MESURER SA LONGITUDE: IMPOSSIBLE?

 Si l'on pouvait avoir le secret des longitudes, on pourrait sans difficulté et sans erreur parcourir toutes les mers qui environnent la terre.    Dassié. Traité de navigation. 1683.   

LA LONGITUDE EST UNE DIFFÉRENCE D'HEURES

Si étant en plein air, l'on observe le passage du soleil au méridien (midi), on comprend que dans un lieu situé plus à l'ouest, le soleil passera au méridien de ce second lieu plus tard puisqu'il se déplace dans cette direction. 

La longitude n'est autre que le temps que met le soleil pour passer à midi d'un méridien à l'autre; si l'on préfère, il s'agit d'une différence d'heure.   

L'on sent fort bien que, si la latitude est aisée à déterminer, la longitude est d'une tout autre nature. Cependant comme il est de coutume de la fournir en même temps que la latitude, la longitude est généralement convertie en angle. La conversion est aisée. Comme la terre fait un tour (360°) en 24 heures, une heure de différence correspond à 15° (360/24). 

De plus, comme on a pris l'habitude de considérer la longitude par rapport à un méridien donné, à l'imitation de la latitude qui prend l'équateur pour repère, on prend de nos jours comme référence l'heure de passage du soleil au méridien de Greenwich. 

Plusieurs méthodes ont été utilisées pour mesurer la longitude entre deux lieux, avant d'être successivement abandonnées:  

1. l'observation des éclipses de lune

2. l'observation des éclipses des satellites de Jupiter

3. la mesure des distances lunaires

4. le maintien de l'heure de départ par des chronomètres  

LA LONGITUDE PAR LES ÉCLIPSES DE LUNE.

Comment savoir exactement si tel pays est plus avancé vers l'orient et tel autre vers l'occident, autrement que par la comparaison des éclipses du soleil et de celles de la lune ?  Strabon. Géographie. Au temps d'Auguste  

Pour mesurer la différence d'heure entre deux lieux, autrement dit la différence de longitude, il existe une méthode très ancienne à laquelle Strabon fait ici allusion. Elle consiste à observer un événement visible dans le ciel depuis ces deux lieux. Les éclipses de lune sont de ces évènements qui sont connus depuis toujours.   

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Rappelons qu'une éclipse de lune se produit lorsque l’on voit cette dernière entrer dans l’ombre que la terre laisse derrière elle. Cette éclipse ne peut évidemment se produire que lorsque le soleil est de l'autre côté de la lune, autrement dit à la pleine lune. A raison de deux ou trois par an, l'«événement » s'il peut être très utile aux cartographes patients, n'est pas utilisable pour la navigation. On peut prévoir quand on va opérer, mais la précision ne peut être que modeste car les bords de l’ombre de la terre sur la lune sont assez flous. 

Imaginons que, dans un observatoire, on ait prévu le moment précis d'une éclipse de lune et l'ait diffusé à tous les intéressés. Il s'agit bien entendu de l'heure à cet observatoire. Lorsque l'éclipse se produit, toutes les personnes sur terre qui peuvent apercevoir la lune la verrons au même instant, mais nullement à la même heure. 

Exemple: un manuel édité par l'observatoire de Paris annonce le début de l'éclipse pour 3 heures et l'on constate qu'elle se produit à 4 heures à l'endroit où l'on se trouve. Cette heure de décalage n'est autre que l'écart en longitude recherché. Exprimé en degrés, il correspond '' évidemment '' à un écart de 15° vers l'ouest de l'observatoire. Pour trouver la longitude d'un point, il ''suffit '' donc d'établir et diffuser des tables précises de ce genre d'événements. 

Peiresc raccourcit la méditerranée  

A l'occasion de l'éclipse totale de Lune du 28 août 1635, l'érudit Peiresc, habitant Aix en Provence, organisa un réseau d'observations astronomiques en se mettant en relation avec des astronomes placés en une dizaine de points stratégiques du bassin méditerranéen, essentiellement des jésuites et des capucins. A cette fin, il leur envoya des instruments et des instructions détaillées. Après l'éclipse, toutes les observations furent regroupées: la différence des heures locales donnait directement les différences de longitude. Le résultat fut spectaculaire: la Méditerranée avait en longueur 1.000 kilomètres de moins que ce qu'indiquaient la carte de l'époque c.à.d. celle de Ptolémée, à savoir : 42° de différence de longitude au lieu de 60°. Un immense progrès en cartographie et en sûreté de navigation.

Mais Peiresc est convaincu que l'entrée et la sortie de la Lune dans l'ombre de la Terre ne sont pas des événements suffisamment fins pour que les mesures ne puissent être améliorées. Ce qu'il lui faut, ce sont des détails de la surface de la Lune (cratères, par exemple), permettant de déterminer plus facilement l'instant précis de son entrée ou sa sortie de l'ombre de la terre. Il entreprend de faire dessiner une carte précise de la Lune mais sa mort l'empêchera de mener à terme ce projet. 

Un jésuite astronome mesure la longitude de la capitale du Siam  

J.B.Cassini, le directeur de l'observatoire de Paris était en relation avec le père jésuite belge Antoine Thomas qui faisait de son mieux pour évangéliser les peuples asiatiques. Cassini nous explique clairement la façon de procéder pour trouver la différence de longitude entre deux lieux fort éloignés et cela en observant simplement l'ombre de la terre glisser d'un cratère à l'autre lors d'une éclipse de lune   

La plupart des Phases de l'Eclipse de Lune du 22 Février 1682, observée par le P. Thomas à Juthia, furent observées en même-temps à l'Observatoire Royal à Paris; & par le rapport de ces Observations, on a tiré la différence des méridiens.(...) On peut prendre pour moyenne entre ces différences 6 h 32 minutes, qui donnent 98 degrez pour différence de longitude entre Paris & Juthia.  

NB. Juthia était à l'époque la capitale du Siam; actuellement Ayutthaya, en Thaïlande, à près de 90 Km au nord de Bangkok.

Aujourd'hui, par rapport à Greenwich, les ruines de cette ville ancienne se trouvent à 100° 34' E et l'observatoire de Paris à 2° 20' E. On voit que, pour nous, la différence de longitude est de 98° 14'. Quatorze minutes de longitude d'erreur seulement en regardant l'ombre de la terre progresser sur la lune. Pas si mal!  

LES ÉCLIPSES DES SATELLITES DE JUPITER  

La découverte des satellites de Jupiter a donné une plus grande perfection à nos cartes géographiques et marines que n'auraient pu faire dix mille ans de navigations et de voyages; et quand leur théorie sera mieux connue, la méthode des longitudes sera plus exacte et plus facile. De La Lande.

Dans son ouvrage Le messager céleste (Sidereus nuncius), Galilée nous fait part d'une découverte incroyable faite à l'aide d'une des premières lunettes: 

[…] le sept janvier de cette année 1610, à une heure de la nuit suivante, alors que j'observais les étoiles avec la Lunette, Jupiter se présenta. [...] J'aperçus près de la planète trois étoiles, petites certes, mais très brillantes [...] Leur arrangement par rapport à Jupiter était celui-ci.

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Le 8 janvier, revenant à la même observation, je ne sais pas ce qui m'y a poussé, je les trouvai dans un arrangement différent. Les trois petits astres étaient maintenant tous à l'ouest de Jupiter. 

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Après quelques jours, Galilée découvre que ces astres sont au nombre de quatre et qu'ils suivent Jupiter dans son déplacement. Galilée a compris: quatre satellites tournent autour de la planète géante. Il s'agit d'une des plus grandes découvertes de tous les temps!  

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Si les quatre satellites ne sont pas toujours visibles en même temps, c'est simplement qu'ils passent régulièrement devant ou derrière l'énorme disque de Jupiter. Ils passent aussi dans l'ombre que la planète projette derrière elle, comme dans le cas de la terre lors d'une éclipse de lune. Galilée se dépècha d'établir des tables permettant de prédire ces éclipses plusieurs mois d'avance et pendant des années. Il essaya de convaincre la cour d'Espagne et les États Généraux des Pays Bas de la valeur de son procédé pour trouver les longitudes, mais à sa mort ses tables restaient inutilisables. 

Ce n'est qu'à partir de 1668, soit près de 60 ans plus tard, que la méthode entra en usage grâce à une publication de J.D. Cassini. En 1730, le fils de Cassini publia les tables des trois autres satellites, mais seul le premier était vraiment utile.  

Avec les satellites de Jupiter, on croyait tenir la solution au problème de la longitude.

Pourtant, il faut se rendre compte qu'en un an Jupiter ne peut être observé pendant deux mois car il se présente plus ou moins dans la direction du Soleil. De plus, seulement 150 éclipses du premier satellite sont utilisables. Encore faut-il que la planète soit visible ce qui ramène le nombre d'éclipses entre 50 à 15 selon les années.  

La plus grosse difficulté résidait dans l'observation elle-même car le moment précis où le satellite entrait ou sortait de l'ombre de la planète géante était fort difficile à apprécier. 

Un exemple historique: différence d'heure entre Paris et Londres 

Le 10 février 1698 au matin, l'astronome Cassini, en déplacement en Angleterre, observe les satellites de Jupiter et nous dit: 

A 5 heure 35 minutes et 2 secondes : immersion du premier Satellite dans l'ombre de Jupiter, observée à Londres.
A 5 heure 44 minutes 28 secondes : immersion du premier Satellite dans l'ombre de Jupiter, observée à Paris.
Différence des méridiens: 9 minutes 26 secondes:
L'on sait de nos jours que la différence d'heures entre Greenwich et Paris est de 9 minutes 21 secondes. Cette erreur de 5 secondes de temps faite par le meilleur astronome de l'époque, correspond à une erreur en angle de 1,25 ' de longitude
En effet, une seconde vaut 1/3600 heure et l'heure représente 15°

Pour les marins, une déception 

Il fallait pour observer Jupiter se munir de longues lunettes qui ne pouvaient être utilisés à bord d'un navire malgré les tentatives méritoires qui furent tentées dans ce sens. C'est ce que reconnut J.Cassini en 1722 : 

Ce qu'il y aurait de mieux en mer pour avoir les longitudes par observation céleste, ce serait les satellites de Jupiter. Toute la difficulté est qu'il faut ordinairement pour les apercevoir, des lunettes de 15 à 20 pieds & que l'on ne peut manier sur mer de plus longues que de 5 pieds. 
Cassini est bien optimiste. Que le lecteur s'imagine un instant sur le pont d'un bateau au milieu de l'océan essayant d'observer le premier satellite de Jupiter en se servant d'une lunette de 1,50 m !   
LA METHODE DES DISTANCES LUNAIRES ET GREENWICH   

 

Le principe  

Cette méthode, déjà suggérée par plusieurs astronomes dans les années 1500, consiste à mesurer dans le ciel  à une certaine heure, la distance (l'angle) entre le bord de la lune et un autre astre, qui peut être la nuit une étoile brillante ou, le jour, le bord du soleil.

D'autre part, il est nécessaire de connaitre à quelle heure cette même distance est mesuré sur un méridien de référence (Greenwich par exemple). De la différence d'heure, on déduit la différence de longitude.

Notons que la vitesse de défilement de la lune dans le ciel est fort rapide puisqu'elle se déplace de son diamètre en une heure.

Un exemple fera saisir la méthode qui n'est pas évidente:  

Supposons que le capitaine d'un navire mesure à 8 h 25 m entre la lune et le bord du soleil une distance de 66° 32' 16". Il peut lire dans ses tables que cette même distance est mesurée à Greenwich à 15 h 38 m. La différence d'heure c.à.d. de longitude est donc de 7 h 13 m. Exprimée en degrés, autrement dit multipliée par 15, on trouve environ 108 °.  

Cette méthode est inutilisable environ 6 jours autour de la Nouvelle Lune puisque la lune est invisible. De plus, pendant 12 jours autour de la Pleine Lune, on ne peut mesurer directement son angle avec le soleil, car il est trop important. 

Rappelons que toute erreur d'angle d'une minute sur l'angle mesuré donne une erreur de 2 minutes de temps soit 0,5° de longitude. Etant donné les nombreuses corrections aux lectures, il fallait vers 1700, 4 heures de calculs pour trouver la longitude. Pour ceux qui établissaient les tables, la difficulté était immense car le mouvement de la lune, influencé par les autres planètes est très irrégulier. De plus, étant donné que ces variations sur son orbite obéissent à un cycle de 18 ans, il faut au moins cette période pour établir sérieusement ses position. C'est pourtant, comme nous allons le voir, ce procédé qui fut la raison d'être de l'observatoire de Greenwich et qui fut utilisé pendant un siècle pour mesurer les longitudes.

Sa Majesté s'intéresse aux longitudes  

On pourrait définir l'observatoire de Greenwich comme un moment de lucidité d'un roi et le labeur obstiné d'un astronome. Le roi était Charles II (1630-1685), l'astronome John Flamsteed (1646-1719). 

Ce dernier, autodidacte d'origine fort modeste, était l'ami d'un aristocrate Sir Jonas Moore qui le recommanda au roi. Il se fait qu'à ce moment, un protégé de la maîtresse du souverain qui n'avait qu'un vernis d'astronomie prétendait à la cour avoir découvert un procédé simple pour déterminer les longitudes. Un jury fut constitué pour en juger et parmi eux John Flamsteed qui s'était déjà à l'époque distingué par de multiples recherches. Ce dernier démontra aisément que la méthode des distances lunaires ne pouvait être utilisée avec succès qu'en disposant à la fois de tables précises des position des étoiles et du mouvement de la lune, mouvement d'une complication extrême . 

Il rappelle dans ses mémoires: [...] que nous étions très loin de connaître la position réelle des étoiles fixes, que le catalogue de Tycho était souvent en erreur de 10 minutes [d'angle] ou plus et qu'il n'avait fait ses observations qu'à l'œil nu, que les meilleurs tables de la lune différaient d'un quart si pas d'un tiers de degré par rapport au ciel.

Ces considérations ayant été lues par le roi, ce dernier dit « avec véhémence» qu'il désirait que cela soit à nouveau vérifié, examiné et corrigé à l'usage de ses marins. 

En 1675, Charles II nomme Flamsteed « astronomical observer» avec, comme mission de:

"s'appliquer avec le maximum de soins et de diligence à rectifier les tables des mouvements des cieux et la position des étoiles fixes de façon à trouver la longitude tant désirée [the so-much desired longitude] des places pour perfectionner l'art de la navigation." 
Etant fort radin dès qu'il ne s'agissait pas de ses plaisirs, le roi octroya à Flamsteed un misérable traitement de 100 livres sterling par an, qu'il toucha toute sa vie, non sans difficulté. Flamsteed bien que d'une santé fragile fit à Greenwich près de 45.000 observations!    

 

La vie de Flamsteed reste un modèle de perfectionnisme et d'obstination vers un but. Malheureusement, comme il retardait toujours la publication de ses résultats, publication qui était la seule raison d'être de l'observatoire, il mécontenta tout le monde. L'ensemble de ses observations finirent pourtant par paraître en 1725, six ans après sa mort, sous le titre d'Historia Celestis Britannica...., un monument payé par ses proches.   

Indiquer avec une belle précision la position de la lune par rapport au soleil et aux étoiles brillantes est certes indispensable, mais ce qui comptait c'était de publier des prévisions de ces positions pour des années à venir. Pour prévoir les mouvements irréguliers de la lune, il fallait les calculer en se servant des équations de Newton, ce que firent les grands mathématiciens du moment, à savoir Euler, Clairault et d'Alembert. La difficulté était d'appliquer leurs beaux résultats aux observations, ce dont ils étaient incapables. 

C'est ici qu'intervint l'astronome allemand Tobias Mayer (1723-1762). Ce dernier réussit à faire la synthèse tant attendue entre mathématiques et astronomie en faisant paraître des tables trois à quatre fois plus précises que celle qui existaient.  

En 1761, Maskelyne, astronome royal, un autre partisant de la méthode, parvint à se faire envoyer à l'ile Saint Hélène où il fit de nombreuses mesures de longitude. A son retour, il affirmait: La longitude peut toujours être trouvée à un degré près ou un petit peu plus, ce qui répond à environ 40 milles géographiques à la latitude de l'English channel . 

C'est cette même année qu'il publia la méthode à utiliser dans le British Mariner's Guide 

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Par chance, Hadley en inventant son instrument à réflexion (qui devint le sextant) permettait une observation précise des distances lunaires, mais les calculs restaient aussi laborieux. 

Ces immenses travaux servirent de base en 1766, à un best seller mondial, en tout cas pour les marins, le Nautical AlmanachIl s'agit essentiellement d'un recueil des distances de la lune au soleil et à quelques étoiles judicieusement choisies aux environs du trajet de la lune. Ces distances étaient notées à Greenwich toutes les trois heures pour les cinq ou six années à venir.  

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L'on voit ci-dessus pour le 1 octobre 1772, que le soleil (The Sun) est à midi (Noon) éloigné à Greenwich de 62°6' 55 " du centre de la lune.    

LA LONGITUDE PAR LE CHRONOMÈTRE  

L'horloge impossible 

Il est essentiel de rappeler une fois de plus qu'une différence de longitude entre deux endroits n'est autre qu'une différence d'heure

Dès 1530, Gemma Frisius, de l'université de Louvain, l'inventeur de la triangulation, proposait ceci: Avant de vous mettre en route, mettez soigneusement votre montre à l'heure du pays que vous allez quitter. Apportez toute votre attention à ce que cette montre ne s'arrête pas en chemin. Quand vous aurez ainsi marché, prenez l'heure du lieu, avec l'astrolabe; comparez cette heure à celle de votre montre, et vous aurez la différence de longitude   

Si la méthode était excellente, la précision de la montre de Frisius laissait trop à désirer, sans compter celle de l'heure locale prise à l'aide de son astrolabe. 

Newton interrogé sur les méthodes permettant de trouver la longitude restait très prudent: L'une d'elles consiste en une montre (watch) qui garde l'heure exactement: mais en raison du mouvement du bateau, des variations du chaud et du froid, de l'humidité et de la sècheresse et de la différence de gravité à différentes latitudes, une telle montre n'a pas encore été construite.  

Il est évident qu'une horloge normale sert à indiquer l'heure, tandis qu'une horloge destinée à mesurer la longitude a uniquement pour but de garder fidélement l'heure du départ. On comprend que le terme d'horloge marine fut rapidement remplacé par celui de garde-temps, puis de chronomètre, ce dernier terme exprimant fort bien que l'heure n'est pas importante, mais uniquement la différence d'heures. Ce terme et cette idée se sont maintenu jusqu'à nos jour, surtout dans le cadre des épreuves sportives. 

Huyghens invente une horloge précise  

Nous sommes en 1657. Dans une lettre à un ami, Christiaan Huygens annonçe: Jai dernièrement trouvé une nouvelle construction d’horloge qui bat avec tant de régularité qu’il y a grande chance que l’on pourrait s’en servir pour déterminer les longitudes si on l’emportait avec soi en mer.  

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En fait, Hughens vient d'inventer un compteur à engrenages qui entraîné par un pendule et mû par des poids actionne plusieurs aiguilles. C'est le même mécanisme qui fournit au pendule à chaque battement une impulsions qui l'empèche de s'arrêter. En fonction de la longueur du pendule, l'horloge peut avancer ou retarder, mais peut à tout moment être remise à l'heure sur le soleil.  

En 1669, Huygens réussit à faire effectuer un essai par la marine française avec un astronome à bord: 

Le succès fut très grand dans la Mer Méditerranée, dans l'expédition de l'île de Crète [...] assiégée par les Turcs. Deux horloges étaient à bord.[...] On trouva, par exemple, entre le port de Toulon et la ville de Candie [Heraclion] une différence d'une heure et de 22 minutes, en d'autres termes de 20° 30' de longitude. Et la même différence à fort peu près en retournant de Candie à Toulon. Cet accord est un indice très certain de la vérité.

Cet écart de longitude est en réalité d'un peu plus de 19°, soit environ 1 ½ degré d'erreur en 17 jours de mer.

Ce résultat était honorable, mais manifestement insuffisant pour de longs voyages. Les horloges marines souffraient des perturbations apportées par les changements de température, mais Huygens ne s'en souciait pas trop. 

En 1673, ce dernier publie l'ensemble de ses travaux théoriques et pratiques dans son chef d'oeuvre “Horlogium oscillatorum”. L’ouvrage contenait un exposé détaillé de ses pendules “de mer” . On voit ici la dernière de ces pendule, datant de 1685. L'on remarque l'horloge à fixer dans une poutre de la passerelle, suspendue dans un double cadre (suspension à la Cardan) et très lourdement lestée.  

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Malgré les résultats décevant de ses derniers essais en mer, Huygens continue à inventer d'autres horloges qui ne furent jamais essayées car il mourut en 1695.  

Le XVIIe siècle se termine sans que le problème des longitudes soit résolu. Aucune méthode astronomique ne donne vraiment satisfaction, les pendules de Huygens, malgré l'inventivité et l'obstination de ce dernier, ne sont pas assez précises.   

Le longitude act 

An act for providing a publick reward for such person or persons as shall discover the longitude at sea. 

Peu après l'échec des horloges marines de Huygens, un événement tragique précipita le progrès de ces dernières. Nous sommes en automne 1707. Après avoir participé au siège de Toulon, l’amiral britannique Cloudesley Shovell met avec son escadre le cap sur l'Angleterre. L’amiral et ses officiers pensent leur flotte en sécurité au large de la côte française mais ce sont les récifs des îles Scilly qui se dressent devant eux dans la nuit du 22 octobre. Cette nuit-là, la couronne britannique perd quatre importants vaisseaux qui coulent corps et biens. Les îles Scilly se transforment en tombeau pour plus de 2000 marins, dit-on, ce qui est énorme pour l'époque. C'est un électrochoc et une honte pour la British Navy. 

Les commandants de navires en ont assez de mourir parce qu'ils ignorent leur longitude. Suite à une pétition signée des "Capitaines des vaisseaux de Sa Majesté, marchants de Londres et commandants des marchands" le Parlement vote, en juillet 1714, sous le règne de la reine Anne, une loi d'une grande importance, le Longitude Act. Cette loi offrait une récompense énorme à l'inventeur d'une méthode de détermination des longitudes, quelle qu'en soit la nature pour autant qu'elle soit "utilisable et utile en mer" (practicable and useful at sea). 

Le Longitude Act dit textuellement: A reward or sum of ten thousand pounds if he determines the said longitude to one degree of a great circle or sixty geographical miles, autrement dit une somme de 10.000 livres pour une précision de 1 degré à l'équateur (60 milles nautiques). La récompense, entre autres, était doublée pour une précision de un demi degré.

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En fait, c'est cette valeur de 20.000 livres pour une erreur maximum de 30 milles nautiques sous l'équateur que l'histoire a retenu, ce qui correspond à 19 milles nautiques à la latitude de Londres. Cette distance permettait de reconnaître les côtes par temps clair. 

C'est un comité aux pouvoirs étendus, le Board of Longitude, qui fut chargé de vérifier les "inventions". Le Board pouvait également subsidier les recherches des inventeurs démunis présentant des projets intéressants, ce que l'on nommerait aujourd'hui des subsides en R&D (Recherche et Développement).  

La méthode devait être essayée sur un bateau navigant sur l'océan depuis la Grande Bretagne vers n'importe quel port des Indes Occidentales (l'Amérique) au choix des Commissaires et à leurs frais. Le temps de voyage considéré était de six semaines ce qui revenait à exiger une erreur maximum de 2 minutes de temps en 42 jours soit de l'ordre de 3 secondes par jour. 

NB. Cette offre n'était pas la première. Déjà en 1598, Philippe III d'Espagne avait proposé une récompense de 100.000 écus à qui trouverait un procédé de détermination valable du point en mer.

Deux ans plus tard, le Régent en France, promit aussi une récompense, comme il le dit dans une lettre :  

Comme avant de découvrir leur secret, ils insistent tous à se voir assurer des récompenses, vous pouvez leur répondre en mon nom, et sur ma parolle que je feray payer la somme de cent mil Livres au premier qui aura été assez heureux pour trouver cet admirable secret. 

L'horloger anglais Henri Sully qui vivait en France fabriqua une horloge “de mer” et réussit à la faire essayer sur la Garonne mais ses résultats étaient insuffisants.  A peu près au même moment, un autre horloger anglais se met au travail, John Harrison et décide de tout faire pour gagner le prix et y réussit .. juste avant sa mort.  

Les horloges «de mer» de Harrison 

On peut se demander comment un artisan peu instruit comme Harrison réussit là où un des meilleurs scientifiques d'Europe comme Huygens échoua. Il faut se rappeler que ce dernier s'obstina toujours à utiliser son horloge à pendule, se contentant de le mettre autant que possible à l'abri des mouvements d'un bateau. Il avait pourtant inventé, comme autre régulateur, le fameux balancier à ressort spiral, celui que nous voyons dans toutes nos montres mécaniques et qui est par nature presque insensible aux mouvements. C'est ce régulateur qu'Harrison et les horlogers français décidèrent d'utiliser dès le départ de leurs recherches. 

Cependant ce mécanisme présentait le défaut d'être extrêmement sensible à la température, vice important car une horloge de mer devait pouvoir faire le tour du monde. Huygens ne s'en était pas fort préoccupé car le fil de suspension de ses pendules ne dépendait que fort peu de la température. L'autre défaut du balancier à ressort était la forte sensibilité aux frottements car ce régulateur était incapable de développer un grand effort. A noter que contrairement à l'horloge à pendule, le mécanisme à balancier était insensible à la latitude puisqu'il était mû par un ressort et non par la gravité. 

Ceci étant, Harrison travailla toute sa vie à réduire ces deux défauts. Pour compenser les effets de la température, il inventa des mécanismes comprenant des métaux à coefficients de dilatation différents agissant sur le ressort spiral. Pour réduire les frottements, il mit au point des roulements à billes et à rouleaux ainsi que diverses huiles spéciales. 

Harrison construisit successivement trois horloges marines de grandes dimensions que l'histoire a retenu sous l'appellation de H1, H2, H3. Un miracle de technologie.  Leur conception n'était compréhensible que par les meilleurs horlogers. Il obtint en mer des résultats honorables. 

Cependant un évènement en apparence fortuit orienta tout-à-coup Harrison dans une autre direction. Ayant reçu d'un ami horloger une montre de gousset de grande qualité, fabriqué selon ses propres indications, il se rendit compte que seule une montre miniaturisée permettrait de résoudre le problème. Il semble bien qu'Harrison demanda simplement à son ami d'essayer une idée dont il n'avait pas le temps de s'occuper car il travaillait à son horloge H3.

Harrison confia au Board of Longitude: “J'ai de bonnes raisons de croire que de petites machines [en parlant des montres de poche] peuvent être de grande utilité par rapport à la longitude."

C'est ainsi qu'en 1760 apparaît H4. Ce modèle était, contrairement à ses trois prédécesseurs une grosse montre de 13 cm de diamètre seulement. Tout était fait pour réduire les frictions: elle était lubrifiée et les paliers et même certains engrenages étaient en pierres précieuses (rubis, diamants). L'ensemble était d'un aspect luxueux. Remontée, elle pouvait fonctionner pendant trente heures; elle demandait donc un remontage quotidien.        

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Dés ce moment s'engage une lutte acharnée entre ce qu'il faut bien appeler le “lobby des horlogers” et le “lobby des astronomes”. Nous n'entrerons pas dans le détail des procès et des coups bas. 

En fait, les astronomes défendaient la méthode des distances lunaires dont la précision était la même que celle des chronomètres. Cette méthode était fort bon marché puisqu'il suffisait que chaque capitaine achète un nautical almanach. Par contre, fort peu de ces derniers étaient capables d'arriver au bout des calculs et des multiples corrections et cela sans se tromper. 

La méthode du chronomètre ne demandait elle aucune formation, seulement un peu de surveillance. Un navire devait être équipé, pour bien faire, d'au moins trois chronomètres au prix exhorbitant. 

En partant en 1768 pour son premier voyage le fameux capitaine Cook n'avait encore à sa disposition que la méthode des distances lunaire et un astronome à bord pour faire les calculs nécessaires. Par contre à son second et troisième voyage, il disposait non seulement d'un astronome mais aussi d'une copie du H4 , dont il dit le plus grand bien et qu'il considère comme la solution au problème de la longitude.

Les montres française 

On ne s'étonnera pas que la littérature anglophone concernant l'invention des montres marines ignore délibérément les inventions françaises. Pourtant à Paris, l'un des meilleurs spécialistes en horloges marines était l'horloger suisse Ferdinand Berthoud. En 1763, il est demandé par ordre du roi: "..d'envoyer en Angleterre un Académicien accompagné d'un Artiste (M.Berthoud) à l'effet d'assister à l'examen public qui doit être fait à Londres de la Pendule Marine inventée par le sieur Harrison pour déterminer la longitude en mer."

Ils se rendent donc à Londres pour examiner la montre H 4. Un rendez-vous est pris, mais la visite échoue. Comme disait Berthoud: « Nous fimes le Voyage; mais l'examen, comme tout le monde sait, n'eut pas lieu » Crainte d'un espionnage industriel sur un sujet très sensible?

F. Berthoud poursuivit donc ses recherches de façon indépendante et obtint en 1768 soit seulement 7 ans après Harrison des résultats équivalent à H4, ce qui est rarement signalé. En effet, deux de ses horloges marines sont essayées avec un succès remarquable. Elles atteignent une précision de l'ordre d'une minute sur trois mois de traversée maritime.

Les montres marines anglaises et francaises se valaient donc. Une différence: le mécanisme de la montre de Harrison demeurait pratiquement secret tandis que celui des montres de Boutould était exposé en détail dans de nombreux ouvrages. Il restait à leurs continuateurs d'inventer des horloges marines plus performantes et surtout bien moins coûteuses

La méthode des distances lunaire continua à être utilisée. D'abord car elle faisait partie de la formation de tout capitaine, ensuite car elle permettait de vérifier le chronomètre et aussi car beaucoup de navires ne pouvaient se permettre d'emporter trois chronomètres. Il faut en effet faire remarquer qu'il est impossible d'être sûr de l'heure fournie par un seul chronomètre; si l'on en emporte deux, on ne peut savoir lequel est juste, trois chronomètres sont donc indispensable si l'on ne se fie qu'à cette seule méthode pour connaître la longitude. Exemple extrême: en 1843, pour déterminer exactement la longitude de son observatoire de Pulkowa (près de Saint-Pétersbourg) par rapport à Greenwich, l'empereur de Russie fit transporter 68 chronomètres entre ces deux endroits!

Le fameux voyage du Beagle emportant Darwin autour du monde de 1831 à 1836 avait surtout pour but de déterminer les longitudes de la côte de l'Amérique du Sud. Pour obtenir une haute précision pendant ce voyage, pas moins de 22 chronomètres étaient à bord, déposés dans un local clos sur de la sciure de bois. Ils étaient remontés tous les jours à 9 h et comparés à midi à l'heure moyenne au soleil mesurée au sextant. Après 5 ans de voyage, le commandant se plaignait d'une erreur ''inexplicable '' de 33 secondes!

En 1833, une boule peinte en rouge fut installée sur un mât de l'observatoire de Greenwich. Sa chute à 13h pile indiquait aux marins quittant Londres l'heure de Greenwich, cette boule, the « time ball », étant bien visible de la Tamise. Des « time balls » furent installés en leur temps dans la plupart des ports anglais et des villes américaines. Celle de Greenwich est toujours en fonction pour amuser les touristes et peut être leur rappeler le souvenir de John Harrison. 

Les horloges marines, restèrent à un prix très élevé, des capitaines continuèrent à utiliser la méthode des distances lunaires jusque vers 1815, puis la fabrication en série vint progressivement à bout de la méthode astronomique.

Le principal progrès en navigation fut alors l'invention d'un procédé simplifiant la recherche du point, la droite de hauteur qui ne demande que l'usage du sextant et d'une montre précise indiquant l'heure de Greenwich. Ce procédé, utilisé pour la première fois en 1837 par le capitaine américain T.H. Summer ne fut vraiment mis au point qu'en 1875 par le français Marq de Blond de Saint Hilaire. Il reste le procédé classique de navigation astronomique.

Notons que ce n'est qu'en 1905 et dans les quelques années suivantes que des signaux horaires transmis par radio rendirent inutiles les tables des distances lunaires. En 1912, ces dernières furent enlevées du Nautical Almanach, après 150 ans de service.  

 

 

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