Conception et réalisation de cadrans solaires
Les cadrans solaires sont l’expression directe des mouvements de notre système solaire.
En effet, si sur la Terre, nous voyons le Soleil tourner autour de nous, son mouvement apparent est axé autour du style de (presque) tous les cadrans solaires du monde.
En gnomonique, la science des cadrans solaires, on dit que le Soleil tourne autour de la Terre. C’est une convention qui a pour but de simplifier les raisonnements et les calculs. Mais en réalité, c’est bien la Terre qui tourne autour du Soleil.
Une infinie diversité de cadrans solaires
Il existe de nombreux modèles de cadrans solaires « classiques » :
horizontaux, verticaux méridionaux ou septentrionaux, obliques, équatoriaux, cylindriques, analemmatiques, méridiennes du temps moyen…
On trouve également des cadrans résolument plus modernes qui vont utiliser des fibres optiques, des structures complexes par exemple.
La précision d’un cadran solaire est d’une vingtaine de secondes.
La réalisation d’un cadran solaire nécessite 2 métiers ou compétences qui sont souvent exercés par la même personne, mais pas toujours :
* Le gnomoniste conçoit le cadran pour un endroit unique sur la Terre.
* Le cadranier réalise le cadran.
Nous sommes encore à la croisée de l’Art et de la Science.
Des cadrans solaires universels
Le modèle de cadran solaire le plus facile à réaliser est le cadran équatorial. Son style est parallèle à l’axe de rotation de la Terre et le plan où se trouvent les lignes horaires est parallèle à l’équateur. Les lignes des heures sont régulièrement espacées. C’est l’équivalent d’un cercle que l’on tracerait sur le sol au Pôle Nord ou au Pôle Sud avec un style planté à la verticale. À ces endroits précis, il est aisé de comprendre que l’on fait un tour sur soi-même en 24 heures… Le cadran équatorial peut être placé n’importe où sur notre planète. Il suffit de bien l’orienter pour qu’il soit parallèle au dispositif placé sur un Pôle. Il peut être réglé en heure solaire ou en heure légale.
Des cadrans solaires uniques
Un peu plus complexe, les cadrans solaires horizontaux restent relativement facile à concevoir. Il faut juste prendre en compte le Sinus de la latitude du lieu où l’on veut les implanter ainsi que la Tangente de la ligne horaire que l’on veut tracer. Voici la formule à appliquer :
a = Arctg [sin (Latitude) x tang ( n x 15° )]
a = angle de la ligne horaire pour une heure donnée
n = heure pour laquelle on calcule l’angle de la ligne horaire
Mal à la tête déjà !? C’est pas grave…
On va le tracer par la méthode géométrique et on oublie l’algèbre. Il suffit de savoir se servir d’une règle, d’un compas et d’un rapporteur. Il sera tout aussi précis. Laissons l’algèbre aux puristes…
Des cadrans solaires surprenants
Pas plus compliqué mais tellement plus original : le cadran cylindrique. Un cylindre, un chapeau et une calculatrice plus tard, voici un objet qui éveillera la curiosité de tous ceux qui le verront…
Nous pouvons aussi très facilement tracer au sol un cadran analemmatique. On apprend à tracer une ellipse avec une cordelette. Un petit coup de calculatrice et le tour est joué. C’est l’observateur qui joue le rôle du style en se plaçant à l’endroit précis correspondant au jour de l’observation. Un cadran très ludique qui ne trouvera que l’imagination comme limite à sa décoration.
Le cadran vertical est le plus complexe à concevoir et à réaliser. En effet, il faut prendre en compte la latitude du lieu et l’orientation du mur où il est fixé. Le style, toujours parallèle à l’axe de rotation de la Terre, se trouve alors dans une position à déterminer.
Pour une intervention scolaire, il faut 2 heures pour que chaque élève reparte avec son cadran équatorial et 3 heures pour réaliser un cadran horizontal.
La conception et le tracé d’un cadran analemmatique au sol prend 2 heures.
Pour une intervention complète, il est important de prévoir 2 heures supplémentaires pour expliquer les rudiments de la mécanique céleste, et surtout prendre le temps de répondre aux nombreuses questions qui fusent habituellement…
Interventions, en concret
Atelier « Cadrans solaires »
Durée : 2 heures
+ Théorie et expérimentation mécanique céleste : 1 heures
+ Atelier « Cadrans solaires » : 1 heures
Niveau : à partir du CM1
Nombre d’élèves optimal : 1 classe
Nombre d’élèves maxi : 5 classes
Espace nécessaire mini : 1 salle de classe
Espace nécessaire optimal : gymnase, terrain de rugby, pas de maxi
Équipement vidéo projection : utilisation du matériel en place
Temps d’installation : 5 min
Matériel à fournir : tables et chaises pour bricoler, chaque élève apporte « son » plateau pour réaliser son cadran équinoxial et « son » cylindre pour un cadran à chapeau.
Le cadran solaire virtuel
Il vous donne l’heure à la seconde près pour la France métropolitaine (sauf s’il fait nuit à Cordes sur Ciel…).
Chiffres arabes = heure d’été
Chiffres romains = heure d’hiver
Réalisation: Trespes