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Histoire de la mesure des longitudes

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La longitude est la distance mesurée en degrés qui détermine la position d'une personne vers l'est ou vers l'ouest par rapport au méridien de Greenwich (un méridien est un demi-cercle qui relie les deux pôles).

L'autre coordonnée permettant de déterminer la position exacte d'une personne à la surface du globe terrestre est la latitude, c'est-à-dire la distance, mesurée en degrés, qui sépare un parallèle de l'équateur.

1. Historique
a. Définition de la longitude
La longitude d'un lieu est l'angle, compté de 0° à 180°, que forme le plan du méridien de ce lieu avec le plan du méridien pris pour origine (Méridien de Greenwich depuis 1884).

A terre, il est facile de calculer la longitude en utilisant des instruments de levé. Mais il était impossible d'utiliser cette méthode en mer car la surface de la mer ne comporte aucun repère.

b. Les marins
Avant le 18e siècle, il n'existait aucun moyen de calculer la longitude en mer. Pour une nation maritime comme l'Angleterre, il était essentiel de trouver une façon de définir la longitude en mer.

Une solution consistait à utiliser le Soleil, les étoiles et le mouvement de la Lune comme horloge géante dans le ciel.

En effet, une horloge devait donner aux marins l'heure exacte au méridien d'origine et une autre, l'heure au lieu où ils se positionnaient en mer : l'écart des deux valeurs permettait de calculer l'écart angulaire entre les deux méridiens donc la longitude.

En mars 1675, Charles II désigna John Flamsteed comme premier Astronome Royal.
Cet ecclésiastique de 28 ans fut chargé « de s'appliquer avec le plus grand sérieux et la plus grande diligence à la rectification des tables des mouvements célestes et la position des étoiles fixes de façon à ce que l'on puisse découvrir la longitude tant désirée des lieux pour perfectionner l'art de la navigation. »

c. L'avancée des horloges
Mais la détermination de la longitude en mer n'était pas assez précise tant que les horloges furent dépendantes des mouvements des navires.

Après l'invention des horloges au balancier à ressort spiral, la mesure des longitudes devint plus précise mais n'empêcha pas les désastres maritimes dus aux erreurs de navigation ; en particulier, la perte de 4 navires de la « Royal Navy » en 1707.
Cet accident détermina le parlement britannique à voter le « Longitude Act » en 1714 à travers lequel il offrait alors une forte récompense à quiconque trouverait le moyen de mesurer précisément la longitude en mer : John Harrison obtint ce prix grâce à une pendule qui ne prenait qu'un retard de 5 secondes sur 9 semaines en mer.

Grâce à ces percées essentielles dans les méthodes de navigation, la Grande-Bretagne devint le producteur de cartes nautiques le plus important des 18e et 19e siècles.

Pourtant, pendant des siècles, chaque pays utilisa un méridien zéro différent.
Dans les années 1850, il devint évident aux yeux de tous qu'un système d'heure et de longitude internationale s'imposait.
En 1884, la Conférence Internationale du Méridien se déroula à Washington DC dans le but d'examiner ces questions. Vingt-cinq pays y furent représentés et, après un mois de délibérations, il fut convenu que l'on adopterait le Méridien à Greenwich comme longitude 0° – le méridien d'origine pour le monde entier.

Il fut également convenu que la longitude serait mesurée dans deux directions depuis le méridien d'origine, « la longitude est étant positive, la longitude ouest négative ».

d. Le BDL (bureau des longitudes)
A l'imitation du Board of longitudes anglais crée en 1714, en France, une loi de la Convention Nationale du 7 messidor an III (25 juin 1795) institue le Bureau des longitudes.

La mise en place de ce nouvel organisme devait donc résoudre les problèmes astronomiques que pose la détermination de la longitude.
Toutefois il ne faut pas perdre de vue que sa création avait avant tout pour objectif de reprendre le maîtrise des mers aux anglais (et ce, grâce à l'amélioration de la détermination des longitudes en mer qui ne peut se faire que par l'observation astronomique et l'utilisation d'horloges fiables).

Son service des calculs et de mécanique céleste est devenu depuis 1998 l'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE).
Organisme officiel de calculs et de diffusion de données vers le public, il a aujourd'hui la forme d'une académie associée à un laboratoire de recherche en astronomie.

2. Historique du méridien de Greenwich : 0°
Au cours du IIe siècle après J.-C., Ptolémée, mathématicien et géographe grec,  plaça le méridien zéro à l'ouest de toutes les terres connues à cette époque, à savoir sur l'île Ferro (aujourd'hui Hierro), l'île la plus occidentale de l'archipel des Canaries.

Jusqu'au 19e siècle, chaque pays basait ses propres mesures de longitude sur la pratique et l'usage locaux :

La France utilisait le méridien de l'Observatoire de Paris comme point méridien origine, l'Italie utilisait le méridien de Naples, les Suédois utilisaient celui de Stockholm et les Espagnols, celui de Ferro.

En 1884, lors de la conférence internationale de Washington, la lutte entre la France et  le Royaume-Uni fut rude sur le choix du méridien zéro.

La délégation française proposa d'adopter un méridien « neutre », ni français ni britannique, comme celui de l'île Ferro. Mais cela revenait à  adopter le méridien choisi par les Français deux siècles plus tôt ! De plus, il aurait fallu y construire un observatoire, le connecter par télégraphe aux autres...

La délégation britannique proposa d'adopter le méridien passant justement par l'Observatoire de Greenwich (faubourg du sud-est de Londres), fondé en 1675 mais qui fut finalement transféré en 1946 à Herttmoncew Castle dans le Sussex.
En contre-partie, elle se déclara prête à accepter comme système international le système métrique français.

Beaucoup de pays soutinrent la proposition britannique, seuls le Brésil, la République Dominicaine et la France votèrent pour le méridien de Ferro !

En 1884, la convention internationale adopta donc comme méridien zéro le méridien de Greenwich, situé à 2°20'14"à l'ouest de celui de Paris.
Aujourd'hui, le méridien de Greenwich est utilisé comme méridien zéro par tous les marins du monde.

3. Le repérage par satellite ou GPS
Le récepteur GPS (Global Positionning System) permet de repérer la position en n'importe quel point du globe terrestre grâce aux liaisons satellites.

Des satellites émettent des signaux radio et le récepteur au point P du navire calcule la durée séparant l'émission de chaque satellite et sa réception : le récepteur compare l'heure de sa propre horloge avec l'heure indiquée par le signal satellite.

Une fois les distances d1, d2 et d3 déduites des durées émission- réception, l'intersection des trois sphères possédant ces rayons et centrées sur chaque satellite est le point P, c'est-à-dire la position du navire :

sa longitude, sa latitude et son altitude.

Des horloges atomiques, très précises permettent de synchroniser tout le système de mesure.

L'essentiel

Le principe de mesure de la longitude, c'est-à-dire de la position en degrés vers l'est ou l'ouest d'une personne sur le globe terrestre par rapport au méridien de Greenwich, a toujours été basé sur le repérage du Soleil, des étoiles fixes dans la voûte céleste ou de la Lune.

Pendant longtemps, le manque de précision des horloges a été à l'origine des problèmes liés à la détermination de la longitude.

Le GPS est actuellement le moyen le plus précis et le plus sûr de se positionner en longitude et latitude sur Terre grâce aux horloges atomiques et aux satellites parfaitement repérés dans la voûte céleste.

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