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On ne sait pas grand chose de son enfance si ce n'est qu'il était issu d'une famille modeste, pâtre sans doute dans le Cantal. Tout enfant, il entra à l'abbaye de Saint Géraud d'Aurillac où il suivit l'enseignement de Raymond de Lavour qui l'instruisit en grammaire, dialectique et rhétorique.

Emmené par le comte Borell de Barcelone, Gerbert partit en Catalogne et perfectionna son savoir par l'étude des sciences du quadrivium : il apprit, sous l'influence du monde arabe, les mathématiques, la géométrie, l'astronomie et la musique.

Gerbert acquit rapidement une grande renommée de savant et de professeur. Ses exceptionnelles qualités furent remarquées lors d'un voyage en Italie par le pape Jean XIII qui voulut s'attacher le jeune homme. Mais ce dernier préféra décliner les honneurs et continuer ses études. Il se rendit à Reims où l'archevêque Adalbéron lui confia la direction de l'école. Mais sa grande renommée se retourna contre lui : on le soupçonna de sorcellerie, Jean XIII lui interdit même la célébration des Saints mystères. Pendant dix ans, Gerbert se consacra à l'instruction des clercs, en instituant de nouvelles méthodes pédagogiques. Il composa divers traités (De Geometrica, De Astrolabio) inventa l'abaque pour le calcul, les premiers orgues hydrauliques et surtout, une présentation sphérique de l'Univers permettant l'observation du déplacement des astres. La fidélité de Gerbert à la dynastie ottonienne était notoire. Dès 997, Otton le prit comme conseiller personnel, puis lui donna l'archevêché de Ravenne avant de l'appeler à succéder à Grégoire V à la papauté. Le nom qu'adopta alors Gerbert, Sylvestre II, est révélateur de la bonne entente régnant entre les deux hommes : Sylvestre Ier avait en effet régné avec l'empereur Constantin.

Durant trois ans, les deux hommes allaient s'efforcer de gouverner l'Empire selon le programme et les perspectives qu'ils s'étaient fixés. Ils s'appuyaient sur les monastères et les évêchés auxquels ils accordaient des privilèges politiques et financiers, et favorisèrent l'établissement d'églises nationales en Pologne et en Hongrie.

Cependant, ses réformes ne contentaient pas tout le monde et en 999, des révoltes éclataient, en particulier en Italie, contraignant l'Empereur à errer sur la péninsule. Il mourut en 1002, Sylvestre II décédait un an plus tard.