vignette|Un astrolabe nautique du L’astrolabe nautique est un ancien instrument de navigation servant principalement à faire le point, soit déterminer la latitude.
Adaptation probable de l'astrolabe planisphérique, il permet de mesurer exclusivement des hauteurs d'astres, surtout la hauteur méridienne du Soleil à partir de laquelle, par un simple calcul, on obtient la latitude instantanée d'un navire.
Mis au point par les navigateurs portugais à la fin du , il remplace alors avantageusement le quadrant de navigation. Plus tard, vers le milieu du , concurrencé par le quartier de Davis, un des prédécesseurs du sextant, il sera progressivement abandonné à son profit.
Description fonctionnelle L'astrolabe nautique est probablement inspiré de l'astrolabe planisphérique. dont il conserve la forme générale mais, comme il sert à déterminer la latitude, il ne possède ni tympans ni araignéeOn rappelle que les tympans, sur l'astrolabe planisphérique sont tracés en fonction de latitudes spécifiques ; ils permettent, entre autres, la détermination de l'heure à partir de l'araignée qui disparait elle aussi sur l'astrolabe nautique.. L'astrolabe nautique ne comprend donc que deux pièces principales, l'astrolabe proprement ditIl n'existe pas de vocabulaire spécifique pour désigner le corps de l'instrument. Les différents auteurs traitant du sujet parlent simplement de l'« astrolabe ». et l'alidade qui doivent assurer la seule fonction d'usage de l'instrument : mesurer une hauteur méridienne du Soleil, ce qui, en langage maritime, s'appelle « peser le Soleil ».
Utilisé dans un milieu hostile, l'instrument a dû être adapté aux différents facteurs de son environnement : air salin, mouvements du vaisseau (roulis et tangage), vents. Ces différentes contraintes ont petit à petit fait évoluer les caractéristiques de l'instrument. Ici sont présentées celles d'un astrolabe-type du , époque de son apogée.
Caractéristiques générales vignette|Astrolabe de référence pour description (1610). pour résister à l'air salin, l'instrument est en bronze ; pour en assurer la verticalité lors des mesurages, en toutes circonstances, son poids est important, de l'ordre de plusieurs kilogrammes : de trois à cinq généralement ; pour diminuer les effets du vent, son diamètre est petit, de l'ordre de 20 cm et son aérodynamisme doit être optimisé.
L'alidade l'alidade à s, est centrée sur l'astrolabe. Elle permet la visée du Soleil et ses extrémités en biseau sont conçues pour lire au mieux (à un demi degré près) la hauteur recherchée sur le limbe de l'instrument.
La visée du Soleil est particulière. Ses rayons brulant les yeux, son observation est indirecte. Les pinnules sont percées d'un œilleton, petit trou à l'entrée conique qui se termine par un diamètre de la grosseur d'une fine aiguille. Lors d'une observation, l'image du Soleil, à travers le trou de la pinnule « au soleil », est projetée sous la forme d'une tache lumineuse de petit diamètre sur le plateau de la pinnule inférieure qui est dans l'ombre - les plateaux sont de grandes dimensions pour capter rapidement la trace du Soleil. Il reste alors, à l'opérateur à rectifier les réglages de l'instrument pour amener la tache de lumière en coïncidence avec le trou de la pinnule inférieure, ce qui n'était pas une opération très facile.
Pour optimiser l'opération, l'alidade est lourde, le plus souvent moulée, son profil est biseauté pour mieux pénétrer le vent, les pinnules sont rapprochées au maximum du centre de rotation (au détriment de la précision de mesure) pour éviter l'effet de couple dû au vent au niveau des grands plateaux des pinnules.
Après avoir aligné l'alidade sur le Soleil, il reste à lire le résultat de mesure sur l'astrolabe.
L'astrolabe C'est à l'origine un disque, comme sur l'astrolabe planisphérique, avec un anneau de suspension ou de préhension qui va donner à l'instrument la verticalité lors des mesurages.
Le centre de gravité est abaissé au maximum en reportant le maximum de masse dans la partie centrale inférieure une certaine époque, il a été essayé des disques à épaisseur croissante en allant vers le bas, mais cette solution a été vite abandonnée.. Des évidements dans la partie supérieure et parfois aussi dans la partie inférieure abaissent un peu plus le centre de gravité et atténuent l'effet du vent sur le disque.
À la périphérie, on trouve le limbe gradué en degrés, parfois uniquement dans sa partie supérieure, au dessus de l'horizon qui y est tracé. Les graduations, suivant l'instrument donnent directement les hauteurs (à partir de l'horizon) ou les distances zénithales, complément de la hauteur (à partir de la verticale). La chiffraison est de 10 en 10. La résolution, dont découle l'incertitude minimale des mesures, vu les dimensions de l'instrument, ne peut être inférieure au demi-degré.
Étapes pour déterminer la latitude Il s'agit ici de la détermination par « pesée du Soleil ».
se positionner au plus près du centre de gravité du navire pour éviter roulis et tangage au maximum : l'endroit à privilégier est situé vers le grand mât., la position à genoux est usuelle ; Vers midi, effectuer plusieurs observations ou observer en continu. si possible : l'observation idéale est à faire lorsque le Soleil culmine, mais à l'époque où l'astrolabe est utilisé, aucun instrument ne donne l'instant du midi vrai. Cependant, vers son maximum, la variation de hauteur du Soleil est très faible, d'où une tolérance sur les instants des relevés. En fonction des mesures effectuées, en déduire l'angle de hauteur maximum ou hauteur méridienne hm qui servira à déterminer la latitude φ ; calculer la latitude φ du navire, d'après la relation algébrique actuelle φ = δ + 90 - hmOn peut noter que 90 - hm est la distance zénithale Zm du Soleil à midi, la relation donnant la latitude devient alors φ = δ +Zm qui est encore plus simple à employer., relation dans laquelle δ désigne la déclinaison solaire que l'on trouvait sur des tables dédiées accompagnant les navigateurs.
Remarque Bien que non prévu pour ça, l'astrolabe nautique permettait par visée directe de déterminer la hauteur de l'étoile polaire quand celle-ci était haute dans le ciel, ce qui n'est pas le cas dans l'hémisphère sud où elle est invisible. La mesure donnait alors immédiatement la latitude. Ceci, à condition d'effectuer une correction due au fait que la Polaire n'est pas exactement sur le pôle (voir infra « Le régiment de l'étoile polaire »).
Historique Aux origines Il est reconnu que l'astrolabe nautique est une version simplifiée de l'astrolabe planisphérique, adaptée à la mer. ; mais l'astrolabe planisphérique a-t-il été utilisé à la mer avant ou au début de la navigation hauturière ? Les textes sur cet usage n'existent guère, à l'exception de deux citations : l'une de Raymond de Marseille (vers 1140) où il fait allusion à l'emploi en mer de l'instrument pour déterminer la latitude par l'observation de l'étoile Polaire. ; l'autre de Giovanni Dondi (1330-1388) qui indique que . Ces usages probablement exceptionnels d'un instrument de prix a peut-être été possible sur une mer d'huile, mais il a dû faire long feu, vu l'environnement généralement hostile du milieu marin. C'est à juste raison que l'astrolabe classique a quelquefois été appelé « astrolabe de terre »..
C'est au début du , à l'époque d'Henri le Navigateur, que les Portugais, peuple tourné vers l'océan atlantique, vont s'aventurer en haute mer. Ils partent explorer les côtes africaines sur des caravelles, dans un premier temps jusqu'aux environs de l'équateur : les Açores (1427), la presqu’île du Cap-Vert (1444), la Sierra Leone (1462), ..
Dans leurs expéditions les marins vont pratiquer une nouvelle navigation, la navigation astronomique. Pour ce faire, ils vont déterminer la latitude des lieux visités à l'aide du quadrant de navigation, le plus souvent en visant l'étoile Polaire qui donne directement la latitude (avec certaines précautionsÀ cette époque, la règle est de prendre la hauteur du pôle quand la constellation de la Petite Ourse est sensiblement dans la direction Est-Ouest ou Ouest-Est. Cette direction donne grossièrement la hauteur du pôle, précision bien suffisante eu égard aux conditions dans lesquelles sont effectués les relevés..). Cette opération est effectuée sur les navires, ou mieux à terre, pour une plus grande exactitude.
Les tables nautiques vignette|Une page de l'Almanach perpetuum de Zacuto. vignette|Page du mois de mars du Régiment de Munich.
Les tables du Soleil En 1471 au plus tôt., l'équateur est franchi et l'étoile Polaire disparait à l'horizon. Il faut donc mettre en œuvre une autre méthode pour déterminer la latitude. Ce sera par l'intermédiaire de la mesure de la hauteur méridienne du Soleil. Déjà testée au cadran de navigation par Diogo Gomes sur les côtes de Guinée en 1460-1462 ; le résultat est décevant, l'instrument n'est pas adapté à la « pesée du Soleil » (environ 5° d'écart), et l'exploitation des tables astronomiques existantesLes tables astronomiques étaient connues au Portugal au début du , notamment les tables alphonsines pour en déduire la latitude est difficile.. Il lui sera préféré l'astrolabe qui apparait dans les années 1481. et dont la première mention est le fait de Christophe Colomb qui relate son utilisation par Bartolomeu Dias vers le Cap de Bonne-Espérance en 1488 (voir infra).
LAlmanach perpetuum de Zacuto C'est dans ce contexte, dans les années 1470, qu'Abraham Zacuto va réaliser son ouvrage le plus important l'''Almanach perpetuum. Il s'agit d'un livre contenant diverses tables astronomiques, préparé pour l'année 1473 et pouvant être actualisé à l'aide de corrections. L'édition princeps ne sera publiée qu'en 1496, mais des extraits manuscrits ont probablement servi secrètement dès les années 1470. On y trouve des tables de la longitude écliptique du Soleil pour les années 1473-1476 ainsi que les tables de la déclinaison solaire qui en découlent..
Les régiments de Munich et d'Evora
Ces tables, jugées encore trop complexes pour une exploitation par les pilotes de caravelles, seront simplifiées à l'extrême en 1484. Sous l'impulsion de Jean II du Portugal, se réunissent cette année-là des mathématiciens et des astronommes dont et Martin Behaim afin d'établir une méthode astronomique fiable pour la détermination de la latitude en mer en faisant usage des relevés de la position du Soleil au-dessus de l'horizon. De leurs travaux paraitra en 1509 un opuscule, le Regimento do estrolabio e do quadrante connu sous le nom de « RégimentRégiment, dans le sens de « règle » ou « directive ». de Munich ». Il contient une table des déclinaisons solaires pour tous les jours d'une seule année ; elle est dite « table solaire unique » pour la différencier des tables quadriennales de Zacuto.. Cette table dressée par Vizinho à partir de lAlmanach perpetuum est calculée pour 1483 et semble avoir été mise à la disposition des marins dès ces années-là. C'est une simplification considérable pour mener à bien le calcul de la latitude.. Vers 1516 paraissent des tables quadriennales, le « régiment d'Evora », ayant les mêmes sources que le « Régiment de Munich ». Elles sont établies pour les quatre années de 1517 à 1520 et seront utilisées jusqu'aux années 1540. On estime qu'elles auraient été établies par Zacuto, vers 1496.
Le régiment de l'étoile polaire vignette|Corrections à apporter sur la position de la Polaire suivant les huit positions cardinales d'étoiles de la Petite Ourse (1542).