gnomon à fente

Posez le dispositif au Soleil et observez la mince trace lumineuse qui traverse sa fente. Si l'appareil reste immobile, cette trace ne demeure pas au même endroit : on peut marquer sa position à intervalles réguliers.

La suite des marques rend visible le mouvement apparent du Soleil au fil des heures. En répétant l'observation au même endroit et selon le même protocole, on peut aussi comparer les saisons. Le gnomon à fente transforme ainsi un déplacement céleste difficile à percevoir directement en une trajectoire que l'on peut relever sur une surface.

Un gnomon à fente est un dispositif d'observation solaire composé d'une surface plane, généralement horizontale, et d'une ouverture étroite. La fente sélectionne un mince faisceau de lumière. Sa position sur la surface fournit une marque observable, au lieu de demander de regarder le Soleil.

Pour que deux relevés soient comparables, le dispositif doit rester fixe et son orientation doit être conservée. On note l'heure de chaque marque et l'on obtient une trace du mouvement apparent quotidien. Cette trace aide à repérer des directions cardinales et à rechercher le midi solaire. Des relevés effectués à différentes saisons, avec le même montage, au même lieu et à des horaires comparables, montrent aussi que la hauteur apparente du Soleil varie au cours de l'année.

Le dispositif est avant tout pédagogique : il relie une observation répétée à l'astronomie de position. La forme exacte de la trace dépend du lieu, de la date, de l'orientation du support et du moment de l'observation. Une marque isolée ne suffit donc ni à reconstruire une trajectoire ni à identifier, à elle seule, le midi solaire.

Une classe conserve le gnomon immobile pendant deux heures. Elle choisit un axe gradué le long de la trace et fixe l'origine à la marque centrale. Les données relevées sont : 11 h 30, −6 cm ; 12 h, −3 cm ; 12 h 30, 0 cm ; 13 h, 3 cm ; 13 h 30, 6 cm. Ces valeurs décrivent cet exemple de relevé, pas une graduation universelle.

1. Placez les cinq marques dans l'ordre des heures.
2. Comparez les positions situées de part et d'autre de l'origine : −6 cm et 6 cm, puis −3 cm et 3 cm.
3. Les deux paires sont symétriques autour de 0 cm, atteint à 12 h 30.
4. Dans cette série, 12 h 30 est donc le moment central et un candidat pour le midi solaire.
5. Recommencez avec des intervalles plus courts autour de 12 h 30 pour affiner le relevé.

Le contrôle est refaisable : chaque paire de positions opposées doit avoir une somme nulle, car −6 + 6 = 0 et −3 + 3 = 0. Cette symétrie ne remplace pas la vérification de l'orientation du dispositif, mais elle permet de contrôler les données de l'exemple.

En classe, on marque la trace lumineuse à heures régulières et l'on inscrit l'heure près de chaque point. Une photographie unique convient pour garder une apparence ; une série de marques est préférable dès que l'on veut étudier un déplacement.

Pour rechercher le midi solaire, on resserre les observations autour du moment central suggéré par la trajectoire. L'heure civile affichée par une montre ne suffit pas : le critère recherché vient du relevé solaire effectué avec le dispositif orienté.

Pour comparer les saisons, on répète le protocole au même lieu, avec la même orientation et des horaires comparables. Si le montage a été déplacé, un nouveau relevé quotidien vaut mieux qu'une superposition trompeuse.

Gnomon ordinaire. Il produit une ombre à partir d'une tige ou d'un élément dressé ; le gnomon à fente produit une trace lumineuse à travers une ouverture. Pour les distinguer, on regarde donc le signal principalement observé ou exploité : l'ombre dans le premier cas, la trace lumineuse dans le second.

Cadran solaire. Un cadran porte une graduation conçue pour lire le temps solaire à partir d'une ombre ou d'une tache lumineuse. Un relevé pédagogique sans lignes horaires reste un gnomon d'observation, même s'il aide à introduire le principe du cadran solaire.

Midi civil. Il correspond à 12 h sur l'horloge. Le midi solaire est déterminé par la position apparente du Soleil ; l'exemple peut donc conduire à 12 h 30 sans contradiction avec l'heure civile.

Une seule marque. Elle indique une position à un instant, mais aucun déplacement. Il faut au moins deux marques datées pour constater un mouvement et plusieurs observations autour du moment recherché pour estimer le midi solaire.

Montage déplacé ou orientation modifiée. La trajectoire peut alors changer sans que ce changement vienne du Soleil. Le symptôme est une rupture entre deux séries pourtant proches dans le temps ; il faut remettre le dispositif dans la même configuration ou recommencer la série.

Passage nuageux. Une trace diffuse ou momentanément absente ne donne pas une position fiable. On conserve l'heure comme observation manquante et l'on attend une trace nette, plutôt que d'inventer un point entre les marques voisines.

Comparaison saisonnière non contrôlée. Des dates différentes ne suffisent pas si le lieu, l'orientation ou les horaires ont changé. Il faut comparer des séries obtenues avec le même protocole et distinguer la hauteur apparente du Soleil de la direction de son déplacement.

Le gnomon - instrument - permet de comparer la projection lumineuse du modèle à fente avec le fonctionnement d'un gnomon fondé sur l'ombre.

Le cadran solaire prolonge l'observation : il montre comment une ombre ou une tache lumineuse devient une indication du temps solaire grâce à une graduation.