig. 9 : A piston from the Sablon pump. The head of the piston lies to the right. The wooden rod of the piston is visible on the left ; its right end is encircled by a wide iron band, which increases its apparent diameter for about one-third of its lenght. Remains of the leather piston seals can be seen, attached to the piston by a large iron nail running through a washer. The piston rod is 130 mm long (including the iron band, which is 42 mm long, but excluding the leather seals and nail). (Courtesy Musée de Metz).
  
• Périgueux
  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Fig. 3 : Vue de la face inférieure de la pompe (cliché DAHA).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Vue de la face supérieure de la pompe (cliché DAHA).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Fig. 5 : Vue de la face postérieure de la pompe (cliché DAHA).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Fig. 6 : Dessin du manchon d'admission du cylindre de droite : A. Manchon d'admission en bois ; B. Clapet en cuir.
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Manchon d'admission droit et clapet en cuir (cliché DAHA).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156.Fig. 9 : Dessin d'un piston : A. manche en bois du piston ; B. Disque en cuir. (dessin P. Mille).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Fig. 11 : Reconstitution du tuyau de refoulement (dessin M. Lacour).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156. Fig. 10 : Prolongement d'un tuyau de refoulement (cliché DAHA).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Fig. 12 : Dessin du support de fixation. (Dessin P. Mille).
  

  
  

  R. Sablayrolles en collaboration avec M. Lacour, « La pompe romaine de Perigueux », Aquitania, 6, 1988, p. 141 à 156 - Fig. 15 : Dessin du balancier (dessin P. Mille).
  

  
  

  Légende : Stein R., „Roman wooden force pumps : a cade-study in innovation“, Journal of roman archaeology, 17, 2004, p. 221 à 250. Fig. 11 : the Perigueux pump, with the delivery pipe in place (the block is standing on a mirror). The pipe and block are held to each other by the connecting plate (now fractured) ; this also stops the sealing plate of the valve chamber from blowing outwards, and forms a "foot" for the pump. The bottom of the block is cut back and hollowed out to form a filter chamber ; filter plates enclosed the open space. The block is 820 mm high, 390-400 mm wide, and 290-320 mm deep. The pipe is 2,7 m long, but only part of it visible (courtesy B. Dupuy, Musée Gallo-romain, Périgueux).
  
• Rome
  
  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 19 : Die drei erhaltenen Einzelteile einer Pumpe nach der Restaurierung.01.jpg" alt="image" />
  

  
  

  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 21 - 23 : Rekonstruktion der Pumpe, die sich von allen anderen dadurch unterscheidet, dass sie nicht zwei senkrecht stehende Zylinder sondern einen waagrecht liegenden Doppelzylinder aufweist. Der Ventilkasten mit den beiden Ventilklappen, das senkrechte Standrohr sowie der Doppelzylinder sind erhalten geblieben. Alle anderen Teile sind Hypothetische Ergänzungen der Pumpenkonstruktion. Photo und Zeichnungen des Autors.
  

  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 21 - 23 : Rekonstruktion der Pumpe, die sich von allen anderen dadurch unterscheidet, dass sie nicht zwei senkrecht stehende Zylinder sondern einen waagrecht liegenden Doppelzylinder aufweist. Der Ventilkasten mit den beiden Ventilklappen, das senkrechte Standrohr sowie der Doppelzylinder sind erhalten geblieben. Alle anderen Teile sind Hypothetische Ergänzungen der Pumpenkonstruktion. Photo und Zeichnungen des Autors.
  
• Sierra de Cartagena
  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 – Fig. 25. Die Pumpe von La Union, Cartagena. Sie ist die grösste Pumpe, die bisher bekannt geworden ist, und besteht aus Blei. Gefunden wurde sie in einer römischen Bleimine. Die einzelnen Teile sind erst in Wachs hergestellt, dann in Blei gegossen, zum Schluss zusammengelötet worden. Es hat sich nue eine Ventilkugel erhalten; sie ist aus Bronze und hat ein Gewicht von 2 kg. Bei einem Druck von 1 m Wassersäule öffnet sich das Kugelventil.-Zeichnung Autor 1:8.
  
• Silchester
  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Fig. 139 : Silchester : wood-block force pump, as found. Hope and Fox, 1896, 232, fig. 1.
  

  
  

  Stein R., „Roman wooden force pumps : a cade-study in innovation“, Journal of roman archaeology, 17, 2004, p. 221 à 250 - Fig. 7 : The block of the Silchester pump. The "bridge" of the valve chamber is in the centre of the picture, and The positions of the vertical connecting pasages (now much widened by decay) can be seen to either side of it. Above the valve chamber lies the bell-shaped "void" and above it the position of the outlet passage (also now much widened by decay). The block is 580 mm high, 315 mm wide and 235 mm deep (copiright Reading Museum Service [reading Borough Council]).
  
• Sotiel Coronada
  
  

  Figure T. Schioler
  

  
  

  Figure T. Schioler
  

  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999 - Fig. 15-17 : Pumpe von Sortiel Coronada, Madrid. Die Strahlenspitze ist um 360 Grad drehbar. Die Pumpe besteht aus etwa 35 Einzelteilen. - 15 : Vor der Restaurierung.
  

  
  

  Thorkild Schiöler, "Die Mechanik und Technologie römischer Bronzepumpen, zu einem Fund aus Aventicum/Avenches VD", Helvetia Archaeologica, 117, 1999.
  

  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Fig. 143 : Sotiel Coronada 1 : Bronze force pump, cylinders and collecting chamber.
  

  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Fig. 144 : Sotiel Coronada 1 : bronze force pump, detail of nozzle.
  
• St Malo
  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Figure 131 : St Malo : pumping apparatus in situ. R. Sanquer, Gallia 31, 1973, 357, fig. 7.
  
• Wederath
  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Figure 160 : Wederath-Hunsrück : wood-block force pump, view of pump block from front, with valve chamber visible. Photo : Landesmuseum Trier, RE, 71, 103.
  

  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Figure 161 : Wederath-Hunsrück : wood-block force pump, view of pump block from top. Photo : Landesmuseum Trier, RE, 71.99.
  

  
  

  J. P. Oleson, Water-Lifting Devices : The History of a Technology, Toronto, University of Toronto Press, 1984 - Figure 162 : Wederath-Hunsrück : wood-block force pump, leather flap-valves and lead weights. Photo : Landesmuseum Trier, RD 71.62.
  

  
  

  Stein R., „Roman wooden force pumps : a cade-study in innovation“, Journal of roman archaeology, 17, 2004, p. 221 à 250 - Fig. 6 : the block of the Wederath Pump. The Valve chamber and the horizontal passages are visible ; these would be closed by a sealing plate and plugs respectively. The block is 540 mm high, 320 mm wide, and 230 mm deep (A. M. Stein).
  
• Zewen
  
  

  Oleson J. P., Greek and roman mechanical water-lifting. Devices : the history of technology, Toronto, University of Toronto press, 1984 - Fig. 164 : Zewen-Oberkirch : wood-block force pump, View of the pump block from below . Photo : Landesmuseum Trier, RD 58.9.
  

  
  

  Oleson J. P., Greek and roman mechanical water-lifting. Devices : the history of technology, Toronto, University of Toronto press, 1984 - Fig. 164 : Zewen-Oberkirch : wood-block force pump, pistons and flap-valves . Photo : Landesmuseum Trier, RD 58.13.
  

  
  

  Oleson J. P., Greek and roman mechanical water-lifting. Devices : the history of technology, Toronto, University of Toronto press, 1984 - Fig. 164 : Zewen-Oberkirch : wood-block force pump, Leather flap-valves and lead weight.. Photo : Landesmuseum Trier, RD 58.14.
  

4 – Restitution virtuelle

Nous proposons deux interprétations possibles des sources anciennes concernant la pompe à pistons.

• 1. Pompe sans régulateur à air comprimé
• 2. Pompe avec régulateur à air comprimé

Il est clair que pour Vitruve il y a de l’air avec l’eau dans la chambre intermédiaire et que cet air joue un rôle dans l’élévation de l’eau : « De là, elle sera recueillie dans la chape, d’où l’air la forcera à s’élever à travers le tuyau, jusqu’au haut » (e quo recipiens paenula spiritu exprimit per fistulam in altitudinem). La plupart des commentateurs (nous compris dans nos précédentes publications…) ont toujours considéré qu’il y avait là une erreur de Vitruve car, telle que la machine était restituée jusqu’à présent (hypothèse 1), l’air ne jouait évidemment aucun rôle : la pompe fonctionnant en immersion, il n’y avait pas de lieu où de l’air puisse se trouver, pas plus qu’il ne pouvait y en avoir dans les pompes ne possédant pas de chambre intermédiaire. La présence de l’air n’est du reste pas nécessaire au fonctionnement de la pompe mais, l’eau étant un élément incompressible, il faut bien comprendre que le débit de l’appareil ne pouvait être continu, même avec deux pistons : le liquide ne peut jaillir que lors de la descente du piston et au moment de l’inversion du sens du mouvement, si court ce moment soit-il entre le début de la montée d’un piston et le début de la descente de l’autre, la chute de pression était immédiate. Cette « alternance » du débit (plus sensible encore dans les pompes à un seul piston) n’avait pas d’inconvénient pour l’utilisation de la pompe en simple élévation d’eau. Elle était en revanche certainement plus gênante pour la lutte contre les incendies (où il est intéressant de maintenir un jet continu sur la source des flammes) et dans le cas des sparsiones, les aspersions d’eau parfumées dans les édifices de spectacle. Pour un jet continu, fallait en effet que la machine soit munie d’un réservoir d’air jouant le rôle d’un régulateur de pression. Sans ce régulateur, d’une part la vitesse de sortie de l’eau ne pouvait être constante, d’autre part l’absence d’élasticité du système aurait rendu très pénible le travail des opérateurs et les aurait empêchés de fournir efficacement la pression nécessaire à la projection de l’eau sur une grande hauteur et à sa brumisation. Cette question de la puissance du jet et de sa régularité pour obtenir une fine brumisation de l’eau parfumée est très importante (encore plus que celle de la régularité du jet dans la pompe à incendie) : un jet discontinu n’aurait probablement pas eu le même effet d’émerveillement chez les spectateurs et surtout il aurait provoqué à chaque temps mort des grosses gouttelettes annulant l’effet de brume et certainement plus désagréables qu’agréables à recevoir pour les spectateurs. Pour obtenir cette réserve d’air, la modification de la restitution précédemment proposée est légère : il suffit de faire plonger le tuyau de refoulement (G) dans la chambre intermédiaire (C) (cf. hypothèse 2). Au moment du remplissage de la pompe, l’air se trouve emprisonné dans la partie supérieure de la chambre. Lorsque l’eau est introduite dans la chambre en telle quantité que la buse ne peut la laisser sortir, le niveau monte en comprimant l’air. Cette compression se détend aux temps morts, assurant ainsi un jet régulier. Il s’agit en somme d’un fonctionnement exactement inverse de celui du régulateur d’eau dans l’orgue hydraulique.

Hypothèse 1 :

Hypothèse 2 :

5 - bibliographie

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