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URA 1397 | |
Inventaire des
instruments scientifiques anciens
dans les établissements publics
| Métrologie | - | Mesure |
Alidade à pinnules
Vers 1850. Inscription : B.Bianchi
à Paris et Toulouse
| Laiton, acier; lycée Fermat, Toulouse. L'alidade sert à opérer la
mesure d'angles. Elle consiste en une règle (de l'arabe alidada) qui porte un système de
visée dit à pinnules, (du latin pinnula "petite aile"). Ce sont deux plaques
de cuivre fixées perpendiculairement, par des charnières, aux extrémités de l'alidade,
et percées d'orifices étroits: petit trou, fente étroite sans fil, fente avec fil
médian (dioptre). On place l'alidade sur une table ou une planchette. Un repérage consiste à mettre en coïncidence deux orifices avec un point visé au loin. On vise ensuite un second point. Passant ainsi d'une visée à l'autre, on mesure et on marque sur la table l'angle que font les deux directions choisies, que l'on peut mesurer ensuite au rapporteur. |
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D'ordinaire, l'alidade est employée comme composante des appareils de
géodésie. Dans la plupart des cas, l'alidade est montée de façon à pivoter au centre
d'un cercle gradué, comme sur le graphomètre ou l'astrolabe. On attribue à Thalès de
Milet (640-548 avant J.C.) les débuts de la géodésie; il aurait rapporté d'Egypte les
fondements de la géométrie. Hipparque (2ème siècle avant J.C.) se servait des pinnules
(ou dioptres) et de l'astrolabe dont on lui attribue l'invention.
Cathétomètre
Inscription : BARTHELEMY BIANCHI
A PARIS 1861.
| Laiton tourné, ajusté et verni, H environ 60 cm; lycée Jacques Decour,
Paris. Sert à la mesure de très petites distances verticales, par exemple, mesure des
ascensions capillaires en hydrostatique. Une lunette réticulée, horizontale et dotée
d'un niveau à bulle coulisse avec un vernier le long d'une règle verticale graduée,
laquelle, fixée à une colonne, tourne librement elle-même autour de ce support, sur un
pied doté de niveaux à bulles. La colonne verticale est traversée suivant son axe par
une barre métallique autour de laquelle se fait la rotation. Pour mesurer la distance
verticale entre deux points, on installe le cathétomètre à une distance telle que ces
deux points puissent être distingués nettement dans la lunette et on règle
l'instrument. Ayant pris un repère de départ pour placer le premier point au centre du
réticule de la lunette, on déplace celle ci pour y amener le second point. Le jeu du
vernier permet une mesure très précise. Deleuil fils (in Notice historique sur mon établissement et sur les produits que je soumets à l'appréciation du jury international de l'exposition universelle de Londres, 1862) explique que cet instrument était peut-être connu avant Gambey, chez qui il avait travaillé. Gambey l'avait perfectionné en faisant jouer à la colonne le double rôle de boîte de centre et de règle directrice au support de la lunette, et en applicant deux niveaux au pied de l'instrument. |
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Goniomètre de Wollaston
Appliquer la
réflexion des images à la mesure des angles que font entre elles les faces des prismes,
des cristaux naturels ou artificiels, tel est le principe de cet instrument. Le procédé
en est dû au physicien Etienne-Louis Malus (1775-1812), et c'est William Hyde Wollaston
(1766-1828) qui l'a rendu pratique. On distingue deux sortes de goniomètres: les goniomètres d'application (goniomètre d'Haüy, rapporteur sur lequel sont adaptées deux alidades, goniomètre de Brongniart) et les goniomètres à réflexion, applicables surtout aux cristaux très petits à faces brillantes. Le goniomètre de Wollaston appartient à cette dernière classe. D'autres manipluations permettent de déterminer l'indice de réfraction du cristal examiné. |
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Lycée Marceau, Chartres |
Graphomètre
Vers 1870. Inscription : Ducretet
à Paris
| Le graphomètre est un instrument destiné à mesurer les angles, dans le
plan horizontal. Il comprend deux alidades ou règles à pinnules relevées à angles
droit, montées sur un limbe; demi-cercle évidé et gradué en degrés. Celui-ci porte
une boussole. L'une des alidades, nommée ligne de foi ou de collimation, est fixée et
dirigée selon le diamètre du limbe. L'autre alidade est mobile autour du centre du limbe
et pointe sur les graduations. L'ensemble est destiné à être porté sur un trépied par une rotule, dite aussi genou à coquilles, qui consiste en une petite sphère fixée par une tige sous le centre du limbe. |
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On peut serrer cette sphère par deux coquilles que l'on peut approcher ou
écarter à volonté à l'aide d'une vis à papillon. Les deux coquilles se prolongent en
une pièce cylindrique appelée douille, que l'on emmanche sur l'axe du trépied de bois.
Ce dispositif permet de fixer le limbe dans une position quelconque. La boussole permet la
détermination du plan méridien magnétique et donc celle du méridien géographique si
on connaît la déclinaison du lieu où se font les mesures.
Pour mesurer un angle avec le graphomètre, on prend deux repères éloignés, et on place
l'instrument à l'aplomb du sommet de l'angle. On dispose le limbe aussi horizontalement
que possible, en s'aidant éventuellement d'un niveau. On vise un premier point avec
l'alidade fixe, puis en conservant cette position à l'appareil, on vise l'autre point,
qui peut être le méridien géographique, avec l'alidade mobile. On lit ensuite sur le
limbe du graphomètre le nombre de degrés de l'arc compris entre les deux alidades.
Sextant
| Sextant en ébène. Lycée Lalande, Bourg-en-Bresse. Du latin sextans antis: "sixième partie de..."; car il comporte un limbe couvrant 60 degrés. Le sextant, instrument de navigation, sert à la mesure d'angles, et contribue à "faire le point", par la mesure des hauteurs sur l'horizon des astres comme l'étoile polaire, le soleil, etc., et par voie de conséquence, le calcul de la latitude. En escadre, par la mesure de la dimension angulaire d'un navire de type et de dimensions connus, le sextant permet le calcul de la distance à ce navire. |
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Sphéromètre de Govi
| Le sphéromètre sert à la mesure d'une faible épaisseur;
par exemple, la mesure du rayon de courbure d'une surface sphérique, miroir ou face de
lentille. Posé sur un marbre (surface rigoureusement plane), le sphéromètre permet
également la mesure d'épaisseurs, et le calibrage de jauges. Un support rigide repose sur trois pointes, et sert d'écrou pour une vis verticale au pas très fin, coiffée d'un bouton à godrons qui porte un disque horizontal gradué, et munie d'une pointe mousse à sa base. Un index vertical, sorte de réglette graduée, est fixée sur le trépied, et reste en regard de la graduation du pourtour du disque. Il permet de mesurer la rotation de la vis et donc la translation verticale. |
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Lycée Champollion, Grenoble |
Ainsi, avec un pas de vis de 1mm et un disque comportant 500 divisions
équidistantes, il serait possible de mesurer des distances de l'ordre de 2 microns, s'il
n'y avait pas d'erreurs liées aux manipulations et au jeu de l'instrument.
Pour la mesure d'un rayon de courbure, on pose l'instrument sur la surface sphérique à
mesurer. Les points de contact des trois pieds définissent la base d'une calotte
sphérique dont la pointe de la vis va touchant le sommet. On mesure ainsi la flèche f
comme une épaisseur. Le rayon r du sphéromètre (distance d'un des
pieds au centre) étant une donnée connue, le rayon de courbure C à
mesurer se déduit de la relation: r²=f(2C-f).
Pour mieux détecter le contact de la pointe centrale avec la surface, on utilise parfois
un système à levier. C'est le sphéromètre à levier de Perreaux, dont un exemplaire
figure dans les collections de l'ENSP de Montrouge.
Théodolite
| Le théodolite sert à mesurer les deux angles, distance
zénithale et azimutale, qui définissent une direction, afin de lever les plans, ou
déterminer, en astronomie l'azimut et la grandeur apparente d'un corps céleste. On appelle distance zénithale l'angle que fait la direction (celle d'une étoile par exemple) avec la verticale du lieu. Le complément de cet angle est la hauteur sur l'horizon. On appelle azimut l'angle que fait le plan vertical qui contient la direction avec un plan vertical de référence, par exemple les plans méridiens géographique et magnétique. Un trépied muni d'un niveau à bulle porte deux cercles gradués chacun muni d'un vernier circulaire et d'une alidade à lunette réticulée. Le cercle vertical permet la mesure de la distance zénithale, c'est le cercle des hauteurs, dont l'astrolabe est le précurseur; le cercle horizontal permet la mesure de la distance azimutale, exactement comme le fait le goniomètre. Sur les modèles les plus soignés, de petites loupes surplombent les verniers circulaires pour plus de lisibilité. |
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Lycée Alain Fournier, Bourges |
On attribue l'invention du théodolite à Jesse Ramsden (1735-1800), opticien anglais, constructeur d'instruments de physique. Le théodolite est l'instrument fondamental de la géodésie par triangulation, c'est-à-dire la mesure des angles d'un triangle formé par trois points, tels que les sommets de trois montagnes.
Vernier (vue rapprochée d'un théodolite)
Vers 1880. Inscription : Ateliers Ruhmkorff,
J. Carpentier Ingr. Constr. Paris
n°1270
| Le vernier tire son nom de celui de son inventeur, mathématicien français qui vécut au XVIIe siècle. Cet instrument s'est employé dans de nombreux instruments de physique, comme les baromètres et cathétomètres. On l'utilise de nos jours dans différents appareils de mesure: pieds à coulisse, jauges de profondeur, etc. Le vernier est formé de deux règles coulissantes l'une sur l'autre. La plus grande est fixe et divisée en parties égales (aujourd'hui des millimètres); la plus petite règle est mobile, c'est elle qui est proprement le vernier. Sa graduation présente la caractéristique suivante, c'est que dix de ses divisions égalent en longueur 9 des divisions de la grande règle. |
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Il résulte de cela que chacune de ces dix divisions est plus petite d'un dixième que
celles de la grande règle. Si l'on fait coulisser la petite règle sur la grande de
l'intervalle qui correspond à la longueur d'un objet à mesurer, soient n divisions plus
une fraction, le vernier pourra évaluer cette fraction, en dixièmes de millimètres, il
suffira pour cela de chercher à quel endroit de fait la coïncidence entre les divisions
des deux règles. Pour une mesure à un vingtième, ou à un cinquantième de
millimètres, le vernier porte 20 ou 50 divisions sur 19 ou 49 millimètres. A un tel
niveau de précision, une loupe surplombe nécessairement la partie lisible du vernier. On
fait aussi usage du vernier dans la mesure des arcs, notamment sur les théodolites, pour
évaluer en minutes et secondes les fractions de degrés.
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