Astronomie de navigation

Les volvelles sont des cartes tournantes utilisées depuis l’Antiquité pour simplifier les calculs astronomiques : cycles solaires, lunaires, marées, etc. Elles se composent de disques concentriques mobiles et fonctionnent comme de véritables calculettes analogiques.

Le nocturlabe, type particulier de volvelle, permet de lire l’heure de nuit en alignant certaines étoiles (comme les Gardes de la Grande Ourse) sur une couronne graduée. Il était couramment utilisé par les marins.

Une version moderne permet aussi de déterminer l’heure solaire grâce à la position et l’âge de la Lune, à l’aide de deux volvelles situées au dos de l’instrument.

Ce PDF présente plusieurs instruments historiques utilisés pour le positionnement en mer, reproduits et testés par P.-A. Reymond.

• Compas solaire viking : s’appuie sur l’ombre d’un gnomon pour trouver le Nord avec une précision d’environ 5°.
• Kamal : planchette avec cordelette permettant de mesurer la latitude, utilisée sur les boutres arabes.
• Nocturlabe : outil de lecture de l’heure nocturne grâce aux étoiles circumpolaires.
• Arbalète (bâton de Jacob) : permet la mesure de petits angles via une ombre projetée, dos au Soleil.
• Quadrant nautique : quart de cercle avec alidade et fil à plomb, pour la hauteur d’astres.
• Quartier de Davis : mesure solaire indirecte, évitant l’éblouissement, précis à ¼ de degré.
• Sextant : instrument optique de référence dès le XVIIIe siècle, toujours utilisé en navigation longue.

Depuis la préhistoire, les humains ont appris à déterminer la déclinaison du Soleil, essentielle pour connaître leur latitude. De l’ombre d’un bâton aux instruments sophistiqués des civilisations antiques (Babylone, Égypte, Grèce, Chine), les méthodes se sont raffinées.

Au Moyen Âge, la science arabe et les Tables de Tolède ou alphonsines ont permis de prédire les positions solaires avec précision.

À la Renaissance, des astronomes comme Pedro Nuñes ou Martin Cortés ont proposé des graphes et éphémérides pour la navigation. En France, le Père Fournier publie en 1643 un remarquable graphique de déclinaison solaire.

Même sans tables modernes ni outils électroniques, un navigateur peut estimer cette déclinaison grâce à des méthodes inspirées du calcul des marées :

• Sinusoïde simplifiée : la montée/descente de l’eau suit une courbe en S.
• Règle des douzièmes : méthode approximative de répartition sur 6 heures.
• Demi-cercle : approche graphique rudimentaire mais efficace.

Ainsi, même en détresse sans matériel, il reste possible d’estimer la latitude par observation solaire, et ainsi se repérer ou signaler sa position.

Le temps sidéral est une mesure angulaire utilisée en astronomie et en navigation pour localiser les astres. Contrairement au temps solaire, il se base sur la rotation de la Terre par rapport aux étoiles. Une journée sidérale dure environ 23h56min.

Aujourd’hui, même sans formation poussée, les navigateurs peuvent utiliser des méthodes simplifiées fondées sur plusieurs systèmes de coordonnées :

• Coordonnées équatoriales : ascension droite, déclinaison
• Coordonnées horaires : angle horaire
• Coordonnées horizontales : azimut, hauteur

Ces repères sont complémentaires et permettent de passer d’un système céleste à un repère local.

Le temps sidéral local (TSL) correspond à la somme de l’angle horaire et de l’ascension droite d’un astre. Lorsque TSL = ascension droite, l’astre est au méridien – son point culminant, idéal pour l’observation.

En navigation, l’azimut est mesuré depuis le nord (0° à 360°), tandis qu’en astronomie, il l’est depuis le sud. Deux perspectives sur une même mécanique céleste.

Un bon cadran solaire pédagogique aide à comprendre l’angle horaire solaire en lien avec la position du Soleil. Et pour finir : ne pas confondre sidéral (lié aux astres) avec sidéré (abasourdi) !

Le cadran solaire Maillefer de Buchillon (VD) s’inspire des anneaux solaires du XVIIe siècle, eux-mêmes issus de la sphère armillaire antique. Conçu par Charles Maillefer (1921–2017), il combine deux anneaux perpendiculaires figurant l’équateur et le méridien local, un œilleton, et une courbe en analemme (forme en 8) indiquant l’heure solaire moyenne locale.

En alignant les rayons solaires à travers l’œilleton sur la courbe opposée, on peut lire l’heure avec précision. Ce principe s’inscrit dans la tradition des cadrans équinoxiaux universels utilisés en navigation.

Installé au bord du Léman, dans le village de Buchillon, ce cadran aujourd’hui hors service reste visible comme exemple rare d’un cadran armillaire à analemme, mêlant patrimoine scientifique et esthétique.