Calendriers et horloges

Vincent Boqueho raconte la mesure du temps

À mi-chemin entre la physique et l’Histoire, on va se demander comment l’Homme a appris à mesurer le temps. Analysons d’abord l’élaboration des calendriers qui correspondent aux grands intervalles temporels ; ensuite l’élaboration des horloges pour les durées plus courtes. On va surtout se focaliser sur le point de vue occidental au sens large du terme, c’est-à-dire celui qui démarre en Egypte et en Mésopotamie, tout simplement parce que c’est ce qui a conduit à la définition internationale de la seconde et des autres intervalles de temps.

Vincent Boqueho

Histoires de calendriers

Un intervalle de temps est immédiatement visible : c’est la journée. Pas besoin d’être un Homo sapiens pour s’en rendre compte : après le jour, c’est la nuit. L’autre intervalle de temps immédiatement perceptible, c’est l’année : sauf à l’équateur, chacun perçoit les saisons qui s’enchaînent. Mais c’est là qu’on est confronté à une première question : combien y a-t-il de jours dans une année ? Ce nombre est-il fixe ?

En Égypte par exemple, c’est surtout le retour des crues qui marque la nouvelle année, mais on se rend assez vite compte que c’est fluctuant : certaines années font 350 jours, d’autres 380, selon que les crues sont tardives ou pas. Du coup, le calendrier agricole, si utile qu’il soit, ne permet pas de caler une année régulière.

Heureusement, il existe un troisième intervalle de temps qui va s’avérer très utile : le mois. Il est donné par le cycle de la Lune : pleine lune, dernier quartier, nouvelle lune, premier quartier. Une lunaison durant à peu près 30 jours, les prêtres en ont fait la définition du mois. Au passage, le découpage d’une lunaison en quatre parties a aussi donné naissance à la semaine de sept jours, introduite plus tardivement par les Mésopotamiens.

Mais ce qui est fort, c’est que 12*30 jours, ça fait 360 jours, ce qui correspond justement à une année agricole moyenne. Bingo ! Les prêtres égyptiens ont stipulé qu’une année durait exactement 12 mois, c’est-à-dire 360 jours. On appelle ça l’année lunaire.

Presque toutes les civilisations sont passées par là, et c’est encore utilisé aujourd’hui dans le calendrier chinois ou dans le calendrier musulman. L’année lunaire, c’est l’année cosmique par excellence, donc celle créée par les dieux ou par Dieu. On pense même que cette notion existait bien avant l’époque historique.

Évidemment, on a fini par se rendre compte qu’il en manquait un bout : les crues du Nil avaient lieu de plus en plus tard dans l’année, ce qui signifie que l’année lunaire était trop courte par rapport à l’année agricole. Comment corriger le tir ?

Les prêtres égyptiens ont fait très fort sur ce coup-là : vers 3000 av J.-C., ils se sont rendu compte que Sirius, l’étoile la plus brillante du ciel nocturne, restait sous l’horizon pendant toute une période de l’année. Ils ont noté scrupuleusement le nombre de jours qui s’écoulaient entre deux réapparitions, et cela faisait systématiquement 365 jours ! Sans le savoir, ils avaient mesuré pour la première fois la période de révolution de la Terre autour du Soleil ! C’est ce qu’il fallait pour se raccorder à l’année moyenne agricole : les Égyptiens ont donc défini une année sothiaque de 365 jours qui a longtemps coexisté aux côtés de l’année lunaire de 360 jours. Les cinq jours en plus étaient appelés les épagomènes, et ils étaient perçus comme maléfiques vu que ça cassait la perfection divine des 12 mois de l’année.

Mais il restait encore un problème vu que l’année comporte en réalité 365 jours et quart : l’année sothiaque elle-même était trop courte par rapport au calendrier agricole, et on a continué à voir des crues survenir de plus en plus tard dans l’année. Il y avait un décalage d’un quart de jour tous les ans en moyenne, et il fallait donc attendre 1460 ans pour que l’année sothiaque se recale sur l’année agricole. Les Égyptiens ont baissé les bras sur cette question et ce sont les Lagides (Syrie hellénistique) qui ont ajouté le concept de l’année bissextile pour tenir compte de ce quart d’année supplémentaire.

Tout cela suffit pour compter le nombre de jours, mais certaines civilisations ont voulu court-circuiter tout le système en se fiant directement au solstice d’hiver. C’est le jour où le soleil se lève le plus au sud possible, et où il monte le moins haut dans le ciel. Le problème, c’est que les différences d’un jour à l’autre sont infimes, et en plus il faut qu’il fasse beau plusieurs jours d’affilée. Voilà pourquoi certaines civilisations protohistoriques ont érigé de véritables monuments pour repérer la position du soleil avec une extrême précision : c’est sans doute l’un des rôles de Stonehenge par exemple, érigé aux 3e et 2e millénaires av. J.-C. Grâce à lui, les prêtres savaient exactement quand une année complète s’était écoulée, et il n’y avait jamais de décalage comme en Égypte vu qu’ils refaisaient un pointage tous les ans.

Pour finir là-dessus et pour l’anecdote, je citerai aussi le calendrier maya qui semble parfaitement inepte pour tout étranger à cette culture. Déjà les Mayas utilisaient leurs doigts de pieds pour compter puisqu’ils comptaient en base 20. Ça les a amenés à concevoir des cycles complètement improbables de 13*20 jours, c’est-à-dire 260, ou même de 584 jours qui correspondent au cycle de Vénus dans le ciel. C’était des édifices totalement inutiles dans la vie de tous les jours, mais c’était des cycles sacrés puisqu’ils découlaient des nombres magiques imposés par les dieux.

Jour, mois, année : voilà pour le temps long. Maintenant on va passer au temps court : heure, minute, seconde. Cette fois il va falloir aller en Mésopotamie. Comme il n’y a pas de cycle naturel inférieur à la journée, il a fallu concevoir des durées complètement artificielles, un peu à la façon maya.

Première chose : ils ont vu que l’année lunaire était naturellement découpée en 12 mois et ils ont donc voulu faire pareil pour la journée. Mais bizarrement, ils ont décidé de couper le jour en 12 et la nuit en 12, ce qui a donné une journée de 24 heures. C’est comme ça qu’on a introduit pour la première fois la notion d’heure.

Ensuite, ils ont trouvé le nombre 60 absolument merveilleux : 6*60 jours et on retrouve les 360 jours de l’année, 60 divisé par 5 et on retrouve le nombre 12 que les dieux adorent, 60 divisé par 2 et on retrouve les 30 jours du mois ! Les Mésopotamiens, subjugués, se sont mis à compter en base 60, et c’est pour ça qu’ils ont découpé l’heure en 60 minutes et la minute en 60 secondes. Ça s’est peut-être fait à Babylone vers le XVIIIe siècle av. J.-C. J’en profite aussi pour dire qu’ils sont à l’origine du découpage d’un cercle en 360°.

Reste à savoir comment mesurer ces nouveaux intervalles de temps. L’instrument le plus rudimentaire, c’est le gnomon : c’est un simple bâton vertical qui projette son ombre sur le sol. La taille de l’ombre permet d’en déduire l’heure, mais à condition de tenir compte des saisons puisque l’ombre est plus courte en été qu’en hiver. Les Égyptiens sont parmi les premiers à avoir mesuré l’heure par ce biais.

L’autre possibilité, c’est de regarder l’orientation de l’ombre au lieu de sa taille : c’est le principe du cadran solaire. Mais pour que ça marche, il faut que le support garde toujours la même direction, comme sur le mur d’un bâtiment : si on veut emporter son horloge avec soi, il faut recourir au gnomon.

Ça permet de compter les heures, mais certainement pas les minutes. Pour ça, les Égyptiens ont inventé la clepsydre : il suffit de laisser l’eau s’écouler du récipient troué et d’ajouter des traits sur les parois : le niveau d’eau indique l’heure ou la minute. Quand on remplace l’eau par du sable, ça donne un sablier.

On en est resté longtemps à ce stade avant de pouvoir descendre jusqu’à la seconde. Pour ça on a testé plein de choses, mais je vais me focaliser sur le pendule : c’est une simple masse suspendue au bout d’une ficelle qui oscille naturellement. Il suffit de régler la longueur pour qu’il y ait 60 battements par minute. Evidemment le problème, c’est d’éliminer les frottements qui arrêtent très vite l’oscillation : il faut trouver un moyen de relancer automatiquement le pendule à chaque battement.

La roue dentée est emportée par un poids qui la fait tourner. À chaque battement, l’une des dents appuie contre le balancier, ce qui permet de le relancer suffisamment pour entretenir l’oscillation. C’est le principe de l’horloge à pendule, qu’on appelle tout simplement une pendule. Les premières horloges mécaniques du XIVe siècle utilisaient des systèmes un peu différents, mais on était déjà sur ce concept de poids et de roue dentée.

Finalement, on a continué à utiliser des oscillateurs jusqu’à aujourd’hui : ils sont simplement miniaturisés dans les horloges qui se montrent et qu’on appelle des montres. Ça peut être des oscillateurs mécaniques, ou bien électriques comme dans les montres à quartz. Même les horloges atomiques utilisent des oscillateurs naturels, mais qui sont cette fois de nature quantique...

Il faut simplement savoir qu’il y a eu une bascule radicale en 1967 : avant, on partait du jour pour définir l’heure, puis la minute, puis la seconde. Aujourd’hui on part de la seconde qui devient l’étalon de base pour tous les intervalles de temps, puis on en déduit la minute, puis l’heure. Ça veut dire en particulier qu’il n’y a plus exactement 24 heures par jour, contrairement à la définition initiale des Mésopotamiens.

Voilà, on a fait le tour de tous les intervalles de temps, depuis la fraction de seconde jusqu’aux multiples d’années. J’ai surtout voulu expliquer pourquoi on a choisi ces intervalles de temps plutôt que d’autres, et comment on a réussi à les mesurer. Pour ceux qui veulent en savoir plus sur ce qu’est le temps, je vous encourage à lire mon livre, « La vraie nature du temps » aux éditions Ellipses. Attention quand même : il y a beaucoup de physique là-dedans, vous êtes prévenus…

Vincent Boqueho

Publié ou mis à jour le : 2021-10-18 11:01:41

 
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