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Les deux problèmes principaux de la construction antique se réduisaient essentiellement au transport et au levage des énormes blocs de pierre utilisés dans les chantiers. Les machines de chantier, en particulier celles destinées au levage de poids, étaient des structures élémentaires qui, avec peu de variations, restèrent plus ou moins les mêmes pendant tout le Moyen Âge, jusqu’à ce que des modèles de nouvelle conception côtoient les modèles traditionnels. Ces derniers ont été codifiés pour la première fois par l’architecte romain Vitruve dans son Traité d’architecture qui constitue un document exceptionnel pour l’histoire de la technologie : après avoir traité de tous les problèmes liés à l’édification de la ville, dans son dixième et dernier livre, Vitruve passe en revue les machines de construction utilisées à l’époque romaine. Malheureusement, l’œuvre de Vitruve nous est parvenue sans illustrations mais, grâce aux descriptions contenues dans le traité, il a été possible de reconstituer le schéma de fonctionnement ainsi que les principes mécaniques qui sont à l’origine de ces dispositifs. Des études archéologiques ont montré comment les grues des Anciens étaient en mesure de soulever et de mettre en œuvre des blocs au poids et aux dimensions considérables. On estime que les systèmes de levage mécanique ont été introduits en Grèce entre 630 et 580 av. J.-C., alors qu’on assistait à un important changement de dimension des éléments architecturaux. En témoignent les architraves du temple d’Artémis à Corfou, dont le poids environne les cinq/six tonnes, et le Colosse des Naxiens à Délos, dont on estime – grâce aux dimensions de la base sur laquelle il est érigé – qu’il devait peser environ trente tonnes. Jusqu’au Ve siècle, on ne possède aucun reste archéologique relatif à l’utilisation de grues et à la découpe des poutres employées dans la construction des temples. Cette lacune documentaire nous pousse à croire que les poutres étaient déplacées à l’aide de leviers et de terrepleins inclinés, plutôt que grâce à des systèmes de levage mécanique. On observe un tournant décisif dans les systèmes de levage grecs lors de l’introduction de la poulie composée, dont l’utilisation est documentée à partir d’Hérodote dans sa célèbre description du pont de barques sur l’Hellespont, ainsi que dans les Problèmes de Mécanique d’Aristote (Di Pasquale, 2004, p. 148). Un autre indice confirme l’origine grecque de ces machines de levage : ce sont les termes que Vitruve emploie pour décrire les principes cinématiques de ses grues qui sont clairement d’origine grecque. Ainsi, il utilise le terme trispastos pour indiquer un système composé de poulies. La trace archéologique antique la plus importante d’un système de levage est un moufle à deux poulies qui a été exondé du port de Corinthe. D’autres poulies datant de la période romaine ont été retrouvées en Égypte, et une poulie dans un des bateaux romains du lac Nemi.
2Dans son traité intitulé De Architectura, Vitruve présente trois grues destinées au levage de poids dans les chantiers de construction. Il s’agit de machines disposant d’une structure qui peut être définie comme intuitive, que le caractère pratique et l’efficacité ont destiné à devenir des modèles pour les siècles suivants. La première de ces machines, que l’on considère traditionnellement comme le premier modèle de grue introduit par les Antiques, est essentiellement constitué d’une bigue, c’est-à-dire de deux montants en bois assemblés à l’extrémité supérieure par une ligature ou une cheville. Dans la partie inférieure, un treuil transmet la force de traction à un système de traction composé de trois poulies : de là vient le nom de trispastos, qui signifie « qui tire trois fois » en grec ancien. La grue était soutenue par des cordes ancrées à terre, qui permettaient d’en régler l’inclinaison. Comme nous l’avons dit, le traité de Vitruve nous est parvenu sans illustration et les descriptions ne sont pas assez claires pour résoudre définitivement la disposition des poulies. Dès les premières reconstitutions graphiques datant de la Renaissance, ces poulies ont été dessinées, par déduction logique, comme se succédant verticalement.
3La deuxième grue diffère de la précédente par son système de démultiplication de force, qui est composé d’un palan double, d’un tambour et d’un treuil. Ce système de traction complexe confère à l’engin une puissance supérieure par rapport au modèle précédent. Le trispastos est composé de trois couples de poulies et prévoit l’utilisation de deux cordes. L’avantage que cette machine offre aux opérateurs dépend non seulement du palan, mais aussi du diamètre du tambour et de la longueur des bras du treuil. Vitruve spécifie que si la grue est équipée d’un tambour suffisamment grand, les opérateurs peuvent agir directement sur celui-ci en éliminant le treuil. Ainsi, la grue devient de type cage à écureuil. On dispose de deux bas-reliefs remontant à l’époque romaine – le premier a été retrouvé dans l’amphithéâtre de Capoue, le second dans le tombeau des Haterii à Rome – qui représentent ce dispositif de levage en action.
4Par la suite, la grue à cage à écureuil a été largement diffusée jusqu’à l’époque moderne et représentée dans les traités de machines du XVIe siècle, comme celui de l’ingénieur milanais Agostino Ramelli. Une représentation de ce dispositif se trouve également dans le célèbre tableau de Brueghel l’Ancien, la Tour de Babel. Le troisième et dernier modèle de grue présenté par Vitruve est le Polúspastus (engin à poulies multiples). La machine est constituée d’un seul montant et de trois blocs garantissant une plus grande précision dans le positionnement des poids. Le palan qui équipe ce modèle de grue est composé de dix-huit poulies au total.
5Héron d’Alexandrie est l’autre ingénieur de l’Antiquité qui offre une description soignée des systèmes de levage employés dans les constructions du Ier siècle. Dans le troisième livre de sa Mécanique, il décrit quatre modèles de grue. La première est similaire au troisième modèle de Vitruve : elle comprend un seul montant inclinable doté d’un système de traction à poulies, actionné dans ce cas par un treuil. On note que la corde enroulée en spirale le long du montant garantit un appui aux opérateurs, au cas où ils devraient grimper sur la bigue pendant les opérations d’élévation et de positionnement de la charge. Le deuxième modèle de grue est constitué de deux supports verticaux et d’une travée horizontale à laquelle est ancrée une moufle plan constitué de deux blocs parallèles de trois poulies chacun. La corde s’actionne manuellement ou grâce à un treuil. Le même type de système de traction est employé dans le troisième modèle de grue de Héron. Il est construit avec un bâti à trois montants obliques, réunis à l’extrémité supérieure. Le dernier modèle est une grue formée par un châtelet à quatre montants verticaux, que Héron conseille pour soulever des charges de poids considérable. Le système de traction est le même que celui des deux modèles précédents. En règle générale, dans la construction des grues, Héron suggère de limiter l’utilisation des clous et de ne pas en appliquer aux points de jonction des travées parce que l’effort pendant les opérations de levage pourrait provoquer des fractures létales pour le fonctionnement de la machine et dangereuses pour les opérateurs. La corde de traction est un élément essentiel dans tous les systèmes de levage, à l’exception de ceux à vis. Il n’existe aucune étude approfondie sur les matériaux utilisés pour les cordes et sur leur charge de rupture, mais certains fragments de cordes ayant survécu à l’éruption du Vésuve – conservés aujourd’hui dans le musée d’Ercolano – constituent des éléments de référence utiles. On trouve également des informations sur les matériaux organiques utilisés dans la production des cordes dans l’Histoire naturelle de Pline : l’auteur évoque la sparte à grande spathe (Lygeum spartum) et le chanvre comme des matériaux végétaux très diffusés pour la fabrication des cordes destinées à la construction édilitaire et utilisés dans tous les systèmes de levage à corde
Le terme "grue" apparaît pour la première fois au XVème siècle pour désigner un engin de levage.
Dans l'antiquite l 'Egypte Grèce et la Rome antiques, la constructions de cités et monuments nécessitent des techniques plus efficaces et plus rapides pour construire ces divers bâtiments publics, que sont les temples les ponts ou encore les ports.
Les système mécanique permettent de démultiplier la force musculaire des hommes et des animaux
Le matériel utilisé pour le génie civil se rapproche de celui utilisé pour le génie maritime roues à cliquet, treuils, palans et moufles, engrenages à roues dentées…
Il faut un certain nombre de poulies par cable sur un palan pouyr assurer une puissance de sortie .
Avec son pouvoir démultiplicateur de ceette grue un enfant peut déplacer une charge de 1 tonne.
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