Brevet FR2697647A1 — publié le 19940506

L'invention concerne le domaine des dispositifs d'indication du temps et a pour objet un cadran solaire portatif de petites dinensions. l'heure solaire vraie, la latitude du lieu d'observation, la déclinaison du soleil, ainsi que sa hauteur angulaire au-dessus de l'horizon sont liées par une relation iathématique connue. La déclinaison du soleil est elle-ieie fonction de la date dans l'année. Ces principes, maîtrisés depuis fort longtemps, ont donné naissance à diverses variantes de cadrans solaires, regroupés dans la "famille" des cadrans solaires de hauteur, (voir l'ouvrage de référence en la ratière: "Les cadrans solaires, histoire, théorie, pratiquez de René R. J. Rohr -1986- Editions Oberlin - Strasbourg). La présente invention s'apparente à la plus répandue de ces variantes, connue sous l'appellation de "Montre de berger" (ou encore "Cadran du berger", "Montre des Pyrénées"...) dont elle reprend certains principes tout en remédiant à ses principaux défauts et en la perfectionnant. Dans les versions connues de la "Montre de berger", la hauteur du soleil se traduit par l'ombre portée , sur un cadran vertical plan ou plus généralement cylindrique, d'un "style" horizontal. (Planche 1/4 - Fig 1). Celui-ci, de longueur déterminée, est généralement amovible ou rétractable de manière à en faciliter le transport (cadran de poche). La mise en coincidence du style avec la date correspondant à l'instant de la mesure s'effectue, selon les variantes, par rotation (ou déplacement) du style ou, à l'inverse, par rotation du "cadran gradué". Les positions verticale du cadran et horizontale du style sont assurées par le fait que l'appareil est généralement suspendu à la manière d'un "fil à plomb", en exploitant le champ de gravité terrestre. La lecture, avec "interpolation", de l'heure découle de la position sur le "réseau" de courbes de l'extrémité de l'ombre portée du style. Les tracés sont généralement liés à la latitude du lieu d'utilisation. Une "symétrie" du mouvement apparent journalier du soleil permet généralement d'utiliser les courbes horaires du matin dans le sens inverse pour l'après-midi. Une autre "symétrie", liée au mouvement apparent annuel du soleil, permet également d'utiliser les courbes calculées du solstice d'hiver au solstice d'été en sens inverse pour la deuxième partie de l'année. Ces deux particularités simplifient les tracés et en facilitent la lecture. Sur de nombreuses variantes, des "tables" ou "abaques" permettent de corriger "l'heure solaire vraie", fournie par le cadran, en "heure légale", plus couramment utilisée. Ces corrections concernent "l'EQUATION du TEMPS", la position en LONGITUDE, ainsi que les HORAIRES d'ETE ou d'HIVER, parfois en vigueur selon les époques et les pays. Selon certaines conditions, ces corrections peuvent, ou non, être intégrées directeient dans le tracé des courbes. Elles ne le sont généralement pas. Toutes ces variantes présentent trois inconvénients majeurs. Le premier et le plus important réside dans le fait que le caractére amovible ou rétractable du "style" introduit des erreurs de remise en position de celui-ci par rapport au cadran. Les jeux de fonctionnement et les défauts géométriques de construction entrainent fréquemment un défaut de perpendicularité entre le "style" et le cadran et/ou un défaut de longueur du "style". L'erreur qui en découle sur la détermination de l'heure peut s'avérer non négligeable d'autant qu'elle se produit à l'insu de l'utilisateur. Le second inconvénient provient du fait que le "style", de forme éffilée,est un élément fragile susceptible d'être tordu ou brisé facilement. Il est souvent d'une réalisation délicate, donc côuteuse. Enfin, lorsqu'il est amovible, il y a un sérieux risque de l'égarer. Le troisième inconvénient réside dans le fait que la lecture s'effectue en observant l'ombre du style sur le cadran. La recherche d'un bon contraste nécessite une surface claire pour le cadran ce qui provoque en contre partie un certain éblouissement de l'observateur. La présente invention apporte des solutions à ces trois inconvénients tout en proposant d'autres avantages ou perfectionnements. Selon la caractéristique principale de l'invention, l'ombre portée du style est remplacée par une "tache" lumineuse, produite par un fin pinceau de lumière solaire, pénêtrant dans l'appareil par un orifice calibré, soigneusement réalisé sur le couvercle (5) (Planche 2/4) et/ou judicieusement placé à la jointure de ce couvercle (5) avec le corps tubulaire (6). Ce pinceau lumineux traverse le corps tubulaire selon un plan médian et en ressort autravers d'une "fente" pratiquée dans le corps tubulaire (6) et diamétralement opposée à l'orifice d'entrée. Une "tache" lumineuse se forme alors sur l'écran translucide (10) éventuellement rigidifié et protégé par un support transparent (11), l'un ou l'autre étant porteur des courbes horaires et autres graduations. Cette "tache" lumineuse est alors directement observable par l'utilisateur.La lecture de l'heure est précédée du réglage de la date de l'observation. Celle-ci est affichée en regard de l'index (Vue selon F de la Planche 2/4) par rotation de l'écran translucide (10) (et éventuellement le tube transparent (11)) porteur d'une graduation de type calendrier (voir Planche 1/4 - Fig 2). La mise en position de l'appareil s'effectue de façon traditionnelle, en le suspendant à la manière d'un "fil à plomb", puis en orientant l'orifice vers le soleil jusqu'à apparition de la "tache" lumineuse à la verticale de l'index. La lecture précise s'effectue en plaçant l'oeil à l'horizontale de la "tache" lumineuse, de manière à s'affranchir de toute réfraction parasite dans l'écran translucide (10) ou son support transparent (11). L'opération s'effectue donc FACE au soleil (en non plus DOS au soleil), en observant un point clair sur la partie ombragée de l'écran (10). Le contraste est donc bon sans occasionner, cette fois, de gène occulaire à l'utilisateur. Le tracé des courbes horaires tient compte de la relation liant la hauteur angulaire du soleil (H) avec la position (h) de la "tache" lumineuse, relation simple qui dépend de la distance (1) elle-même constante de construction. La version élémentaire de l'invention correspond à l'ensemble présenté sur la Planche 2/4, à condition toutefois de remplacer le détail A par le détail A' d'une part et de ne pas tenir compte des pièces (7) et (15) ni de la rainure pratiquée dans le corps tubulaire (6). Selon une autre caractéristique de l'invention, la présence de deux tubes concentriques peut être mise à profit pour engendrer une surface cylindrique complémentaire, utilisable comme support d'information. Cette surface présente en outre la particularité de ne pas être visible en position normale d'utilisation. Elle n'apparaît que selon la volonté de l'utilisateur lorsqu'il il désire accéder à l'information qu'elle supporte. L'astuce consiste à faire coulisser l'écran translucide (10) et son éventuel support transparent (11) le long du corps tubulaire (6) pour découvrir la surface latérale de celui-ci, directement porteuse de l'information, ou celle d'un support souple (7) rapporté sur (6) (auto-collant par exemple).L'exemple privilégié d'information potentiellement envisageable consiste tout simplement en une "notice d'utilisation" de l'appareil, notassent en ce qui concerne les formules de correction de "l'heure solaire" en "heure légale". Cet possibilité élimine le risque de perte de la notice, généralement fournie (quand elle l'est!) séparément. Cet exemple n' est cependant pas limitatif, dans la mesure où d'autres types d'informations sont envisageables (ex: historique de ce type de cadran, publicité, abaques divers, décoration, ...). La planche 2/4 (sans le détail A') présente une solution, non limitative, autorisant cette caractéristique de l'invention. A titre indicatif, un axe (15), solidaire de l'écran translucide (10) ou de son support transparent (il), judicieusement placé dans la zone sans courbe de l'écran (10), l'empêche de coulisser sur le corps tubulaire (6) sans entraver pour autant la rotation relative, nécessaire au réglage de la date d'observation. Seule une position (axe à l'aplomb de l'index) pour laquelle l'axe débouche dans la "fente" de sortie de la lumière permet aux tubes de coulisser l'un sur l'autre. (voir la 1/2 coupe BB de la Planche 2/4). Ce même axe (15), arrivant en butée sur le fond de la "fente", limite l'amplitude de cette translation relative, empêchant, par la même occasion, les tubes de se désolidariser. L'opération inverse permet de retrouver la position normale d'utilisation. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible d'améliorer l'accessibilité à cette surface informationnelle "esca otable". Pour cela il suffit de lui adjoindre un dispositif de rappel automatique en position normale d'utilisation. La Planche 3/4 présente une solution non limitative d'un tel dispositif. Un lien flexible et élastique (9), guidé par deux tubes parallèles et rigides (8), tend à plaquer le fond (14) sur le corps tubulaire (6), solidaire du chapeau (5). Seul un faible jeu autorise alors la rotation de l'écran translucide (10) et de son éventuel support transparent (11). Une "plaque" rigide (12) assure le parallélisme des tubes (8), garantissant ainsi le libre passage de la lumière dans le plan diamétral. L'accès à la surface cachée se fait par simple poussée verticale, vers le bas, appliquée sur l'écran translucide (10) ou sur son éventuel support transparent (11), quelqu'en soit leur position angulaire. La limitation en translation est assurée , dans ce cas, par la limite en déformation élastique du lien souple qui, parvenu à son élongation maximale, empêche les tubes de se désolidariser. Le retour en position normale d'utilisation est immédiat, dès suppression de la poussée verticale, par suite du retour élastique du lien souple (9). En outre, et selon une autre caractéristique de l'invention, un dispositif simple et économique permet le réglage de la tension initiale imposée au lien souple (9). La solution, non limitative, présentée sur la Planche 3/4, consiste en une cavité (alésage) pratiquée dans le chapeau (5) qui autorise une ou plusieurs spires d'enroulement du lien souple (9) autour de la goupille (4) de fixation du bouton (3) sur le chapeau (5). Ce réglage permet, en retirant le bouton (3), de compenser une éventuelle perte d'élasticité accidentelle (ou due au temps) du lien souple (9). Pour cette version de l'invention, un dispositif peut être ajouté afin de supprimer le degré de liberté autorisant la rotation relative du fond (14) par rapport au corps tubulaire (6). Cette disposition élimine alors tout risque de voir les deux brins du lien souple (9) s'enrouler mutuellement, l'un sur l'autre, entre la plaque (12) et le fond (14). Ce risque est normalement insignifiant puisqu'il correspond à une utilisation incohérente de l'appareil dont la conséquence serait de perturber la remise en position normale d'utilisation, voire à l'extrème de détériorer le lien souple (9). La Fig 4 de la Planche 4/4 propose une solution non limitative pour y palier de façon économique. Une simple tige rigide (16), placée dans la zone grisée, solidaire du fond (14) et pouvant coulisser librement dans un trou (ou une rainure) pratiqué dans la plaque (12) suffit pour annuler la rotation parasite, sans entraver la translation relative des tubes ni le passage du pinceau lumineux. Une autre solution, présentée à la Fig 5 de la Planche 4/4, peut consister en deux tubes rigides (17), solidaires du fond (14), coulissant librement autour des deux tubes (8), la plaque (12) étant alors supprimée. I1 est biensûr possible d'imaginer d'autres variantes technologiques fonctionnellement équivalentes. Selon une autre caractéristique de l'invention et pour chacune des versions précédenent décrites, la surface inférieure du fond (14) peut être exploitée pour apporter un complément d'information ou pour agrémenter l'esthétique de l'appareil. La figure 3 de la Planche 1/4 donne un exemple non limitatif d'un graphisme donnant la courbe "d'Equation du Temps" nécessaire à la détermination de l'heure légale. Les Planches 2/4, 3/4 et 4/4 présentent la solution non limitative d'un support autocollant (13) placé légérement en retrait de la surface inférieure afin de le préserver des souillures et rayures diverses pouvant lui être occasionnées en posant l'appareil sur sa base ou en le rangeant dans un coffret. Selon une autre caractéristique de l'invention, les divers tracés peuvent inclure les corrections d'équation du temps, de longitude, d'horaire d'été ou d'hiver, moyennant cependant l'abandon de certaines "symétries" précédemment décrites. L'intégration de ces corrections restreignent en outre l'utilisation de l'appareil à un lieu précis mais facilitent grandement la détermination de l'heure légale. Selon une autre caractéristique de l'invention, découlant de son principe de mesure indirecte de l'heure par le biais de la hauteur angulaire du soleil, une échelle, graduée en degrés, peut être ajoutée sur le tracé de l'écran translucide, afin de mesurer directement cette hauteur angulaire. Celle-ci, mesurée à midi solaire, un jour d'équinoxe, correspond par exemple au complément de la latitude du lieu d'observation. (Planche 1/4 - fig 2). Selon une autre caractéristique de l'invention, l'aspect de la "tache" lumineuse est simplement fonction de la géométrie des surfaces générant l'orifice d'entrée de la lumière. Cet orifice peut être pratiqué dans le chapeau (5) ou plutot, comme sur les Planches 2/4 et 3/4, résulte du contour intérieur du corps tubulaire (6) et de l'encoche pratiquée dans le chapeau (5). Selon la volonté du fabricant, le point précis de la "tache" lumineuse à prendre en considération pour déterminer l'heure peut correspondre au sommet, à la base ou même au milieu de la "tache", selon la façon dont est déterminée la longueur 1 , constante de construction. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'embout (1) peut être remplacé par un anneau autorisant alors la suspension de l'appareil à un support ou à un doigt. De même la chainette (2) et les goupilles (4) et (15) peuvent être remplacées par tout équivalent fonctionnel. Selon une autre caractéristique de l'invention, celle-ci, de par sa fonction et de par sa petite taille, peut être acconpagnée d'une pochette, d'un étui ou d'un coffret, afin d'en faciliter le transport, la protection et le rangement. Selon une autre caractéristique de l'invention, son adaptation à des latitudes faibles (inférieures à 43 degrés) nécessite, pour un diamètre donné, d'augmenter la longueur des tubes et/ou de réduire la longueur relative 1. Ce type de cadran solaire n est toutefois pas adapté aux régions équatoriales, tropicales ou polaires, son usage préférentiel se faisant dans les régions voisines du 45 ème parallèle. La réalisation et donc le développement industriel de l'invention ne présente aucune difficulté dans la mesure où elle ne fait appel qu'à des matériaux courants (alliages légers, matières plastiques...) dont la plupart sont des éléments standards du commerce. Les moyens de production nécessaires demeurent eux-aussi dans le domaine traditionnel de la construction mécanique, avec ou sans le soutien de l'informatique et de la commande numérique. Il en va de même des traitements de surfaces envisageables (chromage, anodisation,...) qui restent très classiques. Le caractère utilitaire de l'invention demeurant très contestable à notre époque, c'est davantage les aspects pédagogique, culturel, ludique ou décoratif de l'invention qui peuvent retenir l'attention et lui conférer un intérêt. L'attrait pour les cadrans solaires est aujourd'hui hui un fait culturel observable. L'invention, par ses caractéristiques originales, ne peut que retenir l'attention des amateurs d'astonomie et de gnomonique. Dans sa version de base, l'invention peut très bien voir le jour sur un plan plus monumental, pour décorer par exemple un jardin ou un lieu public, à la condition toutefois de repenser son iode de mise en position verticale, son mode d'orientation et très probablement son esthétique. De même, une version plane est envisageable, par développement de la surface latérale des tubes et adaptation en conséquence afin de déplacer l'orifice (ou son équivalent) par rapport à la surface plane verticale ainsi obtenue. Enfin, l'adaptation de l'appareil pour une utilisation dans l'hémisphère sud ne nécessite que le changement de la graduation de type calendrier, en regard des courbes de hauteurs angulaires. REVENDICATIONS 1) Cadran solaire de hauteur caractérisé en ce que l'heure solaire se déduit de la position sur un écran translucide (10), souple ou rigide, d'une "tache" lumineuse produite par un "pinceau" de lumière solaire traversant l'appareil, depuis un orifice d'entrée calibré, jusqu a une fente de sortie diamétralement opposée à cet orifice. 2) Cadran solaire de hauteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran translucide (10) ou son éventuel support transparent (11) fournissent une échelle graduée permettant de mesurer la hauteur angulaire du soleil et/ou des "courbes horaires" permettant de déduire l'heure en fonction de cette hauteur, de la date dans l'année, de la latitude ainsi que d'une constante de construction 1 correspondant à l'épaisseur traversée. 3) Cadran solaire de hauteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface latérale du corps tubulaire (6) ou celle du support (7) pouvant lui être adjoint, invisible en position normale d'utilisation, peut être rendue apparente à la volonté de l'utilisateur, par simple translation relative vers le bas de l'écran translucide (10) et de son éventuel support transparent (11) par rapport au corps tubulaire (6), lui-même solidaire du chapeau (5). 4) Cadran solaire de hauteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le corps tubulaire (6) présente une gorge circulaire extérieure, débouchant dans la fente de sortie, autorisant ainsi l'écran translucide (10) et son éventuel support transparent (11) à tourner librement autour du corps tubulaire (6) pour assurer le réglage de la date et ce malgré la présence de l'axe (15) solidaire de l'écran translucide (10). Par contre, la présence de cet axe, judicieusement implanté sur l'écran translucide (10), n'en autorise la translation relative par rapport au corps tubulaire (6) que dans une position angulaire précise, ne correspondant en outre à aucune date. Dans cette position, l'axe (15) peut coulisser librement dans la fente de sortie dont l'extrémité inférieure limite l'amplitude de translation, évitant par là aux tubes de se dissocier. 5) Cadran solaire de hauteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'une variante de construction autorise l'accès immédiat à cette surface, par simple poussée verticale vers le bas, exercée sur l'écran translucide (10) ou son support transparent (11) et ce quelle que soit leur position angulaire par rapport au corps tubulaire (6). Un dispositif, constitué d'un lien souple et élastique (9) lié au chapeau (5) d'une part et au fond (14) d'autre part, assure spontanément la remise en position normale d'utilisation de l'écran translucide (10) et de son éventuel support transparent (11), dès suppression de la poussée verticale. Deux tubes (8), solidaires du chapeau (5) et maintenus parallèles par la plaque (12), guident le lien souple en l'empêchant d'entraver le passage du "pinceau" lumineux. 6) Cadran solaire de hauteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la raideur du lien élastique (9) peut être réglée au montage ou ultérieurement par simple enroulement d'une ou plusieurs spires autour de la goupille (4) ou de son équivalent technologique. Ceci a pour effet de modifier la tension dans les brins libres du lien (9) et d'en limiter la déformation maximale afin d'empêcher les tubes de se dissocier. 7) Cadran solaire de hauteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu il est possible de lui adjoindre un dispositif empêchant l'enroulement mutuel des deux brins libres du lien élastique (9). Ce dispositif constitué par exemple d'une tige rigide (16) solidaire du fond (14), parallèle aux tubes (8) et judicieusement implantée pour ne pas entraver le passage du "pinceau" lumineux, permet, en coulissant librement dans un trou ou (une rainure) pratiqué dans la plaque (12), d'empêcher la rotation relative du fond (14) par rapport au corps tubulaire (6). 8) Cadran solaire de hauteur suivant les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le dispositif décrit dans la revendication 7 peut être remplacé par un équivalent technologique comme deux tubes (17), implantés dans le fond (14), coulissant librement autour des tubes (8) et autorisant la suppression de la plaque (12). 9) Cadran solaire de hauteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le contour de la "tache" lumineuse dépend de la géométrie des surfaces générant l'orifice d'entrée, notamment le contour interne du corps tubulaire (6) et l'entaille pratiquée dans le chapeau (5), surfaces réalisées en conséquence.