Boussoles

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Boussole

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Une boussole est un instrument de navigation constitué dune aiguille magnétisée qui saligne sur le champ magnétique de la Terre. Elle indique ainsi le nord magnétique, à ne pas confondre avec le nord géographique. La différence entre les deux directions en un lieu donné sappelle la déclinaison magnétique.

Une boussole fournit une direction de référence connue qui aide à la navigation. Les points cardinaux sont (dans le sens des aiguilles dune montre: Nord, Est, Sud, et Ouest. Une boussole peut être utilisée conjointement à une horloge pour fournir une estimation de sa navigation.

Le terme boussole semploie principalement en navigation terrestre. En navigation maritime et aérienne, équipée dune ligne de foi (repère parallèle à laxe du navire ou de laéronef, gravé sur linstrument et donnant la direction suivie), elle est alors appelée compas.

Une boussole de gousset.
Boussole ultra-légère pour la course d'orientation.

Sommaire

Principe physique

Une boussole peut être constituée de nimporte quel dispositif utilisant une aiguille magnétisée tournant librement sur un pivot, afin quelle puisse indiquer la direction du nord magnétique du globe terrestre.

Autrefois, certaines boussoles étaient combinées avec un cadran solaire, lequel utilisait lombre portée dune aiguille ou dun triangle rabattable ; cette association permettait dorienter le cadran et dobtenir lheure approximativement (cf. lastrolabe).

Une boussole gyroscopique peut également être employée pour trouver le nord géographique.

Lélément de base est une tige magnétique. On peut la réaliser en alignant une tige de fer ou dacier sur le champ magnétique de la Terre et puis la faisant chauffer puis refroidir (recuire) ou en la frottant. Cependant, cette méthode produit seulement un aimant de faible puissance ; aussi dautres méthodes sont préférables.

Cette tige magnétisée (ou aiguille magnétique) est alors placée sur un support de friction quasi-nulle qui lui permet de pivoter librement pour saligner sur le champ magnétique ambiant. On y appose alors une marque à une extrémité afin que lutilisateur puisse distinguer les directions nord et sud. Une convention moderne veut que lextrémité pointant vers le nord soit marquée dune manière quelconque, souvent de peinture fluorescente ou rouge.

Historique

Maquette d'une cuillère indiquant le sud (appelée sinan) du temps des Han (206 avant J.-C. - 220 après J.-C.) (Il y a quelques discussions sur l'existence historique de l'objet utilitaire correspondant)[1]

Il y a quelques désaccords sur la date précise à laquelle fut inventée la boussole. Il existe des références littéraires dignes d'attention qui mettent en évidence son antiquité :

  • la première référence littéraire chinoise citant le « magnétisme » se trouve dans un ouvrage du IVe siècle avant J.-C. intitulé Livre du maître de la vallée du diable(鬼谷子): « la magnétite fait venir le fer à elle, ou l'attire »[2] .
  • la première mention de « l'attraction d'une aiguille par un aimant » se trouve dans un ouvrage chinois composé entre 70 et 80 après J.-C. (Lunheng ch. 47): « La magnétite attire une aiguille » (de fer). Ce passage de Louen-heng est le premier texte chinois mentionnant l'attraction d'une aiguille par un « aimant »[3]. En 1948, le savant Wang Chen Tuo construisit un « compas » sous la forme d'une cuillère indiquant le sud sur la base de ce texte. Cependant, « on ne trouve pas de mention explicite d'un aimant dans le Louen-heng »[1].
  • La première référence à un « instrument d'orientation » magnétique spécifique se trouve dans un livre écrit sous la dynastie des Song et daté de 1040-1044. Il y a la description d'un « poisson indiquant le sud » en fer, flottant dans un bol d'eau, et se dirigeant vers le sud. Cet instrument est décrit comme un moyen de s'orienter « dans l'obscurité de la nuit ».

Le Wujing Zongyao (武经总要, « Réunion des techniques militaires les plus importantes ») précise : Quand les troupes doivent faire face au mauvais temps, ou à la nuit noire, et que l'on n'arrive plus à s'orienter, (...) ils faisaient appel à un instrument mécanique pointant vers le sud, appelé aussi « poisson indiquant le sud »[4]. On parvenait à ce résultat en chauffant du métal (tout particulièrement si c'était de l'acier), selon le procédé connu aujourd'hui sous le nom de « thermo-rémanence », et qui aurait été capable de provoquer un léger état de magnétisation[4]. Si les Chinois sont parvenus à cette connaissance dès cette époque, ce n'est en revanche que vers 1600 que l'on arriva à une découverte similaire en Europe, lorsque William Gilbert publia son ouvrage De Magnete [5].

Utilisation de la boussole

Boussole allemande de la société Pasto à prisme (échelles)
Boussole à prisme : visée 220° par loculaire

Dautres caractéristiques communes aux boussoles modernes portables à la main sont une plaque de base équipée de règles graduées permettant de mesurer les distances sur les cartes, une lunette tournante pour mesurer langle formé entre le nord magnétique (voir déclinaison magnétique) indiqué par laiguille et la direction du point visé, et un miroir réfléchissant limage de laiguille sur le cadran lorsque lon vise un point repère. La plupart des boussoles possèdent aussi un système de visée composé dun cran de mire et dun guidon servant de collimateur ou bien dun fil tendu dans un évidement, ou dune ligne peinte ou tracée dans le couvercle. Certaines boussoles possèdent une aiguille aimantée supportant un cadran mobile (comme la rose des vents des compas de marine) et la lecture se fait alors automatiquement au moyen dune ligne tracée sur le verre (voir la photo de la boussole de larmée américaine). Un troisième type de boussole, plus perfectionné encore, possède un prisme dirigé vers le bord extérieur du cadran et un oculaire dans lequel on peut directement lire la valeur dangle (voir photos).

La boussole a plusieurs usages : navigation, artillerie, géodésie etc. En navigation, elle peut servir à déterminer la position présente de lutilisateur ou bien indiquer une marche à suivre.

  • Dans le premier cas, lutilisateur doit relever le gisement de points de repères (pont, clocher déglise, sommet de montagne etc.) visibles depuis lendroit il se trouve et comparer ses observations avec une carte. À cet effet, il orientera le dispositif de visée de sa boussole vers le point marquant choisi et tournera ensuite la lunette pour mettre le repère indiquant le nord magnétique en regard de la direction indiquée par laiguille, visible dans le miroir. Lobservateur placera ensuite la boussole sur la carte (posée à plat et orientée vers le nord magnétique) et repérera la position du point marquant préalablement visé. Pour déterminer sa position par rapport à cet objet, il tracera une ligne droite partant du point marquant passant par le centre du cadran (point de rotation de laiguille) et fonction de langle mesuré. Une seconde ligne partant dun autre point marquant visible et coupant la première permettra de déterminer la position présente avec plus de précision.
  • Pour déterminer une marche à suivre (un cap), la manière la plus simple est de considérer tout dabord que laiguille indique toujours la même direction, cest-à-dire le nord. Si lon note soigneusement les distances parcourues (temps et vitesse de déplacement) et les angles mesurés à chaque changement de direction, on peut tracer lévolution de son propre itinéraire et revenir à son point de départ uniquement à laide dune boussole seule (sans carte). Hormis les régions présentant une forte déviation magnétique (par ex. présence de métaux ferrugineux dans le sol) de 20 degrés ou plus, une boussole simple (de gousset) suffira sur courte distance pour éviter de marcher dans une direction entièrement fausse dans la mesure le terrain est à peu près plat et aucun obstacle ne vient gêner la visibilité.
Orientation de la boussole sur la carte (D représente la déclinaison magnétique locale)
Lorsque laiguille est alignée sur la flèche du cadran, la valeur dangle (en degrés) indiquée sur la lunette rotative de la boussole indique le relèvement (angle de gisement) du sommet, cest-à-dire le cap à suivre pour sy rendre directement, par exemple sil disparaissait de la vue.

Si lon utilise la boussole en liaison avec une carte, on doit alors appliquer une méthode entièrement différente. Il faut tenir compte de la déclinaison magnétique. Celle-ci variant en fonction de la position dans lespace et du temps, il faudra éventuellement la calculer (ou la demander au club de randonnée local) pour déterminer combien de degrés mesure langle entre le nord magnétique (indiqué par laiguille) et le nord géographique (haut de la carte). Cet angle devra être pris en compte lors de la visée du point de repère.

Pour mesurer un angle vrai, cest-à-dire par rapport au nord géographique et non pas au nord magnétique, par exemple à laide dune boussole ayant un côté en forme de règle graduée, on placera le point zéro de la règle sur la position présente repérée sur la carte (préalablement orientée avec le haut vers le nord géographique) et on orientera la règle dans la direction de la destination souhaitée (certaines sources recommandent aux débutants pour plus de sécurité de tracer une ligne sur la carte). On tournera ensuite la lunette (supportant le cadran transparent de la boussole) pour orienter le zéro de la graduation angulaire vers le nord géographique en alignant les lignes parallèles sur les lignes nord-sud (longitude) ou sur le bord latéral de la carte. Le cap à suivre est alors indiqué sur la ligne de visée de la boussole. Tenir ensuite la boussole horizontalement au niveau des yeux et lorienter de manière à ce que laiguille reste en regard de la valeur dangle correspondant au nord magnétique. Laxe longitudinal de la boussole (généralement matérialisé par une flèche) indiquera le cap à suivre.

Méthode simplifiée : (sans orienter la carte le haut vers le nord) on peut déterminer sur la carte sa position présente en fonction dun point de repère visible dans le paysage en orientant sur ce dernier la flèche de visée de la boussole et en tournant la lunette de manière à aligner les lignes parallèles et laiguille. On placera ensuite sur la carte un coin de la boussole sur le point de repère visé et on la fera tourner jusquà ce que les lignes parallèles soient alignées sur les lignes de longitude (nord-sud) de la carte. La position présente se situe sur la règle graduée de la boussole ou dans son prolongement. Une seconde ligne tracée à partir dun autre point de repère et coupant la première permettra de déterminer la position avec plus de précision.

Inversement, cette méthode est aussi applicable pour déterminer le cap à suivre. Placer dabord la boussole sur la carte, le bord de la règle étant sur une ligne imaginaire reliant la position présente et le point zéro sur lobjectif à atteindre, sans tenir compte de laiguille. Tourner ensuite la lunette (supportant le cadran transparent de la boussole) pour aligner les lignes parallèles sur les lignes nord-sud de la carte (ou sur le bord latéral de la carte) en conservant le repère nord (zéro) du côté « nord ». Langle ainsi défini par ces lignes et le côté du boîtier de la boussole correspond au sens de la marche à suivre par rapport au nord, matérialisé par la flèche de la boussole. En tenant la boussole au niveau des yeux (à bout de bras), se placer de manière telle que laiguille soit alignée sur les lignes parallèles et pointée vers le nord.

La photo montre un sommet visé à partir des indications de la carte.

Boussoles de marine et compas de navigation

Article détaillé : compas (navigation).
Habitacle de compas ancien d'un navire de la marine marchande (Musée de Toulon)
Compas de marine à cadran (lecture par dessus).
Compas de voilier à sphère (lecture latérale).

Les boussoles de marine sont appelées communément compas. Elles sont de plusieurs types :

  • fixée sur une paroi verticale pour permettre une lecture par le côté,
  • placée dans un logement vertical pour permettre une lecture par dessus,
  • suspendue au plafond, dite mouchard et lisible par en dessous en position couchée.

Elles se composent généralement dune capsule remplie d'un liquide qui freine les oscillations de l'équipage magnétique, c'est-à-dire une rose des vents plate ou en forme de sphère ou d'hémisphère graduée ; la viscosité du liquide force la rose (ou la sphère graduée) à sarrêter rapidement sans osciller de part et dautre du nord magnétique. Une ligne de lourdaud, qui peut être une inscription sur la cuvette de boussole ou une petite tige fixe, indique laxe longitudinal (direction de la marche) du bateau par rapport au cadran de la boussole.

Les compas (généralement de type ancien) contenant une rose des vents plate ont un habitacle (la cuvette) hermétiquement fermé par un couvercle de verre et sont articulés grâce à une suspension à cardan. Ceci garantit leur maintien en position horizontale quels que soient les mouvements du navire. La masse métallique des navires doit être prise en compte et les compas doivent être compensés à l'aide de dispositifs spéciaux supplémentaires.

Les grands bateaux se fient plus précisément au compas gyroscopique ou plus récemment au compas satellitaire plutôt quà un compas magnétique pour la navigation, bien que la présence de ce dernier reste toujours obligatoire. Le compas magnétique, gyroscopique ou satellitaire se voit fréquemment associé à un système de maintien automatique du cap (pilote automatique) et de navigation intégré. Des compas électroniques vanne de flux (fluxgate (en)) sont de plus en plus souvent utilisés sur les voiliers, même de petite taille.

Aéronautique

voir Compas (navigation)

Boussoles électroniques

Certaines montres et autres instruments de mesure possèdent une boussole à base de composants électroniques. Il sagit généralement de deux ou trois capteurs de champ magnétique fournissant les données de base à un microprocesseur. Le calcul trigonométrique permet dafficher le cap.

Souvent, le dispositif est un composant discret fournissant un signal (numérique ou analogique) proportionnel à son orientation. Ce signal est alors interprété par un contrôleur ou un microprocesseur et traité en interne ou transmis à un dispositif daffichage (voir un exemple de réalisation, avec les composants de base et le schéma de câblage correspondant).

Points de la boussole / Graduation

Traditionnellement, le cadran ou rose des vents est divisé en trente-deux points équidistants (appelés comme quarts, le quart vaut 11° 15') bien que les boussoles modernes soient graduées en degrés plutôt que points cardinaux (voir plus bas graduation). Les quatre directions principales - est, ouest, nord et sud - sont les points cardinaux et les noms des autres sont dérivés de ces derniers (exemple: sud = 180°; sud-sud-est = 157° 30').

Il existe plusieurs systèmes de graduation pour les boussoles :

  • Le plus connu est la division en 360 degrés.
  • Dautres systèmes utilisent la division en 400 grades (gons) ou en 6400 millièmes.
  • Les armées des pays de lEst (ancien bloc soviétique) utilisent des boussoles graduées en 6000 millièmes qui les fait ressembler au cadran dune horloge (60 unités), un angle droit mesurant 15 unités (photos : boussole à main de la NVA et boussole-bracelet russe). Elles sont parfois aussi graduées dans le sens anti-horaire (source: Cyber-Musée des Boussoles et Compas - voir liens).
  • Certaines sont équipées dun inclinomètre pour mesurer les angles verticaux et dun niveau à bulle.

Boussoles militaires

Boussole de type Bézard (Sté Lufft) de lArmée Française (la visée seffectue à travers les encoches du couvercle).

Chaque arme utilise des boussoles spécifiques car celles-ci doivent satisfaire à des exigences différentes.

Fantassin

Le fantassin a besoin dun modèle compact, léger et dune solidité à toute épreuve.

Ce sont la plupart du temps des boîtiers métalliques repliables protégeant le verre et bloquant laiguille. La société allemande Lufft [6] avait développé dès le début du XXe siècle une boussole type Bézard[7] utilisée par les armées de nombreux pays européens dont la France (photo de gauche). La société suisse Recta avait développé un dispositif à tiroir particulièrement ergonomique (voir galerie).

Artillerie

Lartilleur a besoin de mesurer langle de site en plus de langle de gisement par rapport à une cible. Ces boussoles ont un inclinomètre et parfois un ou deux niveaux à bulle.

Certains systèmes à loupe et à prisme permettent de voir la rose du compas grossie en même temps que lobjet visé.

Notes et références

  1. a et b Li Shu-hua, page 180
  2. Li Shu-hua, Origine de la Boussole 11. Aimant et Boussole, 1954, page 175
  3. Li Shu-hua, Origine de la Boussole 11. Aimant et Boussole, 1954, p. 176
  4. a et b Needham, p. 252
  5. Temple, p. 156.
  6. (fr) Lufft, version française du site officiel.
  7. Lhistoire de la célèbre boussole de type Bézard (Brief History of the Bezard compass (18521971)) racontée sur le site Knowfuture est un canular. La boussole Bézard a été créée par Johann von Bézard, un colonel autrichien, et fabriquée dans les usines de la société allemande Lufft de Stuttgart. Il n'existe pas de village du nom de Bézard en Alsace-Lorraine. Une famille juive du nom de Bézard n'a jamais existé. La BASF est sur les bords du Rhin à Ludwigshafen, à environ 200 km en aval de Strasbourg. On trouvera des informations sur la boussole Bézard sur les sites privés : allemand Der Bézard-Kompaß et italien La Original Bezard.

Navire

Voir aussi

  • La théorie du Feng Shui utilise aussi la boussole pour orienter les meubles dans un appartemment (entre autres)
  • Les Musulmans peuvent aussi rechercher la direction de la Mecque (appelée Qibla) pour la prière à l'aide de boussoles spéciales.
  • Lastrologie chinoise combine une boussole et un animal, comme la tortue (symbole de longévité).

Articles connexes

Liens externes

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Quelques marques de boussoles célèbres

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