Histoire de la mesure du temps - Ning Mui Kung Fu Organisation

Histoire de la mesure du temps - Wikipédia
Histoire de la mesure du temps
L’histoire de la mesure du temps par l'Homme remonte à
ses origines [réf. nécessaire] . La mesure du temps a toujours été
une de ses préoccupations majeures [réf. nécessaire] , notamment
pour organiser la vie sociale, religieuse et économique des
sociétés. Les phénomènes périodiques du milieu où il vivait -
comme le retour du soleil avec les saisons ou le cycle lunaire
- ont servi de premières références.
Mais avec le temps, il s'est inspiré de phénomènes physiques,
dont il avait remarqué le caractère périodique, pour concevoir
et mettre au point des dispositifs de mesure du temps de plus
en plus précis. Les horloges mécaniques en sont un exemple,
qui permirent aux hommes de connaître l'heure à tout
moment et en tout lieu.
Sommaire
L'observation de la Terre
Pour se repérer dans le temps, les hommes se sont donc tout d'abord basés sur les phénomènes
périodiques terrestres. Les premiers hommes comptaient les hivers ou les étés pour restituer les
évènements passés [réf. nécessaire] . Le calendrier a tout naturellement découlé de ces observations.
Le calendrier
1 L'observation de la Terre
1.1 Le calendrier
1.2 Du gnomon au cadran solaire
2 Périodicité des phénomènes physiques
2.1 La clepsydre et le sablier
2.2 L'horloge mécanique
2.3 Le pendule et le ressort spiral
2.4 Vers un outil de mesure déplaçable...
2.5 L'horloge pour tous
2.6 Les moyens modernes
3 Notes et références
4 Bibliographie
5 Lien externe
L'horloge de Big Ben
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La mise en place d'un calendrier est difficile. En
effet, la majorité de ceux-ci sont définis par
rapport au Soleil ou à la Lune. Or, une année solaire compte environ 365,24219 jours et un mois
1
lunaire environ 29,53 jours. On comprend donc la difficulté pour diviser une année en parts égales.
Plusieurs calendriers se sont succédé ou ont coexisté à travers l'Histoire. On peut citer notamment les
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calendriers romain, julien, grégorien, orthodoxe,
hébreu, musulman, copte, hindou, égyptien,
hahai's, zoroastrien, inca, chinois ou encore
républicain. Chaque grande civilisation a eu son
propre calendrier ; c'était un moyen de marquer
son époque.
Les premières traces de véritables calendriers
« nationaux » remontent à l'Égypte et aux Mayas
et Aztèques, chez qui les prêtres étaient aussi
astronomes et possédaient, pour ce qui est de ces
derniers, un calendrier bien plus précis qu'en
Europe à la même époque.
En -45, Jules César demande à l'astronome grec Sosigène d'Alexandrie de réformer le calendrier
romain peu précis. Il crée ainsi le calendrier julien qui innove, créant les années bissextiles. La durée
moyenne d'une année est donc de 365,25 jours, ce qui se rapproche de la véritable année
astronomique, avec un décalage de seulement trois jours tous les 400 ans.
Mais en 1582, le calendrier julien accusait déjà un retard de 11 jours sur le temps astronomique. Pas
assez pour que les gens en soient affectés mais suffisant pour que les religieux aient la sensation de
ne plus fêter Pâques à la bonne date. Le Pape Grégoire XIII s'adresse à l'astronome Luigi Giglio qui
propose que les années centenaires ne soient bissextiles que si elles sont divisibles par 400; de plus il
fixe la date de l'équinoxe de printemps au 21 mars. Il donne ainsi naissance au calendrier grégorien
que nous utilisons actuellement. La durée moyenne d'une année du calendrier grégorien est de
365,2425 jours, ce qui se rapproche encore plus précisément de la véritable durée de l'année
astronomique 365,2422… jours. Sa mise en place entraîna aussi la suppression de 11 jours pour
corriger le décalage existant entre les dates des saisons et leur occurrence réelle.
Le calendrier est très important d'un point de vue religieux. Les fêtes catholiques et les fêtes
orthodoxes sont décalées de 13 jours actuellement, l'Église orthodoxe n'ayant pas adopté le
calendrier grégorien.
Du gnomon au cadran solaire
Un calendrier romain
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Les premiers à s'être préoccupés de la division du jour
en unités de temps sont les Égyptiens, mais d'abord
dans un but religieux. La première période divisée en
« heures » fut la nuit, il y a environ quarante et un
siècles. Pour repérer l'écoulement du temps, le ciel
avait été divisé en 36 décans associés à des divinités,
chaque décan consistait en une ou plusieurs étoiles. Les
observateurs nocturnes surveillaient le défilé des
décans ; et suivant l'époque de l'année le nombre de
décans visibles du crépuscule à l'aube était variable. Au
Un cadran solaire
solstice d'été, quand les nuits sont les plus courtes et
lorsque le lever héliaque de Sirius approche, seuls
douze décans étaient observables avec certitude, les
autres se perdaient dans les lueurs du levant ou du couchant. Vers 2100 avant notre ère il fut décidé
de ne conserver que l'observation de douze décans au cours de la nuit : celle-ci fut ainsi divisée en
douze parties qui furent maintenues toute l'année. Ainsi la première période, autre que l'année,
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précisément jalonnée fut la nuit et non le jour. Mais cela ne concernait que le pharaon, et sa relation
avec les dieux. On a retrouvé dans des sarcophages des tableaux donnant les décans divisant la nuit
en douze parties.
Six siècles plus tard les textes indiquent une division du jour également en douze heures, sans doute
par symétrie avec la nuit. À cette division est associé le premier véritable cadran solaire connu : c'est
une pièce en forme de « L ». Elle s'oriente dans la direction est-ouest, l'ombre projetée par le
montant vertical sur l'autre partie indique les heures de part et d'autre de midi. Les graduations sont
fixes et ne tiennent pas compte de l'influence de la saison : une journée est divisée en douze heures
quelle que soit sa durée. Les heures indiquées n'ont donc pas la même longueur tout au long de
l'année, plus longues l'été que l'hiver. En Égypte l'écart est assez faible (40 %) pour ne pas être trop
sensible (contrairement à l'Europe occidentale où, entre l'hiver et l'été, la durée du jour varie du
simple au double). Cette division en deux fois douze heures est conservée et adoptée par les
Chaldéens vers le VII siècle av. J.-C. puis se répand en Grèce et se perpétue par la suite, jusqu'à nos
jours. Nos 24 heures sont égyptiennes.
Le système de numération babylonien était sexagésimal, la division de l'heure et des minutes a repris
ce système. Ainsi, l'heure est divisée en 60 minutes et la minute en 60 secondes. Soixante est un
nombre qui a la particularité d'avoir un grand nombre de diviseurs entiers (1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15,
20, 30 et 60), ce qui facilite les calculs astronomiques.
Périodicité des phénomènes physiques
Mais l'Homme ne s'est pas contenté d'observer et d'utiliser la nature [réf. nécessaire] . Il a aussi su
utiliser son sens de l'observation et son intelligence pour concevoir des instruments de mesure du
temps qui ne se basent pas forcément sur des phénomènes naturels qui ne sont pas sous son contrôle.
Les usages de la vie quotidienne (temps de parole dans un conseil, un procès, sonneries des cloches
pour les heures des offices, réunions de conseils de villes, le couvre-feu, etc.) lui en fournirent la
motivation.
La clepsydre et le sablier
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Les Égyptiens utilisaient la clepsydre, grand vase percé à sa base,
gradué à l'intérieur et qui laisse échapper un mince filet d'eau. Les Grecs
l'ont perfectionnée pour la rendre plus précise. Ils lui ont ajouté un
cadran et une aiguille, la transformant en un véritable instrument de
mesure.
D'origine inconnue, le sablier est basé sur le même principe que la
clepsydre, excepté que l'eau est remplacée par du sable. Il sert plus à
mesurer des intervalles de temps qu'à indiquer l'heure. Une anecdote
couramment citée est celle de Christophe Colomb qui, en 1492, lors de
son voyage vers l'Amérique, utilisait pour faire le point un sablier qu'il
retournait depuis son départ toutes les demi-heures.
Ces outils devenant peu précis sur de longues périodes et les écarts de
temps s'accumulant, il devenait urgent que les scientifiques trouvent une
solution.
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Reconstitution d'une
ancienne clepsydre
grecque
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L'horloge mécanique
Les premières horloges mécaniques apparaissent au XIV siècle. Au début, elles sonnent les cloches,
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n'ont pas de cadran et, lorsqu'elles en seront dotées au XV siècle, il n'y aura qu'une aiguille, celle
des heures.
Ces premières horloges consistent schématiquement en un poids moteur qui entraîne un train
d'engrenages, lequel fait accessoirement tourner la ou les aiguilles. Le tout ne constitue une horloge
que si l'on sait réguler la chute du poids. C'est l'apparition de l'échappement qui va transformer ce
simple assemblage d'engrenages en véritable horloge. L'échappement permet alternativement de
libérer puis de bloquer la chute du poids, grâce à un mécanisme oscillant.
Dans ces premières horloges, ce mécanisme est un foliot, simple tige aux extrémités de laquelle sont
accrochés deux masses, qui peut osciller horizontalement autour d'un axe vertical la supportant en
son milieu. Les masses lui confèrent l'inertie nécessaire pour stopper la chute du poids. Solidaires de
l'axe d'oscillation, deux palettes viennent alternativement bloquer la roue de rencontre (qui donne
2
son nom à ce premier type d'échappement) qu'entraîne le poids moteur .
Ce mécanisme très ingénieux est aussi très délicat à régler précisément ; frottements et chocs sont
importants, difficiles à maîtriser. Et surtout, chacun des éléments participe de façon indiscernable
aux deux fonctions motrice et régulatrice.
Le pendule et le ressort spiral
Parmi de nombreux autres phénomènes, Galilée étudia le pendule oscillant et nota que la période (la
durée d'un aller et retour complet) du pendule semblait être remarquablement constante pour un
pendule donné. Il dessina en 1641 un projet d'horloge réglée par un pendule oscillant sans la
construire. Ce sont finalement Christiaan Huygens et Salomon Coster qui construisirent la première
horloge à pendule en 1657.
Le progrès technique est important ; le progrès conceptuel l'est encore plus. Les fonctions régulatrice
et motrice sont clairement identifiées et séparées, ce qui va rendre possible des réglages précis. Les
premières horloges retardent la chute d'un poids grâce à un mécanisme oscillant irrégulier au travers
d'un échappement. Les horloges à pendule entretiennent le mouvement oscillant régulier du pendule
en prélevant au travers de l'échappement juste l'énergie nécessaire à un poids qui descend.
En 1675, Huygens invente également le ressort spiral, qui va jouer le rôle du pendule dans les
montres.
Vers un outil de mesure déplaçable...
La mesure du temps dans la marine est indispensable, comme le montre l'exemple de Christophe
Colomb. En particulier la détermination de la longitude impose de conserver à bord l'heure du port
e
de départ. À tel point qu'au début du XVIII siècle les gouvernements britannique et espagnol
offrirent de fortes récompenses au savant qui réussirait à construire un chronomètre transportable
ayant une précision et, surtout, une stabilité suffisante pour faire un point complet en mer. Car il est
impossible de faire fonctionner un pendule sur un bateau à cause du roulis.
Un tel instrument de mesure est inventé par l'horloger britannique John Harrison en 1737. Il crée un
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énorme chronomètre d'une précision et d'une stabilité étonnantes. Il remporte le prix en 1764
seulement avec son quatrième prototype, beaucoup plus compact dans sa forme, et qui, en deux mois
de voyage, ne se sera décalé que de quelques secondes, performance jamais atteinte jusque-là.
L'horloge pour tous
Au cours du XVIII siècle, il est de bon ton, quand on en a les moyens, de posséder une pendule. Le
raffinement de son décor et sa précision indiquent la richesse de son propriétaire. Cette précision
n'est d'aucune utilité dans la vie courante, mais le goût du « dernier cri » technologique n'est pas une
manie apparue au XX siècle. Au cours du XIX siècle, l'industrialisation de l'horlogerie permettra
petit à petit à tous de posséder une horloge ou une pendule. En même temps, la diffusion de l'heure
va se répandre avec le télégraphe et l'uniformisation du temps deviendra nécessaire en particulier
avec le développement du chemin de fer, qui oblige à synchroniser les horloges d'un pays entier.
Puis, le temps va aussi s'introduire dans les usines avec la mesure du temps de travail et de la
productivité.
Les moyens modernes
e
e e
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Désormais, les horloges mécaniques ne sont plus à l'ordre du jour sur le plan de la précision. Des
moyens plus précis et plus compacts ont été développés. En la matière, l'horloge à quartz a constitué
un véritable progrès.
Le quartz est une forme de dioxyde de silicium (SiO 2 ) qui abonde dans la nature. Comme tous les
matériaux rigides, il résonne à une fréquence qui lui est propre (par exemple 32 768 Hz pour les
quartz des montres courantes). De plus, sa dureté lui permet d'avoir des fréquences de vibrations
élevées, ce qui est très favorable pour la précision. Or lorsqu'un cristal de quartz vibre, de faibles
charges électriques apparaissent et disparaissent à sa surface. C'est l'effet piézo-électrique. Ces
charges sont détectées et servent à asservir et stabiliser le fonctionnement d'un oscillateur
électronique. La précision obtenue est dix fois plus importante que le meilleur des mécanismes
d'horlogerie mécaniques. Le premier oscillateur à quartz à fonctionner sur ce principe apparaît en
1933, mais sa taille est plus proche d'un réfrigérateur que d'une montre bracelet. Produit d'une grande
miniaturisation, cette dernière n'apparaît que dans les années 1970.
Mais pour répondre au besoin de précision croissant de
la science et des technologies de pointe, le quartz seul
se révèle encore trop imprécis. L'étape suivante sera
l'horloge atomique. Dans celle-ci, la stabilité d'un
oscillateur électronique ne repose plus sur les
oscillations d'un cristal seul, mais sur celles de l'onde
électromagnétique (de même nature que la lumière)
émise par un électron lors de sa transition d'un niveau
d'énergie à un autre à l'intérieur de l'atome. La première
horloge atomique apparut en 1947; elle utilisait les
transitions atomiques de la molécule d'ammoniac. Puis
Une horloge atomique au césium on eu recours au rubidium puis, surtout, au césium.
C'est ce dernier corps qui assure actuellement le
fonctionnement le plus exact et le plus stable pour une
horloge atomique. La première horloge au césium apparut en 1955. Depuis, elle n'a cessé de
s'améliorer. Les performances actuelles des horloges correspondent à un décalage d'une seconde tous
les 3 millions d'années. Les fontaines de césium à atomes froids sont dix fois plus performantes. Des
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transitions atomiques d'autres corps simples comme l'ytterbium, à des fréquences optiques beaucoup
plus élevées que la fréquence utilisée dans les horloges à césium, sont à l'étude dans le monde entier
et permettront de gagner encore un facteur de dix à cent.
La prochaine étape sera la miniaturisation des oscillateurs atomiques qui deviendront alors des
composants pouvant s'insérer dans une montre ou un récepteur GPS ou Galileo. L'organisme
américain du National Institute of Standards and Technology (NIST) travaille actuellement (2007)
3
dans ce sens .
Notes et références
1. ↑ la lunaison est la période des phases de la Lune ou période synodique de la Lune. Elle dure 29,53 jours et
c'est elle que l'on a utilisée pour tous les calendriers lunaires ou luni-solaires. Il ne faut pas la confondre avec la
période sidérale de 27,3 jours
2. ↑ (fr) Échappement à foliot et roue de rencontre, École normale supérieure de Lyon. Consulté le
9 janvier 2008
3. ↑ (en) Chip-Scale Atomic Devices at NIST
Bibliographie
Approche historique et technique :
� (en) David S. Landes, Revolution in Time. Clocks and the making of the modern world,
Viking 2000 (ISBN 0-670-88967-9). Une traduction française d'une édition antérieure existe
sous le titre L'Heure qu'il est. Les Horloges, la mesure du temps et la formation du monde
moderne, Gallimard, coll. Bibliothèque illustrée des histoires, 1987.
� G. Dohrn-van Rossum : L'histoire de l'heure, Ed. de la maison des Sciences de l'homme,
Paris, 1997.
Approche scientifique :
� C. Audoin, B. Guinot : Les fondements de la mesure du temps, Masson 1998. (ISBN 2-225-
83236-6).
Approche philosophique :
� Ernst Jünger, Le Traité du sablier, Christian Bourgois, 1995.
Lien externe
� (fr) Histoire de la mesure du temps. Consulté le 13 juillet 2008
� (fr) Les instruments de mesure du temps. Consulté le 13 juillet 2008
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