Les temps sont difficiles

 

 

                      

 

 

 

Si tous les bons bouquins d'astronomie comportent un chapitre sur le temps , c'est que ses unités de mesure les plus courantes , comme le jour ou l'année, sont liées, de façon évidente, à la rotation des astres.

D'ailleurs, l'astronomie est à la fois mère et fille du temps puisqu'après avoir servi à le définir , elle l'utilise très largement dans la majorité des sujets qu'elle aborde .

On va voir ici qu'il ne fut pas facile à Uranie d'accoucher de Chronos . Mais il est vrai qu'on ne demande pas tous les jours à une fille d'accoucher de son père .

Il semble qu'il n'y ait  pas de notion plus familière que le temps puisque même un bébé qui pleure quand approche l'heure des repas en  a compris le principe . Pourtant , comment expliquer, par exemple,  que même quand on croit gagner du temps on en perde en vertu du caractère inextensible de l'existence?

 

 

 

Le  casse - tête du temps .

 

Si les hommes ont une chose en commun , c'est bien l'obstination , depuis la nuit des temps et sous toutes les latitudes , à mesurer les durées à partir des rythmes naturels dont les manifestations astronomiques sont probablement les plus évidentes .

priori , il n'y a rien de plus simple , pourtant , dés qu'on veut plier la notion de temps aux exigences de la science, en inculquant dans sa définition une dose de rigueur et de précision , le problème revêt une effarante complexité .

 

 

Par exemple , si l'on veut déterminer le temps à partir d'une étoile (l'un des objets les plus stables de la voûte céleste), on va dire que 24 heures correspondent à l'intervalle de temps séparant deux de ses passages au méridien du lieu . Pour déterminer l'instant 0 de ce temps , on va choisir le passage au méridien d'une étoile particulière , ou plutôt du point vernal . Dés lors , le temps sidéral H devient l'angle horaire du point vernal (en vert sur le dessin) et si l'on prend pour repère une étoile quelconque E, on a :

H = angle horaire de E + déclinaison de E .

 

 

 

 

A peine a t'on défini le temps sidéral qu'on peut lui trouver plusieurs défauts : précession et nutation font bouger le point vernal par rapport aux étoiles et de plus , la rotation de la terre sur elle même n'étant pas tout à fait uniforme , les 24 heures sont très légèrement élastiques .

 

 

 Mais d'un point de vue pratique , le défaut le plus grave du temps sidéral est que le point vernal peut être au méridien à n'importe quel moment de la journée ce qui fait que l'heure 0 peut aussi bien se produire en plein jour qu'au milieu de la nuit . Pour éviter cet inconvénient , il faut définirle temps solaire vrai dans lequel 24 heures correspondent à l'intervalle de temps séparant deux passages du soleil au méridien.

Comme l'illustre le dessin ci contre , le soleil se déplaçant en moyenne de 59 ' d'angle par jour sur l'écliptique , le jour solaire vrai mesure en moyenne 3mn 56"  de plus que le jour sidéral . En procédant ainsi , on peut définir midi comme l'instant où le soleil est au méridien mais l'inconvénient majeur du système découle du fait que , la rotation de la terre autour du soleil n'étant pas uniforme , le décalage journalier avec le jour sidéral (plus stable) peut varier entre 0 et 18 minutes , ce qui implique de nouveaux réajustements .

 

 

 

 

En effet, on sait qu'à partir d'un mobile elliptique (S) on obtient un mouvement uniforme par affinité orthogonale sur le cercle circonscrit à l'ellipse. Cette image S' du soleil s'appelle soleil fantôme et sa rotation est un modèle de régularité.

Or, sur le dessin , on voit qu'au cours d'une année , le soleil réel est alternativement en retard ou en avance sur le soleil fantôme ce qui trahit ses fluctuations de vitesse qu'on peut traduire par des fluctuations d'écart avec le jour sidéral (qui est à peu prés celui du soleil fantôme).

Cela est gênant car il est évident que la première qualité d'un temps doit être sa régularité qui permet de le mesurer grâce à des horloges .

Pour éviter cet inconvénient , on invente un soleil moyen (S" du 2eme dessin), déduit de S' par projection sur l'équateur, afin de favoriser la comparaison avec l'angle horaire qui définit l'heure solaire vraie .


Ce soleil moyen est une compilation de nombreuses observations transmises au bureau de l'heure . Ainsi, donc, il existe une caste de fonctionnaires dont le travail est de garder les yeux rivés à la pendule sans encourir de sanction disciplinaire .

 

 

 Du soleil moyen découle un temps solaire moyen qui est celui indiqué par nos horloges .

L'équation du temps , très importante pour les astronomes , indique la correction à apporter au temps solaire moyen pour donner le temps solaire vrai .

Le graphique ci contre montre que cette correction dépend de la date . Elle est maximale et de l'ordre de +18 minutes le 4 novembre .

Les deux temps sont en phase les 26 décembre , 16 avril, 16 juin et  2 septembre .

C'est le temps solaire vrai qu'il faut prendre en considération quand on affirme que le soleil culmine à midi sur le méridien .

Le 4 novembre, il faudra attendre 12H 18 de notre montre pour que cet événement se produise .

 

Avec , le temps moyen , tout se passe comme si le soleil se déplaçait exactement de 59' d'angle par jour sur l'écliptique . C'est donc au temps moyen qu'il faut ajouter 3 mn 56" pour trouver le temps sidéral .

 

En réalité , la notion de midi , correspondant peu ou prou à l'instant de passage du soleil au méridien n'a pas cours dans le temps solaire . L'instant zéro de ce temps correspond à la coïncidence du point vernal et du méridien le jour de l'équinoxe de printemps .Or ce jour là , le soleil se situe exactement au point vernal ce qui signifie qu'il occupe le méridien à l'heure zéro   .  A partir de là , on retrouvera l'heure zéro à des intervalles de temps égaux au jour solaire moyen . L'heure zéro du temps solaire moyen correspond à 18 minutes prés à l'heure zéro du temps solaire vrai .

Pour faire coïncider l'heure zéro du temps solaire moyen et l'heure 12 du temps usuel , il faut adopter le temps civil qui est défini comme le temps solaire moyen augmenté de 12 .

 

Il est évident que si l'on définit midi comme l'instant où le soleil culmine à peu prés sur le méridien , l'heure devient une fonction de la longitude . Chaque lieu est doté d'un temps particulier qu'on appelle le temps civil local . Une différence de longitude de 1° correspond à une différence horaire de +4 minutes quand on se déplace vers l'ouest .

 

A l'échelle d'un pays ou d'une communauté économique , il serait catastrophique d'adopter un temps multiple comme le temps civil local .

Aussi , on va commencer par  définir un temps mondial en choisissant un méridien de référence.

Mais avant d'adopter un temps commun , il faut s'accorder sur la définition de l'année qui est complètement disjointe de la définition du jour et de l'heure et doit restituer une autre périodicité , celle des saisons .

Pour définir l'année , d'autres problèmes se font jour :

Si , par exemple , on se propose de définir l'année comme le temps que met  la terre à faire le tour du soleil il faut choisir un point de départ et d'arrivée . Le problème est que,  soumis à diverses influences (dont la précession et la nutation) , ces points bougent tout le temps . 

 

                      

Aussi , on ne trouve pas moins de trois définitions de l'année :

L'année sidérale est le  temps qui sépare deux passages du soleil devant un point fixe par rapport aux étoiles  (365J   6H 9M 10S en temps civil) .

L'année tropique est le  temps qui sépare deux équinoxes de printemps , c'est à dire deux conjonctions du soleil avec le point vernal  que la précession déplace de 50" par an , par rapport aux étoiles , sur l'écliptique en sens inverse du soleil (365J   5H 48M 46S en temps civil) .

L'année anomalistique est le temps qui sépare deux passages au périgée c'est à dire au point le plus proche du soleil , sur le grand axe de l'orbite qui évolue de 11" par an dans le même sens que le Soleil.

(365J   6H 13M 53S en temps civil)

 

Le temps civil mondial , appelé temps universel (TU) est celui du méridien de Greenwich , en Angleterre .

Il est fondé sur le temps solaire moyen .

Parallèlement  on a adopté une année de 365 jours théoriquement basée sur l'année tropique (365j 5h 48') avec un système de rattrapage impliquant l'introduction d'un jour supplémentaire chaque 4 ans (les années divisibles par 4 hormis trois sur quatre de celles qui sont divisibles par 100) .

 

Si le temps universel est indubitablement utile pour caractériser les événements mondiaux ou synchroniser la communauté scientifique ,  son décalage avec le temps civil local le rend impropre aux besoins quotidiens des hommes , rythmés par le soleil .                                                                                                                                                                                                                                                                      

Aussi , on a créé les fuseaux horaires, en définissant une large zone territoriale où l'heure est unique . Ils sont à peu prés centrés sur des méridiens jalonnant la terre de 15° en 15°à partir du méridien de Greenwich  (15° = 1H). De ce fait , quand il est midi dans un pays , le soleil n'est jamais très  loin du méridien .

Ceci - dit , avoir deux heures différentes dans un même pays ou une zone d'échanges économiques est une telle contrainte que les limites des fuseaux ont une forte tendance à se déformer pour correspondre aux frontières de la géographie politique  . Les fuseaux horaires constituent un compromis entre la multiplicité insupportable des temps locaux et la tutelle autoritaire et arbitraire du temps universel

Les fuseaux sont numérotés de 0 à 23 en partant de Greenwich et en allant vers l'EST. L'heure d'un fuseau est obtenue en ajoutant le numéro de fuseau à l'heure de Greenwich . La France est située dans le fuseau 1 si bien que quand il est 12H à Greenwich , il est 12 + 1 = 13H à Paris .

 

Par ailleurs , la règle préconise que quand le numéro de fuseau est supérieur à 12 , on enlève un jour à la date de Greenwich . Voici un exemple pour le fuseau 14 :

A Greenwich il est l'heure H du jour J . Par exemple 8 H le 22 décembre .

Dans le fuseau 14 , il est l'heure H+14 du jour J-1 . Donc 22H le 21 décembre .

 

Mais que se passe - t' il lorsque l'heure obtenue est supérieure à 23 ?

 

C'est le cas , par exemple dans le fuseau 17 quand il est 8H à Greenwich le 22 décembre Dans le fuseau 17 , il est 8+17=25 heures le 21 décembre .

Et bien dans ce cas , on augmente la date de 1 et on enlève 24 aux heures .

Dans le fuseau 17 , il est 25-24=1H le 22 décembre .

 

                                                              FUSEAU

13

14

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17

18

19

20

21

22

23

0

1

2

3

4

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6

7

8

9

10

11

12

21

22

23

0

1

2

3

4

5

6

7

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12

13

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18

19

20

                                                              HEURE

En haut le numéro de fuseau , en bas , l'heure légale du fuseau. En gris , les fuseaux qui retardent d'un jour quand il est 8H à Greenwich .

Le temps des fuseaux horaires s'appelle le temps légal . Il est basé sur le temps universel , c'est à dire le temps solaire moyen .

 

L'une des curiosités de ce système est la ligne de changement de date (qui traverse le pacifique au niveau du détroit de Behring dans le fuseau 12) .

Si on la franchit vers l'OUEST on augmente la date d'un jour . Si on la franchit vers l'EST , on diminue la date d'un jour .

Certains milliardaires excentriques en profitent pour la franchir plusieurs fois en bateau quand elle est située entre le 31 décembre et le 1er  janvier de l'année suivante , ce qui donne lieu à de nombreuses libations (l'astronomie mène à tout) .

 

De plus , certains pays ont adopté une heure d'été qui se traduit par une augmentation d'une heure de l'heure légale ce qui donne à la France où cette pratique est en usage , deux heures d'avance sur le temps universel pendant une bonne partie de l'année .

 

Si l'on peut utiliser un temps à la louche pour établir l'heure des repas, sa régularité et sa précision s'avèrent déterminantes quand on se propose de définir des sous - unités du type de la seconde .

Pour déterminer la seconde , on peut utiliser le temps universel , basé sur la rotation de la terre ou le temps des éphémérides , basé sur sa révolution autour du soleil .

Or , la rotation de la terre sur elle même est irrégulière . La durée moyenne du jour doit donc être corrigée et la seconde en pâtit .. Les causes de correction sont :

l d'abord le régime des vents et la fonte des glaces (écart  +0.0010 secondes par jour en mars et -0,0011 secondes en août comme maximum .

l ensuite le frottement des marées (+0,0016 secondes par jour en une année)

l enfin des causes diverses comme le flottement de masses minérales au centre de la terre et d'autres causes inconnues .

Le temps universel corrigé de ses principales irrégularités s'appelle TU2.

Les astronomes lui préfèrent le temps des éphémérides , plus stable , et définissent la seconde comme une fraction de l'année tropique 1900 (exactement 1 / 31 556 925 , 9747).

 

Sans doute lassés de se tourner vers le ciel pour régler leur montre , les scientifiques ont finalement opté pour une seconde atomique  adoptée par la convention des poids et mesures en 1967.

Il suffit de compter 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 et le tour est joué : on a une seconde de la plus belle eau .

Rassurant non ?

 

                  

                  Ce document donne une assez bonne idée de ce qu'on appelle "les ravages du

                  temps" . Au demeurant on peut constater qu'en vidant une horloge atomique de

                  son césium et en la nettoyant proprement , on obtient un alambic très convenable

                  qui peut servir à fabriquer un élixir généreux qui nous fera rapidement oublier

                  comment on en est arrivé   .

 

 

 

Les calendriers .

 

Pour ce qui est des calendriers anciens , qu'ils soient établis en fonction du mouvement de la lune comme à Babylone ou de celui du soleil , comme en Egypte , en Grèce ou à Rome, ils avaient besoin de certaines adaptations pour faire coïncider les dates et les saisons en raison du décalage entre l'année civile ou religieuse et l'année solaire vraie. 

Ainsi, on ajoutait de temps en temps des jours ou même des mois dits épagomènes .

 

Jules César adopta un calendrier très proche du nôtre , où l'année mesurait 365,25 jours . Chaque 4 ans , on intercalait un jour entre le 24 février, sixième jour des calendes de mars (sextus calendas martias) et le 25 février .

Ce 24 bis , appelé bissextus calendas martias donnera plus tard son nom à l'année bissextile .

L'église adopta le calendrier Julien (de Jules césar) avec deux modifications :

L'année d'origine est  celle de la naissance du Christ

le 24 février bis est remplacé par un 29 février tous les 4 ans .

 

Malgré cela , l'année civile était encore trop longue et , par décret papal , on se coucha le 4 octobre 1582 pour ne se réveiller que le 15 octobre de la même année. Cette longue nuit , ne dura en réalité pas plus que les autres .

Les jours intermédiaires avaient été gommés du calendrier pour se mettre en phase avec le soleil .

 

Le Pape Grégoire XIII qui était à l'origine de cette faille temporelle , fit en même temps adopter le calendrier Grégorien où trois  années multiples de 100 sur quatre ne sont plus bissextiles (1600 , 2000 le sont; mais 1700 , 1800 , 1900 ne le sont pas).

Avec ce calendrier , La durée de l'année passe à  365,2425 Jours.

Soit 365J 5H 49 M 12S contre 365J 5H 48M 46S pour l'année tropique .

On sera en retard d'un jour sur les astres en 4317.

 

Ceci dit , il y a dans l'utilisation des calendriers encore moins de cohésion que dans la mesure du temps  :

Les chrétiens orthodoxes ont conservé le calendrier Julien .

Les Israélites ont un calendrier lunaire avec des années de 353 , 354 , 355 , 383 , 384 ou 385 jours .

Les Musulmans ont aussi un calendrier lunaire avec 12 mois de 29 ou 30 jours qui a pour origine le 16 juillet 622 (an I de l'Hégire) .

En Inde , il n'existe pas moins de 3 calendriers :

un solaire pour les Tamouls et les Hindous du Sud où les journées sont divisées en 60 heures et groupées en mois de 60 jours et grandes années de 60 ans (les mois portent le nom des signes du zodiaque) .

un calendrier lunaire pour les musulmans au Nord Ouest

un calendrier luni-solaire pour les Bengalis au Nord est

Au Cambodge et au Laos , le calendrier est luni-solaire et les mois portent des noms d'animaux , comme dans un archaïque calendrier chinois .

Tandis qu'au Viêt-nam , comme dans la Rome antique , les années portent souvent les noms des hommes qui se succèdent au  pouvoir ou de quelconques noms dynastiques .

 

 

2. Reflexion sur le temps