navigation

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Présentation

navigation, science et technique consistant à relever la position d'un mobile (navire, avion, etc.), et à déterminer son itinéraire d'un point à un autre. La pratique de la navigation demande à la fois, une connaissance des théories qui la régissent, une solide expérience et du jugement personnel.

Les anciens navigateurs, sans l'aide des instruments de navigation, explorèrent les côtes de l'Europe, de l'Asie et de l'Afrique. Les Vikings atteignirent même l'Amérique du Nord. Toutes ces expéditions se firent cependant au prix de nombreux naufrages. Les meilleurs d'entre eux savaient reconnaître leur route et l'évolution du temps à divers signes : l'aspect du ciel, la position des astres, la couleur et la saveur de l'eau, le comportement des animaux, etc. Ce savoir a généralement disparu, sauf chez certains peuples du Pacifique qui savent encore, avec une simple pirogue, rejoindre une île située à des centaines de milles.

Aujourd'hui, la science de la navigation est divisée en quatre techniques principales : la navigation dite « à l'estime », qui évalue la position approximative d'un bateau uniquement d'après sa route et sa vitesse ; le pilotage, qui consiste à diriger le navire en se référant fréquemment à des repères terrestres (amers, phares, etc.) et en utilisant le sondage ; la navigation astronomique, qui se fonde sur l'observation des corps célestes pour déterminer la position du vaisseau à la surface de la Terre ; la navigation électronique, qui emploie du matériel radioélectronique.

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Position et cap à la surface de la Terre

Tout navire doit pouvoir déterminer sa position, son cap, sa vitesse et les distances qu'il parcourt. La position est un point de la surface de la Terre, définie comme un ensemble de coordonnées, telles que la latitude et la longitude. Le cap d'un bateau représente la direction de son axe, de la poupe vers la proue. On la mesure couramment sous forme de distance angulaire, mesurée en degrés, à partir de la direction du nord vrai (pôle Nord géographique). La vitesse correspond au rapport distance / temps, exprimé en milles nautiques par heure (1 nœud = 1 mille nautique par heure = 1,852 km/h, sauf dans les pays du Commonwealth où le mille vaut 1 853,18 m).

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Cartes et projections cartographiques

Les prévisions initiales et les résultats finaux de la navigation sont reportés sur des cartes (cartes géographiques et cartes marines). La surface quasi sphérique de la Terre est représentée sur une surface plane (mappemonde), à laquelle se superposent les coordonnées de latitude et de longitude, ainsi que des informations relatives aux côtes et à la topographie sous-marine. Les cartes marines mettent l'accent sur la détermination de la position, du cap et de la distance, en insistant sur les points utiles à un navigateur. Comme aucune partie d'une sphère ne peut être développée à plat sans distorsion, plusieurs systèmes de projection cartographique ont été conçus à l'usage des navigateurs. Chaque système de projection a ses avantages et ses limites et répond à un besoin particulier du navigateur.

Le système de projection le plus utilisé dans les cartes marines est la projection de Mercator, du nom de son inventeur, le mathématicien et géographe flamand Gerhard Mercator. Ces cartes représentent la sphère terrestre projetée sur un cylindre tangent à la surface de la Terre à l'équateur. Lorsqu'on déroule le cylindre à plat, les méridiens (correspondant aux longitudes) apparaissent comme des droites verticales équidistantes, tandis que les parallèles (correspondant aux latitudes) apparaissent comme des droites horizontales parallèles. Les parallèles sont plus espacées vers les pôles, en raison de la distorsion, plus grande dans cette direction que pour les méridiens. La projection de Mercator, en dépit de sa grande distorsion, est très employée par les navigateurs, parce que les droites, les caps et les distances correspondent à des lignes droites pouvant être mesurées directement.

Un navigateur essaye habituellement de trouver la route la plus courte entre deux points. Il peut y parvenir grâce à la méthode du « grand cercle ». Le grand cercle passant par deux points de la surface de la Terre représente l'intersection de la surface de la sphère par un plan passant par le centre terrestre et ces deux points. Ce cercle décrit le chemin le plus court que l'on peut suivre sur une surface sphérique. Les routes suivant les grands cercles peuvent être directement déterminées à partir de cartes représentant les grands cercles. En pratique, l'usage est de suivre une série de cordes qui approchent le grand cercle, car il est difficile pour un bateau de voyager avec un cap toujours différent. Ces cordes sont tracées sur une carte de Mercator.

La plupart des eaux navigables du globe ont été relevées avec précision par les services hydrographiques des principales nations maritimes, de telle sorte que des cartes marines fiables sont actuellement disponibles.

Les services hydrographiques des différents pays publient également des almanachs et des ouvrages descriptifs pour le navigateur. Ces ouvrages contiennent des informations détaillées sur les eaux côtières, les facilités offertes par les ports, les aides à la navigation, les vents, les marées, les courants, les dangers de navigation, les caps pour approcher les eaux peu profondes et y entrer, ainsi que des données qui ne peuvent être représentées sur les cartes régionales.

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Instruments de navigation

De nombreux instruments sont aujourd'hui employés pour faciliter la navigation. Certains sont relativement simples à utiliser, alors que d'autres nécessitent un apprentissage sérieux. Parmi ces derniers figurent divers systèmes électroniques et mécaniques.

Les instruments de navigation sont conçus pour établir la position, mesurer le cap et la distance, déterminer la vitesse, mesurer la profondeur de l'eau, aider à tracer la route sur les cartes, et observer les conditions météorologiques. Parfois, on utilise une combinaison de plusieurs instruments pour obtenir l'information souhaitée.

Le compas magnétique est l'un des plus anciens instruments utilisés à bord des navires (voir boussole). Bien qu'il ait été supplanté par le gyrocompas sur les grands navires, le compas magnétique est toujours considéré comme l'instrument de base de la navigation. Il n'est pas sujet à des pannes électromécaniques et c'est pourquoi il demeure un instrument d'appoint nécessaire sur la plupart des navires de haute mer. Le compas magnétique, s'alignant de lui-même sur la direction des pôles magnétiques de la Terre, est utilisé comme système directionnel.

La différence en degrés entre la direction de l'aiguille du compas (pôle Nord magnétique) et la direction du nord vrai (pôle Nord géographique) est appelée déclinaison magnétique. À l'usage des navigateurs, la déclinaison magnétique a été mesurée dans de nombreuses parties du monde. Grâce à ses mesures, des cartes ont été établies, indiquant la déclinaison magnétique approximative de n'importe quelle région. Sur ces cartes sont reliés les points d'égale déclinaison magnétique (isogones).

Le gyrocompas, qui utilise un gyroscope comme élément directionnel, est aligné sur le nord vrai. Le gyroscope contenu dans ce compas est une masse en rotation rapide, libre de se déplacer autour d'un ou deux axes, perpendiculaires à l'axe de rotation et perpendiculaires entre eux. Des éléments de contrôle sont ajoutés au gyroscope pour le transformer en un véritable indicateur de direction.

Le cercle azimutal est un instrument important pour le navigateur, qui indique l'azimut d'un objet, c'est-à-dire sa direction mesurée par rapport au nord. C'est un anneau gradué, avec des mires de visée, conçu pour s'adapter étroitement sur un compas. Cet appareil permet de prendre des relevés d'objets terrestres comme de corps célestes.

Le loch est un instrument utilisé pour déterminer la vitesse d'un navire et / ou la distance qu'il a parcourue sur l'eau. Le loch le plus simple est un petit appareil fuselé qui traîne au bout d'un câble dans le sillage d'un bateau. L'appareil comporte une hélice que la résistance de l'eau fait tourner, et qui transmet sa rotation à un compte-tours. Plus le bateau avance vite, plus l'hélice tourne rapidement. Différents types de loch sont utilisés, mécaniques ou électroniques.

Pour connaître la profondeur de l'eau, un navigateur utilise soit une sonde à plomb, soit un échosondeur (ou sonar). La sonde à plomb, qui s'apparente à un poids attaché à l'extrémité d'une ligne graduée, est utilisée dans les eaux côtières ou peu profondes lorsque la visibilité est faible. Le sonar, que l'on trouve sur tous les navires de haute mer, indique la profondeur de l'eau en mesurant l'intervalle de temps entre l'émission d'un signal sonore (généralement des ultrasons) et le renvoi de son écho par le fond.

Les équipements de traçage utilisés par le navigateur ressemblent, dans une certaine mesure, aux outils utilisés en dessin industriel. Des compas à pointe sèche pour mesurer les distances, des compas pour tracer des cercles, des rapporteurs et des règles composent l'essentiel des outils qu'on trouve couramment sur la table à cartes d'un navire.

Pour la navigation astronomique, le navigateur se sert d'un sextant et d'un chronomètre. Le sextant est utilisé principalement pour déterminer la hauteur des corps célestes à partir de l'horizon. Le chronomètre est une pièce d'horlogerie très précise, avec un taux d'avance ou de retard quotidien presque constant. Il est réglé sur le temps d'un méridien standard, habituellement celui de l'observatoire de Greenwich, à Londres, et permet de déterminer la longitude en mer. Son taux quotidien d'avance ou de retard est vérifié par comparaison avec les informations radio émises par différents pays (voir horloges et montres). En plus de ces instruments, la plupart des navires modernes utilisent plusieurs systèmes électroniques de navigation (voir ci-dessous : Navigation électronique).