Sciences et Techniques LA MESURE DU TEMPS
Publié le 04/02/2019
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Le chronomètre, utilisé principalement dans les compétitions sportives, permet de mesurer le temps jusqu'au millième de seconde.
oscillations d’un pendule. En 1641, il dessina le schéma d’une horloge régulée par un pendule. Mais il devait mourir l’année suivante et c’est son fils, Vincenzo Galilei, qui, en collaboration avec un serrurier du nom de Balestri, réalisa l’horloge à pendule de son père. En 1657, grâce aux travaux du physicien hollandais Christiaan Huygens (1629-1695), le pendule devint un régulateur d’une extraordinaire précision, réduisant la dérive des horloges ordinaires de plusieurs minutes à une dizaine de secondes environ.
En 1658, l’astronome et mathématicien anglais Robert Hooke (1635-1703) mit au point le ressort de balancier, ou ressort-spiral, régulateur d’échappement encore plus précis. Ce fin ressort enroulé en spirale, relié à l’axe du balancier, se tend et se détend en un mouvement alternatif faisant osciller le balancier. Contrairement au pendule, le spi-
Composants d’une montre électronique.
▼ Commande de fréquence par diapason électronique.
g
Le maser à hydrogène exploite les vibrations des atomes d'hydrogène pour réguler une horloge électronique. Celle-ci offre une précision de l'ordre de 10 10 seconde par jour.
ral présentait l’avantage de ne pas être affecté par les déplacements. Son emploi devait bientôt se généraliser dans les montres et les petites horloges portatives d’une grande fiabilité.
Les premiers chronomètres
Au début du XVIIIe siècle, le développement des échanges commerciaux transatlantiques se traduisit par un accroissement considérable des voyages de navires au long cours. Pour atteindre plus rapidement et plus précisément leur destination, les navigateurs devaient être en mesure de faire très exactement le point sur leur position par rapport à leur port de destination.
Or, les horloges dont ils disposaient étaient trop rudimentaires pour maintenir tout au long du voyage l’heure exacte et ne leur permettaient pas de déterminer leur longitude, c’est-à-dire de situer la position de leur bateau par rapport au méridien d’origine qui passe par Greenwich, en Angleterre. Le roulis et le tangage déréglaient les horloges à pendule et les températures extrêmes dilataient le fragile ressort-spiral des horloges à balancier qui perdaient ainsi toute fiabilité.
Le gouvernement britannique prit l’affaire très au sérieux et, en 1714, lança un concours public, offrant une récompense de 20000 livres sterling à quiconque trouverait un moyen précis de déterminer la longitude en mer. La marge d’erreur admise ne dépassait pas 3 secondes par jour au terme d’une traversée de six semaines. C’est finalement un menuisier, John Harrison (1693-1776), qui remporta la palme grâce à son quatrième modèle de chronomètre, montre perfectionnée et extrêmement fiable conçue spécialement pour la navigation. Achevé en 1760, ce chronomètre fut utilisé lors d’un voyage de cent cinquante-six
Les horloges atomiques
Les montres et les horloges à quartz n’offrent qu’un décalage de l’ordre de 1/30 de seconde par jour. Mais les horloges atomiques obtiennent des résultats encore plus impressionnants : elles exploitent les vibrations de certains atomes, tel que celui du césium, et peuvent fournir un affichage électronique de l’heure avec un écart inférieur à une seconde sur une durée de 1000 ans. La première horloge atomique jamais utilisée date de 1949.
Les scientifiques utilisent ce type d’horloge pour réaliser des expériences exigeant des mesures extrêmement précises et pour définir le temps lui-même. On considère désormais que la seconde est la durée correspondant à 9192631 770 vibrations de l’atome de césium 133 dans des conditions données.
«
La
mesure du temps
suivies d'une année bissexti le de 366 jours.
D'une grande précision, ce calendrier n'accu
sait par rapport à l'année solaire qu'une dérive
de Il minutes environ par an.
Au XVI' siècle, le calendrier avait donc accu
mulé un retard de 10 jours sur l'évolution des
astres.
Le pape Grégoire Xlll rectifia cette erreur
en 1582, en décrétant que le 5 octobre serait
cette année-là le 15 octobre.
Pour éviter que ce
décalage ne se reproduise, il décida de ne
conserver comme bissextiles que les années
séculaires dont le millésime est un multiple de
400.
Sans ces mesures, les dates du calendrier
auraient marqué un décalage de plus en plus fla
grant par rapport aux saisons, Depuis, la plupart
des pays ont adopté le calendrier grégorien.
Les horloges primitives
Le jour et la nuit étaient les périodes naturelles
les plus courtes que connaissaient les premiers
hommes.
Vers 4000 av.
J.-C., les Égyptiens com
mencèrent à subdiviser le temps en unités plus
précises: les heures.
La toute première horloge,
le cadran solaire, se composait d'une simple
tige métallique, appelée style ou gnomon, plan-
l'ÉCHAPPEMENT À ANCRE i Dans la plupart a des horloges
et des montres
mécaniques,
le régulateur est
un échappement à
ancre.
Le mouvement
d'oscillation de la roue
de balancier
actionne l'ancre,
qui balance de gauche
à droite.
Les deux palettes
de l'ancre s'engagent
alternativement dans
les dents de la roue
d'échappement,
contrôlant ainsi
son mouvement.
Ce mécanisme doit
son nom au fait qu'il
laisse •échapper•
une à une les dents
de la roue.
Le
premier ......
des quatre
chronomètres conçus
par l'Anglais John
Harrison, en 1736.
Menuisier de son
état, Harrison
se lança dans
l'horlogerie pour
participer au concours
organisé par le
gouvernement
britannique qui
demandait une horloge
suffisamment précise
pour permettre aux
navigateurs de
calculer leur longitude.
C'est grâce à son
quatrième modèle,
en 1761, que
Harrison remporta
le premier prix.
tée dans le sol et dont l'ombre se projetait sur
une échelle horaire graduée.
Au fur et à mesure
de la course du Soleil, l'ombre du style se dépla
çant sur les repères indiquait l'heure.
L'eau, le sable et la cire
Le cadran solaire était inutilisable de nuit et par
temps couvert.
Pour pallier cet inconvénient,
vers 1500 av.
J.-C., les Egyptiens inventèrent l'hor
loge à eau, ou clepsydre.
Sous sa forme la plus
simple, la clepsydre consistait en un récipient
percé d'un orifice dans sa partie inférieure et
dont les parois étaient graduées.
L'eau s'écoulait
lentement et la position du plan d'eau permettait
de mesurer le passage du temps.
Dans la clepsydre à flotteur, plus perfection
née, l'eau s'écoulait d'un récipient supérieur par
un mince goulot vers un récipient inférieur, où
un flotteur s'élevant avec le niveau d'eau indi
quait l'heure.
Le sablier, fondé sur le même principe, rem
place l'eau par le sable pour indiquer l'écou
lement d'une durée donnée, le plus souvent
LE MOUVEMENT D'UNE MONTRE l'heure
ou la demi-heure.
On utilise encore
aujourd'hui de petits sabliers pour chronométrer
le temps de cuisson des œufs.
On pouvait égale
ment mesurer le temps en brûlant des bougies
en cire marquées d'encoches régulières, qui
indiquaient l'écoulement du temps.
Ce système,
très largement utilisé, manquait néanmoins de
précision car la vitesse de combustion variait
selon les courants d'air ambiants et la qualité
des composants de la bo ugie elle-même :
mèche et cire.
Les horloges mécaniques
Mise au point par les Chinois, la première horlo
ge mécanique est apparue en Europe au début
du XIV' siècle.
Les premières horloges attestées le
furent vers 1335-1344 et furent construites par
des horlogers italiens.
Un poids accroché à une
corde actionnait une roue qui, à son tour, activait
le mouvement du mécanisme.
Elle frappait sim
plement un coup à chaque heure.
Peu après,
pour indiquer l'heure, les horloges furent équi
pées d'une aiguille et d'un cadran.
ressort
de balancier �
Mouvement
d'une montre
avec échappement
à ancre.
On règle
tout d'abord
la tension du ressort
de balancier qui
détermine le rythme
d'oscillation de la roue
de balancier.
Le ressort moteur
se déroule lentement
pour actionner
les aiguilles par
une série de
rouages.
La roue
d'échappement assure la parfaite
synchronisation
de l'ensemble
des rouages..
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