FR2504257A1 - Instrument universel permettant de determiner la position du soleil et son parcours, l'inclinaison d'insolation maximale d'un plan et la correspondance entre l'heure solaire et l'heure conventionnelle - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN INSTRUMENT CONSTITUE PAR TROIS SURFACES A CENTRE COMMUN POUVANT TOURNER L'UNE CONTRE L'AUTRE, A SAVOIR, UNE PREMIERE SURFACE FIXE A SUR LAQUELLE SONT INDIQUEES CONCENTRIQUEMENT DES VALEURS ANGULAIRES DE HAUTEUR H, DES VALEURS ANGULAIRES AZIMUTALES, DES VALEURS RELATIVES A DES FRACTIONS JOURNALIERES DE TEMPS, ET DES VALEURS DE LONGITUDE EST-OUEST, UNE DEUXIEME SURFACE B TRANSPARENTE SUR LAQUELLE SONT REPRESENTEES LES ORBITES SOLAIRES ET LES REFERENCES RELATIVES AUX EQUINOXES, AUX SOLSTICES ET AUX JOURS INTERMEDIAIRES DE L'ANNEE, UNE TROISIEME SURFACE C, ELLE AUSSI TRANSPARENTE, POUVANT TOURNER SUR LA DEUXIEME B, QUI MAINTIENT CELLE-CI APPLIQUEE CONTRE LA PREMIERE SURFACE A ET SUPERPOSEE A CELLE-CI, SUR LAQUELLE SONT INDIQUEES LES MEMES FRACTIONS JOURNALIERES DE TEMPS QUI SONT REPRODUITES SUR LA PREMIERE SURFACE FIXE A, ET LA COURBE QUI REPRESENTE L'EQUATION DU TEMPS AU COURS DE L'ANNEE.

Description

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Dans l'établissement de projets d'urbanisme et de

construction, il est nécessaire de tenir compte des tra-

jectoires solaires, afin de faire convenablement le projet des zones d'expansion urbaine dans le territoire, de l'emplacement des différentes constructions sur le terrain relativement à la végétation et aux édifices voisins, de la forme de ces constructions ainsi que de la position et de la dimension des éléments qui s'insèrent dans le processus de régulation thermique de l'édifice (murs

périmétraux, ouvertures extérieures, toit, balcons encor-

bellements etc) En particulier, depuis que l'on a pris conscience du fait que les sources d'énergie classiques sont épuisables et que leur emploi est plus coûteux, il est indispensable de pouvoir utiliser l'ensoleillement maximal dans les périodes froides et de se protéger en

s'ombrageant convenablement dans les périodes chaudes.

En outre, dans l'étude et les applications de l'énergie solaire, il faut, en vue d'un rendement maximal, connaître la position du soleil à n'importe quel moment pour orienter les collecteurs paraboliques, et connaître aussi l'inclinaison optimale dans une période déterminée

pour positionner les panneaux solaires.

Ensuite, il est avantageux que les données fournies soient rapportées aux heures indiquées par l'horloge, de manière à faciliter les opérations pratiques et les

contrôles éventuels.

Les principaux instituts astronomiques publient des tableaux qui fournissent l'indication des angles de position du soleil en fonction de la latitude, de la

déclinaison solaire et de l'angle horaire; dans "L'Archi-

tettura dell'evoluzione" de S Los et N Pulitzer, éditions Luigi Parma, Bologne, est publié à la page 446 le tableau

relatif à 400 de latitude nord On peut calculer analyti-

quement, toujours en fonction de la latitude, de la déclinaison solaire et de l'heure, l'angle de hauteur et l'angle azimutal du soleil La méthode est indiquée dans "L'energia solare nella costruzione" de C Chauliagnet, éditions C E L I, Bologne, pages 26 et 27 Il existe, en outre, des cartes solaires qui représentent le parcours

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du soleil un jour donné et pour une latitude donnée Dans "L'Enciclopedia pratica per progettare e costruire"l, de E Neufert, éditeur Hoepli, Milan, pages 123 et 124, sont représentées les cartes solaires pour Rome, les jours de solstice et d'équinoxe; "mais écrit Neufert lorsque le jour varie, de même que lorsque la latitude varie, le parcours solaire varie et par conséquent, les cartes

solaires doivent être différentes".

Dans "L'energia solare nelle applicazioni termiche", de J A Duffie et W A Beckmann, Liguori éditeur, page 64, est publié, en outre, un nomogramme permettant de déterminer, par une série de lectures successives, l'heure

du coucher du soleil et la durée du jour.

Ces méthodes, étant donné leur difficulté d'appli-

cation, le manque de données en général ou de données spécifiques en particulier, ne répondent pas aux exigences de l'usager qui est obligé d'avoir recours à plusieurs tableaux d'information ou de déterminer analytiquement les

valeurs nécessaires, spécialement quand elles sont rappor-

tées à des points d'observation ayant une latitude et une

longitude différentes.

L'invention a donc pour but d'éviter les inconvé-

nients et les insuffisances mentionnées ci-dessus en réalisant un instrument qui soit en mesure de fournir, de façon directe et pratiquement simultanée, pour n'importe quelle latitude et n'importe quelle longitude, et tout au long de l'année, aux diverses heures solaires, toutes les données nécessaires, comme, en particulier, l'heure du lever et du coucher du soleil, l'angle de hauteur et l'angle azimutal du soleil, les points permettant de tracer les trajectoires journalières du soleil, l'inclinaison optimale d'un plan (par exemple d'un panneau solaire) disposé dans la direction sud-nord en vue de profiter de l'insolation maximale dans les limites d'un laps de temps

pré-établi.

L'invention résout ce problème grâce à un instrument constitué par trois surfaces à centre commun pouvant tourner l'une contre l'autre, à savoir:

une première surface fixe sur laquelle sont indiquées con-

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centriquement a) sur un demi-cercle supérieur, des lignes droites et parallèles reproduisant des valeurs angulaires de hauteur et des lignes elliptiques coupant ces lignes droites et parallèles et reproduisant des valeurs angulai- res azimutales, b) sur un demi-cercle inférieur, la projection orthogonale desdites lignes droites et desdites lignes elliptiques; c) le long d'une demi-circonférence inférieure, des valeurs de latitude sur et nord; d) le long d'une couronne circulaire, des valeurs relatives à des fractions journalières de temps; e) sur un secteur circulaire, des valeurs de longitude est-ouest; une deuxième surface pouvant tourner librement autour d'un point d'appui situé au centre de la première surface, de formé circulaire, transparente, sur laquelle sont représentées les orbites solaires et les références relatives aux équinoxes, aux solstices et aux jours intermédiaires de l'année, au moyen de lignes parallèles coupées par des lignes courbes reproduisant à leur tour les heures solaires de la journée, disposées symétriquement des deux côtés de la ligne médiane qui reproduit les heures-de 6 à 8 h; une troisième surface, elle aussi transparente, pouvant tourner sur la deuxième, qui maintien celle-ci appliquée contre la première surface et superposée à celle-ci, reproduisant une couronne circulaire sur laquelle sont indiquées les mêmes fractions journalières de temps qui sont reproduites sur la première couronne circulaire de la première surface fixe, et la courbe qui représente

l'équation du temps au cours de l'année.

La conception fondamentale de l'invention est basée sur quelques postulats que l'on indique ci-après pour faire mieux comprendre les représentations graphiques

combinées dont se sert l'invention pour réaliser l'instru-

ment.

La terre tourne autour du soleil suivant une tra-

4 9-z-42 % 257 jectoire légèrement elliptique La terre tourne, en outre, sur son propre axe Les jours de solstice ( 22 juin et 22 décembre), la normale au plan contenant la trajectoire terrestre fait avec l'axe de la terre un angle, appelé déclinaison solaire, qui est de 23 27 ' (+ 23 271 le 22 juin, -23 27 ' le 22 décembre) L'axe de la terre, dans sa révolution autour du soleil, reste toujours parallèle dans ses diverses positions Les jours d'équinoxe ( 21 mars et 23 septembre), o sur toute la terre la nuit dure 12 heures comme le jour, l'effet dû à l'angle de

déclinaison solaire s'annule.

Tout point de la terre peut être défini par sa latitude (distance angulaire au cercle équatorial) et sa longitude (distance angulaire au méridien d'origine ou de

référence).

Les jours d'équinoxe, la hauteur angulaire maximale He du soleil sur l'horizon, relativement au méridien du lieu, est complémentaire de l'angle de latitude L (He = 900 L) et cela est valable pour tous les points de la terre Les jours de solstice, la hauteur angulaire -maximale Hs du soleil sur l'horizon est égale à l'angle complémentaire de la latitude + 230271 (Hs = 90 L +

23 27 ' le 22 juin; Hs = 90 L 23027 ' le 22 décembre).

Cela est valable pour l'hémisphère nord, jusqu'à la hauteur maximale de 90 à laquelle, pour l'hémisphère sud,

les signes algébriques s'inversent.

Comme indiqué plus haut, c'est sur ces postulats que se basent les schémas graphiques réalisés sur les parties de l'instrument selon l'invention et qui, dans une combinaison opérationnelle réciproque appropriée, permettent la lecture de toutes les valeurs nécessaires

à l'usager, comme indiqué plus haut.

Les avantages que l'on obtient avec l'instrument selon l'invention résident dans le fait qu'il permet de déterminer toutes les données relatives à la position du soleil et résultant de celle-ci, à une latitude quelconque de la terre, et de rapporter, à une longitude quelconque,

les heures solaires à l'heure indiquée par la montre.

Outre les buts techniques, l'instrument est utile à quicon-

-5, 257

que désire se rendre compte de la façon dont varie la

position du soleil pour apprécier les conséquences innom-

brables et fondamentales qu'entraînent ces variations

pour la surface terrestre.

On décrira maintenant l'invention à propos d'un mode d'exécution préférentiel représenté à titre d'exemple non limitatif par les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est la représentation graphique d'un cercle gradué reproduisant les hauteurs et les latitudes dans leur relation mutuelle et faisant partie de la première surface (fixe) de l'instrument selon l'invention, avec

indication explicative de la déclinaison pour la construc-

tion des figures 2 et 3; les figures 2 et 3 montrent la construction graphique des éléments relatifs aux jours et aux mois de l'année et aux

horaires du parcours du soleil, avec référence aux équi-

noxes et aux solstices, éléments à reporter sur la deuxième surface (tournante) de l'instrument selon l'invention;

la figure 4 est une autre représentation graphique par-

tielle à reporter sur la première surface (fixe) de l'instrument selon l'invention, avec des lignes parallèles horizontales indiquant la graduation en hauteur et des segments elliptiques indiquant la graduation azimutale dans la partie du tracé, et avec la projection orthogonale de ces lignes et de ces segments sur la partie inférieure du dessin, la figure 5 montre la représentation graphique explicative combinée de deux couronnes circulaires concentriques

présentant des données relatives à des fractions journa-

lières de temps, avec un secteur divisé en degrés de longitude et avec représentation graphique de la courbe de l'équation du temps;

la figure 6 montre la première surface (fixe) de l'instru-

ment selon l'invention, résultant de la combinaison des figures 1, 4 et 5; la figure 7 représente la deuxième surface (tournante) de l'instrument selon l'invention, résultant de la-combinaison des constructions graphiques des figures 1, 2 et 3; 6 t'4257 s la figure 8 montre la troisième surface (tournante) de l'instrument selon l'invention, sur laquelle est reportée une partie de la construction graphique de la figure 5

la figure 9 montre la représentation schématique de l'ins-

trument selon l'invention, constitué par les surfaces des figures 6, 7 et 8 et disposé à 45 55 ' de latitude nord et 12030 ' de longitude est (soit 2 30 ' à l'ouest du méridient 150 E, le 20 février, et la figure 10 indique par des exemples les valeurs qui peuvent être déterminées sur l'instrument, disposé comme

sur la figure 9.

L'instrument selon l'invention se compose donc de la surface A (fixe) selon la figure 6, dont le point d'appui au centre O est commun avec le centre 0 ' de la deuxième surface superposée représentée par la figure 7 et maintenue appliquée contre la première par la troisième

surface C (tournante) selon la figure 8.

Sur la base des postulats pris comme point de départ, il est possible, pour une latitude donnée, de déterminer graphiquement les angles de hauteur He et Hs du soleil sur l'horizon au moment de sa culmination, les jours d'équinoxe et de solstice On se référera à la

figure 1; sur une droite qui représente l'horizon sud-

nord est tracé un cercle gradué de centre O au point d'observation (qui coïncide avec l'axe est-ouest) Sur le demi-cercle supérieur sont indiqués les degrés de hauteur

du soleil sur l'horizon (de O' au sud à 90 sur la vertica-

le passant par le point d'observation et à O au nord) et sur le demicercle inférieur sont indiqués les degrés de latitude (de 90 au sud à O sur la verticale et à au nord) Si l'on trace un diamètre quelconque, indiqué sur la figure par He-L, à une latitude déterminée L, sur la figure à 400 nord, correspond une hauteur angulaire

He 90 L du soleil sur l'horizon les jours d'équinoxe.

En ajoutant à la hauteur He l'angle de déclinaison solaire e, on détermine la hauteur angulaire Hs du soleil les jours de solstice (Hs' = He + 23 27 ' le 22 juin

et Hs" = He 23 27 ' le 22 décembre).

On se référera à la figure 2; les jours d'équinoxe, le soleil se lève à l'est exactement à 6 heures (heure locale), atteint sa culmination à 12 heures au sud et se couche à 18 heures à l'ouest; l'orbite solaire, pour n'importe quel point de la terre, apparaît comme un demi-cercle ayant son centre au point d'observation Le diamètre He-L représente l'orbite circulaire vue de l'est

en traçant le demi-cercle orbital S en projection orthogo-

nale, on exécute la subdivision en fractions de temps journalier Cette subdivision, reportée sur le diamètre He-L, identifie la position apparente du soleil, vu de l'est, aux différentes heures des jours d'équinoxe et pour la latitude considérée Sur la figure 2, on indique

les heures du matin et de l'après-midi reportées en pro-

jection le long du diamètre He-L.

Les points Hs T et Hs"l de hauteur du soleil les jours de solstice représentent les moments de déclinaison maximale et minimale de l'orbite terrestre annuelle (l'orbite est légèrement elliptique et le soleil est sur l'un des foyers, avec une distance minimale le 16 janvier et maximale à fin juin) La déclinaison varie en fonction de l'elliptique annuelle qui est représentée, sur la figure 2, en projection horizontale; on exécute sur celle-ci les subdivisions en fractions d'année qui, reportées sur la partie de cercle gradué, déterminent la hauteur angulaire du soleil sur l'horizon au moment de culmination pour les jours indiqués et à la latitude considérée. Sur la figure 2, l'année de 365 à 366 jours a été subdivisée en douze parties de trente-et-un jours chacune dans la période du 21 mars au 23 septembre et de trente jours chacune du 23 septembre au 21 mars ( 29 jours du février au 21 mars les années non bissextiles) Les subdivisions ne comprennent pas le même nombre de jours, compte tenu de la position légèrement excentrée du soleil

relativement à l'orbite elliptique.

Les hauteurs angulaires indiquées sur la figure 2

correspondant à 12 h (heure locale) des jours respectifs.

On se référera à la figure 3; en se rappelant que l'axe de la terre reste toujours parallèle, on trace, en partant

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des points indiquant les dates, parallèlement au diamètre He-L, des lignes qui traversent tout le cercle gradué et

qui représentent les diverses orbites des jours respec-

tifs; on les subdivise ensuite, en projection orthogonale, en fractions de temps quotidien comme on l'a fait pour le diamètre He-L, en joignant ensuite les points qui indiquent

la même heure.

Sur le réseau obtenu, le point de rencontre entre les lignes parallèles et le diamètre horizontal S-N du cercle gradué détermine l'heure solaire du lever et du coucher du soleil les jours considérés et à la latitude considérée Pour connaître les données relatives à une autre latitude, il faut faire tourner le réseau en faisant coïncider le diamètre He-N avec la nouvelle valeur de L. Il s'ensuit qu'il est nécessaire que le réseau R (figure 3) soit tracé sur une surface différente et qu'il puisse tourner, avec son point d'appui au centre O du cercle gradué (figure 1) sur son centre O' correspondant

au point de rencontre entre le diamètre des jours d'équi-

noxe et la ligne des heures de 6 àJ 1 h.

Le réseau représente le segment sphérique compre-

nant les orbites solaires apparentes On se référera à la figure 4; si l'on fait tourner le réseau sur le point O, il engendre, dans la moitié située au-dessus du

diamètre horizontal du cercle graduée, une calotte sphéri-

que sur laquelle tous les points peuvent être identifiés

en hauteur angulaire sur l'horizon et en distance angulai-

re (azimut) relativement au sud dans le plan horizontal sud-nord On trace ensuite sur le demi-cercle supérieur gradué les lignes parallèles de la graduation en hauteur et les segments elliptiques de-la graduation azimutale de la calotte sphérique, de O' au sud à 180 au nord En

orientant le réseau de la figure 3 sur la latitude consi-

dérée, on peut donc mesurer la position du soleil relati-

vement au point d'observation et à n'importe quel moment de l'année, choisi sur le réseau, en hauteur angulaire

sur l'horizon et en distance azimutale au sud.

Toujours à propos de la figure 4, afin de repré-

9 -50:4257

senter graphiquement les courbes des parcours solaires, on exécute sur la moitié inférieure du cercle gradué la projection orthogonale des subdivisions de la calotte

sphérique (en sa moitié tournée vers l'est).

Il sera ainsi possible de-reporter les points de l'orbite journalière au soleil, identifiée par l'angle de hauteur et l'angle azimutal correspondants, dans la moitié supérieure; en joignant ces points, on obtient la moitié matinale de la trajectoire solaire vue d'en haut (en hachures sur la figure 10) L'autre moitié est symétrique. Actuellement, on emploi des panneaux solaires qui sont placés de telle sorte que leur coté de base, fixe et horizontal, est en direction est-ouest; il existe aussi des panneaux qui sont munis d'un mécanisme de rotation quotidienne dans le sens est-ouest pour être constamment tournés vers le soleil Dans ces deux cas, la position azimutale du soleil n'a pas d'importance en elle-même parce que, ou bien le panneau est fixe dans

le sens est-ouest, ou bien il peut tourner de façon autono-

me à la même vitesse angulaire que le soleil Il est donc nécessaire de déterminer la hauteur angulaire (inclinaison) du panneau relativement à l'horizon, mesurée dans le plan vertical disposé en direction sud-nord, qui doit être perpendiculaire à la projection (dans le même plan vertical sud-nord) des rayons solaires incidents

au point considéré.

En effet, le plan vertical sud-nord passant par le point d'observation est la surface représentée sur la figure 3, mais la partie située au- dessus de l'horizon

est déjà utilisée pour la détermination des valeurs azimu-

tales Sur la partie inférieure, qui est égale et située à 1800, on peut toutefois exécuter l'indication des jours et des heures en sens opposé à ce qui est indiqué dans la partie supérieure (figure 7) On observe, en outre, que dans la partie inférieure du cercle gradué de la figure 4 sont indiquées des lignes radiales qui, en partant du point d'observation O, se dirigent vers l'extérieur et vers l'échelle de latitude et que cette échelle indique

les angles complémentaires de la hauteur du soleil.

Si l'on superpose la surface tournante et transpa-

rente B de la figure 7 à la surface fixe A de la figure 6,

on détermine, sur la partie inférieure, le point de ren-

contre entre la ligne parallèle du jour considéré et la ligne elliptique de l'heure considérée, point qui, projeté radialement sur l'échelle de latitude, correspond à l'inclinaison idéale du panneau sur l'horizon au moment

considéré et à la latitude considérée.

Si la modification continue de l'inclinaison du panneau n'est pas possible pratiquement, il est opportun d'intervenir, de temps en temps, en définissant par la

méthode décrite les angles d'inclinaison maximale et mini-

male correspondant à la période considérée et de positionner

le panneau à l'inclinaison moyenne (en tenant convenable-

ment compte de l'intensité plus grande des rayons solaires

pendant les heures de midi).

L'instrument selon l'invention est basé sur la position du soleil et les données horaires relatives à une latitude quelconque sont indiquées en temps local vrai et sont valables pour tous les lieux situés à la même latitude; le midi local, toutefois, est simultané pour tous les lieux situés à la même longitude mais il est différent

lorsque celle-ci varie.

La terre est subdivisée en 3600 de longitude ( 180 à l'est et 1800 à l'ouest du méridien O de Greenwich) et l'heure locale varie de 4 minutes par degré et d'une heure

tous les 15 .

La terre est, en outre, subdivisée en 24 fuseaux horaires de 15 chacun (le méridien O est au centre du fuseau horaire de Greenwich) et le temps conventionnel

est rapporté aux méridiens centraux des 24 fuseaux horaires.

Pour transformer l'heure solaire en heure conventionnelle,

il faut la modifier sur la base de la différence de longi-

tude entre le lieu considéré et le méridien central du

fuseau horaire auquel se réfère l'heure de la montre.

Dans l'instrument selon l'invention, on effectue l'opéra-

tion en subdivisant deux couronnes circulaires (figure 5) en mêmes fractions journalières de temps et en les faisant

tourner l'une sur l'autre d'un angle égal à ladite diffé-

rence de longitude, que l'on identifie dans un secteur gradué, également concentrique, avec l'indication d'au

moins 15 est et 150 ouest du méridien de référence.

L'indice de référence du secteur gradué est

constitué par une ligne à courbes pour le motif suivant.

La vitesse angulaire des aiguilles de la montre est évidemment constante et indique le temps moyen, tandis que la terre, qui décrit une orbite elliptique, a une vitesse angulaire variable Le temps moyen diffère du temps vrai, la différence variant au cours de l'année (de + 16 à -15 minutes) selon l'équation du temps, représentée par la

courbe de la figure 5 superposée au secteur graduée.

Sur la surface A (fixe) de l'instrument selon l'invention, on reportera (figure 6) la couronne circulaire indiquant l'heure conventionnelle et le secteur de longitude gradué et sur la troisième surface C, qui sera tournante et transparente (figure 8), la couronne circulaire indiquant l'heure solaire et l'indice de référence pour le secteur

gradué, constitué par la courbe de l'équation du temps.

En faisant tourner la couronne tournante (surface C) de façon que le point d'intersection du segment indiquant le mois considéré avec la courbe de l'équation du temps coïncide avec la valeur de la différence de longitude entre le lieu et le méridien de référence, on détermine la correspondance entre heure conventionnelle de la montre (surface A fixe, figure 6) et l'heure solaire (surface C

tournante, figure 8).

L'instrument selon l'invention, comme on l'a déjà indiqué, est constitué matériellement par un plan de référence (surface A fixe, figure 6) dont le centre O constitue le point d'appui d'un disque tournant en matière transparente (surface B tournante, figure 7), autour duquel peut tourner une couronne circulaire en matière transparente (surface C tournante, figure 8) Le tout est gradué selon les critères de fonctionnement exposés plus haut qui ont été récapitulés schématiquement sur les figures respectives Il est préférable que le dispositif soit réalisé en une matière rigide qui supporte sans 12 2 z 04257 déformation l'usure sur le point d'appui central et qui permette au disque tournant B de retenir la couronne circulaire C appliquée contre la surface de référence A. Il est approprié, en outre, de différencier les diverses graduations en les imprimant en couleurs différentes La précision des données à déterminer dépend non seulement de la netteté des signes imprimés mais de la dimension de l'instrument La dimension est d'autant plus grande que les subdivisions de la période annuelle et journalière peuvent être plus nombreuses, sur l'angle de rotation et par suite, l'erreur d'approximation des données observées

sera d'autant plus petite.

Le fonctionnement de l'instrument est décrit ci-après à propos des figures 9 et 10 et des figures 6, 7 et 8, qui représentent les surfaces A, B et C de l'instrument A titre d'exemple, on a choisi la date du février pour 41055 ' de latitude nord et 12030 ' de longitude est (soit 2030 ' ouest relativement au méridien est auquel se réfère l'heure en Italie) C'est un

jour indiqué par l'instrument pour des raisons de simpli-

cité; une date différente est de toute façon toujours identifiable par interpolation, compte tenu du fait que la déclinaison solaire est déjà implicite dans le tracé des jours sur l'instrument Il faut considérer, en outre, qu'étant donné les dimensions réduites des graphiques et

par conséquent la rareté des références, les valeurs dé-

terminées doivent être acceptées avec une marge de

tolérance appropriée.

On fait donc tourner le disque B jusqu'à faire coinciderla ligne E des jours d'équinoxe du réseau R avec la latitude L = 410551 indiquée sur la surface A. On détermine l'heure solaire du lever et du coucher du soleil, au cours de toute l'année (figure 10, partie supérieure) à l'endroit du point de rencontre entre les lignes indiquant les jours et la ligne de l'horizon S-N; le 20 février, le point d'intersection de la ligne G

du jour avec la ligne de l'horizon indique, par approxima-

tion entre la ligne horaire T 7-17 et la ligne horaire T 6-18, que le soleil se lève à 6,40 h et se couche à 17,20 h La ligne azimutale Azl qui rencontre l'horizon

au même point indique la valeur 75 '.

Pour déterminer l'angle de hauteur et les angle azimutaux, au cours de l'année et aux différentes heure solaires, on relève le point d'intersection de la ligne du jour au point d'intersection commun des lignes de hauteur H et des lignes azimutales Az Ces données sont toujours déterminées par le fonctionnement combiné de 1

surface B et de la surface A de la figure 6.

Le tableau suivant indique les angles relatifs au 20 février: s s G a

HEURE SOLAIRE HAUTEUR AZIMUT

6,40/17,20 O + 75

7,00/17,00 30 (ligne Hl) + 720 (ligne Azl) 8,00/16,00 130 (ligne H 2) + 62 (ligne Az 2)

9,00/15,00 22 301 + 48

,00/14,00 300 + 33

11,00/13,00 350 + 16

12,00 370 + QO

Pour déterminer les points servant à tracer les courbes des parcours journaliers du soleil, on reporte les couples de valeurs d'azimut et de hauteur trouvés dans la moitié supérieure sur une feuille transparente superposée à la moitié inférieure de l'instrument En joignant les points relevés, on a la trajectoire solaire

matinale, vue d'en haut, comme le représente la figure 10.

L'inclinaison optimale, sur l'horizon, d'un

panneau disposé en direction sud-nord, si l'on veut profi-

ter de l'insolation maximale dans un laps de temps déterminé, s'obtient comme indiqué ci-après En supposant pour des raisons de simplicité qu'il s'agit de la période comprise entre 8 heures et 16 heures du 20 février (mais elle pourrait aussi comprendre plusieurs jours), on identifie le point correspondant, dans le demi-cercle inférieur, à la rencontre entre la ligne droite G du jour et la ligne elliptique des heures T 8-16 (indiquées à l'envers); en suivant la ligne radiale qui a pour origine le centre de l'instrument et qui passe au point relevé, jusqu'à ce qu'elle rencontre l'échelle de la

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latitude, on détermine l'angle de 650 qui constitue l'inclinaison idéale du panneau solaire à 8 h et à 16 h du 20 février, à la latitude de 41 55 ' nord Toujours dans le demi-cercle inférieur, on observe que la ligne Gcoupe d'autres lignes radiales jusqu'à 12 h (culmination); en partant de ce point, comme indiqué sur la figure 10,

on projette l'angle au centre jusqu'à l'échelle de lati-

tude o l'on détermine la valeur de 540; c'est là l'inclinaison idéale à 12 h et c'est l'inclinaison minimale dans la période considérée On trouve que

l'inclinaison optimale (moyenne) est de 59 30 '.

Pour déterminer la correspondance (figure 9) entre l 'heure solaire indiquée dans la couronne circulaire tournante C et l'heure conventionnelle indiquée sur la surface fixe A, on fait tourner la couronne C relativement à la surface A jusqu'à amener le point d'intersection

du tronçon indiquant le mois considéré, ou par approxima-

tion la date, avec la courbe de l'équation du temps, en coïncidence avec la valeur de la différence de longitude entre le lieu et le méridien de référence Dans l'exemple représenté par la figure 10, l'heure solaire 6, 40 (à l'aube) correspond à l'heure conventionnelle 7,05; l'heure solaire 17,20 (coucher) correspond à l'heure conventionnelle 17,45; l'heure solaire 12,00 (midi) correspond à l'heure conventionnelle 12,25 Toutes ces valeurs sont naturellement rapportées au 20 février à

2 30 ' de longitude ouest relativement au méridien 150 est.

On a décrit et représenté l'instrument selon

l'invention à propos d'un mode d'exécution préférentiel.

Naturellement, des variantes seront possibles dans les proportions, les dimensions et les dispositions, sans que

l'on sorte pour cela du cadre de l'invention.

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Claims (11)

-R E V E N D I C A T I O N S-

1 Instrument permettant de déterminer la

position du soleil et son parcours, l'inclinaison d'inso-

lation maximale d'un plan et la correspondance entre l'heure solaire et l'heure conventionnelle, caractérisé en ce qu'il est constitué par trois surfaces à centre commun pouvant tourner l'une contre l'autre, à savoir une première surface fixe <A) sur laquelle sont indiquées concentriquement:

a) sur un demi-cercle supérieur, des lignes droi-

tes et parallèles reproduisant des valeurs angulaires de hauteur (H) et des lignes elliptiques (Az) coupant ces lignes droites et parallèles et reproduisant des valeurs angulaires azimutales; b) sur un demi-cercle inférieur, la projection orthogonale desdites lignes droites et desdites lignes elliptiques (H, Az); c) le long d'une demi-circonférence inférieure, des valeurs de latitude sud et nord; d) le long d'une couronne circulaire, des valeurs relatives à des fractions journalières de temps; e) sur un secteur circulaire, des valeurs de longitude est- ouest; une deuxième surface (B) pouvant tourner librement autour d'un point d'appui ( O ') situé au centre ( 0) de

la première surface (A), de forme circulaire, transpa-

rente, sur laquelle sont représentées les orbites solaires et les références relatives aux équinoxes, aux solstices et aux jours intermédiaires de l'année, au moyen de lignes parallèles coupées par des lignes courbes reproduisant à leur tour les heures solaires de la journée, disposées symétriquement des deux côtés de la ligne médiane qui reproduit les heures de 6 à 18 h une troisième surface (C), elle aussi transparente,

pouvant tourner sur la deuxième (B), qui maintient celle-

ci appliquée contre la première surface (A) et superposée à celle-ci, reproduisant une couronne circulaire (Cr) sur laquelle sont indiquées les mêmes fractions journalières de temps qui sont reproduites sur la première couronne 16 ? 5 b 4257 circulaire (Cr) de la première surface fixe (A), et la courbe qui représente l'équation du temps au cours

de l'année.

2 Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs de hauteur et azimutales (H, Az) sont reportées sur la surface fixe (A) sur un cercle

dont le diamètre horizontal représente l'horizon sud-

nord et dont le centre (O) représente le point d'observa-

tion coïncidant avec l'axe est-ouest.

3 Instrument selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 et 2, caractérisé en ce que les valeurs angulai-

res de hauteur sur l'horizon (H) sont indiquées sur la surface fixe (A) le long du demi-cercle supérieur de O' au sud, à 90 sur la verticale passant par le point

d'observation et à O au nord, avec graduation complémen-

taire de celle de la latitude, et sont réunies par des

droites parallèles (H).

4 Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs de latitude sud et nord sont

reportées le long d'une demi-circonférence (Lt) concen-

triquement au cercle (K) sur la surface fixe (A).

Instrument selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 et 3, caractérisé en ce que les lignes ellipti-

ques azimutales (Az) sont engendrées, sur le demi-cercle supérieur (calotte) de la surface fixe (A), par rotation du réseau (R) (segment sphérique) avec son point d'appui

(O') sur le point d'appui (O) de la surface (A).

6 Instrument selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 à 4, caractérisé en ce que les lignes droites (H) et les lignes elliptiques (Az) sont reportées sur le demi-cercle (calotte) inférieur de la surface fixe (A)

par projection orthogonale.

7 Instrument selon la revendication 1, caractérisé en ce que les références relatives aux équinoxes, aux

solstices et aux jours intermédiaires de l'année, repré-

sentées sur la surface tournantes (B) et dérivant de la déclinaison solaire, sont obtenues par tracé de droites parallèles au diamètre (He-L), représentant en projection l'orbite circulaire solaire vue de l'est, ces

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droites reproduisant les diverses orbites des jours respectifs. 8 Instrument selon la revendication 7, caractérisé en ce que les heures solaires de la surface tournante (B) sont obtenues sur des orbites circulaires apparentes et reportées, par projection orthogonale, sur le diamètre

(He-L) et sur les lignes parallèles à celui-ci.

9 Instrument selon la revendication 1, caractérisé

en ce que les valeurs relatives à des fractions journaliè-

res de temps, reportées sur la surface fixe (A), sont obtenues en divisant en les vingt-quatre heures du jour une couronne circulaire (Cr) tracée concentriquement au cercle gradué (K), à son tour concentrique au secteur

(St) subdivisé en degrés de longitude est-ouest.

10 Instrument selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à-9, caractérisé en ce que ces mêmes valeurs rela-

tives à des fractions journalières de temps, reportées sur une première couronne circulaire (Cr) sur la surface fixe (A), sont reportées avec une position identique sur une deuxième couronne circulaire (Cr') sur la surface tournante (C).

11 Instrumment selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 9 et 10, caractérisé en ce que la courbe qui représente l'équation du temps (ET) est reportée sur la surface tournante (C) par des tronçons ( 1 à 12) qui indiquent les points d'intersection de chaque mois de l'année avec la courbe (ET) et que la courbe (ET) constitue l'indice de référence sur le secteur (St) pour la rotation en degrés de longitude est-ouest de la couronne circulaire

(Cr') de la surface tournante (C) sur la couronne circu-

laire (Cr) de la surface fixe (A).

12 Instrument selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 11, caractérisé en ce que toutes les valeurs résultant de la position du soleil peuvent être obtenues et sont rapportées à n'importe quel point d'observation

de la terre, quelque soit sa situation.