CHAPITRE X

APPLICATION DE LHÉUOSTAT AUX APPAREILS D*AGRANDISSKMK\T.

La nécessite dans laquelle on se trouve de toucher constamment aux vis de rappel du porte-miroir pour maintenir dans une direction constante les rayons solaires réfléchis, a fait chercher à beaucoup de personnes le moyen de faire celte opération à l'aide d'un mécanisme d'horlogerie. Mais pour atteindre ce but, il faut que les axes des pièces qui constituent le porte-miroir tournent avec une vitesse déterminée et se trouvent dans des positions assignées par les lois qui président au mouvement de la terre autour de son axe. De tels instruments portent le nom tfhéiioëtafë. Des connaissances nettes de l'astronomie et de la mécanique sont indispensables aux personnes qui veulent faire usage des héliostats, connaissances sans lesquelles on ne parvient jamais à les orienter exactement ni à les faire fonctionner avec l'exactitude dont ils sont susceptibles.

Trois modèles d'héliostats (') conviennent pour les agrandissements photographiques, tous trois ont leurs avantanges et leurs imperfections, que nous signalons en les décrivant.

Hélio&tat cTAugnst. — Imaginez un miroir monté comme le présente la figure 2, Pl. Il, l'axe de rotation GH passant par le plan de la surface réfléchissante, coïncidant exactement avec î'axe de la terre, et tournant autour de cet axe avec une vitesse égale à la moitié de la vitesse angulaire du soleil autour de la terre, soit un tour complet en 12 heures, et voilà l'hélioslat <1 lufju&i. qui est nécessairement d'une exactitude très-grande à cause de sa simplicité.

< I ) Les autres modèles ne supportent pas des miroirs de grande dimension.

Le soleil se trouvant dans le plan de l'Equateur, plan perpendiculaire à l'axe de rotation du miroir (le 21 mars par exemple), à une heure quelconque du jour, il est possible de donner au miroir une position telle que le rayon réfléchi soit horizontal et dans le plan du premier vertical, position que le rayon réfléchi gardera toute la journée.

Mais le jour suivant, le soleil s'étant rapproché du pôle d'une quantité $ 9 le rayon réfléchi, pour être horizontal, le sera dans un plan autre que celui du premier vertical, ou bien si le rayon réfléchi est choisi dans ce plan, il fera avec l'horizon un angle égal à $. Donc l'appareil d'agrandissement doit être déplacé chaque jour, ce qui est fort incommode. De plus, la longueur du miroir, faible le matin, si le rayon réfléchi l'est vers l'Est, sera trop courte dès 2 ou 3 heures du soir.

Cet héliostat donc ne saurait convenir dans la pratique qu'entre les mains d'un astronome exercé et dans un pays où le soleil se montre assez pour qu'on puisse se contenter de faire fonctionner l'appareil une partie de la journée.

Héliostat de M. Léon Foucault (D. — Laissons l'inventeur décrire lui-même l'instrument : « Qu'est-ce qu'un héliostat? C'est un porte-lumière qui marche tout seul (voyez la figure). Jci le miroir qui n'a pas moins de 80 centimètres sur 40, est relié à un mécanisme qui se charge pendant toute la durée du jour de le mouvoir peu à peu, de manière à faire la part du mouvement apparent du soleil et à réfléchir dans une direction invariable la lumière qu'il nous envoie.

« Le soleil a, comme vous savez, une marche qui varie sans cesse dans les différents pays et aux différentes époques de l'année. Un héliostat complet devrait à la rigueur, comme celui que l'on doit à M. Siibennann, faire face à toutes les éventualités du problème : il devrait fonctionner sous toutes les latitudes, en toute

(1) Bull. soc. franc, phot. 1862, p. 287.

APPLICATION DE L'HÉLIOSTAT. 233

saison, et renvoyer au gré de l'opérateur le rayon réfléchi dans une direction quelconque. Je n'ai pas cru qu'il fût nécessaire de traiter la question d'une manière aussi générale. J'ai supposé que cette machine installée à poste fixe ne ferait jamais partie du matériel de voyage, et j'ai écarlé la complication des latitudes variables. J'ai admis également que 'lans vos expériences le

Fig. 84.

faisceau de lumière solaire garderait à peu de chose près une direction horizontale, et j'ai limité son inclinaison disponible à une petite étendue qui suffît amplement aux nécessités du centrage et à l'ajustement des appareils optiques.

« Ainsi réduit à ses éléments essentiels, l'appareil se compose d'un miroir M (voir la figure 84), libre de tous ses mouvements

autour de son centre et solidement porté sur une colonne verticale P;

« D'une horloge H réglée par l'échappement et le pendule du métronome ;

« D'un axe horaire A incliné parallèlement à l'axe du monde;

« Et d'une aiguille directrice F G, montée sur un arc de déclinaison D, et articulée avec la tige normale du miroir.

« Le premier soin pour poser l'héliostat est de caler la table au moyen du niveau et de la tourner de manière à placer l'axe horaire ci peu près dans le plan du méridien, c'est-à-dire dans le plan vertical du soleil à midi. Ensuite on cherche sur l'arc de déclinaison la date du jour, que l'on amène et que l'on fixe en regard de l'index, et l'on met le cadran R à peu près à l'heure. Dans cette position approchée on voit un filet de lumière solaire qui passe à travers la pinnulc montée sur le diamètre de l'arc de déclinaison et qui va former image sur la plaque opposée où deux traits gravés se coupent à angle droit. Pour donner à l'héliostat sa position exacte, il ne reste plus qu'à ramener l'image sur le point de croisement; pour cela on combine le mouvement de l'instrument tout entier sur son pivot central avec celui du cadran solaire. On met enfin l'horloge en marche et on serre la pince qui met le cadran en prise avec le rouage. On reconnaît que l'instrument a été bien posé, à ce que la petite image continue h rester sur la croisée des traits.

« Veut-on maintenant aligner son faisceau dans une direction déterminée, on fait tourner le pignon qui déplace la colonne P, et les rayons réfléchis sont obligés de suivre la direction de la ligne qui passe par le centre des mouvements du miroir et par le milieu L de l'aiguille directrice.

« On comprend aisément pourquoi le miroir a une forme allongée. Pour renvoyer horizontalement le soleil dans nos habitations il faut toujours recourir à une réflexion plus ou moins oblique; il était nécessaire de faire la part de l'inclinaison qui réduit dans une forte proportion la projection utile de la

APPLICATION DE L'HÉLIOSTAT. 235

surface réfléchissante; mais il ne suffisait pas de donner au miroir cette forme allongée, il fallait encore qu'il pût de lui-même s'orienter dans le plan de réflexion ; c'est pour cela qu'il tourne sur des galets et qu'il se relie à J'aiguille directrice par une coulisse fixée parallèlement au revers du cadre.

« Toutes ces conditions qu'il fallait remplir ont été parfaitement comprises par M. J. DuboBq. Cette grande machine fonctionne comme un instrument de précision. En la mettant à exécution, M. Ouboêq a trouvé l'occasion d'y apporter le perfectionnement d'un ressort dissimulé dans la colonne du miroir et qui l'aide à franchir les positions difficiles qu'on ne rencontre pas dans la pratique, mais qui n'auraient pas manqué de donner prise à la critique. C'est une amélioration que j'apprécie vivement et qui donnerait une haute idée du sens pratique de l'artiste, si nous n'avions eu déjà tant de fois l'occasion de nous faire à cet égard une opinion bien motivée. *

L'héliostat de M. Foucault marche avec une grande exactitude si la direction des rayons réfléchis est du Sud au Nord ou en différant peu. Autrement la moindre irrégularité de la marche de l'horloge ou de l'orientation peut causer une grande perturbation dans la direction des rayons réfléchis. Mais il est toujours aisé de placer l'appareil d'agrandissement dans la direction approximative du méridien.

L'hiver, le miroir de l'héliostat de M. Foueauïïi est beaucoup trop court pour couvrir entièrement de rayons solaires réfléchis une lentille de 14 pouces de diamètre, et ce but n'est atteint que du 1 er avril au 1 er septembre.

Enfin, si la durée de l'opération est un peu longue, il arrive que l'image du soleil au foyer du condensateur se déplace lentement et l'on n'a aucun moyen de ramener cette image en corrigeant le miroir, ce qui force à interrompre l'opération. Il faudrait, pour rendre l'instrument tout à fait pratique, adopter à l'axe et au cercle de déclinaison deux vis de rappel à l'aide desquelles on corrigerait l'erreur sans pour cela arrêter le mouvement d'horlogerie.

Héliostat de Farenhelt, modifié par M. V. Iflonckhoven. — Cet héliostat a sur celui de M. FoucttuM l'avantage d'être beaucoup plus simple et d'avoir par là une marche beaucoup plus régulière. De plus, de pouvoir servir aussi bien le 21 Décembre, époque où le soleil est le plus bas, que le 51 Juin, où il est le plus élevé, et cela dans tous les pays du monde. En

Fig. 8ÎJ.

revanche, il exige que les appareils optiques soient placés dans le plan du méridien et inclinés sur l'horizon d'un angle égal à la latitude du lieu, ce qui est souvent incommode et difficile à réaliser, mais ce qui une fois réalisé, l'est pour toujours.

APPLICATION DE L'HÉLIOSTAT. 237

Voici du reste de toutes les parties qui constituent l'héliostat une description complète. Le plaint h N (fig. 85) est de fer tourné et poli. Il est supporté par trois vis dont une se voit en o et présente au centre une partie conique autour de laquelle tourne la pièce LM que l'on rend fixe en serrant la vis a. Pour rendre le plateau horizontal, on applique sur sa surface supérieure un bon niveau de 13 cent, de long, dans la direction de deux vis en tournant Tune d'elles jusqu'à ce que la bulle du niveau vienne au milieu. Puis le niveau est placé perpendiculairement à la première position (en tournant pour cela la pièce LM), et à l'aide de la 3° vis on amène encore la bulle du niveau au milieu. Alors le plateau est horizontal.

Souvent les vis sur lesquelles repose le plateau sont supprimées et la pièce LM fixée au plateau N, c'est le cas des héliostats montés sur un seul pied avec l'appareil optique d'agrandissement. Alors le niveau doit être placé sur le plateau le long de la pièce LM et rendu horizontal à l'aide des vis attachées sous le pied de tout l'appareil.

Le support JKLM est en fer. L'arc JK, nécessaire pour l'ajustement en latitude, est mobile, mais fixé par le constructeur à la latitude pour laquelle l'instrument est demandé. Il ne faut donc jamais essayer de mouvoir cet arc JK, mais au contraire le préserver de tout déplaccmcnt(').

A la pièce JKLM est fixée la fourchette dans laquelle tourne l'axe A et que la figure explique suffisamment.

#/rt,rc A est d'acier, fixé à l aide de vis à la fourchette PQ et repose sur la vis de bronze B qui sert à amener exactement les pièces à leur place convenable. Sur la vis B se trouve une contre vis qui rend la vis B bien fixe. Tenir toujours bien huilées les parties de l'axe qui touchent les coussinets.

Le cercle detèté C est fixé sur l'axe par une vis dont le pas

(I ) Il est facile de vérifier si l'axe A est incliné sur le plateau (rendu préalablement horizontal) d'un angle / égal à celui de la latitude du lieu. Pour e*»la. le miroir SR étant rendu horizontal, l'index P doit indiquer 90» -l.

est inverse afin qu'elle ne se défasse point sous l'influence du mouvement de rotation de l'axe. Tenez du reste toujours cette vis bien fermée. La roue C est divisée en 560 dents, et il faut la tenir propre à l'aide d'une brosse que l'on y passe tous les jours dans le sens de la longueur des dents.

Le cercle horaire D, divisé de 6 heures du matin à 6 heures du soir, d'heure en heure, puis de 20 en 20 minutes et enfin en divisions de 4 minutes chacune, se fixe sur l'axe par un écrou hexagone que l'on serre à la main. L'index E légèrement mobile sert à indiquer l'heure sur le cercle horaire, il porte pour cela un Irait tracé au diamant sur sa partie supérieure.

Le collet I s'engage dans une rainure pratiquée dans l'axe A, et peut faire corps avec l'axe en serrant la vis I ou tourner librement autour de cet axe en ouvrant la vis I qu'il faut manier avec légèreté, sans jamais la serrer trop fort. Ce collet est terminé à sa partie inférieure par une tige qu'un ressort à boudin pousse toujours vers la lettre J. Une vis J fixée sur une fourchette qui porte aussi le ressort à boudin (fourchette fixée sur la partie immobile de l'héliostat), permet donc de mouvoir le collet dans un sens ou dans l'autre (et par suite l'axe A si la vis I est fermée) de quantités fort petites. Après avoir fait souvent usage de cette partie de l'appareil, la tige qui s'engage entre la vis de rappel et le ressort peut se trouver arrêtée contre l'un des deux supports en cuivre qui les portent. Il faut alors tourner la vis J jusqu'au moment où la tige est au milieu et tourner l'axe A à la main. La tige s'amène exactement dans le sens de la vis J et du ressort par la vis B. Mais toujours cela est fait par le constructeur.

La fourchette PQ est de fer. D'un côté elle porte un pontre-poids Q qui sert à l'équilibrer autour de l'axe A, de l'autre un index P et une vis de rappel TU dont nous parlerons tout à l'heure.

Le miroir XR est octogone en glace finement argentée. Il est monté dans un cadre d'ébène poli et porte à ses deux extrémités deux tourillons de bronze poli, de diamètres absolument

APPLICATION DE L'HÉLIOSTAT. 2Ô!»

identiques, l'axe idéal de ces tourillons passant par le plan réfléchissant de la glace et perpendiculaire aux index XZ et à l'axe A. Ces tourillons tournent dans la fourchette PQ dans des ouvertures en forme d'Y et y sont fixées par des lames de cuivre.

Le eerctededéetinaison P est fixé sur l'un des tourillons et divisé en demi degrés. Le zéro de la graduation étant amené visà-vis de l'index, le plan du miroir est exactement perpendiculaire à l'axe A(l), ajustement lait par le constructeur, et qu'il ne faut jamais déranger en démontant ou en déplaçant l'index. Dans la position du cercle que montre la figure 85, c'est à la droite du zéro (fig. i, Pl. IV) qu'il faut lire le cercle i h ire»* (du 21 septembre au 21 mars) et à la gauche du zéro qu'il faut le lire Tété du 21 mars au 21 septembre.

F/iÊètic.T (fig. d, PI. IV) est formé d'une lame de cuivre mobile qui peut s'appliquer sur la division du cercle ou s'en éloigner en appuyant sur sa partie inférieure. Un simple trait tracé sur sa surface supérieure sert à indiquer la division du cercle de déclinaison, et comme on peut très-bien apprécier la moitié et même le quart de chacune d'elles, ce qui correspond à 4 /i ou*/s e dc degré (15 ou 7 minutes d'arc) cela suffit amplement pour l'ajustement de l'instrument. II faut donc bien s'exercer à lire le cercle ou mieux se faire

(1) Voici comment se fait cet ajustement (fig. 2, Pl. IV). Le zéro du cercli' étant amené vis-à-vis du trait de l'index, ce qu'il est facile de faire avec la vis de rappel T,Ia vis V étant fermée (fig. 85), placez la pointe d'une aiguille D (fig. 2, PI. IV), de manière qu'elle touche le miroir à sa partie inférieure. Tournez alors doucement le miroir BC autour de son axe A de manière que la partie B vienne en regard de l'aiguille qui doit aussi toucher le miroir. Si cela n'est pas. corrigez la moitié de la différence par le déplacement de l'aiguille, l'autre par la vis de rappel T (fig. 85) et recommencez l'opération jusqu'à ce que le miroir tournant autour de l'axe A présente à la pointe de l'aiguille et en contact avec elle sa partie supérieure ou inférieure du miroir. Corrigez alors l'index en le déplaçant jusqu'à ce que le trait qui s'y trouve marqué coïncide exactement avec le trait O de la graduation tracée sur le cercle. Cette opération est faite avec la plus grande exactitude par le constructeur avant de livrer l'instrument, et si l'on n'a pas touché à l'index on peut être certain de sa position exacte.

aider par une personne habituée à ce genre de lectures, ce qu'il suffit de faire du reste une fois.

La Une UT est formée par une règle à coulisse pouvant faire corps avec le miroir en serrant la vis V. Une vis de rappel T fixée a la fourchette PQ permet, lorsque la vis V est fermée, de mouvoir le miroir de quantités fort petites.

Les pinntëttes XZ sont deux équerres de cuivre placées latéralement sur la monture en bois du miroir et percées toutes deux d'un petit trou, de plus la pinnulle X porte sur sa surface en regard de la pinnulle opposée deux traits perpendiculaires entr'eux et tracés au diamant, l'un étant parallèle à la surface du miroir.

Quand on dirige la ligne des pinnullcs XZ sur le soleil, on voit un filet de lumière solaire sortir de l'ouverture de la pinnulle Z et tomber sur celle de la pinnulle X où il se forme une image du soleil. Quand on fait cette opération on est guidé par l'ombre de la pinnulle Z qui doit tomber parallèlement à la monture en bois du miroir. On tient d'ailleurs la main derrière cette pinnulle X afin d'amener plus facilement l'ombre de l'autre pinnulle à tomber sur la première.

Le moifremenf d'horlogerie G est enfermé dans une boite en cuivre, se remonte par la clef 6, marche 10 heures, et communique son mouvement à la roue c par son pignon H.

Le mouvement d'horlogerie est fixé à la partie immobile de l'héliostat par 4 vis, mais en ouvrant légèrement les 2 vis inférieures et baissant le mouvement, on désengrene le pignon H. Le pignon H peut à volonté tourner sous l'action du mouvement d'horlogerie ou en être rendu indépendant. Il suffit pour cela de tenir l'écrou H serré ou ouvert. L'ouvrc-t-on, on peut tourner lentement l'axe A et l'on voit le pignon tourner rapidement. Le ferme-t-on, aussitôt le mouvement d'horlogerie agit sur le cercle denté c, de manière à lui faire faire un tour complet en 2i heures. Il faut toujours prêter attention de ne pas perdre l'écrou H et le pignon qui peuvent, si l'on tourne trop souvent l'axe A, se détacher. Aussi est-il bon de tenir l'écrou 11

APPLICATION DE L'HÉLIOSTAT. 241

entre le pouce et l'index soit pour le tenir ouvert, soit pour le fermer. Couvrez aussi l'espace ouvert de la boite sous la clef b par une lame de cuivre, afin d'empêcher la poussière d'entrer dans la boîte.

Maniement de Fhéllostat. — Remonter le mouvement d'horlogerie, ouvrir les vis V, I, H, prendre le miroir de la main en R, lui donner la direction convenable dont nous parlerons plus loin, quand on y est à peu près, fermer les vis V et I, toucher successivement aux vis de rappel T et J, pour donner au miroir sa position exacte, puis aussitôt fermer 1 ecrou H et ouvrir la vis I, et le miroir obéit maintenant au mouvement d'horlogerie.

Orientation de Théliostat. — Rendez le plateau N horizontal comme il a été dit page 237. Tenez les vis a, V, I et H ouvertes, après avoir remonté le mouvement d'horlogerie.

Commencez d'abord par rendre le miroir horizontal en appliquant sur sa surface le niveau dans le sens XZ, fermez la vis V, et achevez l'ajustement par la vis T. Puis y appliquant le niveau dans le sens des tourillons (perpendiculaire à XZ), fermez la vis I et achevez l'ajustement par la vis J. Recommencez les deux ajustements, sans ouvrir les vis V et I et en vous servant seulement des vis T et J.

Le miroir étant ainsi rendu bien horizontal, voyez si le trait XII du cercle horaire D se trouve bien en regard du trait marqué sur l'index E, et si cela n'est pas, déplacez l'index et le cercle D avec précaution, de manière à ce que ces deux traits soient sur le prolongement l'un de l'autre, sans que l'index E touche le cercle D, sinon il pourrait y avoir déplacement de cet index en tournant l'axe A. Ouvrez maintenant les vis V et I.

Cherchez dans le tableau placé à la fin de ce chapitre la déclinaison du soleil le jour où vous opérez, et, prenant le miroir de la main droite en R, communiquez lui un mouvement tel à amener à peu près le degré indiqué du cercle P vis-à-vis de l'index. Fermez la vis V, et tournez à la vis T jusqu'à ce que l'index marque exactement la déclinaison du soleil donnée.

2i2 OPTIQUE PHOTOGRAPHIQUE.

Prenant à présent le miroir en R de la main, et, prenant sur votre montre l'heure vraie H), amenez l'index E à indiquer cette heure sur le cercle D en communiquant à l'axe A un mouvement de rotation. Quand vous y êtes à peu près, lâchez le miroir et fermez la vis I. Alors tournez tout l'instrument autour de son pivot a en le prenant par la vis D, sans faire bouger le plateau N, jusqu'à ce que vous voyez le filet de rayons solaires émergeant de l'ouverture de la pinnulle Z tomber au centre de la pinnulle X. Fermez alors la vis a et l'héliostat est oriente. Un moyen beaucoup plus facile pour orienter l'héliostat est indiqué page 248.

Si maintenant vous ouvrez de suite la vis I et fermez la vis H, vous verrez l'image solaire se tenir des heures entières immobile au centre de la pinnulle X et l'héliostat nest orienté exactement qu'alors que cela a lieu. Il ne faut jamais s'en servir avant d'avoir vérifié sa marche de cette manière. On peut, l'héliostat étant

(1) Le temps vrai est le temps marqué par les cadrans solaires et non le temps marqué par les horloges ordinaires qui est le temps moyen. La différence entre le temps moyen et le temps vrai constitue {"équation du temps.

Pour bien orienter un heliostat, la connaissance exacte (à une minute près) de l'heure est indispensable, et généralement ce n'est pas chez les horlogers qu'il faut aller la prendre. Ils possèdent pour la plupart des horloges plus ou moins ornementées qu'ils décorent pompeusement du nom de o régulateur » mais dont ils n'ont aucun moyen de vérifier la marche, et la preuve : c'est qu'en consultant dix horlogers, tous vous donneront une heure différente. Mi faut prendre Fhenre dans un observatoire, et y demander Vheure moyenne et non l'heure vraie qu'il est aisé de calculer soi-même à l'aide de la table ci-après (p. "2H) qui donne l'équation du temps avec une exactitude suffisante pour les années 1866 et 1867. Quand l'équation du temps est précédée du signe —, il faut faire retarder une montre bien réglée de la quantité de minutes et de secondes indiquée en reculant en arrière l'aiguille des minutes, et faire avancer la montre quand il y a le signe -4-. Exemple. — Le 10 janvier une montre bien réglée marque 10 heures 15 minutes. Je la fais retarder en reculant l'aiguille des minutes de 8 m , elle marque alors 10 h 7 m qui est l'heure vraie, celle que doit marquer le cercle horaire de l'héliostat. La montre, ainsi corrigée, coulinue a marquer le temps vrai pour le reste de la journée et même le jour suivant, quand elle marque alors midi, elle indique le midi vrai. Mais avant tout, nous le répétons encore, il faut prendre l'heure dans un observatoire, ce qu'il est facile de faire dans les capitales et les villes maritimes.

APPLICATION DE L'HÉLIOSTAT. 243

orienté, le plateau N, les pièces LM, KJ, JM, restant fixées, démonter et enlever toutes les autres pièces. Pour cela ouvrez les écrous qui serrent les cercles C et D, abaissez le mouvement d'horlogerie, ouvrez le collet I en enlevant les vis qui le serrent autour de Taxe, ouvrez et enlevez le demi coussinet qui tient l'axe à sa partie supérieure, et alors le miroir, la fourchette, l'axe s'enlèvent, sans que replacées, ITiéliostat doive être réorienté.

Pour enlever le miroir seulement, on enlève d'abord les vis V et T, puis celles qui tiennent le miroir dans la fourchette PQ, on fait basculer l'index P en dehors, et on enlève le miroir.

DATE

Équation Déclinaison \ Degré du du temps en en minutes. degrés.

Janv. 1 H

Févr. 1 IS

Mars

: ,fc

19 ^ 19 i/î 19 '* 18 JL 17 3 /4

Il »/ 4

If

cercle.

DATE

Équation du temps en , minutes.

Avril 1

Mai

Juin 1

Déclinaison en degrés.

*> la

H" 1 Vl -4- I

Degré du cercle.