Sphère armillaire

Sphère armillaire, Rome, 1578, Musée Galilée, Florence.

Une sphère armillaire est un instrument anciennement employé en astronomie pour modéliser la sphère céleste. Elle était utilisée pour montrer le mouvement apparent des étoiles, du Soleil et de l’écliptique autour de la Terre. Le système de référence est alors le système géocentrique dit aussi « système de Ptolémée ». Autrement dit il s’agit d'un modèle dans lequel on considère la Terre comme le centre de l’Univers.

L’épithète armillaire provient du latin armilla, qui signifie cercle ou bracelet. En effet, cette sphère est constituée d'un ensemble de cercles métalliques ou armilles représentant la géométrie des éléments descriptifs de la sphère céleste.

On peut distinguer différents types de sphères armillaires :

• la sphère armillaire d'observation ;
• la sphère armillaire classique ou pédagogique ;
• la sphère copernicienne.

Précisons ici que l'« astrolabe sphérique », bien que s'approchant beaucoup de la sphère armillaire, n'en est pas une au sens strict des termes.

La sphère armillaire d'observation

Ce type de sphère, avec un système de visée, a servi à déterminer les coordonnées célestes des astres à l'époque de l'astronomie prétélescopique. Née dans l'Antiquité, elle disparait pratiquement à la fin de la Renaissance dans les pays occidentaux. Au XVI^e siècle, un des derniers utilisateurs de ce type d'instrument est l'astronome Tycho Brahe, qui l'utilisa dans l'observatoire astronomique qu'il fit construire dans l’île de Hven. Tycho Brahe et ses prédécesseurs, dans la description de ses instruments, parle d'armilles, et non de sphère armillaire. C'est sous ce vocable d'« armille » qu'est développée l'étude de la sphère armillaire d'observation.

La sphère classique

C'est la sphère dite « de Ptolémée », à vocation didactique.

Composition

Les éléments fondamentaux sont des armilles, cercles métalliques de la sphère céleste et différents éléments supplémentaires ou accessoires cités quand nécessaire. On trouvera à partir de l'extérieur :

Sphère annotée (Voir plus de détails).

• l'horizon du lieu ;
• le plan méridien local, dans lequel on inclinera l'axe de la sphère mouvante, en fonction de la latitude du lieu.

Ces deux armilles sont les références locales ; elles sont supposées être fixes avec l'axe des pôles, ou axe de la sphère céleste, autour duquel vont tourner les éléments suivants :

• l'équateur céleste ;
• l'écliptique, chemin apparent parcouru par le Soleil dans le ciel, jalonné par les constellations zodiacales ;
• les deux cercles polaires, et les deux tropiques, dont les positions sont en rapport avec celle de l'écliptique ;
• parfois sont ajoutés les colures des solstices et des équinoxes, méridiens célestes passant par les positions écliptiques du Soleil au début des saisons.

En général, une boule représentant la Terre est placée au centre des cercles sur l'axe des pôles ; on trouve aussi parfois le soleil et la lune, réglables en position. Un pied, lié à l'horizon fixe, sert de support général à l'ensemble.

Histoire

Illustration pour La sphère de Sacrobosco (v. 1250).

Au II^e siècle, Lucien de Samosate décrit « une petite table, sur laquelle étaient gravées des figures de géométrie et qui soutenait une sphère de roseau, représentant, à ce qu'il [lui] parut, l'univers. » Les Grecs appelaient ces sortes de sphères des κρικωτοί : c'étaient des sphères armillaires. Celle d'Alexandrie comportait 9 anneaux ; elle est appelée krikotai sphairai (sphère en anneau) par Geminus de Rhodes pour les distinguer des stereai sphairai (sphères solides). Ptolémée, lui, appelle cet instrument un astrolabon (« pour prendre les étoiles»). Une version plus complexe de la sphère armillaire est nommée meteoroskopion (météoroscope) par Proclus.

En Occident, la sphère classique de démonstration fait partie du matériel astronomique médiéval. Les textes de construction et d'usage remontent, semble-t-il, aux X^e et XI^e siècles. Dès cette époque on peut distinguer deux types de sphères armillaires :

• les sphères portatives. Elles sont munies d'un manche tenu à la main et elles ne comportent que rarement les armilles des références locales ;
• les sphères à poser, dont la composition correspond à la description antérieure. Elles étaient orientées vers le pôle en visant celui-ci avec un tube (fistula) installé sur l'axe même des pôles ; après le XIII^e siècle l'orientation est facilitée par l'adjonction d'une aiguille aimanté à l'armille du méridien.

Les exemplaires et les illustrations conservés, sont tardifs, et les sphères ne deviendront populaires qu'à la fin du Moyen Âge ; Les portraits de savants et personnalités de la Renaissance montrent souvent ceux-ci avec une main sur une sphère armillaire qui représente alors le sommet de la connaissance et de la sagesse (voir la section « Le symbole de l'empire portugais » ).

Les sphères armillaires ont aussi été très employées en horlogerie astronomique. Des sphères mouvantes prestigieuses et de tous types ont été bien souvent les chefs-d'œuvre de célèbres horlogers du XVI^e siècle au tout début du XVIII^e siècle, tel Antide Janvier.

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  Jeune fille avec une sphère portative de Jan Gossaert (v. 1520) à The National Gallery, Londres. La sphère armillaire est tenue à l'envers^{[pourquoi ?]}.
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  Modèle sommaire à Göttingen.
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  Modèle complexe de Antonio Santucci (1582).
• 
  Le plus grand modèle de Santucci à Florence (1585).
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  La sphère armillaire du palais des Nations (Genève).
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  Sphère mouvante française exposée à Saint-Pétersbourg.
• 
  La Pendule astronomique de Passemant est surmontée d'une sphère armillaire.

Usage pédagogique moderne

Sphère armillaire utilisée au XX^e siècle pour l'enseignement de l'astronomie.

La sphère armillaire est, encore aujourd'hui, un outil pédagogique pour expliquer les mouvements du Soleil et de la Lune dans le ciel en fonction des saisons et de la latitude. L'observateur s'imagine, sur un plan horizontal, au centre de la sphère que l'on fait tourner autour de l'axe polaire. Le ciel fait le tour de la Terre en un jour sidéral (23 heures 56 minutes), si bien que le Soleil qui fait son tour en 24 heures, prend un peu de retard chaque jour. Il se déplace sur l'écliptique représentée par le cercle en biais entre les cercles des tropiques. Aux équinoxes, le Soleil se lève plein est, culmine plein sud (dans l'hémisphère nord) et se couche 12 heures plus tard, plein ouest à l'intersection entre le cercle représentant l'équateur céleste et le plan de l'horizon. Aux solstices, le Soleil culmine plus ou moins haut (à hauteur d'un tropique, sur un des points de l'écliptique les plus éloignés de l'équateur céleste) et la journée est plus (en été) ou moins longue (en hiver). De manière générale, le dessus de la sphère représente la voûte céleste, mobile autour de l'axe polaire. Les astres y sont positionnés au moyen de leurs coordonnées équatoriales. L'écliptique est la ligne sur laquelle circulent les planètes ; c'est aussi la ligne où se passent les éclipses (origine du nom). On y trouve les constellations du Zodiaque. L'instrument permet également d'expliquer pourquoi certaines constellations ne sont visibles qu'en hiver et d'autres en été.

Si, par approximation, on déplace la Lune sur le cercle écliptique, on peut imaginer les phases et expliquer pourquoi la pleine Lune culmine haut en hiver et bas en été. Si un mécanisme permet de modifier l'angle de l'axe polaire, on peut reproduire les phénomènes ayant cours dans les deux hémisphères, à l'équateur, sur les tropiques, aux cercles polaires ou même aux pôles. Cet instrument ancien expliquait tant de choses que l'on comprend sans peine la difficulté qu'ont eue les gens à admettre que la Terre n'était pas au centre de l'Univers lors de la révolution copernicienne.

Pour l'instruction des élèves - officiers de marine , il a longtemps existé une version moderne (pour les années 1950 - 1970) de la sphère armillaire, à savoir une sphère de plastique transparent portant en sérigraphie les diverses étoiles utilisables pour un point astronomique à l'aube et au crépuscule au sextant. Les Bordaches (élèves officiers de marine de l'École Navale de Brest) avaient irrévérencieusement surnommé "Tête de Veau" cet instrument au demeurant fort pratique.

Usages symboliques de la sphère armillaire

La sphère armillaire a connu au Portugal des usages symboliques durables à partir de la fin du XV^e siècle. Adoptée comme emblème royal sous le règne de Manuel Ier, en lien avec l'expansion maritime du royaume et avec l'époque dite des grandes découvertes, elle a été ensuite intégrée aux symboles de l'État portugais. En 1910, à la fin de la monarchie constitutionnelle, la sphère armillaire est conservée par la République et figure toujours sur le drapeau national adopté en 1911.

Emblème royal sous Manuel I^er et style manuélin

Sous le règne de Manuel I^er de Portugal (1495-1521), la sphère armillaire est adoptée comme emblème personnel du souverain. Elle est largement utilisée dans les représentations du pouvoir royal, notamment dans l'architecture et les décors associés au style manuélin ainsi que sur certains sceaux et enseignes royaux.

La sphère armillaire est également associée à la devise latine Spera Mundi ("espoir du monde") attribuée à Manuel I^er, notamment dans des manuscrits enluminés produits pour le souverain. [1]

Le règne de Jean III

Sous le règne de Jean III de Portugal (1521–1557), la sphère armillaire demeure un élément symbolique important, malgré le changement de devise royale (Spes mea in Domino). Elle continue d’apparaître dans les représentations du pouvoir et sur les drapeaux et les étendards. [2]

Héraldique et drapeaux

Dans certaines représentations héraldiques des armes royales du Portugal, des anges figurent comme supports de l’écu. La sphère armillaire constitue un emblème distinct, associé aux armes sans figurer dans le champ de l'écu.

À partir du XVI^e siècle, la sphère armillaire est régulièrement représentée sous ou derrière l’écu dans les drapeaux et étendards. Cette disposition est maintenue après la proclamation de la République portugaise : le drapeau national adopté en 1911 conserve la sphère armillaire placée derrière les armoiries, en tant que symbole historique des découvertes maritimes et de l’expansion outre-mer du Portugal.

Drapeau du Portugal : une sphère armillaire derrière les armoiries du pays.

Au XIX^e siècle, la sphère armillaire est intégrée comme meuble central des armoiries de l'empire du Brésil, dans la continuité de la tradition symbolique portugaise. Après la proclamation de la République brésilienne en 1889, elle est remplacée par une sphère céleste dans les armes et le drapeau du Brésil.

Drapeau de l'empire brésilien (1822-1889): au centre, une sphère armillaire

La sphère copernicienne

À la fin du XVII^e siècle et surtout au XVIII^e siècle apparait la sphère copernicienne, qui essaie de représenter le système solaire. S'inspirant de la sphère armillaire géocentrique, elle met au centre le soleil. Il est entouré d'un certain nombre d'armilles essayant de matérialiser les orbites des différentes planètes du système. Des boules sont incluses, représentant la Terre, la Lune, Jupiter, Saturne, etc. Les armilles tournent pratiquement toutes autour de l'axe écliptique, faisant de la sphère un objet assez lourd et inesthétique. On lui préfèrera les planétaires où les armilles disparaitront en partie.

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  Sphère de Copernic, gravure.
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  Sphère de Copernic.
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  Un planétaire.

Voir aussi

Bibliographie

• (fr) Émile Chambry, Émeline Marquis, Alain Billault et Dominique Goust (trad. du grec ancien par Émile Chambry), Lucien de Samosate : Œuvres complètes, Paris, Éditions Robert Laffont, coll. « Bouquins », 2015, 1248 p. (ISBN 978-2-221-10902-1)

Articles connexes

• Armille, élément fondamental de la constitution de la sphère armillaire ;
• Astrolabe, version complexifiée en deux dimensions de la sphère armillaire ;
• Carte du ciel mobile ;
• Disque de Nebra, carte du ciel préhistorique ;
• Histoire de la navigation astronomique.

Liens externes

• Les Delamarche, trois générations au service de la géographie terrestre et céleste.