Techniques de calcul de la position d'un navire par l'astronomie
Malgré les progrès du GPS et des systèmes de navigation numériques, la technique de calcul de la position d'un navire par l'astronomie (navigation astronomique ou navigation céleste) demeure essentielle. Bien plus qu'un simple passe-temps romantique pour les marins d'antan, cette compétence constitue une solution de secours vitale en cas de panne des systèmes électroniques, de perte de signal ou de défaillance du matériel. En utilisant les astres – le Soleil, la Lune, les planètes et les étoiles – un navigateur peut déterminer de manière autonome la position d'un navire en haute mer. Cet article présente les principes de base, les outils utilisés et les étapes pratiques du calcul de la position d'un navire par l'astronomie.
1. Principes de base de la navigation astronomique
La navigation astronomique repose sur la mesure de l'angle d'élévation (altitude) d'un astre par rapport à l'horizon à un instant donné. Si nous connaissons :
1) temps d'observation très précis,
2) la position des corps célestes à ce moment-là (d'après les données astronomiques), et
3) l'angle d'élévation mesuré d'un corps céleste,
On peut alors tracer une ligne de position (LOP) sur la carte. En combinant deux LOP ou plus issues d'observations de différents corps célestes, on obtient un point d'intersection qui devient la position estimée (fix) du navire.
Conceptuellement, lorsqu'une étoile se trouve à une certaine hauteur au-dessus de l'horizon, le navire se situe sur un grand cercle tracé à la surface de la Terre, appelé cercle d'égale altitude. Ce cercle étant très grand sur une carte marine, une petite portion peut être assimilée à une ligne droite : c'est la ligne d'égale altitude (LOP).
2. Équipement requis
Pour effectuer des calculs astronomiques de la position des navires, l'équipement principal comprend :
– Sextant : un instrument permettant de mesurer l'angle entre les corps célestes et l'horizon (hauteur des corps célestes).
– Chronomètre : une horloge de navire précise, réglée sur l'heure standard (généralement UTC/GMT).
– Almanach nautique : contient des données horaires sur les positions des corps célestes (et des corrections à la minute/seconde).
– Tables de réduction ou méthodes de calcul : par exemple, les tables de réduction de visée (HO 249/HO 229) ou les calculs trigonométriques manuels.
– Cartes marines, crayon, règle et traceur : pour tracer des lignes de position et obtenir des points de repère.
– Boussole et loch (facultatif mais utile) : pour estimer la position de départ avant le point astronomique.
Bien qu'il existe désormais des calculatrices et des applications, le principe de base reste le même : mesure au sextant + heure précise + almanach + réduction + tracé.
3. Mesurer avec un sextant : Prendre « la visée »
La première étape consiste à faire une observation (vue). Par exemple, pour le Soleil :
1) Choisissez un objet : le soleil est souvent utilisé car il est facilement visible ; les étoiles sont utilisées au crépuscule/à l'aube ; les planètes et la lune peuvent également être utilisées.
2) Mesurez la hauteur de l'objet céleste (Hs) : pointez le sextant jusqu'à ce que l'image de l'objet céleste « touche » la ligne d'horizon.
3) Enregistrez l'heure UTC avec une précision à la seconde près : étant donné que le changement de position des corps célestes change rapidement, une heure décalée de 4 secondes peut représenter environ 1 mille nautique en longitude (à peu près, car la Terre tourne de 15° par heure).
4) Répétez plusieurs fois : prenez plusieurs mesures et calculez la moyenne pour réduire les erreurs.
Pour les étoiles, les observations se font généralement lorsque l'horizon est encore bien visible : au crépuscule civil. Pour le Soleil en plein jour, une technique courante consiste à mesurer sa hauteur afin d'obtenir la ligne de position forte (LOP) et de déterminer également la latitude de son passage au méridien (culmination).
4. Correction du sextant : de Hs à Ho
L'angle lu par le sextant (Hs) n'est pas directement utilisable. Il doit être corrigé en fonction de l'altitude observée (Ho) à l'aide de plusieurs corrections standard :
– Erreur d'index (EI) : erreur nulle du sextant. Compensée par une correction d'index.
– Correction de l’horizon : l’horizon semble « baisser » car l’observateur se trouve au-dessus du niveau de la mer. Cette correction dépend de la hauteur de l’œil par rapport à la surface.
– Réfraction (réfraction atmosphérique) : l'atmosphère dévie la lumière de sorte que les objets apparaissent plus hauts.
– Correction Soleil/Lune : pour le Soleil et la Lune, il existe des corrections supplémentaires telles que le demi-diamètre (mesure du bord supérieur/inférieur) et la parallaxe (en particulier pour la Lune).
Après application de toutes les corrections, on obtient Ho. Cette valeur de Ho est utilisée dans le processus de réduction pour obtenir le LOP.
5. Déterminer les données sur les objets célestes à partir de l'Almanach
D'après l'Almanach nautique, le navigateur a pris :
– GHA (Greenwich Hour Angle) : l'angle horaire d'un corps céleste par rapport au méridien de Greenwich, lié à la longitude.
– Déclinaison (Dec) : la « latitude céleste » de l’objet, nord (+) ou sud (-).
Les almanachs fournissant généralement des valeurs horaires, une interpolation est effectuée pour les minutes et les secondes de l'heure d'observation. La précision de cette interpolation est importante, notamment pour la Lune qui se déplace rapidement.
6. Méthode d'interception (Marcq St. Hilaire)
La méthode la plus courante pour calculer la LOP moderne est la méthode d'interception. Elle consiste essentiellement à comparer l'altitude de la « position supposée » (AP) avec l'altitude réelle observée (Ho).
Voici les étapes rapides :
1) Déterminer la position estimée (DR/EP) : à partir de l'estimation à l'estime (cap et distance parcourue) ou de la dernière position estimée.
2) Sélectionner la position supposée (AP) : arrondie pour faciliter les calculs (par exemple, arrondir la latitude et arrondir l'angle horaire local).
3) Calculer l'angle horaire local (LHA) :
LHA = GHA ± longitude (signes ajustés : la longitude est est généralement soustraite, la longitude ouest est ajoutée, selon la convention du tableau utilisée).
4) Calculez la hauteur arithmétique (Hc) et l'azimut (Zn) de AP en utilisant le tableau HO ou la formule de trigonométrie sphérique.
5) Comparer Ho avec Hc :
Intercept = Ho − Hc (en minutes d'arc ; 1′ ≈ 1 mille nautique).
– Si Ho > Hc : « vers » (le navire est plus proche du corps céleste que AP)
– Si Ho < Hc : « éloignement » 6) Tracer la LOP : à partir du point d'observation (AP), tracez une ligne d'azimut vers Zn, puis mesurez l'intersection avec la direction opposée et placez un point. À partir de ce point, tracez une perpendiculaire à l'azimut ; c'est la LOP. Avec une observation, on obtient une ligne de position. Au moins deux lignes de position, provenant de deux corps célestes (ou de deux instants différents), sont nécessaires pour un pointage. 7. Obtention d'un pointage : combinaison de deux ou trois LOP. Il existe plusieurs façons de construire un pointage : - Deux corps célestes différents à des instants proches (par exemple, deux étoiles au crépuscule). - Le soleil à deux reprises avec un intervalle (pointage continu) : la première LOP est « déplacée » en fonction du mouvement du navire jusqu'à l'instant du second pointage. - Trois corps célestes : fournit un pointage plus précis et permet la détection d'erreurs (les LOP forment un petit triangle). Au crépuscule, les navigateurs utilisent souvent 3 à 5 étoiles car : 1) les étoiles présentent des azimuts variés (les lignes de visée se croisent à des angles favorables), 2) le temps d’observation est court, 3) l’horizon est encore dégagé. Les meilleurs résultats sont généralement obtenus lorsque les deux lignes de visée se croisent à près de 90°, car l’incertitude de mesure réduit la marge d’erreur. 8. Calcul de la latitude à partir du point culminant du Soleil (visée de midi) Outre la méthode d’interception, une technique classique très utile pour calculer la latitude est la visée de midi. Lorsque le Soleil atteint son point le plus haut de la journée (passage au méridien), sa direction est exactement nord-sud et le calcul de la latitude est simplifié.
