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Instruments pour se repérer en mer

Aujourd’hui les instruments de navigation modernes comme le GPS permettent en temps réel de se situer sur une carte, mais dans l’Antiquité, les navigateurs utilisaient les astres pour s’orienter. et se repérer en mer. De jour, par rapport à la position du soleil et la nuit par rapport à la position des étoiles. Ils ont inventé des instruments comme l’astrolabe puis le sextant.
Au 15ème siècle apparaissent les cartes marines au fil des découverte des nouveaux continents.
Les chinois inventent le compas au 17ème siècle. C’est une boussole sphérique qui indique la position du nord magnétique.

Longitudes et latitudes pour se repérer sur une carte

En observant un globe terrestre, on constate qu’il est quadrillé par des lignes : l’équateur est la ligne imaginaire qui sépare le globe en 2 : il y a l’hémisphère Nord situé au nord de cette ligne et l’hémisphère Sud au sud. Le globe a été quadrillé en tranches parallèles à l’équateur. Chaque tranche est numérotée, en degrés, de l’équateur au pôle Nord (0° à 90° lat. N) et de l’équateur au pôle Sud (0° à 90° lat. S.). C’est la latitude. Le globe a été aussi découpé en quartiers. Ces lignes vont du pôle Nord au pôle Sud et s’appellent les méridiens. En 1884, on a choisi comme méridien 0 celui qui passe à Greenwich, près de Londres. La longitude représente la distance, en degrés, par rapport au méridien de Greenwich. Chaque quartier est numéroté de 0° à 90° Est (E) et de 0° à 90° Ouest (W). Pour être plus précis, chaque degré (°) est divisé en 60 minutes (‘) et chaque minute est divisée en 60 secondes (‘’). Quand on connaît la latitude d’un point (toujours indiquée en premier) et la longitude (indiquée en second), on peut le situer rapidement sur la carte.

Voir la Fiche de travail cycle 3 sur la longitude-latitude, construire une rose des vents…

Les instruments de navigation pour se repérer en mer

L’astrolabe

Conçu dans l’Antiquité, l’astrolabe permet de mesurer la hauteur d’un astre audessus de l’horizon et de déterminer immédiatement la position de la Lune, du Soleil ou de n’importe quelle planète par rapport aux étoiles. Il est constitué d’un disque dont la circonférence est graduée en degrés et d’une sorte de règle mobile en rotation sur le disque

On tient l’astrolabe verticalement par un anneau, on fait pivoter l’alidade sur son axe jusqu’à ce qu’elle pointe l’astre choisi, on lit alors les degrés sur le disque et il ne reste plus qu’à les convertir en degrés de latitude. Ce sont les astronomes arabes qui en ont répandu l’usage à partir du 17ème siècle. L’astrolabe servait surtout pour l’astrologie, l’enseignement de l’astronomie, et le calcul de l’heure (en pointant le Soleil la journée et les étoiles la nuit). Il  fut le principal instrument de navigation jusqu’à l’invention du sextant au 18ème siècle,

La boussole

C’est une invention chinoise. Cet instrument est composé d’une aiguille aimantée qui se dirige tout le temps vers le Nord, dans un cadre où il y a des points cardinaux qui sont inscrits : Nord, Sud, Est, Ouest. En navigation, elle peut servir à déterminer la position présente de l’utilisateur ou bien indiquer une marche à suivre. Avant l’invention de la boussole, les navigateurs disposaient d’une Rose des vents dessinée sur une tablette circulaire qui était posée au centre du bateau.

Le sextant

Comme l’astrolabe, le sextant « moderne » mesure également la hauteur des astres, mais plus précisément. Il possède deux miroirs de réflexion, une lunette et une règle en arc de cercle graduée. Le sextant fut inventé dans les années 1730 par deux personnes : John Hadley (16821744), un mathématicien anglais, et Thomas Godfrey (17041749), un inventeur américain. Il remplaça rapidement l’astrolabe.

Sa spécificité par rapport à l’astrolabe est que les deux directions dont on veut mesurer l’angle sont observées en même temps, rendant la mesure à peu près indépendante des mouvements du navire. Le sextant se tient à hauteur des yeux, alors que l’astrolabe nécessite un point de suspension d’autant plus élevé que l’on vise un astre élevé.

LE GPS ou « GLOBAL POSITIONING SYSTEM»

Ce système détermine, avec une précision d’environ 15 mètres, la position du bateau grâce notamment à 24 satellites positionnés à 25000 km d’altitude. Ces satellites émettent des signaux radio. Le principe consiste à mesurer le temps de propagation d‘une onde dans l’espace entre le satellite et un récepteur (bateau). Quand le bateau se déplace et qu’il s’éloigne du satellite, la longueur d’onde du signal émis par celuici augmente. S’il s’en rapproche, elle diminue. C’est l’effet Doppler. À l’origine, le GPS était un projet de recherche de l’armée américaine. Il a été lancé dans les années 1960 et c’est à partir de 1978 que les premiers satellites GPS sont envoyés dans l’espace. Le premier satellite expérimental fut lancé en 1978, mais la constellation de 24 satellites ne fut réellement opérationnelle qu’en 1995.
En savoir plus sur l’effet Doppler avec Jamy, cliquer ici

La balise Argos

Depuis 1982 la balise Argos est obligatoire sur chaque bateau lors d’une course au large.  Le système Argos est un système mondial de localisation et de collecte de données par satellite.  Il s’apparente aux systèmes de positionnement par satellite tels que le GPS ou le système CospasSarsat. Bien qu’il soit toujours utilisé pour suivre des courses de voiliers, le système Argos est avant tout le système de référence destiné à l’étude et à la protection de l’environnement à l’échelle mondiale. Grâce à leur très faible consommation électrique, et à une miniaturisation très poussée, les balises Argos peuvent être fixées sur des oiseaux ou des mammifères et fonctionner ainsi plusieurs mois. Parmi les nombreuses autres applications utilisant le système Argos, on peut citer les bouées météorologiques dérivantes et les flotteurs.

Samantha Davies et 5 autres marins du Vendée Globe ont lancé des balises Argos à la mer pendant le Vendée Globe. L’observation de la dérive de ces balises permet de comprendre les courants.
[Cliquer ici pour observer les balises]

Le système Argos permet de localiser les balises n’importe où à la surface de la terre avec une précision d’environ 150 mètres. Les balises Argos sont chargées de suivre les déplacements d’un voilier sur lequel elles sont fixées et de transmettre des données. La balise émet régulièrement des messages brefs (401.65 MHz) qui sont retransmis au sol par les satellites. A partir de ces messages, les centres de traitement déterminent ensuite la position de la balise(donc du voilier)à quelques centaines de mètres près. D’une altitude de 850 km, les satellites retransmettent les messages vers des stations au sol. A un instant donné chaque satellite voit toutes les balises situées dans un cercle de 5000 km de diamètre. En moyenne, les satellites voient chaque balise pendant dix minutes à chaque passage. Plus la balise est proche de l’un des pôles, plus les passages des satellites sont fréquents.

Les cartes marines

Éléments indispensables à la navigation maritime, elles permettent de se situer et de se diriger. Elles indiquent essentiellement les sondes et les isobathes (profondeur de l’eau), les dangers (récifs, hauts-fonds, la réglementation maritime, la signalisation maritime (phares, balises, bouées) et les amers. Les cartes marines officielles sont publiées en France par le service hydrographique et Océanologique de la Marine (le SHOM) ; elles engagent la responsabilité de l’État en cas d’erreur.

les-outils-pour-se-reperer-en-mer.pdf

Les phares pour se repérer en mer

Sur la côte et également sur des rochers au milieu de l’eau se trouvent les phares. Ceuxci sont identifiés de jour par leur forme et la couleur de l’édifice. Comme d’autres amers tels que les châteaux d’eau, ils permettent de se repérer sur l’eau. De nuit, on peut les identifier par la période, la couleur et la durée de leurs éclairs lumineux. Malgré le développement des nouveaux outils de navigation comme les radiophares, radars, GPS…, les phares restent les éclaireurs de nos côtes.

Les premiers phares datent de l’antiquité lorsque des feux de bois jalonnaient les côtes ou prévenaient les marins d’un danger. Puis on éleva des tours sur lesquelles ces feux devinrent visibles de loin comme le célèbre phare d’Alexandrie situé sur l’île de Pharos. Le charbon a ensuite remplacé le bois, puis ce fut les lampes à huile. Mais la véritable révolution eut lieu en 1821, lorsqu’ Augustin Fresnel, ingénieur à la commission des phares, proposa de remplacer les réflecteurs métalliques par des lentilles à échelon.

Les phares signalent des récifs ou des zones dangereuses que les bateaux doivent contourner, mais ils permettent aussi aux marins de se repérer en mer. Chaque phare possède ses propres caractéristiques, sa façon d’éclairer l’horizon. Certains phares émettent des feux lumineux de couleurs différentes: rouge ou verte pour signaler les zones dangereuses, blanche pour indiquer la route à suivre. D’autres n’envoient qu’une lumière blanche, fixes (intensité lumineuse constante et identique dans toutes les directions), ou à éclats (périodes d’obscurité plus longues que les périodes d’éclairage), des feux isophases (temps d’obscurité et d’éclairage identiques), ou des feux à occultation (périodes d’éclairage plus longues que les périodes d’obscurité)

 

Sur l’eau, ce sont des balises que l’on trouve :

  • les bouées cardinales jaunes et noires, surmontées de deux triangles, qui indiquent un danger. Si on place les quatre bouées aux points cardinaux, le danger se trouve au centre.
  • les bouées de balisage d’un chenal de couleur verte conique à tribord (numéro impair) et de couleur rouge cylindrique à bâbord (numéro pair) dans le sens d’entrée de port. La balise peut être réduite à une simple perche
  • le danger isolé de couleurs rouge et noir et surmonté de deux disques noirs qui indique un haut fond ou un estran.
  • la marque spéciale, bouée ou perche, toute jaune et surmontée d’une croix.
  • la bouée d’eau saine, rouge et blanche, qui indique le début des eaux profondes à la sortie d’un port.

 

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