Dipleidoscope

Encyclopédie

Un dipleidoscope est un instrument optique utilisé pour déterminer avec précision le midi astronomique. Son nom vient du grec et signifie observateur à double image. Il se compose d’un prisme qui crée une double image du soleil, et généralement d’un petit oculaire pour observer plus précisément l’instant du transit solaire. Lorsque les deux images se superposent, on obtient le midi astronomique local. L’instrument est capable de déterminer midi à dix secondes près.

Il s’agit d’un appareil relativement simple qui était utilisé pour régler les horloges privées ou publiques avec une précision acceptable, bien avant que la popularisation de la radiodiffusion des signaux horaires à partir de 1924 ne le rende obsolète.

Histoire

Le dipleidoscope a été inventé en 1821 par l’astronome italien Giovanni Battista Amici, qui l’a baptisé « Cannocchiale iconantidiptico » (télescope iconantidiptique), conçu comme un appareil astronomique permettant de déterminer avec précision le passage d’une étoile au méridien d’un lieu donné.
Cependant, il a fallu attendre quelques années – alors que les montres de poche devenaient de plus en plus populaires – pour que se fasse sentir le besoin d’un dispositif simple permettant de régler l’heure avec précision sur ces horloges. Edward John Dent, chronométreur et horloger londonien, avait déjà travaillé dans les années 1830 sur une invention simple permettant de régler correctement les horloges en fonction du passage du soleil (les télescopes de passage les plus coûteux et les plus complexes avaient été mis au point par Ole Rømer en 1690).

En 1840, il estimait avoir trouvé une solution appropriée en utilisant des ombres. Cependant, lorsqu’il communique ses idées à J.M. Bloxam (un avocat spécialisé dans l’astronomie), il se rend compte que Bloxam avait également travaillé sur une conception utilisant les reflets, que Dent considérait comme meilleure que sa propre idée. Les deux hommes s’associent et travaillent ensemble sur l’appareil. Au bout de deux ans, ils finalisent le projet et le font breveter (GB Patent 9793 of 1843) ; Dent le fabrique et le vend sous le nom de « Dent’s Dipleidoscope ». L’instrument peut utiliser la lune aussi bien que le soleil et, lorsqu’il est correctement calibré et aligné, il donne une erreur inférieure à une seconde. Dent a présenté l’appareil à la Grande Exposition de 1851. Après la mort de Dent en 1853, son fils Frederick William a poursuivi la fabrication.
La pertinence de ce dispositif est en partie liée au développement des chemins de fer, lorsque la connaissance de l’heure locale était très importante. Auparavant, il suffisait souvent à toute une communauté rurale d’utiliser l’horloge paroissiale, réglée périodiquement par l’annonce des gardiens d’un train postal ou par une procédure similaire.

L’instrument était accompagné d’un livret d’instructions détaillées, indiquant comment régler l’heure astronomique à chaque endroit sur le temps moyen de Greenwich (l’heure utilisée par les chemins de fer).

Description de l’appareil

(Gravures tirées de l’ouvrage d’Edward John Dent « A Description of the Dipleidoscope » de 1867)

Le dipleidoscope est un simple prisme de verre dont la base est un triangle équilatéral. Deux de ses faces latérales rectangulaires sont recouvertes de miroirs, tandis que la troisième est parfaitement polie.
Le prisme est monté à l’intérieur d’un boîtier en bronze, protégé des intempéries par une petite lucarne circulaire en verre plat, qui peut être enlevée. Le prisme présente une certaine inclinaison par rapport aux directions verticale et horizontale, de sorte que le plan de l’une des deux faces du prisme est parallèle (corrigé des effets de réfraction du verre du prisme) à la direction à observer. C’est pour cette raison que le boîtier en bronze a une forme biseautée caractéristique, les faces orthogonales étant orientées vers le nord, l’est et l’ouest, tandis que la face biseautée était orientée approximativement vers le sud-ouest. Cette disposition permet également à l’observateur de voir confortablement les images du soleil (réfléchies et réfractées) sur le prisme de l’appareil sans projeter sa propre ombre sur l’appareil.

En fonction de l’utilisation prévue, l’appareil peut être monté de trois façons :

Pour les deuxième et troisième montages, il était possible de retirer une capsule cylindrique (également en bronze) contenant le prisme du boîtier en bronze. L’appareil était accompagné d’un petit livre d’instructions expliquant comment l’utiliser, y compris une série de tableaux indiquant les décalages nécessaires pour ajuster l’heure locale des principaux lieux d’Angleterre au temps moyen de Greenwich.

Fonctionnement

Comme l’explique Dent lui-même dans le livre avec lequel l’appareil a été vendu, la clé du fonctionnement de l’appareil réside dans les propriétés optiques du prisme dont deux des faces sont transformées en miroirs. Selon cette disposition, lorsque le soleil brille sur le prisme, deux images se forment simultanément sur le prisme :
Cet arrangement optique a la propriété qu’il n’y a qu’une seule direction de lumière incidente dans laquelle les deux images se superposent exactement. Si l’on néglige l’effet de l’indice de réfraction du verre (simplification adoptée par Dent lui-même dans ses graphiques expliquant le fonctionnement de l’appareil), en supposant que le prisme repose verticalement sur l’une de ses faces triangulaires, pour détecter le passage du soleil au méridien, il suffit, par la symétrie même du système optique, qu’une des faces du miroir du prisme soit parallèle à la direction du méridien lui-même, l’arête entre les deux miroirs étant située du côté nord. Par conséquent, si l’on suppose que la base rectangulaire est orientée par rapport aux quatre points cardinaux, l’un des côtés du prisme sera parallèle à la direction nord-sud, et les deux autres (les trois formant un triangle équilatéral) seront tournés de +30° et -30° par rapport à l’axe est-ouest. À son tour, pour optimiser l’angle de réflexion de la lumière solaire sur la face supérieure, une fois la face fixée parallèlement au plan méridien, une deuxième rotation est introduite dans le prisme selon un axe perpendiculaire à ce plan, avec un angle arbitraire qui fait la moyenne de la hauteur du soleil au-dessus de l’horizon à midi en fonction de la latitude approximative de la zone où il doit être utilisé. C’est cette combinaison de rotations selon laquelle le prisme est positionné à l’intérieur du boîtier en bronze qui donne à l’appareil son aspect caractéristique.
Une fois le dipleidoscope correctement orienté, son fonctionnement est très simple : il suffit de l’observer (même à l’œil nu) quelques instants avant midi, en attendant le moment où les deux images du soleil formées sur le prisme se superposent exactement. Les erreurs d’orientation mises à part, l’appareil permet de voir clairement à l’œil nu le moment où les deux images se superposent avec moins de 10 secondes d’incertitude, ce qui est plus qu’acceptable pour le réglage des montres de poche mécaniques.



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