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Une boussole (ou compas de marin) est un instrument de navigation permettant de se repérer sur la terre. Elle est constituée d’une aiguille aimantée libre de s’aligner avec précision sur le champ magnétique terrestre, ce qui est d’une grande aide pour la navigation. Les points cardinaux sont le nord, le sud, l’est et l’ouest. Une boussole peut être utilisée conjointement avec un chronomètre et un sextant pour fournir une capacité de navigation très précise. Ce dispositif a grandement amélioré le commerce maritime en rendant les voyages plus sûrs et plus efficaces. Une première forme de boussole a été inventée en Chine en 271 de notre ère et fait partie des quatre grandes inventions de la Chine ancienne. La boussole familière du marin a été inventée en Europe vers 1300.

Plus techniquement, une boussole est un dispositif magnétique utilisant une aiguille pour indiquer la direction du nord magnétique de la magnétosphère d’une planète. Tout instrument doté d’une barre ou d’une aiguille magnétisée tournant librement sur un pivot et pointant dans une direction nord et sud peut être considéré comme une boussole. Une boussole à cadran est une petite boussole de poche avec un cadran solaire. Une boussole de variation, instrument spécifique de construction délicate, s’utilise en observant les variations de l’aiguille. Un gyrocompas ou un astrocompas peuvent également être utilisés pour déterminer le nord vrai.

Histoire de la boussole de navigation

Pré-histoire

Avant l’introduction de la boussole, les directions en mer étaient déterminées principalement par la position des corps célestes. La navigation était complétée à certains endroits par l’utilisation de sondages. Des difficultés surgissaient lorsque la mer était trop profonde pour les sondages et que les conditions étaient continuellement couvertes ou brumeuses. La boussole n’avait donc pas la même utilité partout. Par exemple, les Arabes pouvaient généralement compter sur un ciel clair pour naviguer dans le golfe Persique et l’océan Indien (ainsi que sur la nature prévisible des moussons). Cela peut expliquer en partie leur adoption relativement tardive de la boussole. Les navigateurs de la Baltique, relativement peu profonde, faisaient un usage intensif des sondages.

Développements en chinois

En raison du lieu de sa première apparition, la plupart des érudits créditent actuellement l’invention de la boussole à la Chine. Comme il y a eu fréquemment des confusions quant au moment où une boussole a été introduite pour la première fois, il peut être approprié d’énumérer les événements importants qui ont conduit à son invention par ordre chronologique :

• La plus ancienne référence littéraire chinoise au magnétisme se trouve dans un livre du quatrième siècle avant notre ère, appelé Livre du maître de la vallée du diable (鬼谷子) : « Le magnétisme fait venir le fer ou bien il l’attire ».
• La première mention de l’attraction magnétique d’une aiguille se trouve dans un ouvrage chinois composé entre 20 et 100 de l’ère chrétienne (Louen-heng) : « Une pierre de gîte attire une aiguille ».
• La plus ancienne référence à un dispositif magnétique comme radiogoniomètre est enregistrée dans un livre de la dynastie Song daté de 1040-1044. On y trouve la description d’un « poisson pointant vers le sud » en fer flottant dans un bol d’eau, s’alignant sur le sud. Ce dispositif est recommandé comme moyen d’orientation « dans l’obscurité de la nuit ». Il n’y a cependant aucune mention d’une utilisation pour la navigation, ni de la façon dont le poisson était magnétisé.
• La première référence incontestable à une aiguille magnétisée dans la littérature chinoise apparaît aussi tard que 1086. L’essai du bassin de rêve écrit par l’érudit de la dynastie Song, Shen Kua, contenait une description détaillée de la façon dont les géomanciens magnétisaient une aiguille en frottant sa pointe avec de la pierre de goudron, et suspendaient l’aiguille magnétique avec une seule corde de soie avec un peu de cire attachée au centre de l’aiguille. Shen Kua a souligné qu’une aiguille préparée de cette façon pointait parfois vers le sud, parfois vers le nord.
• La plus ancienne utilisation réelle enregistrée d’une aiguille magnétisée à des fins de navigation se trouve alors dans le livre de Zhu Yu, Pingzhou Table Talks (Pingzhou Ke Tan) de 1117 C.E. : « Le navigateur connaît la géographie, il regarde les étoiles la nuit, il regarde le soleil le jour ; quand il fait sombre et qu’il y a des nuages, il regarde la boussole. »
• Un manuel de boussole de pilote intitulé Shun Feng Xiang Song (Fair Winds for Escort) à la bibliothèque Bodleian d’Oxford contient de grands détails sur l’utilisation de la boussole dans la navigation.

• « Les archives les plus anciennes font état d’une boussole en forme de cuillère fabriquée à partir de minerai de lodestone ou de magnétite, désignée sous le nom de « pointeur du sud », datant d’une certaine époque de la dynastie Han (du 2e siècle avant notre ère au 2e siècle de notre ère). L’instrument en forme de cuillère était placé sur une plaque de bronze coulée appelée « plaque céleste » ou planche du devin, sur laquelle figuraient les huit trigrammes (Pa Gua) du Yi King, ainsi que les 24 directions (basées sur les constellations) et les 28 mansions lunaires (basées sur les constellations divisant l’équateur). Souvent, la Grande Ourse était dessinée à l’intérieur du disque central. Le carré symbolisait la terre et le disque circulaire le ciel. Sur ces derniers étaient inscrits les points azimutaux relatifs aux constellations. Son utilisation première était la géomancie (pronostic) pour déterminer le meilleur endroit et le meilleur moment pour des choses comme les enterrements. Dans une culture qui accordait une importance extrême à la vénération des ancêtres, cet outil est resté important jusqu’au XIXe siècle. Même à l’époque moderne, il y a ceux qui utilisent les concepts de divination du Feng Shui (littéralement, du vent et de l’eau) pour localiser des bâtiments ou des moments et des lieux fortuits pour presque toutes les entreprises. On raconte que le premier empereur chinois a utilisé la planche de sourcier et la boussole à la cour pour affirmer son droit au trône. Principalement, la boussole a été utilisée pour la géomancie pendant longtemps avant d’être utilisée pour la navigation. »

Question de la diffusion

Il y a beaucoup de débats sur ce qui est arrivé à la boussole après sa première apparition chez les Chinois. Différentes théories incluent :

• Trajet de la boussole de la Chine au Moyen-Orient via la route de la soie, puis en Europe
• Transfert direct de la boussole de la Chine à l’Europe, puis plus tard de l’Europe au Moyen-Orient
• Création indépendante de la boussole en Europe et son transfert ensuite au Moyen-Orient.

Ces deux derniers éléments sont étayés par des preuves de la mention plus précoce de la boussole dans des ouvrages européens plutôt qu’arabes. La première mention européenne d’une aiguille magnétisée et de son utilisation parmi les marins se trouve dans le De naturis rerum (Sur la nature des choses) d’Alexander Neckam, probablement écrit à Paris en 1190. Parmi les autres preuves, citons le mot arabe pour « boussole » (al-konbas), qui pourrait être un dérivé de l’ancien mot italien pour boussole.

Dans le monde arabe, la référence la plus ancienne se trouve dans Le livre du trésor des marchands, écrit par un certain Baylak al-Kibjaki au Caire vers 1282. Comme l’auteur décrit avoir été témoin de l’utilisation d’une boussole lors d’un voyage en bateau une quarantaine d’années plus tôt, certains chercheurs sont enclins à antidater sa première apparition en conséquence. Il existe également une référence musulmane non méditerranéenne légèrement antérieure à une boussole en fer ressemblant à un poisson dans un livre de contes persan de 1232.

Question d’une invention européenne indépendante

Divers arguments ont été avancés pour savoir si la boussole européenne était une invention indépendante ou non :

Arguments en faveur d’une invention indépendante :

• L’aiguille de navigation en Europe pointe invariablement vers le nord, alors qu’elle pointe toujours vers le sud en Chine.
• La boussole européenne a montré dès le début seize divisions de base, et non vingt-quatre comme en Chine.
• L’échec apparent des Arabes à fonctionner comme d’éventuels intermédiaires entre l’Orient et l’Occident en raison de l’apparition enregistrée plus tôt de la boussole en Europe (1190) que dans le monde musulman (1232, 1242 ou 1282).

Arguments contre une invention indépendante :

• La priorité temporelle de la boussole de navigation chinoise (1117) par rapport à la boussole européenne (1190).

Impact en Méditerranée

En Méditerranée, la pratique depuis les temps anciens avait été de réduire les voyages en mer entre octobre et avril, en partie à cause du manque de ciel clair fiable pendant l’hiver méditerranéen (et une grande partie de la mer est trop profonde pour les sondages). Avec l’amélioration des méthodes de calcul à l’estime et le développement de meilleures cartes, cette situation a changé au cours de la seconde moitié du treizième siècle. Vers 1290, la saison de navigation pouvait commencer fin janvier ou février et se terminer en décembre. Ces quelques mois supplémentaires avaient une importance économique considérable ; ils permettaient aux convois vénitiens, par exemple, de faire deux allers-retours par an vers la Méditerranée orientale, au lieu d’un seul.

A peu près au moment où les Européens ont appris l’existence de la boussole, le trafic entre la Méditerranée et l’Europe du Nord a augmenté, et l’un des facteurs pourrait être que la boussole a rendu la traversée du golfe de Gascogne plus sûre et plus facile.

Boussole moderne à remplissage liquide

En 1936, le Finlandais Tuomas Vohlonen a inventé et breveté la première boussole portable à remplissage liquide réussie, conçue pour un usage individuel.

Construction d’une boussole simple

Une tige magnétique est nécessaire lors de la construction d’une boussole. Celle-ci peut être créée en alignant une tige de fer ou d’acier avec le champ magnétique terrestre, puis en la trempant ou en la frappant. Cependant, cette méthode ne produit qu’un aimant faible, si bien que d’autres méthodes sont préférables. Cette tige magnétisée (ou aiguille magnétique) est ensuite placée sur une surface à faible friction pour lui permettre de pivoter librement afin de s’aligner avec le champ magnétique. Elle est ensuite étiquetée afin que l’utilisateur puisse distinguer l’extrémité pointant vers le nord de celle pointant vers le sud ; dans les conventions modernes, l’extrémité nord est généralement marquée d’une manière ou d’une autre, souvent en étant peinte en rouge.

Flavio Gioja (fl. 1302), un pilote de marine italien, est parfois crédité d’avoir perfectionné la boussole de marin en suspendant son aiguille au-dessus d’un motif de fleur de lys, qui pointait vers le nord. Il enfermait également l’aiguille dans une petite boîte avec un couvercle en verre.

Compas de navigation modernes

Les boussoles de navigation portables modernes utilisent une aiguille ou un cadran magnétisé à l’intérieur d’une capsule remplie de fluide (huile, kérosène ou alcool est commun) ; le fluide fait que l’aiguille s’arrête rapidement plutôt que d’osciller d’avant en arrière autour du nord magnétique. La plupart des boussoles modernes de loisirs et militaires intègrent un rapporteur à la boussole, en utilisant une aiguille magnétisée séparée. Dans ce modèle, la capsule rotative contenant l’aiguille magnétisée est munie de lignes d’orientation et d’une flèche d’orientation, puis montée sur une plaque de base transparente contenant un indicateur de direction de déplacement (DOT) qui permet de prendre des repères directement sur une carte. Les autres caractéristiques de certaines boussoles portables modernes sont les suivantes : échelles de carte et de romer pour mesurer les distances et reporter les positions sur les cartes, marquages ou collerettes lumineuses pour l’utilisation de nuit ou dans des conditions de faible éclairage, divers mécanismes de visée (miroir, prisme, etc.) pour prendre des repères d’objets éloignés avec une précision maximale.) pour prendre des relèvements d’objets éloignés avec une plus grande précision, des aiguilles « globales » pour une utilisation dans des hémisphères différents, une déclinaison réglable pour obtenir des relèvements réels instantanés sans avoir recours à l’arithmétique, et des dispositifs tels que des inclinomètres pour mesurer les gradients.

Les forces militaires de quelques nations, notamment l’armée des États-Unis, continuent d’utiliser d’anciens modèles de boussoles à carte lensatique avec des cadrans magnétisés au lieu d’aiguilles. Une boussole à carte lensatic permet de lire le relèvement sur la carte boussole avec seulement un léger regard vers le bas des mires (voir photo), mais nécessite un rapporteur séparé pour une utilisation avec une carte. La boussole lensatique officielle de l’armée américaine n’utilise pas de liquide pour amortir le balancement de l’aiguille, mais plutôt une induction électromagnétique. Une conception à puits profond est utilisée pour permettre à la boussole d’être utilisée dans le monde entier avec peu ou pas d’effet sur la précision causée par l’inclinaison du cadran. Comme les forces d’induction offrent moins d’amortissement que les modèles remplis de liquide, un verrou d’aiguille est monté sur la boussole pour réduire l’usure, actionné par l’action de pliage du porte-lentille arrière. L’utilisation des boussoles à induction remplies d’air a diminué au fil des ans, car elles peuvent devenir inopérantes ou imprécises à des températures glaciales ou dans des environnements humides.

Les autres boussoles spécialisées comprennent la boussole à main optique ou prismatique, souvent utilisée par les géomètres, les explorateurs de grottes ou les marins. Cette boussole utilise une capsule remplie d’huile et un cadran de boussole magnétisé avec une visée optique ou prismatique intégrée, souvent équipée d’un éclairage photoluminescent intégré ou alimenté par des piles. Grâce au viseur optique ou à prisme, ces boussoles peuvent être lues avec une extrême précision lors du relèvement d’un objet, souvent à des fractions de degré près. La plupart de ces boussoles sont conçues pour un usage intensif, avec des boîtiers métalliques solides, et beaucoup sont équipées d’un trépied pour plus de précision.

Les boussoles de marin peuvent avoir deux ou plusieurs aiguilles magnétiques fixées en permanence sur une rose des vents. Celles-ci se déplacent librement sur un pivot. Une ligne de lubrification, qui peut être une marque sur le bol du compas ou une petite aiguille fixe indique le cap du navire sur la rose des vents.

Traditionnellement, la rose des vents est divisée en trente-deux points (appelés rhumbs), bien que les compas modernes soient marqués en degrés plutôt qu’en points cardinaux. La boîte (ou bol) recouverte de verre contient un cardan suspendu dans un binnacle. Celui-ci préserve la position horizontale.

Les grands navires s’appuient généralement sur un gyrocompas, utilisant le compas magnétique, plus fiable, comme secours. De plus en plus de compas électroniques à fluxgate sont utilisés sur les petits navires.

Certains compas militaires modernes, comme le (celui de la photo) contient le matériau radioactif Tritium (3H) et une combinaison de Phosphore. Le SandY-183 contenait 120mCi (millicuries) de tritium. Le nom SandY-183 est dérivé du nom de la société, Stocker et Yale (SandY).

Les boussoles à semi-conducteurs

Les petites boussoles que l’on trouve dans les horloges, les téléphones portables (par exemple le Nokia 5140i) et d’autres appareils électroniques sont des appareils électroniques à semi-conducteurs généralement construits à partir de deux ou trois capteurs de champ magnétique qui fournissent des données à un microprocesseur. En utilisant la trigonométrie, le cap correct par rapport à la boussole est calculé.

Souvent, le dispositif est un composant discret qui sort un signal numérique ou analogique proportionnel à son orientation. Ce signal est interprété par un contrôleur ou un microprocesseur et utilisé soit en interne, soit envoyé à une unité d’affichage. Le capteur utilise un système magnétique de précision et des composants électroniques internes hautement calibrés pour mesurer la réponse du dispositif au champ magnétique de la Terre. Le signal électrique est ensuite traité ou numérisé.

Compas de relèvement

Un compas de relèvement est un compas magnétique monté de telle sorte qu’il permet de prendre des relèvements d’objets en les alignant avec la ligne lubrifiée du compas de relèvement.

Correction du compas

Comme tout dispositif magnétique, les boussoles sont affectées par les matériaux ferreux proches ainsi que par les fortes forces électromagnétiques locales. Les boussoles utilisées pour la navigation terrestre en milieu sauvage ne doivent jamais être utilisées à proximité d’objets en métal ferreux ou de champs électromagnétiques (batteries, capots de voiture, moteurs, pitons en acier, montres-bracelets, etc.)

Les boussoles utilisées dans ou à proximité de camions, de voitures ou d’autres véhicules mécanisés sont particulièrement difficiles à utiliser avec précision, même lorsqu’elles sont corrigées de la déviation par l’utilisation d’aimants intégrés ou d’autres dispositifs. De grandes quantités de métal ferreux combinées aux champs électriques de marche et d’arrêt causés par les systèmes d’allumage et de charge du véhicule entraînent généralement des erreurs importantes de la boussole.

En mer, la boussole d’un navire doit également être corrigée des erreurs, appelées déviation de la boussole, causées par le fer et l’acier de sa structure et de ses équipements. Le navire est balancé, c’est-à-dire mis en rotation autour d’un point fixe tandis que son cap est noté par alignement avec des points fixes sur la côte. Une carte de déviation du compas est préparée afin que le navigateur puisse convertir les caps compas et magnétiques. Le compas peut être corrigé de trois façons. Tout d’abord, la ligne de lubrification peut être ajustée de manière à être alignée avec la direction dans laquelle le navire se déplace, puis les effets des aimants permanents peuvent être corrigés par de petits aimants placés dans le boîtier du compas. L’effet des matériaux ferromagnétiques dans l’environnement du compas peut être corrigé par deux billes de fer montées de chaque côté du binacle du compas. Le coefficient a 0 {\displaystyle a_{0}} représentant l’erreur de la ligne de lubrification, tandis que a 1 , b 1 {\displaystyle a_{1},b_{1}} les effets ferromagnétiques et a 2 , b 2 {\displaystyle a_{2},b_{2}} la composante non ferromagnétique.

Les boussoles à flux peuvent être calibrées automatiquement, et peuvent également être programmées avec la variation locale correcte de la boussole de manière à indiquer le cap vrai.

Utilisation d’une boussole

La façon la plus simple d’utiliser une boussole est de savoir que la flèche pointe toujours dans la même direction, le nord magnétique, qui est à peu près similaire au nord vrai. Sauf dans les zones de variation extrême de la déclinaison magnétique (20 degrés ou plus), cela suffit pour se prémunir de marcher dans une direction sensiblement différente, voire opposée, à celle attendue sur de courtes distances, à condition que le terrain soit assez plat et que la visibilité ne soit pas altérée. En fait, en notant soigneusement les distances (temps ou allures) et les relèvements magnétiques parcourus, on peut tracer un parcours et un retour à son point de départ en utilisant uniquement la boussole.

Toutefois, la navigation à la boussole utilisée conjointement avec une carte (association au terrain) nécessite une méthode différente. Pour prendre un relèvement de carte ou un relèvement vrai (un relèvement pris en référence au nord vrai et non magnétique) vers une destination avec une boussole à rapporteur, le bord de la boussole est placé sur la carte de manière à relier l’emplacement actuel à la destination souhaitée (certaines sources recommandent de tracer physiquement une ligne). Les lignes d’orientation à la base du cadran de la boussole sont ensuite tournées pour s’aligner sur le nord réel ou vrai en les alignant sur une ligne de longitude marquée (ou la marge verticale de la carte), sans tenir compte de l’aiguille de la boussole. Le relèvement réel ou le relèvement de la carte qui en résulte peut alors être lu sur l’indicateur de degré ou la ligne de direction du voyage (DOT), qui peut être suivi comme un azimut (cap) vers la destination. Si l’on souhaite obtenir un relèvement au nord magnétique ou un relèvement à la boussole, il faut ajuster la boussole en fonction de la déclinaison magnétique avant d’utiliser le relèvement, afin que la carte et la boussole soient en accord. Dans l’exemple donné, la grande montagne de la deuxième photo a été sélectionnée comme destination cible sur la carte.

La boussole à rapporteur portative moderne comporte toujours une flèche ou un indicateur de direction de déplacement (DOT) supplémentaire inscrit sur la plaque de base. Pour vérifier sa progression le long d’un parcours ou d’un azimut, ou pour s’assurer que l’objet en vue est bien la destination, on peut effectuer une nouvelle lecture de la boussole vers la cible si elle est visible (ici, la grande montagne). Après avoir pointé la flèche DOT de la plaque de base vers la cible, la boussole est orientée de manière à ce que l’aiguille se superpose à la flèche d’orientation de la capsule. Le relèvement ainsi indiqué est le relèvement magnétique vers la cible. Là encore, si l’on utilise des relèvements « vrais » ou des relèvements de carte, et que la boussole n’a pas de déclinaison préréglée, il faut ajouter ou soustraire la déclinaison magnétique pour convertir le relèvement magnétique en relèvement vrai. La valeur exacte de la déclinaison magnétique dépend du lieu et varie dans le temps, mais la déclinaison est souvent indiquée sur la carte elle-même ou peut être obtenue en ligne sur différents sites. Si ce n’est pas le cas, un club de randonneurs local devrait la connaître. Si le randonneur a suivi le bon chemin, le relèvement corrigé (vrai) indiqué par la boussole devrait correspondre étroitement au relèvement vrai obtenu précédemment sur la carte.

Cette méthode est parfois connue sous le nom de système Silva 1-2-3, d’après Silva Compass, fabricants des premiers compas à rapporteur.

Equilibrage des boussoles

Comme le champ magnétique terrestre varie selon les latitudes, les boussoles sont souvent équilibrées lors de leur fabrication. La plupart des fabricants équilibrent les aiguilles de leurs boussoles pour l’une des cinq zones, allant de la zone 1, couvrant la majeure partie de l’hémisphère nord, à la zone 5 couvrant l’Australie et les océans du sud. Cet équilibrage permet d’éviter que l’une des extrémités de l’aiguille ne s’incline de manière excessive, ce qui pourrait provoquer un blocage de la rose des vents et des lectures erronées. Suunto a récemment introduit des boussoles à deux zones qui peuvent être utilisées dans un hémisphère entier et, dans une certaine mesure, dans un autre sans perte significative de précision.

Points de la boussole

À l’origine, de nombreuses boussoles étaient marquées uniquement par rapport à la direction du nord magnétique, ou aux quatre points cardinaux (nord, sud, est, ouest). Plus tard, les marins ont divisé la rose des vents en 32 points également espacés et répartis à partir des points cardinaux.

Le système à 360 degrés s’est ensuite imposé, qui est encore utilisé aujourd’hui pour les navigateurs civils. Le cadran des degrés espace les marques de la boussole avec 360 points équidistants. D’autres nations ont adopté le système « grad », qui espace le cadran en 400 grad ou points.

La plupart des forces de défense militaires ont adopté le système « mil », dans lequel le cadran de la boussole est espacé en 6400 unités (certaines nations utilisent 6000) ou « mils » pour une précision supplémentaire lors de la mesure des angles, de la pose de l’artillerie, et ainsi de suite.

Galerie

Plusieurs systèmes de boussole différents :

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  Compas avec division de 400 grades et tableau de conversion. table

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  Boussole de l’armée suisse avec mils. division

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  Compas de géomètre avec clinomètre

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  Compas du Stratum d’après le Prof. Clar

Voir aussi

• Azimut
• Coordonnées
• Système de positionnement global

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• Système de navigation inertielle
• Navigation
• Radio-compas

Notes

Tous les liens ont été récupérés le 15 mars 2017.

• Programme de géomagnétisme de l’USGS
• Paul J. Gans, Les pages de technologie médiévale : Boussole
• Conférence du soir à la British Association lors de la réunion de Southampton par Sir William Thomson (Lord Kelvin) le vendredi 25 août 1882 Les marées. Fait référence à la correction de la boussole par les séries de Fourier.

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