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La métrologie du temps

Dès l'aube de l'humanité l'homme a cherché à mesurer le temps pour prévoir le retour des saisons froides ou chaudes afin, par exemple, d'assurer sa subsistance. C'est l'alternance des jours et des nuits, donc le mouvement apparent du soleil dans le ciel, qui va, entre autre, s'imposer à lui. Ce sont donc des considérations pratiques qui ont guidées les premières recherches sur le temps.  Mais le concept de temps est aussi une question scientifique et philosophique de la plus haute importance. Cette quête fondamentale de connaissances conduit aujourd'hui les scientifiques à des recherches en physique de très haut niveau.
Historiquement on peut dire que la mesure du temps est essentiellement de nature astronomique. Elle ne deviendra l'affaire des physiciens que beaucoup plus tard, dans le courant du vingtième siècle.
 

La mesure du temps au cours des âges

La maîtrise de la mesure du temps passe par des développements techniques importants qui ont conduit à des mesures de plus en plus précises.
Il semble que le comptage des lunaisons, durée entre deux nouvelles lunes, soit à la base de la majorité des calendriers préhistoriques. Ces calendriers étaient transcrits sur des os gravés, des galets aziliens (découverts en 1887 par E. Piette au Mas d'Azil en Ariège) ou des mégalithes (Carnac en Bretagne , Stonehenge en Grande Bretagne et Knowth en Irlande).


Le site de Carnac en Bretagne

L'homme avait par ailleurs remarqué depuis longtemps que l'ombre d'un bâton planté dans le sol (gnomon) était fonction de la position du soleil dans le ciel, donc de l'heure de la journée. Le plus ancien cadran solaire qui nous soit parvenu est un cadran égyptien qui date de 1500 ans avant Jésus-Christ mais ce n'est véritablement qu'à partir du XIVème siècle que les cadrans à style incliné vont voir le jour (le style est une tige métallique dont l'ombre marque l'heure sur le cadran).


Un cadran solaire horizontal (cliquez sur l'image)

Les égyptiens avaient par ailleurs inventé d'autres systèmes pour mesurer le temps: La clepsydre ou horloge à eau est l'un d'entre eux. La plus ancienne est conservée au musée du Caire et a été construite en 3500 avant Jésus-Christ sous le règne d'Aménophis III. Le sablier est un autre instrument de la mesure du temps dont la découverte est attribuée à un moine de Chartres au VIIIème siècle. Il apparaît tardivement car il nécessite tout le savoir faire d'un maître verrier, l'écoulement régulier du sable étant plus difficile à maîtriser que celui de l'eau. Les garde-temps (horloge de précision servant de référence pour la conservation de l'heure) apparaissent eux aussi très tard, au XIIIème siècle, à cause de la complexité de leur mécanisme. Une horloge à poids est décrite en 1276 sans laisser de traces mais la véritable horloge mécanique apparaît réellement en 1370 avec un système de régulation appelé foliot. En 1638 Galilée publie la théorie du pendule et imagine la première horloge à poids et à pendule. D'autres systèmes mécaniques suivront qui permettront d'améliorer progressivement la qualité des horloges notamment dans le but de pouvoir naviguer sur toutes les mers du globe: Ressort moteur, horloge à balancier, échappement à encre, ressort de rappel, horloge de marine... Au XVIIIème siècle en effet, la mesure des latitudes à l'aide d'instruments astronomiques ne pose pas de problèmes majeurs. Il n'en va pas de même de la longitude qu'on déduit de la position du soleil grâce à la lecture de l'heure donnée par une horloge. Un dérive de cette horloge d'une minute par jour provoque au bout d'un mois une erreur de position de 500 km rendant impossible la navigation près des côtes. En 1761 l'horloge de J. Harrisson possède une dérive de l'ordre de cinq secondes au bout de neuf semaines grâce à l'annulation partielle de certains effets thermiques. La réalisation la plus achevée de ces oscillateurs mécaniques fut celle des horloges à pendule d'observatoires qui avaient atteint leur degré de perfectionnement ultime au début du vingtième siècle. C'est a cette époque que les premiers oscillateurs piézo-électriques à quartz voient le jour grâce aux découvertes de P. Curie (piézoélectricité en 1880) et de de Forest (amplificateur électronique, triode, en 1907). En 1955 le premier étalon primaire de fréquence à jet de césium a vu le jour au NPL (National Physical Laboratoy, Grande Bretagne).