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376 - Instruments de navigation : le sextant
Article 376
Les instruments de navigation
Le sextant
Quelques notions simples sur le sextant et son utilisation.
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Sextant Plath 1939
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Le sextant est un instrument de précision qui mesure l'angle entre deux objets visibles. En navigation, il sert principalement à mesurer la hauteur d'un astre (Soleil, Lune, planète ou étoile) au-dessus de l'horizon.
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En connaissant :
- L'heure exacte de l'observation (à la seconde près par le chrono du bord réglé sur h : UTC ou Gmt, Temps Universel Coordonné ou Greenwich mean time),
- La hauteur de l'astre, mesurée au sextant. (angle relevé)
- Les éphémérides nautiques, éditées tous les ans pour l'année en cours.
On y trouve toutes les informations essentielles pour chaque jour de l'année sur le Soleil, la Lune, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne, les étoiles. ( AHso : Angle horaire sidéral à Greenwich ; AHao : Angle horaire d'un astre à Greenwich ; AHvo : Angle horaire du Soleil vrai à Greenwich ; D : Déclinaison Nord ou Sud par rapport à l'Equateur)
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Ephémérides Nautiques Gauthier-Villard
Le Guide des Etoiles par le Capitaine de Vaisseau Pierre Sizaire
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Exemple :
En consultant les éphémérides du vendredi 22 avril 1994 (ci-dessus) on peut noter :
A 14 heures AHvo (Angle horaire du Soleil vrai de Greenwich) = 30°22,2'. Le Soleil est au zénith par 30°22,2' de longitude Ouest.
La déclinaison du Soleil : D = 12°14,5' Nord par rapport à l'équateur.
Sur le tableau ci-dessous on retrouve les Angles Horaires des astres à Greenwich (AHao) pour Vénus, Mars, Jupiter et Saturne) et leurs déclinaisons D (Nord ou Sud) par rapport à l'équateur.
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Ephémérides Nautiques Gauthier-Villard. Cliquer sur le tableau pour une meilleure définition.
On peut calculer sa position sur la Terre (latitude et longitude).
Le nom « sextant » vient du fait que son arc mesure un sixième de cercle (60°). Grâce à son système de miroirs, il permet pourtant de mesurer des angles jusqu'à 120°.
Les différentes parties
L'arc gradué (le limbe)
- gradué de 0 à 120° ou 140° pour un arc physique mesurant environ 60° à 70°.
Le bras mobile (alidade)
- porte le miroir mobile ; permet de faire varier l'angle mesuré.
Le miroir d'horizon (fixe sur la structure)
- moitié transparent, moitié réfléchissant ; permet de voir simultanément l'horizon réel et l'image réfléchie de l'astre.
La lunette
- grossit l'image de l'horizon.
Les filtres solaires
- indispensables pour observer le Soleil sans danger.
Le tambour micrométrique (molette)
- permet un réglage très précis, à la minute d'arc.
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Grâce aux deux miroirs, l'image de l'astre est renvoyée jusqu'à l'œil de l'observateur.
En déplaçant le bras mobile, on fait descendre (ou monter) cette image jusqu'à ce qu'elle touche exactement l'horizon.
L'angle lu sur l'arc correspond alors à la hauteur de l'astre.
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Vers midi :
1/ On met les filtres devant la lunette.
2/ On regarde l'horizon.
3/ Avec l'alidade, on fait descendre le Soleil vers l'horizon.
4/ On balance doucement le sextant de droite à gauche pour vérifier que le Soleil effleure l'horizon au point le plus bas.
-
On note :
-
l'heure exacte (chronomètre UTC),
-
l'angle mesuré.
-
Cette mesure est appelée la hauteur observée.
Le cas le plus simple est le midi vrai, le moment ou le soleil est au zénith à l'endroit où l'on se trouve..
À cet instant, le Soleil atteint sa plus grande hauteur.
La formule est :
Latitude = 90° − hauteur du Soleil + déclinaison du Soleil.
La déclinaison est donnée dans les éphémérides nautiques.
Exemple :
-
hauteur observée : 62°
-
déclinaison : 20° Nord
Latitude = 90° − 62° + 20° = 48° Nord
On est donc à peu près à la latitude de Brest, quelque part sur le 48ème parallèle nord. Il faudra connaitre la longitude pour afficher la position sur la carte marine.
La longitude est plus délicate.
Il faut :
-
une heure UTC très précise du chrono du bord;
-
les tables nautiques ;
-
comparer la position théorique du Soleil (ou d'une étoile) avec la mesure effectuée.
Autrefois, cette opération demandait plusieurs calculs ou l'utilisation de tables de réduction.
Ne pas oublier que sur la carte marine, la latitude s'exprime de 0° à 90° Nord au dessus de l'équateur et de 0° à 90° Sud sous l'équateur.
La longitude s'exprime de 0° à 180° Est sur la droite à partir du méridien de Greenwich et de 0° à 180° Ouest vers la gauche à partir du méridien de Greenwich qui est le méridien zéro.
La Terre tourne sur elle-même de :
-
360° en 24 heures
-
soit 15° par heure
-
ou encore 1° en 4 minutes.
-
ou aussi 15' en 1 minute.
-
et encore 1' d'arc toutes les 4 secondes.
Ainsi, une erreur d'une minute sur le chronomètre représente déjà environ 15 milles nautiques à l'équateur.
C'est pourquoi les marins prenaient un soin extrême de leurs chronomètres.
Comment calcule-t-on la longitude ?
Le navigateur relève :
-
la hauteur exacte du Soleil au midi local
-
l'heure UTC très précise.
Les éphémérides donnent la position théorique du Soleil à chaque seconde.
En comparant la mesure observée avec cette position théorique, les tables permettent de déterminer la longitude en comparant AHvo (Angle horaire du Soleil vrai de Greenwich) avec le midi vrai du lieu de l'observation.
Aujourd'hui, un ordinateur réalise ces calculs instantanément, mais autrefois ils demandaient patience et méthode.
Quelle est sa précision ?
Un bon navigateur obtient facilement une précision de :
-
±1 minute d'arc,
-
soit environ 1 mille marin (1,852 km) sur la position.
Pour un instrument inventé au XVIIIᵉ siècle, cette précision est remarquable.
Le matériel nécessaire
Un sextant seul ne suffit pas.
Il faut aussi :
-
un chronomètre réglé sur l'heure UTC ;
-
les éphémérides nautiques de l'année ;
-
les tables de réduction (comme les tables HO 249 ou HO 229) ;
-
une carte marine.
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Cliquer sur le tableau pour une meilleure définition.
Le sextant aujourd'hui
Même si le GPS l'a largement remplacé, le sextant reste enseigné dans certaines écoles de navigation. Il présente plusieurs avantages :
- il ne nécessite aucune alimentation électrique ;
- il fonctionne partout sur Terre ;
- il constitue une solution de secours fiable en cas de panne électronique.
De nombreux plaisanciers et navigateurs au long cours continuent également à l'utiliser par passion de la navigation astronomique.
* *
Imaginons que nous sommes à bord d'un voilier au large de la Bretagne, par une belle journée de mer.
1. Avant midi
Le navigateur prépare son matériel :
-
le sextant ;
-
le chronomètre réglé sur l'heure UTC ;
-
les éphémérides nautiques ;
-
les tables de calcul ;
-
la carte marine.
Le chronomètre est précieux : au XIXᵉ siècle, c'était souvent l'objet le plus coûteux du bord.
2. Observer le Soleil
Vers midi solaire, le Soleil atteint son point le plus haut.
Le navigateur :
-
regarde l'horizon dans la lunette ;
-
fait descendre l'image du Soleil jusqu'à ce que son bord inférieur touche l'horizon ;
-
balance doucement le sextant pour s'assurer que le contact est bien au point le plus bas.
Il lit alors :
Hauteur observée : 61° 42'
Puis il note l'heure exacte.
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3. Corriger la mesure
La valeur lue n'est pas encore la hauteur réelle.
On applique plusieurs corrections :
-
erreur propre au sextant ;
-
hauteur de l'œil au-dessus de la mer (appelée "abaissement de l'horizon") ;
-
réfraction atmosphérique ;
-
diamètre apparent du Soleil.
Après ces corrections :
Hauteur vraie : 61° 58'
4. Consulter les éphémérides
Les éphémérides indiquent qu'à cet instant :
Déclinaison du Soleil : 20° 15' Nord
Cette déclinaison varie chaque jour au fil des saisons.
5. Calcul de la latitude
On applique une formule simple :
Latitude = 90° − hauteur + déclinaison
Calcul :
90°00'
−61°58'
=28°02'
+20°15'
=48°17' Nord
Notre voilier se trouve donc à 48°17' N, très proche de la latitude de la pointe bretonne.
6. Calcul de la longitude
Les tables permettent de déterminer la longitude en comparant AHvo (Angle horaire du Soleil vrai de Greenwich) avec l'heure chrono Gmt du midi vrai du lieu de l'observation. Sachant que la terre tourne sur elle-même
-
360° en 24 heures
-
soit 15° par heure
-
ou encore 1° en 4 minutes.
-
ou aussi 15' en 1 minute.
-
et encore 1' d'arc toutes les 4 secondes.
-
Par rapport au midi vrai de Greenwich, l'heure officielle augmente d'une heure tous les 15° en allant vers l'Ouest. elle diminue d'une heure tous les 15° en naviguant vers l'Est.
A partir de ces informations succinctes de base, le marin motivé s'appliquera à creuser davantage les méthodes de calculs afin de maîtriser la technique des droites de hauteur et l'utilisations des tables de calculs américaines HO 249 et HO 229 mais aussi nos traditionnelles tables françaises de Dieumegard et Bataille.
Bons vents et bon courage aux enthousiastes !
Georges,
* *
Les points les plus précis se font en utilisant les étoiles en observant la voûte céleste...
Sur l'ouvrage du Capitaine de Vaisseau Pierre Sizaire : "Le Guide des Etoiles", on retrouve les images qui permettent de mémoriser la plupart des constellations par leurs formes spécifiques et évocatrices.
J'en ai regroupé quelque unes ci-après.
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Autour du Pôle Nord
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Cliquer sur le tableau pour une meilleure définition.
Les Pléiades - Aldébaran - Mages - Sirius
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Le Scorpion
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Le pôle Sud
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Cliquer sur le tableau pour une meilleure définition.