Longitude - Définition et Explications

Les méridiens passent tous par les pôles
Les méridiens passent tous par les pôles

La longitude est une valeur angulaire, expression du positionnement est-ouest d'un point sur Terre (ou sur une autre planète).

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...)

Tous les points de même longitude (La longitude est une valeur angulaire, expression du positionnement est-ouest d'un point sur Terre...) appartiennent à une ligne épousant la courbure terrestre (La courbure terrestre - nommée aussi dépression - définit l'horizon visuel apporté par la...), coupant à angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) droit l'équateur et reliant le pôle Nord (Le pôle Nord géographique terrestre, ou simplement pôle Nord, est le point le plus...) au pôle Sud (Le pôle Sud est le point le plus au sud de la surface de la Terre, diamétralement...), cette ligne est appelée méridien. À la différence de la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...) (position nord-sud) qui bénéficie de l'équateur et des pôles comme références, aucune référence naturelle n'existe pour la longitude. La longitude, généralement notée λ, est donc une mesure angulaire sur 360° par rapport à un méridien de référence, avec une étendue de +180° à -180° ou 180° Est à 180° Ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se...).

Calcul

Le parcours d'un point (Graphie) immobile sur "Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...)" (ou sur Mer) décrivant un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale...) (de 360°), que l'on appelle une parallèle (opposé au méridien), et une journée comportant 24h par définition, on en déduit que la Terre, et donc le point, tourne de 15° par heure (L'heure est une unité de mesure  :). Il suffit donc de connaitre l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) locale en deux points différents afin de déterminer leur différence de longitude (relative). De cette façon si on pose un des points comme référence, on pourra déduire la longitude (référencée) du second point. Par exemple, si l'heure UTC est l'heure du méridien de Greenwich (Le méridien de Greenwich est le méridien qui sert de référence internationale...) et si le fuseau horaire local est de trois heures avant UTC, la longitude de l'endroit est d'environ 45° Ouest (3*15°).

Simple ? pas si sûr. Car comment déterminer l'heure locale ? Si on dispose d'un GPS, il suffit de lire l'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du...). Soit. Mais si on en dispose pas, comment faire ? il suffit d'identifier, dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), la notion d'heure locale à l'heure solaire en faisant abstraction ( En philosophie, l'abstraction désigne à la fois une opération qui consiste a isoler par la...) du choix arbitraire des états (décalage par rapport au soleil). Ensuite, il faut trouver l'heure solaire. On rappelle que le parcours du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) est appelé écliptique (L'écliptique est le grand cercle sur la sphère céleste représentant la trajectoire annuelle du...) (ou de façon symétrique le plan de l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) de la Terre) et qu'il dépend de la latitude et du jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...). Cet effet est dû à l'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un...) de 23°26' (angle appelé obliquité de l’écliptique) de l'axe de rotation de la Terre par rapport à celui du soleil. Il faudrait ainsi comparer (pour trouver une différence) l'heure donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) (par un chronomètre) à laquelle le soleil se trouve en une position précise de sa course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) en deux endroits différents. Ce n'est pas très simple sauf en un point car il existe heureusement une position privilégiée qui simplifie la procédure et qui est définie lorsque le soleil atteint sa hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) maximum au dessus de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...) (culmination, à ne pas confondre avec zénith). En cette position, il est midi, soit 12h, et ceci dans tous les cas (quelle que soit la latitude et quel que soit le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) de l'année). Ainsi, par exemple, dans le cas d'un navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu...), il suffit de prendre le "top" à midi à son port d'attache et de "refaire le point" en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) également à midi et de noter le décalage horaire pour en déduire finalement la longitude relative (par rapport au port) de la position du navire à ce moment là. Cette façon de conserver le temps a donné son nom aux premiers véritables chronomètres suffisamment précis, les "Garde-temps".

Méthode pour trouver le midi : on sait que cela se produit lorsque le soleil est au zénith (abus de langage). Pour trouver ce dernier, la méthode la plus simple consiste à utiliser un relevé d'ombres. Pour cela, on utilise une planchette horizontale (cadran solaire), munie d'un "gnomon (Un gnomon est le nom du plus simple cadran solaire : un bâton planté verticalement dans le...)" (bâtonnet ou vis verticale) et on note la position de l'extrémité de son ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement...) le plus fréquemment possible. Et à midi, la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) de l'ombre est minimale (car le soleil est à son plus haut) et l'ombre donne l'axe Nord-Sud. On note alors l'heure donnée sur le "Garde-temps", par exemple 16h26, et on soustrait 12h, ce qui donne 4h26 de décalage horaire, soit un écart en longitude de 66,5° ((4 + 26/60) * 15°). Remarque : si on poursuit les mesures toute la journée on pourra en déduire (encore) la direction Nord-Sud car elle est (aussi) donnée par l'axe de symétrie de la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...) (reliant toutes les positions successives de l'extrémité de l'ombre du gnomon).

Historique

Les astronomes britanniques choisirent comme méridien d'origine une ligne nord-sud passant par l'observatoire astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires...) royal de Greenwich près de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville...) au Royaume-Uni fondé pour l'occasion. Ce méridien est toujours utilisé comme méridien de référence pour le calcul des fuseaux horaires. Son concurrent français, le méridien de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), fut définitivement abandonné en 1884.

Nécessité du calcul de la longitude

La mesure de la longitude est fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) pour la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :), elle donne la position Est-Ouest du navire et permet de le situer sur les cartes. La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de la meilleure technique pour son calcul fut donc l'une des plus acharnées et importantes du XVIIIe siècle.

Devant le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'accidents maritimes dus à l'absence de méthode suffisamment précise pour déterminer la position est-ouest des navires, le parlement britannique, sous la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) des commerçants et armateurs, vota une loi. Dans cette loi dite Longitude Act de 1714, la Grande-Bretagne (La Grande-Bretagne (en anglais Great Britain) est une île bordant la côte nord-ouest de...) offrait un prix de 20 000 livres sterling (plusieurs millions d'euros d'aujourd'hui) à toute personne capable de concevoir un moyen de déterminer la longitude de façon pratique, fiable, en toute circonstance à bord d'un bâtiment en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.).

Méthodes astronomiques

Les astronomes britanniques étaient persuadés que la solution ne pouvait se trouver que dans l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) et la connaissance de la mécanique céleste (La mécanique céleste est un terme qui désigne la description du mouvement d'objets...), celle-ci étant d'une grande précision. Tous les astronomes cherchèrent longuement, en se basant sur l'observation de différents astres, des planètes et de leurs satellites (Satellite peut faire référence à :), et dressèrent des tables de prévision de position de ces objets célestes. Mais ces méthodes ont toutes le même point faible pour un marin : elles réclament des conditions difficiles à réunir sur les bâtiments en haute mer. Entre les mouvements imprévisibles des bateaux, les conditions atmosphériques idéales rares et une complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) des différentes mesures et calculs, aucune ne satisfaisait donc aux conditions édictées par la commission du Longitude act chargée d'examiner les différents projets et réalisations en compétition pour gagner les 20 000 £.

Utilisation du décalage horaire

La plus simple consiste à déterminer la différence entre l'heure (solaire) locale et l'heure (solaire) d'un méridien de référence. Seulement afin d'exécuter ce calcul, il faut connaître l'heure précise du méridien de référence, en plus de connaître l'heure locale exacte.

Les problèmes étaient de deux ordres :

  • Technologique : À cette époque, on appelait chronomètre toute horloge assez précise. Or aucun chronomètre n'était capable de fonctionner correctement en mer sur une longue durée.
  • Physique : Les horloges à balancier ont une période qui dépend de g (valeur de l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) de la pesanteur), or celle-ci n'est pas constante à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du globe et pire elle est variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) en mer où la houle (La houle est un mouvement ondulatoire de la surface de la mer. C'est une oscillation sinusoïdale...) provoque des décélérations et accélérations parasites; le ressort à spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en...) utilisé pour les chronomètre de poche a une période dépendante de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...).

Le défi était donc de réussir à fabriquer une horloge suffisamment précise, dont la période est indépendante du lieu géographique et pouvant supporter les aléas d'un voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel...) sur toutes les mers du globe.

Celle-ci fut réalisée et même plusieurs fois améliorée, par John Harrison, horloger autodidacte (Un autodidacte est une personne qui a appris par elle-même, en dehors des institutions...) en 1734. Il mit en application des travaux de Christian Huygens et de Robert Hooke sur le ressort spiral, il construisit un nouveau type de mécanisme. Il utilisa des alliages de laiton et d'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) afin de contrôler les dilatations. Son garde temps de marine H4 1755 avait une précision de ±4,5 secondes sur 10 jours. Le prix promis par la loi finit par lui être remis après bien des péripéties en 1773.

Évolution

Actuellement cette méthode de calcul de la longitude est toujours d'actualité, en absence ou, lors d'une défaillance des systèmes de positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre...) électroniques. Les garde-temps (horloges) actuels sont parfaitement fiables.

Depuis quelques décennies le système GPS, associant plusieurs satellites à un récepteur calculateur portatif, permet de connaître instantanément sa position : longitude, latitude et altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...), ainsi que sa vitesse (On distingue :) de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...).

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