Brevet FR2686166A1 — publié le 19930716

CADRANS SOLAIRES A HEURE LEGALE PANORAMIQUES La présente invention concerne des formes de cadran solaire ayant deux caracteristiques essentielles 10) permettant de lire directement l'heure légale, 2") du lever au coucher du soleil. Cette deuxième caractéristique, justifiant le qualificatif "panoramique", implique de placer le produit en un lieu où le maximum de ciel est degage (plaine, panorama...) pour qu'aucun obstacle (arbre, maison...) ne cache le soleil quelle que soit sa place dans le ciel. Etat de la technique antérieure Les cadrans solaires classiques indiquent l'heure locale. Ils ont un rôle décoratif plus que fonctionnel ; en effet pour trouver l'écart D entre l'heure légale et l'heure locale, il faut connaître 1") l'écart D1 entre l'heure légale moyenne et l'heure locale du iridien d'origine (1 heure en hiver, 2 heures en été) 2") l'encart D2 correspondant à la longitude du lieu, ex :Besançon 6" est, D2 : 6 x 4 mn = 24 mn d'avance sur l'heure du méridien d'origine 3 ) l'écart D3 fourni par la courbe de "l'équation du temps (due à la trajectoire elliptique et non circulaire de la terre autour du soleil) variable tout au long de l'année entre - 14 mn et + 16 mn. D = D1 + D2 + D3. A cause de cette complexité, personne ne pretend, en pratique, utiliser le soleil pour avoir l'heure, mne approximative. Par exemple à Besançon, l'ecart D peut varier entre 20 mn (1 h 24 mn - 16 mn) le 4 novembre et 1 h 42 mn (2 h - 24 mn + 6 mn) le 26 juillet. Seuls accèdent de rares spécialistes et passionnes d'astronomie. D'autre part, les cadrans solaires classiques les plus habituels, dessines sur le plan vertical de façades de maisons, fonctionnent seulement une partie de la journée ensoleillée : soit le milieu, soit le début, soit la fin, selon l'orientation de la façade. Trois versions, moins habituelles, de cadrans solaires connus peuvent fonctionner tout le long du jour, donc être dit panoramiques : 1 - les cadrans horizontaux, 2 - les cadrans équatoriaux, 3 - les cadrans "hémisphériques" ou "sphères armillaires" (appellations d'ailleurs impropres car il s'agit de surfaces cylindriques et non spheriques ; "équatorial cylindrique" serait plus approprié). Mais pour les deux premières, l'ombre du style s'allonge à l'infini, pour l'un au lever et au coucher du soleil, pour l'autre aux équinoxes : ils ne se prêteraient pas à une lecture directe de l'heure légale par la transformation dont il sera question ci-après. Par contre la troisième version sty prête, nous le verrons. Expose de l'invention A - La première caractéristique du produit : lecture directe de l'heure légale, est realisable pour les cas les plus généraux, mne non panoramiques, sur toute surface éclairée par le soleil quelques heures dans la journée. Les lignes horaires d'un tel produit sont tout simplement le lieu, tout au long de l'annee à la mne heure légale de chaque jour, de l'ombre projetee par le soleil sur une surface quelconque, de la pointe d'un style quelconque. Pour chaque heure, ce lieu dessine une sorte de 8, qui oorrespond à la meridienne de temps moyen des astronomes, traduction de "ltéquation du temps". La surface de projection de l'ombre peut être un plan horizontal, incline ou vertical, et dans ce dernier cas : plein sud, plein est ou plein ouest ; "déclinant est" ou "déclinant ouest". La surface de projection peut aussi être courbe régulière cylindre, sphère ... ; ou irregnliere : gauche, vallonnée, ou même comportant des "pliures". Le style peut être une simple tige se terminant en pointe, à peu près perpendiculaire à la surface, mais aussi toute autre forme, qui présente une pointe ou un point bien repérable, fixe par rapport à la surface de projection. La surface et le style une fois décides, les lignes horaires peuvent donc être effectivement tracées point par point, en posant un point sur l'ombre de la pointe du style à chaque heure de chaque journée ensoleillée d'une annee complète ; puis en joignant les points par une ligne continue. Pour lire l'heure les années suivantes, une ambigüité subsisterait entre les branches gauche et droite du 8, si au moins deux couleurs différentes ne les distinguaient ; la clarte de lecture est totale en prenant quatre couleurs, une par Saison. Par exemple : printemps vert, ete rouge, automne brun, hiver bleu : ces couleurs évoquent assez bien leur saison respective et sont de contraste equivalent sur fond clair. Les changements de couleur se font aux solstices (extrémités haut et bas des 8) et aux équinoxes (moitié du parcours des 8). Les dates des equinoxes : fin mars et fin septembre, sont pratiquement celles des changements d'heure, d'été et d'hiver, en France actuellement.La ligne d'équinoxe (qui est toujours une droite sur un plan) est donc aussi la ligne de changement d'heure : à partir de celle-ci on effectue un décalage de numérotation des heures entre le haut et le bas du 8 (fig. 1). Cela intègre l'écart D1. Si le changement d'heure était supprime, la numérotation des heures serait tout simplement la meme en haut et en bas du 8. Lorsque les surfaces de projection sont relativement simples (plans, cylindre...) ces lignes horaires en 8 peuvent être retrouves par le calcul, au moyen de la transformation systématique suivante. Les lignes horaires droites des cadrans solaires classiques, à heure locale, calculées en fonction de la latitude du lieu, sont tracees, et ensuite decalees en tenant compte de la longitude du lieu (intégration de l'encart D2), puis chaque ligne horaire décale est déformée en dessinant autour d'elle la méridienne de temps moyen en 8 donnez par les tables astronomiques (intégration de D3). Cette transformation est connue des astronomes, donc n'est pas revendiquée ici comme invention ; mais elle est très rarement appliquee et pratiquement inconnue du public, en raison sans doute de sa lenteur de réalisation, aussi bien point par point que par calcul. En effet, sauf exception, toutes les courbes en 8 doivent être redessinées entièrement chaque fois que l'on change de lieu, couvrant 40 km à la ronde pour une précision de 2 minutes de temps. La précision est limitée par le diamètre angulaire du disque solaire qui est d'un demidegré. 1 degré de longitude (75 km en France) correspond à 4 mn de temps. La précision théorique d'un cadran solaire est donc 2 mn de temps ; mais une variation d'une minute est très discernable. Actuellement son exécution rapide par calcul, à la demande, est envisageable au moyen de DAO (dessin assiste par ordinateur), donc commercialisable. B - La deuxième caracteristique du produit : panoramique, est réalisée par des formes adéquates de la surface de projection du style. Diverses formes sont possibles ; elles ont en commun la proprieté de recueillir à courte distance l'ombre de la pointe du style dans toutes les positions du soleil. Dans tous les cas il s'agit d'une forme creuse ou concave, en cuvette, limitée par un plan horizontal passant par la pointe du style. Une forme quelconque de ce genre, équipée de son style, peut fournir un cadran solaire à heure legale panoramique, en traçant point par point les lignes horaires tout au long de l'annee, tout comme dans le cas general. Cependant une commercialisation du produit requiert des formes géométriques simples qui se prêtent au calcul. Ces cuvettes peuvent être constituées de plusieurs plans de projections. La recherche de simplicite de calcul et d'exécution conduit à choisir des orientations remarquables de ces plans, par exemple - 4 plans : horizontal, vertical plein sud, vertical plein est, vertical plein ouest : Fig. 2. - 3 plans : vertical sud, vertical est, vertical ouest : Fig. 3 (et 9). - 3 plans : horizontal, vertical est, vertical ouest : Fig. 4 (et 10). - 3 plans : polaire (plan incliné plein sud, parallèle à la ligne des pôles), vertical est, vertical ouest : Fig. 5 (et 11). - 2 plans : vertical declinant est, vertical déclinant ouest Fig. 6 (et 12). Ces cuvettes peuvent aussi être constituees d'une surface de projection cylindrique unique, par exemple - cylindre polaire (ou equatorial cylindrique) : Fig. 7 (et 13). Dans ce cas particulier remarquablement simple, tous les 8 sont égaux et équidistants (Fig. 1) ; en changeant de longitude il suffit de translater l'ensemble dessine une fois pour toutes. Cette forme : cylindre polaire limité par un plan horizontal passant par la pointe du style, rejoint celle faisant l'objet d'un brevet précédent (Brevet français n" 87 10188). Mais le produit en question, faute de toutes les lignes horaires en 8, ne fournit la lecture de l'heure légale qu'indirectement, au prix de manutentions savantes et quotidiennes. - Cylindre vertical - Fig. 8 (et 14). Tous les exemples cités ont été effectivement calculs et réalises sous forme de prototypes portatifs opérationnels pour Besançon. Mais ils ne sont pas les seuls possibles. On peut concevoir des formes ou des orientations diffé-rentes, eventuellement plus compliquees, qui répondront également à la définition et à l'utilisation en question. Remarquons que la forme creuse en cuvette requise rejoint celle des "scaphes" de l'antiquite. C - Une troisième caractéristique est facultative mais ajoute un plus important : c'est la constitution des surfaces de projection en materiau translucide. L'ombre du style est alors visible non seulement sur la face avant de projection, mais aussi sur la face arriere (planche 4/4) : le champ de vision de l'heure est beaucoup plus grand que lorsque le matériau est opaque (Fig. 2). D - Un cadran solaire à heure légale panoramique de petites dimensions (portatif), possédant un plan vertical plein est (et plein ouest) peut servir de boussole de précision (dans la région pour lequel il est construit) à condition de disposer d'un niveau, d'une montre et... du soleil. On le pose sur un plan rendu horizontal grâce au niveau ; on l'oriente de façon à ce qu'il marque l'heure de la montre (de préference à une heure entière), le plan vertical est (ou ouest), étant parallèle au plan meridien contenant l'axe Nord-Sud geographique, materialise cette direction à moins de 0,5 près. Cette manoeuvre est d'ailleurs celle de la mise en place definitive du produit en un lieu choisi. E - Ce produit peut se concevoir de toutes dimensions, depuis le portatif pouvant servir de boussole, en passant par une dimension moyenne : modèle pour jardin public ou particulier, jusqu'au "monumental" visible de très loin. Il est aidant, pour l'interpolation des heures non entières, d'intercaler, entre les 8 horaires, les 8 des demi-heures (en pointillé leger par exemple pour maintenir la clarté de lecture). On peut y ajouter des lignes transversales de dates interessantes, en plus des lignes des dates de solstice et d'equinoxe (Fig. 1). Ces dates pourraient également figurer le long d'un des 8 s'il est de dimension assez grande pour supporter des surcharges d'ecritures. REMARQUE Les prototypes photographies font apparaitre le nom "soleilheur" qui est une marque déposée (le 28 juin 1991) désignant l'expression "cadran solaire à lecture directe de l'heure lSgale" et donnant le code de couleur par saison. Un "soleilheur" n'est pas nécessairement panoramique. REVENDICATIONS 1 - Cadran solaire permettant la lecture directe de l'heure légale, tout le long d'un jour ensoleille, caracterise en ce qu'il a une forme creuse, en cuvette, limitée par un plan horizontal passant par la pointe du style, cette cuvette étant constituee preférentiellement d'assemblage de surfaces simples (plan, cylindre), d'orientations simples (verticale, horizontale, polaire), pour faciliter le calcul des lignes horaires. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes horaires sont des 8 (méridiennes de temps moyen), dont l'ambiguite te de lecture est levee au moyen d'un repérage tel que des couleurs, les dites lignes étant calculées pour un lieu géographique determine ; la ligne transversale de changement de saison aux équinoxes est aussi la ligne de changement d'heure : la numérotation est alors decalee d'une unité entre le haut et le bas du 8. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parois de la cuvette sont en matériau translucide, de sorte que l'ombre du style et les courbes horaires soient visibles aussi sur la face arrière de la projection de l'ombre. 4 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une des formes contenant un plan vertical materialisant la direction Nord-Sud, permet, après mise au niveau puis mise à l'heure au soleil, de donner le Nord géographique avec une précision de 0,5V, en vue de son utilisation comme boussole.