Installée en l'an 1410, cette horloge extérieure géante du centre-ville de Prague tourne depuis plus de 600 ans, et est la plus ancienne horloge astronomique au monde toujours en activité

Une horloge astronomique est une horloge qui affiche l'heure ainsi que des informations relatives à l'astronomie.

De façon générale, le terme fait référence à toute horloge qui affiche, en plus de l'heure, des informations astronomiques. Parmi celles-ci : les positions relatives du Soleil, de la Lune, des constellations du Zodiaque, les planètes les plus brillantes, ainsi que toutes sortes d'informations cycliques comme la durée du jour et de la nuit, l'âge et la phase de la lune, la date des éclipses (par l'indication des nœuds lunaires), de Pâques et d'autres fêtes religieuses, la date et l'heure des marées, l'heure solaire, le temps sidéral, la date des solstices, une carte du ciel, etc. Les horloges astronomiques sont parfois agrémentées de toutes sortes de symboles religieux, culturels, artistiques ou scientifiques, voire d'automates.

Les horloges astronomiques les plus anciennes représentent le système solaire selon un modèle géocentrique. Le centre du cadran comporte alors un disque ou une sphère représentant la Terre. Le soleil est souvent représenté par une sphère dorée tournant autour de la terre une fois par jour sur un cadran 24 heures. Cette représentation s'accorde à la fois à l'expérience de tous les jours et à la vision philosophique du monde en Europe pré-copernicienne.

Le modèle héliocentrique a été admis en Occident à partir de la fin du xvii^e siècle, quand les travaux de Newton sont venus confirmer les observations de Copernic et de Galilée.

Les horloges astronomiques ne doivent pas être confondues avec les régulateurs astronomiques, d'anciennes pendules utilisées dans des observatoires, de grande précision mais parfaitement classiques.

Histoire

Même s'il ne s'agit pas d'une horloge dans le sens traditionnel du terme, la Machine d'Anticythère en Grèce, au ii^e siècle av. J.-C., est capable de calculer les positions du soleil, de la lune et des étoiles à l'aide d'un jeu complexe d'engrenages1. Selon Cicéron, au i^er siècle av. J.-C., Archimède et Posidonios construisent également des machines effectuant ces opérations2.

La tour des Vents d'Athènes, ou horloge d'Andronicos, située sur l'Agora romaine, est la plus ancienne horloge astronomique hydraulique (1er siècle ap. J.-C.) dont le bâtiment et les traces du mécanisme subsistent encore aujourd'hui. D'autres horloges semblables furent construites dans diverses grandes villes de l'Empire Romain.

Au xi^e siècle sous la dynastie Song, l'horloger, ingénieur et astronome chinois Su Song conçut une horloge astronomique hydraulique pour la tour-horloge de Kaifeng. Su Song y incorpora un mécanisme d'échappement et la plus ancienne transmission par chaîne sans-fin connue. À la même époque, les astronomes et ingénieurs musulmans construisirent de nombreuses horloges astronomiques relativement précises pour leurs observatoires3, comme le château-horloge (en) (une horloge astronomique hydraulique) d'Al-Jazari en 12064, ou l'horloge astrolabique d'Ibn al-Shatir au début du xiv^e siècle5.

Les premiers développements d'horloges mécaniques en Europe ne sont pas bien connus, mais il semblerait que vers 1300 - 1330, il en existe (alimentées par des poids plutôt que par de l'eau et utilisant un échappement) pour deux buts principaux : informer (chronométrage des services religieux et des événements publics) et modéliser le cosmos. Ce dernier but semble provenir des astrolabes, utilisés alors par les astronomes et astrologues, auxquels est appliqué un mécanisme d'horloge. Selon le médiéviste Lynn White Jr., les premières horloges européennes sont moins des chronomètres que des expositions du cosmos, leur origine remontant aux planétaires, équatoires et astrolabes à engrenages6. Ce point de vue est contesté par d'autres historiens comme Jacques Le Goff, qui soulignent l'importance croissante du rythme du temps pour les populations urbaines, notamment pour les élites politiques, marchandes ou religieuses.

Les horloges astronomiques de Richard de Wallingford à St Albans pendant les années 13307 et de Giovanni Dondi à Padoue entre 1348 et 1364 furent des chefs-d'œuvre du genre. Elles n'existent plus, mais on en connaît des descriptions détaillées. L'horloge de Wallingford aurait mis en scène le soleil, la lune (âge, phase et nœuds), les étoiles et les planètes, ainsi qu'une roue de Fortune et un indicateur des marées au pont de Londres. L'Astrarium de Dondi est une construction à sept faces comportant 107 parties mobiles, indiquant les positions du soleil, de la lune et des cinq planètes connues alors, ainsi que les fêtes religieuses. Ces premières horloges sont probablement moins précises que les souhaits de leurs concepteurs. La fabrication des engrenages nécessaires était au-delà des capacités de l'époque. De plus, avant le xvi^e siècle, leur mécanisme de mesure du temps repose sur un simple échappement foliot, qui possède une erreur d'au moins une demi-heure par jour.

Les horloges astronomiques étaient construites comme pièces de démonstration ou d'exposition, aussi bien pour impressionner que pour informer. Du fait de leur complexité, les horlogers ont continué à en produire pour montrer leurs compétences techniques ainsi que la richesse de leurs mécènes. Leur message philosophique sous-jacent, un univers ordonné par la volonté divine, était en harmonie avec la vision du monde à l'époque.

L'intérêt croissant pour l'astronomie au xviii^e siècle ravive celui des horloges astronomiques, moins pour leur message philosophique que pour leurs informations, plus précises que ce que peuvent produire les horloges à pendule.

Heure

La plupart des horloges astronomiques ont un cadran à 24 heures, numérotées de I à XII, puis à nouveau de I à XII. L'heure est indiquée par une sphère dorée ou une autre représentation du soleil, placée au bout d'une aiguille. Le midi local est généralement au sommet du cadran, minuit étant en bas. L'aiguille des minutes est rarement utilisée.

L'aiguille donne une indication approchée de l'azimut et de l'altitude du soleil. Pour l'azimuth, le sommet du cadran indique le Sud, les deux VI l'Est et l'Ouest ; pour l'altitude, le sommet est le zénith et les deux VI définissent l'horizon (ce design ne fonctionne que pour l'hémisphère nord). Cette interprétation n'est vraiment précise qu'aux équinoxes, toutefois.

Si XII n'est pas au sommet du cadran, ou si les nombres sont arabes plutôt que romains, l'heure peut être indiquée en heures italiques. Dans ce système, 1 heure se produit au coucher du soleil ; le décompte des heures se poursuit pendant la nuit et jusqu'à l'après-midi suivant, atteignant 24 une heure avant le coucher du soleil. Dans la photographie de l'horloge astronomique de Prague en introduction de cet article, l'heure indiquée par l'aiguille du soleil est proche de midi (XII en chiffres romains) ou de la 17^e heure (heure italiques en chiffres arabes).

Calendrier et zodiaque

L'année est représentée par les douze signes du Zodiaque, placés soit dans un cercle concentrique au cadran horaire, soit dans un petit cercle excentré.

Si le cercle est excentré, il s'agit d'une projection de l'écliptique, le plan de l'orbite terrestre (ou le grand cercle de la trajectoire du soleil sur la sphère céleste), sur le cadran de l'horloge. À cause de l'inclinaison de l'axe de rotation de la terre sur son plan orbital, le cercle n'est pas centré et apparait déformé. Le point pour la projection stéréographique est le pôle Nord (sur un astrolabe, le pôle Sud est plus courant).

Le cadran écliptique effectue une révolution complète en 23 heures et 56 minutes (un jour sidéral) et se déphase graduellement avec l'aiguille horaire, dérivant lentement au cours d'une année.

La date est indiquée par l'intersection de l'aiguille horaire et du cadran écliptique : elle affiche le signe du zodiaque courant, la position du soleil le long de l'écliptique. Cette intersection se décale progressivement sur une année tandis que le soleil passe d'un signe à l'autre.

Dans la photographie de l'horloge astronomique de Prague en introduction de cet article, le disque solaire s'est récemment déplacé dans le Bélier après avoir quitté les Poissons. La date est donc fin mars ou début avril.

Si le cercle est centré, il tourne afin de s'aligner avec l'aiguille horaire ou possède une autre aiguille, effectuant une révolution par an, qui pointe vers le signe du zodiaque courant.