de Temps en Temps

DE TEMPS EN TEMPS, une expo qui en parle…A Lausanne ou à Genève, grands et petits sont invités à consacrer un peu de leur temps à cet étrange et imperturbable phénomène : le temps qui passe. On lui court après, il file, on le perd, on aimerait le trouver, on en manque, on cherche à en gagner… Mais qui est-il ?

Outre la découverte d'objets historiques fabriqués et utilisés par les humains pour mesurer le temps - sabliers, astrolabes et autres chronoscopes - le visiteur peut découvrir et ressentir le temps qui passe au moyen de manipulations ludiques et parfois insolites, comme le pilotage depuis Lausanne - ou Genève - d'un robot qui se déplace dans l'autre lieu d'exposition.

On y apprend également d'où vient l'expression "Il y a des lustres!", quel temps il faut pour parcourir la distance Lausanne-Genève selon qu'on est à dos de photon, de cheval ou d'escargot, quel jour de la semaine vous êtes né-e ou encore ce que sont les sans-culotides!

Des conférences, des visites guidées, des projections de films sont proposées tout au long de l'exposition dans les deux institutions. En particulier, le Musée d'histoire des sciences annonce tout prochainement la 7ème édition de la Nuit de la Science consacrée au thème est le Temps.

Introduction à l'exposition

Temps naturel, temps de la Terre et du vivant,
Temps du cosmos, du soleil et des étoiles,
Temps découpé, temps du calendrier,
Temps mesuré, temps de l'eau, du sable et du feu,
Temps fabriqué, temps des horlogers,
Temps des voyageurs, temps des marins,
Temps ressenti, temps suspendu, temps étiré,
Temps à venir, temps présent déjà passé,
Temps qui s'écoule alors même que l'aiguille de la montre s'arrête,
Le temps nous concerne tous, petits et grands ! Nous ressentons intimement le temps qui passe alors qu'aucun de nos cinq sens ne peut nous aider à le percevoir. Nos vies biologiques pulsent à son rythme, nos vies sociales sont organisées selon ses cycles, l'image que nous nous faisons du monde et de nous-mêmes en est totalement dépendante. Nous avons appris à y distinguer des repères, à le baliser, à le mesurer à l'aide d'instruments de plus en plus précis. Nous avons aussi appris à « oublier le temps » ou à « ne pas voir le temps passer » pour rendre plus supportable son inexorable avancée. Enfin, les scientifiques du 20e siècle nous ont proposé un temps élastique et lié à l'espace, et qui serait né en même temps que lui, il y a environ 15 milliards d'années, l'âge approximatif de notre univers… Même sans évoquer ce temps relativiste avec les plus jeunes, la question du temps reste délicate à aborder avec eux, car les notions d'espace et de temps se construisent lentement et deviennent tardivement opérationnelles. Il n'est pas non plus facile à traiter avec les plus grands, car il donne vite le vertige, comme l'exprimait Saint Augustin (354-430) dans ses Confessions : « Qu'est-ce donc que le temps ? Si personne ne me le demande, je le sais : si je veux répondre à cette question, je l'ignore ! ». Alors… rien ne semble plus recommandé qu'un parcours dans l'exposition « De temps en temps » ! Son approche est résolument ludique et didactique, et elle donne aussi à voir de nombreux instruments rares et originaux sur le sujet.

Le temps qui s'écoule

La durée d'une action est parfois plus importante que l'heure à laquelle elle a lieu. Il en était ainsi du temps consacré à la prière dans un monastère, ou accordé à un orateur dans un prétoire. Ces intervalles de temps reproductibles peuvent être fournis par des phénomènes simples : l'écoulement uniforme d'eau ou de sable par la petite ouverture d'un récipient, la combustion régulière de l'huile d'une lampe ou de la mèche d'une bougie.

Les horloges à eau et à feu

Les clepsydres (du grec clepsydra, « qui vole l'eau ») sont des horloges à eau utilisées depuis des temps très anciens. Un simple récipient comprenant un petit trou à sa base et gradué intérieurement peut faire office de clepsydre. On en trouve trace chez les Egyptiens, les Romains, dans l'Europe du Moyen Age, et aussi chez les Chinois et les Arabes où elles pouvaient atteindre une complication extrême qui les rendait prestigieuses.
Les durées peuvent aussi être repérées par la combustion régulière de l'huile d'une lampe, de la cire d'une bougie, voire d'un bâton d'encens. Des lampes à huile à
réservoir gradué permettaient de garder l'heure pendant la nuit. La combustion d'une bougie est toujours utilisée de nos jours, lors de certaines ventes aux enchères
traditionnelles.

L'horloge à sable

Les sabliers sont nés beaucoup plus tard, au 14e siècle, en même temps que l'horloge mécanique. Ce qu'on nomme « sable » est le plus souvent du marbre pilé ou des coquilles d'oeuf réduites en poudre. La fabrication d'un seul récipient de verre muni en son centre d'un étroit rétrécissement qui ne s'use pas trop vite est une prouesse technique. Celle-ci a succédé aux sabliers moins fiables formés de deux ampoules reliées entre elles.

Le temps des horloges : le tic-tac

Les premières horloges mécaniques sont fabriquées par des serruriers dès la fin du 13e siècle. Elles sont la synthèse ingénieuse des mesures de durée et des repères cosmiques : remises à l'heure au midi du soleil, ce sont des « machines à compter » d'instants égaux. Leur « tic, tac » rythme désormais la vie sociale et religieuse. A sa naissance, l'horloge de clocher est souvent sans aiguille et ne fait que sonner les heures. La manière anglaise de donner l'heure, avec l'expression « o'clock », garde trace de cette première utilisation. On adjoint ensuite une, puis deux aiguilles à un mécanisme qui devient toujours plus précis. Puis apparaît l'horloge de table, encore rare au 15e siècle, qui se généralise au 16e siècle tandis que se miniaturisent les montres et les pendules à poser ou à suspendre. Les moyens techniques suivent les besoins grandissants de précision de la classe aisée, ces objets restant longtemps coûteux.

Une horloge, c'est…

Tout « garde-temps » mécanique, qu'il soit horloge, montre, ou pendule, comporte toujours :

• Un oscillateur

Initialement à foliot*, il est avantageusement remplacé au 17e siècle par un pendule*. Très peu de temps après, la miniaturisation des horloges est rendue possible par l'invention du balancier spiral*. Beaucoup plus tard viendra le quartz, fournissant à l'échelle atomique des oscillations d'une extrême régularité. Or plus celles-ci sont régulières, plus l'horloge est précise.

• Une source d'énergie

Consistant d'abord en un poids dont la chute est contrôlée (d'où l'expression « remonter » une horloge ou une montre), puis en un ressort enroulé, elle devient souvent électrique dès le 19e siècle

• Un échappement et un affichage

Cette pièce maîtresse contrôle la force motrice (par exemple le freinage du poids), et compte les oscillations tout en assurant la transmission grâce à des engrenages jusqu'à l'affichage par exemple les aiguilles des heures, des minutes et des secondes, et pour les plus complexes des indications astronomiques)

Compter le temps…

• Pourquoi y a-t-il 12 mois de 30 jours (en moyenne !) dans une année, 24 heures dans un jour, 60 minutes dans une heure et 60 secondes dans une minute ?

• La manière de décompter le temps nous vient de loin, et plus précisément des peuples qui vivaient dans l'ancienne Mésopotamie, plusieurs millénaires avant J.-C.

• Alors que dans notre système décimal le nombre 10 n'est divisible que par 2 et 5, le nombre 60 est divisible par 30, 20, 15, 12, 10, 6, 5, 4, 3, et 2, et le nombre 12 est déjà divisible par 6, 4, 3 et 2. Les systèmes sexagésimal (en base 60) et duodécimal (en base 12) avaient donc de bonnes raisons de traverser les siècles, malgré les tempêtes révolutionnaires.

• Nous sommes si habitués à notre actuel système décimal que nous peinons à faire des calculs en base 60. En effet dans ce système, 30 + 30 (minutes) =1 (heure), 12 + 12 (heures) = 1 (jour). Mais aussi 1h 30 – 40 minutes = 50 minutes, etc.

Compter le temps… et l'espace : le problème de la longitude

• 24 fuseaux horaires découpent la planète sur 360°. Chaque fuseau a une heure de décalage horaire avec son voisin, ou 15° de longitude*.

• Dès le 17e siècle, connaître précisément sa position en mer avait un tel intérêt stratégique que les souverains européens payaient très cher les recherches sur ce sujet. Si la latitude* était obtenue facilement, la connaissance précise de la longitude* était plus problématique, et on pensait alors que la réponse ne pouvait venir que de l'observation du ciel. L'Observatoire de Greenwich avait été fondé en 1675 avec cette principale mission confiée à son directeur, nommé Astronome Royal.

• Pourtant c'était des sabliers, résistant à la rouille et au roulis, que Christophe Colomb avait utilisés à la fin du 15e siècle. Ils lui avaient permis d'une part de connaître le temps passé à bord, d'autre part de garder l'heure de son point de départ. Une heure correspondant à 15°, il pouvait en déduire sa situation en mer, avec cependant d'énormes approximations…

• C'est finalement un garde-temps fabriqué par la main de l'homme, et non pas une solution astronomique, qui sortira vainqueur du Prix de la longitude* proposé en Angleterre. D'une valeur faramineuse de 20 000 livres, ce prix stipulait que la variation de mesure du garde-temps ne devait pas excéder 2,8 secondes par jour.
C'est l'horloger John Harrison qui construisit en 1759, après plusieurs essais, le premier chronomètre de marine répondant à ces critères, insensible au roulis et aux conditions extrêmes d'humidité et de température. Les astronomes, vexés de voir qu'une simple horloge pouvait être plus performante que leurs observations et leurs savants calculs, feront une terrible résistance au petit artisan. Ce n'est qu'en 1773 qu'Harrison recevra le Prix de la longitude* des mains du Roi d'Angleterre. Epuisé, il mourra 3 ans plus tard.

Et au 20e siècle…

• A la fin du 19e siècle, ce sont les observatoires astronomiques qui diffusent l'heure exacte avec une précision de l'ordre du 1/1000e de seconde par jour. Les astronomes ont longtemps apporté la meilleure précision pour remettre à l'heure les horloges mécaniques, en repérant le temps que met, d'une nuit à l'autre, la même étoile pour repasser dans l'objectif de leur télescope.

• Puis au milieu du 20e siècle, la précision fait un énorme bond en avant avec l'apparition d'un nouvel oscillateur : le quartz. Dès 1928 on sait déclencher et transmettre l'oscillation naturelle de ce cristal dans une horloge, mais les premières montres à quartz à destination du grand public ne sont proposées qu'à partir de 1972. Par la suite, c'est la miniaturisation croissante des circuits intégrés (les « puces ») qui a révolutionné l'industrie du temps : elle permet de proposer des montres précises à des prix dérisoires.

• Pendant ce temps, les progrès de la physique permettent de construire des horloges atomiques. Elles ne donnent pas directement l'heure mais sont de fidèles et précis garde-temps : deux horloges à césium* se décalent l'une de l'autre de 3 secondes en un million d'années. Dès 1967, elles servent à définir l'étalon international de mesure du temps : la seconde *.

• Quant au « tic-tac » perdu… c'est le cosmos qui continue de nous le faire percevoir, très loin de la Terre : les pulsars, sortes d'étoiles tournantes, émettent plusieurs centaines de fois par seconde des ondes extrêmement régulières.

• Depuis la théorie de la relativité d'Einstein au tout début du 20e siècle, les lois de la physique qui s'appliquent au temps peuvent nous surprendre, tant elles sont contraires au bon sens : le temps et l'espace sont liés, on parle alors d'espace-temps. On tente ainsi de dire avec des mots (alors que tout est écrit sous forme d'équations mathématiques !) qu'au moment du Big Bang* le temps a été créé en même temps que l'espace et qu'avant cela, ni l'un ni l'autre n'existait…

• Le temps ne s'écoule pas régulièrement en toutes circonstances. En particulier, il se dilate (il devient « plus long » !) pour des particules allant à des vitesses se rapprochant de celle de la lumière. Ces conditions extrêmes sont, par exemple, celles auxquelles on soumet les particules lors des expériences menées au CERN*, sur la frontière franco-suisse près de Genève.

• Heureusement, dans la vie de tous les jours, nos notions habituelles du temps continuent d'être valables…


A Lausanne, à l'Espace des Inventions du 24 mai 2008 au 31 juillet 2009
A Genève, au Musée d'histoire des sciences du 4 juin 2008 au 20 avril 2009

Dossier pédagogique à télécharger (utile aux petits comme aux grands) : cliquez ICI .