réalisé par Jean CHAPELLE et
David ROMEUF,
dans le cadre de l'Association des Astronomes Amateurs d'Auvergne (A.A.A.A)
But du montage :
Matériels nécessaires :
Ce premier document représente le cadran solaire à l'échelle. Il existe plusieurs types de cadrans. Celui-ci est simple d'utilisation car il se place bien horizontalement et on doit l'orienter vers le Nord. On appelle ce type de cadran : un cadran horizontal, au sol ou encore un gnomon. D'autres types de cadrans sont verticaux ou orientés plus vers l'Est ou l'Ouest ce qui complique les tracés mais n'apportent rien sur le plan didactique...
Les coniques horizontales sont les traces de l'ombre du sommet du batonnet durant la journée et au cours de l'année. Normalement les cadrans ne donnent pas de date. Toutefois, nous avons fait figurer des dates pour interpeller les enfants sur l'évolution de la hauteur du Soleil dans le ciel, au cours de la journée et de l'année -premier semestre de l'année à gauche, et le deuxième semestre à droite-.
Les indications de l'heure sont en Temps Universel UT non corrigé de l'équation du temps -heure UT en temps solaire vrai-. Le tracé du cadran tient compte de la Longitude de Clermont-Ferrand -c'est la raison pour laquelle 12 h n'est pas sur le méridien-. Toutefois, nous avons fait figurer la méridienne de temps moyen de 12 h -courbe en forme de 8-. C'est la position du sommet de l'ombre du batonnet à 12 h moyen au cours de l'année. C'est aussi la traduction visible de l'Equation du temps, le Soleil "prenant de l'avance et du retard" sur nos montres, sur un temps "linéaire moyen" dont les journées durent 24 heures.
Cliquer ici pour télécharger : le Cadran Solaire Horizontal au format PRN (PCL Hewlett Packard HP-Deskjet 500) (pour l'envoyer directement sur l'imprimante sous MS-DOS : copy /b cadran.prn lpt1, sous UNIX : lpr -Pnom_imprimante_PCL cadran.prn)
Cliquer ici pour télécharger : le Cadran Solaire Horizontal au format TIFF 300 dpi
Ce deuxième document est un texte explicatif destiné aux parents ou aux adolescents : "Pour en savoir plus sur le cadran solaire". Il tente d'expliquer la nature des différents temps et l'équation du temps. Il présente la formule complète pour se rapporter au temps moyen civil. Les notions présentées ne sont pas abordables avec la plupart des enfants -mais ils y en a toujours de surprenants-.
Cliquer ici pour télécharger : le texte explicatif "Pour en savoir plus sur le cadran solaire" au format PRN (PCL Hewlet Packard HP-Deskjet 500) (pour l'envoyer directement sur l'imprimante sous MS-DOS : copy /b savoir.prn lpt1, sous UNIX : lpr -Pnom_imprimante_PCL savoir.prn)
Le troisième document est une représentation de l'Equation du temps. La figure est extraite des Ephémérides 1987, supplèment à l'Astronomie de la SAF, préparée par le Bureau des Longitudes . Cet abbaque permet de connaitre la valeur signée de l'Equation du temps en fonction de la date. Les dates sont placées horizontalement, la valeur signée en minutes de temps se lit sur l'axe vertical à gauche ou à droite. C'est cette valeur qu'il faut ajouter à l'heure donnée par le cadran pour améliorer sa précision.
Cliquer ici pour télécharger : l'Equation du Temps au format TIFF 300 dpi
Montage
(texte à fournir selon l'auditoire)
Ce cadran solaire s’adresse aux enfants. Nous avons donc simplifié au maximum son utilisation et sa lecture. Par exemple, nous avons porté directement l’heure civile(1) en temps universel UT(2) rapportée au méridien de Clermont-Fd(3) mais non corrigée de l’équation du temps(4). L’incertitude de cette heure varie selon la période de l’année mais ne dépasse pas 16 minutes.
Généralement, l’heure affichée par un cadran solaire est en temps solaire vrai local (par définition c’est l’angle horaire du centre du Soleil dont l’origine nulle est le méridien du lieu d’observation). Un jour solaire vrai est la durée de temps qui sépare deux passages consécutifs du Soleil au méridien. Ce temps est donc affecté des irrégularités de la rotation terrestre(5) mais surtout des inégalités de vitesse de la Terre due à l’excentricité de son orbite(6) et à la trajectoire du Soleil (écliptique) inclinée sur l’équateur céleste(7). Le temps solaire vrai n’est pas utilisable par les civils à cause de ses irrégularités et de sa croissance non linéaire. La durée du jour solaire peut varier entre 23 h 59 m 39 s et 24 h 0 m 30 s. Il faudrait un mouvement d’horloge très complexe pour le reproduire.
Le temps utilisé par les civils est un temps dit moyen qui croît de manière linéaire. La durée d’un jour Solaire moyen est de 24 h (c’est une moyenne de la durée du jour Solaire vrai sur une longue période). En un lieu donné, le temps civil est le temps Solaire moyen (angle horaire d’un Soleil moyen) augmenté de 12 heures. Ceci permet d’éviter le changement de quantième au milieu de la journée (0h durant la nuit). Le temps universel TU est le temps civil de Greenwich.
Pour transformer le temps solaire vrai (position de l’ombre du bâtonnet) en temps solaire moyen, on doit lui ajouter une valeur qui corrige les effets précédemment cités. La somme des inégalités du temps Solaire vrai (changée de signe) (équation du centre, réduction à l’équateur et irrégularité du temps sidéral) porte le nom d’équation du temps. Une représentation de l’évolution de ses valeurs au cours de l’année est donnée ci-après. Sur le cadran solaire il s’agit d’une courbe en forme de huit (méridienne de temps moyen). Cette courbe est valable à l’échelle d’un siècle mais pas d’un millénaire car l’obliquité de l’écliptique, l’excentricité et la longitude du périhélie de l’orbite terrestre changent lentement au cours du temps...
Temps solaire moyen = Temps solaire vrai + Equation du temps
Heure civile = Temps solaire vrai + Equation du temps + 12 h + Longitude du lieu + (1 h en hiver) (2 h en été)
L'équation du temps (figure extraite des Ephémérides 1987, suplément de l'Astronomie-SAF, préparées par le Bureau des Longitudes) :
Sur l'axe horizontal -en haut et en bas- on peut lire
la date. Sur l'axe vertical on peut lire la valeur de l'équation
du temps en minutes de temps signées. Par exemple pour le 12 Octobre
l'équation du temps vaut -13 minutes. A Clermont-Ferrand, si on
néglige l'équation du temps, le cadran Solaire sera précis
à 13 minutes prés.
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