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Sextant

Introduction

Un sextant.

Un sextant est un instrument de navigation permettant de relever la hauteur angulaire d’un astre au-dessus de l’horizon. Il est utilisé pour faire le point (Graphie) hors de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de 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...) (voir l’article : navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) astronomique). Un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) courant du sextant (Un sextant est un instrument de navigation permettant de relever la hauteur angulaire d’un astre au-dessus de l’horizon. Il est utilisé pour...) est de relever la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) angulaire du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) à midi, ce qui donne la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de...) du point de l'observateur. Le sextant est toujours utilisé dans l’aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.), la marine, les raids terrestres, etc., bien que son usage se restreigne en raison du développement des systèmes de positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et...) par satellites (Satellite peut faire référence à :).

Histoire

Les Grecs antiques et Byzantins utilisaient déjà pour la navigation des astrolabes et des octants, tels ceux trouvés à Anticythère dans une épave du IIIe siècle av. J.-C.; Héron d'Alexandrie (Alexandrie (grec :?λεξ?νδρεια, Copte : Rakot?, Arabe : ??????????, Al-?Iskandariya) est une ville d’Égypte de près de quatre millions...) (Ier siècle) en fait la description.

Toutefois, le sextant moderne fut inventé dans les années 1730 par deux personnes indépendamment l’une de l’autre: John Hadley (1682-1744), un mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute personne faisant des mathématiques la base de son...) anglais, et Thomas Godfrey (1704-1749), un inventeur américain.

La spécificité du sextant par rapport à l’astrolabe (L'astrolabe (ou Almincantarat, Almicantarat, de l'arabe ???????? : Al-Muqantara) est une double projection plane (le plus souvent une projection polaire) qui permet de représenter le mouvement...) est que les deux directions dont on veut mesurer l’angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) sont observées en même temps, rendant la mesure à peu près indépendante des mouvements 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 cessent de s'appliquer les règlements techniques de sécurité de...). Le sextant se tient à hauteur des yeux, alors que l’astrolabe nécessite un point de suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des...) d’autant plus élevé que l’on vise un astre de site élevé.

Mesure de la hauteur d'un astre au sextant

Mesure avec un sextant

L’observation (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 grande participation des amateurs...) consiste à « faire descendre » l’image réfléchie de l’astre sur l’horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres domaines :) et la faire tangenter l’horizon (d’où le mouvement de balancier de la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le...) qui tient le sextant). S’il s’agit du soleil ou de la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la...), on fait tangenter son bord inférieur ou supérieur. Pour les étoiles et les planètes, il est conseillé de « monter l’horizon » au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout point. En...) de l’astre en retournant le sextant, puis d’observer normalement.

La hauteur mesurée au sextant doit être corrigée des erreurs instrumentales et d’un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de paramètres propres à la hauteur de l’observateur au-dessus de l’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), à la réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre deux...) astronomique et à l’astre visé.

La hauteur vraie h_v\, est déduite de la hauteur mesurée h_m\, par la formule

h_v = h_m + \varepsilon + c - d - R + P \pm\delta\,
avec :
\varepsilon\, , l’excentricité (Cet article décrit l'excentricité en mathématiques et en psychologie.) du sextant ;
c\, , la collimation du sextant ;
d\, , la dépression de l’horizon, fonction de la hauteur de l’œil de l’observateur, donné par les éphémérides ;
R\, , la réfraction astronomique ;
P\, , la parallaxe (La parallaxe est l'incidence du changement de position de l'observateur sur l'observation d'un objet.) (négligeable pour les étoiles et les planètes) ;
\delta\, , le demi-diamètre (apparent) de la lune ou du soleil, affecté du signe + si on a visé le bord inférieur, du signe - si on a visé le bord supérieur.

Pour le soleil, les éphémérides donnent la valeur journalière de \delta\, ainsi que la somme - d - R + P + \delta_m\, ; \delta_m\, étant le demi-diamètre moyen et on applique une deuxième correction : +(\delta - \delta_m)\, pour le bord inférieur et -(\delta + \delta_m)\, pour le bord supérieur.

Pour la lune on applique une formule analogue avec des valeurs données par les éphémérides.

Pour les étoiles et planètes : \delta\, est négligeable ; P\, est négligeable, sauf pour Mars et Vénus. La somme -(d + R)\, est fournie par les éphémérides ainsi que la valeur de P\, pour Mars et Vénus.

Précision des mesures et réglage

Schéma d’un sextant

La lecture d’un sextant bien réglé permet une précision de 0,2′ d’arc. En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...), un observateur pourrait donc déterminer sa position avec une précision de 0,2 milles marins (puisque 1 mille correspond à 1′ d’arc de grand cercle), soit environ 370 mètres. Dans la pratique, les navigateurs obtiennent une précision de l’ordre de 1 ou 2 milles marins (mouvements du navire, houle (La houle est un mouvement ondulatoire de la surface de la mer. C'est une oscillation sinusoïdale régulière qui est légèrement différente des vagues car la houle se déplace sur de grandes ditances...), horizon plus ou moins net, imprécisions de 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 compris en sciences (« heure...) ou de l’estime entre les visées successives du même astre ou d’astres différents).

Les erreurs instrumentales du sextant sont l’excentricité et la collimation.

  • l’excentricité est une donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) propre du sextant à la construction et ne peut être corrigée. Elle est fonction de la hauteur mesurée et est inscrite dans la boîte du sextant ;
  • la collimation peut être réglée et il y a lieu de la vérifier avant chaque observation en superposant l’image directe (L'image directe d'un sous-ensemble A de X par une application est le sous-ensemble de Y formé des éléments qui ont au moins un antécédent par f d'un élément de A :) d’un astre et son image réfléchie et inversement, la collimation étant égale à la moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) de ces deux mesures.

Si la collimation dépasse 3′, il faut vérifier et rectifier :

  • l’axe optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) (vieux sextants), qui doit être parallèle au plan du limbe, en comparant les visées d’une mire (Une mire est un dispositif permettant la mesure des paramètres d'un système de reproduction d'images.) à 30 m. par la lunette et par des cavaliers posés sur le limbe. On agit ensuite sur les vis de réglage du collier porte-lunette ;
  • le grand 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 métallique fine, qui, pour être protégée,...), qui doit être, en comparant la visée directe d’un cavalier avec la visée réfléchie par le grand miroir d’un second cavalier. On agit ensuite sur la vis de réglage du grand miroir ;
  • le petit miroir, qui doit être perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin...) au plan du limbe et parallèle au grand miroir, en visant un point éloigné ou l’horizon : les deux images doivent être confondues et le rester en inclinant le sextant. On agit sur les vis de réglage du petit miroir.
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