600 HELIOSTAT HARTNACK & PRAZMOWSKI 1873

Le premier exemplaire mis au point est réalisé par le célèbre constructeur Soleil. Cette maison, l’une des plus réputées de tout le 19ème siècle, en fera sa spécialité et la plupart des héliostats de Silbermann sortiront ainsi de ses ateliers, repris par la suite par son gendre Jules Duboscq puis par Philippe Pellin.
Le catalogue de la maison Duboscq-Pellin de 1889 nous apprend que cet instrument était vendu 1000 Francs, et l’on comprend que beaucoup de lycées n’avaient donc pas les moyens d’en acquérir un. A titre de comparaison, le spectroscope à 3 branches, instrument déjà relativement cher, n’était vendu que 300 Francs dans le même catalogue. Le principe de l’héliostat est plus complexe qu’un simple suivi du Soleil tel que peut le faire un télescope motorisé dont la monture est simplement calée sur l’axe de rotation de la Terre. En effet le miroir de l’héliostat ne suit pas directement la trajectoire du Soleil, mais doit être à tout moment perpendiculaire à la bissectrice de deux droites, l’une fixe donnée par la direction des rayons réfléchis, et l’autre, mobile, allant du centre du miroir au Soleil. Ces deux droites sont matérialisées par deux axes de l’héliostat sur lesquels se trouvent deux arcs de cercle. Le premier arc de cercle est fixe pendant le fonctionnement de l’appareil et orienté dans la direction souhaitée pour les rayons réfléchis. Le second arc est mobile, et son axe suit la direction du Soleil. Le miroir est astucieusement monté sur une simple charnière s’appuyant sur ces deux arcs, assurant ainsi de manière mécanique que la perpendiculaire au miroir soit confondue avec la bissectrice des deux axes. Cette astuce seule ne suffit évidemment pas, et il faut procéder à plusieurs réglages de l’appareil avant sa mise en mouvement:
– tout d’abord, la base en laiton de l’héliostat doit être parfaitement à l’horizontal. Pour cela, on oriente l’héliostat dans une direction arbitraire en faisant tourner cette base, puis on règle la hauteur des pieds vissés afin de faire l’horizontalité dans l’axe du niveau à bulle vissé sur le socle. Puis on tourne le socle de 90°, et on réalise l’horizontalité dans un axe perpendiculaire au moyen de ce même niveau;
– l’horizontalité étant assurée, on oriente l’héliostat sur l’axe Nord-Sud en s’aidant d’une petite graduation gravée sur le socle. Si ce réglage peut être fait assez facilement au moyen d’une boussole, il faut ensuite compenser de la déclinaison magnétique du lieu pour une précision optimale, puisque l’héliostat doit s’orienter par rapport au Nord géographique et non magnétique; Le principe de l’héliostat est plus complexe qu’un simple suivi du Soleil tel que peut le faire un télescope motorisé dont la monture est simplement calée sur l’axe de rotation de la Terre. En effet le miroir de l’héliostat ne suit pas directement la trajectoire du Soleil, mais doit être à tout moment perpendiculaire à la bissectrice de deux droites, l’une fixe donnée par la direction des rayons réfléchis, et l’autre, mobile, allant du centre du miroir au Soleil. Ces deux droites sont matérialisées par deux axes de l’héliostat sur lesquels se trouvent deux arcs de cercle. Le premier arc de cercle est fixe pendant le fonctionnement de l’appareil et orienté dans la direction souhaitée pour les rayons réfléchis. Le second arc est mobile, et son axe suit la direction du Soleil. Le miroir est astucieusement monté sur une simple charnière s’appuyant sur ces deux arcs, assurant ainsi de manière mécanique que la perpendiculaire au miroir soit confondue avec la bissectrice des deux axes. Cette astuce seule ne suffit évidemment pas, et il faut procéder à plusieurs réglages de l’appareil avant sa mise en mouvement:
– tout d’abord, la base en laiton de l’héliostat doit être parfaitement à l’horizontal. Pour cela, on oriente l’héliostat dans une direction arbitraire en faisant tourner cette base, puis on règle la hauteur des pieds vissés afin de faire l’horizontalité dans l’axe du niveau à bulle vissé sur le socle. Puis on tourne le socle de 90°, et on réalise l’horizontalité dans un axe perpendiculaire au moyen de ce même niveau;
– l’horizontalité étant assurée, on oriente l’héliostat sur l’axe Nord-Sud en s’aidant d’une petite graduation gravée sur le socle. Si ce réglage peut être fait assez facilement au moyen d’une boussole, il faut ensuite compenser de la déclinaison magnétique du lieu pour une précision optimale, puisque l’héliostat doit s’orienter par rapport au Nord géographique et non magnétique; puis on règle la direction de l’axe des rayons réfléchis: l’arc en question peut tourner autour d’un axe vertical, mais également être incliné au moyen d’une molette attachée à une roue dentée qui entraine l’arc via une crémaillère placée sous celui-ci;
– l’arc suivant le soleil doit également être réglé, d’abord par rapport à la platine se trouvant dans le plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la Terre. Ce cadran est divisé en 24 heures, avec mention du Midi, Minuit, Est et Ouest, et l’axe mobile doit être aligné à l’heure de départ de l’instrument. Il doit aussi être aligné à la déclinaison du Soleil au jour de l’observation, le Soleil se trouvant plus haut en été qu’en hiver à cause de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre sur elle-même par rapport à son axe de rotation autour du Soleil (cet angle valant envron 23,5°). Pour ce faire, l’arc mobile est gradué selon les jours et mois de l’année, et l’on fait ainsi coïncider ce jour avec une flèche gravée sur le montant portant l’axe mobile. Afin de rendre le réglage plus facile et la graduation en jour plus lisible, la partie inférieure de l’arc mobile porte les jours du solstice d’hiver au solstice d’été, la partie supérieure portant ceux du solstice d’été au solstice d’hiver. Compte tenu de la graduation utilisée (le 20 juin de l’échelle inférieure coïncide avec le 25 juin de l’échelle supérieure, alors que le solstice a lieu vers le 21 juin, de même pour le solstice d’hiver en décembre), la flèche inférieure et la flèche supérieure sont très légèrement décalées l’une de l’autre; orsque l’instrument est prêt, on remonte le mécanisme d’horlogerie à l’heure de départ, qui une fois en route entraîne l’arc mobile. Afin de vérifier le bon réglage de l’appareil, et notamment que l’arc mobile est bien orienté dans la direction du Soleil, cet arc contient deux petites excroissances, l’une côté Soleil portant un minuscule trou et l’autre à l’opposé de l’arc contenant une mire. A tout instant, on peut ainsi vérifier que l’arc mobile est dans la bonne direction, le trou devant laisser les rayons du Soleil former une tâche lumineuse au centre de la mire.

Recherche : https://sprocure.web.cern.ch/Optique/Heliostat/heliostat.htm

Détail héliostat n°600 : boite 27x18x12 cm

 

En rapport avec HARTNACK E & PRAZMOWSKI A 1873 inv 600