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