(suite de la page 1-37)

Les montres aux quartz !

 

Ironie du sort, les fins cristaux de quartz, l’élément principal dont on se servait dans les sabliers refit surface au vingtième siècle; les Japonais inventent ou fabriquent des montres au quartz. Ils se servent de l’effet piézoélectrique que les frères Curie avaient découvert un siècle plus tôt. La précision de ces montres vient du fait que leur fonctionnement est basé sur l’oscillation très précise des cristaux de quartz à 32,768 Hz. Cette extraordinaire « invention » leur permit de voler la vedette aux Suisses dans le domaine de l’horlogerie.

 

 

 

 

montres de poche

 

 

 

Entre 1900 et 1980 apparurent toute une série d’inventions ou d’événements reliés à la tenue du temps.

 

 

1900 les premières montres bracelet.

1916 l’heure d’été est mise en vigueur dans différents pays.

1931 les montres de Rolex qui se montent d’elle-même.

1937 l’invention de la montre au cristal de quartz ?

1953 les premières montres sous-marine

1957 les premières montres électriques.

1967 les montres à quartz Suisse-Japon production massive ?

1973 les premières montres numériques LCD au quartz

 

 

             

   

 

 

chronos et montres de luxe

 

 

Depuis quelques décennies certains fabricants essaient de survivre en offrant des instruments de grand luxe alors que d’autres font le contraire en vendant des montres à des prix incroyablement bas.

 

 

Horloges atomiques

 

Les horloges atomiques apparurent en 1948. Ces dernières renverseront toutes les méthodes de mesures du temps inventées depuis le début des temps. Aujourd’hui, des centaines d’horloges atomiques sont reliées par satellites à travers le monde. Les Allemands disent qu’ils ont la « bonne heure » puisqu’ils ont l’horloge mère. Les Français disent que ce sont eux puisqu’ils contrôlent le Système du Temps Universel (UTS) de leur Bureau International des Poids et Mesures ! Les Anglais disent que c’est grâce à eux puisque tout est relié à leur fameux méridien zéro de Greenwich. Naturellement les U.S.A. jouent le rôle du grand chef car ils possèdent le plus grand nombre d’horloges atomiques sur Terre sans parler des centaines d’autres à bord de leurs satellites. De par sa précision stupéfiante, l’horloge atomique à césium permit en 1976 d’établir la seconde atomique qui bouleversera tous les mesures du temps.

 

 

horloge atomique

 

La venue des horloges atomiques a mis un frein à l’escalende de nouveaux instruments il semble qu’on ait atteint une précision suffisante pour les besoins d’aujourd’hui.

 

Différentes mesures du TEMPS

 

Voici quelques exemples de mesures du temps : Le Temps (UTC) qui est supposé être le vrai de vrai. Ce Temps Universel Coordonné (UTC) est un compromis linguistique anglo-français entre le temps atomique international (TAI) et le temps universel (TU) directement lié à la rotation de la Terre. Le (TAI) vient d’un ensemble d’horloges atomiques alors que le temps universel (TU) définit le jour comme la durée moyenne de rotation de la Terre autour de son axe. Or, cette rotation n'est pas constante, elle ralentit lentement sous l'effet des marées et de plus, présente des irrégularités imprévisibles. C'est pour remédier à ce problème qu'en 1972 on lia les deux ensembles sous le nom de (UTC) sous le contrôle du bureau international des poids et mesures (BIPM) à Sèvres en France qui est relié à  quelques centaines d'horloges atomiques au césium réparties sur Terre et dans l’espace.

 

 

des centaines d’horloges atomiques aux USA assurent la précision de notre temps 

 

 

Afin de garder notre temps synchronisé avec la rotation de la Terre, une seconde intercalaire (en anglais "leap seconds") est parfois rajoutée, ou retranchée, à la fin des mois de juin ou de décembre. Jusqu'à présent, ces secondes intercalaires ont toujours été ajoutées, jamais retranchées : le temps UTC retarde donc sur le temps TAI relié aux astres. Leur insertion est décidée par l'International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) basé en particulier à l'Observatoire de Paris.

 

Au 1er janvier 2006, le décalage entre les temps UTC et le TAI était de 33 secondes. Vous vous demandez à quoi servent ces bureaux de contrôles si le décalage est aussi élevé ? Les astres ont parfois des mouvements difficiles à prévoir ; l’écart a augmenté progressivement puis s’est arrêté durant 7 ans. Attendons de voir ce que le temps va nous apporter, si l’an prochain la différence diminue d’une seconde, que feriez-vous ? La lune a un cycle de 18 ans et le Soleil en a un de 12 ans l’effet combiné de ces deux astres influence le temps terrestre. Si les scientifiques et astronomes retardent a faire les ajustements ils ont certainement de bonnes raisons.

 

 Pour ajouter ou retrancher une seconde, le décompte du temps affiché par les horloges atomiques est simplement modifié.

 

· En temps normal, à minuit, une horloge indiquerait 23h 59m 59s puis 00h 00m 00s.

 

· Pour ajouter une seconde on ferait afficher 23h 59m 59s puis 23h 59m 60s puis 00h 00m 00s.

 

· Pour retrancher une seconde on lui ferait afficher 23h 59m 58s puis 00h 00m 00s.

 

 

Si je vous donne l’heure UTC qui est la vraie de vraie, il ne faut pas vous attendre à quelle soit la même que sur votre montre car il ne faut pas oublier les zones horaires, l’heure avancée ou normale. Malgré que le temps UTC soit celui du méridien zéro, Londres qui est à quelques centaines de mètres de Greenwich n’est pas toujours à l’heure UTC les anglais suivent l’heure européenne de l’été.

   Autres exemples de temps suivant vous êtes ; que diriez-vous du temps Apparent Local ? Si c’est pas suffisant, je peux ajouter le temps civil, le temps étalon (standard), l’heure normale, l’heure d’été, le temps marin, le beau temps, le mauvais temps, le temps froid ou chaud etc. En français le mot temps sert à toutes les sauces, en anglais le terme « weather » sert de façon plus courante que le mot « météo » en français.

 

Le côté abstrait du TEMPS

(à l’approche de Soleil, l’ombre s’enfuit.)

 

Platon (427-347 BC), philosophe et mathématicien Grec élève de Socrate disait que le temps avait été créé en même temps que le ciel.

Aristote (384-322 BC), pensait que le temps n’existait pas ; puisque le passé n’existait plus et que l’avenir n’existait pas encore !  Plus tard il opta pour une théorie où le temps était un mouvement puisqu’il était relié au déplacement du Soleil et qu’on peut le mesurer seulement par son passage d’hier à demain.

 

Saint Augustin (354-430) lui aussi questionna comment le présent pouvait- il exister alors que le passé et l’avenir n’existaient pas ? Il opta pour la théorie de Platon sur la création du temps lors de la création des étoiles et du système solaire. Le temps demeurera une énigme jusqu’à nos jours mais la théorie d’Aristote qui associait le temps au mouvement semble prévaloir.

 

 

 

Isaac Newton a énoncé en 1687 dans ses Principia Mathematica que le temps était une identité indépendante du jour et de la nuit et de nos chronomètres ». Qu’un scientifique, du calibre de Newton, ait fait un énoncé aussi puéril semble étonnant.  Pas besoin d’être un génie pour en arriver à la conclusion que le temps n’est pas nos montres. Mais Newton avait ajouté « indépendante du jour et de la nuit » faut croire qu’il percevait qu’il y avait un aspect du temps qu’il ne parvenait pas à saisir.

 

 

J.C.Maxwell  Il a fallu exactement 200 ans après Newton, soit en 1887 pour que Albert Michelson et Edward Morly fassent une découverte stupéfiante dans un domaine connexe pour que cet aspect fugace du temps soit découvert. En comparant la vitesse de la lumière du Soleil lorsque la Terre se rapprochait du Soleil, à la vitesse de la lumière lorsque la Terre s’éloignait du Soleil, ils découvrirent à leur étonnement que la vitesse de la lumière était toujours la même. Cette découverte a bouleversé le monde scientifique, de nombreux physiciens et mathématiciens comme Michelson, Morley, Lorentz et Poincaré cherchèrent une explication plausible. Pourtant la théorie de James Maxwell (1865) sur la propagation de la lumière suggérait une explication à ce phénomène, mais les chercheurs se butaient à une évidence tellement stupéfiante qu’ils temporisaient. On fit appel à une substance appelée éther qui aurait été présente partout même dans l’espace vide, les ondes lumineuses se propageraient à travers l’éther comme le son à travers l’air. Finalement, c’est Albert Einstein, un obscur ingénieur juif qui apporta la réponse dans un article paru en 1905 où il prouve que le temps n’était pas

une constante comme le voulait la théorie newtonienne. Il démontra, dans ce qu’on appela par après la théorie de la Relativité restreinte, que c’était la vitesse de la lumière qui était une constante et que le temps était en fait variable. Il avança dans ce qui devint la théorie de la Relativité générale que la gravitation expliquée par Newton n’était pas une force mais une conséquence du fait que l’espace-temps était courbe.

Albert Einstein

 

 D’après Einstein « Le temps bat à des rythmes différents suivant la vitesse à laquelle vous vous déplacez », alors que d’après Newton le temps était le même dans tout l’univers ; une seconde sur Terre était la même que sur Jupiter ou Mars. Pour Einstein les horloges de l’univers montrent des heures différentes, plus vite voyage « l’horloge » moins vite avance le temps. Les super galaxies que le télescope Hubble a détecté à des milliards d’années lumières s’éloignent de nous très rapidement, il est donc logique de conclure que les horloges de ces galaxies retardent.

Ce qui m’amène à penser que s’il y avait des êtres intelligents dans ces univers lointains ils ne seraient probablement pas capables de capter nos ondes radio puisque pour eux nous n’existons pas encore.

 

l’univers vu par le satellite Cobe

 

 

 

 Cette théorie de la relativité qui ébranla les bases même de la science ouvrit la porte à un monde nouveau que seuls les scientifiques semblent capable de pénétrer. Les découvertes qui suivirent nous remplissent d’étonnements mais pour le commun des mortels les lois de gravitation de Newton sont suffisantes pour nos besoins de tous le jours.

 

Cet aspect insoupçonné du temps qu’Einstein a découvert fut probablement la plus grande découverte scientifique du 20 ième siècle. Simplement présenté, il nous disait que le temps variait suivant le lieu mais de là à le prouver par observations était une autre chose. En 1859 un astronome français Urbain Le Verrier avait perçu une anomalie dans l’orbite de Mercure autour du Soleil qui au lieu d’être fixe l’orbite elle-même tournait. Les astronomes du temps croyaient que ce phénomène était causé par l’attraction des autres planètes.

 

L’orbite de Mercure tourne très lentement autour du Soleil

 Einstein lui calcula en se servant de sa propre formule que le déplacement était relié par la déformation de l’espace-temps causée par l’immense force d’attraction du Soleil tout près de Mercure. Mais beaucoup de scientifiques du début du 20ième siècle refusaient d’admettre que les lois de Newton étaient en erreur. Einstein prédit « à l’avance » que la lumière étant une constante et qu’elle serait ou était courbée par la dilatation de l’espace-temps. Mais ce n’est que vers 1920 qu’au cours d’une éclipse que la preuve fut faite que le Soleil déviait la lumière des étoiles. Durant plusieurs années, cette nouveauté du temps fut ignorée à cause des deux guerres mondiales.

La bombe atomique, à la fin de la deuxième grande guerre, fut associée à la découverte de la Relativité générale, Einstein avait incité le gouvernement des États-unis à fabriquer la bombe, geste qu’il regretta toute sa vie.

vidéo les effets bombe nucléaire Il n’a pas participé directement à la fabrication de la bombe atomique le gouvernement américain ne l’a jamais invité, probablement parce qu’il était juif et allemand. Hoover le chef ignoble du FBI l’avait catalogué indésirable. Pourtant tous les scientistes qui avaient été recruté pour le projet Manhattan étaient des admirateurs et disciples de sa théorie sur la structure atomique.

Cette extraordinaire découverte d’Einstein devint une réalité de tous les jours pour les experts de l’exploration spatiale. Les horloges à bord d’une multitude de satellites artificiels nous donnent l’heure de l’espace dont se servent les GPS pour le positionnement de l’utilisateur terrestre ou spatial. Depuis que l’homme voyage dans l’espace il est confronté à la complexité de cette dimension qu’est le temps, nous sommes maintenant de parfaits témoins de sa relation avec l’espace et la lumière comme nous l’avait prédit Einstein il y a un siècle ? 

déformation de l’espace-temps

 

 

 

 

Réflexion

Aujourd’hui, nous pouvons mesurer les étapes de la création du monde, nous pouvons reculer aux premiers soubresauts du Big Bang mais chose étrange le moment présent semble nous échapper. Cet abstrait qui semble faire partie intrinsèque de nous-mêmes nous fuit. Nous semblons plus conscients du passé que du présent ; je tape ce texte et à mesure que les lettres forment des mots, le temps s’écoule, je sais que le prochain mot sera « sera » : il est dans l’avenir et à mesure que je le tape, il devient « passé » sans que je l’aie réellement senti au «présent ». Parfois de longs moments de nos vies sont de même. J’ai fait imprimer une plaquette de bronze que j’ai collée à l’intérieur de notre horloge grand-père. On peut y lire « souviens- toi d’apprécier le moment présent », message que je laisse à mes enfants.

 

 

Souvent alors que tout va bien et qu’on est entouré de gens qu’on aime, on ne sait pas apprécier le bonheur qui nous entoure, pourquoi ?  Peut-être parce qu’on est tellement soucieux de l’avenir ou du passé que le temps présent nous échappe.

déformation du temps S.Dali

 

 

 Lisez le scénario suivant et pensez-y lorsque vous visionnerez le prochain film du genre Star War : Si le système solaire avec toutes ses planètes disparaissait effaçant toutes les traces de l’existence d’êtres vivants sur Terre, est-ce que le temps continuerait d’exister ? Si oui, ce temps se mesurerait comment : plus de Soleil, plus de Lune, plus de saisons, plus de jours, seulement la noirceur, le froid et le vide de la nuit.

Est-ce que les étoiles ont une “horloge”, si oui quelle est sa mesure ? Le tic-tac de l’infiniment grand dure-t-il un millier de nos années ? Il faut constamment se rappeler que notre temps à nous est une invention humaine issue d’un coucher et d’un lever du Soleil, mais si le Soleil n’y était plus qu’indiqueraient nos horloges ?

En 1962, on a prouvé par expérience qu’une horloge voyageant dans l’espace fonctionnait moins vite qu’une sur Terre. La différence de vitesse des horloges en orbite autour de la Terre est de nos jours d’une importance pratique. Si on n’avait pas tenu compte de ces variations du temps, les positions des satellites auraient été fausses de plusieurs kilomètres. On se sert d’instruments de mesure à bord de satellites pour contrôler les horloges atomiques sur terre, la complexité de ce système terrestre et spatial dépasse l’imagination. Des centaines d’horloges de l’espace sont impliquées en plus des milliers sur Terre.

   

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Satellites du  Système de Positionnement Global ; (GPS)

 

 On constate, à tous les jours, que le temps varie suivant la position de l’observateur-satellite dans l’espace.  C’est à se demander si on ne fait pas un retour en arrière, anciennement l’heure variait d’une ville à l’autre parce qu’on se fiait au soleil, aujourd’hui avec nos instruments précis à la milliardième seconde on découvre que le temps varie non seulement à cause de la Terre mais suivant notre position dans l’univers ?  La vitesse de la lumière est constante et absolue… c’est le temps qui varie…du moins c’est ce que les scientistes croient pour le moment.

La dilatation du  Temps

Pour essayer de comprendre ce qu’est la « Relativité » nous allons simplifier un exemple dont Albert Einstein se servait pour expliquer sa théorie. Les horloges ont toutes un type d’échappement ; genre de tic tac ou de va et vient. Dans notre exemple nous allons nous servir d’une d’horloge très rapide dont le tic tac est le reflet de la lumière entre deux miroirs séparés de 1,8 mètre l’un de l’autre. Notre horloge très spéciale est à bord d’un wagon vitré qui voyage dans l’espace à 80 % de la vitesse de la lumière.

 

 On sait que la lumière voyage à 300,000,000 m/s que l’on représente par 3 X 10m/s ou par un « c »  minuscule, un tic tac est le temps que la lumière prend pour aller d’un miroir à l’autre et revenir. La distance parcourue sera de 3.6m et le temps que la lumière prendra pour cet allez retour sera de : 1,2 x 10 seconde.   (Distance parcourue divisée par la vitesse de la lumière…)     

Distance / Vitesse =3,6m / 3 X 10m/s  = 1,2 x 10 s.

 

Pour notre bonhomme à l’intérieur du wagon qui voyage à une vitesse constante de 80% de la lumière c’est le temps d’une intervalle de son horloge ;  1,2 x 10 s.

Mais pour nous observateurs qui regardons passer ce wagon devant nous à 80% de la vitesse de la lumière soit 2,4 X 10m/s, le temps que prend les rayons lumineux pour voyager entre les miroirs est différent.

 

 

 La lumière voyage d’un miroir à l’autre mais en même temps elle se déplace vers la droite dans le même sens que le wagon. Autrement dit entre le temps que la lumière part du miroir du bas et qu’elle atteint le miroir du haut notre horloge s’est déplacée de 2,4m. Ce qui fait que le rayon lumineux de notre horloge a dû parcourir 3m vers la droite pour aller et 3m pour revenir soit un total de 6m. Comme la vitesse de la lumière est une constante immuable il faut que ce soit le temps qui se dilate ou qu’il soit plus long pour permettre à la lumière de parcourir une plus grande distance.

Notre perception en tant qu’observateurs du temps de l’évènement est une simple division : Temps = Distance / Vitesse  

Temps = 6.0m / 3 X 10m/s   =  2.0 X 10 s.

 

Il semble y avoir une contradiction évidente dans cette histoire, si notre bonhomme à l’intérieur du wagon pouvait parler il nous dirait que son horloge cliquait ou tiquait à intervalle de 1.2gs alors que nous ont serait convaincu que c’était à un intervalle de 2.0. Pour nous le temps que la lumière a pris pour aller et revenir entre les miroirs était réellement plus long. On aurait pu laisser tomber une balle à l’intérieur du wagon au lieu de notre jeux de miroirs on aurait observé le même phénomène mais les calculs auraient été plus compliqués.

Pour la même action les intervalles de temps étaient différents; c’est la base de la théorie de la relativité. Le temps varie suivant la vitesse de l’objet observé ou de la vitesse de l’observateur en fonction de la vitesse de la lumière.

Einstein nous donne la formule pour comparer notre temps à celui de notre bonhomme à bord du wagon.

Temps (observateurs)  =  Temps (wagon)   X   

= vitesse du wagon au carré   = vitesse de la lumière au carré  

Temps (observateurs) =  1,2 x 10 s  X  

 Note : le 0,8c représente la vitesse du wagon soit 80% de la vitesse de la lumière on assume ici que « c » est « 1 » donc  80% égale 0,8c.

Temps (observateurs)  =  1,2 x 10 s  X   

 

Temps (observateurs)  =  2.0 X  10   

 

Comme on peut le constater Einstein confirme nos calculs de la page précédente mais il ne faut pas croire que c’est chose simple à comprendre, ce phénomène de la dilatation du temps s’applique seulement à des situations ou la vitesse des objets observés est très grande. Si on donne une vitesse réelle de 300k/h ou 80 m/s à notre wagon on voit rapidement que dans la formule le diviseur   nous donne des résultats tout près de 1 et le Temps observateur égale sensiblement le Temps du wagon.

Einstein avait un sens de l’humour qui surprenait toujours les scientifiques qui l’approchaient, il disait comme ça : «  Mettez votre main sur un poêle chaud pour une minute, ça vous semblera être une heure. Assoyez vous avec une jolie jeune fille durant une heure ça vous semblera être une minute; c’est ça la relativité. »

Pour nous amuser imaginons que lors de la création de la Terre que deux horloges ont été mises en opération en même temps ; une dans l’espace à l’endroit où la Terre s’est formée et une autre sur la Terre. Après 4.5 giga ans qui est l’âge de notre planète, est-ce que nos deux horloges indiqueraient encore la même heure ?  D’après la théorie de la Relativité un observateur sur la Terre qui comparerait son horloge avec une horloge de l’espace noterait une variation du temps « T » proportionnelle à la formule de la relativité.

 

Petit ‘t’ qui est l’âge de la Terre égale 4.5 milliards d’années.

 ‘v’  30 k/sec est la vitesse de la Terre dans l’espace

 ‘c’ est la vitesse de la lumière

 Si on solutionne la formule on arrive à 22.5 millions d’années de différence. Ce qui voudrait dire que la Terre serait 22.5 millions d’années plus jeune qu’en réalité !

En fait il n’y a pas de réalité, notre cas est simplement hypothétique, si un observateur était demeuré près de l’horloge dans l’espace il pourrait dire que la Terre est parti dans l’espace depuis 4,500,000,000 ans alors que sur la Terre notre horloge indiquerait 4,477,500,000 ans. Ces formules mathématiques simplistes demandent une interprétation scientifique très pointue, je vous suggère de lire les explications trouvées sur le site suivant au sujet du paradoxe des jumeaux. Dans mon dernier exemple complètement farfelu je ne prouve rien, j’essaie simplement de comprendre ces fameuses formules de la Relativité qui modifient le Temps.  Einstein était constamment confronté par ce genre de paradoxe, au début il doutait dans certains cas des résultats de l’application de sa propre théorie. Il disait : “but for all I know, the Lord might be laughing over it and leading me around by the nose.” Mais le temps prouva la conformité de sa formule.

http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=8069

 

 

 

 

Note : mon interprétation de ces formules dépasse de beaucoup mes compétences mathématiques donc il ne faut pas trop si fier.

 

 

 

Une anecdote intéressante

Stephen Hawking dans son livre intitulé « Une Brève Histoire du Temps », mentionne un fait intéressant au sujet de l’annonce de théorie de la Relativité. Il nous dit qu’en 1905 un mathématicien français H. Poincaré fit la preuve mathématique de la Relativité deux semaines seulement après l’énoncé d’Einstein. Or ce travail avait demandé des années de recherche et de calculs à Poincaré un extrait d’une de ses publications avant 1905 le prouve.

      Henri Poincaré

 

« Il est impossible de figurer un espace vide. Tous nos efforts pour imaginer un espace pur dans lequel les objets matériels sont exclus ne peuvent que résulter dans une représentation où tout disparaît et finit à rien. D’où vient l’inévitable relativité de l’espace et du temps ! » Extrait de: La Relativité de l’Espace de Science & Méthode1897. Henri Poincaré

 

Plus tard, Einstein devint tellement populaire auprès des Américains, que le mathématicien Poincaré fut oublié. Faut dire que Stephen Hawking est lui-même un génie en mathématique; c’est ce qui explique son admiration pour Poincaré. Hawking, malgré son terrible handicap (maladie neuro-motrice de Lou Gehrig), détient le même titre qu’Isaac Newton à l’Université Cambridge; ce qui lui donne une certaine crédibilité lorsqu’il présente Poincaré à l’égal d’Einstein.

 

 

notre galaxie la voie lactée  (Cobe Satellite)

 

1/24 de JOUR 

 

Maintenant que vous êtes complètement confus, parlons simplement d’une HEURE telle que l’indique nos horloges, oublions les GST, le LST et les UTC ! Une heure pourrait être définie comme le 1/24 ième d’une journée. Donc, il serait logique de conclure que lorsque la terre fait un tour sur elle-même notre montre elle, devrait faire 24 tours. Mais avant d’affirmer qu’une heure égale 1/24ième de jour, assurons-nous qu’il y a réellement 24 heures par jour au cours de toute l’année.

On sait que les journées d’été sont plus longues que les journées d’hiver et que les nuits sont plus courtes. Si on ajoutait les deux périodes ensemble est-ce que le total donnerait toujours 24:00:00 heures? Comment vérifier si c’est le cas ? Si vous êtes d’accord on va faire une petite expérience pour le prouver. On va se servir de l’ombre d’un grand poteau d’éclairage d’un terrain de stationnement. Nous allons marquer l’endroit où l’ombre du soleil atteint sa plus courte longueur vers midi et nous ferons la même expérience à tous les mois. Vous soutenez que votre montre est précise à la seconde près, parfait nous en aurons de besoin pour nos observations. Vous êtes d’accord que lorsque l’ombre du poteau est à son point le plus court cela indique que le Soleil est à son point le plus haut dans le ciel.

 

l’ombre du poteau est plus courte à midi

 

 

Le soleil devrait culminer à son apogée à 180 degrés sud, c’est ce qu’on appelle « MIDI ». Lorsque l’ombre est à son point le plus court en février, notez l’heure à votre montre. Vous me dites que votre montre indique (12:10  h), d’accord. Le jour suivant vers midi lorsque le soleil sera de nouveau à sa pleine hauteur notez l’heure. Si elle indique encore (12:10 h), peut-on en conclure qu’il y a 24 heures dans un jour du moins à quelques secondes près ?  C’est prometteur mais on est mieux de continuer nos expériences sur plusieurs mois pour s’en assurer.

Après quelques mois on remarquera que le soleil a accéléré sa course et qu’il atteint sa position la plus haute près de cinq minutes avant midi (11 :55h). À la fin de juillet, il sera en retard de 5 minutes (12 :05h). Au début de novembre, surprise votre montre indiquera (11:44h) lorsque le soleil culminera.  Est-ce le soleil ou la montre qui fait défaut ? Ce n’est ni l’un ni l’autre, c’est la terre la responsable. Si le soleil est à mi-chemin dans le ciel, il devrait être 12:00:00 heures, le mot latin medius signifie milieu du jour. Même à Greenwich au méridien zéro notre expérience aurait donné les mêmes résultats. Ce que notre expérience nous dit c’est qu’il n’y a pas toujours 24 heures dans une journée et que de plus midi n’arrive pas toujours à 12h. Nous verrons pourquoi plus loin.

Note : Dans cet article le terme rotation d’une planète signifie un mouvement périodique sur elle-même. Sa révolution est le mouvement périodique orbital autour d’un autre objet.

 

Les Heures            (elles nous blessent toutes, la dernière tue)

 

Révolution de la Terre autour du Soleil variation de vitesse amplifiée

 

 

 

Les planètes tournent autour du Soleil d’une façon elliptique. Si elles tournaient dans un cercle parfait leurs vitesses seraient toujours les mêmes. Dans une ellipse la vitesse d’une planète augmente à mesure qu’elle s’approche de son foyer (l’étoile ou le soleil); et elle ralentit lorsqu’elle s’en éloigne. C’est l’une des lois énoncées par Kepler, astronome du 16ième siècle.

Dans le dessin qui suit nous avons copieusement déréglé l’ellipse de notre parcours autour du Soleil pour nous aider à mieux comprendre ce phénomène astronomique.

 Nous avons tracé deux pointes de tarte ayant exactement les mêmes dimensions malgré leurs formes différentes l’aire du segment ABE est égale à celle de CDE. Dans une telle situation, suivant les lois de la physique, une planète mettrait le même temps disons 30 jours pour aller de A à B que pour aller de C à D. (deuxième loi de Kepler). Pour que ce soit possible il est évident que la planète doit voyager beaucoup plus vite de A à B que de C à D.  Remarquez l’énorme différence d’angle entre BEA et CED résultat du changement de vitesse. La Terre tourne autour du Soleil sous une forme de cercle légèrement elliptique et non pas exagérée comme ici, pourtant cette forme de cercle aplati est suffisante pour que la vitesse de la Terre dans l’espace varie. Cette vitesse orbitale change d’une saison à l’autre à mesure que la Terre se rapproche ou s’éloigne du Soleil.

 

 

 

 

La Terre tourne sur elle-même en 23 heures 56 minutes et 4 secondes, mais elle tourne en même temps autour du Soleil. Un point « a » sur sa surface aligné avec le centre du soleil ; ligne (a-b),  revient à la même position en relation avec le centre du  Soleil 24 heures plus tard ligne « a’-b’ ». Soit près de 4 minutes de plus.

 

 

 

 

La Terre fait un tour complet sur elle-même en 23 :56h. Dans notre dessin ci- haut disons qu’on part du Solstice d’hiver point A, une flèche rouge traverse la Terre, elle pointe vers une étoile lointaine alors qu’à l’autre extrémité le point « a » pointe vers le centre du Soleil. Après un tour complet de la Terre en 23 :56h notre flèche pointe de nouveau vers notre étoile lointaine, mais il faudra 4 minutes de plus pour que le point « a » revienne face au Soleil. Chaque jour après une rotation il faut quatre minutes de plus pour qu’un point quelconque sur la Terre se retrouve vis-à-vis le centre du Soleil.

À tous les jours le même phénomène se reproduit et après trois mois le segment noir qu’on aperçoit à l’Équinoxe vernal représente trois heures, après six mois la Terre a fait ½ tour de plus ou six heures et finalement après douze mois elle a un tour complet de plus. Il n’est pas exact de dire que la Terre tourne sur elle-même en 24h parce qu’en réalité elle fait plus qu’un tour sur elle-même, elle tourne 361 degrés en 24h. Un degré de plus par jour donne ±360 degrés par an ou un tour de plus.

 

Changements de vitesse

 

Dans ce dessin on tente de démontrer que le retard ou l’avance du Soleil à midi sont causés par le changement de vitesse de la Terre au cours de sa révolution autour du Soleil. Lorsque la Terre se rapproche du Soleil en hiver elle accélère comme on le représente ici. Pour bien comprendre, exagérons le phénomène et disons qu’elle passe de A à C au lieu de A à B dans une même période  mais que durant cette même période la Terre tourne sur elle-même toujours à la même vitesse; elle fait un tour tel que représenté par les droites (a-x) et (a’-x). On voit qu’en C la Terre prendra plus de temps pour s’aligner avec le Soleil. C’est ce qui nous donne l’impression que le Soleil est en retard alors que c’est la Terre qui a voyagé trop vite. Lorsque la Terre s’éloigne du Soleil et qu’elle ralenti c’est le contraire le Soleil nous apparaît comme en avance à midi.

Si on représentait graphiquement ce changement de vitesse de la Terre dans son périple autour du Soleil au cours d’un an il est à supposer que la courbe enregistrée serait une sinusoïde. La vitesse irait en augmentant à mesure que la Terre se rapprocherait du Soleil et elle diminuerait à mesure qu’elle s’en éloignerait. Il s’agirait simplement de savoir où débuter le graphique, la Terre atteint ses plus grandes distances du Soleil aux solstices et de là elle revient vers le Soleil donc il serait pertinent de se servir d’une date près d’un solstice soit au début de l’an. La variation de la position du Soleil à midi est appelée l’Equation du Temps. Cette équation est habituellement représentée par un étrange graphique qui est le résultat de deux courbes ; celle qu’on vient d’expliquer la sinusoïde de la variation de la vitesse et celle de l’obliquité de la Terre que nous examinerons par la suite.

Le plan équatorial de la Terre est différent de son plan d’orbite autour du Soleil, ils forment un angle de 23º. Autrement dit la Terre est penchée par rapport à son plan de déplacement autour du Soleil.

 

 

Notez l’angle de 23.5 º entre l’équateur et l’écliptique sans cet angle il n’y aurait pas eu de saisons sur Terre et l’équateur aurait été probablement très chaud et les pôles très froids.

La courbe de l’obliquité.

 

Visualiser ou expliquer l’effet que produit l’angle penché de la Terre par rapport à son équateur sur l’angle lumineux du Soleil à midi n’est pas facile; il faut voir la Terre en trois dimensions et imaginer la forme de cette ligne d’ombre qui change d’un jour à l’autre.

Regardez la ligne de l’ombre du coucher du Soleil sur l’Amérique du Sud (voir photo), comme vous pouvez le constater à un certain temps de l’année cette ligne suit pratiquement la côte du Brésil.

 

angle de la ligne entre le jour et la nuit vue de l’espace le long des cotes du Brésil

 

Cet angle du Soleil est le résultat de l’obliquité de la Terre. Maintenant essayez d’imaginer la variation de cet angle à mesure que la Terre voyage dans l’espace autour du Soleil.

Aux équinoxes la sphère de la Terre est éclairée exactement de moitié comme on peut le voir dans l’image qui suit, la ligne de division du jour et de la nuit est pratiquement une droite.

ligne d’illumination de la Terre au mois de mars.

 

Par contre quelques mois plus tard en juin elle est éclairée sous de drôles d’angles. Cette ligne que l’on nomme la ligne d’illumination de la Terre est maintenant une courbe, cette géométrie spatiale change d’une saison à l’autre et a comme effet elle aussi de modifier la position du soleil apparent dans l’équation du temps.

 

 

 

ligne d’illumination de la Terre au mois de juin.

les deux courbes de l’équation du temps

 

 

 La courbe mauve « B » correspond aux effets de l’obliquité « tilt » de la Terre qu’on vient de voir et la noire « A » aux changements de vitesse dont on a parlé plus haut. Le graphique mauve « B » est aussi une sinusoïde mais beaucoup plus rapide parce que les effets d’ombres se font sentir aux deux équinoxes et aux deux solstices.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Courbe finale de l’équation du temps

 

Maintenant regardons les deux courbes combinées ensemble dans une seule que l’on nomme l’Équation du Temps.

 

 

 

 

 

Résultats des deux courbes combinées

 

 

 

On constate en regardant cette courbe que le Soleil est « à l’heure » à midi seulement quatre fois par an; en janvier, en avril, en juin et en septembre. En février, le soleil est en retard de près de 15 minutes du midi de nos horloges et en novembre il est en avance de 16 minutes.

 

 

  À Greenwich si vous étiez devant l’observatoire à midi et regardiez vers le sud comme sur la photo qui suit, vous verriez suivant les saisons, le disque du Soleil à gauche ou à droite de la ligne du méridien zéro tracée sur le sol.

 

 

à cheval sur le méridien zéro à Greenwich

 

 

 

 

 

 

Révolution de la Terre autour du Soleil

 

On vient de voir que la Terre subit d’importants changements de vitesse en février et en octobre sur sa vitesse moyenne de 30.2 k/sec. Comme on vient de le voir, au cours de l’année, l’heure apparente et l’heure moyenne solaire sont les mêmes seulement pour quelques jours. Au lieu d’horloges qui indiquent une « heure moyenne » aujourd’hui il serait possible d’avoir des horloges qui suivraient instantanément les fantaisies de la Terre !

Mais est-ce si important de suivre le mouvement Terre-Soleil à la seconde près ? Disons tout simplement qu’avec une seconde d’avance sur le Soleil par jour, nos horloges accumuleraient une heure tous les 10 ans, après 100 ans la nuit deviendrait le jour. En réalité, la différence entre le jour le plus long et le jour le plus court n’excède pas 60 secondes, c’est que les différences s’accumulent ou se soustraient par périodes, de sorte que si nous avions noté les différences en minutes et en secondes, jour après jour, pour toute l’année, on aurait découvert que le temps perdu au début de l’année, le Soleil le gagnait par après. Le Soleil n’est pas fiable comme chronomètre; c’est pourquoi nos montres ont été fabriquées pour suivre un « Soleil fictif moyen » !

Vingt-quatre heures par jour est une invention humaine qui date de millénaires, mais ce n’est que récemment que les scientistes l’ont définie de façon claire et nette et que les gouvernements l’ont sanctionnée. Théoriquement, ils ont calculé la durée d’un tic-tac (1sec) pour que sur une longue période (plus de 400 ans) nos horloges fassent 24 tours pour une période moyenne de rotation de notre planète face au Soleil. L’heure a été façonnée pour totaliser 24 de moyenne par jour, c’est ce que l’on nomme le temps solaire moyen. Dans notre terrain de stationnement, ce qu’on observait était le temps solaire apparent et on le comparait à l’heure de nos montres qui est un temps calculé moyen.

 

 

 

La Terre est une toupie

 

La Terre est une toupie qui pivote sur elle-même de façon assez constante; par contre elle oscille sur son axe de rotation nord-sud. Comme tous les astres, elle est influencée par la gravité des objets qui l’entourent et par l’attraction universelle.

 

         

influence du Soleil et de la Lune sur la rotation terrestre

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les attractions combinées, du Soleil et des planètes voisines, freinent la rotation terrestre mais ces effets sont faibles et se mesurent en microsecondes tout comme la dérive des continents et le déplacement des plaques tectoniques. Même si ces variations sont faibles elles sont évaluées lors des corrections de l’heure U.T.C.

 

 

 

 

influence des autres planètes sur la Terre


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