Construction des cadrans solaires- Sundial design

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Faites-vous un cadeau original personnalisé et offrez-vous le temps solaire !

Cette page est destinée à vous expliquer comment faire, elle n'est pas très étoffée alors n'hésitez-pas à me poser des questions, je compléterai la page selon vos demandes.

Connaissances de Base sur les cadrans

Regardez d'abord le cadran pédagogique qui vous expliquera les principaux types de cadrans et parcourez le site pour découvrir des cadrans moins communs.
et aussi
apprendre à déterminer l'heure légale à partir de l'heure solaire.
suivre l'initiation en images virtuelles proposée par Gérard Baillet.
aller faire un tour sur la bibliographie ou sur les sites internet qui complèteront ces explications légères.
jouer au jeu des cadrans mystérieux et au jeu des erreurs 2 jeux pédagogiques pour mieux comprendre les cadrans solaires


Quelques principes auxquels je fais référence dans le site.

 

L'axe polaire ou axe du monde

La plupart des cadrans ont des styles polaires (famille 1), c'est à dire orientés selon la direction des pôles.
Cet axe fait alors avec l'horizontal un angle égal à la latitude et est perpendiculaire à l'équateur.

L'intérêt de cette orientation, c'est que l'ombre du style conserve tout au long de l'année la même direction pour une heure donnée, ce qui permet à l'ensemble du style de marquer l'heure.
axe polaire




L'Equation du temps.

La durée entre deux passages du soleil au méridien local n'est pas constante, la variation a 2 causes :
- l'obliquité de l'axe de la terre sur l'écliptique
- la trajectoire élliptique de la terre autour du soleil

Les légères différences de durées journalières s'accumulent et le décalage peut s'annuler ou atteindre un maximum de plus ou moins 16 mn.

L'équation du temps indique ce décalage en minutes en fonction du jour de l'année.
    equation du temps

Par rapport à l'heure "vraie" qui vaut midi lorsque le soleil passe au méridien, il faut opérer la correction indiquée par l'équation du temps pour obtenir l'heure "moyenne" où 2 midis successifs sont séparés par un jour moyen qui fait 24 heures exactement.
Cette correction apparaît parfois sous forme de 8, en particulier sur les méridiennes.



Les plans horaires

Certains cadrans plus rares fonctionnent selon le principe des plans horaires en particulier mon cadran à nombreux CD ROMs


Le plan horaire est le plan défini par les différentes positions du soleil pour chaque heure tout au long de l’année.
Chaque plan horaire tourne d’un angle de 15° autour de l’axe du monde par rapport au plan horaire précédent. Le plan de midi étant confondu avec le méridien du lieu.



Articles décrivant d'autres cadrans selon ce principe

Fer J. de Vries, Mac Oglesby and William S. Maddux:
www.dse.nl/~zonnewijzer/shadow.htm

Frans Maes - Genk
www.fransmaes.nl/genk/en/gk-zw10-e.htm

plan horaire


Construction -design

La conception des cadrans demande quelques calculs ou dessins et aussi la connaissance des coordonnées du lieu et la déclinaison des murs pour les cadrans verticaux. La réalisation ensuite peut s'appuyer sur un grand nombre de techniques artisanales comme vous pouvez le constater sur les exemples du site.

Calculs et dessin

Comprendre et dessiner soi-même

Plutôt que de réexpliquer ici en moins bien toutes les méthodes de construction, je vous encourage à consulter en priorité le livre de Denis Savoie ou le site de la CCSQ et si malgré tout vous ne trouvez pas votre bonheur, vous pouvez consulter les autres livres et liens


Vérification du tracé d'un cadran existant

A partir d'une photo on peut utiliser le test des tangentes, voir sur le site de Serge Lagier :  www.sciences-edu.net/cadransolaire/theorie/test_tangente.htm
Mais le tracé peut être correcte et le cadran mal positionné !



Méthode autodidacte

Vous pouvez aussi dessiner le cadran heure par heure après avoir positionné correctement le style polaire (c'est à dire orienté vers le pôle nord).
Il faut cependant faire attention à tracer les heures solaires et non les heures de la montre. Pour cela, allez voir à quelle heure le soleil passe au méridien.

La Méthode, par Yves:
"J'ai, moi aussi, construit mon cadran solaire, mais avec une méthode qui va vous surprendre pour le moins !
 Peu porté sur les calculs complexes, j'ai procédé ainsi :
    J'ai fixé un carré de contre-plaqué à l'emplacement exact et définitif du futur cadran solaire (façade Sud de la maison).
    Le style a également été positionné, de façon grossière, selon des principes trouvés sur différents sites.
    Tous les jours, à chaque heure pleine, j'ai tracé la position de la ligne correspondante.
    J'ai effectué cette manoeuvre pendant une semaine (!!), afin d'effectuer de légères corrections.
    J'ai reporté ensuite les graduations sur la pierre du cadran à graver"
Photo, réalisation et explications
Yves Ferrec



Utiliser un logiciel

Pour les cadrans verticaux et horizontaux, j'ai utilisé Shadows de François Blateyron.
Pour mes projets d'autres cadrans, j'utilise :
- Analemma de Helmut Sonderreger pour les cadrans analemmatiques
- Solarium de Pierre Joseph Dallet pour calculer à peu près toutes les catégories de cadrans, voir l'impressionante collection de cadrans qu'il a réalisé avec son logiciel. Je l'utilise aussi ainsi que l'importante documentation associée pour progresser dans ma compréhension de la gnomonique.
- CALCAD de Yvon Massé permet de dessiner un cadran sur un plan quelconque sans connaître sa déclinaison ni son inclinaison, à conseiller pour la fabrication de son premier cadran, ou aussi pour trouver la déclinaison
- le logiciel de Damia Soler pour déterminer la déclinaison d'un mur avec une vue aérienne

Voir les liens où récupérer ces logiciels


Coordonnées du lieu

Pour les coordonnées de la commune, vous pouvez consulter 3 sites web principaux.

www.astromedia.org/atlas/ en degrés et minutes :
Bruz    001W45    48N02    35    35170

www.ign.fr/   Institut Géographique National (voir IGN à votre service -  géodésie)
Fournit les coordonnées ED50 en degrés, minutes et secondes et aussi d'autres coordonnées (projections Lambert) moins utiles en gnomonique.

www.heavens-above.com/countries.aspx en degrés décimaux, site en Anglais très rapide, et semble très complet :
Bruz     Bretagne     48.033     -1.750     34 m

Et pour plus de précision, voir sur une carte IGN au 1/25 000 ème ou sur google earth

Un site pour faire le graphe des levers et couchers du soleil pour une ville, on peut même comparer 2 villes ptaff.ca/soleil/


Recherche de la déclinaison du mur

Pour les cadrans verticaux, il est important de mesurer précisément l'orientation du mur.
On peut utiliser une méthode classique comme la méthode de la planchette, voir la description dans le livre de Denis Savoie par exemple.

J'ai fait ma planchette avec une demi circonférence qui fait exactement 90 cm, chaque cm fait alors 2°,
çà permet de mesurer les angles avec une précision de l'ordre du demi-degré.

Un fil à plomb ainsi qu'un niveau plan permettent de vérifier l'horizontalité de la planchette.
On obtient l'orientation du soleil par rapport au mur, et en comparant par rapport à l'azimut
(en utilisant la calculette solarium), on en déduit la déclinaison du mur.
Note  midi solaire, l'ombre permet de mesurer directement la déclinaison du mur.

Ou aussi les logiciels présentés ci-dessus : Calcad (idéal pour débutant) ou Solarium plus complet qui permettent de mesurer la déclinaison et aussi l'inclinaison lorsque le support n'est pas vertical.

Méthode de l'équinoxe

Ou alors utiliser la méthode que j'ai proposée à l'équinoxe :

1 - Marquer sur le mur les différentes positions de l'ombre d'un style ponctuel tout au long de la journée (2 positions suffisent, mais pour plus de précision, mieux vaut plusieurs points éloignés)

2 - On obtient alors une droite puisque c'est l'équinoxe :
- horizontale si le mur est plein sud (déclinaison "D" = 0°)
- ou inclinée d'un angle "X" avec l'horizontale

3 - Avec la tangente de " X" et la tangente de la latitude "L" du lieu (facile à déterminer à l'équinoxe), on déduit alors la déclinaison "D" du mur :
- soit par trigonométrie, attention la formule ne tient pas compte des signes : sin (D) = tan (X) * tan (L)   
- soit par construction graphique, si çà n'a pas été déjà fait 50 fois, j'essaierai de le faire


C'était seulement une récréation : cette méthode ne nécessite ni montre, ni éphéméride. Elle a quand même un inconvénient de taille : il faut attendre l'équinoxe pour l'utiliser et espérer qu'il y ait du soleil... ce qui la rend assez peu utilisable

Mais ..... Voir le temps passer ... n'est-ce pas un objectif si on préfère l'heure solaire à l'heure légale.

For vertical dials, it’s important to measure the exact declination of the wall. We can use classical methods as explained in Denis Savoie book for example.
Or use, the method I proposed for the Equinox day
1 – Mark on the wall, different shadows of a punctual gnomon all day long (two points are enough, but for a better precision, you can take some points not too close)

2 – We get a straight line as it’s the equinox:
   Horizontal for a south facing wall (declination “D” = 0°)
   Inclined of an angle “X” to the horizontal

3 – With tangent “X” and tangent latitude “L”  (easy to find the day of equinox), we can find “D”
By trigonometry (warning, the formula doesn’t take signs into account):
sin (D) = tan (X) * tan (L)
By drawing if it has not been done 50 times yet, I will try.
This method is probably known for a long time.

It was only an amusement, this method doesn’t need watch nor ephemeredes but has a main inconvenient: you need to wait for the equinox and to hope there is sun, so it’s not very so useable.
But … to see the time passing … could also be an objective when you prefer solar time.

Méthode du cadran auxiliaire

Une autre méthode qui me plait bien aussi car elle est simple et pédagogique :
- faire tourner un cadran horizontal de façon à ce qu’il marque l’heure solaire
- il sert alors de boussole
- on peut alors mesurer la déclinaison du mur
- on peut même dessiner les lignes horaires du cadran vertical, à partir du cadran horizontal


Un ancien montage de ce type est présenté en Italien sur le site de Nicolas Severino: www.nicolaseverino.it. Voir à la fin de l'article sur Kircher.


Repérage du sud - à quelle heure est-il midi solaire ?

Pour repérer le sud, le plus simple est d'observer le passage du soleil au méridien (midi solaire vrai local).
On peut alors mesurer l'angle formé avec l'ombre d'un axe vertival (fil à plomb).
Pour augmenter la précision, faire plusieurs relevés avant et après le passage au méridien.

On peut trouver les heures de passages au bureau des longitudes.
www.bdl.fr/
   Ephémérides
      Phénomènes célestes
         Levers, couchers, passages au méridien des corps du système solaire


Il faut aussi connaître l'heure légale exacte