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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.
Hubert
Michéa. Capitaine
au long cours.
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chrono contemporain (à quartz !) 
Il
s'agit d'une réédition vendue
Essais sur l'horlogerie par 
C. Cardinal et M.M.Collin.
Longitude par
Dava Sobel livre de
poche
Association
latitude asso.latitude@voila.fr
Tous les ans il y a des
ventes spéciales sur les montres on peut y remarquer des
Chronomètres de marine . 
