2009 Année Mondiale de lAstronomie GALILEE 1564 - 1610

2009 Année Mondiale de l’Astronomie

GALILEE 1564 - 1610

Les Cadrans Solaires

A savoir

Les données techniques fournies dans cette présentation sont des données déjà calculés car les techniques de construction optimales d'un cadran solaire demandent des calculs et formules pour ajuster l'horaire la plus proche à votre situation géographique.(ex: calcul de l' écart du méridien de greenwich et les équations du temps)

Beaucoup trop long à vous exposer durant cette conférence, nous vous proposerons éventuellement un manuel technique qui vous expliquera la technique exactes de construction d'un cadran solaire, il vous sera remis gratuitement à la sortie.

Pour l'achat d'un cadran solaire :Attention ! celui-ci doit être fabriqué pour votre région, il faut savoir qu'entre le Nord-Est et le Sud-Ouest de la France, il y a 30 minutes d'écarts périodique.


Origine du cadran solaire

L’histoire de la mesure du temps par l'Homme remonte à ses origines.La mesure du temps a toujours été une de ses préoccupations majeures ,notamment pour organiser la vie sociale, religieuse et économique des sociétés.

Les phénomènes périodiques du milieu où il vivait - comme le retour du soleil avec les saisons ou le cycle lunaire ont servi de premières références.

Mais avec le temps, il s'est inspiré de phénomènes physiques, dont il avait remarqué le caractère périodique, pour concevoir et mettre au point des dispositifs de mesure du temps de plus en plus précis. Les horloges mécaniques en sont un exemple, qui permirent aux hommes de connaître l'heure à tout moment et en tout lieu.


Le cadran solaire est un moyen, utilisé depuis des millénaires, pour mesurer le temps.

Origine du cadran solaire

L’homme a toujours cherché à mesurer le temps en utilisant mouvement apparent du soleil et aux étoiles, ou par rapport à des événements d’une durée constante.Il est probable que des cadrans solaires rudimentaires, constitués d'un simple bâton fiché verticalement dans le sol, ont servi dès un passé préhistorique très lointain.

En l'absence de preuves matérielles, (objets, textes) il est difficile de se faire une idée exacte des techniques utilisées. On connaît cependant des cadrans dignes de ce nom remontant à l'antiquité grecque et romaine.

Les plus anciens instruments ont été trouvés en Égypte et ont à peu près 3500 ans : un cadran solaire en ardoise (environ 1450 av. J.-C.)et une clepsydre en albâtre (environ 1400 av. J.-C.).


Composition du cadran solaire

Un cadran solaire est composé de deux parties : le STYLE et le PLAN du cadran. Le gnomon est constitué d'une tige appelée style, parallèle à l'axe de la Terre et pointant vers le pôle célesteCe bâton, le GNOMON (du grecque "gnômôn"= indicateur) s'est transformé au fil du temps: en menhir ou en obélisque pour devenir le STYLE de nos cadrans solaires actuels

Le StyleLe Plan


Histoire du cadran solaire

C'est en observant la direction et la longueur de l'ombre portée par un bâton fiché en terre, que le berger de l'antiquité a commencé à rythmer sa journée.Déjà au 11 ème siècle avant J-C, les astronomes chinois ont réussi à déterminer le midi solaire et à fixer les dates des solstices.Vers 500 avant J-C. une prescription impériale standardisait la hauteur des gnomons en Chine, pour obtenir en quelque sorte une mesure légale du temps.

L'invention du cadran solaire à gnomon (ou à style) est attribuée au philosophe et astronome grec Anaximandre qui vécu au 6ème siècle avant J-C.A partir de ce moment, une époque riche en réalisations gnomoniques (science des cadrans solaires) nous a légué de belles œuvres: Grecques, Chaldéennes, Egyptiennes, Romaines etc...


Histoire du cadran solaire…

Les cadrans solaires apparaissent massivement à la fin du Moyen Age en Europe (après une éclipse due à la chute des empires). Ils sont horizontaux, verticaux, inclinés ou sphériques et comportent de nombreuses indications horaires ainsi que la position du soleil dans l'Écliptique.

On note à partir de cette époque une sophistication dans la présentation et une bonne précision par "la pratique des triangles sphériques et l'usage des logarithmes" comme l'écrivait l'Abbé Picard, astronome de la fin du 17ème siècle.La Sorbonne, le Val de Grâce, les Invalides..., conservent aujourd'hui encore des cadrans solaires du règne de Louis XIV.


Les Techniques du cadran solaire

L’inconvénient du cadran solaire, c’est qu’il ne donne pas l’heure en absence du Soleil. La clepsydre permet donc de connaître l’heure la nuit ou pendant les périodes d’hiver.

Les premiers à s'être préoccupés de la division du jour en unités de temps sont les Égyptiens, mais d'abord dans un but religieux.Après de longues théories et de calculs savants sur les calendriers, vers 2100 ans avant notre ère, il fut décidé de ne conserver que l'observation de douze décans au cours de la nuit.

Six siècles plus tard les textes indiquent une division du jour également en douze heures, sans doute par symétrie avec la nuit. À cette division est associé le premier véritable cadran solaire connu.



Un cadran solaire est destiné, comme tout le monde le sait, à permettre la lecture de l’heure.

Il se fonde sur le principe de la projection de l’ombre du style "Tige" par le soleil sur un réceptacle gradué "PLAN" qui permettra de situer l’heure.

Nous savons que la terre tourne sur elle même en 24h.Si l’on considère que la terre reste quasi immobile par rapport au soleil pendant ces 24h, un observateur sur un point fixe verra le soleil se déplacer dans le ciel, d'Est en Ouest.

Le soleil n’est présent que pendant la moitié de la journée dans le ciel, remplacé par la lune la nuit. La moitié d’un jour de 24 h est 12h.

Nous considérerons que le soleil décrit un angle apparent de 180° autour de l’observateur du début à la fin du jour, soit une section du cadran solaire équivaut à 15° ou 1h00 (résultat de 180°/12h00= 15°)

L'image suivante décrit le principe fondamentale de la courbe du temps solaire




De cette manière, en une heure, le soleil parcourt 180°/12 soit 15° dans le ciel.Toutes les heures, l’ombre projetée changera de 15° de position : au lever du soleil elle est à 0°, à 1h du lever à 15°, et ainsi de suite.

Cet angle correspond à l’angle séparant les graduations usuellement gravées sur les cadrans ainsi qu’ à la position des axes longitudinaux dessinés autour de la terre sur les cartes géographiques.

Le Gnomon doit être planté de telle manière qu'il soit parallèle à l'axe du monde, c.-à-d., grosso modo, dirigé vers l'étoile polaire (ce qui n'est pas simple à réaliser quand c'est dit comme ça…)

Il y a une autre méthode, heureusement, qui consiste à se baser sur le fait que le Gnomon se trouve dans un plan vertical nord-sud et l'angle qu'il fait avec le plan horizontal est égal à la latitude du lieu. Ex : Paris 48° - 90° = 42° du plan vertical


Les Techniques du cadran solaire en images


Les Différents types de Cadrans Solaires

En général, les cadrans sont classés selon la forme et l’orientation de leur table. On trouve ainsi deux premières catégories :les cadrans portatifs et les cadrans fixes :

Les cadrans portatifs sont principalement conservés à l’intérieur pour décorer différentes pièces mais ces cadrans étaient aussi transportés par les gens.

Les cadrans fixes sont placés, en général, à l’extérieur. Ils sont attachés à un édifice ou fixé sur un pilier.

On trouve aussi deux autres catégories :les cadrans horizontaux et les cadrans verticaux :Le cadran horizontal à son style incliné vers le pôle (sud). Il donne l’heure toute la journée et il est le plus souvent réalisé au sol ou posé sur une colonne dans un jardin. L’angle entre le style et la table est égal à la latitude du lieu. Les cadrans verticaux se divisent en d’autres cadrans :

Le cadran méridional, on le retrouve sur les clochers d’églises et sur les façades des bâtiments publics.Le cadran oriental. Il ne donne l’heure que le matin. Son style est parallèle au mur, dirigé vers le pôle et son plan est face à l’Est.


Les Différents types de Cadrans Solaires

D’autres cadrans existent mais n'ont pas de classement comme :

Le cadran équatorial : ce cadran est réalisé sur un disque et son style, orienté vers le pôle, traverse le disque perpendiculairement. Le disque est dans le plan de l’équateur céleste. La face supérieure est éclairée de l’équinoxe de printemps à celui d’automne, alors que la face du dessous est éclairée de l’équinoxe d’automne à celui d’hiver.

Le cadran analemmatique : c’est une sorte de cadran horizontal elliptique mais son style est mobile, il se déplace selon la date le long d’un axe(petit axe de l’ellipse). Grâce à sa grande dimension au sol, une personne projette son ombre en se plaçant sur la graduation correspondant à la date.

Certains cadrans étaient utilisés pour régler les horloges et les montres sur l’heure du soleil comme la méridienne. La méridienne ressemble au cadran vertical méridional mais ne donne l’heure qu’autour de midi local.

On peut aussi citer :

Les cadrans bifilaires.

Le cadran de berger.

Le cadran polaire.

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