Génie Civil Antlia Pompe à eau SGL MAN
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1La pompe découverte en 1975, dans un puits de la presqu’île de Lyon (2e), a été à plusieurs reprises évoquée dans des publications mais n’a cependant jamais fait l’objet d’une monographie1. Ce colloque était donc l’occasion de rassembler ce que l’on sait sur cette machine, complété notamment par un essai de datation dendro-chronologique et d’esquisser des comparaisons avec les autres types de pompes.
2La pompe a été mise au jour en 1975, au cours des fouilles de sauvetage qui ont accompagné la construction de la première ligne du métro. Le creusement de la ligne A traversa du sud au nord toute l’extrémité méridionale de la presqu’île, depuis la gare de Perrache jusqu’à la place Bellecour. Ce secteur, bien connu pour sa densité en mosaïques, devait correspondre aux IIe et IIIe siècles de notre ère, à un riche quartier résidentiel. En l’absence de fouilles préventives, seule une fraction réduite des vestiges fut étudiée avant destruction. Outre un archéologue employé par la société qui construisait le métro2, intervenait également sur le terrain une équipe conduite par Jacques Lasfargues. C’est à eux qu’on doit cette découverte.
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Fig. 1. Plan de Lugdunum |
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Fig. 2. Plan des vestiges de la rue Victor Hugo (Lyon 2e) (dessin A. Proby, infographie C. Frémiot-de-Mauroy) |
3Au cours des terrassements qui éventrèrent la rue Victor Hugo, des vestiges apparurent à la hauteur du carrefour avec la rue Sainte-Hélène (fig. 1). Il s’agissait de quelques pièces d’un habitat scindé en deux ensembles non jointifs (fig. 2). A l’ouest, un puits occupait un réduit accolé à une pièce au sol de terre battue. Ce puits de faible diamètre (0,75 m), revêtu d’un cuvelage de moellons sans mortier, était entouré d’une maçonnerie, peut-être une plateforme supportant la partie aérienne de la machine (fig. 3). La fouille révéla que toute la partie supérieure était comblée de décombres de constructions romaines. Entre 4,50 m et 5,20 m de profondeur, apparut le corps de pompe associé à plusieurs pièces de bois, au sein de sédiments gorgés d’eau. Ils furent extraits en une seule journée, dans l’urgence et dans des conditions très difficiles, ce qui explique qu’aucun relevé ne put être alors réalisé. Au-dessous, le comblement du puits était constitué uniquement de sable vierge de tout dépôt anthropique, laissant supposer que le fond était proche.
4À la base du corps de pompe furent recueillies les pièces de plomb appartenant aux clapets. La présence de ces éléments métalliques, ainsi que des revêtements en bronze restés en place dans les cylindres, signifie qu’il ne s’agit pas d’une machine jetée au rebut parmi les décombres. Sa situation à la base du comblement du puits confirme qu’elle occupait son emplacement d’origine, et qu’elle était destinée à alimenter un habitat à partir de la nappe phréatique.
5En l’absence de publication, seule une courte notice dans un catalogue d’exposition3 indique une datation des vestiges comprise entre le 2e quart du Ier s. et la fin du IIe s. après J.-C., ce qui correspond à la chronologie habituelle des sites de la Presqu’île.
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Fig. 3. Le puits vu du sud-est |
6La pompe de Lyon appartient au type de la pompe foulante, ou à pistons, en bois. Fonctionnant immergée dans un puits, elle est mue depuis la surface par un système de balancier relié aux pistons par des bielles4. Rappelons qu’il s’agit d’une machine bien attestée par l’archéologie, mais sur laquelle les textes sont muets. On considère que le modèle en bois serait une adaptation relativement tardive de la pompe à pistons en métal, inventée à l’époque hellénistique. En effet, ni Vitruve, ni Héron d’Alexandrie qui décrivent en détail la pompe en bronze, respectivement vers 25 avant J.-C. et vers 50 après J.-C., ne mentionnent l’existence d’une machine en bois5. Cette datation n’est pas contredite par l’archéologie, puisque les exemplaires bien datés ne sont pas antérieurs au IIe s. après J.-C. (Stein 2004, p. 225 et 246).
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Fig. 4. Les différents organes de la pompe en bois (dessin R-J Spain, dans Stein 2004, p. 227) |
7Alors que la pompe en bronze est constituée par l’assemblage d’éléments réalisés séparément, les différents organes sont obtenus ici par évidements et perçages d’un bloc de bois. Sur les quelque dix-huit exemplaires de pompes en bois connus par la littérature et recensés par Richard Stein dans sa récente synthèse (Stein 2004), au moins treize ont conservé des vestiges significatifs, et neuf d’entre eux présente la disposition suivante (fig. 4)6 : le corps de pompe est taillé dans un bloc de chêne, percé de deux cylindres dans lesquels coulissent les pistons. Les parties supérieures des cylindres sont chemisées de tubes de plomb. Les pistons sont en bois, avec à l’extrémité une garniture de cuir qui assure l’étanchéité du système. Quatre clapets de non-retour, disposés horizontalement, contrôlent la circulation de l’eau à l’intérieur de la machine. Ils sont constitués d’une feuille de cuir clouée directement sur le bois, sur laquelle est rivetée une plaquette de plomb. Celle-ci est destinée à rigidifier le clapet et à le maintenir plaqué contre l’ouverture en position fermée. Deux clapets d’admission sont situés respectivement à la base des deux cylindres, sur les ouvertures mettant en communication ces derniers avec l’eau du puits. Les deux autres sont placés sur le trajet du conduit de sortie, et sont destinés à empêcher l’eau de retourner dans les cylindres. Ils occupent un évidement, la chambre des clapets7, qu’il faut considérer comme une simple excroissance du conduit nécessaire pour installer les clapets. Ces derniers sont constitués d’une feuille de cuir unique, clouée de façon médiane, et sur laquelle sont fixées de chaque côté les deux plaquettes de plomb. La chambre, creusée depuis la face antérieure du bloc, est ensuite obturée de façon étanche par une trappe. A l’intérieur du bloc, entre la base des cylindres et la chambre, l’eau circule par des conduits de liaison. La disposition de la chambre, à mi-hauteur du bloc et entre les cylindres, explique leur forme coudée, constituée de deux segments forés depuis les faces extérieures : l’un vertical depuis la face inférieure, l’autre horizontal depuis la face antérieure. Ces perforations extérieures sont ensuite obturées par des bouchons.
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Fig. 5. La pompe de Lyon, schéma général (dessin M. Baudrand) |
8Cette disposition, avec chambre unique placée à mi-hauteur des cylindres, conduits de liaison en forme de L et clapets de sortie horizontaux définit ce que nous appellerons, avec la prudence due à la faiblesse statistique de l’échantillon, le “modèle standard” de la pompe en bois romaine.
9La découverte de Lyon ne brille pas par son état de conservation mais présente une disposition originale. Si elle répond au schéma général du “modèle standard”, elle en diffère cependant dans le détail : la chambre des clapets n’est pas constituée d’un vide unique placé à mi-hauteur du bloc, entre les deux cylindres, mais de deux chambres distinctes, placées chacune à la base du bloc et devant chaque cylindre (fig. 5, 6 et 7). Elles sont reliées aux cylindres par des conduits de liaison dont le tracé se réduit à une perforation unique, courte, rectiligne et horizontale (fig. 7 D), réalisée depuis la paroi opposée aux cylindres (paroi antérieure). Les deux chambres communiquent entre elles par le haut, par deux conduits de sortie disposés en Y renversé qui se rejoignent au sommet du bloc en un conduit unique.
10La partie inférieure du bloc de bois de chêne de la pompe de Lyon est très altérée, ce qui nous prive du plancher des chambres des clapets, qui étaient évidemment obturées, et des sièges des clapets d’admission situés à la base des cylindres (fig. 7 et 11). Une partie de la cloison qui sépare les deux chambres est détruite vers le sommet. Les deux pistons ont disparu. En revanche, les deux chemisages sont bien conservés : il s’agit de tubes, non pas de plomb, mais de bronze, ce qui constitue un cas unique. Leur longueur est de 30 cm pour un diamètre intérieur de 8,3 cm, ce qui est le maximum connu pour cette dimension. Ces tubes n’ont pas été obtenus par enroulement d’une feuille sur un mandrin et soudure, à la manière des tuyaux de plomb, mais plutôt par coulage. Ils sont munis d’une collerette à leur sommet (fig. 10), qui était maintenu par des clous dans le bois.
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Fig. 6. Vue de la face supérieure et coupe verticale schématiques (dessin M. Baudrand) |
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Fig. 7. A-Face supérieure collerette des chemisages en bronze et sommet du conduit de liaison (dessin M. Baudrand) |
11La partie supérieure du bloc est fortement altérée entre les deux cylindres (fig. 7 et 10). La branche gauche du conduit de sortie présente à 31 cm de hauteur une section circulaire de 6 cm de diamètre. Quant à la section du conduit unique, au sommet du bloc, elle reste impossible à déterminer précisément, de même que le mode de raccord avec le tuyau de sortie.
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Fig. 8. La pompe de Lyon, vue de la face antérieure (photo J.-M. Degueule) |
| Fig. 9. Vue latérale (photo J.-M. Degueule) |
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Fig. 10. Face supérieure : de part et d’autre, les collerettes des chemisages en bronze ; au centre, la partie détruite correspond au sommet du conduit de sortie (photo J.-M. Degueule) |
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Fig. 11. La disparition de la partie inférieure de la pompe révèle la base des cylindres et des chambres des clapets (photo J.-M. Degueule) |
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Fig. 12. Détail de la face antérieure : vue des perforations des conduits de liaison et de l’entrée des deux conduits dans les chambres des clapets (photo J.-M. Degueule) |
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Fig. 13. Détail du conduit de liaison droit, avec les traces des clous de fixation des clapets de cuir (photo J.-M. Degueule) |
12Sur la paroi antérieure, les trous de forage des conduits de liaison sont béants car ils ont perdu leurs bouchons (fig. 7, 8 et 12). Sur les parois des chambres, à l’entrée des conduits de liaison (diamètre 3 cm), on observe les petits trous qui marquent l’emplacement des paires de clous de fixation des feuilles de cuir des clapets de sortie. Sur la chambre droite, on remarque une deuxième paire de trous qui pourrait indiquer, plutôt qu’une fixation avec quatre clous, un déplacement du clapet, peut-être à l’occasion d’une réparation (fig. 13).
13Cinq plaques de clapets en plomb ont été découvertes dans le puits. Elles présentent une forme en écusson obtenue par une découpe en biseau (fig. 14). L’emplacement de la protubérance en forme de tête de rivet qui maintenait le cuir n’est pas toujours centré. Leur masse n’est pas constante: quatre plaques sont comprises entre 202 et 281 g, ce qui en fait les plus lourdes connues. Le mode de fixation sur la feuille de cuir (dont il reste des traces ténues sur l’une des plaquettes) par écrasement de la tige centrale (fig. 15), rendrait difficile le remploi de pièces issues de plusieurs machines hors d’usage : il faut plutôt considérer qu’il s’agit des plaquettes d’origine et que leur masse n’était pas soigneusement calibrée.
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Fig. 14. Les p laques des clapets en plomb (dessin M. Baudrand) |
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Fig. 15. Assemblage et fixation d’un clapet (Cochet 2000, p. 37, fig. 40) p- plaque en plomb q- corps de pompe t- tige obtenue par coulée puis martelée pour former un rivet z- feuille de cuir clouée |
14Ces quatre plaquettes correspondraient aux quatre clapets décrits précédemment. Il en existe une cinquième, plus légère (126 g), avec une tête offrant des facettes régulières. D’autres pompes présentent ainsi un clapet supplémentaire, notamment celle de Wederath, près de Trèves (Oleson 1984, fig. 159) et celle de Bertrange, au Luxembourg (Stein 2004, fig. 10 p. 237) où ils étaient encore en place, hors du corps de pompe, dans la partie inférieure du tuyau de sortie conduisant l’eau vers la surface. Ce clapet est destiné à limiter la pression exercée par le poids de la colonne d’eau du tuyau de sortie (Stein 2004, p. 237-238).
15La disposition adoptée sur la pompe de Lyon paraît présenter un certain avantage par rapport au modèle standard : le forage des conduits de liaison cylindres-chambres est réduit à deux perçages rectilignes, perpendiculaires aux fibres du bois, ce qui limite les risques d’éclatement. Cette liaison très courte et horizontale facilite la circulation de l’eau à l’intérieur de la pompe. L’absence de coude réduit les risques de dépôts dus au sable en suspension (fig. 18). En contrepartie le modèle lyonnais présente comme désavantage le forage en oblique des deux branches du conduit de sortie.
16Il est dommage que la base de la pompe ait disparu : était-elle constituée d’une pièce unique, supportant les sièges des clapets d’admission et formant le plancher des chambres des clapets ? Dans ce type de machine, il est évident que les clapets de cuir, constamment en mouvement dans l’eau, fixés simplement par des clous en guise de charnières et érodés par les particules de sable en suspension devaient fréquemment être changés. Les trappes donnant accès aux clapets de sorties ou les manchons supportant les clapets d’admission devaient être soigneusement ajustés. Une fois gonflés par l’eau, il devenait difficile de les démonter sans les endommager. Dans l’hypothèse d’une pièce unique, l’accès aux quatre clapets aurait pu se faire en une seule opération, facilitant alors les opérations d’entretien. Un tel dispositif qui nécessiterait un système de fixation très robuste et amovible, capable de résister aux pressions internes, apparaît cependant difficile à mettre en œuvre.
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Fig. 16. Planches et fragment de canalisation en bois (à droite) découverts avec la pompe (dessin M. Baudrand) |
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Fig. 17. Tronçon de tuyau de plomb découvert avec la pompe (dessin M. Baudrand) |
17Plusieurs éléments ont été recueillis dans le puits avec la pompe :
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Fig. 18. Fonctionnement de la pompe de Lyon, coupe schématique |
18Il est difficile de replacer avec certitude ces éléments dans le dispositif complet. La pompe a été abandonnée au fond du puits en état de marche, comme l’atteste la présence des pièces métalliques. La disparition des pistons peut difficilement être imputée à l’altération : on supposera alors qu’ils furent retirés depuis la surface et avec eux, les bielles qui reliaient les pistons au balancier. Le fragment de canalisation en bois pourrait être le vestige du tuyau de sortie reliant la pompe à la surface ; la planche, fixée grâce à ses encoches contre la paroi du puits, constituerait le support de ce tuyau, qui du fait de la profondeur, devait comporter plusieurs sections. Enfin, le tuyau en plomb branché à l’extrémité du tuyau de sortie, au sommet du puits, aurait été sectionné lors du démontage de la machine.
19Outre le modèle standard et celui de Lyon, la disposition de la chambre des clapets par rapport aux cylindres offre au moins deux variantes :
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Fig. 19. La pompe de Périgueux (Sablayrolles 1988, fig. 16, p. 153) |
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Fig. 20. La pompe de Zewern-Oberkirch (Oleson 1984, fig. 163) |
20Ces quatre solutions techniques ont-elles cohabité tout au long de l’époque romaine, comme autant de variantes possibles, ayant chacune des avantages et des inconvénients. La rareté des découvertes ne permet pas de répondre à ces questions. Tout au plus, le « modèle standard » présent dans les provinces romaines du Nord de l’Empire (Germanie, Bretagne), est bien attesté au IIIe s.8 La pompe de Zewern-Oberkirch est également datée du IIIe s., tandis que celle de Périgueux aurait fonctionné au IIe s. (Sablayrolles 1988, p. 142).
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Fig. 21. Coupe de la pompe en bronze Bolsena 2 (Rouanet 1974. pl. v p. 74) |
21On peut enfin s’interroger sur d’éventuels rapports entre la pompe en bronze et celle en bois. Si on admet que cette dernière est une adaptation du modèle en bronze, la diversité des solutions techniques attestées trouverait-elle son origine dans les prototypes métalliques ? On prendra comme exemple les deux pompes en bronze découvertes à Bolsena, qui présentent chacune une disposition différente (Rouanet 1974, p. 74). On constate que le “modèle standard” de la pompe en bois paraît proche dans sa conception du type de Bolsena 2, qui possède une chambre des clapets unique et en position médiane, deux clapets de sortie horizontaux et des conduits de liaison en L (fig. 21). Les différents organes du modèle en bronze sont situés sur un même plan, mais pour réaliser sur ce modèle une machine de plus grande taille, mais adaptée à la forme compacte d’un bloc de bois, on l’aurait en quelque sorte “replié” selon un plan qui passe par le milieu de la chambre des clapets.
22Quant au schéma lyonnais, il pourrait procéder du type de Bolsena 1, caractérisé par une chambre des clapets unique, en position basse, des clapets de sortie verticaux et des conduits de liaison rectilignes (fig. 22). On retrouve là les grands traits de la pompe de Lyon, cette dernière ayant cependant deux chambres des clapets distinctes. Pourquoi ne pas avoir réalisé une pompe en bois plus fidèle encore au modèle métallique, afin d’obtenir une machine qui conjuguerait les avantages respectifs des pompes de Périgueux et de Lyon : une chambre des clapets unique, donc un conduit de sortie unique et vertical, et placée en position basse, devant les cylindres, donc des conduits de liaison courts et rectilignes ? Une telle disposition, qui nécessiterait l’allongement de la chambre des clapets et donc une augmentation de son volume, poserait peut-être des problèmes liés à son obturation.
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Fig 22. Coupe de la pompe en bronze Bolsena 1 (Rouanet 1974, pl. V, p. 74) |
23Dater le bloc de chêne par dendrochronologie aurait été d’un grand d’intérêt : mais le bois ayant subi un traitement par imprégnation de résine indispensable à sa conservation9, la lecture des cernes n’est plus possible en surface. L’analyse nécessiterait aujourd’hui une observation des cernes par transparence, donc un prélèvement afin de réaliser une lame mince, ce qui est difficilement acceptable. En revanche, l’analyse a été possible sur les extrémités de deux des planches ainsi que sur la cale découvertes en association, dont l’imprégnation a été moins complète. Dans la mesure où ces éléments formaient avec le corps de pompe un ensemble homogène, on peut admettre qu’il y a une forte probabilité pour qu’ils soient contemporains.
24Les planches appartiennent à une dosse (partie extérieure du tronc) tandis que la cale a été taillée à la limite du coeur de l’arbre. Ces trois éléments, sur lesquels ont été mesurés 43 cernes, ont une partie commune, tandis que les deux planches appartiennent au même arbre, ce qui conforte l’idée exprimée plus haut qu’il s’agit probablement d’une seule et même planche. La portion de courbe se situe entre 66 avant et 17 après J.-C. : compte tenu de la position de ces éléments et des cernes d’aubier disparus, la date d’abatage serait “postérieure et proche de 55”. Elle se situe “très probablement avant 75 et certainement avant 100”10.
25Si l’on admet cette datation pour la pompe elle-même, il resterait à expliquer comment une machine du Ier siècle a pu être abandonnée au fond d’un puits dans un habitat qui a probablement été occupé jusqu’à la fin du IIe siècle. Imaginer que la pompe a fonctionné durant un siècle paraît difficile à admettre. Il est possible que le puits n’appartiennent pas aux vestiges du dernier état, mais à une phase antérieure de la maison, ce que les conditions de fouille n’ont pas pu préciser. Enfin, comme dans le quartier résidentiel de Vienne découvert sur la rive droite à Saint-Romain-en-Gal (Rhône)11 ; on peut imaginer aussi que les riches maisons de la Presqu’île, d’abord alimentées à partir de la nappe phréatique, furent équipées ensuite d’adductions d’eau rendant alors caduc l’usage des puits.
26Cette datation ferait de la pompe de Lyon la plus ancienne découverte à ce jour, puisque aucun autre exemplaire n’est antérieur au IIe siècle (Stein 2004, p. 248). Si on admet une genèse à partir de la pompe en bronze, la présence à Lyon d’un chemisage des cylindres en bronze et non en plomb, pourrait constituer un caractère d’ancienneté. Enfin, cette date signifierait que la pompe en bois était connue dès la fin du Ier siècle. Peut-être est-elle plus ancienne encore, si l’on considère que le silence des sources écrites n’est pas un argument absolu. Modeste par ses matériaux et relevant plus du savoir-faire d’obscurs artisans que du génie des mécaniciens grecs, la pompe en bois existait peut-être déjà du vivant de Héron d’Alexandrie ou même de Vitruve, mais n’aurait pas retenu leur attention.
27Souhaitons pour terminer que les archéologues obtiennent à l’avenir les moyens nécessaires pour fouiller en toute sécurité les puits qu’ils découvrent, seul moyen possible pour progresser dans la connaissance de ces machines.
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