Fabriquer un cadran solaire avec un bâton et lire l'heure
Un bâton planté droit et quelques pierres suffisent pour faire un cadran solaire : le premier jour de soleil, vous utilisez une montre pour marquer le bout de l'ombre à chaque heure pile. Les jours suivants, vous lisez l'heure grâce à l'ombre. C'est un excellent projet avec des enfants, et utile au camp quand la batterie est à plat. Mais les repères ne restent justes que quelques jours à quelques semaines, car la course du soleil se décale – et bien sûr seulement tant que le soleil brille.
- Mise en place : 10 minutes, puis une minute de marquage chaque heure par une journée ensoleillée
Expliqué simplement
Avec un bâton et quelques pierres, vous pouvez construire votre propre horloge – un cadran solaire. Vous plantez le bâton bien droit dans le sol. Le soleil projette une ombre, et pendant la journée cette ombre tourne autour du bâton comme l'aiguille d'une horloge.
Le premier jour, il vous faut encore une vraie montre. À chaque heure pleine, vous posez une pierre exactement à la pointe de l'ombre et vous écrivez le chiffre à côté dans le sable. Le soir, vous avez un arc de pierres. Le lendemain, il suffit de regarder où est l'ombre – et vous savez à peu près quelle heure il est.
Mais le cadran solaire n'est pas juste pour toujours. Le soleil suit chaque jour une course très légèrement différente, donc au bout d'un moment il faut replacer les pierres. Par temps nuageux, il n'indique rien du tout. Et n'oubliez pas : on regarde toujours l'ombre, jamais le soleil.
Comment ça marche
Le soleil se déplace régulièrement dans le ciel au cours de la journée, et l'ombre d'un bâton planté droit tourne avec lui. Dans l'hémisphère nord, elle indique à peu près l'ouest le matin, le nord à midi et à peu près l'est le soir – elle tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Le matin et le soir elle est longue, à midi elle est la plus courte. Dans l'hémisphère sud, elle tourne dans le sens inverse, et l'ombre la plus courte indique le sud.
Si, un jour, vous utilisez une montre pour marquer où se trouve la pointe de l'ombre à chaque heure pleine, vous obtenez une échelle horaire pour ce jour-là. Comme le soleil suit presque la même course les jours suivants, l'échelle reste valable pendant un certain temps. Votre cadran solaire indique l'heure de votre montre, pas l'heure solaire – parce que vous l'avez étalonné avec la montre.
Ce qui compte vraiment
L'endroit doit être plat et ensoleillé toute la journée. Un arbre qui fait de l'ombre l'après-midi rend les heures de l'après-midi inutilisables. Le bâton doit tenir ferme et bien droit – une ficelle lestée d'une pierre pend exactement à la verticale et vous aide à l'aligner. Si le bâton bouge, tous les repères bougent avec lui.
Posez les pierres exactement à la pointe de l'ombre, pas à côté, et identifiez-les : avec un chiffre dans le sable, une entaille sur la pierre ou un nombre défini de petites brindilles. Entre deux repères, vous estimez les minutes. N'attendez pas plus qu'une heure approximative.
Les repères se décalent parce que le soleil monte plus haut et plus au nord en été qu'en hiver. Vers mars et septembre, cela va plus vite, vers juin et décembre plus lentement. Si vous avez encore une montre, comparez tous les quelques jours et replacez les pierres. Au changement d'heure, tous les repères sont soudain décalés d'une heure.
Avec des enfants
Un cadran solaire est un merveilleux projet pour une journée au camp ou au jardin. Les enfants posent leur pierre toutes les heures, peignent des chiffres sur des galets et voient que l'ombre est longue le matin, raccourcit à midi et s'allonge de nouveau le soir. Ils apprennent au passage que le repère le plus court indique le nord (le sud dans l'hémisphère sud).
Veillez à ce que le bâton soit émoussé en haut ou porte un capuchon, que personne ne regarde le soleil, et que chacun aille de temps en temps à l'ombre, boive et porte un chapeau. Autour de midi, le soleil est le plus fort.
Limites
Un cadran solaire à bâton ne donne qu'une heure approximative, et seulement tant que le soleil brille. Pour tout ce pour quoi l'heure compte vraiment – médicaments, point de rendez-vous, heure de retour d'une sortie – il vous faut une vraie montre. Le cadran solaire sans montre décrit dans les manuels de survie compte le lever du soleil comme 6 h et le coucher comme 18 h, et il est encore plus grossier.
Pas à pas
Choisir un endroit ensoleillé et plat
Trouvez un endroit plat qui reçoit le soleil le plus longtemps possible dans la journée – une prairie, un coin de sable ou une zone dégagée du camp. Des arbres, des rochers ou des tentes ne doivent pas y faire d'ombre pendant la journée. Il doit être à l'écart des chemins pour que personne ne fasse voler les pierres.
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Choisir un endroit ensoleillé et plat
Trouvez un endroit plat qui reçoit le soleil le plus longtemps possible dans la journée – une prairie, un coin de sable ou une zone dégagée du camp. Des arbres, des rochers ou des tentes ne doivent pas y faire d'ombre pendant la journée. Il doit être à l'écart des chemins pour que personne ne fasse voler les pierres.
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Planter le bâton bien droit
Enfoncez bien le bâton dans le sol pour qu'il ne bouge plus. Tenez à côté du bâton une cordelette avec une petite pierre attachée : la cordelette qui pend est exactement verticale, alignez donc le bâton dessus. Si le bâton penche ou bouge, les repères seront faux par la suite.
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Marquer la première heure
Attendez une heure pile à votre montre, par exemple 9 h. Posez une pierre exactement au bout de l'ombre et écrivez ou gravez le chiffre à côté, dans le sol. Ne regardez que l'ombre pendant ce temps, jamais le soleil.
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Un repère à chaque heure pile
Posez maintenant une autre pierre au bout de l'ombre à chaque heure pile, jusqu'en fin d'après-midi. Les pierres forment un arc autour du bâton. Dans l'hémisphère nord, l'ombre tourne dans le sens des aiguilles d'une montre ; dans l'hémisphère sud, dans le sens inverse. Entre-temps, cherchez de l'ombre, buvez et portez un chapeau.
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Le repère le plus court est le midi solaire
Look at the arc: the shadow is shortest around solar noon. That is usually not 12 o'clock – with daylight saving time the shortest shadow in our latitudes often comes at 1 p.m. or later. Your sundial still shows the time of your watch, because you calibrated it with it. As a bonus, the line from the stick to the shortest mark points roughly north (southern hemisphere: south).
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Lire l'heure le lendemain
Le prochain jour de soleil, regardez où se trouve le bout de l'ombre à cet instant. S'il tombe exactement sur une pierre, il est cette heure-là. S'il se trouve entre deux pierres, par exemple à peu près à mi-chemin entre 10 h et 11 h, il est environ 10 h 30. Vous estimez les minutes – on ne peut pas faire plus précis.
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Recalibrer régulièrement
Les repères ne valent que quelques jours à quelques semaines, car la course du soleil se décale avec les saisons. Si vous avez encore une montre, comparez régulièrement et repositionnez les pierres. Par temps nuageux, le cadran solaire ne montre rien du tout. Et lors du changement d'heure (heure d'été/heure d'hiver), tous les repères sont décalés d'une heure.
Erreurs courantes
- Le bâton penche ou bouge
- L'endroit est à l'ombre à certains moments de la journée
- Lever les yeux vers le soleil au lieu de regarder l'ombre
- Réutiliser les repères pendant des mois
- Oublier le changement d'heure
- Pierres non marquées, puis confondues plus tard
Aperçu rapide
Matériel
Branches / perches solides
Un bâton droit, environ de la longueur d'un bras, ou un piquet de tente
Ne coupez pas de bois vivant là où c'est interdit.
Petits cailloux ou brindilles comme repères
Une douzaine de pierres ou de brindilles pour les repères horaires
Montre-bracelet analogique
Le premier jour pour le calibrage ; un téléphone convient aussi
Seulement une aide d'orientation très approximative – jamais un substitut à la boussole pour une navigation précise.
Ficelle fine
Avec une pierre attachée, comme fil à plomb pour planter le bâton droit
Faible résistance à la rupture – charges légères uniquement.
Carnet de notes et crayon
Noter la date et les heures
Crème solaire et lunettes de soleil
Crème solaire pendant le marquage au soleil
La crème solaire a une date de péremption ; remplacez les vieux tubes.
Convient pour
- Un camp de plusieurs jours sans électricité
- Un projet d'apprentissage avec des enfants
- Comprendre le lien entre le soleil et l'heure
- Savoir à peu près combien il reste de la journée
Ne convient pas pour
- Mesure précise du temps
- Jours nuageux
- En déplacement pendant une randonnée (le bâton doit rester planté)
- Plusieurs mois sans recalibrer
Prérequis
- Un jour de soleil pour le calibrage
- Un endroit plat ensoleillé toute la journée
- Une montre le premier jour
- Ne jamais regarder le soleil
Sécurité
- Rester longtemps au soleil à observer les ombres mène facilement à un coup de soleil ou à un coup de chaleur. Le rayonnement UV est le plus fort vers midi, et encore plus sur la neige, sur l'eau et en montagne. Un chapeau, de la crème solaire, de l'eau et des pauses à l'ombre en font partie – surtout pour les enfants.
- Un bâton pointu à hauteur des yeux est dangereux pour les enfants. Utilisez un bâton à bout arrondi, ou mettez une casquette, une pomme de pin ou un chiffon sur la pointe, et installez le cadran solaire à l'écart des chemins et des aires de jeu.
- Le cadran solaire ne donne que l'heure approximative. Pour tout ce qui exige l'heure exacte – médicaments, point de rendez-vous convenu, heure de retour –, il vous faut une vraie montre.
Comment ça marche
Le soleil se déplace régulièrement dans le ciel au cours de la journée, et l'ombre d'un bâton tourne avec lui. Aux latitudes moyennes de l'hémisphère nord, l'ombre tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, dans l'hémisphère sud dans le sens inverse. Si, un jour, vous utilisez une montre pour marquer où se trouve le bout de l'ombre à chaque heure pile, vous pourrez y lire l'heure les jours suivants. Mais comme le soleil suit chaque jour une course légèrement différente – plus haut ou plus bas, plus au nord ou au sud –, la longueur et la direction de l'ombre se décalent peu à peu. Autour de mars et de septembre, cela va plus vite, autour de juin et de décembre plus lentement. C'est pourquoi il faut recalibrer les repères régulièrement.
Avantages
- Il suffit d'un bâton, de pierres et, une seule fois, d'une montre
- Un projet passionnant pour les enfants
- Fonctionne sans électricité
- Indique le nord en prime
Inconvénients
- Seulement au soleil
- Les repères ne valent que quelques jours à quelques semaines
- Imprécis
- Doit rester au même endroit
Connaissances approfondies
Contexte technique
Le cadran solaire le plus simple est une tige plantée droit ; les Grecs l'appelaient gnomon. Des manuels de survie comme le FM 3-05.70 décrivent une horloge d'ombre construite sur le bâton à ombre, qui compte le lever du soleil comme 6 h et le coucher comme 18 h ; ils soulignent que ce n'est pas une horloge au sens habituel.
Les repères se décalent à cause de l'inclinaison de l'axe de la Terre : en été, le soleil monte plus haut et passe plus au nord ; en hiver, il reste plus bas et passe plus au sud. L'endroit où se trouve l'ombre un jour donné à une heure donnée peut se calculer à partir de la hauteur et de la direction du soleil avec le calculateur solaire de la NOAA.
Variantes
- Avec des enfants
- Les enfants peuvent poser « leur » pierre à chaque heure et écrire le chiffre dans le sable avec une brindille, ou utiliser une pierre peinte. Une alarme ou un téléphone rappelle l'heure suivante. Le soir, vous regardez ensemble comment l'ombre était longue le matin, courte à midi et de nouveau longue le soir. Pensez au chapeau, à la crème solaire et aux pauses à l'ombre – et veillez à ce que personne ne regarde le soleil.
- Sans aucune montre : l'horloge d'ombre
- Les manuels de survie décrivent une horloge d'ombre sans aucune montre : avec le bâton à ombre, on trouve la ligne ouest–est et la ligne nord–sud, puis on plante le bâton à leur croisement. La ligne nord–sud est alors la ligne de midi, et la ligne ouest–est compte à peu près pour 6 h et 18 h. Vous estimez les heures intermédiaires. C'est l'heure solaire, pas l'heure de la montre, et c'est très approximatif – les « heures » ne sont pas de même durée.
- Pour les plus avancés : un bâton incliné
- Les vrais cadrans solaires ont une tige inclinée, orientée vers le pôle céleste : dans l'hémisphère nord, penchée vers le nord, aussi raide que votre latitude (en Allemagne environ 50 degrés au-dessus du sol). Ce n'est alors plus le bout de l'ombre qui compte, mais la direction de toute l'ombre, et les lignes horaires restent à peu près les mêmes toute l'année – seuls restent le changement d'heure et de petits écarts au fil de l'année.
- Hémisphère sud
- L'ombre tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et l'ombre la plus courte pointe vers le sud. L'arc de pierres se trouve donc du côté sud du bâton. Tout le reste fonctionne de la même façon.
Erreurs courantes
- Le bâton penche ou bouge
- L'endroit est à l'ombre à certains moments de la journée
- Lever les yeux vers le soleil au lieu de regarder l'ombre
- Réutiliser les repères pendant des mois
- Oublier le changement d'heure
- Pierres non marquées, puis confondues plus tard
Limites et risques
- Heure approximative seulement, aucune indication de précision
- Les repères ne valent que quelques jours à quelques semaines
- Ne montre rien par temps nuageux
- Le changement d'heure décale tous les repères d'une heure
Alternatives de matériaux
Déduit des propriétés des matériaux : un substitut doit avoir toutes les propriétés requises. Respectez les remarques sur le substitut.
- Ficelle fine
- Corde (N'utilisez jamais une corde inconnue ou abîmée pour assurer votre sécurité vitale.), Paracorde (Ce n'est pas une corde d'escalade ni de sécurité.), Cordelette auxiliaire (Pour des usages vitaux, n'employez qu'une cordelette certifiée, après une formation.), Sangle (sangle tubulaire) (Inspectez les sangles nouées avant chaque utilisation.), Ficelle de jute ou de sisal (achetée) (Faible résistance, absorbe l'eau et pourrit : uniquement pour de faibles charges et l'entraînement.), Sangles pour arbres (Ne charger que dans les limites indiquées par le fabricant.), Ligne de pêche monofilament (Ne laissez jamais de bouts de ligne : les oiseaux et d'autres animaux s'y empêtrent et meurent lentement. Enroulez les bouts de ligne et emportez-les.), Fil fin et souple (laiton ou acier galvanisé) (Les extrémités du fil de fer sont pointues – protégez vos yeux et vos doigts en pliant), Corde ou sangle de remorquage (Fixez-la uniquement aux anneaux de remorquage prévus par le constructeur ; ne vous tenez jamais à côté lorsqu'elle est sous tension.)
Les résultats proviennent exclusivement d'entrées structurées. Aucune instruction improvisée n'est générée.
Sources (5)
- Headquarters, Department of the Army (USA) (2002): FM 3-05.70 Survival · Horloge d'ombre basée sur le bâton à ombre ; ce n'est pas une horloge au sens habituel
- NOAA Global Monitoring Laboratory (Global Radiation and Aerosols): NOAA Solar Calculator – sunrise, sunset, solar noon, azimuth and elevation for any place and date · Midi solaire, hauteur et direction du soleil selon le lieu et la date
- U.S. Naval Observatory: Astronomical Applications Department – sun and moon data, phases of the moon · Heures de lever et de coucher du soleil selon le lieu et la date
- NASA Science: Eclipse Safety – never look directly at the sun without proper eye protection · Ne regardez jamais directement le soleil
- World Health Organization (with WMO, UNEP and ICNIRP) (2002): Global Solar UV Index: A Practical Guide · Protection solaire lors d'un séjour prolongé au soleil