Construire un cadran solaire

 

Première étape :

Choisissez une surface stable et plane, telle une terrasse, bien exposée au Soleil (forcément !), et dont vous puissiez garantir l'horizontalité au moyen d'un niveau à bulle. C'est là que vous installerez votre cadran solaire.

 

Deuxième étape : tracez la méridienne

Il faut maintenant que vous déterminiez la méridienne, c'est-à-dire la ligne droite suivant laquelle le plan méridien coupe le plan horizontal. En clair, c'est au moment où le Soleil passe à son point le plus haut dans le ciel, vers midi, qu'il coupe cette ligne imaginaire qui va du pôle Nord au pôle Sud célestes

Si vous êtes un gros feignant, utilisez tout bêtement une boussole. Bien sûr, ce n'est pas très précis, puisque le Pôle Nord magnétique de la Terre ne correspond pas tout à fait avec le Pôle Nord céleste. Mais, bon, on peut faire avec ... vérifiez simplement que vous ne vous êtes pas placé à proximité immédiate d'une masse métallique, qui risquerait de faire dévier l'aiguille de votre boussole

Si vous êtes un petit astronome courageux, curieux de tout et désireux d'apprendre des choses nouvelles, une autre méthode existe, dont vous pourrez vous servir également pour mettre votre télescope en station (bingo !).

  • Prenez le pied métallique d'un appareil photographique, ainsi qu'un calendrier des postes et un canif (technologie de pointe).
  • Fabriquez un fil à plomb avec une ficelle attachée à un caillou (encore une technologie de pointe).
  • Fabriquez un compas avec une autre ficelle, dont un bout sera attaché à un crayon et l'autre à une pointe (technologie de ... bon, euh ... oui, là on passe ... joker ...)
  • Pratiquez au centre du calendrier, un petit trou d'environ 1 cm de diamètre.
  • Déployez le trépied, placez-le sur votre terrasse et fixez-y le calendrier comme l'indique la figure 1, de façon qu'il soit à peu près perpendiculaire aux rayons solaires. Il projettera ainsi une plaque d'ombre sur laquelle se détachera, nette et lumineuse, la projection du petit trou, projection que vous désignerez par la lettre A.

figure 1: le calendrier percé d'un trou est installé sur le trépied photographique. L'image de ce trou, projetée sur le sol en A, permet de suivre le déplacement du Soleil. Un fil à plomb pend depuis le sommet du trépied jusqu'au point B

  • Avec le fil à plomb, repérez exactement le pied B de la verticale du trou.
  • Puis prenez le compas rudimentaire, posez sa pointe en B, tendez la ficelle, et enroulez-la un peu autour de la pointe de manière que le crayon tombe juste en A.
  • Avec ce crayon décrivez alors un arc de cercle de centre B (Fig. 2).

fig 2 : au moyen d'un compas rudimentaire, fait d'une ficelle, d'un clou et d'un crayon, vous pourrez tracer la méridienne

Explication : c'est au moment où il passe dans le plan méridien que le Soleil atteint sa plus grande hauteur au-dessus de l'horizon (Fig. 3). Une heure avant, par exemple, il est en A, et une heure après, en A' ; deux heures avant il est en B, et deux heures après, en B' ; trois heures avant, il est en C, et trois heures après, en C', et ainsi de suite. Autrement dit, le plan-méridien est un plan de symétrie de la trajectoire du Soleil durant la journée. Il suffira donc de construire l'axe de symétrie de ces deux séries de positions pour obtenir la trace du plan méridien, c'est-à-dire la méridienne cherchée.

fig. 3: le Soleil se déplace dans le ciel, de l'Est à l'Ouest, et c'est en franchissant le méridien qu'il est au plus haut de sa course. Une heure avant et une heure après, il est exactement à la même hauteur (en A et en A'). Deux heures avant et deux heures après, il est en B et B' et ainsi de suite.

  • Revenons à la pratique : au fur et à mesure que le Soleil se rapprochera du zénith, en effet, l'ombre se rapprochera également de la verticale, et vous repérerez le mouvement insensible de la projection A, d'abord en C, puis en D, en E ... (Fig. 4).

fig. 4 : construction géométrique de la méridienne. L'image du Soleil s'est déplacée de A en C, puis en D, en E et en A'. La bissectrice de l'angle ABA' fournit la méridienne cherchée BPP'.

  • Guettez attentivement le moment où la projection du Soleil sur le sol de votre terrasse recoupera la circonférence en A' car cela signifiera qu'elle sera revenue à la même distance qu'en A : le Soleil aura alors la même hauteur dans le ciel que lorsque son image était en A. Il ne reste plus qu'à marquer ce point A' et à construire l'axe de symétrie des points A et A'. C'est-à-dire la bissectrice de l'angle ARA', grâce à une règle et un compas. Sur la terrasse, vous décrirez du point A comme centre un arc de cercle MM' ; ensuite, du point A', avec le même rayon, l'arc NN' ; les intersections P et P' de ces deux arcs vous donneront la bissectrice cherchée. Vous obtiendrez ainsi la méridienne BPP', que vous tracerez à même la pierre de votre terrasse, à l'encre de Chine ou de tout autre marquage indélébile afin qu'il puisse résister aux intempéries
  • Petite récompense supplémentaire de vos efforts : cette belle ligne méridienne indélébile vous aidera aussi à mettre votre télescope en station. Il vous suffira de poser ce dernier au-dessus de la ligne de telle sorte que l'axe horaire de votre instrument soit bien parallèle à votre méridienne.

 

Troisième étape : fabriquez le cadran

Passez maintenant à la fabrication du cadran portant les heures

  • Trouvez une belle ardoise, bien lisse et bien plane, mesurant quelques 24 cm sur 36. C'est cette ardoise qui constituera votre cadran.
  • Pour confectionner le style, dont l'ombre marquera les heures comme le ferait l'aiguille d'une horloge, prenez une feuille métallique, par exemple, le couvercle d'une grande boîte à gâteaux (après avoir boulotté tout son contenu avec vos copains et vos copines pendant que maman avait le dos tourné).
  • Dessinez-y la figure représentée figure 5. Faites soigneusement attention à ce que l'angle AAC soit bien égal à la latitude de votre lieu d'habitation (presque 50 degrés pour Fécamp). Pour ce faire, vous pouvez vous aider du rapporteur de votre trousse d'écolier

fig 5 : construire le style

  • le respect strict d'un angle égal à la latitude de votre lieu d'habitation est très important puisque c'est grâce à cet angle que le style de votre cadran solaire sera parallèle à l'axe de rotation de la Terre : le Soleil, durant la journée, semblera ainsi tourner autour de votre style très exactement comme il le fait autour de l'axe de rotation de la Terre. Si votre style est de traviole, inutile d'espérer avoir une lecture précise des heures sur votre cadran solaire : il vous donnera peut-être l'heure de Tombouctou ou de Vladivostock mais certainement pas celle de chez vous!

  • Puis, avec des ciseaux puissants et bien aiguisés, demandez à un adulte de découper très soigneusement le dessin, pliez-le ensuite à angle droit suivant les tirets et vérifiez-en l'angle avec une équerre. Le style est alors terminé.
  • Enfin, exactement au milieu de l'ardoise, tirez une belle ligne droite AB (Fig. 6). Par convention, le point B sera midi. Si votre cerveau n'a pas trop fondu au Soleil, vous en déduisez que cette droite AB représente le méridien. Effectivement, quand vous aurez installé l'ardoise sur la terrasse, arrangez-vous de manière à placer AB juste sur la méridienne que vous y avez tracée, de manière à ce que coïncident les 2 lignes, celle de votre ardoise et celle que vous avez tracée sur votre terrasse.

fig. 6 : le cadran solaire avec sa ligne centrale, le point B coïncidant par convention avec midi
  • Il ne reste plus qu'à demander à votre papa de fixer solidement le style sur cette ligne, au moyen de 2 pointes, de façon que la partie A'AC soit perpendiculaire au cadran, la ligne AA' de votre méridienne coïncidant avec la droite AB de l'ardoise.

 

Quatrième étape : marquez les heures

Téléphonez à l'horloge parlante de l'Observatoire. Au quatrième top de chaque heure, gravez vite un point à l'endroit marqué par l'ombre de la pointe du style. Reliez-le par une droite au point A. Procédez de la même manière pour toutes les autres heures (Fig. 7)

fig 7 : tracez les heures sur votre cadran solaire

Une fois tout ceci terminé, balancez-vous un grand seau d'eau glacée sur la tête afin de tempérer l'enthousiasme qui vous envahira lorsque vous réaliserez que vous venez de réinventer le cadran solaire ...

fig 8 : le cadran solaire est terminé !

Attention, la méthode exposée ici ne vous permettra de lire l'heure que durant les quelques semaines précédant et suivant le jour où vous avez fabriqué votre cadran solaire. Au-delà, il faudra y apporter des corrections, comme pour tout cadran solaire. Si vous souhaitez en savoir un peu plus sur les cadrans solaires et sur la manière d'y lire l'heure en toute saison, cliquez sur le lien ci-dessous

 

Comment utiliser un cadran solaire

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