Brevet FR2331826A1 — publié le 19770610

L'invention présentée ici associe à un instrument du genre "Cadran Solaire", un globe terrestre orienté d'une façon identique à celle de la Terre par rapport au Soleil. L'appellation "Cadran Solaire" est propre aux cas, les plus fréquents, où 11 ombre d'un style, parallèle à l'axe de rotation de la Terre, est portée sur une surface plane, mar table. L'orientation de cette surface pose le problème du tracé des divisions horaires (gnomonique) qut il faut résoudre dans chaque cas par le calcul ou sur épure. Ces divisions ne sont équidistantes que si la table de lecture est parallèle au plan de ltéquateur, et par conséquent perpendiculaire au style. C'est la cadran équatorial. La table peut etre réduite à une couronne.Si sa face supérieure est seule visible, Cen pierre ou maçonnée), l'heure ne peut se lire qu'au printemps et en été, entre les deux équinoxes, quand le Soleil est dans lthémisphère céleste Nord. Pour donner l'heure en toutes saisons, l'ombre peut etre portée sur une surface cylindrique dont l'aspe est le style. Cette surface est souvent réduite à un cercle de faible hauteur, dont la ligne médian matérialise le plan équatorial. Les instruments équatoriaux sont seuls transportables, il suffit de les orienter suivant la latitude du lieu d'installation. On ne construit guère aujourd'hui que des reproductions ou des répliques de modèles anciens, considérés surtout comme des objets de curiosité ou d'ornement, en pierre, fonte ou fer forgé, qui indiquent une heure très imprécise le plus souvent. Ces instruments anciens ou actuels, donnent le Temps Solaire Vrai. Il faut le corriger de la longitude du lieu(par rapport au méridien de Greenwich) et de l'équation du temps (inégalité saisonnière de la vitesse de translation de la Terre) pour connattre le Temps Universel. Auquel il convient d'ajouter ancore une heure pour avoir le Temps Légal en France, actuellement. La présente horloge du type équatorial cylindrique permet la détermination de l'heure légale (Temps Universel) avec une précision rarement recherchée et atteinte, de l'ordre de la minute ; la correction de longitude est faite sur le cercle de lecture des heures, ainsi que le réglage en latitude, par construction. Le globe terrestre associé en fait une horloge universelle donnant simultanément l'heure de tous les lieux de la Terre. Elle permet l'explication "de visu" de la mesure du temps, fuseaux horaires, saisons, calen drier, cercles polaires et tropiques, cercles des levers et couchers du Soleil, son mouvement apparent etc Tous les éléments qui composent l'horloge sont réduite aux dimensions strictement indispensables aux lectures, et à la rigidité de l'ensemble.Ils sont au nombre de six le Cercle Equatorial I, limité à un arc légèrement supérieur à 2400 porte sur sa face interne les divisions horaires équidistantes de 4h à 20h. Chaque heure est subdivisée en demi et quarts et de 5 en 5 minutes. Un trait médian matérialise le plan équatorial. Le Cercle Méridien 2, limité à un are de I20O environ, est divisé à sa partie supérieure en 24 de part et d'autre de l'équateur. Un trait médian matérialise le plan du méridien. Ces deux cercles sont assemblés en 7 perpendiculairement l'un sur l'autre vers le milieu du cercle équatorial, compte tenu de la correction de longitude, et entre les deux échelles de 240 du cercle méridien. Le rayon de courbure de ce dernier tient compte de 1' épaisseur du cercle équatorial. L'axe polaire ou style 3, est fixé en 9 près du bord inférieur du cercle méridien, normalement au cercle en ce point, à 900 de la ligne médiane du cercle équatorial (arc 7-9). I1 se trouve ainsi dans le plan du méridien et perpendiculairement au cercle équatorial en son centre. L'heure donnée par l'ombre du style sur la division horaire est lue, avec plus de précision qu'en appréciant son milieu, sur le bord avant de cette ouvre. A cet effet le cercle équatorial est légèrement décalé. Le globe terrestre 5 est fixé sur le prolongemment inférieur fileté du style suivant l'axe de ses piles. La France (ou la région d'installation de l'horloge) est orientée vers le haut dans le plan du méridien.Ce globe constitué de deux demi-sphères creuses emboitées suivant l'équateur, est garni, avant montage, de lest (grenailles, graviers) pour équilibrer l'instrument. le globe porte les configurations de la surface terrestre, ainsi que les fuseaux horaires. La tige support 4 est immobilisée verticalement dans un pied ou colonne en bois lierre ou métal, à hauteur convenable. Un ergot IO à sa partie inférieure, qui peut être noyé, dans un ciment, empoche sa rotation. Après assemblage du cercle équatorial, du style et du globe sur le cercle méridien, celui-ci est fixé en 8 sur la partie supérieure filetée de la tige support, normalement au cercle en ce point. Le trou d'assemblage 8 est percé sur le cercle méridien suivant la latitude du lieu d'installation. L'src 7-8 et l'angle du style 5 sur l'horizontale sont ainsi égaux à cette latitude. Un index 6 fixé à une distance égale à un rayon du cercle méridien, sur l'axe polaire, matérialise le centre commun des cercles. Son ombre projetée sur la division en degrés du cercle méridien, aux environs de midi, donne la déclinaison du Soleil. Cette horloge destinée à rester en plein air est prévue pour titre construite en duralumin avec un traitement de surface par oxydation anodique, incolore, champagne ou bronze, gravure mécanique inaltérable. Elle peut facilement etre enlevée de son support pour être mise à 11 abri, en hiver par exemple, sa remise en place et son réglage n' offrent pas de difficult"s. L'équation du temps est la seule correction a apporter à la lecture de l'heure donnée par l'horloge. Ajoutée, nulle ou retranchée, elle suit un cycle qui se reproduit aux memes dates chaque année. Elle est indiqué par un celendrier circulaire, non figuré,sur le croquis, fixé sur le cercle méridien en 8 sous l'écrou de serrage. L'ensemble de ces éléments peut etre expédié dans un emballage plat. Le montage s'effectue simplement, dans l'ordre exposé ci-dessus, soit 7-9-8. Les assemblages par serrage des écrous, sont par construction, sans jeu. On peut prévoir cet instrument pour un réglage à volonté de la latitude et de la longitude. A cet effet les fixations 7 et 8 peuvent Btre réalisées au moyen de glissières respectivement sur le cercle méridien en 7 et en bout dela tige support en 8. Nais une telle horloge étant, par destination, intransportable dans la très grande majorité des qats, cette modification serait inutilisde. Les proportions relatives de l'horloge solaire proprement dite et du globe terrestre peuvent Titre variées : grands cercles et globe petit, les diamètres étant dans la proportion 6 ou 5 à I par exemple, ou globe et cercles de mSme diamètre. La première solution (cas de la figure) est préférable, l'instrument étant destiné à donner l'heure d'une façon relativement précise. La construction est%prvue en quatre tailles, calcul-es restc- tivement pour une avance de l'ombre du style, en une minute, de 2 - 1,5 - I - C,5 millimètres. Soient des diamètres de cercles de 0n92 - Om70 - Om46 et ou23. Ce dernier instrument, de petites dimensions, pouvant être déplacé, est monté sur un pied de table portant une boussole pour son orientation rapide. - Méthode d'installation et de mise en station La méthode générale consiste à déterminer : I) le plan * ri"ien (soleil à midi local) 2) l'inclinaison de l'axe polaire dans ce plan à la latitude du lieu. La présente méthode évite ces déterminations en opérant de la façon suivante La tige support est fixée solidement dans le pied choisi, sa ver ticalité~réalisée au niveau d'angle, de préférence au fil à plomb. L'horloge assemblée correctement est posée sur le support, l'écrou 8 n'est pas serré à fond. A n'importe quel moment de la journée, mais de préférence aux environs de midi, on écoutera l'heure donnée à la radio ou à l'horloge parlante et on orientera l'horloge pour que le bord avant de l'ombre du style indique eette heure sur la division horaire, compte tenu de l'équation du temps (voir plus haut) pour le jour considéré. On notera également que le Temps Légal en France donné à la radio est, pour le moment, en avance d'une heure sur le Temps Universel. Si par exemple on entend midi juste, à la radio, on mettra le bord avant de l'ombre sur onze heures, plus ou moins la valeur de l'équation du temps. I1 reste alors à bloquer l'écrou de serrage 8 pour que l'horloge soit définitivement installée. Cette Horloge Solaire Universelle convient, suivant sa taille, aux places et jardins public; aux cours dtécoles - Lycées et Collèges, aux colonies de vacances - centres aérés, aux jardins - terrasses - balcons et tous lieux de plein air. I - Elle permet, pour l'usage courant, la lecture de l'heure à une minute près si elle a été mise en station correctement ; c'est l'approximation donnée par les pendules et les montres bien réglées, à ceci près que l'horloge Solaire est indéréglable. flheure lue est celle du Temps SolaireVrai Civil de Greenwich. La correction de longitude qu'il faut apporter à l'heure de "Temps Solaire Vrai", Civil et Local, donné par tous les cadrans solaires est portée une fois pour toutes sur la graduation horaire de cet instrument. Pour obtenir l'heure de "Temps Universel" en usage en France, qui est le "Temps moyen Civil" du fuseau horaire du méridien de Greenwich, il suffit de faire la seule correction de l'équation du temps. Elle est donne pour tous les jours de l'année par le calendrier fixé sur l'horloge. Sur le globe terrestre on lit, en meme temps, l'heure des 24 fuseaux horaires qui partagent la Terre, c'est-à-dire celle de tous les lieux géographiques. Il - Cette horloge constitue en outre un instrument d'observation et de démonstration adapté particulièrement à l'enseignement. Elle rend facile l'acquisition des connaissances élémentaires trop souvent négligées ou mal assimilées. On explique ainsi les conséquences et les applications qui découlent des mouvements de la Terre. Sa rotation diurne : Système de Ptolémée, mouvement apparent du Soleil, méridien, axe des piles, équateur, coordonnées géographiaues et célestes, divisions du jour, fuseaux horaires. Sa révolution annuelle : Système de Copernic, l'écliptique et son obliquité, oscillation annuelle des déclinaisons du Soleil, calendrier, saisons, tropiques et cercles polaires, solstices et équinoxes, zodiaque. Les irrégularités de la vitesse de révolution de la Terre : l'équation du temps et les deux premières lois de Képler. En un mot c'est l'instrument de base qui convient à l'enseignement de l'astronomie élémentaire, qu'on appelait "Cosmographie". NOTE EXPLICATIVE concernant les désignations actuellement en usage, de la mesure du Temps, etqui peuvent prêter à confusion. 3 - Les différents Temps : La durée du jour est divisée en 24 heures. a) Le Temps Solaire Vrai (local) c'est l'angle horaire du Soleil, compté à partir de O (zéro), au moment du passage du Soleil Vrai (réel) au méridien local. Le jour commence donc à "midi" dans son sens "milieu du jour b) Le Temps Solaire Moyen (local) c'est le temps précédent corrigé de l'Equation du Temps. On substitue au Soleil Vrai (réel) irrégulier, un Soleil Moyen (fictif) régulier. c) Le Temps Civil (local) c'est le temps précédent augmenté de I2 heures. Ainsi le jour commence à minuit, et il est I2h (midi) quand le Soleil Moyen passe au méridien. d) Le Temps Universel c'est le Temps Civil du méridien de Greenwich, ou le temps précédent corrigé de la longitude du lieu rapportée au méridien de Greenwich. N.B. : On se sert encore, depuis peu, du Temps des Ephémérides et du Temps Atomique, qui n'interviennent pas ici. II - Tous les Cadrans Solaires donnent Le Temps (Solaire) Vrai, Civil, et local VRAI parce que non corrigé de l'Equation du Temps (Soleil Vrai) CIVIL parce que Temps Solaire Vrai + I2h (le jour commence à mi nuit) TOCAI parce que celui du méridien local (non corrigé de la longi tude). TII - 'Horloge Solaire Universelle présenté ici donne Le Temps (Solaire) Vrai, Civil, et de Greenwich VRAI parce que non corrigé de 1'équation du Temps (Soleil Vrai) CIVIL parce que c'est le Temps Solaire Vrai + I2h (le jour commen ce à minuit) de GREENWICH parce que corrigé de la longitude du lieu par rapport au méridien de Greenwich. On obtient, après correction de l'Equation du Temps (calendrier fixé sur l'instrument) le Temps (Solaire) Moyen, Civil du méridien de Greenwich qui est par définition le Temps Universel en usage dans le Monde (fuseaux horaires). N.B. : le Temps Légal en usage en France est ce Temps Universel augmenté actuellement d'une heure (heure d'été). R E V E N D I C A T I O N S I - Horloge Solaire, type cylindrioue équatoriale comportant un arc de cercle méridien 2 sur lequel est fixé un arc de cercle équatorial 1, portant la graduation horaire, et un axe polaire ou style 3, parallèle à l'axe de la Terressdont la progression de l'ombre sur le cercle équatorial indique l'heure. CARACTERISEE EN CE QUE t a - Le Cercle Méridien est préréglé à la latitude du lieu d' installation (par construction) b - Le Cercle Equatorial est préréglé à la longitude du lieu d'installation (par construction). c - L'axe polaire porta un globe terrestre 5, homothétique de la Terre par rapport au Soleil, donnant la position du cercle d'illumination suivant les saisons, les fuseaux horaires d - La correction de l'Xquation du temps ture de heure) est donnée par un calendrier fixé sur il instrument. e - Un index 6 porté par l'axe polaire indique, par son ombre sur le cercle méridien gradué en degrés, aux environs de midi, le déclinaison du Soleil, ctest-à-dire la date. II - Horloge selon la revendication l-a, caractérisée en ce que l'assemblage B du cercle méridien 2, sur l'axe support 4, est @@ tel que l'arc 5 7 égale la latitude du lieu d'installation. III - Horloge, selon la revendication 1-b, caractérisée en ce que l'assemblage 7, du cercle équatorial 1, sur le cercle méri dien 2, est tel que l'arc compris entre la division I2h (mi di) de la graduation horaire, et la ligne qui matérialise le plan du méridien, tracée sur le cercle méridien, est égal à la longitude du lieu d'installation. IV - Horloge selon la revendication l-c caractérisée en ce que l'axe polaire 3, porte sur son prolongement sous le cercle méridien 2, un globe terrestre coaxial 5, orienté de telle fanon que le point représentant le lieu dtinstallation se trouve à la partie supérieure dans le plan du méridien. R E V E N D I CA T I O N S (Suite) V Horloge selon la revendication l-d, caractérisée en ce que l'axe support 4, porte en 8 au-dessus du cercle méridien 2, un petit calendrier circulaire (non figure) donnant la cor rection de ltéquation du temps pour chaque jour de l'année. VI - Horloge selon la revendication l-e, caractérisée en ce que l'axe polaire 3 porte au centre commun des cercles, soit v un rayon du cercle méridien, mesure 9-6, un index horizon tal 6.