Les méthodes de la navigation








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Table des matières


1.Les méthodes de la navigation 2

2.Débuts historiques de la détermination de la latitude 3

3.Débuts historiques de la détermination de la longitude 4

4.Coordonnées 4

a)La latitude 4

b)La Longitude 5

c)L’altitude 6

  1. Les méthodes de la navigation


La science de la navigation a pour objet principal la solution des deux problèmes suivants :

  1. Déterminer la route à suivre pour se rendre d'un lieu à un autre.

  2. Faire le point, c'est-à-dire déterminer la position du navire sur la surface des mers.

La résolution de ces problèmes exige des observations et des calculs, différents suivant les circonstances.

D'où plusieurs méthodes de navigation :

  1. « Navigation à l'estime », dans laquelle les éléments des calculs sont tirés uniquement des indications du loch et du compas.

  2. « Navigation observée », dans laquelle on utilise des observations d'objets de positions connues. Elle se subdivise en suivant en navigation côtière ou astronomique que les objets observés sont des points terrestres ou en navigation astronomique, des astres.

  3. « Navigation radioélectrique », dans laquelle on fait appel à des moyens radioélectriques, et comprenant, en particulier, la navigation par satellite artificiel de la terre.

Dans ce qui suit, il est fait un bref survol de la seule navigation astronomique. Le problème de cette méthode s'est posé lorsque les navigateurs quittèrent de vue le rivage. Sur la surface des mers, rien ne change d'aspect que le ciel. Il était donc naturel que les navigateurs demandent à l'astronomie de leur venir en aide.

La navigation hors de vue de côtes fut très longtemps un art réservé à quelques initiés. Elle est devenue une Science relativement précise et sûre grâce à la détermination astronomique du point. C'est par une lente transformation et par des chemins parfois sinueux, qu'une méthode simple a vu le jour, à la suite des progrès accomplis par l'Astronomie et de ceux réalisés dans la construction des instruments de mesure : mesure d'angles et mesure de temps. Cette méthode est celle des droites de hauteur.


Figure Latitude et Longitude
Évolution, en abrégé de la navigation astronomique : Le problème du "point" présente deux recherches, de difficultés bien différentes. L'une est la détermination de la latitude, l'autre celle de la longitude. De plus, il suppose que le navigateur possède des cartes côtières et océaniques exactes, afin d'y repérer, sans erreur, sa position.
  1. Débuts historiques de la détermination de la latitude


Pour la détermination de la latitude, le navigateur s'adressa d'abord à l'étoile polaire. Dès le XIVe siècle, en mesurant avec l'astrolabe nautique la hauteur de l'étoile Polaire, le navigateur obtenait, avec une légère correction que les pilotes savaient par cœur, sa latitude.

Figure Utilisation de l'astrolabe

Ce procédé si commode ne pouvait cependant suffire à lui seul pour tous les besoins de la navigation. Il n'était utilisable que de nuit. De plus, l'étoile polaire n'est visible que dans l'hémisphère nord. À mesure que les navigateurs s'approchaient de l'équateur, la polaire s'abaissait de plus en plus sur l'horizon, puis cessait d'être visible pour eux. Aucune étoile brillante ne joue un rôle analogue dans l'hémisphère sud

Il fallait trouver une méthode susceptible d'être employée le jour sur toute la Terre. C'est Martin de Behaim astronome du roi Jean II de Portugal qui, vers 1485, répandit l'usage de tables pratiques de déclinaison du soleil, et enseigna aux navigateurs le moyen d'avoir leur latitude à l'aide de la hauteur méridienne du Soleil prise à l'astrolabe nautique.

Ce progrès marque une époque dans la navigation astronomique. Toutes les navigations se feront à l'estime, en partie rectifiée par la latitude observée (jusqu'à la fin du XVIIIe siècle). C'est aussi en latitude qu'on atterrira, suivant un procédé utilisé encore aujourd'hui. On chercha à perfectionner les instruments de mesure de hauteurs, car toute erreur sur la hauteur se reporte intégralement sur la latitude.

Aussi vit-on éclore différents instruments : l'anneau astronomique, l'arbalestrille, le quart nautique ... Ainsi les navigateurs possédaient à la fin du XVe siècle le moyen de déterminer astronomiquement l'une des coordonnées du point, la latitude. Mais la longitude restait encore du domaine de l'estime.
  1. Débuts historiques de la détermination de la longitude


On pensa quelque temps pouvoir déduire la longitude de la déclinaison magnétique (Christophe Colomb). On parlait encore de ce procédé trois siècles après sa découverte. Astronomiquement, la longitude est égale à la différence des angles horaires ou des temps simultanés d'un même astre dans le lieu où l'on se trouve et dans le lieu origine des longitudes. L'angle horaire d'un astre dans un lieu à un instant donné était relativement facile à déterminer, même avec les instruments rudimentaires dont on disposait au XVe siècle. Il n'en allait pas de même pour la détermination de l'angle horaire de l'astre dans le lieu origine. Il faut remarquer que le problème a été résolu, en principe, presque aussitôt posé, c'est-à-dire vers le milieu du XVIe siècle.

On peut constater que les savants trouvèrent immédiatement les procédés qui, après plus de deux siècles et demi de travaux, devaient fournir la solution cherchée. D'une part, utilisation des signaux instantanés que présente le ciel, visibles à la fois sur tout un hémisphère et dont l'instant a été calculé à l'avance en temps du 1er méridien. D'autre part, construction d'un appareil permettant de conserver avec une grande précision l'heure du 1er méridien.

C'est ainsi qu'avait été préconisé l'emploi des « distances lunaires » et celui des montres. Mais au XVIIe siècle, la résolution du problème des longitudes restait stationnaire car elle nécessitait une astronomie, une physique et une technique dans un état d'avancement que ces disciplines n'avaient pas.

Dès lors, puisque les méthodes astronomiques ne donnaient pas satisfaction, il fallait faire retour à des méthodes terrestres et naviguer en se passant du ciel, donc revenir à l’estime. Puisqu'on ne parvenait pas à tirer parti des mouvements célestes, par suite de la grossièreté des instruments d'observation et de l'imperfection des tables astronomiques, il était normal de penser qu'on arriverait avec moins de difficultés à mesurer exactement des angles et des vitesses sur la Terre.

Ce n’est qu’au XIXème siècle, avec l’utilisation de chronomètres précis et du sextant que le calcul de la longitude atteignit une bonne précision.
  1. Coordonnées

  1. La latitude


La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord ou sud d'un point sur Terre. D'un point de vue mathématique, la latitude d'un point est l'angle au centre que forme la normale (verticale) en ce point avec le plan équatorial.

La latitude est une mesure angulaire s'étendant de 0° à l'équateur à 90° aux pôles.

Les points de même latitude constituent un cercle approximatif appelé parallèle (les irrégularités du cercle sont liées aux variations d'altitude), sauf aux pôles où ce cercle se réduit à un point. Ces cercles sont inscrits dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation de la Terre.

Plus la latitude s'écarte de 0°, plus on s'éloigne du plan de l'équateur, cependant la latitude n'est pas une mesure proportionnelle à la distance entre les deux plans, mais proportionnelle à la distance la plus courte pour rejoindre l'équateur en parcourant la surface terrestre soit vers le nord géographique soit vers le sud géographique. En effet, la distance au plan de l'équateur ne varie pratiquement pas près des pôles même si la latitude varie beaucoup, au contraire des plans de latitude près de l'équateur où la variation de la distance inter-plan est minimale.
  1. La Longitude


La longitude est une valeur angulaire, expression du positionnement est ou ouest d'un point sur Terre. En géodésie, c'est l'angle au centre que forme le plan passant par ce point et par l'axe de rotation de la terre avec le plan du méridien de Greenwich.

Tous les lieux situés à la même longitude forment un demi-plan limité par l'axe des pôles géographiques, coupant la surface de la terre sur un demi-cercle approximatif dont le centre est le centre de la Terre, l'arc allant d'un pôle à l’autre. Un tel demi-cercle est appelé méridien.

À la différence de la latitude (position nord ou sud) qui bénéficie de l'équateur et des pôles comme références, aucune référence naturelle n'existe pour la longitude.

La longitude est donc une mesure angulaire sur 360° par rapport à un méridien de référence, avec une étendue de -180° à +180°, ou respectivement de 180° ouest à 180° est.

Le méridien usuel de référence est le méridien de Greenwich (qui sert aussi de référence pour les fuseaux horaires).

À titre d'exemple, la salle E105 à l’IUT a une latitude de 44,915123° nord (ou 44° 54 minutes 54,4428 secondes Nord) et une longitude de 4,915760° est (ou 4° 54 minutes 56,7360 secondes Est)

Pour donner une comparaison approximative en distance de ces unités à la surface de la Terre, le périmètre de la Terre qui correspond à 360 ° est d'environ 40 000 km. Plus précisément, il est de 40 075,017 km à l'équateur ; par conséquent :

  • Un degré représente environ 111,319 km (à l'équateur) ;

  • Une minute représente environ 1,855 km (à l'équateur) ;

  • Une seconde représente environ 30,92 m (à l'équateur).

Les mesures inférieures à la seconde sont notées avec le système décimal.

Ces distances correspondant à un écart de longitude (en degré, minute ou seconde), varient selon la latitude du lieu, puisque les méridiens terrestres se rapprochent progressivement depuis l'équateur vers les pôles. Le tableau ci-dessous en donne quelques exemples illustratifs.

Longueurs des écarts de longitudes à différentes latitudes

Latitude

Ville

Degré

Minute

Seconde

0,0001°

60°

St Pétersbourg

55,80 Km

0,930Km

15,50 m

5,58m

51°28’38’’N

Greenwich

69,47Km

1,158Km

19,30m

6,95m



Quito

111,3Km

1,855Km

30,92m

11,13m
  1. L’altitude


L'altitude est une grandeur qui exprime un écart entre un point donné et un niveau de référence ; par convention, sur Terre ce niveau est le plus souvent le niveau de la mer (ou « niveau zéro »). On utilise aussi le terme d'élévation. Mais, on utilise parfois un ellipsoïde comme niveau de référence (le GPS par exemple).

Équation d’une ellipsoïde :

Les sommets sont associés à une altitude, calculée par divers moyens indirects (géodésie, triangulation). L'altitude est également une donnée exogène utile pour le calcul numérique dans divers domaines : météorologie, physique, biologie.

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