Nous sommes si pris par notre quotidien que nous oublions souvent que l'heure universelle standard est une invention humaine. Avec des méthodes simples, il est possible de visualiser l'écart entre notre horloge et l'heure solaire véritable.
En enregistrant la position du Soleil chaque jour à 12 heures pendant un an, vous obtiendrez un motif en forme de chiffre huit appelé analemme du Soleil. En été, le Soleil culmine plus haut qu'en hiver, expliquant les variations de hauteur de l'analemme. Mais d'où proviennent les décalages est-ouest ? Ils résultent de l'équation du temps, qui mesure la différence entre l'heure solaire et l'heure de l'horloge. Nos ancêtres ont identifié que les jours solaires n'ont pas tous la même durée.
Les premiers analemmes étaient tracés en notant l'ombre d'un bâton à heure fixe. Plus tard, des photos à poses multiples ont été utilisées par les scientifiques. Aujourd'hui, assemblez des photos numériques (voir simulation ci-dessous). Ces analemmes modernes sont populaires sur les réseaux sociaux, comme ici.
L'heure UTC, qui synchronise nos smartphones, horloges et vies, est omniprésente. Pourtant, elle est une construction humaine. La variation du temps solaire réel, mesurable avec des outils simples, continue de nous fasciner.
Une journée ensoleillée dure en moyenne 24 heures : l'intervalle entre deux passages du Soleil au méridien. C'est le temps indiqué par un cadran solaire à 12 heures.
Un cadran solaire peut avancer ou retarder de plus de 15 minutes par rapport à l'horloge au fil de l'année.
La durée d'un jour solaire varie jusqu'à 20 secondes sur l'année, accumulant plus de 15 minutes d'écart. Les Babyloniens comparaient le temps solaire au temps sidéral pour ces mesures précises, avant les horloges à eau.
Ces étalons permettent de corriger les variations, menant au temps moyen où chaque jour fait exactement 24 heures.
Les causes ? L'orbite elliptique de la Terre (voir animation éclairante) et l'inclinaison de son axe.
Autrefois, horloges à eau, bougies et sabliers mesuraient le temps. Au XIIIe siècle apparaissent les premières horloges mécaniques à poids. Au XVIe, les horloges à ressort. En 1657, Christiaan Huygens brevète l'horloge à pendule, saluée par Isaac Newton pour sa précision.
D'abord réservées aux élites, ces horloges se démocratisent, suivies des montres de poche, bracelets et quartz.
Aujourd'hui, nos horloges se synchronisent via des horloges atomiques au césium-133. Depuis 1967, la seconde est définie ainsi. Bientôt, les horloges optiques à l'Observatoire de Paris redéfiniront l'heure UTC.
De l'observation céleste aux atomes, notre mesure du temps a évolué vers une précision extrême. Mais cela ne nous offre pas plus de temps.
PS : Construire un analemme avec des ombres reste une expérience ludique pour les profs de physique (voir texte de Robert E. Parkin). Pour formules et calculs, consultez Helmer Aslaksen et Shin Yeow Teo.
