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Boussole

Introduction

Une boussole est un instrument de navigation constitué d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ magnétique de la Terre. Elle indique ainsi le nord magnétique, à ne pas confondre avec le nord géographique (il y a une légère différence). La différence entre les deux directions en un lieu donné s’appelle la déclinaison magnétique (La déclinaison magnétique est, en un point donné sur la surface de la terre, l'angle formé entre la direction du pôle nord géographique et le pôle nord magnétique (il s'agit donc d'un angle sur le plan horizontal du point d'observation)....). Les lignes du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs – qui se comporte comme une gigantesque dynamo.) sur lesquelles l'aiguille de la boussole (Une boussole est un instrument de navigation constitué d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ magnétique de la...) s'aligne pointent sous terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) au niveau des pôles nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) (et non pas à la surface). Dans l'hémisphère nord, l'extrémité nord de la boussole est donc attirée vers le bas. Pour compenser ce phénomène, l'extrémité sud de l'aiguille de la boussole est légèrement lestée. Quand on utilise une boussole "hémisphère nord" dans l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En astronomie, ce terme désigne la...), l'extrémité sud de l'aiguille est attirée vers le bas par le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et...), alors qu'elle est déjà pourvue d'un contrepoids. Résultat, la pointe sud de la boussole accroche sur le fond de la cavité dans laquelle elle est logée, et fonctionne donc beaucoup moins bien.

Une boussole fournit une direction de référence connue qui aide à la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :). Les points cardinaux sont (dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du...) des aiguilles d’une montre) : Nord, Est, Sud, et Ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).). Une boussole peut être utilisée conjointement à une horloge pour fournir une estimation de sa navigation.

Le terme boussole s’emploie principalement en navigation terrestre. En navigation maritime (La navigation maritime concerne toute les activités humaines de circulation sur les mers et océans. On parle de navigation hauturière lorsque le navire navigue en haute mer...) et aérienne, équipée d’une ligne de foi (repère parallèle à l’axe du navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où...) ou de l’aéronef (Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère terrestre. On distingue deux catégories...), gravé sur l’instrument et donnant la direction suivie), elle est alors appelée compas.

Une boussole de gousset (Voir aussi les montres à gousset.).

Principe physique

Une boussole peut être constituée de n’importe quel dispositif utilisant une aiguille magnétisée tournant librement sur un pivot, afin qu’elle puisse indiquer la direction du nord magnétique du globe terrestre.

Autrefois, certaines boussoles étaient combinées avec un cadran solaire (Un cadran solaire est un instrument silencieux et immobile qui indique le temps solaire par les déplacements de l'ombre d'un objet de forme variable, le gnomon, sur une surface quelconque, mais généralement plane, la table...), lequel utilisait l’ombre portée (L'ombre portée est la zone soustraite aux rayons lumineux incidents par un objet sur son support. De façon conventionnelle, en dessin technique, l'ombre portée sera d'une valeur plus dense (plus sombre) que...) d’une aiguille ou d’un triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et par les trois segments qui les relient. La dénomination de...) rabattable ; cette association permettait d’orienter le cadran et d’obtenir l’heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y...) approximativement (cf. l’astrolabe).

Une boussole gyroscopique peut également être employée pour trouver le nord géographique.

L’élément de base est une tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et porte les bourgeons et les feuilles. La tige se ramifie généralement en branches et rameaux formant...) magnétique. On peut la réaliser en alignant une tige de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus...) ou d’acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la...) sur le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique de la Terre et puis la faisant chauffer puis refroidir (recuire) ou en la frottant. Cependant, cette méthode produit seulement un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des...) de faible puissance ; aussi d’autres méthodes sont préférables.

Cette tige magnétisée (ou aiguille magnétique) est alors placée sur un support de friction quasi-nulle qui lui permet de pivoter librement pour s’aligner sur le champ magnétique ambiant. On y appose alors une marque à une extrémité afin que l’utilisateur puisse distinguer les directions nord et sud. Une convention moderne veut que l’extrémité pointant vers le nord soit marquée d’une manière quelconque, souvent de peinture fluorescente ou rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.).

Utilisation de la boussole

Boussole allemande de la société Pasto à prisme (échelles)
Boussole à prisme : visée 220° par l’oculaire (Un oculaire est un système optique complémentaire de l'objectif. Il est utilisé dans les instruments tels que les microscopes ou les télescopes pour agrandir l'image...)

D’autres caractéristiques communes aux boussoles modernes portables à la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe destiné à saisir et manipuler des objets....) sont une plaque de base équipée de règles graduées permettant de mesurer les distances sur les cartes, une lunette tournante pour mesurer l’angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) formé entre le nord magnétique (voir déclinaison magnétique) indiqué par l’aiguille et la direction du point (Graphie) visé, et un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche...) réfléchissant l’image de l’aiguille sur le cadran lorsque l’on vise un point repère. La plupart des boussoles possèdent aussi un système de visée composé d’un cran de mire (Une mire est un dispositif permettant la mesure des paramètres d'un système de reproduction d'images.) et d’un guidon servant de collimateur (Un collimateur est un dispositif optique permettant d'obtenir un faisceau de rayons de lumière parallèles à partir d'une source de lumière. Ce mot vient du latin...) ou bien d’un fil tendu dans un évidement, ou d’une ligne peinte ou tracée dans le couvercle. Certaines boussoles possèdent une aiguille aimantée supportant un cadran mobile (comme la rose des vents des compas de marine) et la lecture se fait alors automatiquement au moyen d’une ligne tracée sur le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de fondants, le...) (voir la photo de la boussole de l’armée américaine). Un troisième type de boussole, plus perfectionné encore, possède un prisme dirigé vers le bord extérieur du cadran et un oculaire dans lequel on peut directement lire la valeur d’angle (voir photos).

La boussole a plusieurs usages : navigation, artillerie, géodésie etc. En navigation, elle peut servir à déterminer la position présente de l’utilisateur ou bien indiquer une marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un...) à suivre.

  • Dans le premier cas, l’utilisateur doit relever le gisement de points de repères (pont, clocher (Un clocher est un élément architectural d'une église, généralement en forme de tour plus ou moins élevée, qui héberge une ou plusieurs cloches.) d’église (L'église peut être :), sommet de montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique,...) etc.) visibles depuis l’endroit où il se trouve et comparer ses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) avec une carte. À cet effet, il orientera le dispositif de visée de sa boussole vers le point marquant choisi et tournera ensuite la lunette pour mettre le repère indiquant le nord magnétique en regard de la direction indiquée par l’aiguille, visible dans le miroir. L’observateur placera ensuite la boussole sur la carte (posée à plat et orientée vers le nord magnétique) et repérera la position du point marquant préalablement visé. Pour déterminer sa position par rapport à cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini...), il tracera une ligne droite partant du point marquant passant par le centre du cadran (point de rotation de l’aiguille) et fonction de l’angle mesuré. Une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du...) ligne partant d’un autre point marquant visible et coupant la première permettra de déterminer la position présente avec plus de précision.
  • Pour déterminer une marche à suivre (un cap), la manière la plus simple est de considérer tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d’abord que l’aiguille indique toujours la même direction, c’est-à-dire le nord. Si l’on note soigneusement les distances parcourues (temps et vitesse (On distingue :) de déplacement) et les angles mesurés à chaque changement de direction, on peut tracer l’évolution de son propre itinéraire et revenir à son point de départ uniquement à l’aide d’une boussole seule (sans carte). Hormis les régions présentant une forte déviation magnétique (par ex. présence de métaux ferrugineux dans le sol) de 20 degrés ou plus, une boussole simple (de gousset) suffira sur courte distance pour éviter de marcher dans une direction entièrement fausse dans la mesure où le terrain est à peu près plat et aucun obstacle ne vient gêner la visibilité (En météorologie, la visibilité est la distance à laquelle il est possible de distinguer clairement un objet, quelle que soit l'heure. On peut mesurer la...).
Orientation de la boussole sur la carte (D représente la déclinaison magnétique locale)
Lorsque l’aiguille est alignée sur la flèche du cadran, la valeur d’angle (en degrés) indiquée sur la lunette rotative de la boussole indique le relèvement (Le relèvement est la détermination de l'angle que fait, dans le plan horizontal, la ligne d'un observateur vers un objet avec celle d'une direction de référence fixe. En général, le...) (angle de gisement) du sommet, c’est-à-dire le cap à suivre pour s’y rendre directement, par exemple s’il disparaissait de la vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.).

Si l’on utilise la boussole en liaison avec une carte, on doit alors appliquer une méthode entièrement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à...). Il faut tenir compte de la déclinaison magnétique. Celle-ci variant en fonction de la position dans l’espace et du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), il faudra éventuellement la calculer (ou la demander au club de randonnée local) pour déterminer combien de degrés mesure l’angle entre le nord magnétique (indiqué par l’aiguille) et le nord géographique (haut de la carte). Cet angle devra être pris en compte lors de la visée du point de repère.

Pour mesurer un angle vrai, c’est-à-dire par rapport au nord géographique et non pas au nord magnétique, par exemple à l’aide d’une boussole ayant un côté en forme de règle graduée, on placera le point zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation...) de la règle sur la position présente repérée sur la carte (préalablement orientée avec le haut vers le nord géographique) et on orientera la règle dans la direction de la destination souhaitée (certaines sources recommandent aux débutants pour plus de sécurité de tracer une ligne sur la carte). On tournera ensuite la lunette (supportant le cadran transparent de la boussole) pour orienter le zéro de la graduation angulaire vers le nord géographique en alignant les lignes parallèles sur les lignes nord-sud (longitude) ou sur le bord latéral de la carte. Le cap à suivre est alors indiqué sur la ligne de visée de la boussole. Tenir ensuite la boussole horizontalement au niveau des yeux et l’orienter de manière à ce que l’aiguille reste en regard de la valeur d’angle correspondant au nord magnétique. L’axe longitudinal de la boussole (généralement matérialisé par une flèche) indiquera le cap à suivre.

Méthode simplifiée : (sans orienter la carte le haut vers le nord) on peut déterminer sur la carte sa position présente en fonction d’un point de repère visible dans le paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un espace limité, d'un « pays ». Portion de l'espace terrestre...) en orientant sur ce dernier la flèche de visée de la boussole et en tournant la lunette de manière à aligner les lignes parallèles et l’aiguille. On placera ensuite sur la carte un coin de la boussole sur le point de repère visé et on la fera tourner jusqu’à ce que les lignes parallèles soient alignées sur les lignes de longitude (La longitude est une valeur angulaire, expression du positionnement est-ouest d'un point sur Terre (ou sur une autre planète).) (nord-sud) de la carte. La position présente se situe sur la règle graduée de la boussole ou dans son prolongement. Une seconde ligne tracée à partir d’un autre point de repère et coupant la première permettra de déterminer la position avec plus de précision.

Inversement, cette méthode est aussi applicable pour déterminer le cap à suivre. Placer d’abord la boussole sur la carte, le bord de la règle étant sur une ligne imaginaire reliant la position présente et le point zéro sur l’objectif à atteindre, sans tenir compte de l’aiguille. Tourner ensuite la lunette (supportant le cadran transparent de la boussole) pour aligner les lignes parallèles sur les lignes nord-sud de la carte (ou sur le bord latéral de la carte) en conservant le repère nord (zéro) du côté « nord ». L’angle ainsi défini par ces lignes et le côté du boîtier de la boussole correspond au sens de la marche à suivre par rapport au nord, matérialisé par la flèche de la boussole. En tenant la boussole au niveau des yeux (à bout de bras), se placer de manière telle que l’aiguille soit alignée sur les lignes parallèles et pointée vers le nord.

La photo montre un sommet visé à partir des indications de la carte.

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