Les horloges à ombre - Le cadran solaire - le nocturlabe - les clepsydres - Les horloges à encens - Les horloges bougies - Les sabliers - Des premières horloges mécaniques à l'horloge atomique - Définition de la seconde
Attention : Il ne s'agit là que d'une brève historique des instruments de mesure du temps .
Elles ont été inventées par les Egyptiens de l'Antiquité il y a 4.000 ans ; elles étaient en forme de T et l'heure était montrée par l'ombre de la barre tranversale sur une échelle graduée .
Le gnomon ( nom du bâton sur le cadran solaire ; à l'origine il était simplement planté dans le sol ), utilisé dès l'Antiquité , permet de connaître l’heure et de se situer dans l’année en étudiant la direction et la longueur de l’ombre du soleil . L’ombre la plus courte s’observe à midi le jour du solstice d’été . Les gnomons deviendront des cadrans solaires en se perfectionnant avec des lignes pour indiquer les heures et parfois des courbes pour les jours de l’année . Les babyloniens utilisaient déjà il y a deux mille ans les cadrans solaires.
cadran solaire romain
deux cadrans solaires de l'Egypte ancienne : à gauche un cadran portatif où l'heure était indiquée par l'ombre de l'arête verticale sur la partie inclinée ; à droite un cadran mural où l'ombre du stylet se projette sur une surface plane .
Cadran cylindrique de prière ottoman du XVIIIe siècle pouvant être emportée dans une poche .
Ce cardran solaire portatif est essentiellement destiné à indiquer aux fidèles les heures des cinq prières de l'Islam .
Le nocturlabe est un instrument qui remplace le cadran solaire pour mesurer les heures de la nuit . Celui-ci utilise la propriété qu'ont les étoiles de décrire chaque jour un tour complet autour de la polaire, tour dont on ne voit que la partie nocturne . Pour cela , on repère une étoile par son éclat ou sa position ; le segment reliant la polaire à cette étoile devient une sorte d'aiguille décrivant une portion de cercle autour de son centre. On fait coïncider le centre du nocturlabe avec la direction de la polaire . l'heure mesurée est l'heure sidérale ; ainsi , l'écart avec l'heure solaire est d'un jour . Afin d'en tenir compte, le nocturlabe possède une grille de correction du temps sidéral sur le temps solaire .
nocturlabe du XVI siècle; léger et portable à la fin du Moyen Age . Il était utilisé en le tenant à bout de bras et en visant la polaire à travers son trou central .
Ce mot vient du latin "clespydra" signifiant "qui vole l'eau"
La clepsydre permet d’évaluer les durées par temps couvert et la nuit . Elle était utilisée de préférence pour des durées longues ( de l'ordre de quelques heures ) . Il reste un instrument de mesure imprécis. Elle semble avoir été inventée en Egypte environ 3.000 ans avant JC .
clepsydre en terre cuite du Ve siècle avant JC d'une contenance de 6,4 litres utilisée à Athènes pour mesurer le temps dans les tribunaux.
clepsydre égyptienne
Son principe est simple : un récipient , rempli d'eau , est percé d'un orifice à la base .L'eau s'écoulait régulièrement par cet orifice , et son niveau , en baissant , indiquait le temps écoulé sur des graduations déterminées à l'avance . Pour éviter que l'eau ne s'écoule trop vite , on lui a donné une forme évasée .
Elles avaient néanmoins un inconvénient : les impuretés et le calcaire bouchaient l'orifice . De plus , ce système était tributaire de la température ( gel de l'eau ).
Parties d'Egypte , les clepsydres se sont répandues chez les Grecs , puis chez les Romains ; elles se sont perfectionnées jusqu'au XVIIIe siècle . C'est le cadran solaire qui a été utilisé pour les graduer.
Ces horloges à eau furent les premiers réveils : elles étaient utilisées dans les monastères pour déclencher une sonnerie aux heures de prière . Les Grecs et les Romains l'utilisaient pour limiter le temps de parole dans les tribunaux .
clepsydre grecque sur le site du sanctuaire d'Amphiaraos , près de la cité antique d'Oropos . Vue du réservoir qui contenait l'eau dont l'écoulement matérialisait celui du temps ; l'heure était indiquée par le niveau d'un flotteur .
Elles sont utilisées en Chine du VIe siècle avant JC jusqu'au XVIIe siècle . L'encens brûle à une vitesse fixe .
horloge à encens chinoise du XVIIIe siècle : la combustion lente et régulière d'un bâtonnet d'encens horizontal brûlait le fil auquel était reliée une bille . La chute sonore de celle-ci dans un récipient de métal prévenait les utilisateurs de l'écoulement d'un certain laps de temps .
plateau en forme de labyrinthe
Elles semblent avoir été inventée par Alfred le Grand au IXe siècle qui s'en est servi pour connaître les heures de ses prières la nuit. Une bougie était graduée sur le côté en heures d'égales longueurs .Au fur et à mesure que la bougie brûlait , on pouvait voir combien de temps s'était écoulé . Elles sont toutefois très imprécises et très répandues dans la France médiévale .
Le premier sablier apparaît vers l'an 1000 .La légende raconte qu'ils ont été inventés afin de limiter le temps de parole des orateurs trop bavards . Le sablier est peu pratique pour mesurer des longues durées car il faut le retourner souvent . Le sable est constitué de coquilles d'oeufs pulvérisées , du vrai sable étant trop grossier. Il est fiable , précis et peu coûteux ; c'est l'instrument le plus répandu du XIVe au XVIIIe siècle. Il est utilisé essentiellement pour des durées courtes ( pour des fractions d'heures ) .
sablier de marine du XVIe siècle
Au Moyen-Age , le temps était représenté sous la forme d'un sablier et d'une faux ; la sablier voulait dire que le sable du temps s'était écoulé pour la personne et que la faucheuse avait tranché le fil du temps
Pour remplacer les sabliers qui devaient être souvent retournés , des horloges à huile furent utilisées : le principe reposait sur la combustion d'une chandelle ou d'une certaine quantité d'huile contenue dans un récipient .Celles-ci furent très vite considérées comme peu commodes et dangereuses .
horloge à huile du XVIIIe siècle
Les
premières horloges mécaniques
ont été mises au point vers le XIIIe siècle avec pour principe
la chute d'un poids actionnant les rouages . Elles n'avaient ni cadran , ni
aiguille ; leur seule fonction était de sonner les heures . Elles étaient
très peu précises et variaient fréquemment de plus d'une
heure par jour, il fallait les remettre à l'heure à l'aide d'un
sablier ou d'un cadran solaire . Elles sonnent les quarts et les heures mais
n'affichent pas encore l'heure sur un cadran . Celui-ci n'apparaît qu'au
XVe siècle .
Huygens , mathématicien hollandais , a mis au point en 1658 la première horloge à pendule . Celle-ci n'avait qu'une seule aiguille qui faisait le tour du cadran en 24 heures , mais avait deux défauts : il fallait souvent la remettre à l'heure et était très encombrante . L'aiguille des minutes n'apparaît qu'au XVIIe siècle.
Du VIe au XIIIe siècle , la journée était divisée en six parties égales appelées "horae" dont la durée était variable selon la saison : la prime ( l'aube) , la tierce (milieu de la matinée) , la sexte (midi) , la none ( le milieu de l'après-midi ) , la douzième ou vêpres( la coucher du Soleil ) . Fin du XIVe siècle , la plupart des villes avait abandonné les heures inégales (solaires) et adopté définitivement l'horloge mécanique et sa division mathématique de la journée en douze parties égales .
Les
premières montres
ont été mises au point au XVIe siècle ; mais utilisées
seulement par des personnes riches .
montre construite fin XVIe siècle
La
première horloge électrique
a été mise au point en 1840 par l'anglais Alexandre Bain ; la
première montre électrique en 1952 , le temps de trouver le
moyen de miniaturiser les piles .
Les
horloges à quartz ont été mises au point en 1933 et
les montres à quartz en 1968 ; elles sont devenues numériques
en 1970 .
L'
horloge atomique
fonctionne grâce à l'action des électrons dans un atome
. Leur marge d'erreur ne dépasserait pas une seconde en trois milliards
d'années . Elle a été construite en 1990 .
En 1875:le bureau des poids et mesures définit la seconde comme la 86400e partie du jour solaire moyen. Mais la découverte d’écarts importants dans la durée du jour ( donnée par la rotation de la Terre autour du Soleil ) conduit à rechercher d’autres repères .
En 1911 : création du temps universel ( qui est l’heure de Greenwich à midi ) , à laquelle on ajoute 12 heures de façon que le jour commence à minuit .
En 1956 : la seconde est définie comme la 31 556 925,9747ème partie de l’année tropique ; l’année 1900 servant de référence .
En 1967 , la durée de la seconde est rattachée au mouvement d’un atome et non plus de la Terre . Ainsi , l’année n’est plus de 365,242199 jours mais de 290 091 200 500 000 000 oscillations de césium à une ou deux oscillations près ; mais cette définition est trop parfaite pour la Terre dont la durée de rotation n’est pas régulière . Le temps universel coordonné (TUC) permet d’ajuster le temps atomique au temps solaire . Tous les six mois , l’IERS ( service international de la rotation de la terre ) peut ajouter ou retrancher une seconde au temps atomique . Depuis 1972 , il a ajouté 22 secondes au total .