Histoire-GPS

AU FIL DE L'HISTOIRE

1500 : L'astrolabe nautique

Pour vérifier sa latitude au sud de l'Equateur, un navigateur doit nécessairement mesurer la hauteur du Soleil. L'astrolabe nautique permet de "peser le soleil" sans le regarder directement et dans sanr risquer de se brûler les yeux. Il est couramment utilisé à terre car son emploi ne nécessite pas la vue de l'horizon.

Reproduction d'un astrolabe (Photo Méridienne, www.meridienne.org)

LE GPS

AU FIL DE L'HISTOIRE

DU PRINCIPE A L'UTILISATION

AU SERVICE DE LA SCIENCE

Depuis toujours, les Hommes cherchent des moyens pour se repérer dans l'espace et pour s'y déplacer. Très tôt, 4000 ans avant notre ère, les Polynésiens étaient déjà capables de naviguer grâce aux étoiles. Mais les notions de latitude et longitude ne sont introduites par Erathosthène qu'en 230 avant JC. Il est le premier à répartir la Terre en deux hémisphères Nord et Sud délimités par un équateur, et à la quadriller via des méridiens et des parallèles... Depuis, de nombreux instruments de navigation ont été inventés pour se repérer.

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Premiers siècles : Le kamâl

C'est un instrument rudimentaire de mesure de la hauteur d'un astre, utilisé par les Arabes dès les premiers siècles après JC. L'instrument est constitué d'un simple bâton de bois relié au navigateur par une cordelette à noeuds qu'il tient entre les dents, les noeuds étant réglés pour certaines latitudes. Une fois la cordelette tendue, la mesure se fait en alignant le bas du bâton avec l'horizon et en voyant si l'astre est aligné avec la partie haute, au-dessus ou en-dessous. Vasco de Gama découvre le kamâl lors de son expédition en 1499 et le fait ainsi connaître aux européens par ses récits.

Reproduction d'un kamâl (Photo Méridienne, www.meridienne.org)

XVe siècle : Le quadrant

Instrument en forme de quart de cercle gradué de 0 à 90° qu'utilisaient les navigateurs du XVe au XVIIe siècle pour mesurer la hauteur d'un astre et déterminer la latitude. Le quadrant (quart de cercle) était l'instrument astronomique le plus tôt converti pour l'usage nautique. Il était suspendu par un anneau et une ligne lestée permettait la lecture de l'angle. Mais il était d'un emploi délicat sur le pont instable d'un navire.

Reproduction d'un quadrant (Photo Méridienne, www.meridienne.org)

1978 : Le GPS ou Global Positioning System

En 1968, le département de la Défense des Etats-Unis imagine un système de localisation géographique composé d'une constellation de satellites en orbite autour de la Terre qui pourrait leur fournir la position d'un point sur la planète en temps réel et 24H sur 24. Le système GPS a donc été conçu, financé et développé dès 1973 par les Etats-Unis pour un usage strictement militaire. Les quatre premiers satellites prototypes sont lancés en 1978 et le système est déclaré opérationnel en 1995 avec une constellation de 24 satellites. Suite à un drame aérien en 1983, le gouvernement américain décide de le rendre accessible à des fins civiles mais avec une précision restreinte.

Représentation d'un satellite GPS

Fin du XVIe siècle : Le quartier de Davis

Du nom du capitaine anglais Davis qui l'a inventé, cette amélioration du "bâton de Jacob" permet de déterminer la latitude d’un lieu par la mesure de la hauteur méridienne du Soleil. Cette mesure s'effectue en tournant le dos à l’astre supprimant ainsi les risques d’aveuglement. Il a fait l’objet pendant sa période d’utilisation d’améliorations successives dont la plus importante est l’adjonction d’une lentille* convergente qui faisait entrer les instruments de navigation dans l’ère de l’optique.

Reproduction d'un quartier de Davis (Photo Méridienne, www.meridienne.org)

1731 : L'octant de Hadley

L'octant est inventé par l'anglais John Hadley. Son principe est l'aboutissement de tous les essais réalisés avec les instruments précédents : faire coïncider l'image réfléchie, par un miroir ajustable, de l'astre avec l'horizon que l'on voit en visée directe à travers une lunette et un miroir semi-transparent. La graduation du secteur permet la lecture directe de la hauteur. L'octant a une ouverture de 45° (le huitième du cercle, d'où son nom) permettant de mesurer des hauteurs jusqu'à 90°.

Reproduction d'un octant (Photo Méridienne, www.meridienne.org)

Début XVIIIe siècle : Les distances lunaires

Depuis le XVe siècle et Amerigo Vespucci, les travaux des astronomes faisaient remarquer la possibilité de déduire la longitude d'un lieu en y observant la situation de la Lune par rapport aux étoiles à un moment donné, et en comparant l'heure à laquelle ce même phénomène était observé en un point de référence. La longitude était obtenue par la différence des heures locales de ces phénomènes. Mais des tables astronomiques précises étaient nécessaires. En 1667 et 1675, les Observatoires de Paris et de Greenwich sont construits pour améliorer les connaissances sur l'astronomie et des tables lunaires sont publiées au cours de la première moitié du XVIIIe siècle. Elles permettent de calculer la longitude par la distance lunaire ou de "naviguer à la Lune" et d'apprécier la longitude à moins d'un degré près. Cette méthode a été utilisée pendant plus de cent ans.

L'observatoire de Paris

1759 : Le chronomètre

Confrontés à la lenteur et l'imprécision de la navigation à la Lune, les Britanniques ont promulgué la "Longitude Act" en 1714, promettant une récompense à qui trouverait une méthode qui permette le calcul de la longitude avec une grande précision, au demi degré près. La méthode la plus simple était de comparer l'heure de la méridienne du point de départ avec celle du passage du soleil au méridien du lieu où l'on se trouve. L'écart de temps mesuré donne la longitude, la Terre effectuant une rotation en 24 heures. Il restait à construire l'horloge capable de résister aux conditions de mer et de navigation... L'horloger anglais John Harrison parvint le premier à réaliser une telle montre, le chronomètre H4 en 1759. Cet instrument fit son premier voyage-test en 1761. Après 61 jours de mer, on constata une différence de 5,1 secondes, ce qui représentait une valeur satisfaisante pour le calcul de la longitude.

Schéma du chronomoètre H4 de John Harrison

1837 : La droite de hauteur

La méthode dite de la "droite de hauteur" consiste à mesurer la hauteur du soleil plusieurs fois dans la journée. Ces mesures successives permettent de tracer sur la carte un triangle d'incertitude à l'intérieur duquel se trouve le navire. La mesure est réalisée avec un sextant.

Sextant utilisé pour le calcul de la droite de hauteur

vers 1940 : Le radar

Au cours de la Seconde Guerre Mondiale est apparu le RADAR (RAdio Detection And Ranging) dont le principe est de détecter et déterminer la position d'objets, en particulier bateaux et avions, par envoi d'ondes et réception du signal réfléchi par l'objet. Il permet également de détecter la côte et de mesurer azimut* et distance d'un point, donc de naviguer.

Photographie de l'utilisation du RADAR pendant la seconde guerre mondiale

1964 : Le premier système de navigation par satellites, Transit

Le premier satellite artificiel à orbiter autour de la Terre, le Spoutnik 1, a été lancé en octobre 1957 par l'Union Soviétique. Cet événement marquant a donné le départ à une course effrénée à la conquête de l'espace. En effet, dès le début des années soixante, un système de navigation par satellites, couramment appelé système Transit, était déjà exploité par la Marine américaine. Sa précision modeste, environ 1 km, était suffisante pour la navigation hauturière*. Il a été définitivement arrêté en 1996, détrôné par le GPS.

Le prototype Transit

-200 : L'anneau astronomique

Au IIe siècle avant JC, l'astronome Hipparque aurait effectué les mesures des équinoxes* à l'aide d'un anneau astronomique. L'anneau astronomique, qui sert à mesurer la hauteur du Soleil, a été utilisé dans la marine jusqu'au XVIIIe siècle. Les plus anciens étaient en bois. Certains anneaux avaient un très grand diamètre (50 cm environ).

Reproduction d'un anneau astronomique (Photo Méridienne, www.meridienne.org)