Horloge astronomique

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Détail du cadran de l'horloge astronomique de Prague. Cette horloge affiche les informations suivantes :
  • l'heure locale, indiquée par la main dorée sur les chiffres romains ;
  • l'heure diurne, en douzièmes de jour, désignée par la position du Soleil sur les courbes dorées ;
  • l'heure en anciennes heures tchèques, désignée par la main dorée sur les chiffres gothiques ;
  • la position du Soleil dans le ciel ;
  • la position de la Lune dans le ciel ;
  • la phase lunaire ;
  • le signe du Zodiaque courant, ainsi que le décan ;
  • le temps sidéral, indiqué par la petite étoile dorée ;
  • des automates se déclenchant à heures fixes.

Une horloge astronomique est une horloge qui affiche l'heure ainsi que des informations relatives à l'astronomie.

De façon générale, le terme fait référence à toute horloge qui affiche, en plus de l'heure, des informations astronomiques. Parmi celles-ci : les positions relatives du Soleil, de la Lune, des constellations du Zodiaque, les planètes les plus brillantes, ainsi que toutes sortes d'informations cycliques comme la durée du jour et de la nuit, l'âge et la phase de la lune, la date des éclipses (par l'indication des nœuds lunaires), de Pâques et d'autres fêtes religieuses, la date et l'heure des marées, l'heure solaire, le temps sidéral, la date des solstice, une carte du ciel, etc. Les horloges astronomiques sont parfois agrémentées de toutes sortes de symboles religieux, culturels, artistiques ou scientifiques, voire d'automates.

Les horloges astronomiques représentent généralement le système solaire selon un modèle géocentrique. Le centre du cadran comporte alors un disque ou une sphère représentant la Terre. Le soleil est souvent représenté par une sphère dorée tournant autour de la terre une fois par jour sur un cadran 24 heures. Cette représentation s'accorde à la fois à l'expérience de tous les jours et à la vision philosophique du monde en Europe pré-copernicienne.

Les horloges astronomiques ne doivent pas être confondues avec les régulateurs astronomiques, d'anciennes pendules utilisées dans des observatoires, de grande précision mais parfaitement classiques.

Histoire[modifier | modifier le code]

Article connexe : Histoire de la mesure du temps.
Miniature du XIVe siècle représentant l'horloger Richard de Wallingford effectuant une mesure à l'aide d'un compas.

Même s'il ne s'agit pas d'une horloge dans le sens traditionnel du terme, la Machine d'Anticythère en Grèce, au IIe siècle av. J.-C., est capable de calculer les positions du soleil, de la lune et des étoiles à l'aide d'un jeu complexe d'engrenages[1]. Selon Cicéron, au Ier siècle av. J.-C., Archimède et Posidonios construisent également des machines effectuant ces opérations[2].

Au XIe siècle sous la dynastie Song, l'horloger, ingénieur et astronome chinois Su Song créé une horloge astronomique hydraulique pour la tour-horloge de Kaifeng. Su Song y incorpore un mécanisme d'échappement et la plus ancienne transmission par chaîne sans-fin connue. les astronomes et ingénieurs musulmans contemporains construisent de nombreuses horloges astronomiques très précises pour leurs observatoires[3], comme le château-horloge (en) (une horloge astronomique hydraulique) d'Al-Djazari en 1206[4], ou l'horloge astrolabique d'Ibn al-Shatir (en) au début du XIVe siècle[5].

Les premiers développements d'horloges mécaniques en Europe ne sont pas bien connus, mais il semblerait que, vers 1300 - 1330, il en existe (alimentées par des poids plutôt que par de l'eau et utilisant un échappement) pour deux buts principaux : informer (chronométrage des services religieux et des événements publics) et modéliser le système solaire. Ce dernier but semble provenir des astrolabes, utilisés alors par les astronomes et astrologues, auxquels est appliqué un mécanisme d'horloge. Selon le médiévaliste Lynn White Jr., les premières horloges européennes sont moins des chronomètres que des expositions du cosmos, leur origine remontant aux planétaires, équatoires et astrolabes à engrenages[6].

Les horloges astronomiques de Richard de Wallingford à St Albans pendant les années 1330s[7] et de Giovanni Dondi à Padoue entre 1348 et 1364 sont des chefs-d'œuvre du genre. Elles n'existent plus, mais on en connaît des descriptions détaillées. L'horloge de Wallingford aurait mis en scène le soleil, la lune (âge, phase et nœuds), les étoiles et les planètes, ainsi qu'une roue de la Fortune et un indicateur des marées au pont de Londres. L'Astrarium de Dondi est une construction à sept faces comportant 107 parties mobiles, indiquant les positions du soleil, de la lune et des cinq planètes connues alors, ainsi que les fêtes religieuses. Ces premières horloges sont probablement moins précises que les souhaits de leurs concepteurs. La fabrication des engrenages nécessaires était au-delà des capacités de l'époque. De plus, avant le XVIe siècle, leur mécanisme de mesure du temps repose sur un simple échappement foliot, qui possède une erreur d'au moins une demi-heure par jour.

Les horloges astronomiques sont construites comme pièces de démonstration ou d'exposition, aussi bien pour impressionner que pour informer. Du fait de leur complexité, les horlogers continuent à en produire afin de mettre en avant leurs compétences techniques ainsi que la richesse de leurs mécènes. Leur message philosophique sous-jacent, un univers ordonné par la volonté divine, est en accord avec la vision du monde à l'époque, ce qui peut expliquer leur popularité.

L'intérêt croissant pour l'astronomie au XVIIIe siècle ravive celui des horloges astronomiques, moins pour leur message philosophique que pour leurs informations, plus précises que ce que peuvent produire les horloges à pendule.

Lecture[modifier | modifier le code]

Heure[modifier | modifier le code]

Schéma d'un cadran à 24 heures, souvent utilisé dans les horloges astronomiques.

La plupart des horloges astronomiques ont un cadran à 24 heures, numérotées de I à XII, puis à nouveau de I à XII. L'heure est indiquée par une sphère dorée ou une autre représentation du soleil, placée au bout d'une aiguille. Le midi local est généralement au sommet du cadran, minuit étant en bas. L'aiguille des minutes est rarement utilisée.

L'aiguille donne une indication approchée de l'azimut et de l'altitude du soleil. Pour l'azimuth, le sommet du cadran indique le Sud, les deux VI l'Est et l'Ouest ; pour l'altitude, le sommet est le zénith et les deux VI définissent l'horizon (ce design ne fonctionne que pour l'hémisphère nord). Cette interprétation n'est vraiment précise qu'aux équinoxes, toutefois.

Si XII n'est pas au sommet du cadran, ou si les nombres sont arabes plutôt que romains, l'heure peut être indiquée en heures italiques. Dans ce système, 1 heure se produit au coucher du soleil ; le décompte des heures se poursuit pendant la nuit et jusqu'à l'après-midi suivant, atteignant 24 une heure avant le coucher du soleil. Dans la photographie de l'horloge astronomique de Prague en introduction de cet article, l'heure indiquée par l'aiguille du soleil est proche de midi (XII en chiffres romains) ou de la 17e heure (heure italiques en chiffres arabes).

Calendrier et zodiaque[modifier | modifier le code]

L'année est représentée par les douze signes du zodiaque, placés soit dans un cercle concentrique au cadran horaire, soit dans un petit cercle excentré.

Si le cercle est excentré, il s'agit d'une projection de l'écliptique, le plan de l'orbite terrestre (ou le grand cercle de la trajectoire du soleil sur la sphère céleste), sur le cadran de l'horloge. À cause de l'inclinaison de l'axe de rotation de la terre sur son plan orbital, le cercle n'est pas centré et apparait déformé. Le point pour la projection stéréographique est le pôle Nord (sur un astrolabe, le pôle Sud est plus courant).

Le cadran écliptique effectue une révolution complète en 23 heures et 56 minutes (un jour sidéral) et se déphase graduellement avec l'aiguille horaire, dérivant lentement au cours d'une année.

La date est indiquée par l'intersection de l'aiguille horaire et du cadran écliptique : elle affiche le signe du zodiaque courant, la position du soleil le long de l'écliptique. Cette intersection se décale progressivement sur une année tandis que le soleil passe d'un signe à l'autre.

Dans la photographie de l'horloge astronomique de Prague en introduction de cet article, le disque solaire s'est récemment déplacé dans le Bélier après avoir quitté les Poissons. La date est donc fin mars ou début avril.

Si le cercle est centré, il tourne afin de s'aligner avec l'aiguille horaire ou possède une autre aiguille, effectuant une révolution par an, qui pointe vers le signe du zodiaque courant.

Lune[modifier | modifier le code]

Horloge de la cathédrale Saint-André de Wells : le cadran le plus interne, numéroté de 1 à 30, indique l'âge de la Lune ; sa phase est représentée par la fenêtre circulaire laissant apparaître une forme sombre. Ici, la lune est nouvelle : l'âge est entre 29 et 30, la fenêtre de phase est noire.

Un cadran portant les nombres 1 à 29 ou 30 indique l'âge de la Lune, le nombre de jours écoulés depuis la dernière nouvelle lune : elle croît et devient pleine vers le 15e jour, puis décroît jusqu'au 29e ou 30e jour. La phase est parfois indiquée par un globe ou hémisphère rotatif, ou une fenêtre qui revêt une partie d'une forme noire en dessous.

Lignes horaires[modifier | modifier le code]

Horloge astronomique de Bourges. Le cadran du bas comporte les lignes horaires permettant de connaitre la position du soleil dans le ciel.

Chaque jour, il est possible de diviser la période diurne en 12 « heures » égales, et la période nocturne en 12 autres heures. En Europe, le jour est plus long que la nuit en été : chacune des 12 heures diurnes est alors plus longue qu'une heure nocturne. Cette durée s'inverse en hiver, lorsque les jours sont plus courts que les nuits.

Ces heures sont indiquées par des lignes courbes rayonnant d'un petit cercle concentrique au cadran principal de l'horloge (les heures nocturnes ne sont souvent pas représentées). L'intersection de l'aiguille horaire avec ces lignes permet de lire l'heure diurne. Ce procédé permet également de déterminer la position du soleil dans le ciel, ainsi que d'estimer le temps restant avant son coucher.

Éclipses et nœuds lunaires[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Aiguille du dragon.
Horloge du musée alsacien de Haguenau. Une aiguille stylisée en forme de dragon indique la position des nœuds de la lune. Ici, le nœud ascendant est dans le Capricorne, le nœud descendant dans le Scorpion. La Lune est dans le Sagittaire et le soleil entre le Lion et le Scorpion.

L'orbite de la Lune autour de la terre et l'orbite de la Terre autour du soleil ne se situent pas dans le même plan. La Lune traverse le plan de l'écliptique deux fois par mois, la première fois lorsqu'elle s'élève au-dessus (nœud ascendant), la deuxième fois environ 15 jours plus tard lorsqu'elle passe en dessous (nœud descendant). La droite qui relie ces deux points est la ligne des nœuds lunaires. La Lune met environ 27,2 jours à passer au même nœud de son orbite, une période appelée mois draconitique. La précession des nœuds lunaires (principalement provoquée par l'aplatissement de la Terre) conduit la ligne des nœuds à tourner lentement sur le plan de l'écliptique en près de 19 ans, provoquant leur mouvement rétrograde sur la sphère céleste).

Les éclipses lunaires ou solaires ne peuvent se produire que lorsque la Lune est située à proximité de l'un de ces deux nœuds, et qu'en plus la ligne des nœuds lunaires est dirigée vers le Soleil.

Certaines horloges astronomiques indiquent la position des nœuds lunaires sur l'écliptique à l'aide d'une aiguille particulière en forme de dragon, appelée « aiguille draconitique » ou « aiguille du dragon » (en référence à la légende du monstre censé dévorer périodiquement la Lune et provoquer les éclipses). La tête du dragon, crachant des flammes, affiche le nœud ascendant, tandis que sa queue indique le nœud descendant. Cette aiguille effectue une lente rotation autour du cadran écliptique en 19 ans.

Si elles comportent également un moyen de connaitre la phase lunaire et la position de la Lune sur l'écliptique, les horloges astronomiques possédant une telle aiguille indiquent les chances qu'une éclipse survienne quelque part dans le monde :

  • une éclipse solaire est possible si l'aiguille de la lune est alignée sur celle du dragon lors d'une nouvelle lune ;
  • une éclipse lunaire est possible si l'aiguille de la lune est alignée sur celle du dragon lors d'une pleine lune.

Aspects astrologiques[modifier | modifier le code]

Horloge astronomique de Brescia : le centre du cadran indique certains aspects.

Les aspects, angles privilégiés entre deux corps célestes, possèdent une certaine importance en astrologie. Certaines horloges font apparaitre les aspects usuels à l'intérieur du cadran central, chaque ligne marqué par un symbole particulier (triangle, carré, hexagone, conjonction, opposition). Si sur un astrolabe, les différents aspects peuvent être alignés sur n'importe quelle planète, le disque les portant sur une horloge astronomique ne peut être tourné à volonté : une horloge n'affiche généralement que les aspects du soleil ou de la lune.

Sur la photographie ci-contre de l'horloge astronomique de Brescia, les triangles, carrés et étoiles au centre du cadran affichent les aspects (trigone, carré et sextile) de la lune.

Exemples[modifier | modifier le code]

Horloges[modifier | modifier le code]

Par pays[modifier | modifier le code]

Horloges monumentales[modifier | modifier le code]

  • République tchèque :

Horloges d'intérieur[modifier | modifier le code]

Horlogers[modifier | modifier le code]

Parmi les concepteurs d'horloges astronomiques :

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Joseph Needham, Science and Civilization in China: Volume 4, Physics and Physical Technology, Part 2, Mechanical Engineering, Taipei, Caves Books Ltd.,‎ 1986
  • (en) John North, God's Clockmaker, Richard of Wallingford and the invention of time, Hambledon and London,‎ 2005
  • (en) Tor Sørnes, The Clockmaker Rasmus Sørnes, Sarpsborg, Borgarsyssel Museum,‎ 2003
  • (en) Henry King, Geared to the Stars: the evolution of planetariums, orreries, and astronomical clocks, University of Toronto Press,‎ 1978

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Nova - Ancient Computer », PBS,‎ 2013
  2. (la) Cicéron, De Natura Deorum, II, 34
  3. (en) Kasem Ajram, Miracle of Islamic Science, Knowledge House Publishers,‎ 1992 (ISBN 0-911119-43-4)
  4. (en) Donald R. Hill, « Mechanical Engineering in the Medieval Near East », Scientific American,‎ mai 1991, p. 64-69 (lire en ligne)
  5. (en) David A. King, « The Astronomy of the Mamluks », Isis, vol. 74, no 4,‎ 1983, p. 531-555
  6. (en) Lynn White, Medieval Technology and Social Change, Oxford Press,‎ 1996
  7. (en) Nicholas Whyte, « The Astronomical Clock of Richard of Wallingford »