Comment puisez-vous l’eau de la rivière ? – La pompe al-Dschazari

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entrée en fonction
Depuis des temps immémoriaux, des gens avec beaucoup d’imagination ont pensé aux possibilités d’irriguer leurs champs, de nombreuses idées ont été réalisées. L’une des possibilités consiste à soulever l’eau des rivières à l’aide d’ascenseurs et à la faire passer par des canaux, parfois sur de très longues distances, jusqu’aux champs. Nos connaissances sur le développement des systèmes d’irrigation au Moyen Âge proviennent en grande partie de textes arabes. Dans cette leçon, nous voulons examiner une station de pompage qui, dans la tradition, apparaît pour la première fois dans une description célèbre de 50 “astuces” techniques, dans un codex (livre de dispositifs mécaniques ingénieux) que Cheikh Badi al-Zaman Abu al-Izz ibn Ismail ibn al-Razzaz al-Dschazazari (1136-1206) a réalisé (ou fait réaliser) à Diyarbakir (Turquie). La plus ancienne copie de l’œuvre est conservée au Musée Topkapi d’Istanbul.

L’unité d’enseignement est divisée en quatre parties. Dans la première leçon, les élèves apprennent le problème : “Comment l’eau peut-elle être remontée d’une rivière ? Dans les deux leçons suivantes, deux composantes cruciales d’une “station de pompage” sont examinées – séparément l’une de l’autre, afin de ne pas surcharger les élèves avec trop de matériel pédagogique à la fois. D’une part, l’hydrostatique d’aspiration/éjection est traitée, d’autre part la mécanique de transmission de mouvement et de transmission. (Fig. 2). Dans la partie 4, les deux éléments sont liés et le fonctionnement de l’ensemble est étudié pour comprendre le mécanisme de pompage.

Activité d’introduction
On va inventer une histoire qu’on pourra embellir : Un couple de frères et sœurs, la fille Fadila et le garçon Nabil, pour une raison quelconque, doivent errer pendant des heures dans la chaleur de midi dans un pays du sud. Ils arrivent à une rivière. Fadila est complètement épuisé et s’installe sur le remblai à l’ombre d’un arbre, Nabil plonge jusqu’à la rivière, aussi parce qu’il veut remplir la bouteille d’eau presque vide, plonge brièvement ou s’éclabousse d’eau. Il essaie aussi, debout dans l’eau, avec des mouvements de bras circulaires pour transporter l’eau fraîche à sa sœur, mais il n’y parvient pas. Pensif, il se demande comment il pourrait faire plaisir à Fadila sur le remblai avec une douche très rafraîchissante de la rivière. Cela pourrait se produire, par exemple, dans l’un des fleuves qui s’élèvent dans les montagnes turques du Taureau et coulent sur des centaines, voire des milliers de kilomètres à travers d’autres pays et dans certaines régions très arides. Depuis des temps immémoriaux, les habitants de ces pays ont dû réfléchir à la manière dont l’eau du fleuve peut être “automatiquement” transportée vers les hauteurs, bien avant l’apparition des motopompes. Par exemple, dans la région de Diyarbakir, dans la partie supérieure du Tigre.

Les élèves reprennent la question de Nabil, comprennent qu’elle déterminera les heures suivantes, mais sont d’abord confrontés à la question : ” Que conseillerais-tu à Nabil de rafraîchir sa sœur fatiguée Fadila avec une douche sur la berge ?

Cette activité d’introduction a pour but d’éveiller la curiosité des élèves et le désir de poser des questions. On leur demande d’imaginer (chacun pour soi) une méthode appropriée pour puiser l’eau de la rivière afin d’irriguer des champs plus élevés.

Dans le “récit” plus orné, il peut y avoir des indices qui mènent les enfants à des idées, la mention des mouvements des bras tournants de Nabil peut être considérée comme telle. Certains élèves ont probablement des photos de roues hydrauliques dans la tête. Ils savent que la roue du moulin peut prendre l’eau de la rivière, mais ils ont de la difficulté à imaginer comment l’eau pourrait être recueillie avant qu’elle ne retombe dans la rivière. Ils doivent donc trouver comment ” pousser ” l’eau loin de la roue à l’extrémité supérieure.

Après que toutes ses idées ont été avancées, il devient clair que la machine qu’elle recherche doit répondre à une double exigence : elle doit être capable de soulever l’eau et de la repousser automatiquement et continuellement.

Activité 1 : Soulever l’eau par aspiration et éjection
Les élèves ont des baignoires remplies d’eau, une seringue, des tuyaux, des tés et des robinets d’arrêt. Ils doivent trouver comment pomper l’eau d’un récipient posé sur le sol vers un autre récipient posé sur la table. Ils comprennent qu’on peut aspirer de l’eau, mais pas comment mettre l’eau aspirée dans l’autre récipient. Le problème auquel ils sont confrontés est le suivant : Comment s’assurer que l’eau aspirée à une certaine hauteur reste sur le dessus ? En d’autres termes, l’eau est en haut, mais comment l’amener dans le navire ? Un br