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Les quatre grandes inventions n'ont pas été établies par les Chinois, mais par des savants étrangers qui avaient un point de vue réaliste sur la civilisation chinoise. La valeur culturelle des quatre grandes inventions a été approuvée mondialement. Francis Bacon a considéré l'imprimerie, la poudre noire et la boussole comme les trois inventions les plus remarquables de l'humanité. Selon Derk Bodde (1909 - 2003), savant américain, « s'il n'y avait pas de papier et d'imprimerie, nous vivrions au Moyen Age. S'il n'y avait pas de poudre noire, le monde subirait moins de catastrophes. D'autre part, les chevaliers européens du Moyen Age régneraient encore dans leurs châteaux, tandis que notre société serait dominée par la féodalité. Enfin, sans boussole, les grandes découvertes géographiques qui ont stimulé la vie matérielle en Europe et qui ont apporté des connaissances sur des terres inconnues, notamment les Etats-Unis, n'auraient jamais eu lieu. » Mais les quatre grandes inventions ne peuvent
pas refléter précisément les succès scientifiques et technologiques de la Chine antique. En tant que vecteurs du développement capitaliste en Europe, ces quatre inventions ont apporté des progrès dans l'histoire occidentale. Ainsi, ces techniques dont l'Occident manquait le plus et avait le plus besoin ont été considérées comme les succès les plus importants de la Chine. En fait, à l'exception de ces quatre inventions, les Chinois ont connu de grands succès dans les domaines de l'agriculture, de la fonte, de l'exploration, des mécanismes, de la médecine, de l'astronomie, des mathématiques, de la poterie, du textile et de la distillerie. Ces résultats d'intérêt vital pour le peuple et l'économie nationale ont un lien étroit avec la vie quotidienne et ont promu le développement de la productivité et de la vie sociale. Certaines inventions et découvertes ont une valeur plus importante que les quatre grandes inventions. Avant de présenter globalement les inventions et découvertes de la Chine antique, nous allons commencer par les quatre grandes inventions réputées mondialement.
La boussole sert à indiquer la position géographique. Elle est composée d'une aiguille magnétique qui indique toujours le sud et de graduations. En Chine, il existe également une autre invention appelée Zhinanche (chariot indiquant le sud), dont la partie principale est une boussole, et dont le système d'engrenage complexe permet à un petit bonhomme en bois d'indiquer le sud. Les points clés de la boussole et du Zhinanche sont la force magnétique et la ligne de force magnétique. Malgré sa faible puissance, cette force magnétique peut mouvoir un aimant ou une aiguille magnétique de petite taille qui tourne librement, indiquant toujours le sud. Les ouvriers d'alors ne pouvaient en expliquer la cause et ne connaissaient pas les pôles magnétiques ni leurs fonctions, mais ils ont appliqué cette découverte pour inventer la boussole.
Selon la légende la plus ancienne, Shennong, l'un des ancêtres de la nation chinoise, fut battu par Chiyou, chef d'une autre tribu, en raison d'un brouillard épais. Shennong demanda alors un coup de main à l'empereur Jaune qui était plus puissant et plus réputé. Ce dernier fabriqua un Zhinanche et l'offrit à Shennong pour qu'il puisse se repérer dans le brouillard. Chiyou fut alors vaincu par Shennong. D'après une autre légende, le roi Wu réussit à renverser la dynastie des Shang pour établir la dynastie des Zhou d'il y a 3 000 ans. Le duc Zhou, assistant du roi Wu, offrit un Zhinanche aux missionnaires vietnamiens venus présenter leurs félicitations, afin de les aider à s'en retourner sans encombre. Toutes ces légendes n'ont pas été vérifiées par des documents historiques. Selon un récit historique, Ma Jun, inventeur de la période des Trois Royaumes (220 - 280), a fabriqué un Zhinanche, égaré depuis longtemps. Mais le récit n'est pas très précis. Jusqu'à la dynastie des Song du Nord (960 -1127), Shen Kuo (1030 - 1095), grand scientifique, a décrit les types de compas à aiguille magnétique dans son œuvre intitulée Mengxi Bitan (Propos notés au Pavillon du ruisseau des rêves) : « L'aiguille magnétique peut flotter sur l'eau, être posée sur la bordure d'un ongle ou d'un bol ou bien suspendue à un fil. »
La Chine est le premier pays à avoir utilisé le compas dans la navigation. Le compas à aiguille magnétique est considéré comme une grande contribution des Chinois à l'être humain ; son invention et sa propagation ont profondément influencé la navigation. Au début du XIIe siècle, le gouvernement des Song du Nord a envoyé une grande flotte en Corée. Selon un livre décrivant ce voyage, la flotte a observé la Grande Ourse pour déterminer la direction, et le compas à aiguille magnétique était utilisé quand il ne faisait pas beau. L'utilisation du compas a achevé l'ère du pilotage dépendant de l'astronomie. Le compas a été propagé aux pays arabes par la Route de la soie, puis en Europe, qui l'a utilisé dans le pilotage au début du XIIe siècle.
La poudre noire, découverte par des alchimistes sous la dynastie des Tang et développée sous la dynastie des Song, est l'un des représentants des sciences et technologies de la Chine antique. Ses ingrédients sont le soufre, le salpêtre et le charbon de bois. La poudre noire, en chinois Huo Yao, signifie littéralement « drogue incendiaire » puisque le soufre et le salpêtre sont considérés comme d'importantes matières médicinales dans la Materia Medica de Shennong datant de la dynastie des Han. Li Shizhen (1518 - 1593) des Ming raconte dans son Compendium de Materia Medica que la poudre noire pouvait guérir les infections de la peau et tuer les insectes. Les alchimistes n'ont pas pu trouver d'élixir d'immortalité, mais ils ont tiré des conclusions de leurs expériences. Ainsi, le soufre étant chimiquement actif, toxique et inflammable, ils ont chauffé un mélange de soufre, de salpêtre et de charbon de bois. Le salpêtre est un oxydant fort qui permet une combustion partiale du soufre et réduit sa toxicité et son inflammabilité. Cette méthode a été appelée « contrôle du soufre » par Sun Simiao (581 - 682), scientifique médical des Tang, dans le Dan Jing (Classique de l'alchimie). Durant le « contrôle du soufre », il a découvert que le mélange d'une certaine proportion de soufre, de salpêtre et de charbon de bois provoquait une explosion. Quand cette méthode a été transmise aux artisans militaires, ils ont commencé à étudier les ingrédients de la poudre. Après des expérimentations et en modifiant la proportion des ingrédients, ils ont fini par maîtriser les techniques d'explosion sous contrôle. La poudre noire est ainsi devenue un explosif pratique et contrôlable.
Sous la dynastie des Song du Nord, Zeng Gongliang, spécialiste en histoire du génie, a précisé, dans son œuvre intitulée Wujing Zongyao (Résumé des classiques militaires), trois recettes de la poudre noire. Dans ce livre, il a aussi noté les méthodes de fabrication et la proportion des ingrédients de certaines sortes de poudre noire. La proportion du salpêtre dépassait la combinaison du soufre et du charbon de bois et était plus proche de celle de la poudre noire moderne. Ensuite, les Chinois des Song ont inventé des armes légères fonctionnant à la poudre noire, dont la plus célèbre est l'arme à feu, ancêtre des armes modernes. Au XIIIe siècle, avec l'envoi des troupes militaires des Yuan en Asie centrale, les techniques de la poudre et du canon ont été popularisées au monde arabe, puis en Europe par les Arabes. Les premiers récits européens sur les recettes de la poudre datent de 1327.
Dans la longue histoire humaine, le papier a toujours été utilisé comme moyen principal pour populariser et conserver les informations liées à la civilisation humaine, aux idées
philosophiques, aux ouvrages littéraires, aux théories politiques, aux inventions scientifiques et aux récits historiques. Il a également permis la rédaction de livres, périodiques, lettres, notes, billets et documents. En Chine antique, les caractères ont d'abord été rédigés sur des os et des carapaces, sur des objets en bronze, puis sur des lamelles de bambou, de bois ou sur de la soie à l'époque des Printemps et Automnes et à celle des Royaumes combattants. Par rapport aux os et aux objets en bronze, le bambou et la soie sont plus pratiques, car ils peuvent être réutilisés et les caractères peuvent être modifiés.
Mais les lamelles de bambou et la soie présentaient des défauts. Les lamelles étant trop lourdes, il fallait un ou plusieurs chariots pour transporter un seul livre. Hui Shi (390 - 317 av. J.-C), grand savant de l'époque des Royaumes combattants, transportait souvent cinq chariots de lamelles avec lui. Deux personnes étaient nécessaires pour apporter les lamelles du rapport des ministres à l'empereur Wudi des Han, et ce dernier mettait deux mois à les lire. La soie était très chère, et inabordable pour une population à faible productivité. Les Chinois avaient donc grandement besoin de matériaux plus pratiques et plus légers pour écrire. Ainsi, le papier a-t-il été fabriqué sous la dynastie des Han de l'Ouest (206 av. J.-C. - 25 apr. J.-C). Le papier déterré en 1957 à Baqiao, dans la banlieue de Xi'an, a été fabriqué avec du chanvre et de la ramie. La carte en papier déterrée en 1986 à Tianshui, dans le Gansu, a été faite avec de la soie et du chanvre. Le premier papier était rugueux et impropre à l'écriture. Les matériaux du papier n'étaient pas très variés. Cai Lun (? -121), eunuque des Han de l'Est (25 -220), a révolutionné la fabrication du papier, élargissant ainsi les ressources matérielles. Il a utilisé des écorces d'arbre, des fibres et des tissus de chanvre ainsi que des filets comme matériaux. Ils étaient baignés dans l'eau, hachés, cuits avec des herbes, lavés avec de l'eau claire, puis pilonnés en pâte. La pâte était ensuite étendue sur une plaque pour la sécher, puis décollée et chauffée. Des feuilles de papier ont ainsi été obtenues. La technique a été améliorée plus tard, et un moule en lamelles de bambou a été utilisé pour draguer du papier. La gamme des matériaux a également été élargie au bambou, au roseau, à la liane, à la paille, au fétu, au chanvre, à l'écorce de mûrier, et même à l'écorce de santal. Avec l'amélioration des techniques, les Chinois ont fabriqué du papier de haute qualité, plus blanc et plus fin. Aujourd'hui, les habitants de Dengcun à Sihui, dans le Guangdong, ont conservé les techniques complètes de Cai Lun. Ils fabriquent des feuilles de papier avec des bambous de cette région, selon le processus de Cai Lun. Ce papier est vendu aux pays de l'Asie du Sud-Est. Une visite là-bas refait vivre l'histoireaux gens et leur permet de connaître ce processus.
La technique chinoise de la fabrication du papier s'est premièrement popularisée en Corée et au Vietnam, puis au Japon au VIIe siècle, dans les pays arabes au VIIIe siècle, en Europe au XIIe siècle, et en Amérique du Sud quatre siècles plus tard. Pendant les 2 000 ans qui ont séparé le IIe siècle av. J.-C. et le XVIIIe siècle, la fabrication du papier en Chine est toujours restée au premier rang mondial. Ce qui a joué un rôle inestimable dans la diffusion et la répertoriation des connaissances ainsi que dans l'accumulation des échanges culturels. En s'émerveillant devant les quatre grandes inventions chinoises, Francis Bacon a dit : « Elles ont modifié l'aspect et l'état du monde, entraînant ainsi d'innombrables changements ; aucun empire, aucune religion, aucun personnage n'a exercé une influence aussi grande sur l'être humain que ces inventions. »
La trinité livre, papier et imprimerie a beaucoup contribué au développement et à l'accumulation de la civilisation humaine, à la diffusion des connaissances et à la promotion de l'amitié entre les peuples. L'imprimerie est un sujet compliqué. La technique dont nous parlons comprend l'imprimerie xylographique et l'imprimerie typographique. La dernière a été inventée par Bi Sheng (? - 1051 environ) sur la base des expériences des anciens. La première a été inventée entre les dynasties des Sui (581 -618) et des Tang, sur la base du sceau et de la gravure sur pierre, inventés à l'époque des Printemps et Automnes et à celle des Royaumes combattants. L'invention du papier et de l'encre a stimulé l'exploration et l'amélioration de l'imprimerie xylographique qui est la suivante : on applique de la colle sur une plaque en bois, puis on colle sur cette plaque une feuille de papier semi-transparente et recouverte d'un texte, on grave en relief les caractères sur la plaque, puis on applique de l'encre sur cette gravure que l'on enveloppe ensuite d'une feuille de papier. On frotte ensuite la feuille avec un pinceau, et le texte est ainsi imprimé. Le premier texte imprimé en Chine est le Sutra du Diamant, en 868, sous les Tang. A l'époque des Cinq Dynasties, les institutions culturelles du gouvernement ont imprimé à grande échelle des ouvrages classiques ; l'impression non gouvernementale était également populaire. L'impression du Tripitaka sous les Song a nécessité 130 mille plaques gravées. En raison de la complexité de l'imprimerie xylographique, l'impression d'un livre demandait souvent plusieurs années, et il fallait disposer d'une grande chambre pour abriter les plaques gravées. L'imprimerie xylographique a été d'abord popularisée en Corée et au Japon, ce dernier conserve aujourd'hui le Dharani, imprimé en 770. Cette imprimerie a été popularisée en Egypte au XIIe siècle, et en Europe au XIVe siècle.
Bi Sheng, contemporain des Song, a vécu à la période d'apogée de l'imprimerie xylographique. Mais il ne s'est pas contenté de cette technique compliquée. Après des efforts et des recherches, il a enfin inventé l'imprimerie à caractères mobiles, plus économique, facile et pratique. Le principe de l'imprimerie de Bi Sheng est le même que celui de l'imprimerie typographique généralisée au XXe siècle. Shen Kuo a noté, dans son Mengxi Bilan, la technique de Bi Sheng, composée de trois étapes : Premièrement, on grave les caractères en relief sur des morceaux mobiles en terre cuite, on chauffe ces morceaux pour les durcir, puis on les classe selon leur voyelle dans une boîte. Deuxièmement, d'après le texte à imprimer, on aligne les caractères mobiles sur une plaque en fer recouverte d'une mixture de résine, de cire et de cendre de papier, puis on chauffe la plaque et on presse les caractères mobiles avec une planche plate pour s'assurer que les caractères sont au même niveau, on refroidit ensuite la plaque pour permettre aux caractères de se solidifier et de former une pièce d'imprimerie. Après l'achèvement d'une impression, les caractères peuvent être détachés en réchauffant la plaque. Troisièmement, Bi Sheng a préparé deux plaques pour accélérer le processus d'impression. Il a aussi préparé des caractères en quantité différente selon leur fréquence d'apparition dans le texte, et les a ordonnés pour faciliter la composition. Shen Kuo a déclaré que cette technique était très rapide et permettait d'imprimer des centaines de copies. Après Bi Sheng, les Chinois ont inventé les caractères mobiles en bois. Wang Zhen, agronome sous les Yuan, a répertorié sa propre invention dans le Nong Shu (Traité de l'agriculture). Il a aussi inventé un mode de classification des caractères sur deux plaques circulaires tournantes. Une personne s'asseyait entre ces deux plaques et choisissait librement un caractère pour la composition. Il a fait un test en imprimant cent copies d'un livre de plus de 60 000 caractères en un mois, ce qui était une performance remarquable à cette époque-là. L'imprimerie à caractères mobiles en bois était très populaire après Wang Zhen, notamment sous les Ming et les Qing. En 1773 sous le règne de l'empereur Qianlong, le gouvernement a gravé 250 000 caractères mobiles en bois de jujubier pour l'impression de 138 livres en 2 300 volumes. C'est l'impression effectuée avec des caractères mobiles en bois la plus importante dans l'histoire chinoise. Après les caractères mobiles en bois, les savants ont inventé les caractères mobiles en métal : en bronze en 1488, sous les Ming ; et en plomb au début du XVIe siècle.
L'imprimerie à caractères mobiles s'est popularisée en Corée et au Japon au XIV siècle. En 1450, un Allemand appelé Johannes Gutenberg a fabriqué des caractères mobiles en plomb selon le principe de l'imprimerie chinoise à caractères mobiles.