Mécanismes astronomiques

[SULREN]

Bonjour,

Quelles seraient d'après vous les sujets astronomiques originaux qui n'aurais pas été traité dans notre histoire?

Je suppose que le terme « notre histoire » est à prendre dans le sens « la présente discussion », c’est-à-dire les mécanismes qui reproduisent les phénomènes astronomiques observés.

Chacun trouvera une liste de points restant à discuter, en fonction de ses propres centres d’intérêt, de ses connaissances et lacunes, etc.

On peut citer :
- La reproduction du phénomène des marées, phénomène imputable aux positions relatives des astres mais modulé par d’autres facteurs (onde de marée,….),
- L’évolution du zodiaque depuis l’apparition de ce concept. Il y a eu décalage de 28 degrés, soit d’un signe, en 2500 ans. Les ingénieux concepteurs ont dû considérer, sauf dans l’horloge de Strasbourg il me semble, qu’il n’était pas nécessaire de reproduire un décalage aussi lent dans leurs mécanismes astronomiques,
- L'indication des heures de lever et coucher du soleil,
- La description des mécanismes destinés à reproduire la variation de vitesse angulaire des aiguilles portant les astres, en fonction de leur position sur l’orbite elliptique (loi des aires). Dans la machine d’Anticythère c’est un montage ingénieux de deux engrenages n’ayant pas le même centre et dont l’un entraîne l’autre par un système dit "clavette –rainure"). Dans d’autres cas c’est une roue oblique, ou une roue ondoyante……(Antide Janvier),
- Le degré d'opportunité de planter leurs choux, pour ceux qui jardinent à la lune (cf post#41 )
- Etc.

Et je me permets d'ajouter:
- L’exagération journalistique concernant ces mécanismes, quand on lit par exemple en ce qui concerne la prévision des éclipses dans la machine d’Anticythère : «c’est un calculateur d’une extraordinaire complexité, d’une extraordinaire précision,…….etc ».
Il n’y a aucun calcul, aucune modélisation dans la partie de ce mécanisme relative aux éclipses. On aurait pu faire la même chose avec un rouleau de papier, genre papier de caisse de supermarché. La seule « intelligence » était dans la tête des astronomes, et même dans ce cas précis c’était plutôt de la connaissance résultant de siècles d’observations : cycle du Saros.
La réalisation mécanique n'était qu'une mise en mémoire des dates connues des éclipses en face de la reproduction du calendrier.....sur une bande de laiton et pas de papier.

 

[LucienL]

Bonjour,

Sur le sujet de mécanisme des marées, j'ignore si des systèmes mécaniques de simulation ont été réalisés.
Toutefois, les données nécessaires à une réalisation éventuelle existent (sans préjuger des difficultés pratiques).
Le SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine) a publié un ouvrage qui contient la description des calculs et des tables de coefficients pour un nombre important de ports, en France et dans le monde entier.
Le jeu de coefficients d'un port donné est constitué d'amplitudes et de déphasages à appliquer à un certain nombre d'ondes de fréquences données.
J'ai utilisé ces informations pour réaliser un outil de calcul utilisant un tableur (excel).
Je l'ai fait il y a environ 25 ans.
J'ignore si l'ouvrage est toujours en vente, le SHOM préfère peut être maintenant vendre des logiciels tout faits.

Les coefficients d'un lieu particulier sont issus d'un travail de mesures et de corrélation, je crois d'analyse harmonique.
La géographie des océans et des côtes entre en jeu dans la formation, la propagation et la déformation des ondes de marées, cette géographie ne peut pas être modélisée dans un calcul.

Je consulte avec intérêt ce fil, mais sans idée de réaliser un mécanisme astronomique.
Merci à tous les contributeurs.

 

[SULREN]

Re,

Sur le sujet de mécanisme des marées, j'ignore si des systèmes mécaniques de simulation ont été réalisés.

De tels mécanismes ont existé, en particulier dans des horloges astronomiques, comme par exemple celle de la cathédrale Saint Jean à Besançon montrée au post #87.

 

[SULREN]

Re,

Les coefficients d'un lieu particulier sont issus d'un travail de mesures et de corrélation, je crois d'analyse harmonique.
La géographie des océans et des côtes entre en jeu dans la formation, la propagation et la déformation des ondes de marées, cette géographie ne peut pas être modélisée dans un calcul.

Je connais bien mieux le problème des éclipses que celui des marées, mais je ne pense pas me tromper en disant qu’ils relèvent des mêmes démarches d’analyse, étant donné qu’ils ont les mêmes causes astronomiques.
Ces causes étant de nature purement périodiques, et même si le nombre de termes périodiques est élevé, il existe un cycle qui englobe la totalité des termes et à l’issue duquel les choses recommencent comme à l’origine du cycle.

On peut donc approcher les deux problèmes par les deux mêmes méthodes :

-1) La seule observation sur un temps suffisamment long, en notant à chaque instant (date, heure) ce que l’on voit du point d’observation où on se trouve (état de la marée, ou état de la configuration soleil, terre, lune). On peut noter cela sur un ruban de papier, comme je l’ai dit au post#91.
Une fois que le cycle a été accompli on peut donc prédire ce qui va se passer à chaque date future, en se rendant au point correspondant du cycle (Dans le cas des marées des conditions particulières peuvent modifier légèrement la prévision, comme les conditions barométriques).

-2) L’analyse mathématique des phénomènes source en vue de leur modélisation : écriture des équations qui les régissent, affinage des paramètres par les observations déjà faites. C’est ce qu’on appelle la modélisation.
Une fois ce modèle établi on peut le faire tourner sur le support choisi.
- Avec de grandes limitations s’il s’agit d’engrenages,
- Avec une grande précision s’il s’agit d’informatique.

En ce qui concerne les marées : on aboutit au modèle du SHOM et on peut éditer les prévisions de marées à chaque date à venir.
En ce qui concerne les éclipses se sont les équations de la mécanique céleste, le VSOP de Pierre Bretagnon (Variations Séculaires des Orbites Planétaires) et autres coefficient affinés par la communauté des astronomes.

Les listes d’éclipses de Lune et de Soleil sont publiées dans des livres appelés canons s’éclipses (rien à voir avec notre célèbre 75, ni avec la grosse Bertha).
- Le plus connu est celui de Theodor Ritter von Oppolzer dans sa première édition datant de 1887.
- On peut aussi citer celui de Jean Meeus et Hermann Mucke (1983).
- Et notre institut français IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides) a aussi construit un canon d’éclipses de Lune et de Soleil portant sur une période de 6000 ans (de l’an -2999 à 3000).

En reportant ces informations sur un rouleau de papier entraîné par une horloge, ou par une manivelle, un bricoleur pourrait donc faire un "calculateur" de prédiction des éclipses d'une précision extraordinaire.

Ceci étant, il existe dans les mécanismes astronomiques qui ont été réalisés, soit dans l'Antiquité, soit à la Renaissance, soit plus tard (comme à Strasbourg) beaucoup de génie et en particulier sur ceux qui indiquent les éclipses.
On pourra en donner des exemples dans d'autres posts, en expliquant les cadrans astrolabe des cathédrales, ou les équations solaires et lunaires réalisées mécaniquement.

EDIT:

Le jeu de coefficients d'un port donné est constitué d'amplitudes et de déphasages à appliquer à un certain nombre d'ondes de fréquences données.

Il serait bon de savoir quel algorithme est mis en oeuvre dans les horloges astronomiques montrant les marées dans un ou plusieurs ports:
- La seule influence de l'heure comme base du cycle, donc sans indication du coefficient de marée?
- Ou la prise en compte de la configuration Soleil, Terre, Lune, en temps réel, donc avec une possibilité de calcul d'un coefficient de marée,
- Ou aussi la prise en compte des caractéristiques propres au port (amplitudes, déphasages)?

A clarifier.

 

[SULREN]

Bonjour,

Le SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine) a publié un ouvrage qui contient la description des calculs et des tables de coefficients pour un nombre important de ports, en France et dans le monde entier.
Le jeu de coefficients d'un port donné est constitué d'amplitudes et de déphasages à appliquer à un certain nombre d'ondes de fréquences données.

Bonjour @LucienL
Dans ta phrase ci-dessus que sont ces « ondes de fréquences données » ?

Sachant qu’en un lieu donné la marée est un phénomène périodique, on peut penser que « ces ondes de fréquence » sont les différentes composantes périodiques de ce phénomène.
Et, comme ce sont les forces de gravitation qui induisent les marées, on peut penser que ces composantes périodiques sont les suivantes :

- 1) Composante fondamentale des forces de gravitation : la lune passe dans le plan du méridien du lieu, soit avec une période de 12 heures 25 minutes.
- 2) L’âge de la lune (sa phase) donc sa position par rapport au soleil et à la terre : alignée lors de la nouvelle lune et de la pleine lune (vives-eaux), ou dans le plan perpendiculaire au premier et au dernier quartier (mortes-eaux). Période : le mois lunaire de 29 jours 12 heures 44 minutes.
- 3) Le passage de la lune aux nœuds de son orbite, donc dans le plan de l’écliptique c’est-à-dire dans le même plan que le soleil et la terre. Période: révolution draconitique de 27 jours 5 heures 5 minutes.
- 4) La lune passe au périgée de son orbite, au plus près de la terre. Période: révolution anomalistique de 27 jours 13 heures 18 minutes.
- 5) La ligne des nœuds de l’orbite lunaire (représentée par l’aiguille du dragon sur les astrolabes) est alignée avec le soleil et la terre. Période : celle des saisons d’éclipses, approximativement 6 mois.
- 6) La terre passe aux équinoxes. Période : 6 mois.
- 7) La terre passe au périhélie de son orbite, au plus près du soleil. Période : un an.
- Etc.

Si on prend en compte les influences des planètes on arrive à une centaine de composantes périodiques. Mais seulement une vingtaine des composantes les plus importantes sont prises en compte même dans les calculs très précis.

Un bon mécanisme astronomique indique l’occurrence des phénomènes cités ci-dessus et il peut donc servir de base au calcul de l’amplitude de marée.
Mais il faut déterminer l’impact de chacun des phénomènes sur l’amplitude de la force de gravitation qui s’exerce sur le lieu donné. Ce n’est pas une mince affaire !
- La présence de la lune dans le plan méridien du lieu « tire très fort le niveau de la mer vers le haut ». Combien?
- Le passage de la terre aux équinoxes accentue l’amplitude des marées. Combien?
- etc.

Mais le fait que la résultante de toutes les forces listées ci-dessus passe par son maximum ne signifie pas qu’au même instant le niveau de la marée soit à son maximum, parce qu’il y a déphasage entre les deux phénomènes, du fait de la configuration du littoral, du profil du fond marin, de l’inertie des masses océaniques, et d’autres facteurs.

Les informations données en un lieu donné par une horloge astronomiques doivent donc être converties en forces de gravitation s’appliquant à ce lieu et ensuite soumises à un calcul de déphasage à partir de coefficients déterminés par l’expérience.
Ce que le SHOM fait probablement très bien.

Je n’ai trouvé qu’une seule horloge astronomique en France qui indique les marées dans différents ports, celle de la cathédrale de Besançon, mais d’autres membres nous en indiqueront peut-être d’autres.
Cette horloge de Besançon traite l’amplitude de la marée de façon plutôt simple.
- Elle prend forcément en compte le passage de la lune dans le plan du méridien du lieu, donc toutes les 12h 25mn.
- Elle ne prend en compte qu’un autre terme périodique : celui de l’âge de la lune (la phase de la lune, donc sa position relative par rapport au Soleil et à la Terre).

Rien sur les autres termes périodiques : équinoxes, passage de la lune aux noeuds de son orbite, etc.
Voici ce qui en est dit dans le livre décrivant cette horloge, construite par Mr Auguste Lucien Vérité.

 

[Precis84]

Bonsoir
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