Le tableaux ci-dessous donne un très bref aperçu de l'évolution des connaissances en matière d'astronomie et de cartographie.

Le tableau qui suit, fait de même pour la navigation astronomique et par l'estime

 

ASTRONOMIE

CARTOGRAPHIE

-VIIe S.

ANAXIMANDRE (-610/-547): Affirme que la terre est ronde, au centre de l’univers

THALES: Début de l’utilisation de la projection dite « centrale » ou gnomonique pour représenter sur une carte plane les éléments de la sphère terrestre et céleste.

ANAXIMANDRE (-610/-547): Imagine le système de la « carte plate » par projection sur un cylindre tangent à la sphère. Il dresse une carte du monde connu à l’époque.

-VIe S.

PYTHAGORE: Admet la sphéricité et la rotation de la terre pour expliquer les jours et les nuits

PARMENIDE (-540): Dit que la terre est immobile et lui donne la forme d’un sphéroïde allongé vers les pôles.

PARMENIDE (-540): Divise la terre en 5 zones (2 glaciales, 2 tempérées et 1 brûlante).

-Ve S.

 

 

-IVe S.

PLATON (-428/-347): La terre est immobile au centre de l’univers. Entre elle est l’univers qui est sphérique, qui porte les étoiles et qui tourne d’Est et Ouest en 24h, existe 7 « orbes » (sphères) concentriques portant chacun une planète et qui sont animés d’un mouvement diurne commun et d’un mouvement plus lent. Chaque planète et étoile tourne sur elle même.

ARISTOTE (-384/-322): La terre est sphérique, immobile au centre de l’univers. Le ciel est aussi sphérique. La sphéricité de la terre se démontre par l’image circulaire de son ombre sur la lune pendant les éclipses. Il explique que la terre est en suspension dans l’espace par une loi générale selon laquelle tous les corps pesants tendent vers un point unique qui est le centre de l’univers, le centre de la terre.

DICEARQUE (-347/-285): Dresse une carte plate du monde connu comme ANAXIMANDRE et pour le première fois la divise par 2 lignes perpendiculaires graduées en stades pour mesurer les distances (ancêtres des méridiens et parallèles).

-IIIe S.

ERATOSTHENE (-276/-193): Détermine l’inclinaison de l’écliptique sur l’équateur.

ERATOSTHENE (-200): Améliore les cartes d’ANAXIMANDRE et de DICEARQUE. Y trace 7 parallèles et 15 méridiens, chacun à son échelle mesurée en stades. Certains points représentés sont placés grâce à leurs latitudes et longitudes calculées à l’aide du gnomon et d’observations astronomiques. Il est le premier à vouloir mesurer les dimensions de la terre.

-IIe S.

HIPPARQUE (-150): Détermine la précession des équinoxes, sans pouvoir l’expliquer en constatant que la position d’une étoile par rapport au point vernal sur l’écliptique a changé en 154 ans. Imagine les coordonnées célestes des astres (ascension droite et déclinaison). Transforme les coordonnées équatoriales des astres en coordonnées écliptiques et réciproquement. Imagine les orbites circulaires excentriques des astres alors qu’on était persuadé que les astres avaient des orbites circulaires uniformes autour de la terre. Il est le premier à diviser le cercle en 360° au lieu d’utiliser les mesures de distance en stades. Il croit toujours que la terre est immobile au centre de l’univers.

HIPPARQUE (-150): Invente la projection orthographique et la projection stéréographique.

-Ie S.

POSIDONIUS (-135/-49): Explique les phases de la lune et les phénomènes des marées par les mouvements de la lune.

CESAR (-46): Adoption du calendrier julien jusqu’en 1582.

 

+ Ie S.

 

MARTIN DE TYR : Grâce à l’étude des journaux des marins il dresse une liste des localités du monde avec ses degrés de latitude et longitude pour en faire une carte de la terre habitée. Il est considéré comme le fondateur de la géographie mathématique.

IIe S.

PTOLÉMÉE : Théorie des mouvements du soleil, des planètes et des étoiles selon un système s’appuyant sur les idées d’HIPPARQUE.et qui résume les connaissances de l’antiquité. La terre est ronde et immobile au centre de l’univers. Les astres tournent autour d’elle en 24 heures dans un mouvement circulaire centré sur la terre et dans un autre mouvement circulaire excentrique afin d’expliquer certains phénomènes comme la précession des équinoxes. Il convertit les notions de distances Nord-Sud et Est-Ouest (mesurées en stades) en notions astronomiques (degrés de latitude et de longitude)

PTOLÉMÉE : Continue et améliore les travaux de MARTIN DE TYR. Invente la projection conique simple et la projection « homeotere » (projection de Bonne).

Fin de l’époque antique. Les arabes prennent connaissance et exploitent les découvertes des grecs. En Europe, c’est le début de la régression des connaissances et le retour aux idées enfantines des premiers âges.

IXe S.

ALFERGANI: Etudie l’astrolabe

ALBATEGNI: Introduction des Sinus dans les calculs astronomiques au lieu des cordes d’arcs.

 

XIIe S.

ABOUL-HHASSAN-ALI: Améliore les observations astronomiques et les instruments.

EDRISI: Publie en 1153 un ouvrage qui décrit tout le monde connu. Il représente la terre comme un globe.

Fin de l’époque arabe. Grâce à eux, l’Europe découvre les écrits de l’antiquité et en fait des traductions et des copies.

XIIIe S.

FRÉDÉRIC II (1194/1250) (roi des Deux Siciles et empereur d’Allemagne): Fait connaître l’« Almageste », oeuvre maîtresse de PTOLÉMÉE d’après une traduction arabe.

SACRO BOSCO (1250): Rédige « De sphoera mundi », abrégé de l’ « Almageste » qui sera imprimé en 1472..

ALPHONSE X (1252) (roi de Léon et de Castille): Introduit en Europe la science astronomique des arabes et fait dresser des tables astronomiques dites « Tables Alphonsines » qui seront imprimées dès 1483.

1280: Découverte de la lentille convergente. Ne sera utilisée en astronomie qu’au 17e S.

Roger BACON (1214/1294): Le premier à remarquer les imperfections du calendrier julien et à proposer de le reformer.

Après une régression des connaissance de plusieurs siècles, la cartographie s’améliore grâce aux siciliens, italiens, espagnols, catalans, majorquins. Sur les cartes apparaît un réseau de lignes correspondantes aux directions des rumbs des vents issus des différentes roses de vent.dont les 2 axes principaux représentent la direction Est-Ouest du lever et du coucher du soleil et sa perpendiculaire dirigée grossièrement vers l’étoile Polaire caractéristique par sa fixité. Ce système permet de connaître la route à suivre d’un point à un autre et de suivre le rumb voulu avec la boussole.

Jean DU PLAN DE CARPIN (1246/1247): Suite à un voyage aux portes de la Mongolie, il est le premier à perler de ce peuple et de l’empire du « Prêtre Jean ».

1250: Apparition de l’usage de la boussole qui améliore la précision des cartes.

MARCO POLO (1271/1295): Fait connaître à l’Europe l’existence, tout juste soupçonnée ou mal connue de la Chine, de l’Inde, de l’Océan Indien et du Japon (alors inconnu). Christophe Colomb savait par coeur la relation de son voyage, écrit à partir de 1298 et dont la 1ere copie arrive en France en 1307.

XIVe S.

ABOUL FEDA (1320): Démontre la sphéricité de la terre mais croit que le soleil et les autres astres tournent autour d’elle, centre de l’univers.

On utilise de plus en plus la projection « plate carrée », système analogue à celui d’ANAXIMANDRE mais tous les degrés de latitude et de longitude sont égaux au degré équatorial. La loxodromie n’est donc pas une droite sur de telles cartes qui ne sont utilisables que sur de petites étendues.

Pierre D’AILLY (1350/1425): Dans son « Imago mundi », il croit à une communication facile entre l’Atlantique et la mer des Indes qui frappe l’esprit de Christophe Colomb et qui encouragera celui-ci à entreprendre son voyage.

XVe S.

Nicolas de CUSA (1401/1464): Remet au goût du jour l’idée oubliée depuis des siècles de l’immobilité relative du soleil et du mouvement de la terre.

REGIOMONTANUS (1436/1476): Termine une traduction latine de l’ « Almageste » de Ptolémée et la publie en 1472. Comme ALBATEGNI, il substitue les Sinus aux cordes d’arcs dans les calculs astronomiques. Publie les premières éphémérides connues donnant pour chaque jour les lieux des planètes, les aspects des mouvements célestes. Elles furent très populaires et utilisées par Christophe Colomb et Vasco de Gama.

1483: Impression des « tables alphonsines », calculées en 1252 par ALPHONSE X.

WALTHER (1430/1504): Fait de nombreux instruments astronomiques. Est le premier à utiliser les horloges pour mesurer le temps dans l’étude des phénomènes célestes.

Martin BEHAIM (1430/1506): Utilise les éphémérides de REGIOMONTANUS pour calculer les latitudes. Fait des tables de déclinaison du soleil et les utilise pour naviguer par la hauteur des astres. Généralisa l’usage de l’astrolabe à bord des vaisseaux. Il connut Christophe Colomb.

 La géographie de PTOLÉMÉE, grâce à des copies arabes et à l’imprimerie, revient au goût du.jour. L’association des écrits de l’antiquité et des connaissances des marins contemporains améliore les cartes. Elles ne sont généralement pas graduées et l’orientation est indiquée par la rose des vents

Don Henri du PORTUGAL (1394/1463): Début de l’essor des découvertes maritimes par les portugais qui font un voyage en Guinée.

1478: Apparition sur les cartes d’un réseau de méridiens et parallèles, chose oubliée depuis l’antiquité. La cartographie se base dorénavant sur les mathématiques.

Barthélemy DIAZ (1486): Dépasse le cap de Bonne Espérance sans le voir.

Christophe COLOMB (1492): Découvre l’Amérique.

Vasco de GAMA (1498): Fait le premier voyage maritime aux Indes.

XVIe S.

COPERNIC (1473/1543): En 1543: l’univers est limité par la sphère immobile des étoiles. Le soleil est fixe au centre cet univers, la terre tourne sur elle même en 24 h et, comme les planètes et la sphère étoilée, tourne autour du soleil mais de façon circulaire et uniforme. La lune tourne autour de la terre.

1582: Abandon du calendrier julien pour le calendrier grégorien. Afin de rattraper le décalage de 10 jours observé entre l’année 325 (concile de Nicée) et l’année 1582, à cause de la différence entre l’année tropique et l’année solaire, le 4 octobre 1582 est suivi par le 15 octobre 1582 à Rome. En France, le changement a lieu en décembre (9 décembre suivi du 20 décembre). En Angleterre, il aura lieu en 1752 (3 septembre suivi du 14 septembre).

TYCHO BRAHE (1546/1601): Fait de très nombreuses observations astronomiques qui serviront à KEPLER.. Dresse des tables très précises de la réfraction atmosphérique.

1502: Première mention de l’existence de la déclinaison magnétique sur les cartes marines.

1569 MERCATOR publie une carte contenant un réseau de méridiens et parallèles où l’espacement des méridiens est constant et où celui des parallèles croit en s’éloignant de l’équateur, condition indispensable pour que la route suivie par un navire à cap constant (loxodromie) soit représentée sur une carte par une droite en coupant les méridiens avec un angle égal.

XVIIe S.

1608: L’invention de la lunette astronomique (vers 1590) commence à être connue.

KEPLER (1571/1630): En 1609: Les orbites de la terre et des planètes autour du soleil ne sont pas des cercles mais des ellipses dont le soleil occupe un des foyers.

GALILÉE (1564/1642): En 1609: Le premier à utiliser la lunette astronomique pour observer le ciel. Ses observations confirment la théorie de KEPLER.

NEWTON (1642/1727): En 1687: Fait connaître sa théorie de l’attraction universelle et des marées.

1695 Edmund HALLEY découvre l’équation de la loxodromie qui régit les lois du tracé de la carte « réduite » inventée par MERCATOR en 1569.

 

 

NAVIGATION PAR L’ESTIME

NAVIGATION ASTRONOMIQUE

-IXe S.

 Sauf accident ou exception, la navigation n’est que côtière, de jour et uniquement durant la belle saison (de mars à octobre). La longueur du chemin parcouru est une notion vague car la connaissance du temps (cadrans solaires, clepsydres) est très imparfaite et la notion de vitesse est faite au juger. La longueur des jours est divisée en 12 heures, de même que celle des nuits or la durée du jour étant variable selon la saison et la latitude, la durée réelle de l’heure n’est pas constante. La distance parcourue se mesure alors généralement sur 24 heures. La direction de la route se mesure par rapport au soleil ou aux étoiles avec l’aide de la rose de vent dont les 4 points cardinaux sont représentés par la ligne Est-Ouest du lever et du coucher du soleil (de direction variable selon la latitude et les saisons) et sa perpendiculaire qui passe prés d’une groupe d’étoile bien connues pour leur fixité dans le ciel (la grande ourse et la petite ourse). Cette rose des 4 vents devient rapidement une rose de 8 vents plus précise pour naviguer. La nuit, on utilise de préférence la grande ourse à la petite ourse (quoique plus proche du pole Nord céleste). On utilise aussi les phares terrestres.

Pour la mesure du temps, on utilise le clepsydre, composé de 2 vases superposés avec passage d’un liquide par 1 ou plusieurs trous

 

 

 La rose de 8 vents devient une rose de 12 vents.

 

-VIe S.

HECATEE de MILET (-546): Écrit une « périégèse » (description géographique des côtes et ports) du monde connu qui est avec les « périples » (relations techniques de voyages donnant des distances, des descriptions des fonds marins...) l’ancêtre des routiers et des instructions nautiques.

 

-Ve S.

Grâce au gnomon, utilisé en cadran solaire, on connaît l’heure du jour d’après la longueur de l’ombre du stylet.

 

-IVe S.

EUDOXE de CNIDE (-409/-356): Invente l’astrolabe mais pour un usage uniquement à terre car complexe.

Invention de l’horloge à eau, vase rempli d’eau et gradué d’où s’échappe le liquide à débit constant. Les graduations permettent de connaître l’heure. On y ajoutera ensuite 1 roue dentée qui fait mouvoir une aiguille qui indique l’heure sur un cadran.

 

-IIIe S.

Construction du phare d’Alexandrie.

 

-IIe S.

 

HIPPARQUE (-150): Développe la notion de « climats », zones de la terre parallèles à l’équateur dont la largeur est déterminée d’après la durée du jour solsticial. Entre les 2 extrémités de chaque zone, la durée du jour au solstice diffère d’une quantité fixe de minutes (généralement ½ heure). En notant le nombre d’heures durant lequel le soleil est au dessus de l’horizon au jour du solstice, on sait dans quel « climat » on se trouve.

+Ie S.

 

Martin de TYR: La latitude est mesurée soit par la longueur du jour en un lieu au solstice, soit par l’observation de la hauteur du soleil à midi au moyen du gnomon en mesurant la longueur de l’ombre d’un stylet dont la hauteur est connue. La déclinaison est alors connue avec assez de précision. La nuit, on mesure directement la hauteur de l’étoile polaire. La longitude est simplement estimée selon la route parcourue.

IXe S.

Construction du phare de la Tour de Cordouan à l’embouchure de la Gironde et celui de La Rochelle.

 

Xe S.

GERBERT (991): Début de l’horlogerie mécanique par remplacement de l’eau de l’horloge à eau par un poids suspendu à une corde enroulée sur l’axe d’un engrenage.

 

XIIe S.

 On utilise toujours la rose de 8 vents de l’antiquité.

 

XIIIe S.

1250: Apparition de la boussole sur les navires ce qui permet de suivre avec plus de précision les rumbs de vents tracés sur les cartes.

1275: On associe à la boussole une rose de vent qui est identique à celle que l’on trouve sur les cartes. Elle est d’abord dissociée de l’aiguille et fixe dans la boite

1250: Apparition de la boussole sur les navires.

SACRO BOSCO (1250): Reprend la notion de « climats » d’HIPPARQUE en divisant la zone tempérée de la terre (de 12°45 à 50°30) en 7 « climats ». On atteindra 9 « climats » au XVIe S.

L’Europe découvre le quadran grâce aux arabes.

XIV e S.

On utilise la rose de 16 vents.

Dans la boussole, l’aiguille aimantée et la rose de vent sont réunies et s’orientent ensemble par rapport à la boite.

Utilisation en mer de sablier ou « horloge de mer ».

Apparition de l’arbalestrille ou bâton de Jacob qui remplace progressivement l’astrolabe pour la mesure des hauteurs et sera utilisée jusqu’au 18e S.

XVe S.

On utilise la rose de 32 vents, plus précise pour les voyages trans-océaniques.

1492: CHRISTOPHE COLOMB découvre que la déclinaison de la boussole varie en fonction du lieu

1480: 1ere utilisation en mer de l’astrolabe des marins, instrument simplifié de l’astrolabe des mathématiciens connu de l’antiquité, décrit par Ptolémée et transmis grâce aux arabes qui l’utilisaient essentiellement à terre pour des études astronomiques. Cet instrument, associé à des tables de déclinaisons du soleil était indispensable pour naviguer dans l’hémisphère sud ou l’étoile Polaire n’est plus visible et où le soleil devient le principal astre observé pour le calcul de la latitude méridienne.

XVIe S.

Pedro NUNEZ est le premier à utiliser un « instrument à ombre » destiné à mesurer la déclinaison magnétique en un lieu par différence angulaire entre le méridien magnétique (indiqué par la boussole) et l’ombre d’un stylet à midi quand le soleil donne le nord vrai.

1577: William BOURNE:décrit le premier loch à bateau.

Le problème de la détermination de la longitude est bien connu. Il s’agit de déterminer simultanément l’angle horaire d’un astre depuis le méridien d’origine et depuis le méridien du lieu. En d’autre termes, il s’agit de connaître simultanément le temps astronomique du lieu de l’observateur et celui du lieu du méridien d’origine. Le premier élément sera rapidement résolu mais le second ne le sera que grâce à la science des horloges marines.Pour palier aux difficultés d’utiliser les horloges, on utilisera l’observation de divers phénomènes astronomiques (éclipse, occultations) mais uniquement à terre car il faut des instruments de grande précision, les mouvement de la lune, méthode déjà connue depuis WERNER en 1514, et la déclinaison magnétique que l’on croit constante dans le temps.

1514: Jean WERNER (1468/1528): Le premier à utiliser la distance angulaire de la lune à différentes étoiles pour calculer les longitudes. L’imprécision des tables lunaires rend les résultats très aléatoires. MORIN réutilisera ce principe en 1633 avec plus de succès.

William BOURNE donne des tables de déclinaisons pour le soleil et 32 étoiles. Il encourage d’autre part l’observation des déclinaisons magnétiques comme moyen de connaître la longitude.

1594: Invention du quartier de Davis ou quartier anglais qui sera utilisé jusqu’à la fin du 18e S.

1598: PHILIPPE III d’Espagne est le premier à instituer un prix pour la découverte du secret des longitudes. Ce prix n’aura aucun effet sur la science sinon de faire fleurir des idées fausses.

XVIIe S.

1635: Henry GELLIBRAND découvre que la déclinaison magnétique de chaque lieu varie avec le temps. Cela met un terme à la croyance de LE NAUTONNIER.

1636: Début de l’utilisation du quartier de réduction pour résoudre graphiquement le calcul de la position en fonction des chemins N/S et E/O parcourus par l’estime.

1650: La déviation du compas magnétique, causée par les masses métalliques à bord des navires est connue mais on la néglige jusqu’en 1801 date à laquelle on commencera à compenser les compas.

1695: Edmund HALLEY découvre l’équation de la loxodromie qui régit les lois du tracé de la carte « réduite » inventée par MERCATOR en 1569. Cette équation permet aussi de déterminer la position d’un point atteint par navigation loxodromique au seul moyen du calcul mathématique, sans l’usage de la carte.

1603: Guillaume LE NAUTONNIER dans sa « Mécométrie de l’aymant » propose de calculer la longitude par la déclinaison que l’on croit constante dans le temps pour chaque lieu.

1610: WRIGHT donne pour la Polaire des tables indiquant, selon la hauteur observée, les corrections à apporter à la hauteur mesurée en fonction de la position de ses gardes pour avoir la latitude.

Des tables de correction des hauteurs pour la réfraction et la parallaxe existent (FOURNIER) mais sont pas ou peu utilisées vu les erreurs autrement plus grandes faites avec des instruments peu précis.

1614: NAPIER découvre les logarithmes.

1633: Jean-Baptiste MORIN est le premier à proposer une méthode simple et efficace pour calculer les longitudes par le moyen des distances lunaires et basée sur la théorie de WERNER. Elle consiste en deux observations: 1) mesurer la distance angulaire entre la lune et un astre se trouvant sur son orbite. Sachant par des tables préétablies quelle est cette distance, et sa variation horaire au méridien d’origine, on en déduit l’heure du méridien origine au moment de l’observation. 2) Au même moment, on fait un calcul de l’heure locale par observation de la hauteur du soleil. La différence entre l’heure au méridien d’origine et l’heure locale donne la longitude. Cette méthode exige une observations et des tables très précises et ne tient pas compte de plusieurs corrections à apporter mais elle sera largement adoptée jusqu’au 18e S.

1665: Création de l’observatoire de Greenwich, confié à FLAMSTEED en 1675.

1668: D. CASSINI publie des éphémérides qui permettent d’utiliser l’observation des éclipses des satellites de Jupiter avec une lunette astronomique pour le calcul de la longitude.

1670: HOOKE invente un instrument à réflexion à 1 miroir pour observer la hauteur des astres. C’est l’ancêtre de l’octant. Il ne sera pas utilisé en mer.

1671: Création de l’observatoire de Paris.

1676: HALLEY est envoyé à l’île Sainte-Hélène pour y dresser un catalogue d’étoiles australes.

1679: L’abbé PICARD, publie pour la première fois la « Connaissance du temps et des mouvements célestes »

1690: La « Connaissance du temps » commence à donner les instants des éclipse du premier satellite de Jupiter, calculées d’après les éphémérides de CASSINI.

1699: NEWTON invente l’octant ou quartier de Hadley. Il ne sera vraiment connu que grâce à HADLEY en 1731 et sera essayé en mer dès 1732.

XVIIIe S.

1726: SULLY fait l’épreuve de son horloge sur mer à Bordeaux.

1732: PITOT propose un loch à 2 tubes mesurant 2 pressions d’eau.

1736: HARRISON fait éprouver en mer sa première horloge à longitude.

1762: Epreuve de la 4e horloge de HARRISSON d’Angleterre à la Jamaïque. C’est un succès total.

1767: Voyage de COURTANVAUX pour éprouver les montres de Le Roy.

1768: Voyage de CASSINI pour éprouver les horloges de LE ROY. Voyage de VERDUN de LA CRENNE pour les horloges de LE ROY.

1768 - 1769: Voyage de FLEURIEU pour éprouver les horloges de BERTHOUD.

1771 - 1772: Voyage de VERDUN de LA CRENNE pour éprouver les horloges de LE ROY et BERTHOUD.

1713: NEWTON donne sa théorie de la lune grâce aux observations de FLAMSTEED.

1714: Le parlement anglais vote un acte récompensant les découvertes sur la connaissance des longitudes. A cette occasion est créé à Londres le Bureau des longitudes.

1715: Rouillé de MESLAY lègue à l’Académie des Sciences un fond pour récompenser les découvertes sur la science nautique et notamment celle des longitudes.

1732: Premier essais en mer de l’octant.

1753: BOUGUER propose un moyen simple de calculer la longitude grâce à la lune. 1) Par 2 passages du soleil au PMS, on règle un chronomètre et on connaît le temps vrai du lieu. 2) Entre-temps, on observe l’heure locale du passage de la lune au PMS. Connaissant l’heure du passage de la lune au PMS du méridien origine et les variations de cette heure par heure de longitude (grâce à la « Connaissance du temps »), on en déduit la longitude. Cette méthode sera peu utilisée.

1754: LEMONNIER publie son « Etat du ciel », destiné à l’usage de la marine et contenant des tables pour la Lune. Sa parution cessera en 1758.

1755: LA CAILLE publie ses éphémérides

1770: Parution des tables de Tobie MEYER sur les mouvements de la lune caractérisées par leurs précisions et leur facilité d’emploie pour les marins. Elles seront utilisées par tous les astronomes.

1795: Création en France du Bureau des longitudes.