Le problème de la longitude
Cassini et le voyage à la mer du sud
de Frézier.

 


Par Hubert Michéa, Capitaine au Long cours

in

"Sur les traces de Cassini" Editions du CTHS, 2001

Résumé,

En 1711 Amédée Frézier, ingénieur des fortifications était envoyé en mission sur les côtes de l'Amérique latine. Esprit éclairé, formé tant aux mathématiques, qu'à l'astronomie, il dépasse le cadre de la mission de renseignement qui lui a été confiée. Il s'attache, bien que n'étant pas marin, à faire une estime détaillée et précise de la route suivie par le bâtiment à bord duquel il sert. A cette époque on utilisait des cartes hollandaises tirées des journaux de bords des capitaines ayant déjà pratiqué ces navigations. Si les latitudes des étapes du voyage étaient assez précises, leur longitude laissait beaucoup à désirer. Peu d'années auparavant sur les avis de D. Cassini Peralta et Feuillée avaient entrepris des expériences en vue de corriger la longitude de Lima et de Concepcíon en Amérique du sud. Depuis des observatoires établis à terre destinés en premier lieu à établir le temps local, les observateurs cherchaient à connaître le temps de l'Europe en utilisant les tables d'occultation du premier satellite de Jupiter. La comparaison des temps local et universel devait donner la longitude du lieu. Les observateurs avaient conclu que les longitudes de Lima et de Concepción devaient être corrigées de 5 degrés. Que dire de celles du cap Horn, que personne n'allait voir de près et où il n'était pas question d'établir un observatoire? ou de la position de l'île de l'Ascension dont l'existence était controversée?

La navigation est encore dans l'empirisme. Les navigants ne tiennent pas compte d'observations dont ils ne connaissent pas la raison. Frézier tente de trouver des explication rationnelles à ce qu'il observe en matière de météorologie, d'hydraulique, de botanique. Il s'attarde à l'aspect social des choses. Il confronte ses spéculations aux écritures dont il est imprégné et sans les contester, recherche une synthèse. Que la sortie d'une routine séculaire, s'avère douloureuse!

A quelques années de là l'Amiral Anson passera dans les mêmes parages et éprouvera les mêmes doutes subira les mêmes dangers, mais utilisera entre autres les observations de Frézier.

Ainsi débute, sur mer, le siècle des lumières.

fin de résumé

Le problème de la longitude.
Depuis le temps où les navigateurs avaient commencé d'abandonner la vue de terre pour se lancer au grand large, ils ont cherché à connaître avec le plus de raison possible leur position. La précision souhaitée correspondait à la distance de l'horizon visible du haute d'une mâture, (# 2 fois la racine carrée de l'élévation exprimée en mètres donne cette distance en nautique; exemple 12 nautiques pour 36 mètres de hauteur); et au rayon de dérobement d'un obstacle. Le Belem demande 20 minutes pour effecteur un changement de bord, pendant lesquelles il continue d'avancer de deux à trois nautiques. Au début du XVIII° siècle, l'observation de la polaire, le relèvement du soleil à son lever et à son coucher permettaient de connaître la variation du compas. Le loch estimait la vitesse et permettait d'évaluer la distance parcourue d'un jour à l'autre. Le marin pouvait ainsi estimer où il se situait par rapport à son point de départ. Mais l'influence des courants marins, l'appréciation des dérives restaient incertaines et la valeur de l'estime en était affectée. L'observation de la hauteur du soleil à son passage au méridien local, celle de la polaire permirent de déterminer la latitude du lieu de l'observation. Il devenait alors possible de combiner estime et la latitude déduite de ces observations. Les cartes, obtenues par ces mêmes procédés, se trouvaient affectées des approximations de ces procédés1. Par triangulation on obtenait des plans précis couvrant de grandes étendues. Ces plans pouvaient être placés en latitude avec une précision qui dès le milieu du seizième siècle était compatible avec le rayon de visibilité de navire. L'incertitude quant à la longitude croissait à proportion de la longueur de la traversée. La contestation entre Espagne et Portugal sur la position des Moluques par rapport à l'antiméridien de partage avait l'objet de tractations à Badajoz 2. La précision de la longitude tentait de répondre à un problème politique; non pas de fixer celle dont les marins avaient besoin. Les observations faites à Manille, en particulier par Le Gentil, au moyen des satellites de Jupiter, en 1767, montrèrent un écart de plus de 20° par rapport aux positions auxquelles Portugais et Espagnols s'étaient arrêtés! Les marins étaient, jusqu'à l'époque de Cassini, forcés, de naviguer à latitude constante afin de d'éviter de se trouver, lors des atterrissages, rafalés sur une côte inhospitalière avec des bateaux qui remontaient assez mal au vent. Les retards parfois considérables qui résultaient de cette pratique avaient une incidence économique certaine. On connaît des cas de navires qui ont cherché à latitude constante une île pour y faire de l'eau. Mal placés en longitude et tombés sous le vent de cette île, ils étaient alors forcés d'aller plus loin chercher l'eau qui aurait permis de sauver une partie de leur équipage.

Tout cela avait émergé de manière progressive et confusément d'un amas d'observations empiriques auxquelles se mêlaient des pratiques tenant plus de la superstition que de l'esprit scientifique. Frézier écrit d'ailleurs: "L'ignorance de la théorie qui règne parmi nos navigateurs leur faisait attribuer cette différence de l'estime et des cartes aux courants sans qu'une espèce d'uniformité d'erreur leur fit ouvrir les yeux depuis quatorze ans de navigation continuelle" 3

Cassini et les satellites de Jupiter

Depuis que des compagnies ont été crées pour la navigation tant, la V.O.C. en Hollande, que la Compagnie de l'Orient et de la Chine en France, la navigation est devenue une affaire financière gérée par des particuliers. L'efficacité économique devient un facteur capital. Réduire les hécatombes de marins devenait une affaire politique. Il fallait résoudre la question de la longitude. Il fallait mettre un peu d'ordre dans ces cartes qui donnaient des indications si peu précises. Pour cela on commencerait par les grands ports de l'Amérique.

La question était en apparence simple. On savait qu'il suffisait d'observer un événement visible aussi bien par deux observateurs l'un dans un lieu dont on cherche la position, l'autre dans un lieu de référence et de comparer les heures locales auxquelles chacun l'observait. La différence donnait l'écart en longitude. Des tentatives avaient été tentées dans ce sens par les premiers grands découvreurs au nombre desquels Americo Vespucci qui avait observé une éclipse de lune. Magellan observa une éclipse de soleil à Saint-Julien d'où il avança une longitude de 61° Ouest de Séville 4. L'idée remontait à l'Antiquité. Le défaut de lunette puissante n'autorisait pas la précision souhaitée par les marins. A quel instant précis pouvait on noter la phase d'une éclipse? Chaque seconde de temps correspond à I/4 de minute d'arc. A l'équateur cela fait près de 500 mètres. Le jésuite Fontenay, des Mission d'Extrême-Orient, avait reçu des encouragements de Colbert et des instructions de Cassini aux fins observer une éclipse totale de lune à Bangkok le 11 décembre vers 3 ou 4 heures du matin . Elle fut observée à Paris le 10 décembre 1685, vers 21 heures. Elle donna des résultats intéressants mais insuffisants pour la navigation 5.

Les travaux de Jean-Dominique Cassini Directeur à l'observatoire de Paris depuis 1667 aboutirent à la publication d'Éphémérides du premier satellite de Jupiter , en 1690 6. A sa mort en 1712, son fils, Jacques lui succéda. En 1730 il y ajouta les tables des trois autres satellites. Maupertuis écrira quelques années plus tard "Si on pouvait noter l'heure de certains phénomènes qui arrivent pour tous les spectateurs au même instant, qui sont les émersions et immersions des satellites de Jupiter, comme par la théorie on connaît le moment de ces apparitions, par la différence des temps (locaux) où ces phénomènes seraient aperçus on connaîtrait la différence de longitude" 7. Jacques Cassini, en vue de vérifier le réalisme de la théorie développée par son père, avait suggéré d'en vérifier la précision lors d'un voyage qu'il entreprit au Levant au cours duquel il s'adjoignit le père Louis Feuillée. Fort du résultat, qui corroborait les longitudes de Rhodes et Candie par ailleurs vérifiables, le père Louis Feuillée, recevait mission de renouveler l'expérience en Amérique. Là il n'y avait pas de triangulation possible depuis l'Europe. Il opéra d'abord en Martinique, en 1704, puis en Amérique du Sud où il mit en évidence des erreurs considérables. Rentré en France en août 1711 il devait publier, en 1714, le résultat de ses observations sous le titre Journal des observations... faits sur le côtes du Chili. 1707-1712. Ces travaux, comme ceux de Peralta, proposèrent à Lima une longitude de 79° 45' Ouest de Paris 8.

Le voyage de Frézier

Amédée Frézier était un jeune ingénieur des fortifications. Garangaud son patron lui proposa une mission de renseignement concernant des fortification des ports du Chili. Élève de La Hire, Frézier avait un esprit porté à l'examen et l'expérimentation précise. Il embarque, en qualité d'officier à bord du Saint Joseph de Saint-Malo. Il va tout noter. Il vérifiera la longueur de la ligne du loch, les procédures de mesure de la vitesse. "Depuis notre sortie nous nous trouvions toujours moins avant que notre estime. Je crus cette erreur venait de la division de la ligne de loch..." 9. Il observe la culmination du soleil. Il cherche des raisons aux écarts entre les latitudes observées et une estime contrôlée avec soin. Il tente d'évaluer l'influence des courant marins. Il suppute leurs raisons, cherche à comprendre pourquoi ils ne sont pas toujours constants. "Nous observions tous les jours la latitude qui différait de cinq à six minutes vers le coté du sud par jour, même par temps calme d'où j'ai conjecturé que les courants nous y portaient" 10. "La chute de courants inconnus est encore une nouvelle cause d'incertitude "11. Il a pris la précaution de se munir de journaux de voyages d'autres navigateurs. Il analyse leurs observations. "Quoi qu'il en soit, il est bien vrai que depuis l'île de Sao Vicente jusqu'à celle de Santa Catarina, nous avons fait au sud plus de soixante lieues au delà de notre estime" 12. "Comme nous étions toujours en garde contre les courants et les erreurs des cartes hollandaises qui mettent le cap Blanc quatre degrés plus à l'ouest qu'il n'est effectivement, ainsi que l'ont remarqué tous les vaisseaux qui ont relâché à Santa Catarina et y ont pris leur point....." D'où on peut conclure que sans faire attention à sa longitude absolue il est mal placé par rapport à celle de Santa Catarina" 13. Il corrige les cartes "De là viennent ces différences des cartes qui mettent 100 lieues du détroit au cap Horn et les manuscrits qui n'en mettent que 40 à 50. Ce qui est bien sur, c'est qu'il n'est que par 55°30' ou 56 tout au plus de latitude quoique dans toutes les cartes il soit par 57 1/2 ou 58° " 14. Naturellement le capitaine reste sceptique, tout comme le capitaine Doublet qui emmène Louis Feuillée. Il cherche l'île de l'Ascension à latitude constante. A bord du Saint-Joseph on débat sur le point de savoir la relation entre la variation du compas magnétique et la longitude. Edmond Halley venait publier, en 1702, une carte isogone basée sur ses observations complétées de celles fournies par les journaux d'autres navigateurs. Outre que les longitudes indiquées sur cette carte étaient celles qui découlaient d'estimes nautiques, il apparut que si la ligne de déclinaison nulle passait bien au voisinage du méridien de l'île de Fer, elle s'en écartait par la suite, et cela de quantité telle qu'il devenait impossible de l'utiliser pour déterminer la longitude. De plus, dans les cas où les isogones étaient suffisamment serrés, l'impossibilité à bord d'obtenir des déclinaisons magnétiques avec une précision supérieure au degré, ne permettait pas de faire mieux que ce que donnait l'estime. C'est cependant dans la même intention que Frézier, dépouillant les journaux d'autres navigateurs, nous donne à son tour une carte isogone de l'atlantique sud. Toutes ces considérations m'ont engagé à ramasser des mémoires pour dresser la carte que je joins ici.... si j'ai supprimé dans cette carte des terres imaginaires, j'en ai ajouté d'effectives auxquelles j'ai donné le nom d'îles nouvelles pour avoir été découvertes depuis l'année 1700, la plupart par des vaisseaux de Saint-Malo- Il s'agit de la partie est des Falkland- Enfin j'ai marqué par des chiffres romains les variations de l'aimant qu'on observe dans ces parages où la déclinaison est considérable au NE; car nous avons observé jusqu'à 27 ° étant à l'est des îles nouvelles" 15 Cette croyance, qui conservait quelques adeptes, témoigne de l'embarras des professionnels de la navigation.

Parvenu en Amérique du Sud, Frézier exécute sa mission d'inspection sans oublier de préciser la longitude des lieux visités. Il procède par relèvement et distances à partir de points dont la position a été déterminée par d'autres, en particulier Alexandre Durand, un médecin résidant à Lima qui a poursuivi l'observations des satellites de Jupiter après le retour en France de Feuillée. "Nous attérrâmes à la pointe de Lapavié précisément et à point nommés, suivant mon estime, en me servant de la carte manuscrite dont j'ai parlé, sans avoir égard à sa longitude, mais seulement à la différence du méridien de Lima, en transposant parallèlement toute la côte à l'ouest, suivant l'observation de don Pedro Peralta plus occidentale de 1° 45' que celle qui était marquée dans la Connaissance des temps de Paris de l'année 1712. Le sieur Alexandre François, demeurant à Lima qui a observé séparément et avec Peralta par les éclipses des satellites de Jupiter la mettait encore 30' plus à l'Ouest, c'est à dire par 80° 15' ou 5 h 21 de différence du méridien de Paris, suivant les tables de M. Cassini, mais le père Feuillée sur une observation du sieur Durand ne la met que par 79° 9' 30". 16 Pendant son voyage de retour, s'appuyant sur ces longitudes de Concepcíon, Frézier tente de mieux placer les régions méridionales de l'Amérique en particulier du cap Horn. "Je ne parle point ici de sa longitude qui n'est pas positivement connue, mais que l'on peut régler à peu près sur celle de Conception, en suivant la plus grande conformité des estimes, depuis 310 à 311° du méridien de Ténériffe; au lieu de 303 ou 304° comme le marquent les cartes." C'est dire à quelle incertitude sont confrontés les navigateurs qui se rendent dans ces parages. Au retour de Frézier une polémique s'éleva entre Feuillée et lui au sujet des observations faites par l'un et l'autre. En tout état de cause, ils avaient contribué l'un comme l'autre à rapprocher de près de dix degrés la longitude de la cote américaine de sa situation réelle. La carte de Guillaume Delisle rectifiée en 1739, d'après celle ramenée par Feuillée proposait une position plus correcte que tout ce qui était envisagé jusqu'alors, de la côte chilienne. Concepción est fixé à 75° 16' de Paris d'après cinq éclipses du premier satellite de Jupiter observées par le P. Feuillée. 17 et 20

Les suites du voyage

Avec les satellites de Jupiter on croyait tenir la solution au problème de la longitude. En réalité Il n'en était rien. Force fut de constater que lorsqu'ils entraient dans le cône de pénombre ou en sortaient, les satellites s'éteignaient ou se rallumaient progressivement. De plus leurs interactions causaient des irrégularités notables de leur mouvement. En outre il y a avait des périodes de trois mois pendant lesquelles le premier satellite, le plus commode à observer, n'était pas visible. C'est pourquoi même bien équipé on trouvait des différences pouvant atteindre la minute de temps, lors de l'observation de l'immersion du premier satellite. Des écarts de 4 minutes de temps (ce qui correspond à soixante minutes d'arc) lors d'observation d'immersion du troisième ou du quatrième satellite ont été notés. Ainsi, à l'observation de Charles Messier le 8 juin 1768 à Dunkerque correspondait celle faite à Paris par trois observateurs différents munis de diverses lunettes qui différaient entre eux de 30 secondes de temps.... soit 7,5 minutes d'arc d'incertitude sur la longitude de Dunkerque....18 . Enfin, il fallait des lunettes de 15 à 16 pieds soit 5 mètres qui ne pouvaient être utilisés à bord d'un navire malgré toutes les tentatives qui furent tentées dans ce sens. On en revint donc à l'étude des mouvements de la Lune. Les tables de distances lunaires, mises au point en 1770 par La Caille et Cassini de Thury bien que d'un usage compliqué suscitèrent l'espoir des plus éduqués parmi les marins. Cela n'allait pas de soi. M. de Keranstreat, officier de Marine, interprétant, une observation hâtive réalisée par MM. Maraldi et Cassini de Thury d'une l'éclipse du soleil le 4 octobre 1736 à l'abbaye de Saint-Mathieu en Bretagne, en déduisait que la longitude de l'abbaye différait de 45' d'arc de celle obtenue en 1679 par La Hire et Picard par triangulation. Cette triangulation avait fait l'objet d'une vérification par Cassini de Thury. Halley avait incorporé les conclusions de Keranstreat dans une publication. Cassini de Thury, dans un mémoire à l'académie de Marine en date du 16 mars 1754, relevait l'erreur et admonestait "MM. les Marins et tout spécialement Mr de Keranstreat et leur recommandait de vérifier la longitude de Brest et de St Mathieu par tous les moyens qu'il jugera à propos, il la trouvera un peu plus petite que celle que je publie mais la différence n'ira jamais qu'à un tiers de minute....." 19. On était à terre. Imaginez ce que cela pouvait donner outre-mer et à plus forte raison à la mer! Déterminer la longitude à la mer exigeait la mise au point de montres marines d'une marche stable et prévisible. Lors de l'expédition de Candie en 1669, Huygens avait fourni deux horloges à pendule cycloïdal. Il aurait été trouvé une différence de longitude de 20 degrés et demi entre Candie et Toulon qui sont à 19° 13' l'un de l'autre. Dès 1669, Colbert avait prescrit l'usage de pendules à la mer, réglées sur le temps moyen. M. Rouillé offrit un prix à celui qui serait capable de construire un chronomètre ayant une marche stable et limitée. Il revenait à une pléiade d'horlogers de génie, parmi lesquels Leroy et Berthoud en France, Harrisson en Angleterre, de réaliser des montres capables de servir de garde temps à la mer. Leroy fit vérifier ses machines A et S qui firent, en 1768, à bord de l'Enjouée un voyage à Terre-Neuve sous l'oeil vigilant de Jacques Dominique Cassini. Au terme de cet essai Leroy** reçut le prix Rouillé. Fleurieu à bord de l'Isis devait essayer les chronomètres 5 et 6 de Berthoud dont les résultats furent publiés en 1773. Mais pour étalonner ces nouveaux appareils il avait fallu au préalable déterminer la longitude des points touchés par ces navires ce qui fut fait au moyen d'observations astronomiques faites selon les instructions et les procédés de Cassini. Ces procédés ont permis des améliorations capitales de la géographie qui se sont traduites par l'évolution de la cartographie telle que nous la trouvons dans les atlas de Delisle. Désormais la précision des longitudes allait se fixer aux environs des quelques minutes d'arc -on voyait encore sur une carte du Service Hydrographique en 1950 que les Baléares seraient deux miles plus à l'ouest- 20. L'usage du câble sous marin puis de la radiotélégraphie qui permettait la diffusion du temps universel allait la pousser sa précision vers la minute d'arc pour la voir finalement réglée à une précision décimétrique avec la mise en service des satellites artificiels de la Terre et le GPS. Les démarches des Cassini, comme celles des savants de son époque, comme aussi celles des marins que nous montre Frézier, illustrent les tâtonnements de la science expérimentale autant que la répugnance des pratiques de la navigation à suivre des conclusions que leur formation ne les avait pas préparé à comprendre. On jugera peut-être un jour, que les questions biologiques qui défraient la chronique sous le nom de vache-folle, procèdent des mêmes errements. Dans un livre rouge distribué pendant la Révolution culturelle , dont j'ai été témoin en Chine, Mao-Tsé-Toung écrivait "Aller de la pratique à la théorie et de la théorie à la pratique". Il n'inventait rien mais il rappelait un principe qu'il vaut mieux ne pas perdre de vue.

fin du texte.

 

Dernière mises à jour de la page : vendredi 15 juin 2012

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