Introduction
La navigation maritime a connu une évolution spectaculaire au fil des siècles, passant de méthodes rudimentaires basées sur l'observation des côtes à des systèmes sophistiqués utilisant la technologie satellitaire. Au cœur de cette transformation, le compas nautique occupe une place de choix, instrument indispensable pour déterminer le cap et s'orienter en mer. Cet article explore l'histoire fascinante du compas nautique ancien, son fonctionnement et son évolution, ainsi que les instruments de navigation qui l'ont précédé et complété.
Les Premiers Instruments de Navigation
Avant l'avènement du compas, les marins de l'Antiquité se fiaient principalement à l'observation des phénomènes naturels pour s'orienter. Le plomb de sonde, un simple poids attaché à une corde, permettait d'estimer la profondeur des fonds marins. Cependant, ces méthodes restaient limitées, surtout lors des traversées en haute mer.
Les plus grandes évolutions ont eu lieu à la suite du XVIème siècle. Cette période fût notamment marquée par les découvertes des grands navigateurs qui ont perfectionné certains de ces instruments. Parmi les plus utilisés, on retrouvait le sextant, l’astrolabe, le cadran nocturne ou encore le compas et la boussole.
Le Sextant
Inventé au début du XVIIIème siècle, le sextant est un instrument optique qui permet de mesurer l'angle entre l'horizon et un objet lointain, tel qu'un astre. Composé d'une lunette, de miroirs, de filtres, d'un bras mobile et d'un arc de cercle gradué, il offre une grande précision dans la détermination de la latitude. Bien que son usage soit aujourd'hui limité par les systèmes de positionnement par satellites, le sextant reste un outil précieux pour la navigation astronomique.
L'Astrolabe
Inventé durant l’Antiquité, cet instrument est accroché à une corde en position perpendiculaire au niveau de la mer. Les navigateurs peuvent ensuite observer le soleil ou une étoile par deux ouvertures et ainsi déterminer l’altitude du corps céleste sur le disque gradué. L'astrolabe permet ainsi de déterminer l’heure de l’observation et la direction de l’astre de jour comme de nuit.
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Le Cadran Nocturne
D’origine inconnue, le cadran nocturne était utilisé pour déterminer l’écoulement du temps en fonction de la position d’une étoile. Cet instrument permet ainsi de calculer les heures la nuit et possède un fonctionnement proche du cadran solaire.
L'Émergence du Compas et de la Boussole
Utilisés depuis des siècles, compas et boussole sont des instruments de navigation très courants déterminant la direction et la position. La boussole est l'un des premiers instruments de navigation utilisés par les marins et les voyageurs. Il s'agit d'un compas qui indique le nord magnétique et qui est souvent utilisé pour déterminer la direction d'un lieu ou d'un autre. Le compas renseigne le nord vrai ou nord magnétique. Gradué de 0° à 359° dans le sens des aiguilles d’une montre, il donne une orientation approximative.
Les Premières Boussoles
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 ce qui laisse penser que l'homme connait probablement les capacités de transfert des propriétés d'orientation de la magnétite aux morceaux de fer depuis entre le Ier et le 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.
Au début, il s'agissait d'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. Elle semblait désigner l’étoile polaire et, puisque l’on ignorait le phénomène du magnétisme terrestre, on pouvait imaginer que son orientation signifiait une intention divine. En Chine, où semble-t-il elle fut imaginée, l’aiguille montrait non pas le nord mais le sud, par égard pour l’empereur, car il fallait respectueusement tourner le dos à la Grande Ourse, résidence du « souverain d’en haut » dont il était le représentant sur la Terre.
L'Évolution vers le Compas Moderne
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.
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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.
La Rose des Vents: Un Repère Essentiel
La rose des vents, élément central du compas, est un repère essentiel pour les navigateurs depuis des siècles. Les premières roses des vents étaient avant tout conçues pour une navigation pratique. Dans ses premières versions, la rose était divisée en quatre grands secteurs correspondant aux points cardinaux : Nord, Sud, Est et Ouest. Ce système en quarts de cercle de 90° permettait aux marins de s'orienter facilement sans avoir à se soucier de la précision des angles.
La subdivision de ces quarts en deux, puis en quatre, donna naissance à des directions intermédiaires : Nord-Est, Sud-Ouest,… Ces divisions étaient suffisantes pour une navigation côtière ou de cabotage où la rapidité d'interprétation était souvent plus importante que la précision absolue. Pourtant, sa graduation n'a pas toujours suivi le modèle de 360° que nous utilisons aujourd'hui. Au 19e siècle, diverses graduations coexistaient, chacune ayant ses partisans et ses applications spécifiques.
Cartes Marines: Complément Indispensable du Compas
Autre élément majeur, mais aussi pour une majorité des techniques de navigation, les cartes maritimes sont des cartes utilisées principalement pour la navigation. Elles contiennent des indications à propos des fonds, des amers, des dangers, des routes à suivre. Une fois connue la position, il fallait pouvoir la porter sur une carte.
Les ancêtres des cartes maritimes utilisées au XVIIIe sont les portulans, répandus depuis l’Italie à partir du XIIIe siècle, dans un contexte d’essor du commerce maritime. Les portulans sont à la fois des textes décrivant les côtes et les ports, et des cartes nautiques peintes sur parchemin, avec le repérage des îles, des abris et des amers qui permettent de reconnaître un rivage. La richesse des informations se limite cependant à la frange étroite où s’alignent perpendiculairement les noms des ports, tandis que l’intérieur reste d’abord vide, comme s’il s’agissait d’une zone vierge.
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En toile de fond se développe un réseau de lignes géométriques appelé le marteloire, différent du quadrillage des parallèles et des méridiens. Ces lignes de « rhumbs », issues des roses des vents, ne servent pas à mesurer l’espace, mais permettent aux marins de voir les angles de route pour se diriger plus facilement à cap constant, avec la règle, le compas et surtout la boussole, nouvelle venue en Méditerranée. Le Nord est désormais en haut de la carte, le plus souvent le Nord magnétique indiqué par la boussole et non le Nord géographique repéré à l’aide de la Polaire ou du Soleil. Il en résulte parfois une orientation légèrement décalée par rapport aux cartes construites selon les coordonnées géographiques.
L’utilisation de ces cartes n’est pas aisée à déterminer. La plupart se limitent aux rivages fréquentés par les marins méditerranéens, de la mer Noire à Bruges. Celles arrivées jusqu’à nous en petit nombre n’ont pas forcément voyagé sur la mer, comme tendrait à le prouver leur bon état de conservation. On sait qu’il y en avait une sur le bateau amenant Saint-Louis à Tunis en 1270, et que le roi d’Aragon avait imposé la présence de deux d’entre elles sur chacun de ses navires en 1354. Mais ce n’est pas un instrument indispensable en Méditerranée, puisque les côtes ne sont jamais longtemps perdues de vue et que les nuits claires permettent souvent de naviguer aux étoiles.
Au XVIIIe siècle, on créait des cartes après avoir fait des relevés hydrographiques. On pouvait prendre des relevés à partir du navire. En utilisant des instruments de navigation nautique comme le chronomètre et le sextant pour déterminer une position sur le globe, les officiers de navigation gardaient des registres du parcours et de la vitesse du navire pour connaître leur position relative lorsqu’ils effectuaient leurs premiers relevés des caractéristiques de la côte. En prenant un relevé d’une caractéristique en l’approchant et en prenant un autre en partant, ils pouvaient tracer des lignes qui se croisaient et déterminaient une position pour cette pointe de terre. Les relevés terrestres conservaient cependant une plus grande précision. On utilisait une chaîne pour mesurer une ligne de triangulation d’une distance connue. On mesurait les angles à partir de chaque extrémité de la chaîne vers un grand nombre de points divers le long de la côte et on utilisait la triangulation pour mesurer des distances plus longues pour étendre le relevé.
Le Calcul de la Vitesse et de la Longitude
Avec un compas et un appareil de mesure de la vitesse dans l'eau, il est possible de calculer une route. Ces deux dispositifs sont embarqués dans les navires marchands et militaires depuis des siècles.
Pour finir, il fallait calculer la vitesse à laquelle le bateau avance, ce qui, dans le cas d’une navigation à latitude constante, permet de connaître la position du navire sur un parallèle et donc, de manière indirecte, sa longitude. Pour cela, On utilisait le loch. Le loch était à l’origine une planchette de bois que l’on jetait à l’eau à l’avant du navire. Au XVI° siècle, la précision fût améliorée par l’apparition de la ligne de loch, attachée à un flotteur de bois. On laissait filer la ligne derrière le navire et on comptait les nœuds qui passaient entre les mains du navigateur pendant 30 secondes (c’est l’origine du terme « nœud », unité de vitesse des navires). On en déduisait ainsi la vitesse apparente du navire, qui permettait avec l’aide du compas de réaliser une navigation à l’estime en reportant les mesures relevées sur une carte.
Il fallait aussi mesurer la longitude. Pour cela, il fallait calculer (en admettant que les 360° de circonférence de la terre correspondent à 24 heures, sur la base de 15° = 1 heure) la différence entre l’heure locale et l’heure du lieu d’origine d’un bateau. Ce résultat pouvait être obtenu par des méthodes astronomiques. Si l’on pouvait observer un phénomène astronomique régulier à bord d’un bateau, l’heure de cette observation pouvait ensuite être comparée avec l’heure d’observation du même phénomène au point de départ du bateau. On pouvait trouver ces données sur des tables dressées à cet usage.
Les Instruments de Navigation Aujourd'hui
L’essor de la navigation de plaisance au cours du XXe siècle a rendu les instruments de navigation toujours plus performants. En effet, de nos jours, il existe de nouvelles technologies capables de donner en temps réel la position, direction et vitesse moyenne d’un bateau. Parmi ceux-ci, on retrouve les systèmes de navigation électronique, les systèmes à émission d’ondes, les radios de navigation ou encore des applications portables.
Systèmes de Navigation Électronique
Les systèmes de navigation électronique sont des appareils qui utilisent des cartes électroniques et des radars pour déterminer la position et la direction d’un navire. Très précis, ces systèmes peuvent être utilisés pour naviguer dans des conditions météorologiques variées et en haute mer. Ces systèmes sont généralement composés de plusieurs composants, notamment des sondes, des cartes numériques, des logiciels et des radars.
Le Radar
Le radar est un système qui utilise des ondes électromagnétiques pour détecter la position et la vitesse d’un bateau. Il utilise des ondes radio à haute fréquence pour transmettre des impulsions qui sont réfléchies par les objets environnants. Ces dernières sont ensuite captées par l’antenne du radar et converties en informations sur la position et la distance des objets. Suite à cela, les informations sont affichées sur un écran radar à l’intérieur du bateau. Cet instrument est utilisé dans de nombreux domaines comme en aéronautique ou en météorologie.
Le Sondeur Bathymétrique
Le sondeur bathymétrique est un outil mesurant la profondeur. Il utilise un ou plusieurs transducteurs qui envoient des signaux sonores vers le fond et qui mesurent le temps qu’il faut pour atteindre le fond puis rebondir. Ensuite, les données sont analysées et transformées en profondeur. Certains sondeurs offrent des images de la structure du fond et de la topographie sous-marine.
Radios de Navigation
Les radios de navigation fonctionnent en émettant des ondes radio sur lesquelles des signaux et des informations sont transmis à la fois aux navires et à des bases terrestres. De même, ces dernières peuvent être utilisées afin d’obtenir des informations sur les conditions de navigation ou météorologiques.
La Radio VHF
Une radio VHF (Very High Frequency) est un type de radio qui fonctionne à des fréquences très élevées, généralement comprises entre 30 MHz et 300 MHz. Cette radio est habituellement utilisée pour la communication à courte distance. Fixe ou portable, elle est le meilleur moyen d’assurer sa sécurité à bord. En effet, elle dispose d’une plus grande portée au GSM (téléphonie mobile) en zone côtière et possède de nombreux avantages. Par exemple, en cas de détresse, il est possible de diffuser l’information à l’ensemble des navires présents dans la zone et de converser avec le CROSS, Centres Régionaux Opérationnels de Surveillance et de Sauvetage. De même, c’est un moyen de communication efficace avec les autres navigateurs. Finalement, cet appareil permet de recevoir des bulletins météos diffusés par le CROSS sur tout le littoral.
Le LORAN
Le LORAN (Long Range Navigation) est un système de radionavigation qui utilise les ondes d’émetteurs terrestres fixes pour établir une position. Il fonctionne en émettant des signaux radio à de courtes distances et en les mesurant à l’aide d’un récepteur. Ces signaux sont ensuite analysés et vont déterminer la position exacte du navire.
Le GPS (Global Positioning System)
Enfin, le GPS, permet de donner la position en temps réel grâce à des signaux satellites. Il se compose d’un récepteur GPS qui reçoit des signaux satellites et qui les convertit en coordonnées de latitude et de longitude. Le GPS bateau peut être utilisé pour trouver des points de navigation ou des routes prédéfinies, afficher des informations météorologiques et baliser le chemin de navigation. 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 celui-ci 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.
Applications de Navigation
Aujourd’hui, on retrouve également de nombreuses applications maritimes permettant de naviguer avec encore plus de précision. Parmi celles-ci, Marine Météo Consult permet de connaître la température extérieure, la température de l’eau mais également la force et la direction du vent. Une seconde application n’est autre que Navily. Ce guide côtier permet de trouver les meilleurs mouillages grâce aux avis de la communauté mais également de réserver une place de bateau dans les ports partenaires.
Le Système 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 Cospas-Sarsat. 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. 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.
Les Phares et les Bouées: Aides Visuelles à la Navigation
Éléments indispensables à la navigation maritime, les cartes marines et les aides visuelles 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 Océanographique de la Marine (le SHOM) ; elles engagent la responsabilité de l’État en cas d’erreur.
Les Phares
Sur la côte et également sur des rochers au milieu de l’eau se trouvent les phares. Ceux-ci 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. 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.
Les Bouées
les bouées cardinales jaunes et noires, surmontées de deux triangles, qui indiquent un danger. 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.