Boussole

Une boussole est une aiguille aimantée, libre de tourner, qui s'aligne sur le champ magnétique terrestre et indique ainsi le nord par tous les temps. Décrite en Chine au XIe siècle et utilisée en mer en Europe vers 1190, elle a permis de tenir un cap loin des côtes et sous un ciel couvert.

Ce que c’est

Une boussole est un petit aimant libre de tourner. Laissé à lui-même, il se place le long des lignes du champ magnétique terrestre, une extrémité vers le nord magnétique, l’autre vers le sud. Le navigateur qui connaît le nord en déduit toutes les autres directions, de nuit, dans le brouillard ou hors de vue des côtes.

La planche montre un compas de marine du XVIe siècle. L’aiguille est collée sous une carte de papier peinte d’une rose des vents, qui tourne donc avec elle. La rose repose sur un pivot au fond d’une cuvette de bois, et la cuvette est suspendue à la cardan pour rester horizontale quand le navire roule.

Comment ça marche

Frottée sur une pierre d’aimant, l’aiguille d’acier devient elle-même un aimant.

La Terre se comporte à peu près comme un énorme barreau aimanté. Son champ est faible, un demi-gauss environ en surface, mais une aiguille légère sur un bon pivot n’a besoin que d’une très petite force pour tourner. Elle pivote jusqu’à ce que son propre champ s’aligne sur la composante horizontale du champ terrestre, puis s’immobilise.

Encore faut-il aimanter l’aiguille. Dans le fer et l’acier, de minuscules régions, les domaines, se comportent chacune comme un aimant, mais elles sont orientées en tous sens et s’annulent. Frotter l’aiguille toujours dans le même sens avec une pierre d’aimant, un morceau de magnétite naturellement aimanté, en aligne une bonne partie, et l’aiguille garde cet ordre. L’acier dur le conserve le mieux. Le fer doux le perd vite : jusqu’au milieu du XVIIIe siècle, les marins devaient réaimanter leurs aiguilles avec une pierre gardée à bord.

Une méthode ancienne : une aiguille sur un flotteur, libre de tourner sur l’eau calme.

Le nord magnétique n’est pas le pôle géographique, et l’angle entre les deux, la déclinaison, varie d’un lieu à l’autre et lentement au fil des années. Le champ est aussi incliné : dans l’hémisphère nord, il tire vers le bas la pointe nord de l’aiguille, dans l’hémisphère sud la pointe sud, et d’autant plus qu’on approche des pôles magnétiques ; les fabricants équilibrent donc l’aiguille avec un petit contrepoids. À bord, le fer des ferrures et de la cargaison dévie encore l’aiguille ; c’est la déviation.

Sur la planche, le pivot pointu et la petite chape de l’aiguille réduisent le frottement. La rose permet au timonier de lire le cap face à un repère fixe de la cuvette. Le verre arrête le vent, et la suspension à la cardan empêche la rose de basculer au roulis.

Comment la fabriquer

Faire l’aiguille. Prenez une aiguille à coudre en acier ou une fine lame d’acier dur d’environ 5 cm. Un fer trop doux ne garde pas l’aimantation.

L’aimanter. Frottez l’aiguille du milieu vers une extrémité avec un pôle d’une pierre d’aimant ou d’un aimant, en écartant la pierre d’un large arc à la fin de chaque passage. Recommencez vingt ou trente fois, toujours dans le même sens.

L’essayer sur l’eau. Enfilez l’aiguille dans un petit bout de liège ou de roseau sec et faites-la flotter dans un bol d’eau calme, loin de tout fer. Repérez l’extrémité qui montre le nord et marquez-la. Au nord des tropiques, vérifiez avec l’étoile polaire la nuit ou avec l’ombre la plus courte au midi solaire, qui pointe alors vers le nord ; au sud des tropiques, cette ombre pointe vers le sud.

Lui donner un pivot. Emboutissez un petit cône dans une chute de laiton mince pour faire une chape et fixez-la au centre de l’aiguille. Plantez une pointe d’aiguille verticale au fond d’une cuvette de bois et posez-y la chape. Équilibrez avec un peu de cire jusqu’à ce que l’aiguille soit horizontale.

Ajouter la rose et le couvercle. Collez l’aiguille sous une carte légère portant les points cardinaux, le nord de la carte au-dessus de la pointe nord de l’aiguille. Peignez à l’intérieur de la cuvette un repère fixe, la ligne de foi, aligné sur l’avant du bateau : on lit le cap sur la rose en face de lui. Une vitre posée sur la cuvette la protège des courants d’air.

La suspendre. Pour un modèle de compas de marine, montez la cuvette dans deux anneaux pivotant à angle droit l’un par rapport à l’autre. Une boussole faite maison reste une démonstration : ne naviguez pas avec avant de l’avoir comparée à un compas éprouvé.

Histoire et évolution

En Chine comme en Grèce, on savait il y a plus de deux mille ans que la pierre d’aimant attire le fer. Des textes de l’époque Han évoquent un objet montrant le sud, utilisé en divination, peut-être une cuillère de magnétite ; les historiens ne s’accordent pas sur sa nature.

Pour Shen Kuo, la meilleure monture était une aiguille suspendue à un seul fil de soie.

Le manuel militaire Wujing Zongyao, compilé vers 1044, décrit un mince poisson de fer chauffé au rouge, refroidi dans l’axe nord-sud puis posé sur l’eau, où il indiquait le sud. Vers 1088, Shen Kuo décrit des aiguilles aimantées par frottement sur une pierre d’aimant, posées sur un flotteur ou suspendues à un fil de soie. Il note aussi que l’aiguille pointe un peu à l’est du sud exact, une des premières mentions de la déclinaison. Entre 1111 et 1117, Zhu Yu écrit que les pilotes consultent l’aiguille quand les nuages cachent le soleil et les étoiles.

En Europe, le savant anglais Alexander Neckam décrit vers 1190 des marins utilisant une aiguille aimantée. Un texte persan de 1232 en donne la première mention dans le monde islamique. En 1269, Pierre de Maricourt (Petrus Peregrinus) décrit une boussole sèche sur pivot, et vers 1300 le compas sec à rose se répand en Méditerranée.

Les compas à liquide, qui amortissent les oscillations de la rose, s’imposent au XIXe et au début du XXe siècle, et le gyrocompas, qui trouve le nord vrai sans magnétisme, arrive dans la première décennie du XXe siècle.