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Fonctionnement du cadran solaire

Le cadran solaire, utilisé depuis des siècles pour mesurer l’écoulement du temps, est aujourd’hui un instrument largement apprécié comme objet de décoration mais il attire également l’attention pour son histoire, son symbolisme, ou bien encore pour son caractère écologique.

Le cadran solaire indique le temps universel, celui de la nature.

Il saura séduire aussi bien les petits que les grands qui souhaitent comprendre le lien entre notre planète et le soleil.

En effet, quoi de plus ludique que de calculer en famille l’heure (de la montre, dite l’heure légale) à partir d’un cadran solaire qui vous renseigne sur l’heure vraie (heure du soleil).

 

longitude

Le principe du cadran solaire est assez simple :

Le temps solaire est indiqué par le déplacement de l’ombre d’un objet sur une surface dotée de graduations.

Le cadran est donc constitué d’une tige dont vous observerez l’ombre sur la surface graduée.

La tige en question est appelée « gnomon » ou « style » et la surface sur laquelle nous lisons l’heure solaire est appelée « table de cadran ».

Celle-ci peut présenter différentes formes (plate, concave convexe, sphérique, cylindrique, …).

Il est impératif que le gnomon soit incliné parallèlement à l’axe de rotation de la Terre de façon à avoir une cohérence sur la direction de l’ombre à un même instant entre les périodes d’hiver et les périodes d’été (la hauteur du soleil étant différente sur ces 2 périodes).

Pour obtenir une heure solaire précise, l’inclinaison du gnomon sur la table de cadran devra par ailleurs être fonction de la latitude de l’endroit où se situe le cadran solaire.

Naturellement, de nombreuses données peuvent être portées sur la table de cadran.

En fonction de la complexité de l’instrument, on peut obtenir des informations sur la saison, la date, l’azimut, la hauteur ou l’inclinaison du soleil, les heures de lever et coucher de soleil, …

 

Pourquoi l’heure solaire n’est-elle pas la même que l’heure légale ?

Compte tenu du déplacement du soleil dans le ciel suite à la rotation de la terre, l’ombre va naturellement se déplacer sur le cadran solaire au cours de la journée.

L’heure solaire constatée concernera spécifiquement le lieu où se trouve le cadran.

En effet, l’heure solaire est définie par la position du soleil à raison de 15° d’angle par heure de temps.

Elle indique « midi » lorsque le soleil passe exactement au Sud du lieu (méridien local).

Sur un cadran solaire, la ligne de midi solaire correspond toujours au moment de la culmination du soleil dans le ciel et son passage au méridien local.

Elle est donc toujours dans le plan Nord-Sud et est toujours verticale sur un cadran vertical, quelle que soit sa déclinaison.

Vous comprendrez toutefois que ce temps dépend de la position de l'observateur et il sera donc différent selon la longitude du lieu.

Dès lors, à partir de l’heure solaire relevée sur le cadran, il vous faudra appliquer 3 corrections pour définir l’heure légale, à savoir :

-  la longitude,

-  l'équation du temps,

-  la différence horaire liée au changement d’heure du pays (heure d’hiver ou heure d’été)  

 

Correction de la longitude

Le même fuseau horaire est utilisé presque partout en Europe (le CET : Central European Time) bien qu’il y ait un décalage de 2 heures de temps solaire entre les villes situées à l’Est et celles situées à l’Ouest.

Si l’on parle exclusivement de la France, le décalage entre des villes situées à l’est et celles situées à l’ouest représente près de 48 mm (soit 1° toutes les 4 mm). 

longitude

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Equation du temps

L’équation du temps est la différence entre « le temps solaire apparent » et « le temps solaire moyen ».

Pour être plus précis :

•   Pour ce qui est du « temps solaire apparent », il correspond à la durée entre deux retours successifs du soleil au méridien local. Cette durée change tout au long de l'année à cause de :

- l'inclinaison de l'axe de la terre

- l'excentricité de l'orbite de la terre

Le Soleil ne met pas exactement 24 heures pour revenir deux fois de suite au méridien-origine, mais tantôt un peu plus et tantôt un peu moins.

La différence en question est évaluée à moins de 30 secondes par jour. Cependant, elle se cumule jusqu’à engendrer, vers la mi-février, un retard du temps vrai sur le temps moyen d’environ 15 minutes. Vers fin octobre, cela correspond à une avance d’environ 16 minutes. Quatre fois par an l’écart s’annule puis se remet à croître dans l’autre sens.

 

•   « Le temps solaire moyen » est quant à lui fixé à 24H sur base d’un principe fictif de déplacement à vitesse constante du soleil.

Il est à noter que des cadrans solaires beaucoup plus élaborés dans leur forme ont été conçus pour compenser les corrections de l’équation du temps ou de longitude (forme ondulée par exemple), ce qui évite de se lancer dans ce type de calcul.  

 

Heure d’hiver ou Heure d’été

Pour finir vos calculs et obtenir l’heure légale, il vous faudra tenir compte du changement d’heure « été/hiver ».

En effet, l'heure d'été ou l’heure d’hiver est une pratique appliquée notamment en France qui consiste à modifier l’heure par rapport à celle de son fuseau horaire.

- En hiver : il y a un décalage d'environ une heure entre l'heure légale et l'heure du lever du soleil.

- En été : on avance d'une heure de plus, soit environ de deux heures par rapport au soleil.


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