- Présentation
- De l'année à la seconde
- Les techniques
- Annexes
Le mouvement du soleil dans la journée et par conséquent le mouvement de l'ombre a certainement été constaté très tôt pendant la préhistoire. L'observation de l'ombre d'un bâton, appelé gnomon, a donc été la toute première technique de mesure du temps qu'on peut dater environ à 8000 ans avant J.-C.
Chez les Egyptiens, il était nécessaire pour les prêtres de déterminer les cérémonies religieuses. Cette civilisation qui vénérait le soleil utilisa nécessairement le Gnomon pour organiser les cérémonies religieuses.
Puis en voulant fixer une cérémonie, ils ont ajouté une planche graduée à ce bâton, et ont donné naissance au cadran solaire en 1500 avant J.-C. Cette technique a longtemps été utilisé pour diviser les journées. Les Egyptiens divisaient le jour en 12 parties, comme expliqué dans la partie L'heure et la seconde.
Les Grecs ont fait devenir l'art des cadrans solaire une science, la gnomique. Science qui perdurera jusqu'a la généralisation de l'horloge. L'usage du temps organisait désormais la vie sociale et commerciale, d'après Platon dans son livre des lois :
"Auparavant l'usage des heures, l'on distinguait ainsi le jour du temps de la négociation, le temps du dîner et le temps du souper".
L'inconvénient de tel système est que les heures ne sont pas fixes. Une journée dure 12h en hiver comme en été, les heures n'ont donc pas la même durée. En Egypte ce phénomène était moins remarquable qu'en Europe. Le premier cadran Romain serait daté de -263.
L'Europe où les latitudes sont plus élevées, ne s'intéressera vraiment au cadran solaire qu'à partir du moyen âge. Les premiers cadrans européens divisaient simplement la journée, pour repérer les heures de début de travail, heure de fin et heure de pauses.
Les cadrans solaires indiquaient l'heure vraie, c'est-à-dire l'heure de la position du soleil qui ne variait en fonction de la longitude. Cela ne posait aucun problème puisque les communications entre points éloignées se faisaient de façon très lente.
En Europe toujours principalement pour indiquer les heures de prières ou de travail, durant le moyen-âge des progrès exceptionnels sont fait en Gnomique. Plusieurs types de cadrans apparaissent afin d'obtenir l'heure la plus fixe possible. Pour la plupart il faut les orienter dans l'axe du pôle, et incliner le style de façon à être parallèle à l'axe de la terre.
Deux inconvénients majeurs sont incombés aux systèmes solaires, d'une part il est difficile de mesurer une durée, car le soleil bouge lentement et qu'une divison de cadran solaire représente une durée qui varie au fil des saisons. D'autre part le soleil n'était pas toujours présent : la nuit ou part temps couvert plus aucun moyen de mesure du temps n'était disponible. Il était donc nécessaire de trouver un instrument qui soit capable de mesurer une durée d'une longueur fixe.
Chez les égyptiens le temps était toujours géré par les prêtres, il s'agissait simplement de "compter" le temps une fois le soleil couché. Vers 2000 avant J.-C. ils inventaient la clepsydre, simple vase percé rempli d'eau, possédant parfois quelques graduations.
Les Grecs qui avaient une organisation sociale, religieuse et militaire très élaborée avaient besoin d'une certaine organisation. Ainsi les cadrans solaires rythmaient la vie, et la clepsydre servait principalement dans la vie politique pour limiter les paroles. Aristote explique dans la Constitution d'Athènes :
"Il y a au tribunal des clepsydres munies de tuyaux pour l'écoulement. On y verse l'eau dont la mesure détermine la durée des plaidoiries."Clepsydre vient du grec "Klepsydra", qui signifie voleur d'eau, référence certaine au temps qui coule.
Mais la précision des clepsydres Egyptienne ne paraît pas suffisante. En effet au fur et à mesure que le liquide s'écoule, le débit diminue. La forme tronconique permettait de diminuer légèrement ce phénomène. Ctésibios au IIIème siècle avant J-C eu l'idée de maintenir le niveau du vase "verseur" (B) constant, et de regarder le niveau du vase "récepteur" (C).
D'autres phénomènes seraient également à prendre en compte tel que la température, et la pureté de l'eau pour en faire une mesure parfaite.
Pour pouvoir mesurer le temps, la nuit ou par absence de soleil, il perfectionna la clepsydre, pour créer des horloges à eau. L'ajout d'un flotteur, surmonté d'une figurine indiquait l'heure sur une colonne graduée. Par la suite, pour l'assimiler à un cadran solaire, des horloges à eau munies d'un cadran et d'une aiguille apparaissaient, notamment chez les arabes, qui en faisaient en objet d'art, avec l'ajout d'automates.
Quelques années plus tard toutes les civilisations utilisaient des clepsydres ou horloge solaire. On combinait l'heure vraie du cadran solaire, avec l'heure juste de la clepsydre. Au moyen âge beaucoup d'horloges à eau furent construite afin d'indiquer l'heure de la façon la plus juste possible.
Quelques réalisations sont assez remarquables, comme l'horloge astronomique de Su Song en Chine, qui était autant assimilable à un automate, qu'à une horloge :
Alors que la gnomique et l'horloge à eau atteignaient leur apogée, le problème des pressions de la clepsydre et l'imprécision des cadrans solaires fît apparaître quelques autres techniques. Notamment au XIIème siècle le sablier. Ce système a un débit indépendant de la quantité de sable, mais seulement de la pente de l'orifice. En 1725, Daniel Bernoulli gagne le concours de l'académie Royale des Sciences de Paris en calculant cette pente.
Dans la même optique que le sablier, il était nécessaire d'avoir quelques instruments pour mesurer les durées qui soient simples à mettre en œuvre, peu coûteux et de taille raisonnable. On réalisa dans les années 900 que l'incandescence d'un corps était constante. Aujourd'hui nous savons que ceci est faux, puisqu'elle dépend de la pureté du corps, de l'hygrométrie... Mais la précision de cette technique était suffisante pour connaître une durée. Elle avait de plus un double avantage, puisqu'elle permettait également d'éclairer.
Ainsi différentes techniques apparaissent, bien sûr la bougie était la plus répandue en Europe. On utilisait aussi l'incandescence d'encens, ou de divers objets. Puis plus tard la lampe à huile avec réservoir graduée.
2008 Romain Lepaul, Ghislain Poncet, Vincent Rognon. INSA Strasbourg promotion MIQ2009.