Horloge

La position apparente du Soleil dans le ciel change au cours de chaque journée, reflétant la rotation de la Terre. Les ombres projetées par les objets immobiles se déplacent en conséquence, et leur position permet donc d'indiquer l'heure. Un cadran solaire indique l'heure en affichant la position de l'ombre sur une surface (généralement) plane graduée selon les heures. Les cadrans solaires peuvent être horizontaux, verticaux ou orientés différemment. Ils étaient largement utilisés dans l'Antiquité . Connaissant la latitude, un cadran solaire bien construit peut mesurer l'heure solaire locale avec une précision raisonnable, à une ou deux minutes près. Les cadrans solaires ont continué à être utilisés pour contrôler la précision des horloges jusqu'aux années 1830, date à laquelle l'avènement du télégraphe et du train a permis la standardisation de l'heure et des fuseaux horaires entre les villes.

De nombreux instruments permettent de mesurer le temps sans se référer à une heure fixe (jour, heures, minutes, etc.) et sont utiles pour mesurer des durées ou des intervalles. Parmi ces instruments, on peut citer les horloges à bougie , les horloges à encens et le sablier . L'horloge à bougie et l'horloge à encens fonctionnent selon le même principe : la consommation de ressources est plus ou moins constante, ce qui permet des estimations du temps relativement précises et reproductibles. Dans le sablier, le sable fin qui s'écoule à un débit constant par un petit orifice indique un écoulement du temps arbitraire et prédéterminé. La ressource n'est pas consommée, mais réutilisée.

Certains modèles d'horloges à eau ont été développés indépendamment, et certaines connaissances se sont diffusées grâce au commerce. Les sociétés prémodernes n'avaient pas les mêmes exigences de précision horaire que les sociétés industrielles modernes, où chaque heure de travail ou de repos est contrôlée et où le travail peut commencer ou se terminer à tout moment, indépendamment des conditions extérieures. Dans les sociétés anciennes, les horloges à eau étaient principalement utilisées à des fins astrologiques . Ces premières horloges étaient calibrées à l'aide d'un cadran solaire. Bien qu'elle n'ait jamais atteint la précision d'une horloge moderne, l'horloge à eau a été l'instrument de mesure du temps le plus précis et le plus répandu pendant des millénaires, jusqu'à son remplacement par l' horloge à pendule, plus précise , en Europe au XVIIe siècle.

On attribue à la civilisation islamique le mérite d'avoir perfectionné la précision des horloges grâce à une ingénierie élaborée. En 797 (ou peut-être 801), le calife abbasside de Bagdad , Haroun al-Rachid , offrit à Charlemagne un éléphant d'Asie nommé Abul-Abbas ainsi qu'un exemple particulièrement sophistiqué d'horloge à eau . Le pape Sylvestre II introduisit les horloges en Europe du Nord et de l'Ouest vers l'an 1000.

Le mot (du grec « heure », et , « dire ») servait à décrire les premières horloges mécaniques , mais l’emploi de ce terme (encore utilisé dans plusieurs langues romanes ) pour désigner tous les instruments de mesure du temps masque la véritable nature de leurs mécanismes. Par exemple, on trouve mention qu’en 1176, la cathédrale de Sens, en France, installa une « horologe » , mais le mécanisme employé reste inconnu. Selon Jocelyn de Brakelond , en 1198, lors d’un incendie à l’abbaye de St Edmundsbury (aujourd’hui Bury St Edmunds ), les moines « coururent vers l’horloge » pour puiser de l’eau, ce qui indique que leur horloge à eau possédait un réservoir suffisamment grand pour contribuer à éteindre les incendies occasionnels. Le mot horloge (via le latin médiéval de l'ancien irlandais , les deux signifiant « cloche »), qui remplace progressivement « horloge », suggère que c'est le son des cloches qui caractérisait également les prototypes d'horloges mécaniques apparus au cours du 13e siècle en Europe.

En Europe, entre 1280 et 1320, on observe une augmentation des mentions d'horloges dans les registres paroissiaux, ce qui indique probablement l'invention d'un nouveau type de mécanisme. Les mécanismes hydrauliques existants étaient adaptés pour utiliser la force motrice de poids. Cette force était contrôlée par un mécanisme oscillant, probablement dérivé des sonneries ou alarmes. Cette libération contrôlée de la force – l'échappement – ​​marque le début de la véritable horloge mécanique, qui se distingue des horloges à engrenages mentionnées précédemment. Le mécanisme d'échappement à verge apparaît lors de l'essor des horloges mécaniques, qui ne nécessitent aucune force hydraulique, comme l'eau ou le mercure, pour fonctionner.

Ces horloges mécaniques étaient destinées à deux usages principaux : la signalisation et l’annonce (par exemple, l’horaire des offices et des événements publics) et la modélisation du système solaire . Le premier usage est administratif ; le second découle naturellement de l’intérêt scientifique porté à l’astronomie, aux sciences et à l’astrologie, et de la manière dont ces disciplines s’intégraient à la philosophie religieuse de l’époque. L’ astrolabe était utilisé aussi bien par les astronomes que par les astrologues, et il était donc naturel d’y intégrer un mécanisme d’horlogerie pour obtenir une représentation fonctionnelle du système solaire.

Des horloges simples, destinées principalement à l'affichage des heures, étaient installées dans les tours et ne comportaient pas toujours de cadran ni d'aiguilles. Elles annonçaient les heures canoniques ou les intervalles entre les heures de prière. La durée des heures canoniques variait en fonction du décalage des heures de lever et de coucher du soleil. Les horloges astronomiques, plus sophistiquées, étaient dotées de cadrans ou d'aiguilles mobiles et affichaient l'heure selon différents systèmes horaires, notamment l'heure italienne , l'heure canonique et le temps tel que mesuré par les astronomes de l'époque. Les deux types d'horloges commencèrent à s'enrichir de fonctionnalités plus élaborées, comme les automates .

En 1283, une grande horloge fut installée au prieuré de Dunstable, dans le Bedfordshire , au sud de l'Angleterre ; son emplacement au-dessus du jubé suggère qu'il ne s'agissait pas d'une horloge à eau. En 1292, la cathédrale de Canterbury installa une « grande horloge ». Au cours des trente années suivantes, on trouve mention d'horloges dans plusieurs institutions ecclésiastiques en Angleterre, en Italie et en France. En 1322, une nouvelle horloge fut installée à Norwich , remplaçant de manière coûteuse une horloge plus ancienne installée en 1273. Celle-ci était dotée d'un grand cadran astronomique (2 mètres) avec automates et cloches. Les coûts d'installation comprenaient l'emploi à temps plein de deux horlogers pendant deux ans.

Une horloge à eau élaborée, la « Machine cosmique », a été inventée par Su Song , un polymathe chinois , conçue et construite en Chine en 1092. Cette grande tour d'horloge astronomique hydromécanique mesurait environ dix mètres de haut (environ 30 pieds) et était alimentée indirectement par une roue rotative avec de l'eau et du mercure liquide , qui faisait tourner une sphère armillaire capable de calculer des problèmes astronomiques complexes.

En Europe, on trouve les horloges construites par Richard de Wallingford à Albans dès 1336, et par Giovanni de Dondi à Padoue entre 1348 et 1364. Elles n'existent plus, mais des descriptions détaillées de leur conception et de leur construction subsistent , et des reproductions modernes ont été réalisées . Elles illustrent la rapidité avec laquelle la théorie de l'horloge mécanique a été traduite en constructions pratiques, et montrent également que l'un des principaux moteurs de leur développement a été le désir des astronomes d'étudier les phénomènes célestes.

L'Astrarium de Giovanni Dondi dell'Orologio était une horloge astronomique complexe, construite entre 1348 et 1364 à Padoue , en Italie, par le médecin et horloger Giovanni Dondi dell'Orologio . Doté de sept cadrans et de 107 engrenages mobiles, il indiquait la position du Soleil, de la Lune et des cinq planètes alors connues, ainsi que les jours de fêtes religieuses. Haut d'environ un mètre, l'Astrarium se composait d'une structure à sept faces en laiton ou en fer, reposant sur sept pieds décoratifs en forme de pattes. La partie inférieure comportait un cadran de 24 heures et un grand tambour calendaire, indiquant les fêtes fixes de l'Église, les fêtes mobiles et la position du nœud ascendant de la Lune dans le zodiaque. La partie supérieure comprenait sept cadrans, d'environ 30 cm de diamètre chacun, affichant les données de position du Premier Mobile , de Vénus, de Mercure, de la Lune, de Saturne, de Jupiter et de Mars. Directement au-dessus du cadran de 24 heures se trouve le cadran du Primum Mobile , ainsi nommé car il reproduit le mouvement diurne des étoiles et le mouvement annuel du Soleil sur fond d'étoiles. Chacun des cadrans « planétaires » utilisait un mécanisme d'horlogerie complexe pour produire des modèles relativement précis du mouvement des planètes. Ces modèles concordaient assez bien avec la théorie de Ptolémée et avec les observations.

L'horloge de Wallingford possédait un grand cadran de type astrolabe, indiquant le Soleil, l'âge, la phase et le nœud lunaire, une carte du ciel et peut-être les planètes. Elle comportait également une roue de la fortune et un indicateur de marée au pont de Londres . Des cloches sonnaient toutes les heures, le nombre de coups indiquant l'heure. L'horloge de Dondi était une structure à sept faces, d'un mètre de haut, avec des cadrans indiquant l'heure, y compris les minutes, les mouvements de toutes les planètes connues, un calendrier automatique des fêtes fixes et mobiles , et une aiguille de prédiction des éclipses effectuant une rotation tous les 18 ans. On ignore la précision et la fiabilité de ces horloges. Elles étaient probablement réglées manuellement chaque jour pour compenser les erreurs dues à l'usure et à une fabrication imparfaite. Les horloges à eau sont parfois encore utilisées et peuvent être examinées dans des lieux tels que d'anciens châteaux et des musées. L' horloge de la cathédrale de Salisbury , construite en 1386, est considérée comme la plus ancienne horloge mécanique au monde qui sonne les heures.