historique de la mesure du temps

HISTORIQUE DE LA
MESURE DU TEMPS
L'héritage de l'Antiquité
Dès l'Antiquité, les hommes ont cherché à évaluer l'écoulement du temps rythmé par
les années, les saisons, les jours et les nuits.
Les premiers instruments de mesure connus sont les gnomons et les cadrans
solaires. Fondés sur le déplacement relatif du Soleil par rapport à la Terre, ils ne
pouvaient fonctionner que le jour, par temps ensoleillé, et n'indiquaient
qu'approximativement l'heure.
LE GNOMON
Le gnomon, simple piquet (ou style) planté verticalement dans le
sol et dont la direction de l'ombre portée situe très approximativement le
moment de l'observation par rapport à la durée du jour, est l'ancêtre du
cadran solaire.
Il a permis la première " mesure " du temps car la direction des
ombres résulte du déplacement apparent du Soleil au cours de la journée.
On le trouve partout : Amérique, Afrique, Bornéo…
Cependant, en dépit de la division de la surface plane et
horizontale sur laquelle se projette l'ombre du style pour une meilleure
lecture, les choses sont moins simples qu'elles ne le paraissent : en effet,
la position du Soleil au-dessus de l'horizon varie selon les saisons et pour
une même heure, l'ombre portée n'a donc ni la même longueur ni la même
direction d'un jour à l'autre. Il faut savoir que l'ombre la plus courte de la
journée correspond à midi (passage du Soleil au méridien), que l'ombre la
plus courte de l'année détermine le solstice d'été et la plus longue, le
solstice d'hiver.
Cet appareil, dont le plus connu est chinois et remonte à 2400
avant J.C, était encore employé au Moyen-Age : il suffit d'observer les
tours et cloches des églises de l'époque…
LE CADRAN SOLAIRE
Le cadran solaire, instrument dérivé du gnomon. Le soleil
semble décrire, à vitesse constante, une trajectoire courbe
appartenant à la moitié d'une sphère ayant pour centre le lieu
d'observation.
Inventé par les Chaldéens, le polos, constitué d'une demi
sphère creuse avec une ouverture dirigée vers le zénith et d'une
petite boule symbolisant le soleil placée au centre de l'ouverture (la
boule se déplace, à vitesse constante, comme le Soleil, et des
graduations équidistantes portées sur la surface sphérique
indiquent des périodes de temps égales) a été ensuite adopté par
les Grecs, puis plus tard par les Romains qui construisirent des
cadrans comportant douze graduations égales qui correspondaient
à une journée ensoleillée, dont la durée varie au cours de l'année.
Deux aménagements ont permis de le perfectionner :
en orientant le plan du grand cercle de la demi sphère parallèlement à l'axe du monde, ce qui
revient à l'incliner d'un angle égal à la latitude du lieu;
en dirigeant la tige diamétrale vers l'étoile Polaire. L'ombre portée de cette tige parcourt alors,
cette fois, la surface sphérique selon un mouvement uniforme selon le jour de l'année.
De plus, il existe plusieurs sortes de cadrans solaires : horizontaux, verticaux,
équatorial, etc.…
La science de l'homme progresse d'un grand pas quand il découvre qu'il peut se
passer du Soleil pour repérer l'écoulement du temps.
En outre, des cadrans solaires portatifs ont été également construits : certains
pouvaient comporter une boussole afin de les orienter avec précision ; d'autre étaient gravés sur
le couvercle du boîtier des montres afin d'en faciliter la remise à l'heure.
LA CLEPSYDRE
Dans une clepsydre, le temps est évalué par l'écoulement
régulier d'une quantité d'eau déterminée : C'est une horloge à eau
connue aussi bien des Egyptiens que des Amérindiens ou que des
Grecs.
Un vase percé d'un trou laisse couler de l'eau. Des
graduations situées à l'intérieur permettent de mesurer des intervalles
de temps. Cette clepsydre a une forme évasée, plus large en haut, car
le débit de l'eau est plus grand quand la hauteur est grande.
Si le cadran solaire donne l'heure pendant le jour, la
clepsydre fait la même chose la nuit et lorsqu'il n'y a pas de soleil, et
elle mesure en plus des durées plus brèves avec une bonne précision.
Par la suite, la clepsydre a évolué lorsque le physicien grec
Ctésibios, vers 270 avant J.C, utilisa deux récipients pour avoir un
débit constant.
Cette "mesure" du temps tient une place importante dans la
vie des cités : elle sert à limiter la durée des discours ou des
plaidoiries pour la politique, la polémique, la justice. Quelques
exemples de célèbres clepsydres : celle offerte par le calife de Bagdad
à Charlemagne en 807 et la gigantesque réalisée par Su Sung pour
l'empereur de Chine, vers 1090, de plus de 10 mètres de haut
Du moyen Age au XXème siècle
LE SABLIER
Tout d'abord, au VIIième siècle, le sablier apparaît.
Il est moins précis que la clepsydre, mais il fonctionne
encore lorsqu'il fait froid ou qu'il gèle.
Il n'a pas de graduations pour indiquer l'heure. On ne
l'utilise que pour mesurer des durées, ce qu'il fait avec une bonne
précision tout de même. Son inconvénient est qu'il faut souvent le
retourner pour mesurer des intervalles de temps relativement longs.
Il est aussi un bon complément des deux instruments que
nous venons de citer. Pour exemple, Christophe Colomb l'utilisa sur
son navire en 1492 pour connaître l'heure et faire le point sur sa
situation (même si la position qu'il calculait restait bien loin de la
réalité !)
Plus près de nous, deux cents ans plus tard, en Flandre,
on trouve un sablier accroché au mur de certaines écoles. Il indique
la durée de l'exercice ou d'une leçon. Le sable, comme le temps, ne
s'écoule pas bien vite pour les élèves qui sèchent !
De nos jours, il est encore utilisé dans nos cuisines pour
préparer les " œufs à la coque "…
LA BOUGIE
Ensuite, la bougie et utilisée à la fois pour s'éclairer la nuit et pour
connaître l'heure, à l'aide de graduations. Elle fait le bonheur des
insomniaques. Sans être précise sur de longues durées, elle est précise
pour des durées plus courtes.
En Chine, on trouve de magnifiques horloges à combustion de
bâtons d'encens. La lampe à huile joue le même rôle. Les graduations de
temps sont peintes ou gravées sur le réservoir.
De nos jours, cela est toujours utilisé pour certaines ventes aux
enchères. En effet, à la mise à prix on allume la bougie et lorsqu'elle
s'éteint, la vente s'arrête. Cela a donné le nom de "vente à la bougie"
LES HORLOGES
Puis, au XVIIième siècle apparaissent les premières horloges :
elles n'ont pas forcément un cadran et ne possèdent qu'une aiguille, celle
des heures.
L'énergie nécessaire au fonctionnement de l'horloge est fournie
par la chute d'un poids. Elle met en rotation un cylindre qui, par un
système de roues dentées, fait tourner les aiguilles. Mais le poids tombant
de plus en plus vite, l'horloge n'est pas précise. Pour que cette chute se
produise lentement et régulièrement, les horlogers doivent inventer un
dispositif spécial : c'est l'échappement.
Puis on ajoute un système qui commande l'échappement à
intervalles de temps réguliers : c'est le balancier. Grâce à lui, la précision
des horloges va passer en quelques années d'une demi-heure par jour à
quelques secondes. C'est le balancier qui provoque le tic-tac
caractéristique des horloges mécaniques. C'est ainsi qu'à partir du
XVIIIème siècle, les horloges mécaniques remplacent les autres moyens
de mesure du temps.
Pour fabriquer des horloges portatives, les futures montres, il
faudra échanger le poids, trop encombrant, par un ressort en forme de
spire et le pendule par un balancier en forme de roue : la révolution
française de 1789 voit la prolifération des montres plates de poche…chez
les riches, à la suite des travaux d'un horloger suisse, installé en France,
Bréguet. On assiste alors à un véritable travail d'art sur chaque modèle,
combinant les formes délicates, les gravures en or et argent et les
insertions de pierres précieuses.
LE CHRONOMETRE
Enfin, l'invention du chronomètre par un charpentier-horloger
anglais, John Harrison, qui en 1734 construit un énorme chronomètre de
marine de 32.5 kg, pour lequel il reçoit une grosse somme d'argent, apporte
une grande évolution dans la marine. En 1764, avec son prototype n°5,
l'erreur angulaire n'est plus que de 5.2 secondes (soit une distance de
1850m) pour un voyage de deux mois. A terre, le français Pierre Le Roy est
considéré comme le père du chronomètre moderne, d'une conception
différente de celle de Harrison.
De nos Jours
Les horloges à quartz
Une horloge à quartz est un dispositif qui met en jeu un
oscillateur électrique : le quartz. Alimenté par une pile, celui-ci vibre à
une fréquence très précise de 32 768 Hz. Un circuit diviseur de
fréquence permet d'obtenir une impulsion par seconde. Les
impulsions sont ensuite transmises soit à un système mécanique
permettant de faire tourner les aiguilles, soit à un système
électronique permettent d'afficher l'heure.
De même, dans les montres à quartz, le mouvement du
balancier est remplacé par les vibrations d'un cristal de quartz,
entretenues par l'énergie fournie par une pile électrique. Chaque
vibration du quartz provoque à son tour un petit courant électrique.
Dans une montre à quartz à aiguilles, ce courant fait
tourner un moteur qui entraîne le mécanisme des aiguilles. Comme
dans une montre mécanique, un système de roues dentées permet
aux aiguilles des heures, des minutes et des secondes de tourner à
des vitesses différentes.
L’horloge atomique
D'autre part, l'instrument de " mesure " du temps le plus
précis est l'horloge atomique. La première fut fabriquée en 1947.
Depuis 1967, c'est l'horloge atomique au césium qui sert à définir
la seconde, l'unité du système international. Ces horloges dérivent
de moins d'une seconde en 3000 ans.
Pourquoi a-t-on besoin de mesurer le temps de façon
aussi précise ?
Afin que les satellites relaient un maximum de
communications dans un minimum de temps, on découpe les
messages transmis en tranches de quelques millionièmes de
seconde.
Il faut donc que l'horloge de l'ordinateur décodeur du
satellite soit très précise. La précision des horloges est également
cruciale pour la navigation aérienne. Le système G.P.S, utilisé
pour se repérer à la surface du globe, fonctionne avec de telles
horloges.
Nous avons donc besoin d'horloges précises pour la
communication