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Unearmille (du latinarmilla : cercle, bracelet) est uninstrument de mesure et d'observationastronomique utilisé dès leIIIe siècle av. J.-C. parÉratosthène puis au siècle suivant parHipparque. Son usage, sous sa forme originelle, se perpétue jusqu'à laRenaissance.
Elle est constituée d'un cercle — ou disque — métallique, gradué ou non, avec le plus souvent unealidade àpinnules. Orientée suivant un cercle particulier de lasphère céleste, elle permet des observations et la mesure d'angles sur360° dans le plan de ce cercle. Deux armilles particulières peuvent être associées pour définir la position d'astres dans différentssystèmes de coordonnées célestes. L'assemblage complexe de plusieurs armilles permet d'obtenir la sphère armillaire classique.
Ce sont des représentations des grands cercles de la sphère céleste définie par sessystèmes de coordonnées célestes de base[1]. D'autres armilles secondaires, se trouvent associées à la construction des sphères armillaires pédagogiques[2].
Dans lesystème de coordonnées horizontales de la sphère céleste locale on trouve :
L'armille horizontale, fixe, matérialise le plan de référence. Elle est parallèle au plan de l'horizon(H) de l'observateur. Elle permet de localiser les lieux de lever et de coucher des astres et notamment du Soleil. Avec des précautions particulières, elle permet de trouver l'orientation du sud local. Le sud étant ensuite pris comme référence, l'armille peut servir à mesurer l'azimut A d'un astre dans le plan horizontal. Elle peut alors porter le nom d'armilleazimutale[N 1].
Elle matérialise un grand cercle vertical(V) de la sphère céleste. Elle tourne autour de l'axe vertical (zénith-nadir) la contenant. Elle permet de mesurer lahauteur h d'un astre (ou son complément, ladistance zénithale z). En association avec une armille horizontale, elles permettent de déterminer lescoordonnées horizontales des astres.
Placée dans le plan duméridien local(M), c'est un autre plan fixe de référence ; elle permet de mesurer les hauteurs méridiennes des astres dont la hauteur méridienne du soleil auxsolstices d'été et d'hiver.
Dans lesystème de coordonnées équatoriales, on trouve :
L'armille équatoriale, matérialise le plan de référence. Elle est parallèle au plan de l'équateur céleste(Eq). Fixe et seule, elle permet de déterminer l'instant de l'équinoxe. L'armille équatoriale peut aussi porter le nom d'armille équinoxiale.
Elle matérialise un grand cercle horaire(hor) de la sphère céleste. Elle tourne autour d'un axe parallèle à l'axe des pôles célestes la contenant. Elle permet de mesurer ladéclinaisonδ d'un astre.En association avec une armille équatoriale, elles permettent de déterminer lescoordonnées équatoriales des astres ; le couple de ces deux armilles porte souvent le nom d'« armilles équatoriales » sans différenciation, ce qui prête à confusion. Pour enlever toute ambiguïté, certains auteurs préfèrent parler d'armilles « équatoriennes » ; on trouve aussi l'appellation « sphère armillaire équinoxiale ».
Dans lesystème de coordonnées écliptiques, on trouve :
Elle matérialise le grand cercle de l'écliptique(Ecl).
Elle matérialise un grand cercle(Lat) sans nom particulier. Elle tourne autour d'un axe parallèle à l'axe des pôles de l'écliptique la contenant. Elle permet de mesurer lalatitude écliptique β d'un astre.En association avec une armille écliptique, elles permettent de déterminer lescoordonnées écliptiques des astres ; le couple de ces deux armilles porte souvent le nom d'« armilles écliptiques » sans différenciation, ce qui prête à confusion. Certains auteurs préfèrent parler d'armilles « zodiacales » (telTycho Brahe), ce qui enlève toute ambiguïté ; on trouve aussi l'appellation « sphère armillaire écliptique ou zodiacale ».
Tout au début duIIIe siècle avant notre ère,Timocharis d'Alexandrie etAristylle « semblent avoir été les premiers à avoir repéré la position des étoiles par rapport à l'écliptique,…, et observer plusieurs solstices[3]. »Bailly, commentantPtolémée, « ne peut douter qu'ils n'eussent des instruments circulaires et divisés[4]. » ; Delambre dit qu'« on peut conjecturer avec quelque vraisemblance de l'emploi d'une armille solsticiale [méridienne]… » Mais il n'existe aucune preuve que ces relevés aient été réalisés à partir d'armilles[5].
Dans la seconde moitié duIIIe siècle avant notre ère,Ératosthène, d'après Ptolémée, fait placer des armilles dans le portique (observatoire) d'Alexandrie. Il est donc considéré comme l'inventeur de ces instruments[6]. Il s'agissait d'armilles équatoriales (ou plutôt équatoriennes) et d'armilles solsticiales (deux armilles méridiennes concentriques). D'aprèsProclus, cet instrument était un cercle de cuivre d'un mètre de diamètre environ, gradué en sixièmes de degré, donc de 10' en 10'. Il aurait servi à mesurer l'obliquité de l'écliptique ε, d'après Ptolémée ; mais Delambre en doute, la valeur trouvée ε = 23° 51' 20" étant incompatible avec les graduations de 10' en 10' de l'instrument. Ce dernier pense donc qu'il a plutôt utilisé un gnomon[7] pour déterminer ε.
Dans le milieu duIIe siècle avant notre ère,Hipparque rédige un catalogue d'étoiles dont les coordonnées sont essentiellement équatoriales (850 étoiles environ), mais certaines de ces coordonnées sont aussi écliptiques (plus de 122)[8]. Il utilise pour ses relevés des armilles de tous types qu'il améliore. Il est dit être le premier à avoir placé des pinnules sur les alidades[9]. Parmi les armilles simples, Hipparque, cité par Ptolémée, parle d'une armille équinoxiale (équatoriale) fixe placée dans le « portique carré » d'Alexandrie ; elle permettait de déterminer l'instant de l'équinoxe, d'où son nom[9]. ÀRhodes, où il observe, il en existe plusieurs. Elles sont attachées à une muraille ou fixées au pavé de la palestre (terrain de sport)[10]. Pour ses observations par rapport à l'écliptique, il utile probablement des armilles telles que celles décrites par Ptolémée dans l'Almageste.
Dans la première moitié duIIe siècle,Ptolémée décrit dans le détail certains de ses instruments qu'il a conçus ou tout simplement perfectionnés[11].
Les astronomes du monde islamique augmentent considérablement les dimensions des sphères armillaires. AuXIIIe siècle, àMaragha enIran et auXVe siècle àSamarcande enOuzbékistan, les observatoires se servent de ces instruments pour l'observation et la mesure[16].
L'astronome al-Wafa'î, († 1469) qui travaille au Caire décrit une armille équatoriale dans sestables auxiliaires,un de ses ouvrages manuscrit dont la Bibliothèque Vaticane garde l'unique copie[17].
La traduction de textes arabes dans leLivre du savoir du roiAlphonse X de Castille comporte en illustration un assemblage d'armilles ou sphère armillaire (ca. 1279).
Depuis plusieurs millénaires, les astronomes ont noté les phénomènes célestes de l'Empire du Milieu. Il existe des textes relatifs aux observations dès leVe siècle avant notre ère, mais les instruments utilisés ne sont guère connus.
Des instruments armillaires existent probablement sous une forme certainement élaborée au début de notre ère :« On attribue à l'astronome des Han,Zhang Heng (°78 - †139), l'idée d'associer une sphère armillaire à une clepsydre pour constituer une horloge astronomique. Cette tradition, progressivement améliorée, a abouti en 1088 à la célèbre horloge astronomique réalisée par Han Gonglian sous la direction du ministreSu Song. » Le traité original écrit pour sa construction existe toujours. Une représentation de l'horloge avec sa sphère armillaire y est grossièrement dessinée.
Plus tard, l'Observatoire antique de Pékin, fondé en 1279, comporte des instruments qui ont disparu, mais des copies, datant desMing (1442), se trouvent aujourd'hui à l'observatoire de laMontagne Pourpre àNankin. Parmi eux deux instruments armillaires particuliers et une sphère d'observation :
Le plus grand des instruments particuliers est une monture équatoriale où sont associées deux armilles : une armille équatoriale[N 3] et une armille horaire, l'ensemble tournant autour de l'axe des pôles. L'armille horaire comporte toujours son alidade à pinnules.On peut juger sur l'image des dimensions de cet instrument.[Quoi ?]
Plus discret, un autre instrument se trouve à proximité. Il s'agirait d'un instrument comportant un couple d'armilles pour effectuer des relevés de coordonnées écliptiques[18].
La sphère d'observation, de bonne facture et aux dimensions elles aussi imposantes, semble être une sphère pour coordonnées équatoriales. Les colures et l'écliptique sont aussi visibles.
Toujours à l'Observatoire antique de Pékin, auXVIIe siècle, le pèrejésuiteFerdinand Verbiest ( °1623 - †1688) fait installer des instruments astronomiquespré-télescopiques sur la terrasse de l'observatoire. Ces instruments y sont toujours visibles. Parmi eux trois instruments armillaires :
En 1574, àFlorence, enItalie,Danti, fait installer sur la façade de labasilique Santa Maria Novella deux armilles fixes. Sa finalité, tout comme Ptolémée, est de définir l'instant de l'équinoxe. Ce sont :
Le 11 mars, à10 h 24, le soleil traverse l'équateur céleste, et par là-même, l'ombre du bandeau avant de l'armille équatoriale passe de la partie supérieure à la partie inférieure sur le bandeau arrière. L'inclinaison de l'armille équatoriale étant légèrement incorrecte, Danti se trompe d'environ2 h 30 min. Ces armilles « équinoxiales » existent toujours[20].
Dans le dernier quart duXVIe siècle, l'astronomeTycho Brahe crée et utilise un grand nombre d'instruments d'observation.En 1598, il décrit et illustre dans son ouvrage latinMécanique de l'astronomie rénovée tous les instruments dont il s'est servi. Parmi eux, cinq instruments armillaires de différents types. Soit, dans l'ordre de l'ouvrage et traduit littéralement par Jean Peyroux :
Tycho Brahe sera un des derniers astronomes à utiliser des instruments armillaires. Complexes, ils étaient chers et ils présentaient des défauts d'équilibrage qui jouaient sur l'exactitude des mesures. Quelque cinquante ans après Tycho,Johannes Hevelius le dernier des« astronomes prétélescopiques » ne les utilisait plus[23]. La lunette astronomique, montée sur différents instruments, fera rapidement oublier les armilles[N 4], à l'exception des sphères armillaires pédagogiques qui, elles, existent toujours[24].
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