Brevet FR2571516A1 — publié le 19860411

Cette invention est exprimée ou par un cadran solaire sur lequel l'ombre est projetée par le soleil ou par un instrument ciaessous nommé cadranluminaire qui reçoit l'ombre d'une source lumineuse artificielle. Les cadrans solaires marquent l'heure du jour, et dans certains cas la date de l'année, correspondant à la position angulaire du soleil dans le ciel. Les cadrans-luminaires marquent un temps simulé dans une situation simulée. Il est souvent nécessaire aux architectes d'étudier l'ensoleillement des bâtiments par le moyen d'un luminaire représentant le soleil qui projette des ombres sur une maquette à trois dimensions. Si la maquette était enlevée et le cadran-luminaire mis à sa place, celui-ci marquerait l'heure et le jour de l'année où le soleil jetterait des ombres pareilles. Le cadran-luminaire peut aussi servir de moyen simple et relativement peu cher pour fixer la position du luminaire pour représenter le soleil aux dates et heures préselectionnées comme base de comparaison et évaluation de performance en ensoleillement. Le cadran solaire et le cadran-luminaire sont essentiellement le même et interchangeable: un cadran-luminaire peut être utilisé comme cadran solaire, et un cadran solaire transportable comme cadran-luminaire; ils traduisent tous deux la position angulaire d'une source de lumière en heure et date de l'année. Il n'est donc pas nécessaire de donner ici des explications et descriptions sépares de l'invention appliquée aux cadrans solaires et aux cadrans-luminaires.Néanmoins les rérérences faites dans ce qui suit à la Sphère Céleste, aux longitude et latitude géographiques et aux heures du jour et datesde l'année, devraient être comprises, dans le cas du cadran-luminaire, comme faites non à la situation actuelle mais aux lieu et temps simulés pour la maquette; l'intersection du plan du méridien par le plan horizontal devient la ligne nord-sud de la maquette; la latitude et la longitude devient celles de l'endroit simulé par la maquette; et la date et l'heure devient celles qui sont choisies pour la comparaison et l'évaluation de l'ensoleillement dans les conditions simulées. L'explication et la description ci-dessous ne doivent pas être prises comme impliquant que dans la pratique les formes à donner au cadranluminaire seraient toutes les mêmes que celles du cadran solaire. Les fonctions des deux instruments sont différentes; l'une marque l'heure actuelle, l'autre aide à l'appréciation de ltensoleillement dans des conditions simulées; des différences de forme en découlent, par exemple le cadran-luminaire doit être petit relatif à la distance de la source de solaire peut être grand lumière et le cadran/pour être vu de loin; les indications de date de l'année du cadran-luminaire seront très importantes, tandis que l'indi oation de l'heure du cadran solaire aura la priorité. Les cadrans solaires ont perdu la faveur du grand public. Deux des des raisons sont qu'ils marquent généralement l'heure solaire qui n'est pas l'heure de la pendule et qu'ils le font de façon insuffisamment claire et évidente. Les cadrans-luminaires seraient plus utiles s'ile' donnaient des indications plus faciles à lire, surtout de la date de l'annfie. Le but de cette invention est de remedier à ces défauts, de faire marquer l'heure de la pendule et donner une indication claire et distincte des dates de l'année. L'explication géometrique de la méthode de l'invention est comme suit. Chaque jour le soleil traverse le ciel en traçant l'arc d'un cercle presque parfait, parallel à l'Equateur Celeste et déplacé de celui-ci par l'angle du déclinaison du soleil Il trace son cercle à une vitesse angulaire de presque exactement 10 en quatre minutes ou 150 en une heure. Supposons que l'ombre d'un petit objet - une sphère ou un anneau - fixé au centre du cercle formé par le rebord d'un bol hémisphèrique est projetée par le soleil dans ce bol. Le chemin tracée par une telle ombre est également l'arc d'un cercle; et l'ombre se meut à la même vitesse angulaire que le soleil dans la Sphère Céleste. Le petit objet est au centre de l'homothétie entre le ciel et le bol; son ombre est l'image du soleil.Si le bol est disposé de manière à oe qu'un diametre de son rebord circulaire est aligné avec l'ate de la Sphère Céleste et que l'equateur correspondant du bol est dans le plan de l'Equateur Céleste l'ombre du petit objet suivra de jour en jour les lignes de latitude par rapport à l'équateur du bol correspondant à la déclinaison du soleil par rapport à l'équateur Céleste, et elle traver sera les lignes de longitude du bol à la même vitesse angulaire que le soleil, c'est à dire 10 en quatre minutes ou 150 en une heure. Elle peut ainsi clairement indiquer l'heure du jour. Puisque l'angle de latitude de l'ombre dans le bol égale l'angle de la déclinaison du soleil, il peut clairement indiquer la saison et la date de l'année. Naintenant supposons une simple rotation du bol autour de son axe. Cet axe reste aligné aveo l'Axe Céleste et l'équateur reste dans le plan de équateur Céleste. Ainsi la latitude de l'ombre n'est pas changée mais sa longitude est changée ainsi que heure qu'elle indique. Une degré de rotation produirait invariablement un changement de quatre minutes de temps indiqué. Ainsi une rotation appropriée du bol le mettrait en position de marquer n'importe quelle heure conventionelle au lieu de l'heure solaire locale sans apporter le moindre changement à la date de l'année indiquée. Puisque les distances linéaires du soleil et de l'ombre projetée dans le bol par rapport au petit objet n'entrent pas en consideration, mais seulement les relations angulaires, nous pouvons généraliser les données de la situation. Le bol devient une surface intérieure partielle de rotation dont la section par tout plan perpendiculaire à l'axe de rotation est un cercle centré sur cet axe. Une telle surface pourrait être sphèrordale, coniqué, plane (cas limite du conique), cylindrique; elle pourrait combiner diverses formes, comme du bois tourné au tour. Par conséquent le présente invention est réalisée en utilisant une surface intérieure partielle, ici appellée bol, d'une figure formée par rotation autour d'un axe, telle que les intersections des plans perpendiculaires à cet axe soient des cercles co-axiaux avec cet axe, la surface intérieure du bol étant marquée par des lignes de latitude formées par ces cercles, et par des lignes de longitude perpendiculaires à ces cercles; un axe autour duquel le bol peut tourner et qui coincide avec l'axe mentionné ci-dessus et aligné aveo l'axe de la Sphère Céleste; un petit objet opaque dans le dit axe dont l'ombre est projetée dans le bol) des moyens de contrôlerzet maintenir l'orientation, lv'inclinaison et la rotation du bol. Une forme spécifique, prise comme exemple, de cette invention sera maintenant illustrée par les dessins ci-joints et décrite en reference aux dessins dont: Figure 1 est une section verticale indiquant la source de lumière, un rayon de lumière projettant une ombre dans un bol hémisphèrique et des moyens de maintenir le bol et de l'incliner, orienter et lui imprimer une rotation. Figure 2 est une vue de face du bol hémisphèrique, du style, d'une petite sphère au bout du style et des ombres projetées dans le bol. Figure 3 est une section à travers le bol sur le plan équatorial, montrant la petite sphère, une partie du bol, un bras latéral courbé autour du bol par 11 extérieur, et des échelles graduées sur le bras lateral. Cette forme spécifique de l'invention comprend quatre éléments qui sont indiqués dans les dessins, nommément un bol hémisphèrique 1 avec des attaches, un membre inclinable semi-ciroulaire 2 pour tenir le bol à l'inclinaison appropriée, un membre orientable 3 sur une base horizontale, et cette base 4. La base 4 est disposée avec sa surface supérieure dans le plan horizontale. Si cette forme spécifique de l'invention est un cadran solaire la base 4 est cimentée à un bloc fixe ou autrement fixée en permanence. La base 4 comprend aussi une colonne vertioale, de section circulaire, perpendiculaire à sa surface supérieure. Si cette forme spécifique de l'invention est un cadran-luminaire la base 4 n'est pas indispensable. Le membre orientable 3, soutenu par la surface horizontale de la base 4 et ajusté à la colonne verticale, est orienté sans déplacement latéral au point où le membre inclinable 2 et le style 5 se trouvent dans le plan du méridien, le bout supérieur du style étant dans la direction générale du Pole Céleste visible. L'orientation est bloquée à ce point par un vis ou autre moyen. qui n'est pas indiqué sur le dessin. Le membre inclinable 2, de section rectangulaire 6 (Figure 2), est fermement tenu par le membre orientable 3 dans un plan vertical de façon à restreindre son mouvement à un glissement dans sa propre longueur formant une partie de la circonférence d'un cercle dont la position du centre, marquée par la petite sphère 7, reste inchangée. La position de ce membre 2 déterminée par le moyen d'une échelle graduée 8 et dlun marqueur 9 et fixée par une vis ou autre moyen qui n'est pas indiqué sur le dessin, est telle que le style 5, qui est dans la ligne de liai. du bol 1 est incliné l'horizontal à l'angle de la latitude locale et par conséquent aligné dans l'ase de la Sphère Céleste. Le bol hémisphèrique 1 est tenu fermement dans la dite inclinaison par le membre inclinable 2, par le moyen des deux projéctions 10 et-il, mais reste libre de tourner sur lase traversant ses deux p8les. Sa rotation autour de son axe peut être bloquée au point voulu par un vis ou autre moyen qui n'est-pas indiqué sur le dessin. Figure 2 montre l'intérieure du bol avec les lignes des heures marquées par des lignes de longitude et aussi les bandes des mois de l'année marquées par les lignes de latitude; Cette Figure montre aussi le style 5 terminé par la petite sphère 7, et son ombre dans le bol 1. La latitude sphèrique de l'ombre de la petite sphère indique la date de l'année, environ le 12 février; et sa longitude sphérique heure du jour, environ 10.10 a.m.. Une leoture de la date de ltntnée plus précise devient possible par une rotation du bol qui amène sous l'ombre de la petite sphère 7 l'échelle des mois graduée en détail inscrite sur la ligne de l'heure X;L Cette facilité permet d'éviter la confusion qui pourrait résulter de l'existence d'une multiplicité de lignes latitudinales. Figure 3 montre un bras latéral qui part de son attache à son bout 13 au membre inclinable 2 (voir aussi Figure 1). Ce bras est perpendiculaire au membre 2gil entoure partiellement l'equateur du bol 1 et permet de contrôler sa rotation étant marqué d'une échelle 15 et portant une coulisse amovible et transparente marquée des échelles 16 et 17. L'échelle 15 est graduée. en degrés de longitude et les échelles 16 et 17 en minutes de temps. Si la rotation du bol 1, indiquée par le marqueur 14, est au zéro de l'échelle 15, le bol fait face directement en avant du membre inclinable 2, la ligne de l'heure Xll est dans le plan du méridien, et l'ombre du style 5 et la petite sphère 7 enregistre l'heure solaire locale. La procédure pour obtenir que l'ombre soit décalée de l'heure solaire afin d'enregistrer l'heure de la pendule sera maintenant décrite. Trois corrections sont à appliquer selon la longitude locale, la convention du temps moyen et l'heure d'été quand elle est en vigueur. La premier correction annule l'effet de la différence entre la longitude locale et la longitude du méridien standard du fuseau horaire. Le zéro de l'échelle 16 sur la coulisse amovible est amené à marquer cette différence sur l'échelle 15; le marqueur 14 aussi est amené au même point. L'ombre enrégistrera maintenant l'heure solaire du méridien standard du fuseau horaire local.Prenons un exemple: si cette forme spécifique de l'invention est installé comme cadran solaire au Royaume Uni daffs-un endroit à longitude 7.50.. ouest et Si,, tes $;\gLbest Je marqueur sont ajustés comme l'indique la Figure 3, impliquant une différence de 7.50 entre la longitude locale et la longitude OO du méridien de Greenwich, alors l'ombre enregistrera heure solaire de Greenwich. Nous avons tourné le bol 7.5 vers l'est pour ajouter 30 minutes à l'heure enregistrée afin de ratrapper le retard de l'heure solaire locale par rapport à Greenwich.Pour des longitudes à l'est de Greenwich la coulisse et le marqueur sont amenés de l'autre côté du zéro de échelle 15. La coulisse peut être bloquée dans sa position par unevis ou autre moyen qui n'est pas indiqué sur le dessin. La seconde correction pourarriver à heure de la pendule ajoute ou retranche au temps solaire une quantité, variable selon la date, connue sous le nom d'équation du temps. Le marqueur est amené à indiquer sur l'échelle 16 la valeur de l'équation du temps du jour en minutes plus ou minus. L'ombre enregistrera alors l'heure moyenne du méridien standard du fuseau horaire. Finalement la troisième correction pour indiquer heure d'été quand celle-ci est en vigueur est effectuée en amenant le marqueur 14 à la position correspondante sur l'échelle 17, les zéros des échelles 16 et 17 étant séparés par 150, c'est à dire une heure. Les corrections subséquentes selon l'équation du temps sont faites sur l'échelle 17 aussi longtemps que l'heure d'été reste en vigueur. L'ombre enregistrera alors heure de la pendule. Si cette forme spécifique de l'invention est un cadran solaire elle permettrait d'enregistrer letempsde la pendule (selon le service de l'heure téléphonique) dans une limite d'erreur de deux minutes Si les ajustements sur les échelles 16 et 17 sont faits 40 fois pendant une année pleine, ou dans la limite d'une minute si les ajustements sont faits 81 fois. Si la longitude locale ou la valeur de l'équation du temps n'était pas connue exactement, l'ajustement à l'heure de la pendule pourrait néanmoins être fait à un moment d'ensoleillement par une rotation du bol et son blocage au point auquel l'ombre indiquerait l'heure d'une pendule exacte, et par réajustement périodique de la même façon chaque fois que l'heure de l'ombre aurait divergé perceptiblement de l'heure de la pendule. REVENDICATIONS 1) Uncadran solaire ou cadran-luminaire caractérisé en ce que l'heure solaire enregistrée est convertie en llheure de la pendule (heure du service téléphonique de heure) par une rotation appropriée, autour d'un axe, de la surface recevant l'ombre qui indique l'heure;; ltenregistre- ment de l'heure de la pendule étant maintenu par des ajustementspério diquesde cette,rotationg ce cadran solaire ou cadran-luminaire comportant la dite surface et le dit axe dans un système axe- surface tel que tout plan perpendiculaire à l'axe s'il sectionne la surface le fait en arcs de cercles dont i entres sont dans l'axe, ou dans un système tel que la surface est/elle meme perpendiculaire à IDaxe;;ce cadran solaire ou cadran-luminaire comportant aussi un dispositif pour orienter et aligner l'axe dans l'alignement de l'Axe Céleste, et un-petit objet dans l'axe projetant la dite ombre. 2) Un cadran solaire ou cadran-luminaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'heure est indiquée par l'ombre sur une surface concave hémisphèrique marquée par des lignes des heures de longitude sphèrique aux intervales égaux de 150 tracées entre deux pâles diametralement opposes sur le bord de la dite surface (bol) indiquant douze heures successives numérotées et avec subdivisions; la dite ombre étant projetée par un petit objet au centre du cercle formé par le bord du bol; l'axe autour duquel le bol tourné rejoignant les dits p8les et etant aligné selon la revendication 1; l'enregistrement de l'heure de la pendule étant obtenu par des ajustements périodique de la rotation du bol selon la revendication 1. 3) Un cadran solaire ou cadran-luminaire selon les revendications 1 et 2 caractérisé en oe que l'indioation de la saison et date de l'année donnée par l'ombre est clairement distinguée de l'indication de l'heure, étant une latitude sphèrique par contraste a'zec la longitude sphèrique qui indique l'heure, cette indication de date restant inchangée par une rotation du bol. 4) Un cadran solaire ou cadran-luminaire selon la revendication 1 caractérisé encre que la possibilité de confusion causée par une multiplicité de lignes temporales (des heures et des dates) est réduite par l'omission des lignes de dates subdivisant les bandes des mois et une provision pour un lecture précise des dates sur des échelles subdivisées qui peuvent être tournées avec le bol, sans déplacement de latitude, jusqu'à ombre du petit objet permettant ainsi la leoture. 5) Un cadran solaire ou un oadran-luminaire selon la revendication 1 caractérisé en oe qu'il enrégistre l'heure d'un quelconque de quatre systèmes du temps, nommément a heure solaire locale, l'heure solaire de la longitude du fuseau horaire local, l'heure moyenne de la longitude du fuseau horaire looal, et l'heure de la pendule, selon une rotation du bol de façon appropriée, c'est à dire en éliminant aucun, un, deux, ou tous trois des composantes de la différence entre l'heure solaire locale et l'heure de la pendule, nommément la composante due à la différence entre la longitude locale et la longitude du fuseau horaire local, la composante due à la différence entre le temps moyen et le temps solaire (l'équation du temps), et la composante dues, l'application ou la nonapplication de l'heure de l'été; les ajustements de la rotation étant faits par moyen d'un marqueur de rotation et des échelles. 6) Un appareil selon toutes les revendications precedentes caractérisé en ce qu'il comprend une base horizontale 42 un membre orientable 3 reposant sur la base 4 un membre inclinable 2 maintenu dans l'orienta- tion appropriée par le membre orientable 3, un bol 1 qui peut tourner sur son axe dont l'axe et tenu par le membre inclinable 3 dans l'aligne- ment de l'axe de la Sphère Céleste, et oomprenant aussi un bras latéral 12 partant du membre inclinable 2 et courbé autour de l'extérieure du bol-sur l'équateur et équipé d'une échelle fixe 15 et deux échelles amovibles 16 et 17 contre lesquelles un marqueur 14 fixé à l'exterieur du bol indique son degré de rotation qui peut être pré-ajustée selon les composantes et le total de la rotation requise pour les buts indiqués dans l'une quelconque des revendications précedentes.