La Commission des Cadrans Solaires du Québec (CCSQ)
J. G. 2017-12-12,
Adaptation du document pris sur le site internet de la CCSQ Ulaval, écrit par M. André E. Bouchard
Adaptation du document pris sur le site internet de la CCSQ Ulaval, écrit par M. André E. Bouchard
Les installer
Les installer
Vous venez d'acheter un cadran solaire ou d'en recevoir un en cadeau. On trouve, en effet, de plus en plus de cadrans solaires de série verticaux (à placer sur un mur) ou horizontaux (à placer sur le sol ou sur une stèle). Il faut maintenant positionner le cadran correctement et s'assurer qu'il est ensoleillé hiver comme été.
Vous venez d'acheter un cadran solaire ou d'en recevoir un en cadeau. On trouve, en effet, de plus en plus de cadrans solaires de série verticaux (à placer sur un mur) ou horizontaux (à placer sur le sol ou sur une stèle). Il faut maintenant positionner le cadran correctement et s'assurer qu'il est ensoleillé hiver comme été.
Ce n'est pas tout. Il y a aussi les cadrans solaires décoratifs. Ces cadrans sont-ils exacts et fiables? Que faut-il savoir pour pouvoir les utiliser?
Ce n'est pas tout. Il y a aussi les cadrans solaires décoratifs. Ces cadrans sont-ils exacts et fiables? Que faut-il savoir pour pouvoir les utiliser?
Et les autres, les cadrans dits personnels (par exemple la montre du berger, l'anneau solaire, le bracelet solaire, la montre du jardinier, le cadran de l'explorateur, celui d'Aquitaine, etc...), et les autres usinés (surtout des cadrans horizontaux et des cadrans armillaires) qui donnent
Et les autres, les cadrans dits personnels (par exemple la montre du berger, l'anneau solaire, le bracelet solaire, la montre du jardinier, le cadran de l'explorateur, celui d'Aquitaine, etc...), et les autres usinés (surtout des cadrans horizontaux et des cadrans armillaires) qui donnent
l'impression d'être trop simples. Or après une utilisation rapide, ils paraissent faux, puisque, seulement quelques jours par année, l'heure de ces cadrans solaires semble être celle de nos montres! Comment les orienter et les fixer pour qu'ils aident leur propriétaire à profiter pleinement de leurs cadrans solaires et à comprendre ceux sur les murs des édifices ou dans les parcs publics?
l'impression d'être trop simples. Or après une utilisation rapide, ils paraissent faux, puisque, seulement quelques jours par année, l'heure de ces cadrans solaires semble être celle de nos montres! Comment les orienter et les fixer pour qu'ils aident leur propriétaire à profiter pleinement de leurs cadrans solaires et à comprendre ceux sur les murs des édifices ou dans les parcs publics?
Il y a une méthode largement répandue qui consiste à noter la position de l'ombre à toutes les heures (en s'aidant de sa montre); mais, il faut le dire, cette méthode est FAUSSE! Comme nous l'avons vu précédemment, elle ne tient pas compte des variations de hauteur du Soleil selon les saisons. Nous nous attarderons plutôt à d'autres méthodes qui reprennent les principes déjà expliqués ci-dessus.
Il y a une méthode largement répandue qui consiste à noter la position de l'ombre à toutes les heures (en s'aidant de sa montre); mais, il faut le dire, cette méthode est FAUSSE! Comme nous l'avons vu précédemment, elle ne tient pas compte des variations de hauteur du Soleil selon les saisons. Nous nous attarderons plutôt à d'autres méthodes qui reprennent les principes déjà expliqués ci-dessus.
En guise d'introduction à ces méthodes, retenons quelques règles élémentaires.
En guise d'introduction à ces méthodes, retenons quelques règles élémentaires.
D'abord, la plupart de ces cadrans usinés sont justes, mais très souvent ils ne sont pas orientés correctement.
D'abord, la plupart de ces cadrans usinés sont justes, mais très souvent ils ne sont pas orientés correctement.
Ensuite, il ne faut pas modifier l'angle du style, en général réglé à 45°, sauf si on lui donne l'angle exact correspondant à la latitude du lieu à situer.
Ensuite, il ne faut pas modifier l'angle du style, en général réglé à 45°, sauf si on lui donne l'angle exact correspondant à la latitude du lieu à situer.
Enfin, ces cadrans sont toujours plein Sud, et leur tracé est réalisé en conséquence. Il faudra donc les mettre en place avec une boussole ou, à défaut, par un autre moyen simple.
Enfin, ces cadrans sont toujours plein Sud, et leur tracé est réalisé en conséquence. Il faudra donc les mettre en place avec une boussole ou, à défaut, par un autre moyen simple.
qui nous sont accessibles et qui ne demandent pas de matériel coûteux et spécialisé.
qui nous sont accessibles et qui ne demandent pas de matériel coûteux et spécialisé.
En quelques mots, tout se résume à une question d'orientation du cadran. Or, pour orienter un cadran, il est absolument nécessaire de déterminer le méridien du lieu, le plan vertical Nord-Sud. Et pour ce faire, il existe, au moins, trois méthodes, la boussole, la méthode géométrique, la montre différent du pôle géographique qui nous intéresse. Ceux qui n'ont pas d'attrait particulier pour la méthode de la boussole, pourront regarder et se satisfaire des deux autres.
En quelques mots, tout se résume à une question d'orientation du cadran. Or, pour orienter un cadran, il est absolument nécessaire de déterminer le méridien du lieu, le plan vertical Nord-Sud. Et pour ce faire, il existe, au moins, trois méthodes, la boussole, la méthode géométrique, la montre différent du pôle géographique qui nous intéresse. Ceux qui n'ont pas d'attrait particulier pour la méthode de la boussole, pourront regarder et se satisfaire des deux autres.
Les orienter
Les orienter
A) La méthode de la boussole (introduction à)
A) La méthode de la boussole (introduction à)
Lorsque vous calculez sur une carte topographique la direction d'un cadran, vous le faites d'après le Nord de quadrillage, lequel est la direction des lignes verticales de la carte. Ensuite, vous utilisez la boussole pour suivre cette direction sur le terrain. Mais votre boussole indique le Nord magnétique, qui est la direction vers laquelle pointe l'aiguille aimantée de la boussole. La différence entre ces deux Nords est connue sous le nom de déclinaison magnétique et varie selon le lieu et l'année.
Lorsque vous calculez sur une carte topographique la direction d'un cadran, vous le faites d'après le Nord de quadrillage, lequel est la direction des lignes verticales de la carte. Ensuite, vous utilisez la boussole pour suivre cette direction sur le terrain. Mais votre boussole indique le Nord magnétique, qui est la direction vers laquelle pointe l'aiguille aimantée de la boussole. La différence entre ces deux Nords est connue sous le nom de déclinaison magnétique et varie selon le lieu et l'année.
La déclinaison est toujours indiquée sur les cartes topographiques. Le Nord magnétique est représenté par une aiguille aimantée tandis que le Nord de quadrillage est symbolisé par un petit carré. Une étoile indique le Nord géographique situé au Pôle Nord. La déclinaison est dite OUEST lorsqu'elle est à gauche du Nord du quadrillage; la déclinaison est dite EST lorsqu'elle est à droite du Nord du quadrillage.
La déclinaison est toujours indiquée sur les cartes topographiques. Le Nord magnétique est représenté par une aiguille aimantée tandis que le Nord de quadrillage est symbolisé par un petit carré. Une étoile indique le Nord géographique situé au Pôle Nord. La déclinaison est dite OUEST lorsqu'elle est à gauche du Nord du quadrillage; la déclinaison est dite EST lorsqu'elle est à droite du Nord du quadrillage.
Représentation de la déclinaison magnétique sur une carte
Représentation de la déclinaison magnétique sur une carte
Rappelons que dans l'hémisphère occidental, le pôle magnétique Nord qui attire l'aiguille aimantée de la boussole, est situé ici au Canada, à environ 1,700 kilomètres du Pôle Nord (Ile de Bathurst); aussi, que dans l'hémisphère oriental, le pôle magnétique Sud est situé à Victoria Land dans l'Antarctique; et que ces deux pôles se déplacent graduellement.
Rappelons que dans l'hémisphère occidental, le pôle magnétique Nord qui attire l'aiguille aimantée de la boussole, est situé ici au Canada, à environ 1,700 kilomètres du Pôle Nord (Ile de Bathurst); aussi, que dans l'hémisphère oriental, le pôle magnétique Sud est situé à Victoria Land dans l'Antarctique; et que ces deux pôles se déplacent graduellement.
Ainsi donc l'aiguille de la boussole en Amérique ou en Europe est attirée vers le Nord magnétique, tandis que l'aiguille de la boussole en Chine ou en Inde est attirée vers le Sud magnétique. En pratique toutefois, on inverse la polarité des boussoles modernes destinées à l'Asie, de sorte que toutes les boussoles du monde "pointent vers le Nord".
Ainsi donc l'aiguille de la boussole en Amérique ou en Europe est attirée vers le Nord magnétique, tandis que l'aiguille de la boussole en Chine ou en Inde est attirée vers le Sud magnétique. En pratique toutefois, on inverse la polarité des boussoles modernes destinées à l'Asie, de sorte que toutes les boussoles du monde "pointent vers le Nord".
En Amérique du Nord, la déclinaison magnétique varie considérablement -- de 48° Ouest sur Terre-Neuve à 30° Est en Alaska. En raison de la situation géographique du Québec, sa déclinaison est toujours Ouest, quoiqu'elle varie d'un endroit à un autre. Souvenons nous que, de toute façon, la déclinaison magnétique est indiquée sur les cartes topographiques.
En Amérique du Nord, la déclinaison magnétique varie considérablement -- de 48° Ouest sur Terre-Neuve à 30° Est en Alaska. En raison de la situation géographique du Québec, sa déclinaison est toujours Ouest, quoiqu'elle varie d'un endroit à un autre. Souvenons nous que, de toute façon, la déclinaison magnétique est indiquée sur les cartes topographiques.
Quoi de plus simple que de corriger la déclinaison magnétique. Voici comment procéder pour la déclinaison OUEST. Trouvez d'abord la direction à suivre sur la carte. Puis additionnez-y le nombre de degrés de la déclinaison Ouest indiquée sur la carte. Réglez enfin votre boussole.
Quoi de plus simple que de corriger la déclinaison magnétique. Voici comment procéder pour la déclinaison OUEST. Trouvez d'abord la direction à suivre sur la carte. Puis additionnez-y le nombre de degrés de la déclinaison Ouest indiquée sur la carte. Réglez enfin votre boussole.
Prenons un exemple:
Prenons un exemple:
Direction de la carte= 256°; déclinaison de la boussole= + 18°; direction de la boussole = 274°. Retenons qu'il faut additionner la déclinaison OUEST. Pour la déclinaison EST, on ferait simplement le contraire, c'est-à-dire soustraire.
Direction de la carte= 256°; déclinaison de la boussole= + 18°; direction de la boussole = 274°. Retenons qu'il faut additionner la déclinaison OUEST. Pour la déclinaison EST, on ferait simplement le contraire, c'est-à-dire soustraire.
Nos confrères de langue anglaise ont une phrase d'une mnémotechnie heureuse:
Nos confrères de langue anglaise ont une phrase d'une mnémotechnie heureuse:
Declination West - Compass Best (meilleur= addition)
Declination West - Compass Best (meilleur= addition)
Declination East - Compass Least (moindre= soustraction)
Declination East - Compass Least (moindre= soustraction)
Il existe d'autres méthodes:
Il existe d'autres méthodes:
Qu'il me suffise de les mentionner et d'indiquer la référence: celles de l'astronomie géodésique:
Qu'il me suffise de les mentionner et d'indiquer la référence: celles de l'astronomie géodésique:
L'astronomie géodésique consiste en l'étude des différents phénomènes et lois décrivant le mouvement des astres et permettant de déterminer leurs positions relatives. Elle englobe également l'étude des différentes méthodes et instruments permettant de déterminer la position (latitude et longitude astronomique) et l'orientation des lignes (azimut astronomique) à la surface de la Terre par l'observation des astres.
L'astronomie géodésique consiste en l'étude des différents phénomènes et lois décrivant le mouvement des astres et permettant de déterminer leurs positions relatives. Elle englobe également l'étude des différentes méthodes et instruments permettant de déterminer la position (latitude et longitude astronomique) et l'orientation des lignes (azimut astronomique) à la surface de la Terre par l'observation des astres.
On retrouve ces méthodes, entre autres sources, dans les notes de cours (Topométrie II (GMT-18098) Astronomie géodésique ) du Professeur Rock Santerre, Ph D, a.-g., du département des sciences géomatiques de la Faculté de foresterie et de géomatique de l'Université Laval. On peut obtenir ces notes de cours, en communiquant avec l'Association des étudiants du premier cycle de la même université, tél. (418) 656-6952.
On retrouve ces méthodes, entre autres sources, dans les notes de cours (Topométrie II (GMT-18098) Astronomie géodésique ) du Professeur Rock Santerre, Ph D, a.-g., du département des sciences géomatiques de la Faculté de foresterie et de géomatique de l'Université Laval. On peut obtenir ces notes de cours, en communiquant avec l'Association des étudiants du premier cycle de la même université, tél. (418) 656-6952.
B) La méthode géométrique
B) La méthode géométrique
Cette méthode consiste à retracer le méridien du lieu par l'élévation du Soleil. Son objectif consiste à tracer une bissectrice, séparant en deux angles égaux l'angle formé par les trois points ainsi identifiés par cette méthode, et, par la suite, à orienter la ligne de 12 h 00 du cadran de façon parallèle avec cette ligne bissectrice.
Cette méthode consiste à retracer le méridien du lieu par l'élévation du Soleil. Son objectif consiste à tracer une bissectrice, séparant en deux angles égaux l'angle formé par les trois points ainsi identifiés par cette méthode, et, par la suite, à orienter la ligne de 12 h 00 du cadran de façon parallèle avec cette ligne bissectrice.
Prenons un piquet vertical planté dans le sol ou dans une pièce de bois. On peut y ajouter un fil de plomb installé sur une potence, pour s'assurer de la perpendicularité du piquet par rapport au sol. Le reste de la procédure est toute simple. Dans la matinée, nous repérons l'extrémité de l'ombre du piquet. Avec une ficelle et un crayon, nous traçons un cercle, ayant pour rayon la longueur de l'ombre et comme centre, le pied du piquet. Répétons l'opération dans l'après-midi: déterminons la direction de l'ombre dont l'extrémité est à nouveau sur le cercle. Nous avons donc trois points formant un triangle. La bissectrice est la demi-droite, partie du sommet de l'angle, qui forme deux angles égaux et qui passe au milieu de la ligne tracée, unissant les deux points indiqués sur le cercle. Cette ligne (la bissectrice) constitue la trace du méridien du lieu.
Prenons un piquet vertical planté dans le sol ou dans une pièce de bois. On peut y ajouter un fil de plomb installé sur une potence, pour s'assurer de la perpendicularité du piquet par rapport au sol. Le reste de la procédure est toute simple. Dans la matinée, nous repérons l'extrémité de l'ombre du piquet. Avec une ficelle et un crayon, nous traçons un cercle, ayant pour rayon la longueur de l'ombre et comme centre, le pied du piquet. Répétons l'opération dans l'après-midi: déterminons la direction de l'ombre dont l'extrémité est à nouveau sur le cercle. Nous avons donc trois points formant un triangle. La bissectrice est la demi-droite, partie du sommet de l'angle, qui forme deux angles égaux et qui passe au milieu de la ligne tracée, unissant les deux points indiqués sur le cercle. Cette ligne (la bissectrice) constitue la trace du méridien du lieu.
Pour nous aider à visualiser son application, en voici les étapes:
Pour nous aider à visualiser son application, en voici les étapes:
Le méridien est le demi-cercle passant par les pôles et le lieu d'observation.
Le méridien est le demi-cercle passant par les pôles et le lieu d'observation.
La ligne de 12 h 00, sur le cadran solaire, est parallèle au méridien du lieu et coïncide avec la ligne Nord-Sud astronomique.
La ligne de 12 h 00, sur le cadran solaire, est parallèle au méridien du lieu et coïncide avec la ligne Nord-Sud astronomique.
Prendre une pièce de bois de grandeur moyenne (30 à 60 cm).
Prendre une pièce de bois de grandeur moyenne (30 à 60 cm).
Marquer un point A.
Marquer un point A.
Sur ce point A, fixer une tige perpendiculaire à la pièce de bois (c'est le piquet avec sa potence).
Sur ce point A, fixer une tige perpendiculaire à la pièce de bois (c'est le piquet avec sa potence).
Fixer cette pièce de bois au sol, à la position approximative Nord-Sud.
Fixer cette pièce de bois au sol, à la position approximative Nord-Sud.
Vers 9 h 00 ou 10 h 00 à sa montre, marquer à l'extrémité de l'ombre (en un point B ) l'endroit où l'ombre est projetée.
Vers 9 h 00 ou 10 h 00 à sa montre, marquer à l'extrémité de l'ombre (en un point B ) l'endroit où l'ombre est projetée.
Tracer 1 cercle en se servant de son rayon, formé de la ligne AB; on peut aussi tracer plusieurs cercles, si on a effectué plusieurs lectures de l'extrémité de l'ombre.
Tracer 1 cercle en se servant de son rayon, formé de la ligne AB; on peut aussi tracer plusieurs cercles, si on a effectué plusieurs lectures de l'extrémité de l'ombre.
Vers 14 h 00 à la montre (si 10 h 00 a été choisie) ou vers 15 h 00 (si 9 h 00 fut choisie), marquer l'endroit où l'ombre touche à un segment du cercle (en un point C).
Vers 14 h 00 à la montre (si 10 h 00 a été choisie) ou vers 15 h 00 (si 9 h 00 fut choisie), marquer l'endroit où l'ombre touche à un segment du cercle (en un point C).
Diviser en deux parties égales la longueur de la ligne entre les points B et C, et en marquer le centre (en un point D).
Diviser en deux parties égales la longueur de la ligne entre les points B et C, et en marquer le centre (en un point D).
La ligne formée par AD (la bissectrice) devient le méridien du lieu, où A est orienté vers le Sud et D vers le Nord.
La ligne formée par AD (la bissectrice) devient le méridien du lieu, où A est orienté vers le Sud et D vers le Nord.
Il ne reste plus qu'à y aligner parallèlement la ligne de 12 h 00 du cadran pour lire l'heure. Le cadran solaire est bien orienté.
Il ne reste plus qu'à y aligner parallèlement la ligne de 12 h 00 du cadran pour lire l'heure. Le cadran solaire est bien orienté.
De plus, après avoir déterminé le méridien du lieu, un cadran solaire horizontal peut être utilisé pour une autre latitude que celle de sa construction; il devient alors un cadran incliné. Pour le régler, il suffit d'orienter son style parallèlement à l'axe de la Terre. C'est pourquoi, certains cadrans portent un perpendicule avec, en regard, une graduation en degrés de latitude. Un cadran solaire est "supérieur" ou "inférieur" suivant qu'il est tourné vers le ciel ou vers la terre.
De plus, après avoir déterminé le méridien du lieu, un cadran solaire horizontal peut être utilisé pour une autre latitude que celle de sa construction; il devient alors un cadran incliné. Pour le régler, il suffit d'orienter son style parallèlement à l'axe de la Terre. C'est pourquoi, certains cadrans portent un perpendicule avec, en regard, une graduation en degrés de latitude. Un cadran solaire est "supérieur" ou "inférieur" suivant qu'il est tourné vers le ciel ou vers la terre.
C) La méthode de la montre
C) La méthode de la montre
Connaissant la date et la longitude du lieu, il s'agit de calculer l'heure légale correspondant au midi vrai, l'heure du Soleil, et d'orienter le cadran manuellement en fonction de ce calcul. Reprenons un exemple déjà utilisé. Un 14 février (heure normale de l'est), nous sommes à Rimouski (dont la longitude est égale à 68°24'). Nous avons vu, dans la section expliquant la transformation de l'heure solaire en heure civile, que le cadran solaire installé en ce lieu et en ce jour, indiquera 12 h 00 (heure solaire) alors que la montre ne donnera que 11 h 48.
Connaissant la date et la longitude du lieu, il s'agit de calculer l'heure légale correspondant au midi vrai, l'heure du Soleil, et d'orienter le cadran manuellement en fonction de ce calcul. Reprenons un exemple déjà utilisé. Un 14 février (heure normale de l'est), nous sommes à Rimouski (dont la longitude est égale à 68°24'). Nous avons vu, dans la section expliquant la transformation de l'heure solaire en heure civile, que le cadran solaire installé en ce lieu et en ce jour, indiquera 12 h 00 (heure solaire) alors que la montre ne donnera que 11 h 48.
le 14 février
le 14 février
Rimouski (long. 68° 24') équation du temps = + 0:14 minutes
Rimouski (long. 68° 24') équation du temps = + 0:14 minutes
correction de longitude = - 0:26 minutes
correction de longitude = - 0:26 minutes
heure à la montre
heure à la montre
heure solaire + 0:14 - 0:26
heure solaire + 0:14 - 0:26
à MIDI, heure solaire
à MIDI, heure solaire
il est 11 h 48 à la montre
il est 11 h 48 à la montre
Il suffira à cet instant, de faire pivoter légèrement le cadran pour avoir l'ombre du style AVEC LA LIGNE HORAIRE DE MIDI. Le cadran solaire est alors bien orienté.
Il suffira à cet instant, de faire pivoter légèrement le cadran pour avoir l'ombre du style AVEC LA LIGNE HORAIRE DE MIDI. Le cadran solaire est alors bien orienté.
Si le mur est plein Sud, appliquer le cadran vertical plein Sud contre la façade. Si le mur est déclinant, il faut incliner la table du cadran pour que le style soit dans le plan Nord-Sud.
Si le mur est plein Sud, appliquer le cadran vertical plein Sud contre la façade. Si le mur est déclinant, il faut incliner la table du cadran pour que le style soit dans le plan Nord-Sud.
Si la latitude d'un cadran horizontal est différente de l'angle du style, il convient OBLIGATOIREMENT, d'effectuer le contrôle sur la méridienne, et non sur une autre heure quelconque. Lorsque la coïncidence est obtenue, le style est dans le plan méridien du lieu. Il faut alors caler la table du cadran après l'avoir inclinée d'un angle égal à la différence des deux latitudes, de telle façon que le style soit parallèle à l'axe de rotation de la Terre, l'axe du monde.
Si la latitude d'un cadran horizontal est différente de l'angle du style, il convient OBLIGATOIREMENT, d'effectuer le contrôle sur la méridienne, et non sur une autre heure quelconque. Lorsque la coïncidence est obtenue, le style est dans le plan méridien du lieu. Il faut alors caler la table du cadran après l'avoir inclinée d'un angle égal à la différence des deux latitudes, de telle façon que le style soit parallèle à l'axe de rotation de la Terre, l'axe du monde.
Voici un exemple. De Belfast, en Irlande (latitude 55°), voici un cadran horizontal sur piédestal, restauré par Réal Manseau de Drummondville. Un visiteur de ce cadran remarquera un détail intéressant. Le style a été calculé pour une latitude de 55°. La restauration de 1993, pour une latitude de 45° 50'57", n'a pas exigé de modification au cadran lui-même. De cadran horizontal, il est devenu un cadran oblique. La partie du cadran en direction du Sud a été surélevée, par rapport à la ligne d'horizon, et ajustée pour offrir un angle correspondant à la latitude de Drummondville.
Voici un exemple. De Belfast, en Irlande (latitude 55°), voici un cadran horizontal sur piédestal, restauré par Réal Manseau de Drummondville. Un visiteur de ce cadran remarquera un détail intéressant. Le style a été calculé pour une latitude de 55°. La restauration de 1993, pour une latitude de 45° 50'57", n'a pas exigé de modification au cadran lui-même. De cadran horizontal, il est devenu un cadran oblique. La partie du cadran en direction du Sud a été surélevée, par rapport à la ligne d'horizon, et ajustée pour offrir un angle correspondant à la latitude de Drummondville.