Histoire de la mesure du temps
Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
L'Histoire de la mesure du temps par l'Homme remonte à ses origines. La mesure du temps a toujours été une de ses préoccupations majeures, notamment pour organiser les institutions religieuses, sociales et économiques. Les phénomènes périodiques du milieu où il vivait - comme le cycle solaire ou lunaire, ou encore les saisons - ont servi de premières références.
Mais avec le temps, il remarqua que certains phénomènes physiques se déroulent toujours dans un laps de temps plus ou moins identique. Il utilisa ces phénomènes pour créer des horloges de plus en plus précises. Les horloges mécaniques vinrent bien plus tard, qui permirent aux Hommes de connaître n'importe où l'heure qu'il est.
Sommaire |
[modifier] L'observation de la Terre
Pour se repérer dans le temps, les Hommes se sont tout d'abord basés sur les phénomènes périodiques terrestres. Comme les animaux, les premiers hommes comptaient les hivers ou les étés pour restituer les évènements passés. Le calendrier a tout naturellement découlé de ces observations
[modifier] Le calendrier
Voir l’article Calendrier.
La mise en place d'un calendrier est difficile. En effet, la majorité de ceux-ci est fixée par rapport au Soleil ou à la Lune. Or, une année solaire compte environ 365,24219 jours et un mois lunaire environ 29,53 [1] jours. On comprend donc la difficulté pour diviser une année en parts égales.
Plusieurs calendriers se sont succédé ou ont coexisté à travers l'Histoire. On peut citer notamment les calendriers julien, grégorien, orthodoxe, hébreu, musulman, copte, hindou, hahai's, zoroastrien, inca, chinois ou encore républicain. Chaque grande civilisation a eu son propre calendrier ; c'était un moyen de marquer son époque.
Les premières traces de véritables calendriers « nationaux » remontent aux Mayas et Aztèques, chez qui les prêtres étaient aussi astronomes et possédaient un calendrier bien plus précis qu'en Europe.
En -45, Jules César demande à l'astronome grec Sosigène d'Alexandrie d'adapter le calendrier romain peu précis. Il crée ainsi le calendrier « julien » qui innove, créant les années bissextiles. La durée moyenne d'une année est donc de 365,25 jours, ce qui se rapproche de la véritable année astronomique, avec un décalage de seulement trois jours tous les 400 ans.
En 1582, le calendrier julien accusait déjà un retard de 11 jours sur le temps astronomique. Pas assez pour que les gens en soient affectés mais suffisant pour que les religieux aient la sensation de ne plus fêter Pâques à la bonne date. Le Pape Grégoire XIII s'adresse à l'astronome Luigi Giglio, qui lui propose de supprimer 11 jours et pour corriger ce décalage, il propose que les années centenaires ne soient plus bissextiles que si elles sont divisibles par 400. Il donne ainsi naissance au calendrier « grégorien » que nous utilisons actuellement.
Le calendrier est très important d'un point de vue religieux. En effet, peut-on célébrer les fêtes tous les ans à la même date ? Les fêtes catholiques et les fêtes orthodoxes sont décalées de 13 jours actuellement, l'Église orthodoxe n'ayant pas adopté le calendrier grégorien.
[modifier] Du gnomon au cadran solaire
Les premiers à s'être préoccupés de la division du jour en unités de temps sont les Égyptiens, mais d'abord dans un but religieux. La première période divisée en "heures" fut la nuit, il y a environ quarante-et-un siècles. Pour repérer l'écoulement du temps, le ciel avait été divisé en 36 décans associés à des divinités, chaque décan consistait en une ou plusieurs étoiles. Les observateurs nocturnes surveillaient le défilé des décans ; et suivant l'époque de l'année le nombre de décans visibles du crépuscule à l'aube était variable. Au solstice d'été, quand les nuits sont les plus courtes et lorsque le lever héliaque de Sirius approche, seuls 12 décans étaient observables avec certitude, les autres se perdaient dans les lueurs du levant ou du couchant. Vers 2100 avant notre ère il fut décidé de ne conserver que l'observation de 12 décans au cours de la nuit : celle-ci fut ainsi divisée en 12 parties qui furent maintenues toute l'année. Ainsi la première période, autre que l'année, précisément jalonnée fut la nuit et non le jour. Mais cela ne concernait que le pharaon, et sa relation avec les dieux. On a retrouvé dans des sarcophages des tableaux donnant les décans divisant la nuit en 12 parties.
Six siècles plus tard les textes indiquent une division du jour également en 12 heures, sans doute par symétrie avec la nuit. À cette division est associée le premier véritable cadran solaire connu : c'est une pièce en forme de L. Elle s'oriente dans la direction est-ouest, l'ombre projetée par le montant vertical sur l'autre partie indique les heures de part et d'autre de midi. Les graduations sont fixes et ne tiennent pas compte de l'influence de la saison : une journée est divisée en 12 heures quelle que soit sa durée. Les heures indiquées n'ont donc pas la même longueur tout au long de l'année, plus longues l'été que l'hiver. En Égypte l'écart est assez faible (40 %) pour ne pas être trop sensible (contrairement à l’Europe occidentale où, entre l'hiver et l'été, la durée du jour varie du simple au double). Cette division en deux fois 12 heures est conservée et adoptée par les Chaldéens vers le VIIe siècle av. J.-C. puis se répand en Grèce et se perpétue par la suite, jusqu'à nos jours. Nos 24 heures sont égyptiennes.
La division de l'heure en 60 minutes et de la minute en 60 secondes vient elle des Babyloniens : soixante est un nombre qui a la particularité d’avoir un grand nombre de diviseurs entiers (1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30 et 60), ce qui facilite les calculs astronomiques.
[modifier] Périodicité des phénomènes physiques
Mais l'Homme ne s'est pas contenté d'observer et d'utiliser la nature. Il a aussi su utiliser son sens de l'observation et son intelligence pour obtenir des étalons de temps qui ne se basent pas forcément sur les phénomènes naturels qui ne sont pas sous son contrôle
[modifier] La clepsydre et le sablier
Pour mesurer le temps de parole dans un conseil, un procès, ou encore pour des usages de la vie quotidienne, chaque civilisation a eu sa manière de mesurer le temps, sans forcément se baser sur des phénomènes non maîtrisés par l'Homme.
Les Égyptiens utilisaient la clepsydre, grand vase percé à sa base, gradué à l'intérieur et qui laisse échapper un mince filet d'eau. Les Grecs l'ont perfectionnée pour la rendre plus précise. Ils lui ont ajouté un cadran et une aiguille, la transformant en un véritable instrument de mesure.
Le sablier, lui, est basé sur le même principe, excepté que l'eau est remplacée par du sable. Une anecdote couramment citée est celle de Christophe Colomb qui, en 1492, lors de son voyage vers l'Amérique, utilisait pour faire le point un sablier qu'il retournait depuis son départ toute les demi-heures. Son origine est inconnue.
Ces outils devenant peu précis sur de longues périodes et les écarts de temps s'accumulant, il devenait urgent que les scientifiques trouvent une solution.
[modifier] L'horloge mécanique
Les premières horloges mécaniques apparaissent au XIVe siècle. Elles n'ont pas forcément de cadran et ne possèdent qu'une aiguille, celle des heures.
Ces premières horloges consistent schématiquement en un poids moteur qui entraîne un train d'engrenages, lequel fait tourner la ou les aiguilles. Le tout ne constitue une horloge que si l'on sait réguler la chute du poids. C'est l'apparition de l'échappement qui va transformer ce simple assemblage d'engrenages en véritable horloge. L'échappement permet alternativement de libérer puis de bloquer la chute du poids, grâce à un mécanisme oscillant.
Dans ces premières horloges ce mécanisme est un foliot, simple tige aux extrémités de laquelle sont accrochés deux masses, qui peut osciller horizontalement autour d'un axe vertical la supportant en son milieu. Les masses lui confèrent l'inertie nécessaire pour stopper la chute du poids. Solidaires de l'axe d'oscillation, deux palettes viennent alternativement bloquer la roue de rencontre (qui donne son nom à ce premier type d'échappement) qu'entraîne le poids moteur.
On trouvera ici par exemple des illustrations de ce principe. Ce mécanisme très ingénieux est aussi très délicat à régler précisément ; frottements et chocs sont importants, difficiles à maîtriser. Et surtout, chacun des éléments participe indiscernablement aux deux fonctions motrice et régulatrice.
[modifier] Le pendule et le ressort spiral
Parmi de nombreux autres phénomènes, Galilée étudia le pendule oscillant et nota que la période (la durée d'un aller et retour complet) du pendule semblait être remarquablement constante pour un pendule donné. Il dessina un projet d'horloge réglée par un pendule oscillant sans la construire. C'est finalement Christiaan Huygens et Salomon Coster qui construisirent la première horloge à pendule en 1657.
Le progrès technique est important ; le progrès conceptuel l'est encore plus. Les fonctions régulatrice et motrice sont clairement identifiées et séparées, ce qui va rendre possible des réglages précis. Les premières horloges retardent la chute d'un poids grâce à un mécanisme oscillant irrégulier au travers d'un échappement. Les horloges à pendule entretiennent le mouvement oscillant régulier du pendule en prélevant au travers de l'échappement juste l'énergie nécessaire à un poids qui descend.
En 1675, Huygens invente également le ressort spiral, qui va jouer le rôle du pendule dans les montres.
[modifier] Vers un outil de mesure déplaçable...
On l'a vu avec l'exemple de Christophe Colomb, la mesure du temps dans la marine est indispensable, à tel point que les gouvernements britannique et espagnol offrent de fortes récompenses au savant qui réussira à construire un chronomètre transportable ayant une précision suffisante pour faire le point en mer. Car il est impossible de faire fonctionner un pendule sur un bateau à cause du roulis.
Un tel instrument de mesure est inventé par l'horloger britannique John Harrison en 1734. Il crée un énorme chronomètre d'une précision étonnante. Il remporte le prix en 1764 seulement avec son cinquième prototype qui, en deux mois de voyage, ne s'est décalé que de quelques secondes, performance jusque-là jamais atteinte. En récompense, il reçoit du roi de Grande-Bretagne une jolie rente pour ses vieux jours...
[modifier] L'horloge pour tous
Au cours du XVIIIe siècle, il est de bon ton, quand on en a les moyens, de posséder une pendule. Le raffinement de son décor et sa précision indiquent la richesse de son propriétaire. Cette précision n'est d'aucune utilité dans la vie courante mais le goût du "dernier cri" technologique n'est pas une manie apparue au XXIe siècle. L'industrialisation de l'horlogerie permettra à tous de posséder un pendule au cours du XIXe siècle, en même temps que la mesure du temps deviendra nécessaire, d'abord dans les usines pour mesurer le temps de travail et la productivité, puis avec l'arrivée du chemin de fer qui oblige à synchroniser les horloges d'un pays entier..
[modifier] Les moyens modernes
Désormais, les horloge mécaniques ne sont plus à l'ordre du jour. Des moyens plus précis et plus compacts ont été développés. En la matière, l'horloge à quartz a constitué un véritable progrès.
Le quartz est une forme de silice (SiO2) qui abonde dans la nature. Comme tous les matériaux rigides, il résonne à une fréquence qui lui est propre (32 768 Hz). De plus, sa dureté lui permet d'avoir des fréquences de vibrations élevées, ce qui est très favorable pour la précision. Or, à la surface d'un quartz, lorsque celui-ci vibre, de faibles charges électriques apparaissent et disparaissent à sa surface. C'est l'effet piézo-électrique. Ces charges sont détectées et servent à étalonner les horloges à quartz. La précision obtenue est dix fois plus importante que la meilleure des montres mécaniques. La première à fonctionner sur ce principe apparaît en 1933 mais sa taille est plus proche d'un réfrigérateur que d'une montre bracelet. Produit d'une grande miniaturisation, cette dernière n'apparaît que dans les années 1970.
Mais pour répondre au besoin de précision croissant de la science et des technologies de pointe, le quartz se révèle encore trop imprécis. Alors naquit l'horloge atomique. Dans celle-ci, l'étalonnage de l'horloge ne repose plus sur les oscillations d'un cristal mais sur celles de l'onde électromagnétique (de même nature que la lumière) émise par un électron lors de sa transition d'une couche énergétique à une autre à l'intérieur de l'atome. La première naquit en 1947, basée sur des molécules d'ammoniac. Depuis, elle n'a cessé de s'améliorer. Les performances actuelles des horloges à jet de césium correspondent à un décalage d'une seconde tous les 3 millions d'années. Les fontaines de césium à atomes froids sont dix fois plus performantes et d'autres transitions atomiques à des fréquences optiques (beaucoup plus élevées que la fréquence utilisée dans les horloges à césium) sont à l'étude dans le monde entier et permettront de gagner encore un facteur de dix à cent.
[modifier] Référence
- ↑ la lunaison est la période des phases de la Lune ou période synodique de la Lune. Elle dure 29,53 jours et c'est elle que l'on a utilisée pour tous les calendriers lunaires ou luni-solaires. Il ne faut pas la confondre avec la période sidérale de 27,3 jours
