Explications
L’Heure Solaire, c’est quoi ?
Depuis des millénaires, l’Homme vénère le Soleil et l’utilise pour rythmer sa vie.
Akhénaton et le culte d’Aton, Dieu du Soleil.
Egypte Antique, 1350 Av. JC
Crédit photo : DR
Le cadran solaire, comme les alignements de Menhirs ou les clepsydres, fait partie des premiers outils élaborés par l’Homme pour mesurer le temps. Ce sont d’abord les Égyptiens qui, dans un but religieux, en sont à l’origine environ 1400 ans avant notre Ere, voulant comprendre et maîtriser le passage du temps.
Stonehenge.
Cadran Romain de Carthage
1er siècle après JC
Exposé au Louvre
Crédit photo : Hervé Lewandowski
Puis, les Grecs, trois siècles avant JC, et les Romains ensuite, en divisant la journée en 12 mesures égales du lever au coucher du soleil, en suivant le déplacement de l’ombre d’un « Gnomon » (bâton vertical perpendiculaire à une table graduée, ou à un bol creusé en Scaphé). Il devient ainsi l’ancêtre de l’horloge telle que nous la connaissons aujourd’hui. C’est l’avènement de la Gnomonique, art de concevoir, calculer et tracer les cadrans solaires.
Scaphé Antique Romain de Pompéï, 1er ou 2ème siècle avant JC
Vieux Cadran à style polaire
L’usage du style polaire (incliné suivant l’axe des pôles terrestres), pour remplacer le gnomon, ne se fait que bien plus tard vers le XIIIe siècle et c’est ce qui permet de rendre les projections plus justes. Les heures deviennent ainsi régulières et le cadran solaire a déjà approximativement la forme qu’on lui connaît aujourd’hui.
Illustration extraite de l’encyclopédie de 1757, article sur la Gnomonique
Au fil des siècles, les cadrans solaires perdurent et résistent à l’apparition de tous les autres instruments mesurant le temps. Ils font partie de la vie quotidienne et rythment le travail, les saisons, les cérémonies religieuses…
Le développement des technologies, des transports, les révolutions industrielles, le commerce international, imposèrent dès le XIXème siècle de trouver une heure de référence mondiale, celle de Greenwich, ville anglaise où passe le méridien 0 de référence. Aujourd’hui, on utilise l’UTC (Universel Temps Coordonné) comme temps international de référence, réajusté régulièrement en fonction des particularités de la rotation terrestre autour du Soleil.
Dénomination des Temps
- Le Temps Solaire (TS) : temps indiqué par le cadran solaire réglé. C’est l’heure locale du lieu de lecture.
- Temps Moyen (TM) : temps solaire corrigé de l’équation du temps (E). Cette notion est expliquée plus bas.
TM = TS + E
- Temps Universel : temps moyen corrigé de l’écart de longitude (λ).
TU = TM + λ
- Temps Légal : temps universel corrigé de l’heure d’été ou l’heure d’hiver (H).
C’est l’heure lue sur nos montres et smartphones.
TL = TU + H
Détermination de l’heure légale (montre) avec un cadran solaire.
Heure solaire (HS) et heure légale (HL) différent pour 3 raisons :
La rotation de la Terre autour du soleil n’est pas uniforme, tantôt elle accélère, tantôt elle ralentit. Cela est dû aux effets de marées océaniques, à l’obliquité de l’écliptique sur l’équateur et aux lois de Kepler (la course décrite par la Terre pendant sa révolution est une ellipse et non un cercle, etc…). Les jours ne font quasiment jamais 24h pile ! Seulement 4 jours par an.
La durée du jour varie de 23h59’39 » à 24h00’30 » et, mises bout à bout, ces variations provoquent un décalage entre temps solaire vrai et temps moyen pouvant aller jusqu’à +16′ ! Il faut donc intégrer une première correction nommée « Equation du Temps » (E), somme de toutes ces variables astronomiques, positive ou négative en fonction de la saison (voir illustration graphique ci-dessous).
Il faut ensuite intégrer la longitude du lieu de lecture (λ) : le temps moyen s’applique sans correction uniquement sur le méridien de Greenwich où la longitude est nulle mais il varie de -31′ pour Strasbourg à +18′ à Brest. Pour la même heure indiquée sur une montre en France Métropolitaine, l’écart de l’heure solaire de ces deux villes est en permanence de 49′!
Il faut, pour finir, intégrer la correction (H) : heure d’été (+2h) ou heure d’hiver (+1h).
On obtient donc la formule suivante :
HL = HS + E + λ + H
Illustration graphique de l’Equation du temps au cours de l’année (courbe rouge), sommes des données variables de l’Ellipticité (courbe bleue) et de l’Obliquité (courbe verte).
L’Equation du Temps : explications
Un jour solaire vrai, défini par 2 passages successifs du soleil au méridien local, ne dure pas exactement 24 heure mais, selon les époques, un peu plus ou un peu moins.
Ceci est dû aux lois de Kepler :
Le plan de l’orbite de la Terre autour du soleil (l’écliptique) est différent de notre plan équatorial, car l’axe terrestre fait un angle de 23,26° avec la perpendiculaire à ce plan.
Voir illustrations ci-dessous (crédits photos Wikipédia)
Notre révolution annuelle autour du soleil est elliptique et excentrée. En s’approchant de notre étoile, notre planète accélère (l’hiver) et ralentit à l’opposé (l’été).
La somme de ces données s’appelle l’Equation du Temps.
L’écart entre 24 heures (temps d’un jour moyen) et la durée réelle d’un jour solaire vrai, dû à ces particularités de trajectoire, n’excède jamais 30 secondes par jour, mais les écarts se cumulent.
Ainsi, l’heure du cadran solaire avancera ou retardera sur l’heure des pendules, qui est régulière. Son retard maximum qui atteint presque 15 minutes, se situe en février. Son avance maximum, en novembre atteint plus de 16 minutes.
Le graphique présenté ci-contre permet de connaître avec une bonne approximation l’écart entre Temps Solaire vrai et Temps Moyen:
L’échelle verticale est graduée en minutes, l’échelle horizontale représente les mois.
Le signe + indique un retard du cadran, le signe – indique une avance du cadran.
Le tableau ci-dessous indique, pour tous les jours de l’année, la valeur exacte de l’Equation du temps.
Mais l’équation du temps n’est que l’une des trois corrections qu’il faut apporter à l’heure solaire pour la transformer en heure légale. Il faut en effet tenir également compte de l’écart de longitude et de l’heure d’été ou d’hiver.
Différence de longitude
La Terre (donc la France) n’étant pas plate, le soleil passe au méridien du lieu (midi solaire) à des heures différentes.
Cela est dû à la lente rotation de notre planète.
Il faut 49′ à la France pour que le Soleil frappe la verticale de chaque lieu, d’Est en Ouest, de Strasbourg à Brest.
Exemple d’écart de longitudes entre le méridien 0° de référence à Greenwich et celui de Nancy à 6°11′ Est.
1° vaut 4 minutes.
Le lieu de lecture d’un cadran solaire possède donc une longitude unique, en avance ou en retard par rapport au méridien 0° de référence de Greenwich. Traduite en minutes et en secondes, c’est une correction très importante à comprendre et à intégrer pour convertir l’heure solaire.