EP0396473B1

EP0396473B1 - Procédé et appareil pour représenter le mouvement d'une marée

Info

Publication number: EP0396473B1
Application number: EP90401197A
Authority: EP
Inventors: Bernard Vuarnesson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-05
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1992-12-30
Anticipated expiration: 2010-05-04
Also published as: DE69000691D1; FR2646724B1; FR2646724A1; EP0396473A1; US5114345A

Description

L'invention concerne un procédé et un appareil pour représenter le mouvement d'une marée.
On connaît un appareil pour représenter le mouvement d'une marée constitué dans aiguille tournant à vitesse constante de 1 tour par 12h 25 mn environ devant une échelle circulaire graduée en heures de marée. Voir l'art antérieur US-A-4623259, GB-A-2050656.
La présente invention vise à fournir une meilleure représentation de ce mouvement.
On y parvient, selon l'invention, en représentant fondamentalement ce mouvement par la rotation d'une ellipse, cette rotation étant réalisée en sorte que l'intervalle de temps qui s'écoule entre les passages successifs du grand axe de l'ellipse et du petit axe de l'ellipse par une même position corresponde à l'intervalle de temps qui s'écoule entre une marée haute et une marée basse successives.
Le procédé de l'invention peut, selon différents modes d'exécution, présenter notamment une ou plusieurs des caractéristiques supplémentaires suivantes :

on utilise le contour de l'ellipse pour commander la lecture d'une échelle graduée en heures de marée,
on représente les heures de la marée par des graduations sur une échelle fixe, l'échelle représentant l'intervalle de temps moyen entre une marée haute et une marée basse successive, on fait tourner l'ellipse autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'ellipse et son centre, l'ellipse étant choisie en sorte que la différence des longueurs du grand axe et du petit axe de l'ellipse soit égale à l'écart entre les deux graduations qui correspondent respectivement à ladite marée basse et ladite marée haute successives, et on utilise le bord de l'ellipse pour commander la lecture des graduations sur l'échelle,
on utilise le bord de l'ellipse comme curseur sur l'échelle,
on utilise le bord de l'ellipse comme came pour commander le déplacement d'un index sur l'échelle,
on utilise une échelle rectiligne,
on fait tourner l'ellipse à une vitesse variable suivant une courbe liée à l'âge de la lune en sorte que la rotation de l'ellipse soit au moins approximativement en phase avec le cycle lunaire, la durée d'une rotation complète de l'ellipse variant entre un tour par 24 h 38 mn et un tour par 24 h 74 mn, avec une moyenne d'un tour par 24 h 52 mn,
on commande le mouvement de l'ellipse au moyen d'un quartz et d'un microprocesseur,
pendant la rotation de l'ellipse, on déplace son centre au moyen d'une autre ellipse attaquant comme une came une piste circulaire concentrique à ladite ellipse et solidaire de ladite ellipse, en animant ladite autre ellipse d'une rotation à vitesse uniforme d'un tour par 24 heures, et le rapport de la différence des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite ellipse à la différence des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite autre ellipse est compris entre 2 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,7, et encore mieux égal à 2,5 ou voisin de 2,5.

L'invention concerne également un appareil pour indiquer les heures d'une marée, caractérisé en ce qu'il comprend une ellipse et des moyens pour faire tourner l'ellipse autour d'un axe perpendiculaire à l'ellipse en son centre en que l'intervalle de temps qui s'écoule entre les passages successifs du grand axe de l'ellipse et du petit axe de l'ellipse par une même position corresponde à l'intervalle de temps qui s'écoule entre une marée haute et une marée basse successives.
Selon les réalisations, cet appareil peut en outre présenter une ou plusieurs des autres caractéristiques suivantes:

il comprend une échelle graduée en heures de marée et l'ellipse est choisie en sorte que la différence des longueurs du grand axe et du petit axe de l'ellipse soit égale à l'écart entre les deux graduations qui correspondent respectivement à ladite marée basse et ladite marée haute successives, et on utilise le bord de l'ellipse pour commander la lecture des graduations sur l'échelle,
il comprend une échelle graduée en heures de marée et le bord de l'ellipse constitue une came qui actionne le déplacement d'un curseur sur ladite échelle,
ladite échelle est rectiligne,
il comprend des moyens pour faire tourner l'ellipse en sorte que la rotation de l'ellipse soit, au moins de façon approximative, en phase avec le cycle lunaire,
il comprend une autre ellipse qui attaque comme une came une piste circulaire concentrique à ladite ellipse et solidaire de ladite ellipse, le rapport de la différence des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite ellipse à la différence des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite autre ellipse est compris entre 3 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,7, et encore mieux égal à 2,5 ou voisin de 2,5, et des moyens pour faire tourner cette autre ellipse à une vitesse uniforme de 1 tour par 24 heures.

On décrira ci-après deux réalisations de l'appareil en référence aux figures du dessin joint sur lequel :

la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation de l'appareil ;
la figure 2 est une courbe représentant les écartes entre 4 pleines (ou basses) mers selon l'âge de la lune ;
la figure 3 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation de l'appareil ;
la figure 4 est un schéma des deux ellipses utilisées dans l'appareil de la figure 3 ;
la figure 5 est une vue de détail de la fenêtre de l'appareil de la figure 3 ;
la figure 6 est un schéma de certaines des positions des ellipses de l'appareil de la figure 3 au cours d'une rotation ;
la figure 7 est un schéma de certaines des positions des ellipses en relation avec l'âge de la lune ;
la figure 8 est un schéma d'une vue de face d'une réalisation selon la figure 3 comportant une échelle supplémentaire pour l'indication des coefficients de marée, et
la figure 9 est une coupe de l'appareil de la figure 8 selon les plans 4-4 de la figure 8.

L'appareil représenté sur la figure 1 est une version simplifiée de pendule des marées semi-diurnes, où la résultante des attractions de la lune et du soleil est représentée par un disque elliptique E.
Le cycle lunaire moyen est de 29 jours 12 heures 44 minutes et 3 secondes ou 42 524 mn et 3 secondes. Il se produit 57 marées hautes et 57 marées basses pendant ce temps. L'intervalle moyen entre deux pleines (ou basses) mers est donc de 746 minutes (12 heures 26 mn) + 2,10 secondes ou 24 h 52 mn entre quatre pleines mers.
Les spécialistes du phénomène des marées ont montré depuis longtemps que cet écart moyen de 52 minutes par rapport à un jour solaire varie tout au long d'une lunaison entre 38 et 74 minutes environ, que la durée de la marée est très voisine de 24 h 52 mn aux périodes des premiers et derniers quartiers de lune (mortes eaux) et qu'il est minimum (marées plus courtes) au moment des pleines lunes et nouvelles lunes (vives eaux).
La variation de ces écartes étant très régulière d'une lunaison à l'autre par rapport à l'âge de la lune (nombre de jours écoulés depuis la précédente nouvelle lune) -voir figure 2-, on peut donc animer le disque elliptique (figure 1) d'un mouvement circulaire irrégulier, mais en phase avec la marée.
On retient le chiffre de 42 522 minutes comme période de révolution lunaire (soit une erreur de 2 minutes et 3 secondes par cycle), de sorte que l'intervalle moyen entre deux pleines mers soit 746 minutes (57 pleines mers = 42 522 minutes).
Les variations quotidiennes de la vitesse de rotation du disque elliptique au cours d'une révolution lunaire sont obtenues par exemple :

soit par une chaîne d'engrenages et de cames entraînés par un mouvement d'horlogerie ayant un axe tournant à la vitesse régulière d'un tour en 746 minutes (ou ses multiples ou sous-multiples),
soit par un mouvement piloté à quartz et équipé d'un microprocesseur approprié.

Sur la figure 1, on a schématisé en M les moyens qui font tourner l'ellipse dans le sens anti-horaire autour d'un axe perpendiculaire à l'ellipse en son centre (J). Il n'est pas nécessaire de les décrire plus en détails, leur réalisation étant à la portée de l'homme de métier, dès lors que les fonctions de ces moyens ont été explicitées ci-dessus. On a représenté également l'échelle rectiligne R, ici verticale, graduée en heures de marée, devant laquelle tourne l'ellipse en sorte que le bord de l'ellipse balaie cette échelle en désignant successivement les heures.
L'appareil représenté comprend également une pendule ordinaire P.
On sait que chaque point d'un littoral possède sa marée propre en avance ou en retard d'un certain nombre de minutes par rapport au passage de la lune au méridien local.
Ce chiffre, appelé établissement du port ou heure initiale, est à peu près constant pour chaque lieu tout au long de l'année.
Pour utiliser la pendule des marées, il faut donc opérer deux réglages préalables :

1) Régler le variateur de vitesse sur le chiffre correspondant à l'âge de la lune, le jour de sa mise en route,
2) Régler le disque elliptique sur l'état présent de la marée à l'endroit considéré.

Pour connaître l'état de la marée en un autre lieu, il suffira d'ajouter ou de retrancher les écarts des "établissements" entre les deux lieux.
Il faut cependant remarquer que le système proposé ne prenant pas en compte l'ensemble des facteurs de variation, l'heure d'une marée quelconque ne sera indiquée qu'à une heure près mais qu'en revanche l'erreur annuelle cumulée ne dépasse pas 1/2 heure.
Cet appareil simplifié présente notamment les avantages suivants :

la représentation du mouvement des marées par une ellipse rappelle la réalité mécanique du phénomène dû à l'attraction universelle,
l'ellipse permet de représenter graduellement le mouvement de marée montante et descendante ainsi qui les deux discontinuités (marée haute et marée base) au cours desquelles le mouvement change de sens,
si l'ellipse tourne dans le sens anti-horaire, la pente de la tangente à l'ellipse au point d'intersection de l'ellipse avec l'axe vertical de l'échelle graduée ou à travers une fenêtre F (voir figure 5) indique instantanément le sens du mouvement (marée montante / ou descendante \),
par un choix approprié des dimensions de l'ellipse, on peut illustrer la règle des douzièmes (voir ci-après).

Une version perfectionnée de l'appareil est représentée sur la figure 3.
Cet appareil comprend une ellipse L et une autre ellipse S représentant les effets respectifs de la lune (ellipse L) et du soleil (ellipse S) si le rapport (b-a)/(d-c) de la différence de longueur entre le grand axe et le petit axe de la grande ellipse (L) à la différence de longueur entre le grand axe et le petit axe de la petite ellipse (S) est compris entre 2 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,7, et encore mieux égal à 2,5 ou voisin de 2,5.
Par exemple, pour une petite pendule des marées, on peut choisir b - a = 2,5 cm et d - c = 1 cm. Pour une grande pendule murale, on choisira par exemple b - a = 2,5 m et d - c = 1 m. Ces exemples ne sont bien entendu pas limitatifs.
L'ellipse S est placée à l'intérieur de l'ellipse L, dans un orifice circulaire central N.
Des moyens appropriés schématisés en Z animent l'ellipse S d'un mouvement circulaire uniforme d'un tour par 24 h autour de son centre I fixe, correspondant au rythme solaire, et l'ellipse L d'un mouvement circulaire correspondant au rythme moyen du passage de la lune au méridien, soit un tour en 24 h 52 mn autour de son centre J, lequel est mobile verticalement sous l'action de la rotation de S qui agit comme une came dans la cavité circulaire de L.
L'appareil comporte une échelle verticale (schématisée par la fenêtre F) graduée en heures de la marée. Si l'on reprend les exemples ci-dessus, les graduations couvrent 2,5 cm (petite pendule) ou 2,5 m (pendule murale).
Lorsque les deux grands axes des ellipses sont parallèles, les deux actions du soleil et de la lune se combinent ; ce sont les marées haute (figure 6A) et basse (figure 6B) de vive eau (aux époques des syzygies = pleine lune et nouvelle lune).
Lorsque les deux grands axes des ellipses font un angle de 90°, les actions de L et de S se contrarient ; ce sont les marées haute (figure 6C) et basse (figure 6D) de morte eau (aux époques des quadratures = premier quartier et dernier quartier).
Cet appareil donne plusieurs catégories d'indications pour les côtes soumises au régime des marées semi-diurnes.
Si l'on fait tourner l'ellipse L dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et l'ellipse S dans le sens direct :

lorsque l'ellipse L a son axe vertical, c'est l'heure de marée haute,
on voit constamment le sens du phénomène ascendant ou descendant dans une fenêtre appropriée (détail figure 3) selon la convention générale des signes
/ = croissant \ = décroissant,
au moyen d'un tracé d'ellipse approprié, on peut juger de la vitesse de la montée ou de la descente de la marée proportionellement à l'angle α ou β vu dans la fenêtre (figure 3) et restituer ainsi visuellement la règle des douzièmes (le niveau monte, ou baisse, de 1/12e la première heure, de 2/12 la deuxième heure, de 3/12 les troisième et quatrième heure, de 2/12e la cinquième heure et de 1/12 la sixième heure),
la hauteur du sommet de l'ellipse L vue dans la fenêtre donne une indication sur l'amplitude de la marée (marées de morte eau et de vive eau), on peut réaliser une double échelle graduée car la hauteur des marées est liée à l'âge de la lune selon une courbe de même nature que celle de la figure 2 (les coefficients de marées sont maximum aux syzygies et minimum aux quadratures). Dans la pratique, pour séparer ces deux échelles de lecture, on peut lier l'échelle des heures de marées à l'axe J de sorte qu'elle monte et baisse verticalement en même temps que l'ellipse L, et on obtient alors la même lecture que sur l'instrument simplifié de la figure 1.

On peut aussi prévoir (figure 8) un index lié au déplacement vertical de l'axe J devant une seconde graduation fixe F′ solidaire du socle de l'appareil.
La hauteur des marées (ou coefficient) varie dans le même sens que la distance des axes I et J (figure 6) mesurée au moment de la pleine mer. On peut imaginer un cache pour que F′ ne soit lisible que lorsque la grande ellipse L a son axe vertical.
Si les deux ellipses S et L tournent dans le même sens, l'angle γ que font leurs deux grands axes variant de 0° à 360° au cours d'un cycle lunaire (figure 7), on peut lire directement l'âge de la lune sur un disque circulaire D solidaire de S et de même centre I (figure 8), gradué en 29,5 jours lunaires. La lecture des jours lunaires sur le disque D se fera par rapport à un repère P tracé sur un demi grand axe de l'ellipse L.
Ce disque D peut être situé devant l'ellipse L comme dans le cas de la figure 8 ou derrière l'ellipse L et, dans ce cas, la lecture se fera dans une fenêtre pratiquée dans L. Ce disque D peut être réglable en rotation autour du centre I, par rapport à l'ellipse S de manière à régler le calendrier lunaire indépendamment des heures des marées locales.
On sait que la vitesse de rotation de l'ellipse L n'est pas constante, on aura donc des écarts de lecture de l'âge de la lune par suite de la variation de 24h38 à 24h74 évoquée précédemment. Toutefois, la moyenne étant exactement de 24h52 mn, la précision de ce calendrier lunaire sera suffisante.
Pour restituer le phénomène des marées plus complètement, on peut lier la vitesse de rotation de l'ellipse L à des phénomènes de plus longue période comme par exemple le Saros de 18 ans environ.
Le sens de rotation des deux ellipses n'a pas d'incidence sur le résultat des heures et hauteurs des marées. Cependant :

1) pour lire l'âge de la lune (variations de γ), les deux ellipses doivent tourner dans le même sens ;
2) pour percevoir du premier coup d'oeil le sens de la marée, (montante ou descendante) selon la convention habituelle des signes (croissant / ou décroissant \), l'ellipse L doit tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre.
3) si l'on veut lire directement l'heure, avec 24 graduations par tour au lieu de 12 comme sur un cadran de pendule classique, l'ellipse S doit tourner dans le sens des aiguilles d'une montre.

Claims

Procédé pour représenter le mouvement d'une marée dans lequel on fait tourner une ellipse en sorte que l'intervalle de temps qui s'écoule entre les passages successifs du grand axe de l'ellipse et du petit axe de l'ellipse par une même position corresponde à l'intervalle de temps qui s'écoule entre une marée haute et une marée basse successives, en faisant tourner l'ellipse à une vitesse variable suivant une courbe liée à l'âge de la lune en sorte que la rotation de l'ellipse soit au moins approximativement en phase avec le cycle lunaire, la durée d'une rotation complète de l'ellipse variant entre un tour par 24h 38mn et un tour par 24h 74mn, avec une moyenne d'un tour par 24h 52mn.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise le contour de l'ellipse pour commander la lecture d'une échelle graduée en heures de marée.
Procédé selon la revendication 2, dans lequel on représente les heures de la marée par des graduations sur une échelle fixe, l'échelle représentant l'intervalle de temps moyen entre une marée haute et une marée basse successive, on fait tourner l'ellipse autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'ellipse en son centre, l'ellipse étant choisie en sorte que la différence de longueur entre le grand axe et le petit axe de l'ellipse soit égale à l'écart entre les deux graduations qui correspondent respectivement à ladite marée basse et ladite marée haute successives, et on utilise le bord de l'ellipse pour commander la lecture des graduations sur l'échelle.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise le bord de l'ellipse comme curseur sur l'échelle.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise le bord de l'ellipse comme came pour commander le déplacement d'un index sur l'échelle.
Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise une échelle rectiligne.
Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande le mouvement de l'ellipse au moyen d'un quartz et d'un microprocesseur.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pendant la rotation de l'ellipse, on déplace sont centre au moyen d'une autre ellipse attaquant comme une came une piste circulaire concentrique à ladite ellipse et solidaire de ladite ellipse, en animant ladite autre ellipse d'une rotation à vitesse uniforme d'un tour par 24 heures, le rapport de la différences des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite ellipse à la différence des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite autre ellipse étant compris entre 2 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,7, et encore mieux égal à 2,5 ou voisin de 2,5.
Appareil pour indiquer les heures d'une marée, caractérisé en ce qu'il comprend une ellipse (E;L) et des moyens (M;Z) pour faire tourner l'ellipse autour d'un axe perpendiculaire à l'ellipse en son centre (J) en sorte que l'intervalle de temps qui s'écoule entre les passages successifs du grand axe de l'ellipse et le petit axe de l'ellipse par une même position corresponde à l'intervalle de temps qui s'écoule entre une marée haute et une marée basse successives, les moyens (M) pour faire tourner l'ellipse (E) étant tels que la rotation de l'ellipse soit, au moins de façon approximative, en phase avec le cycle lunaire.
Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une échelle (R) graduée en heures de marée et en ce que la différence (a-b) des longueurs du grand axe et du petit axe de l'ellipse (E;L) soit égale à l'écart entre les deux graduations qui correspondent respectivement à ladite marée basse et ladite marée haute successives, et on utilise le bord de l'ellipse pour commander la lecture des graduations sur l'échelle (R).
Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'ellipse (E;L) est disposée en sorte que le bord de l'ellipse balaie ladite échelle (R).
Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le bord de l'ellipse (E;L) constitue une came qui actionne le déplacement d'un curseur sur ladite échelle (R).
Appareil selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que ladite échelle (R) est rectiligne.
Appareil selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le centre (J) de ladite ellipse (L) est déplaçable suivant une droite, sous l'action d'une autre ellipse (S) dont le centre (I) est fixe et qui tourne autour d'un axe perpendiculaire à son centre (I), cette autre ellipse (S) attaquant comme une came une piste circulaire (N) concentrique à ladite ellipse (L), et solidaire de ladite ellipse (L), en ce que le rapport de la différence (a-b) des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite ellipse (L) à la différence (c-d) des longueurs du grand axe et du petit axe de ladite autre ellipse (S) étant compris entre 2 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,7, et encore mieux égal à 2,5 ou voisin de 2,5, et des moyens (Z) étant prévus pour faire tourner cette autre ellipse à une vitesse uniforme de 1 tour par 24 heures.
Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend une échelle (F′) graduée en coefficients de marée et sur laquelle se déplace un index déplaçable dont le déplacement est lié à celui du centre de ladite ellipse.
Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend un disque circulaire (D) solidaire de ladite autre ellipse (S) et de même centre (I), ce disque étant gradué en jours lunaires, et des moyens définissant un repère lié à ladite ellipse (L) pour déterminer la lecture des jours lunaires sur ledit disque (D).