Sphère armillaire

En astronomie, une sphère armillaire, aussi connue sous le nom d'astrolabe sphérique, est une modélisation basée sur la sphère céleste utilisée pour en montrer le mouvement apparent des étoiles autour de la Terre et du Soleil dans l'écliptique.

Son nom provient du latin armilla (cercle, bracelet). En effet, elle est constituée d'un ensemble de cercles métalliques gradués représentant la géométrie des éléments descriptifs du ciel, sur la sphère centrale orientable.

Composition de la sphère

Les éléments représentés par les cercles métalliques de la sphère (chacun d'entre eux correspond à un cercle métallique) sont :

• les pôles ;
• l'axe des pôles ;
• les parallèles particuliers que sont l'équateur, les 2 cercles polaires et les 2 tropiques ;
• l'écliptique, chemin apparent parcouru par le Soleil dans le ciel, jalonné par les constellations zodiacales ;
• parfois les colures des solstices et des équinoxes, méridiens célestes passant par les positions écliptiques du Soleil aux débuts des saisons.

En général, une boule représentant la Terre est placée au centre des cercles sur l'axe des pôles. Deux cercles supplémentaires constituent un mécanisme d'orientation externe :

• l'horizon du lieu ;
• Le méridien local.

Un pied sert de support général à l'ensemble.

En plus d'être une simple curiosité pour la défense de la géocentrique du système ou d'une autre, la sphère armillaire, est utilisée comme un outil de calcul de la résolution des triangles sphériques et un convertisseur de degrés en unités métriques. Les sphères armillaires furent développées par les anciens Grecs et étaient déjà utilisées comme outils didactiques au III^e siècle av. J.‑C.. Sous une forme plus grande et plus précise, elles étaient aussi utilisées comme instruments d'observation, notamment par Ptolémée.

Les sphères armillaires devinrent à nouveau populaires à la fin du Moyen Âge ; l'astronome danois Tycho Brahe en construisit plusieurs. La sphère armillaire a été également connue en Chine, depuis Zhang Heng (78-139 AD) jusqu'à Su Song qui conçut en 1088 une sphère armillaire actionnée par un mécanisme hydraulique. Les portraits des savants et des personnalités de la Renaissance montrent souvent ceux-ci avec une main sur une sphère armillaire qui représente alors le sommet de la connaissance et de la sagesse. Les sphères armillaires furent parmi les premiers appareils mécaniques complexes construits ; leur développement apporta de nombreuses améliorations dans la technique et la conception de pièces et d'appareillages mécaniques.

Une représentation de la sphère armillaire se retrouve sur le drapeau du Portugal comme symbole de son ancienne puissance maritime.

• 

  Modèle simple chinois à Pékin.

• 

  Modèle sommaire à Göttingen.

• 

  Modèle complexe de Antonio Santucci (1582).

• 

  Le plus grand modèle de Santucci à Florence (1585).

• 

  Réalisation récente dans les Ardennes, à Signy-l'Abbaye.

• 

  La sphère armillaire du Palais des Nations (Genève).

Usage pédagogique moderne

Sphère armillaire utilisée au XX^e siècle pour l'enseignement de l'astronomie.

La sphère armillaire est, encore aujourd'hui, un outil pédagogique^[1] pour expliquer les mouvements du Soleil et de la Lune dans le ciel en fonction des saisons et de la latitude. L'observateur s'imagine, sur un plan horizontal, au centre de la sphère que l'on fait tourner autour de l'axe polaire. Le ciel fait le tour de la Terre en un jour sidéral (23 heures 56 minutes), si bien que le Soleil qui fait son tour en 24 heures, prend un peu de retard chaque jour. Il se déplace sur l'écliptique représentée par le cercle en biais entre les cercles des tropiques. Aux équinoxes, le Soleil se lève plein est, culmine plein sud (dans l'hémisphère nord) et se couche 12 heures plus tard, plein ouest à l'intersection entre le cercle représentant l'équateur céleste et le plan de l'horizon. Aux solstices, le Soleil culmine plus ou moins haut (à hauteur d'un tropique, sur un des points de l'écliptique les plus éloignés de l'équateur céleste) et la journée est plus (en été) ou moins longue (en hiver).

De manière générale, le dessus de la sphère représente la voûte céleste, mobile autour de l'axe polaire. Les astres y sont positionné au moyen de leurs coordonnées équatoriales. L'écliptique est la ligne sur laquelle circulent les planètes ; c'est aussi la ligne où se passent les éclipses (origine du nom). On y trouve les constellations du Zodiaque. L'instrument permet également d'expliquer pourquoi certaines constellations ne sont visibles qu'en hiver et d'autres en été.

Si, par approximation, on déplace la Lune sur le cercle écliptique^[2], on peut imaginer les phases et expliquer pourquoi la pleine Lune culmine haut en hiver et bas en été.

Si un mécanisme permet de modifier l'angle de l'axe polaire, on peut reproduire les phénomènes ayant cours dans les deux hémisphères, à l'équateur, sur les tropiques, aux cercles polaires ou même aux pôles.

Cet instrument ancien expliquait tant de choses que l'on comprend sans peine la difficulté qu'ont eu les gens à admettre que la Terre n'était pas au centre de l'Univers lors de la révolution copernicienne.

Voir aussi

• Astrolabe, version en 2 dimensions de la sphère armillaire,
• Carte du ciel mobile, version moderne de l'astrolabe.
• Disque de Nebra, carte du ciel préhistorique
• Histoire de la navigation astronomique

Notes et références

1. ↑ Jacques Gispert, « Sphère armillaire », Faculté des Sciences de Luminy
2. ↑ L'orbite de la Lune n'est pas exactement sur l'écliptique.

Sur les autres projets Wikimedia :

• « les sphères armillaires », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)

Liens externes

• Société d'astronomie Populaire de la Côte Basque
• Les Delamarche, trois générations au service de la géographie terrestre et céleste.