La boussole, du terme italien "bussola" signifiant petite boîte, évoque le réceptacle d'un outil précieux qui a ouvert les portes de l'exploration mondiale. Son histoire, intimement liée à l'évolution de la navigation, révèle un fascinant mélange d'ingéniosité humaine et de découvertes scientifiques.
Origines et Évolution de la Boussole
L'Invention Chinoise et sa Propagation
Les historiens s'accordent généralement pour attribuer l'invention de la boussole aux Chinois, premiers observateurs du magnétisme. Dès l'an 1000, ils furent également les premiers à utiliser la boussole pour s'orienter. L'hypothèse de sa diffusion en Europe via les caravanes de la Route de la Soie est plausible, compte tenu des défis considérables que représentait l'orientation dans les vastes étendues désertiques.
Des Premières Formes aux Boussoles Modernes
Les premiers dispositifs ressemblant à une boussole remontent à la dynastie Han (206 av. J.-C. - 220 ap. J.-C.). Ils utilisaient une pierre appelée « aimant naturel » ou « magnétite », dotée de la capacité de pointer vers le nord magnétique. C'est durant la dynastie Song (960-1279) que la boussole a évolué vers sa forme actuelle, avec le développement d'un instrument appelé la "cuillère en fer" posée sur une plaque carrée gravée représentant les directions cardinales.
Vers la fin du XIe siècle et le début du XIIe siècle, les marins chinois ont commencé à utiliser des aiguilles aimantées flottant dans l'eau ou maintenues sur un pivot, facilitant la rotation. Le commerce et les échanges culturels ont joué un rôle essentiel dans la diffusion de la boussole hors de la Chine. Les navigateurs arabes ont rapidement adopté cette technologie entre le IXe et Xe siècles, en apportant des améliorations aux techniques de suspension et en réduisant la taille des dispositifs.
En Europe, la première mention écrite de la boussole remonte au XIIe siècle, dans l'œuvre du philosophe anglais Alexander Neckam. Son application s'est généralisée grâce aux explorateurs italiens et espagnols. L'une des premières améliorations significatives fut la boussole sèche, avec une aiguille aimantée montée sur un pivot central. Pour contrer les perturbations causées par les mouvements des navires, la boussole liquide a été développée au XVIIIe siècle, utilisant une aiguille flottante suspendue dans un liquide non corrosif. Avec les avancées technologiques du XXe siècle, la boussole électronique a vu le jour, éliminant les erreurs induites par les champs magnétiques locaux et les interférences métalliques.
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Fonctionnement de la Boussole
Une boussole est un instrument de navigation constitué d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ magnétique de la Terre. L'utilisation du magnétisme, qui permet d'orienter une aiguille aimantée, suit une évolution progressive imparfaitement connue. La première mention d'une aiguille aimantée date du IIe siècle avant notre ère, tandis que la première utilisation attestée du magnétisme date du VIe siècle. En Chine, la première mention avérée de la boussole se situe au Xe siècle de notre ère. Les premières mentions de la boussole en Occident sont dues à Alexander Neckam vers 1190.
Distinguer le Nord Magnétique du Pôle Nord Géographique
Il est essentiel de distinguer le Nord magnétique du Pôle Nord géographique. L’aiguille d’une boussole pointe approximativement vers le Nord magnétique, et la différence entre les deux directions est appelée la déclinaison magnétique terrestre. Selon la précision requise, on s'accommode de cette différence ou on utilise un abaque de compensation. En France, en 2016, les deux directions étaient sensiblement identiques.
Lecture d'une Boussole
Lire une boussole est relativement simple. L’aiguille aimantée pointe toujours vers le nord. La partie de l’aiguille pointant vers le nord est presque toujours rouge, tandis que l’autre partie peut être blanche, noire ou d’une autre couleur. L'extrémité nord est parfois marquée par un « N ».
La Boussole Maritime : un Guide Constant pour les Navigateurs
La boussole maritime, couramment appelée compas, était le guide le plus constant du navigateur et le seul instrument dont l'usage régulier est établi de façon incontestable. Les pilotes prévoyants emportaient un lot d'aiguilles de rechange (trente dans le cas de Magellan) ou une pierre d'aimant.
L'Évolution du Compas
Bien que la ville d’Amalfi se vante d’avoir inventé la boussole au début du 12e siècle, il semble que l’aiguille aimantée fut utilisée en Méditerranée à la fin de ce siècle seulement, sans plus de précision. C’était à l’origine une simple aiguille flottante, aimant naturel ou aiguille de fer touchée par une pierre d’aimant. Elle était appelée « calamite », du nom latin désignant le roseau qui lui servait de flotteur sur l’eau d’un récipient. Mise en rotation par un aimant naturel approché par le pilote, l’aiguille se stabilisait selon l’axe nord-sud.
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L’aiguille aimantée fit rapidement place à la boussole que nous connaissons. La partie aimantée était alors posée en équilibre sur un pivot. La boîte dans laquelle elle était enfermée, la boussola, donna son nom à l’ensemble. Elle fut complétée au début du 14e siècle par une rose des vents fixe sur laquelle figuraient les directions cardinales de la tradition grecque et qui fut aussi, à son tour, dessinée sur les cartes. En subdivisant ainsi l’espace au lieu d’indiquer seulement le nord, elle permettait au timonier de déterminer son cap avec plus de précision et elle l’aidait à conserver sa route, c’est-à-dire à maintenir constant l’angle entre sa direction et l’orientation de l’aiguille de la boussole. Lorsqu’une rose légère fut rendue solidaire de l’aiguille aimantée, la tâche du timonier fut encore facilitée, car il n’était plus obligé de manipuler sans cesse le boîtier pour recaler la rose des directions. La boussole terrestre était devenue « compas de mer ». Dans les mers du Nord, elle n’apparut que dans le dernier tiers du 14e siècle, pour devenir courante au 15e.
Correction des Erreurs du Compas
Le compas d'un bateau doit être corrigé d'erreurs, appelées déviation de boussole, provoquées par le fer et l'acier présents dans sa structure et ses équipements. Le bateau est tourné autour d'un point fixe tandis que son orientation est notée en fonction de son alignement sur des points de repère fixes (amers) sur le rivage. On obtient ainsi une carte de déviation de boussole permettant au navigateur de rectifier les directions indiquées par la boussole en fonction des directions magnétiques.
Une boussole peut être corrigée de trois manières. D'abord la ligne de lourdaud doit être ajustée de sorte qu'elle soit alignée sur la direction dans laquelle le bateau se déplace. Ensuite, les effets des aimants permanents peuvent être corrigés par de petits aimants insérés dans le coffret de la boussole. L'influence des matériaux non ferromagnétiques peut être compensé par deux boules de fer montées de chaque côté du cadre de la boussole. Le graphique de la déviation de boussole peut être compris en utilisant la série de Fourier.
L'Impact de la Boussole sur l'Exploration et le Commerce
L’invention de la boussole est une des grandes avancées technologiques qui ont façonné l’histoire de l’humanité. Elle a permis aux explorateurs, marins et navigateurs de se repérer dans la vaste mer et sur terre, même en l’absence de repères naturels comme les montagnes ou les étoiles. Des explorateurs comme Ferdinand Magellan, Christophe Colomb et James Cook ont largement bénéficié de cet élément essentiel pour maintenir leurs trajectoires et réaliser leurs missions ambitieuses. Grâce à la boussole, les routes commerciales se sont étendues bien au-delà des horizons traditionnels.
La Navigation : de l'Estime à l'Astronomie
La Navigation à l'Estime
Les marins méditerranéens naviguaient à l'instinct, presque par atavisme. Ce type de navigation « à l'estime » ne disparut pas complètement chez ceux qui empruntaient les voies océanes et qui n'étaient pas tous instruits dans la science nautique. Dès que la terre apparaissait, la navigation continuait de se faire à vue, en se repérant grâce aux amers naturels ou artificiels. La navigation à l'estime pouvait aussi conduire très loin des rivages. Les marins pêcheurs, basques et bretons, qui, dès le 15e siècle, allèrent chercher la morue sur les bancs de Terre-Neuve, ne disposaient d'aucune carte marine.
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La navigation à l’estime, en Méditerranée comme dans les eaux européennes, se faisait en général près des côtes, en utilisant les informations disponibles sur les itinéraires et les distances entre des lieux soigneusement répertoriés dans les routiers utilisés par les pilotes. La position du navire était alors déterminée d’après le cap suivi depuis la dernière position connue, donné par la boussole marine, et la distance parcourue, estimée par le pilote. Les pilotes portugais appelaient cette méthode « point de fantaisie » (ponto de fantasia), expression colorée qui reflète bien l’incertitude liée à cette estimation.
La Navigation Astronomique
On oppose généralement à la navigation à l'estime, la navigation astronomique. Les premiers temps, on se servit de l’altitude de l’étoile Polaire pour vérifier le déplacement nord-sud du navire par rapport à un point de référence. Plus tard, on commença à déterminer directement la latitude grâce à la diffusion, parmi les pilotes, de règles élémentaires permettant de corriger la mesure de la hauteur de l’étoile Polaire au-dessus de l’horizon, en mer ou sur terre, afin d’obtenir la latitude exacte. Une solution plus générale, introduite une quinzaine d’années avant la fin du 15e siècle, fut l’observation du Soleil à midi. À partir de ce moment, la latitude de l’observateur put aisément être déduite de la hauteur du Soleil au-dessus de l’horizon en tenant compte de sa déclinaison.
La navigation astronomie est intimement liée au perfectionnement de la cartographie et des outils de navigation. Trois instruments qui étaient déjà en usage dans les milieux scientifiques du Moyen Âge furent ainsi adaptés à la navigation : le bâton de Jacob, l'astrolabe et le quadrant.
Les Instruments de Mesure du Temps et de la Distance
La mesure du temps revêtait, à bord, une importance capitale. En plus du traditionnel cadran solaire, elle était effectuée au moyen de fragiles sabliers en verre de Venise, dont on embarquait toujours plusieurs exemplaires pour remédier aux casses. Ces ampoules ou « ampoulettes » comptabilisaient en général les demi-heures. Un mousse était chargé de les retourner au moment précis où le dernier grain de sable s'était écoulé. Le temps était donc compté en ampoules, surtout pendant la nuit où la course du soleil ne permettait pas d'estimer l'heure. Le sablier de bord rythmait la vie du navire. Il indiquait les changements de quart et intervenait dans le calcul des longitudes. Son usage se maintint jusqu'au début du 19e siècle. Il faut mentionner aussi à ce propos le nocturlabe.
Les navigateurs de la Renaissance ne disposaient d'aucun instrument de mesure fiable pour évaluer la distance parcourue par leur navire. L'usage du loch n'est attesté qu'à partir du 16e siècle. C'était à l'origine un simple morceau de bois jeté à l'avant du navire et dont on mesurait le temps de passage jusqu'à l'arrière, donc sur une distance connue. Une règle de trois permettait de calculer la vitesse, avec une grande marge d'erreur.