Instruments de navigation pour déterminer la latitude.

Le bâton de Jacob

est adapté pour leur usage par les navigateurs hauturiers, d'abord espagnols et portugais, au tout début du XVIe siècle : la première description connue se trouve dans un livre de navigation datant d'un peu avant 1520. Dans ce domaine il est aussi appelé arbalestrille, arbalète, ou encore balestille.

L'adaptation à la navigation du bâton de Jacob est aussi inspirée du kamal , un instrument utilisé par les navigateurs arabes de l'Océan Indien, et observé par Vasco de Gama en 1498. Il est constitué d'une planchette de bois avec une ficelle passant par le milieu de celle-ci. La ficelle tendue et la planchette joue pour la visée un rôle analogue à la flèche et au marteau du bâton de Jacob, la mesure étant donnée par la longueur de la partie de la ficelle qui est tendue. Plusieurs tailles de planchettes sont disponibles (de même que le navigateur disposera de plusieurs tailles de marteaux pour son bâton de Jacob). les navigateurs chinois ont utilisés un instrument analogue au kamal au XVe siècle.
L'instrument est d'abord utilisé pour mesurer la hauteur de l'étoile polaire, avec une graduation de 0 à 90° sur sa flèche, puis pour la hauteur du soleil à son zenith, ce qui permet dans les deux cas de déterminer la latitude.
Les marins hauturiers français et anglais l'adoptent vers 1530, les hollandais vers 1550, puis il finit par se répandre dans le reste de l'Europe. Sa précision est améliorée tout au long du XVI et du XVIIe siècles. En 1595 John Davis en propose un usage de dos, pour observer la hauteur du soleil à l'aide de l'ombre, sans être ébloui. L'instrument est concurrencé par le quadrant du même Davis (backstaff), mais reste très répandu. Facile à construire et donc plutôt bon marché, relativement facile à utiliser en mer, d'une précision acceptable, il survit un temps à l'apparition des instruments à réflexion, l'octant, puis le sextant, pour ne voir son usage en mer disparaître qu'à la toute fin du XVIIIe siècle.


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Le quadrant


Le quadrant de Davis.

Observer le Soleil avec un quadrant traditionnel était très difficile dû notamment à l'intensité lumineuse de celui-ci. Il était commun de se tenir à côté de l'instrument et d'aligner les ombres du soleil pour prendre la mesure. Ceci demandait deux personnes et était moins précis qu'une observation normale. Ainsi, pour mesurer l'altitude du soleil, les quadrants à observation de dos (Backstaff en anglais) furent inventés.

Le quadrant ou quartier de Davis, du nom du capitaine Davis qui en parle pour la première fois en 1595, offrait une alternative au quadrant traditionnel. En effet, puisque les mesures se prenaient dos au Soleil, elles permettaient de mesurer la latitude de celui-ci sans se brûler les yeux. Ainsi, l'observateur regarde l'horizon à travers une ligne de visée et observe la plaque en même temps. Sur cette plaque se dessine l'ombre de l'objet et, comme les rayons du soleil sont parallèles, l'addition de la mesure de l'angle donne la latitude du Soleil.


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Quadrant de Hadley

Les quadrants à observation de dos n'étaient pas la seule alternative pour observer le Soleil. Le quadrant de Davis ne permettait pas d'observer l'étoile polaire puisqu'elle ne créait pas d'ombre et de ce fait, il fallait avoir deux types de quadrant à bord. Avec l'avancement technologique, les objets réfléchissants étaient de plus en plus communs. John Hadley inventa un type de quadrant réfléchissant qu'il présenta pour la première fois devant la Royal Society of London en 1731. Bien qu'il ne fut pas le premier à inventer ce type d'instrument c'est le sien qui fut le plus utilisé

Bien que cet instrument porte le nom de quadrant, il est en fait un octant (1/8 d'arc de cercle, donc 45°) gradué en 90°. Son principe de fonctionnement consiste à ramener, grâce à des miroirs mobiles, l'objet observé et l'horizon l'un par-dessus l'autre aux yeux de l'observateur. Ainsi, cet instrument ressemble beaucoup au sextant, un dérivé du quadrant. Cet instrument permet aussi de corriger les erreurs instrumentales, une amélioration par rapport à celui de Davis.


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Octant

L’octant est un instrument de navigation dérivé du quadrant.

Le sextant

Ne sera inventé que vers les années 1730 par le mathématicien Anglais John Hadley et l’inventeur Américain  Thomas Godfrey.



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