Atelier Espace - Temps

1. Atelier Espace - Temps

2. Les temps anciens • Rythmes : • des années, • des saisons, • de la lune, • l'alternance des jours et des nuits. • Régularité cyclique due aux dieux. • Essais de domestication du temps.

3. Premiers repères • Un dolmen ou un menhir en Bretagne (France), un obélisque en Egypte, reposent sur des considérations diverses : • tombes, • marques de lieux religieux, • repères pour voyageurs, • repères astronomiques... • Dans ce dernier cas, l'ombre du soleil ou de la lune tombe à un instant donné sur un lieu précis en lien étroit avec la religion.

4. Chez les Mayas et les Aztèques Les prêtres sont aussi astronomes. On a trouvé, conservés dans la pierre, des calendriers soigneusement enrichis de dessins de divinités, bien plus précis qu'en Europe.

5. Le gnomon

6. Les cadrans solaires • Au Moyen-âge, cadran solaire à 4 traits (début et fin du travail des ouvriers, et pauses). • XVIème siècle : l'heure est définie comme la 24ème partie du temps séparant deux passages du soleil au zénith. • Après l'invention de l'horloge, coexisteront sur la façade des cathédrales les cadrans solaires et les cadrans des horloges. • Le cadran solaire a son histoire liée à la clepsydre et à celle du sablier. Leurs utilisations sont complémentaires.

7. Les clepsydres • La clepsydre 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. • Si le cadran solaire donne l'heure pendant le jour, la clepsydre fait la même chose la nuit, et elle mesure en plus des durées plus brèves avec une bonne précision.

8. Les sabliers • Si on ne voit pas beaucoup la clepsydre dans un pays où l'eau est rare, elle est remplacée sans problème par le sablier. • Son inconvénient est qu'il faut souvent le retourner pour mesurer des intervalles de temps relativement longs, mais il indique avec une bonne précision la durée d'une tâche à accomplir.

9. Les bougies, les lampes à huile • La bougie est utilisée à la fois pour s'éclairer la nuit et pour connaître l'heure, à l'aide de graduations. • Sans être précise sur de longues durées, elle est précieuse pour des durées plus courtes. • La lampe à huile joue le même rôle. Les graduations de temps sont peintes ou gravées sur le réservoir.

10. Les horloges • Les cloches sont à l'origine commandées par des clepsydres. • Il est probable que c'est dans le but de faire sonner les cloches que l'horloge a été inventée. • Les premières horloges apparaissent au XIIIème siècle, elles n'ont pas forcément un cadran, et ne possèdent qu'une aiguille, celle des heures. • Le principe est simple : un poids accroché à une corde enroulée autour d'un axe horizontal entraîne une aiguille dans un mouvement de rotation.

11. La précision au début n'est pas énorme, jusqu'à une heure de décalage par jour, aussi ne faut-il pas être étonné de remarquer un cadran solaire situé au-dessus de cette horloge. • C'est avec le remplacement du poids par un ressort comme source d'énergie potentielle que la dimension des horloges peut être considérablement réduite. • Huyghens met au point en 1657 avec l'horloger Coster la première horloge à balancier, appelée "pendule". • Le ressort spiral associé au pendule améliore encore la précision. • 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.

12. Les chronomètres C'est un charpentier-horloger Anglais, John Harrison, qui en 1734 construit un énorme chronomètre de marine de 32,5 kg. A terre, le Français Pierre Le Roy est considéré comme le père du chronomètre moderne, d'une conception différente de celle de Harrison.

13. Les horloges à quartz, les horloges atomiques • 1920 : on choisit le quartz comme oscillateur, c'est l'effet piézo-électrique. Ces vibrations, par l'intermédiaire d'un circuit électronique, sont à l'origine du déplacement des aiguilles d'une montre. La précision obtenue est dix fois plus grande que celle de la meilleure des montres mécaniques : 1 seconde en 6 ans. • 1970 : la miniaturisation est telle qu'apparaît la première montre-bracelet à quartz. • 1958 : les chercheurs mettent au point l'horloge atomique, dont la précision est de 1 seconde pour 3000 ans. Le principe est basé sur le fait qu'un atome absorbe ou émet de l'énergie à une fréquence encore plus précise que celle du quartz. L'atome retenu est le césium Cs.

14. Sitographie • http://perso.wanadoo.fr/durance/ : Une expérience de grande envergure sur le gnomon, par une classe du Lycée Félix ESCLANGON - 04100 MANOSQUE - Alpes de Haute-Provence - France. • http://cadrans_solaires.scg.ulaval.ca : Une association au Québec recense et fait connaître les cadrans solaires du Québec. • www.cadrans-solaires.org : Vous pourrez construire des cadrans solaires horizontaux ou verticaux (l'auteur fournit gratuitement un logiciel), voir des photos des cadrans solaires de Paris, de Besançon, et trouver des liens sur d'autres photos de cadrans solaires aux Pays-Bas, en Autriche... • www.faszination.ch/ : Deux collectionneurs passionnés d'horloges proposent un site très fourni en photos, bien classées : horloges de salon, de table, murales, transportables, montres plates ... • www.nasa.gov/home/index.html : Le site complet de la NASA, et si vous vous y perdez dans le sommaire de tout ce qui vous est proposé par la NASA : • http://nix.ksc.nasa.gov/search;jsessionid=7r34mqsmfq84p : concerne les outils (dont un gnomon) utilisés sur la lune par les missions Apollo.

15. Le mètre • En 1668, le philosophe Anglais John Wilkins : la longueur fondamentale est de 38 pouces de Prusse (1 pouce prussien = 26,15 mm), soit de 993,7 mm. • 1675 : la longueur d'un pendule qui oscille avec une demi-période d'une seconde, soit environ 993,9 mm actuels. • 1790 : par l'Académie des sciences la dix-millionième partie d'un quart de méridien terrestre. • En 1889, le Bureau des poids et mesures redéfinit le mètre comme étant la distance entre deux points sur une barre d'un alliage de platine et d'iridium. • En 1960, grâce à l'avènement des lasers, la 11e Conférence générale des poids et mesures (CGPM) définit le mètre comme 1’650’765,73 longueurs d'onde d'une radiation orangée émise par l'isotope 86 du krypton. • 1983 : distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299’792’458 secondes.

16. Mètre étalon par Chalgrin 36, rue de Vaugirard, Paris, Vie (marbre et laiton) La barre de platine-iridium utilisée comme prototype du mètre de 1889 à 1960.

17. 10 N Nom préfixé Symbole Nombre en français Nombre en mètres 1024  yottamètre Ym Quadrillion  1 000 000 000 000 000 000 000 000   1021  zettamètre Zm Trilliard  1 000 000 000 000 000 000 000   1018  examètre Em Trillion  1 000 000 000 000 000 000   1015  pétamètre Pm Billiard  1 000 000 000 000 000   1012  téramètre Tm  Billion  1 000 000 000 000   109  gigamètre Gm  Milliard  1 000 000 000   106  mégamètre Mm  Million  1 000 000   10³  kilomètre km  Mille  1 000   10²  hectomètre hm  Cent  100   101  décamètre dam Dix  10   100  mètre m Un  1   10-1  décimètre dm  Dixième  0,1   10-2  centimètre cm  Centième  0,01   10-3  millimètre mm  Millième  0,001   10-6  micromètre μm  Millionième  0,000 001   10-9  nanomètre nm  Milliardième  0,000 000 001   10-12  picomètre pm  Billionième  0,000 000 000 001   10-15  femtomètre fm  Billiardième  0,000 000 000 000 001   10-18  attomètre am  Trillionième  0,000 000 000 000 000 001   10-21  zeptomètre zm Trilliardième  0,000 000 000 000 000 000 001   10-24  yoctomètre ym Quadrillionième  0,000 000 000 000 000 000 000 001