Inventions et decouvertes

Cadran solaire - Plaminet -

L’homme a toujours voulu mesurer le temps. Le cadran solaire est le premier instrument scientifique de l’histoire de l’humanité qui cumule les fonctions de mesure du temps et de détermination des grandes périodes de l’année solaire.
Le premier cadran solaire connu date de 1500 avant notre ère. C’est un cadran solaire égyptien fabriqué sous le règne du pharaon Thoutmosis III.
Cependant, il est fort probable que cette grande invention est bien antérieure.

Le gnomon

Dans le livre II de ses Histoires, l’historien grec Hérodote écrit : »…le cadran solaire, le gnomon et la division du jour en douze parties nous sont venus des Babyloniens. »
Il s’agit de la plus ancienne mention du cadran solaire.

Cadran solaire à deux faces. Alpes Françaises. Image Feuillu

Le cadran solaire s’est révélé d’une extrême importance pour les astronomes chaldéens, égyptiens, puis grecs et romains, chargés, en particulier, de mettre en place un calendrier.

Cadran solaire analemmatique. C'est vous-même qui projetez votre ombre en vous plaçant sur la graduation correspondant à la date. Image Airnos .

Hérodote mentionne le gnomon. Ce dernier est la forme primitive du cadran solaire. Son fonctionnement est le suivant :

• Un piquet est planté dans le sol
• Son ombre se projette sur un plan

En observant la variation de la longueur de l’ombre projetée par l’objet sur ce plan, on détermine le milieu du jour, qui correspond à l’ombre diurne minimale.

Deux Indiens de Bornéo se servant d'un gnomon (illustration d'après une photo prise par les ethnologues Kose et McDougal en 1910)

Cette technique primitive de mesure du temps est encore utilisée aujourd’hui par des tribus amérindiennes ou indonésiennes.
Des ethnologues ont découvert vers 1910 que des Indiens de Bornéo utilisaient le gnomon.

Avec le gnomon, on peut également connaître la date des solstices. Il suffit de mesurer, au cours de l’année, la longueur de l’ombre lorsque le Soleil est au méridien.

- Quand l’ombre est minimale, c’est le solstice d’été
- Quand l’ombre est maximale, c’est le solstice d’hiver

On comprend tout l’intérêt du gnomon pour des peuples essentiellement agricoles qui ont besoin de connaître la date des moissons, des labours ou des semailles.

Origine et fonctionnement du cadran solaire

Les Babyloniens ne sont peut-être pas les inventeurs du cadran solaire mais ce sont eux qui l’ont diffusé en Egypte, au cours du IIe millénaire avant notre ère.
On pense que l’introduction du cadran solaire en Grèce est le fait de l’astronome Anaximandre (vers 610-vers 547) qui l’aurait employé pour déterminer l’équinoxe.

Cadran solaire moderne. Image Rger B.

Selon les ouvrages, le premier cadran solaire égyptien date du XIIIe ou du XIIe siècle avant notre ère.

Cadran solaire de 1667 (Angleterre). Image Aejoux

Par rapport au gnomon, le cadran solaire est plus perfectionné. Le plan est divisé en « heures égales. »
Une aiguille projette son ombre sur ce plan transformé en cadran. L’aiguille tourne au fur et à mesure que le Soleil tourne autour de la Terre.
Grâce à la partition en périodes égales de jour, on peut « lire l’heure » en vérifiant la position de l’ombre sur le cadran.

Cadran solaire très coloré en Italie. Image Pizzodisevo

Certains cadrans solaires présentent plusieurs tracés qui tiennent compte de l’inégalité des saisons.

Il existe de nombreux types de cadrans solaires. En voici une liste non exhaustive :

Le cadran solaire horizontal

Cadran solaire horizontal. Image Airnos .

Le cadran solaire méridional

Cadran solaire méridional qui est le plus courant. (Château de Queyras) . Image Feuillu

C'est un cadran plan vertical faisant exactement face au sud. Il ne donne l'heure que lorsque le Soleil est plus au sud que la ligne Est-Ouest. Son style est parallèle à l'axe du monde, c'est à dire l'axe passant par le pôle nord et sud de la terre, et pointe vers le sol. C'est le cadran le plus courant, celui que l'on voit sur les clochers d'église et les façades des bâtiments publics.

Le cadran solaire oriental

C'est un cadran plan vertical faisant exactement face à l'est. Il ne donne l'heure que le matin, jusqu'à un peu avant midi. Son style est parallèle au mur et dirigé vers le pôle.

Le cadran solaire occidental

C'est un cadran plan vertical faisant exactement face à l'ouest. Il ne donne l'heure que l'après-midi. Son style est parallèle au mur et dirigé vers le pôle.

Le cadran solaire vertical déclinant

C'est un cadran plan non vertical, orienté n'importe où. C'est le cas général des cadrans plans. Ce type de cadran est assez rare.

Le cadran solaire équatorial

Un cadran solaire équatorial est constitué d'une table dont le plan est parallèle au plan de l'équateur et d'un style perpendiculaire à cette table et donc parallèle à l'axe du monde. Sur la table , sont dessinées des lignes horaires sur les deux faces , séparées d'un angle de 15° ou de 7,5°. L'ombre portée sur la table par le style permettra de lire l'heure solaire. Du printemps à l'automne l'heure sera lue sur la face supérieure du cadran , en effet la déclinaison du soleil est positive , le soleil est au-dessus de l'équateur ; De l'automne au printemps la lecture se fera sur la face inférieure de la table.

Le cadran solaire polaire

Le cadran polaire a la particularité d'avoir l'axe des pôle passant par sa table. Les lignes horaires sont parallèles entre elles. Le style est aussi parallèle à la table, pointé vers le pôle. Le cadran polaire peut aussi être cylindrique.

L’importance du cadran solaire

L’importance du cadran solaire ne concerne pas que l’agriculture. Son utilisation pour calculer l’équinoxe a eu des conséquences très importantes pour l’avenir de l’astronomie et de la géographie.
La détermination de l’équinoxe donne l’emplacement de l’équateur céleste et permet d’établir, par projection sur la Terre, la position de l’équateur terrestre.
C’est grâce à ces calculs que l’on a pu évaluer la latitude.

Cadran solaire Eglise St Helens. Image Darwin 70

Le cadran solaire a connu un énorme succès au temps de l’empire romain. Il était très en vogue également dans les pays musulmans.
Il a été utilisé en Europe jusqu’au XVIIIe siècle.

Cadran solaire. Cité de Carcassonne. Image Fdecomite

Pendant des siècles, les cadrans solaires ont rythmé la vie quotidienne. Ils servaient également d’ornements sur les places des villages.

L’homme et la division du temps

Si mesurer le temps a certains avantages, c’est aussi une entrave à la liberté de l’homme. Cette notion du temps est très subjective et propre à l’homme.
Le calendrier est la première invention qui a permis à l’homme de diviser le temps et donc de rythmer son existence.

Image Afroswede

La création du calendrier au IIIe millénaire avant notre ère répond à des besoins spécifiques : fixer la date des fêtes religieuses, organiser les travaux agricoles mais aussi déterminer l’année fiscale.

Image Pizzodisevo

Plus nos sociétés sont devenues complexes et plus il est devenu indispensable de créer des points de repères.
L’homme a « domestiqué » le temps et, comme tout le reste de son environnement, l’a façonné en fonction de ses besoins.