Histoire des horloges et de la mesure du temps
Dans cet article nous allons parcourir l'histoire des horloges, des plus anciennes connues à ce jour, jusqu’à la précision des horloges atomiques des temps modernes. Pour maîtriser ce concept de temps, les humains ont travaillé sans compter à inventer des systèmes permettant de le mesurer.
Gnomon (-3000)
Le Gnomon est sûrement le plus ancien instrument astronomique connu. Son principe est toujours utilisé de nos jours. Il consiste à mesurer le déplacement de l’ombre d’un bâton pour évaluer le temps qui s'écoule. Pour en faciliter la lecture, il était souvent équipé d'un cadran solaire.
La doxographie¹ de Dumont (1988), a désigné le philosophe et savant grec Anaximandre comme l'inventeur du gnomon. Diogène Laërce un autre doxographe, explique explique que Anaximandre fut le premier astronome a parler d'un système où les astres tournaient à des distances différentes. Théorie qu'Anaximandre représenta en construisant une sphère céleste. Une construction qui lui permit d'être le premier à parler d'obliquité du zodiaque. Les connaissances et les travaux d'Anaximandre laissent à penser que même s'il était trop tôt pour parler de l’écliptique², il avait très certainement observé l'inclinaison de la sphère céleste par rapport au plan terrestre. Une information confirmée par la Souda une encyclopédie grecque du Xe siècle. Ce qui a pu lui permettre d'imaginer le Gnomon.
Cet instrument d'astronome a dû être découvert assez tôt par différentes cultures. Chez les Babyloniens, l'analyse des tablettes MUL.APIN nous apprend que l'utilisation du gnomon a été confirmée, dès le deuxième millénaire avant J.-C., ainsi les solstices et équinoxes sont déterminés, par exemple, par rapport aux ombres du gnomon.
Cadran solaire (-1600)
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Cadran solaire le plus ancien retrouvé 
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Le Cadran solaire est le premier type de dispositif de chronométrage. Il indique l'heure du jour grâce à la position de l'ombre d'un objet exposé aux rayons du soleil. Les membres de l'équipe d'égyptologie sous la direction de la professeur Susanne Bickel ont fait cette importante découverte lors de fouilles à l'entrée d'une tombe. Cette équipe d'archéologues suisses à découvert un petit cadran solaire datant d'environ 1300 avant J.-C. dans la Vallée des Rois. Ce cadran est orné d’un demi-cercle de couleur noire divisé en douze sections (15 degrés d’écartement entre chacune). Un trou à la base du cadran permet de placer un bâton et suivre le mouvement de son ombre. |
Clepsydre (-1400)
C'est à Karnak que l'on à découvert la plus ancienne clepsydre que l'on connaisse. Datée du règne d’Aménophis III, vers -1400, elle est maintenant exposée au musée égyptien du Caire. Elle est faite d'un bol conique avec à sa base un orifice permettant l'écoulement de l'eau.
Il est donc possible de mesurer le temps en faisant des graduations lisibles à l'intérieur du bol. On estime aujourd'hui que les premières clepsydres ont été créées en Égypte vers -1600.
La précision de cet outil est imparfaite du fait d'un écoulement de l'eau irrégulier, car influencée notamment par le volume d'eau contenu. Les Égyptiens remédièrent à cela en graduant en conséquence les bols en fonction du niveau. Ils avaient également utilisé des bols en forme de cône, pour atténuer le problème de la pression.
Cependant, la précision n'était toujours pas assez bonne. Ce n'est qu'au IIIe siècle avant J.-C. que l'inventeur grec Ctésibios imagine un système de vases communicants et de soupape. Une autre technique utilise le vase de Mariotte. Ces méthodes permettent ainsi d'augmenter la précision de cette horloge à eau.
C'est le peuple de la civilisation arabe qui pérennisera cette technique, avant d'être introduite dans le monde occidental, bientôt remplacé par l'horloge mécanique.
Horloge à feu (-500)
C’est en Asie que l’horloge à feu voit le jour, et particulièrement en Chine. Des traces de son utilisation remontent jusqu’au VIe siècle avant J.-C.
Les horloges à encens
L'encens brûle à vitesse constante, de ce fait on pouvait mesurer le temps de manière extrêmement simple.
On se servait de ces baguettes enduites de pâte combustible, sur lesquelles on avait gravé les mesures du temps. Comme l'encens brûle à vitesse fixe, il constitue un excellent indicateur du temps qui passe. La baguette est posée sur un support horizontal, le plus souvent un objet creux en laque. Lors de sa combustion, le bâton d’encens se consume et fait disparaître les graduations qui permettent de calculer le temps écoulé.
Les horloges à bougie
L’horloge à feu arrive en Europe au VIIIe siècle, les hommes d'Église qui avaient besoin d’un système de mesure du temps afin de compter les heures nocturnes entre chaque prière, utilisaient cette technique. Le bâton combustible de l’horloge à encens chinoise est donc remplacé par un cierge gradué pour marquer les heures.
Ainsi, la combustion de la bougie indique le nombre des heures écoulées, avec une précision qui dépend des critères suivants : régularité du cierge, qualité de la cire, épaisseur et distance entre les traits, courants d’air.
L'usage de l’horloge à combustible est réservé aux congrégations religieuses, afin qu’elles puissent respecter plus précisément les horaires des prières durant la nuit. Pour arriver jusqu’à l'aube, il faut en général trois cierges d’un mètre. Cette méthode s’est rapidement propagée dans toute l’Europe médiévale.
Le sablier (1200)
Comme pour la clepsydre cet instrument permet la mesure du temps par un écoulement régulier cependant il a l'avantage de fonctionner même en hiver alors que l'eau gel.
En Occident, le sablier n'apparaît qu'au XIIIe siècle. On soupçonne son existence, depuis le IIe siècle de notre ère, d'un instrument semblable au sablier, contenant de l'huile à la place du sable.
Cette méthode de chronométrage fait toujours partie de nos vies, très présente dans les jeux de sociétés par exemple.
Horloge à mécanique (1200)
Les premières horloges mécaniques ont été mises au point vers le XIIIe siècle. Le principe dépend de la chute d'un poids permettant le mouvement des rouages.
Au départ, ce type d'horloges n’avait ni cadran ni aiguille ; leur seule fonction était de sonner les heures. La précision était assez médiocre et variait fréquemment de plus d’une heure par jour.
À l'aide d'un sablier ou d'un cadran solaire, il fallait les remettre à l’heure régulièrement. L’heure sur le cadran n’apparaît qu’au XVe siècle.
Horloge à carillon (1336)
En 1336 à Milan, une horloge est installée sur un clocher de la ville. Cette horloge très particulière sonne les vingt-quatre heures du jour avec un nombre de coups correspondant à l'heure du moment :
« Une note à la première, deux coups à la deuxième, trois à la troisième et quatre à la quatrième… »
Il s'agit d'une véritable innovation pour l'époque, le peuple profite de cette invention, quel que soit son rang. Ce nouveau principe de sonnerie très pratique déclenchera la diffusion des horloges « sonnantes ».
Horloge à foliot (1370)
Un foliot est un balancier vertical utilisé dans les premières horloges au XIVe siècle.
Explication : un poids est suspendu à une corde, celui-ci fournit de l'énergie à la machine tandis qu'un système interrompt régulièrement la chute du poids.
La position des masses placées sur chaque extrémité du foliot permet de régler le rythme du va-et-vient : la fréquence devient harmonique sous le phénomène du « moment d'inertie » (pendule de torsion, énergie cinétique), comme le fait le pendule d'une horloge à balancier.
Ce système est innovant, mais finalement peu fiable, les forces de frottement faisant décaler de deux heures par tranches de 24 heures, l'imprécision rend l'aiguille des minutes inutile.
Horloge à pendule (1656)
Au XVIe siècle, Galilée étudia le mouvement du pendule oscillant. Le système comprend un pendule lié à un ressort et à un mécanisme de régulation permet la conservation d'un rythme. Le pendule d’horloge est quant à lui composé d’une tige qui oscille autour d’un axe de rotation horizontal, il permet de régulariser le mouvement des horloges. Il est synonyme de balancier.
C'est en 1656 que le physicien Christian Huygens (1629-1695) à l'idée d'utiliser comme organe régulateur pour les horloges le pendule. En 1657, Salomon Coster utilise ce principe pour fabriquer un mouvement d'horlogerie. Les premiers modèles avaient une durée de marche de huit jours.
En 1675, Christian Huygens perfectionna le ressort spiral. Celui-ci permet de supprimer le balancier pendulaire et de réduire significativement la taille des horloges. Ainsi les horloges sont à des prix plus attractifs et se répandent dans les maisons, d'abord sous la forme d'horloges de parquet³, puis de pendules de cheminée.
Horloge atomique (1955)
Les horloges atomiques reposent sur les lois de la mécanique quantique appliquées aux transitions entre des niveaux d'énergie d'atomes convenablement choisis.
Leur précision et leur stabilité sont incroyables. Elles constituent aujourd'hui les étalons de temps d'une grande précision et c'est la raison pour laquelle elles sont utilisées pour définir la seconde depuis 1967. Lors de la 13e Conférence générale des poids et mesures, la seconde est définie comme 9 192 631 770 oscillations de l'isotope de Césium 133.
Conclusion
Nous espérons que cet article vous a plu et qu'il apporte un éclairage et un nouveau regard sur notre envie irrépressible de maîtriser le temps. Nous avons abordé l’histoire de ces objets de leurs origines à nos jours.
L’horloge est un objet de prestige qui pouvait participer au rayonnement de certaines villes, comme Milan en 1336 avec la première horloge à carillon étant une petite révolution dans ce domaine.
Le temps est un sujet fascinant qui a conduit l'homme à inventer de nombreux systèmes permettant de l'apprivoiser. Directement liées à l'astronomie, les premières horloges reposent sur les mouvements du soleil, aujourd'hui la précision est d'un niveau incroyable grâce à la révolution quantique.
Merci d'avoir lu cet article et bon voyage à travers le temps !
* Doxographie : consiste à commenter les opinions, propos et écrits de grands penseurs.
² Plan écliptique : plan géométrique contenant l’orbite de la Terre autour du Soleil.
³ Horloge de parquet : pendule sur pied avec un système de balancier à l’intérieur du boîtier.
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