L’épineuse question de la longitude

« S’il y avait dans l’Est ou dans l’Ouest une étoile fixe, comme il y en a une dans le Nord, on connaîtrait facilement cette longitude. Mais elle pourrait endormir la prudence et la vigilance des pilotes. Dieu a bien su ce qu’il faisait lorsqu’il a tiré le monde du néant. »Robert Challe, Journal d’un voyage fait aux Indes orientales (1690-1691)

Le chroniqueur montre bien, par l’absurde, la difficulté. La latitude se lit dans le ciel : la hauteur de l’étoile Polaire, ou celle du Soleil à midi, la donne directement. Les pilotes portugais la maîtrisent dès la fin du xv^e siècle.

La longitude, elle, ne se voit nulle part : la Terre tourne sur elle-même, et le ciel est le même à toutes les longitudes, simplement décalé dans le temps. On navigue donc à l’estime, et l’on se trompe parfois de plusieurs centaines de kilomètres.

Les naufrages se multiplient : en 1707, quatre vaisseaux de l’amiral Shovell se brisent sur les îles Scilly, et plus de 1 400 marins périssent. En 1714, le Parlement anglais promet 20 000 livres à qui saura trouver la longitude en mer à un demi-degré près. La solution attendra les années 1760 ; elle viendra des horlogers.

Quelle heure est-il ailleurs ?

Lorsque le Soleil passe sur le méridien d’un lieu, au plus haut dans le ciel, il est midi solaire en ce lieu. Plus à l’est, midi est déjà passé ; plus à l’ouest, il n’est pas encore arrivé.

Le Soleil fait le tour du ciel, 360°, en 24 heures : 15° par heure, 1° en 4 minutes. Multipliez la longitude par 4 : vous obtenez le décalage horaire, en minutes, avec le méridien de Greenwich.

Faites glisser le Soleil sur la carte, ou laissez tourner la Terre. Paris, à 2°20′ à l’est de Greenwich, a son midi 9 minutes plus tôt ; Lisbonne, à 9°08′ à l’ouest, 37 minutes plus tard.

L’aiguille qui décline

En 1488, Bartolomeu Dias remarque qu’au large du cap le plus méridional de l’Afrique, l’aiguille de la boussole pointe exactement vers le pôle géographique. Le cap s’appelle toujours le cap des Aiguilles (Cabo das Agulhas).

Quatre ans plus tard, Christophe Colomb observe le phénomène inverse, en plein Atlantique :

« Les pilotes prirent le nord, le marquèrent, et constatèrent que les aiguilles déclinaient d’un grand quart. L’Amiral ordonna qu’on prenne à nouveau le nord, et l’on trouva que les aiguilles étaient justes. La cause de cela était que l’étoile polaire paraissait se mouvoir, mais pas les aiguilles. »Journal de Colomb, lundi 17 septembre 1492

La déclinaison change d’un endroit à l’autre : nulle aux Aiguilles, de plusieurs degrés au milieu de l’Atlantique. D’où une idée séduisante, défendue pendant deux siècles : mesurer la déclinaison pour en déduire la longitude. Il suffirait d’en dresser la carte…

Les cartes de Halley

L’astronome Edmond Halley parcourt l’Atlantique de 1698 à 1700 pour mesurer la déclinaison. En 1701, il publie la première carte où des lignes relient les points d’égale déclinaison, les lignes isogones ; une carte du monde suit en 1702.

Mais faites défiler les années : les lignes bougent sans cesse. Le pôle magnétique se déplace, et une carte devient fausse en quelques décennies. À Paris, l’aiguille pointait 11° vers l’est en 1580, plein nord vers 1666, 22° vers l’ouest en 1814… et de nouveau un peu vers l’est aujourd’hui.

La boussole reste indispensable pour tenir un cap, pas pour trouver sa longitude. Il faudra Carl Friedrich Gauss, dans les années 1830, pour comprendre le champ magnétique de la Terre et organiser les premiers observatoires magnétiques.

Depuis 1990, le pôle Nord magnétique a quitté le Grand Nord canadien et file vers la Sibérie, à plusieurs dizaines de kilomètres par an.

Naviguer à l’estime

Faute de longitude, le pilote calcule sa route à l’estime : connaissant son cap, sa vitesse et le temps écoulé, il reporte chaque jour sur la carte le chemin parcouru.

Pour la vitesse, on jette par-dessus bord le loch, une planchette lestée qui reste presque immobile dans l’eau. La ligne qui la retient se déroule du touret ; on compte les nœuds qui défilent pendant que s’écoule un petit sablier de 30 secondes. Les nœuds sont espacés de 15,43 m : autant de nœuds comptés, autant de milles marins (1 852 m) par heure. Les marins mesurent toujours leur vitesse en nœuds.

Toutes les deux heures, on note la vitesse et le cap. Mais le courant entraîne la planchette avec le navire, et le vent le fait dériver : les erreurs s’accumulent jour après jour.

En 1732, Henri Pitot plonge dans la Seine un tube de verre coudé et mesure ainsi la vitesse du courant. Ses descendants, les sondes Pitot, équipent aujourd’hui tous les avions : elles mesurent la vitesse de l’appareil par rapport à l’air.

Huygens, le pendule et le spiral

La solution viendra des horloges. En 1656, le Hollandais Christiaan Huygens a l’idée de régler une horloge avec un pendule : ses oscillations ont toutes la même durée. En décembre 1659, il découvre comment rendre cette régularité parfaite, quelle que soit l’amplitude : le pendule doit décrire un arc de cycloïde.

Les horloges passent d’un quart d’heure d’erreur par jour à quelques secondes. Mais sur un navire, le roulis dérègle le pendule.

Pour les besoins de la navigation, Huygens invente en 1675 le ressort spiral, qui fait osciller le balancier d’une montre sans pesanteur. Il équipera tous les chronomètres de marine.

La vidéo de Serge Picard montre, sur une maquette, comment l’échappement transforme la chute continue d’un poids en un mouvement saccadé et régulier.

Harrison et Berthoud

John Harrison, menuisier devenu horloger, consacre sa vie au prix de la longitude. Après trois grandes horloges, il achève en 1759 une simple grosse montre, le H4. En 1761-1762, son fils William l’emporte pour la Jamaïque : après 81 jours de mer, elle ne retarde que de 5 secondes, soit moins de 2 km d’erreur. Le Bureau des longitudes britannique traîne : Harrison ne recevra l’essentiel de la récompense qu’en 1773, après l’intervention du roi George III.

En France, Ferdinand Berthoud, horloger du roi, met au point ses propres horloges marines, éprouvées en 1768-1769 à bord de l’Isis. Ses horloges accompagnent La Pérouse autour du monde en 1785. Son rival Pierre Le Roy invente de son côté l’échappement à détente des chronomètres modernes.

Avec un garde-temps à bord, la longitude devient une simple affaire de lecture : c’est ce que va faire le capitaine Barbe Verte.

Exercice : l’horloge marine

Le capitaine Barbe Verte quitte le petit port de Ramsay (52° nord, 5° ouest) en décembre 1773. Cap sur l’île de Graciosa, dans l’archipel des Açores (39° nord, 28° ouest). Sa frégate transporte des cotonnades de Liverpool : pas question de se perdre.

Avant de partir, il règle son horloge marine sur midi, au moment où le Soleil passe au méridien de Ramsay. Pourvu qu’elle ne se dérègle pas !

Après un mois de navigation, une île est en vue. Est-ce bien Graciosa ? Le capitaine attend le passage du Soleil au méridien de l’île, puis consulte son horloge.

Quelle heure indique l’horloge marine quand il est midi solaire sur l’île ?

Heure légale, heure solaire

Avec les chemins de fer et le télégraphe, chaque ville ne peut plus garder son heure solaire. Après l’adoption du méridien de Greenwich, en 1884, les pays se rallient peu à peu à 24 fuseaux de 15° : dans chacun, l’heure légale est celle de son méridien central. Les frontières des pays déforment les fuseaux, et l’heure d’été ajoute encore une heure.

Même le Soleil n’est pas parfaitement régulier : l’orbite de la Terre est une ellipse et son axe est incliné. L’équation du temps corrige cet écart, de −14 à +16 minutes selon la date.

Le méridien origine

Toute longitude se compte à partir d’un méridien origine, choisi arbitrairement. Chaque nation a longtemps eu le sien : l’île de Fer aux Canaries, Paris, Greenwich, Lisbonne…

L’Observatoire de Paris, voulu par Louis XIV et Colbert, est fondé le 21 juin 1667, jour du solstice d’été. Les recherches sur la longitude poussent Charles II à créer à son tour l’observatoire royal de Greenwich en 1675 : la rivalité entre les deux grands observatoires commence. À Lisbonne, l’observatoire de la Tapada da Ajuda, inspiré de celui de Poulkovo en Russie, est construit à partir de 1861 par l’architecte français Jean-François Colson.

En 1884, la conférence de Washington adopte le méridien de Greenwich. La France s’abstient ; elle ne l’adoptera qu’en 1911, sous le nom pudique de « temps moyen de Paris retardé de 9 minutes 21 secondes ».

À l’opposé de Greenwich, le 180^e méridien sert de ligne de changement de date. Il traverse l’île de Taveuni, aux Fidji : on y passe d’aujourd’hui à hier en un pas. La ligne officielle, elle, contourne l’archipel pour qu’il garde une seule date.