Les cadrans solaires

LES CADRANS SOLAIRES

 Le gnomon

 Plantons un bâton verticalement dans le sable d'une plage plane.

 Maintenant, observons l'ombre de ce bâton produite par le soleil sur le sable et marquons l'extrémité de cette ombre à différentes heures de la journée : le bâton s'est transformé en gnomon-

  Observons bien, sur une journée, l'ombre du bâton portée sur le sable. Nous constatons que cette ombre varie aussi bien en position qu'en longueur. Lorsque l'ombre est la plus courte, il est midi et le soleil indique le sud dans l'hémisphère nord -

 Sur plusieurs années, on peut constater qu'une ou deux fois par an l'ombre de la pointe du gnomon dessine une ligne droite durant une même journée. L'ombre au lever et l'ombre à midi forment un angle de 90 degrés. Idem pour le soir ou le soleil se couche exactement à l'ouest. Ce sont les jours de l'équinoxe.

De tels gnomons existent au moins depuis 2 000 ans avant notre ère. Mais ils sont certainement plus anciens surtout si on ne tient pas compte de la distinction entre instrument de mesure et instrument d'observation.

 Il aurait existé en Inde, dès le IV ème siècle av. J.-C. Des tables d'ombres basées sur le principe du gnomon de hauteur où le style était l'individu lui-même. Il suffisait de mesurer l'ombre d'un individu et, à l'aide de la table, de connaître l'heure-

Il suffit que nous sortions de chez nous pour nous rendre dans les villes et villages proches et ce serait bien une malchance si nous ne découvrions pas, sur la façade d'une maison ancienne ou d'une église un cadran à style polaire. Ce sont, en effet, les plus nombreux. Attention quand même à ne pas les confondre avec des cadrans canoniaux (voir plus loin).

De quand datent les premiers cadrans à style polaire ?

 Difficile de répondre avec précision.

 A défaut, nous allons faire remonter le style polaire à 300 av. J.-C. qui correspond à l'âge d'un cadran grec à style polaire découvert en 1975 en Afghanistan. Cette date correspondrait avec celle des expéditions d'Alexandre le Grand.

 On ne les voit apparaître que beaucoup plus tard en Europe puisque le plus ancien date seulement de 1477. Il se trouve sur un cloître à Alpirsbach en Forêt noire.

 Le plus ancien connu en France est celui de la cathédrale de Strasbourg et daterait de 1493.

Les plus "purs" des cadrans solaires à style polaire sont le cadran horizontal et le cadran vertical méridional (appelé encore "plein sud")

- le cadran horizontal se caractérise, comme son nom l'indique, par une table horizontale. Son style, parallèle à l'axe des pôles, est positionné sur la ligne de midi. Les lignes horaires de gauche sont symétriques de celles de droite. Pour notre hémisphère, les heures du matin sont à droite et celles de l'après-midi à gauche. Il peut donner l'heure du lever au coucher du soleil.

 - le cadran vertical se caractérise, comme son nom l'indique, par une table verticale placée face au sud. Son style, parallèle à l'axe des pôles, est positionné sur la ligne de midi. Cette dernière est toujours verticale. Pour notre hémisphère, les heures du matin sont à gauche et celles de l'après-midi à droite. Il ne peut indiquer l'heure que de 6h à 18h.

 Comme tous les murs ne sont pas forcement plein sud, on va voir apparaître de nombreuses variantes pour "rattraper" cette position du mur par rapport au plein sud :

 - Cadran déclinant vers le sud-est ou le sud-ouest

- Cadran septentrional ou "plein nord"

- Cadran déclinant nord-est, nord-ouest

Un marqueur d'événements : la cadran canonial

 Ce cadran remonterait aux Égyptiens vers 300 av. J.-C. En Chine, ce serait vers 1 100 av. J.-C.

Son rôle est essentiellement de marquer les moments des prières au cours de la journée. On le trouve donc essentiellement sur les murs de couvents, des églises ou des cathédrales.

 Pourquoi canonial ? Tout simplement parce que, au IX ème siècle, l'office divin était fixé à 8 moments d'oraison et composé de prières définies par des canons (des règles).

 Elles sont d'abord fixées au nombre de cinq par Benoît de Nursie vers 530 : Matines (lever du soleil), Tierce (milieu de la matinée), Sexte (midi), None (milieu de l'après-midi), Vêpres (coucher du soleil).

 Ensuite, elles passent à huit : Matines, Laudes, Prime, Tierce, Sexte, None, Vêpres, Complies.

LES INSTRUMENTS D'OBSERVATION DES TACHES

 Le scaphé à œilleton

 On peut voir au musée du Louvre un scaphé d'une conception différente de celle que nous avons vues plus haut. Il s'agit du scaphé romain, d'un diamètre de 73 cm, datant du Ier ou II ème siècle de notre ère.

 Sa différence avec les autres scaphés est qu'il ne comporte pas de style. Celui-çi est remplacé par un œilleton par lequel pénètrent les rayons du soleil qui créent une tache claire au fond de l'instrument. A l'origine, la taille de cette tache était certainement réduite par une plaque de bronze trouée.

 Sur la photo de gauche, on peut voir le scaphé presque en position "de travail". Sur sa partie supérieure, on peut distinguer en partie le trou par lequel pénètre la lumière.

Sur la photo centrale, on voit l'intérieur du scaphé qui, pour être dans sa vraie position doit reposer sur la partie plane qu'on voit en bas. Le trou qu'on voit sur cette partie devait certainement servir à fixer une tige de soutien verticale. En haut, l'orifice par laquelle pénètre la lumière et, en bas sur la gauche, la tache de lumière projetée par le soleil à travers cette orifice. Au fond, on distingue les traditionnelles lignes horaires et les cercles représentant les différentes déclinaisons du soleil. Cette partie est agrandie sur la photo de droite pour mieux apercevoir les tracés.

 L'anneau astronomique

Cet instrument, c'est l'anneau astronomique, devenu plus tard anneau équinoxial.

 Son histoire commence avec le plus grand astronome de l'Antiquité, Hipparque de Nicée (ou Hipparque de Rhodes, premier quart du II ème siècle-après 127 avant J.-C.).

 Vers 150 av. J.-C. il invente la sphère armillaire, instrument qui ressemble à celui que nous voyons ci-dessus à gauche. Mais la sienne atteint deux à trois mètres de diamètre. Elle est composée d'un assemblage de cinq anneaux (les armilles). Les deux premiers : l’écliptique et le méridien contenant les solstices (colure), se coupent à angle droit. Deux cercles mobiles autour de l’axe perpendiculaire au centre de l’écliptique sont reliés au colure (l’un à l’extérieur, l’autre à l’intérieur). Ces quatre anneaux portent la graduation babylonienne, introduite en Grèce par Hipparque : 360 degrés, chacun d’eux étant subdivisé, compte tenu du système sexagésimal mésopotamien, en 60H de 60J. Un cinquième anneau, enfin, portant deux pinnules (voir image de droite) aux extrémités de son diamètre, s’inscrit dans le cercle intérieur au colure et pivote dans son plan. Un cadre soutient l’ensemble du montage qui tourne sur deux chevilles latérales, celles-ci perçant l’anneau du colure aux pôles célestes. Le système permet de mesurer les coordonnées écliptiques des astres : longitudes célestes des astres, obtenues par le déplacement des anneaux reliés au colure ; latitudes, par visées au moyen de l’anneau-alidade. C'est plus un instrument d'observation qu'un instrument de mesure du temps mais le ver est dans le fruit.

 Il y reste jusqu'au XV ème siècle où un autre astronome, Allemand cette fois, Johannes Müller, dit Regiomontanus (1436-1476) décrit en 1471 une sphère armillaire équatoriale (annulus sphaericus) composée de trois anneaux. Un dernier astronome, le Hollandais Gemma Frisius (1508-1555), en 1534, publie son Usus annuli astronomici qui fixe les normes de fabrication de l'anneau astronomique.