CADRAN SOLAIRE
mesure du te'mps
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Le cadran solaire sert à mesurer le temps en repérant, au cours de la journée, la course de l'ombre d'un bâton (le style) sur un plan gradué appelé cadran (ou plan des graduations). L'ombre du bâton est projetée sur le cadran par le soleil et change de position au cours du temps. Cette mesure du temps est donc basé sur le mouvement apparent du soleil dans le ciel. Il se lève à l'Est et se couche à l'Ouest. L'ombre la plus courte de la journée correspond à l'instant où le soleil est le plus haut dans le soleil (midi solaire, le soleil est au dessus du méridien du lieu). L'ancêtre du cadran soleil est le gnomon. Un simple piquet fiché verticalement dans le sol dont on repère l'ombre au cours de la journée. Le gnomon est beaucoup moins précis que le cadran soleil. Gnomon et cadrans solaires étaient utilisés par les hommes avant l'invention des horloges mécaniques. 
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Le gnomon, l'ancêtre du cadran solaire

Dès l'antiquité les hommes utilisent le gnomon, un bâton planté dans le sol, pour mesurer le temps ou tout du moins repérer le milieu de la journée (l'ombre du bâton atteint alors un minimum, le soleil est au zénith).  Les égyptiens construisent de gigantesques gnomon: les obélisques. Celui de la place de la Concorde, à Paris, provient de Thébes. Le problème est que le gnomon est une horloge très imprécise. En effet, la longueur des journées varient au cours des jours et surtout au cours des saisons. En hiver, les journées sont plus courtes qu'en été. Une heure représente la douzième partie du jour. Dans ces conditions, en hiver, les heures ne mesuraient plus que 45 minutes et en été elles arrivaient à durer jusqu'à 1h20 mn.
Il fallait trouver un autre moyen.

Que se passe t'il si on place un gnomon, en été, au pôle Nord? (en rouge sur le dessin). En été, le gnomon est éclairé 24h sur 24h. Il n'y a pas de nuit. L'ombre de bâton parcourt donc, à vitesse constante, le cadran (360°) en 24h. Si on divise le cadran en 24 parties égales (comme une tarte), chaque part correspond à un angle de 15° (24x15 = 360°).  On obtient la même chose si on place le gnomon au pôle Sud en hiver. L'horloge est maintenant correctement étalonnée. Peut on l'utiliser ailleurs qu'aux pôles?
 

L'horloge construite aux pôles peut être utilisée sous une autre latitude, par exemple à la latitude L, à condition de garder la même orientation, par rapport au soleil.  Le cadran doit rester parallèle au plan de l'équateur et le bâton doit tester parallèle à l'axe des pôles. Le bâton, appelé maintenant style, doit donc être orienté indiquer le Nord (il pointe vers l'étoile polaire).
Comment construire cette nouvelle horloge?
 
 
 
 
 

L'image ci-contre montre comment installer l'horloge construite sur un plan horizontal (parallèle au sol).

Cette horloge s'appelle un cadran solaire équatorial. Pour finir la construction du cadran, il ne faut pas oublier les graduations: Un trait tout les 25° sur le plan du cadran.
 

Il reste un problème. En été et au printemps, le soleil est plus haut dans le ciel qu'en automne et en hiver. L'ombre du bâton est projeté sur la face supérieure du cadran. Mais en automne et en hiver, l'ombre du style se projettera sur le plan inférieur du cadran.
 
 
 
 
 
 
 
 


Il faut donc faire des graduations sur les deux faces du cadran.


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