Une boussole est un instrument de navigation constitué d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ magnétique de la Terre. Elle indique ainsi le Nord magnétique, à distinguer du pôle Nord géographique. La différence entre les deux directions en un lieu donné s’appelle la déclinaison magnétique terrestre. Selon la précision requise, on s'accommode de cette différence ou on utilise un abaque de compensation. Observé depuis la France (en 2016), les deux directions sont sensiblement identiques.
Les lignes du champ magnétique terrestre sur lesquelles l'aiguille de la boussole s'aligne pointent sous terre au niveau des pôles nord et sud (et non pas à la surface). Dans l'hémisphère nord, l'extrémité nord de la boussole est donc attirée vers le bas. Pour compenser ce phénomène, l'extrémité sud de l'aiguille de la boussole est légèrement lestée.
Quand on utilise une boussole « hémisphère nord » dans l'hémisphère sud, l'extrémité sud de l'aiguille est attirée vers le bas par le champ magnétique, alors qu'elle est déjà pourvue d'un contrepoids. Résultat, la pointe sud de la boussole accroche sur le fond de la cavité dans laquelle elle est logée, et fonctionne donc beaucoup moins bien.
Une boussole fournit une direction de référence connue qui aide à la navigation. Les points cardinaux sont (dans le sens des aiguilles d’une montre) : nord, est, sud, et ouest. Une boussole peut être utilisée conjointement à une horloge et à une carte pour fournir une estimation de sa navigation.
En navigation terrestre, l'instrument utilisé est généralement désigné boussole. Elle est constituée d'une aiguille qui tourne devant des graduations solidaires de l'instrument, généralement tenu à la main, que l'on oriente suivant la direction voulue. En navigation maritime et aérienne, ou sur un véhicule, on utilise de préférence un compas : c'est alors la partie mobile qui porte les graduations (parfois en sens inverse de celles d'une boussole). Elle tourne devant un repère fixe parallèle à l'axe du navire ou de l'aéronef, appelé ligne de foi, et donne directement le cap suivi.
thumb|Une boussole de gousset. thumb|Boussole ultra-légère pour la course d'orientation.
Principe physique Une boussole peut être constituée de n’importe quel dispositif utilisant une aiguille magnétisée tournant librement sur un pivot, afin qu’elle puisse indiquer la direction du pôle Nord magnétique de la Terre.
La loi du magnétisme est telle que les pôles opposés s'attirent. Par choix de convention historique, le pôle Nord d'un aimant est celui qui pointe le Nord de la Terre. En conséquence, le pôle magnétique de la Terre à proximité du pôle Nord géographique (à l'époque de l'homme moderne) est un pôle sud au sens du magnétisme. Ce pôle est toutefois nommé « pôle Nord magnétique » parce que c'est plus intuitif pour un pôle qui donne approximativement le Nord géographique.
Autrefois, certaines boussoles étaient combinées avec un cadran solaire, lequel utilisait l’ombre portée d’une aiguille appelée style ou gnomon ou d’un triangle rabattable ; cette association permettait d’orienter le cadran et d’obtenir l’heure approximativement (cf. l’astrolabe).
Une boussole gyroscopique peut également être employée pour trouver le Nord géographique.
L’élément de base est une tige magnétique. On peut la réaliser en alignant une tige de fer ou d’acier sur le champ magnétique de la Terre et puis en la faisant chauffer puis refroidir (recuire) ou en la frottant. Cependant, cette méthode produit seulement un aimant de faible puissance ; aussi d’autres méthodes sont préférables.
Cette tige magnétisée (ou aiguille magnétique) est alors placée sur un support de friction quasi nulle qui lui permet de pivoter librement pour s’aligner sur le champ magnétique ambiant. On y appose alors une marque à une extrémité afin que l’utilisateur puisse distinguer les directions nord et sud. Une convention moderne veut que l’extrémité pointant vers le nord soit marquée d’une manière quelconque, souvent de peinture luminescente ou rouge.
Historique thumb|Maquette d'une cuillère indiquant le sud (appelée sinan) du temps des Han (206 - 220 ) (il y a quelques discussions sur l'existence historique de l'objet utilitaire correspondant)Li Shu-hua, Extrême-Orient La boussole est habituellement considérée d’origine chinoise. Une boussole, olmèque, beaucoup plus vieille aurait été trouvée en méso-amérique et datée du environ. Il y a des désaccords sur la date précise à laquelle elle fut inventée. La première boussole chinoise n'était probablement pas conçue pour la navigation, mais consistait en une pierre d'aimant utilisée pour harmoniser l'énergie environnementale (le Qì 氣/气) selon les principes géomantiques du Feng shui. Il existe des références littéraires dignes d'attention qui mettent en évidence son antiquité :
La première référence littéraire chinoise au « magnétisme » se trouve dans un ouvrage de du intitulé Livre du maître de la vallée du diable (鬼谷子) : « la magnétite fait venir le fer à elle, ou l'attireLi Shu-hua, Origine de la Boussole II. Aimant et Boussole, 1954, page 175». L'ouvrage précise également que des habitants de la cité-État de Zheng connaissaient leur position en utilisant la « flèche du sud » ; certains historiens des sciences considèrent qu'il s'agit du premier usage de la boussole en tant qu'instrument de navigation, d'autres pensent que cette flèche désigne en fait le chariot pointant le sud.
La première mention de « l'attraction d'une aiguille par un aimant » se trouve dans un ouvrage chinois composé entre 70 et 80 (Lunheng ch. 47) : « La magnétite attire une aiguille » (de fer). Ce passage de Louen-heng est le premier texte chinois mentionnant l'attraction d'une aiguille par un « aimantLi Shu-hua, Origine de la Boussole II. Aimant et Boussole, 1954, », mais il ne s'agit pas de l'orientation d'une aiguille libre selon le champ magnétique. En 1948, le savant Wang Chen Tuo construisit un « compas » sous la forme d'une cuillère indiquant le sud sur la base de ce texte. Cependant, « on ne trouve pas de mention explicite d'un aimant dans le Lunheng».
La première référence à un « instrument d'orientation » magnétique spécifique se trouve dans écrit sous la dynastie Song et daté de 1040-1044. On y trouve la description d'un « poisson indiquant le sud » en fer, flottant dans un bol d'eau, et s'orientant vers le sud. Cet instrument est décrit comme un moyen de s'orienter « dans l'obscurité de la nuit ». Le Wujing Zongyao (武经总要, « Réunion des techniques militaires les plus importantes ») précise :
Vers 1080, Shen Kua dans son livre Mêng Chhi Pi Than (Essais sur le bassin des rêves) donne la toute première description précise d'une aiguille aimantée, suffisamment précise pour observer le phénomène de déclinaison magnétique. C'est le premier instrument à pouvoir être qualifié véritablement de boussolep. 14. . Shen Kua recommande de suspendre l'aiguille à un fil de soie pure fraichement filée.
En 1116, Khou Tsung Shih décrit dans son livre Pên Tshao Yen I (Explication de la signification de la pharmacopée) une "boussole humide" : une aiguille flottant sur l'eau.
La première référence explicite à une boussole magnétique pour la navigation maritime se trouve dans le livre Pingzhou Ketan (萍洲可谈) de Zhu Yu de 1117: .
En 1136, Chhen Yuan-Ching dans son livre Shih Kuang Chi (Guide à travers la forêt des affaires) décrit une "boussole sèche" : une tortue de bois contenant de la magnétite pivotant sur un bambou effilép. 15.
Ainsi, l'emploi d'un compas magnétique sur terre est attesté dès 1044 tandis que la preuve incontestable de son utilisation pour la navigation en mer date uniquement de 1117.
Dans l'Iran antique Dans les poèmes du Livre de Rois de Ferdowsi (l'épopée nationale des Iraniens, écrite entre environ 977 et 1010 de l'ère chrétienne), au cours d'une histoire mythique qui fait référence à une époque antérieure à 500 av. J.-C., il peut y avoir une mention d'un type de boussole (en utilisant une aiguille flottante sur l'eau) pour la navigation:
Où est le passage à travers cette mer ? Il faut nous montrer le bon chemin. Il lui dit : « Avec du fer de l'eau, Ni oiseau ni flèche ne peuvent passer. »"
thumb|Représentation d'une boussole dans Epistola de magnete de Pierre de Maricourt, 1269
Occident et Moyen-Orient Les historiens débattent de la diffusion de la boussole après son développement en Chine et remettent en question le rôle d'intermédiaires joué par les Arabes. En effet, la première mention d'une aiguille aimantée et de son usage par les marins en Europe se trouve dans De naturis rerum (« De la Nature des Choses ») d'Alexandre Neckam publié en 1190 tandis que la plus ancienne référence à une boussole au Moyen-Orient se trouve dans un récit perse de 1232. La première référence arabe à une boussole, sous la forme d'une aiguille magnétisée dans un bol d'eau, vient du sultan et astronome yéménite Al-Ashraf en 1282. Il semble qu'il fut également le premier à l'avoir utilisée pour l'astronomie. Comme l'auteur affirme avoir vu une boussole être utilisée sur un navire environ quarante ans plus tôt, certains spécialistes font remonter la date d'apparition dans le monde musulman de la même durée.
L'invention de la boussole en Europe était attribuée à un Amalfitain nommé Flavio Gioja en 1300 ou 1302. S'il ne fait aucun doute que des boussoles étaient utilisées par les navigateurs européens dès cette époque, le nom de Flavio Gioja résulte d'une série de déformations et de mauvaises lectures de divers textes. Selon l'historien de la Marine française, Charles Bourel de La Roncière, Charles de La Roncière, Un inventaire de bord vers 1294 et les origines de la navigation hauturière, Bibliothèque de l’École des Chartes, 1897 (58), .. Au , à Byzance, la boussole, introduite par des navigateurs italiens, était connue sous le nom de ; elle est mentionnée par Marc Ange dans le poème Éros qui date du Louis Bréhier, La civilisation byzantine, Albin Michel, coll. L'évolution de l'humanité, et note 2111..
La boussole (surnommée la « marinette », désignée comme ) est mentionnée dès 1204 dans un ouvrage didactique : La « Bible » de Guiot de Provins, cité par . Elle est utilisée comme métaphore de l'attitude du bon chrétien qui doit se défier des faux prophètes et se tourner vers la vraie religion comme la boussole se tourne vers l'étoile polaire. Le texte de Guiot de Provins mentionne également la méthode pour magnétiser le fer ordinaire à partir d'un morceau de magnétite naturelle. La mention de la boussole dans ce type de texte permet de penser que la boussole et son usage étaient d'un usage naval relativement connu à l'époque.
Il faudra attendre 1600, pour que le phénomène du magnétisme soit mieux compris et plus exhaustivement décrit par William Gilbert dans son ouvrage De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (Du magnétisme et des corps magnétiques, et du Grand Aimant Terre).
Méso-Amérique
Une boussole olméque fait d'une tige de magnétite rainurée aurait été trouvée fin des années 1960 à San Lorenzo au Mexique par l'archéologue Michael D. Coe, identifiée, datée et testée en 1973 par John B. Carlson. On subodore que la boussole aurait servi pour l'observation via une fente, l'astrologie et/ou la géomancie.
Boussoles de marine et compas de navigation
left|thumb|upright|Habitacle de compas ancien d'un navire de la marine marchande (Musée de Toulon) thumb|Compas de marine sur cardan (lecture par-dessus). thumb|Compas de voilier à sphère (lecture latérale). thumb|L'indication comparée d'un compas (à gauche) et d'une boussole (à droite). Sur le compas, l'observateur lit le cap (210, en bas à gauche de la photo). Sur la boussole, il lit la direction (SW : Sud-Ouest, en haut à droite).
Les boussoles de marine sont appelées communément compas. Elles sont de plusieurs types : fixée sur une paroi verticale pour permettre une lecture par le côté,