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Le secret du cadran solaire
Les visiteurs attentifs du Château de Verduno auront pu contempler un magnifique cadran solaire sur la façade visible depuis le jardin. Le motif constituant le fond de cette page est tiré de la photo que vous pourrez voir en cliquant sur l'image ci-dessous.
l'image moyenne la grande image
Si la lecture de l'heure sur le cadran de gauche ne pose pas de problème a priori, la signification et l'utilité du cadran de droite méritent quelques explications. Le texte (en italique) et la plupart des illustrations qui suivent ont été tirés du cours polycopié de Monsieur Éric Lindemann, professeur de physique au Gymnase de Nyon (avec l'accord de l'auteur; qu'il en soit ici chaleureusement remercié !). Sur la base de ce cours, un livre a été publié sous le titre: "MÉCANIQUE. Une Introduction par l'Histoire de l'Astronomie", aux Éditions DeBoeck Université (1999).
LE MOUVEMENT SOLAIRE ANNUEL DANS LE CIEL DIURNE
La trajectoire diurne du Soleil sur l'horizon varie au cours des saisons. Lors du solstice d'été, le Soleil se lève au Nord de l'Est, passe haut sur le méridien à midi et se couche au Nord de l'Ouest. Aux équinoxes, il se lève juste à l'Est et se couche exactement à l'Ouest. Lors du solstice d'hiver, il se lève au Sud de l'Est, passe bas sur le méridien et se couche au Sud de l'Ouest.
Observation de l'ombre avec le gnomon
Le gnomon est un cadran solaire élémentaire; il est constitué simplement d'un bâton vertical dont on observe l'ombre au sol. On peut observer l'évolution du mouvement diurne de l'ombre du gnomon tout au long de l'année.
On observera la variation de la longueur des ombres à midi, mais on s'apercevra aussi que l'ombre n'est pas alignée sur la direction Nord-Sud tous les jours à midi.
L'heure légale est définie par les fuseaux horaires. L'heure solaire vraie est celle que donne le gnomon ou tout autre cadran solaire. Mais le Soleil a un mouvement apparent qui se fait à vitesse variable. Le jour solaire vrai a donc une durée variable. C'est pour cela que l'on définit une jour solaire moyen, le Soleil moyen étant un astre fictif supposé se déplacer à vitesse constante sur la voûte céleste.
L'heure du Soleil moyen est liée à l'heure légale par une différence constante qui dépend de la longitude du lieu.
La courbe de la figure a) ci-dessous est celle que l'on obtiendrait en dessinant chaque jour la position d'une ombre à midi. Elle montre les écarts entre le Soleil vrai et le Soleil moyen et s'appelle une analemne (ou analemme). Elle permet en fonction de la date de corriger l'heure donnée par un cadran solaire. On a marqué sur l'analemne ci-dessous les dates des solstices et des équinoxes ainsi que celles où l'écart entre l'heure du Soleil vrai et celle du Soleil moyen est maximal. La figure b) montre l'analemne peinte sur la façade du Château de Verduno.
|figure a)||figure b)|
L'écart entre Soleil vrai et Soleil moyen peut aussi se mettre sous la forme plus simple de l'équation du temps. Sur la figure ci-dessous est représentée la forme graphique de l'équation du temps. On peut facilement y lire ces écarts en fonction de la date et voir quand ils sont maximums, minimums ou nuls.
Pour terminer voici une animation QuickTime, réalisée au moyen du logiciel "Starry Night", qui permet de voir l'évolution au cours de l'année de la position du Soleil à midi au-dessus de l'horizon lausannois . Analemne
Pourquoi cette trajectoire en forme de 8 ? En consultant le site de l'Université de Genève (http://www.unige.ch/science-cite/astroqr), on découvre que la question passionne d'autres personnes, et on trouve la réponse d'un astronome (<email-pii>) :
(http://www.unige.ch/science-cite/astroqr/R89.html)
Par Bernard Jayet (12.10.01) --> email me !