A propos des cadrans solaires

Les cadrans solaires ont été l'un des premiers moyens de lecture du temps. On utilisa d'abord un bâton, le gnomon, planté en terre. Puis les Egyptiens divisèrent le jour et la nuit en 12 heures chaque en se servant des "décans", des groupes d'étoiles, ce qui permit un système de cadran solaire dit "d'heure temporaire", "inégale" ou "saisonnière" puisque la durée de l'heure variait fonction de la saison. Ce ne fut qu'au Moyen Age, via les Arabes, qu'on commença d'utiliser, en Occident, les cadrans à gnomon ou style incliné, de 24 heures, à heures égales quelle que soit la saison. Ce système dit "d'heure équinoxiale" avait été utilisé par les astronomes de l'époque hellénistique et probablement les Babyloniens. Le gnomon ou style est l'élément porte-ombre du cadran solaire. Utilisés en conjonction avec les horloges, les cadrans atteignirent leur apogée au XVIIIème siècle, faisant l'objet d'une science, la gnomonique et d'artisans, les cadraniers. Il existe, depuis l'Antiquité, une très grande variété de cadrans solaires, certains très élaborés; certains sont portables. Certains cadrans, dits "analemmatiques", présentent la particularité que c'est l'ombre de l'observateur, qui se positionne à un endroit du cadran, qui sert de style. Les anciens cadrans solaires portaient souvent des devises, souvent en latin, d'inspiration diverse. La plus connue est le célèbre "Vulnerant omnes, ultima necat" ("Toutes (les heures) blessent, la dernière tue")

L'heure du cadran solaire est l'heure solaire du lieu et cela fut suffisant tant que ne se développèrent pas les moyens modernes, et rapides, de transport -tels le chemin de fer- qui nécessitèrent l'établissement d'une heure légale ou de fuseaux horaires. Du fait de ce qu'on appelle l'"équation du temps" (voir le tutoriel "Les systèmes du temps"), du fait de la longitude du lieu et du fuseau horaire du lieu du cadran ainsi que d'une éventuelle application d'un système d'heure d'été/heure d'hiver, il faut, pour passer de l'heure solaire lue au cadran à l'heure légale, appliquer une suite de corrections:

• à l'aide d'un graphique de l'équation du temps, on applique à l'heure lue la correction nécessaire pour la date donnée
• pour ce qui est de la longitude du lieu, la Terre tournant sur elle-même d'1° en 4 minutes, on corrige donc de 4 fois la longitude en degrés du lieu (résultat en minutes). La correction est négative pour les longitudes est, positive pour les longitudes ouest
• on ajoute enfin la différence horaire du lieu par rapport à Greenwich, en prenant éventuellement en compte un système d'heure d'été/heure d'hiver (la France par exemple est, en soi, décalée d'une heure en plus par rapport au méridien de Greewich. Cette valeur reste la même en hiver mais elle passe à deux heures du fait du système de l'heure d'hiver/heure d'été)

cliquez vers un graphique de l'équation du temps

Des cadrans solaires élaborés peuvent inclure telle ou telle, ou toutes, de ces corrections. Certains cadrans solaires sont conçus de sorte à directement donner l'heure TU. Tout cadran, par contre, permet, la nuit, de retrouver l'heure solaire via l'ombre projetée par la Lune via une correction prenant en compte l'âge de la Lune -laquelle n'est pas disponible avec ce texte

Un cadran solaire simple, de 12 heures inégales, de 6 à 18h, horizontal ou vertical, est simple à construire:

• dans les deux cas, l'endroit, horizontal (que l'on vérifie au niveau) ou vertical (idem, au fil à plomb) doit être exposé plein Sud et, autant que possible avoir son horizon dégagé jusqu'à l'Est et à l'Ouest (voire au-delà des ces deux valeurs puisque le Soleil, en été, se lève et se couche plus loin que l'Est et l'Ouest). Pour un cadran vertical, il faudra disposer d'un mur -ou d'un support- orienté plein Sud (dont le plan sera plein Ouest-Est; vérifié à la boussole)
• on prend une planche en bois -ou tout autre support- de format rectangulaire, de la dimension que l'on souhaite
• on y trace un rectangle. On trace la ligne médiane qui divise ce rectangle en deux dans le sens de la longueur
• 12 lignes horaires sont ensuite tracées, au rapporteur, à partir de l'un des deux points situés au milieu du petit côté du rectangle, chacune espacée de 15°. Le Soleil, sans entrer dans trop de détails, par rapport au lieu du cadran, parcourt 360° en 24 heures; chaque heure solaire vaut donc 15°
• pour ce qui est du style ou gnomon, la théorie est que l'angle du style par rapport au cadran solaire sera de la valeur de la latitude du lieu (qui se trouve sur une carte d'état-major, via un logiciel comme Google, ou via un GPS). Le style se place sur le point du petit côté du rectangle d'où partent les lignes horaires
• à partir de ce point, il faut numéroter les lignes horaires et installer le style, ces deux phases variant fonction de si on construit un cadran horizontal ou un cadran vertical. Pour un cadran horizontal, comme le style sera orienté au Sud, la numérotation des heures, de 6 à 18, se fera de gauche à droite du point d'origine des lignes, le cadran vu du-dessus, le point d'origine sur le petit côté du bas du rectangle; pour un cadran vertical, le style, dans ce cas, se trouvant en haut du cadran installé verticalement, la numérotation se fera de gauche à droite du point d'origine, le cadran vu de face, le point d'origine sur le petit côté du haut. L'implantation du style et la réalisation de l'angle découleront de l'aptitude de chacun à l'habileté manuelle
• ne reste plus ensuite -là aussi fonction des aptitudes de chacun- qu'à installer -à demeure ou pas- le cadran à la position d'utilisation. Pour un cadran horizontal, une fois déterminée la planéité de la position (au niveau), l'axe vertical du rectangle devra s'aligner Nord-Sud (vérifié à la boussole), le point d'origine des heures étant au Sud. Pour un cadran vertical, sur un mur vertical (au fil à plomb) plein Sud (à vérifier à la boussole), le cadran sera installé avec le point d'origine des heures en haut

cliquez vers une vue d' un cadran solaire simple, soit horizontal soit vertical (le style du cadran horizontal doit être orienté au Sud)

La lecture de l'heure sur ce cadran est celle qui correspond à la théorie: l'ombre portée est le temps solaire du lieu. Elle se corrige avec la valeur de l'équation du temps pour la date, la correction -négative ou positive- de longitude (4 minutes de temps par degré à l'Est ou l'Ouet de Greenwich) et la correction de fuseau horaire du lieu ainsi que d'une éventuelle application d'un système d'heure d'été/heure d'hiver. Pour simplifier le procédé, on peut tracer un graphique général du total de ces corrections pour une année entière, graphique qu'on utilisera au moment de la lecture