Cadran solaire

Le cadran solaire est considéré comme l’un des premiers objets destinés à mesurer l’écoulement du temps. Les premières apparitions de ce dispositif dateraient du 9ème siècle av J-C mais c’est principalement entre la Renaissance et le 19ème siècle que son usage était régulier, jusqu’à ce que les progrès de l’horlogerie prennent le dessus.

C’est un instrument silencieux et immobile qui indique l’heure à partir de la position du soleil. Sur le principe, le temps solaire est précisé par le déplacement de l’ombre d’un objet (appelé « gnomon » ou « style ») sur une surface sur laquelle est tracée de nombreuses inscriptions et graduations.

Le plus souvent, cette surface est plane (on parle de table de cadran solaire) mais elle peut aussi être sphérique, cylindrique, concave, convexe, …

Description du cadran solaire

Selon la complexité de l’instrument, les inscriptions portées peuvent être nombreuses et variées d’un cadran à l’autre. Vous pouvez trouver des données qui vous renseignent sur :

• L’heure solaire
• L’heure de la montre (heure vraie)
• La saison
• La date
• L’azimut
• La hauteur et déclinaison du soleil
• L’heure du lever et coucher de soleil
• …

Le déplacement de l’ombre sur le cadran est mesurable par les coordonnées solaires apparentes : « angle horaire », « azimut », ou « hauteur », ce qui explique qu'il existe plusieurs conceptions de cadran solaire telles que :

• Le cadran d’angle horaire (il fait partie des modèles les plus répandus)
• Le cadran d’azimut (« araignée »)
• Le cadran de hauteur (cadran de berger par exemple)

Il est à noter également qu’à son apogée au 18ème siècle, l’étude des cadrans solaires exercée par les cadraniers est considérée comme une science, appelée la « gnomonique », en liaison avec l’astronomie, la mécanique céleste.

Principe du cadran solaire

Au cours de la journée, l’ombre va naturellement se déplacer sur le cadran solaire en fonction du déplacement du soleil dans le ciel liée à la rotation de la terre. L’heure indiquée par le cadran solaire est l’heure solaire, également dite « heure vraie », et concerne 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.

Toutefois, ce temps dépend du point de vue de l'observateur, il est donc différent selon la longitude du lieu.

Par ailleurs, l’heure solaire qui vous sera donnée par un cadran solaire ne correspond pas à l’heure légale (heure de la montre). Pour obtenir cette heure légale, il faut appliquer trois corrections successives, à savoir qu’il faut rajouter :

• la correction de longitude,
• la correction de l'équation du temps,
• la différence horaire liée à la pratique du changement d’heure (heure d’hiver ou heure d’été)

Correction de 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. Il est donc nécessaire de calculer une « correction de longitude » par rapport au méridien de référence.

L’équation du temps

L'équation du temps témoigne de la variation annuelle de vitesse de rotation apparente du Soleil. Elle provient d'une part de l'excentricité de l'orbite terrestre, et d'autre part de l'inclinaison de l'axe de rotation sur l'écliptique. Cette variation atteint environ + ou - 16 minutes et s'annule 4 fois dans l'année. On consulte en général une table des valeurs de l'équation du temps en fonction de la date ou bien on lit la valeur sur une courbe fournie à côté du cadran

Cela étant, certains 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).

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