ISAE-ENSICA

Participation à la Compétition Calendrier Mécanique Universel

Giovanni Plana

Rapport d’Initiative IDEEAlessandro Bacchini

24/09/2015

Dans ce rapport seront présentés la Compétition Calendrier Universel Giovanni Plana que j’ai choisi pour valider mon initiative idée, ma participation et le résultat obtenu.

Introduction

Cette année l’école Politecnico di Torino en collaboration avec la Congrégation Pieux des Banquiers et des Marchands de Turin a organisé la compétition Calendrier Universel Plana visée à créer une interface digitale de la machine en bois fabriquée en 1831 par Giovanni Plana. Des équipes de 3 à 5 étudiants ont concouru en essayant de réaliser le meilleur modèle numérique possible. Trois de mes amis et moi avons choisi de participer.

Giovanni Plana était un mathématicien italien qui, après avoir reçu son diplôme à l’école Polytechnique de Paris sous la direction de Lagrange, retourna en Italie et étudia en profondeur le problème de mécanique céleste des trois corps. Grâce à ses études il put compiler des tableaux détaillés des phases lunaires, que étaient en grande demande à cette époque, de manière particulaire par la marine britannique qui voulait connaitre le mouvement des marées . Après avoir passé plusieurs années à effectuer les calculs nécessaires à la main, il comprit qu’il était possible d’automatiser ce processus en créant une machine à rouleaux et bandes. Il termina sa machine en 1831 et cette exemplaire est arrivé jusqu’à nous grâce à la garde de la Congrégation Pieux des Banquiers et des Marchands. Cette machine à récemment eu son moment de popularité après l’intérêt des chercheurs japonais qui se sont rendus à Turin pour l’étudier. C’est peut être le plus ancien calculateur automatique à unique programme et rentre dans l’histoire des calculateurs mécaniques avant la révolution numérique.

La machineAprès avoir recueilli les premières informations en ligne et nous être inscrits à la compétition, nous avons fait un rendez-vous pour visiter la chapelle et voir la fameuse machine. Mes amis Filippo Conio, Carlotta Mariani, Marco Giuliani et moi nous sommes allés à la chapelle le mercredi matin. Sous la supervision du gardien Pino nous avons photographié attentivement la machine dans les moindres détails et nous avons également enregistré quelques vidéos pour bien documenter la façon dont la machine fonctionne.

Figura 1: Avant du Calendrier Mécanique Universel Plana

Figura 2: Mesure des engrenages à l’arrière du Calendrier Mécanique Universel Plana, Carlotta Mariani e Alessandro Bacchini.

Comme vous pouvez le voir en figure 2, la machine se compose de sept bandes et trois rouleaux. Le mouvement est commandé par une clé qui est insérée par le bas dans le centre et qui tourne le rouleau central. Le rouleau central est relié par des engrenages aux rouleaux proches et par les deux chaînes aux rouleaux externes, les autres rouleaux externes sont à leur tour reliés entre eux par des engrenages. Au-dessus du rouleau central un engrenage vis-écrou transforme le mouvement de rotation du tambour en mouvement de translation verticale des bandes. Les bandes commandent les cellules visibles en figure 1 qui identifient la valeur à lire sur les rouleaux.

Pour utiliser ce calendrier il faut insérer la clé et tourner le rouleau central jusqu'à ce que le carré central arrives à l'année de laquelle nous voulons connaître le calendrier. Une fois que l'année est celui qu’on veut, on peut lire le calendrier en le regardant en face (figure 1). Les rouleaux latérales montrent les jours de la semaine liées au jour de l’année. Au centre on peut lire dans les quatre cases le nombre d’or (qui identifié le tableau des phases lunaires à lire dans l’ensemble des tableaux en bas à gauche), l’épacte, le cycle solaire et l’indiction romaine. Ces trois dernières données sont utilisées pour calculer fêtes religieuses mobiles, y compris en particulier Pâques.

Notre interface numérique

Après la visite, nous avons commencé à réaliser notre interface numérique. Au début, nous voulions réaliser l'interface numérique en utilisant Java 3D comme j’ai appris aux cours d’info de l'Ensica. Mais après, en remarquant l'énorme complexité de la machine et le long travail que nous attendait, nous avons décidé de créer un modèle en utilisant le logiciel CAD Solidworks dont le Politecnico di Torino fournit une licence à chaque élève. Pour voir le modèle on a donc choisi d’utiliser le logiciel eDrawings Viewer connecté à Solidworks. Pour compléter le travail nous avons calculé dans des fichiers Excel les données des rouleaux que nous n’avons pas pu insérer dans le modèle SolidWorks.

Notre interface numérique est alors composé de:

- Modèle numérique en format eDrawings- Modèle numérique en format SolidWorks- Fichiers Excel contenant les données des rouleaux- Matériel supplémentaire, photos et videos

Le modèle numérique reproduit fidèlement les dimensions et les caractéristiques mécaniques du calendrier universel mécanique construit par Giovanni Plana en 1831.

Figura 3: particolare dell'interfaccia digitale che mostra il meccanismo a rulli

Le logiciel eDrawings peut afficher des modèles tridimensionnels créés avec le logiciel SolidWorks, et est en téléchargement gratuit pour PC et Mac et iOS dans l'App Store (le versions Pro pour iOS et Android sont payants sur le Play Store), voici le lien pour télécharger pour PC et Mac: http://www.edrawingsviewer.com/ed/download.htm. Après avoir téléchargé et installé eDrawings suffit de double cliquer sur le fichier "Modèle eDrawings.easm" pour voir et manipuler le modèle.

Figura 4: Interfaccia digitale visualizzata in eDrawings

Les logiciel SolidWorks, comme déjà mentionné, nous a permis de créer des pièces et assemblages virtuels en 3D, et est en même temps le plus intuitif, polyvalent, avec la possibilité d'effectuer des simulations de mouvement et de charge directement sur nos modèles. Dans ce logiciel on peut manipuler le modèle et voir son mécanisme. On peut simuler l’utilisation du Calendrier et voir comment bouges chaque partie de la machine.

Conclusions

J’ai choisi cette compétition pour valider mon initiative idée parce que c’est intéressante et originale. Ce fut une grande expérience qui m'a permis d'apprendre beaucoup de choses et de connaître l'œuvre de Giovanni Plana, l'un des plus grands mathématiciens de l’histoire du Piémont, ma région. Travailler en équipe avec mes amis m’a permis de m’amuser beaucoup. Nous avons divisé entre nous le travail, en particulaire pour la réalisation numérique des objets qui font partie du Calendrier. Nous avons amélioré nos capacités de conception mécanique avec Solidworks et nous avons bien compris les calendriers julien et grégorien qui marquent notre époque.

Il ya beaucoup de choses que nous voulions réaliser, mais en raison de contraintes de temps causées par nos autres engagements scolaires nous n’ayons pas pu les terminer. D'abord, nous voulions entrer les données directement dans le modèle SolidWorks. Nous avons vu qu'il existe des méthodes pour coller des images sur des surfaces planes et nous les avons exploités pour coller l'image de la face du Calendrier à la face en bois de notre modèle numérique, mais nous avons été incapables de coller les données sur les surfaces incurvées des rouleaux. Nous voulions aussi créer un site web dédié et voir le modèle sur ce site, mais malheureusement, nous n’avons pas accompli cette tâche.

Cependant nous sommes très satisfaits de notre travail parce que nous avons contribué à valoriser le Calendrier Mécanique Universel qui est une œuvre précieuse, mais qui commence à subir le passage du temps. Finalement, nous sommes arrivés à la troisième place dans la compétition, notre interface ne sera pas utilisé par les visiteurs de la Chapelle, mais c’est toujours un bon résultat. Avec cette place d’honneur nous avons aussi remporté le prix de 500 €.