Orientation-sans-boussole-phases-lune-lunaire-soleil

Pour bien s’orienter lors d’une sortie en montagne ou en plaine, il est impératif se munir au minimum d’une boussole, d’une montre et des cartes topographiques de la zone, du type TOP25, Série Bleue ou TOP75. Un altimètre et un GPS peuvent venir en complément. Par malchance, la boussole ou la carte peut être oubliée, perdue ou détériorée. Il devient nécessaire de retrouver les directions cardinales à l’aide des moyens disponibles : Lune, Soleil, étoiles ou encore montre à aiguilles.

Attention : cet article a pour objectif de fournir des solutions alternatives en l’absence de boussole et de carte. Il n’est pas question ici de substituer à la boussole et à la carte topographique d’autres techniques d'orientation qui nécessitent un ciel dégagé ou partiellement dégagé, et qui ne peuvent donc pas s’appliquer sous couvert nuageux.

 

 

1. Avec le Soleil uniquement

 

1.1. Principe général

Cette solution fournit des résultats grossiers mais reste la plus facile et rapide à appliquer en journée. Les connaissances nécessaires sont très basiques : le Soleil se lève à l’Est, se couche à l’Ouest et se situe au Sud à midi heure solaire. En France, le décalage entre l’heure solaire et l’heure légale d’hiver est d’une heure, contre deux heures pour l’heure d’été. Il conviendra donc d’observer le Soleil à 13 h en hiver et 14 h en été pour déterminer le Sud. Deux raffinements permettent d’améliorer significativement l’estimation de la différence entre les heures solaire et légale.

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1.2. Premier raffinement selon sa position par rapport au méridien de Greenwich

Orientation-sans-boussole-Decalage-Greenwich-meridien-heure-solaire-legale

L’heure solaire est définie à partir du méridien de Greenwich. En d’autres termes, le Soleil se trouve strictement au Sud à midi heure solaire uniquement si l’on se trouve sur l’axe de ce méridien. La Terre effectuant une rotation complète en 24 heures, on observe en France métropolitaine un décalage de 59 minutes dans le cycle journalier du Soleil entre le point le plus à l’Est qui reçoit le Soleil en premier et le point le plus à l’Ouest qui le reçoit en dernier (Figure 1). Ainsi, le Soleil passe au Sud de la côte Est de la Corse 39 minutes avant Greenwich et au Sud de l’Île d’Ouessant 20 minutes après. Il s’agit donc de connaître au minimum le département ou la région dans laquelle on se trouve pour appliquer cette correction.

  • Exemple 1 : Nancy se trouve à l’Est du méridien de Greenwich, à la longitude 6°11′05″ Est. Le Soleil passe au Sud environ 21 minutes avant Greenwich. En hiver, midi heure solaire correspondra donc à 12 h 36 heure légale : 13 h auxquelles on soustraira 24 minutes. C’est à cette heure que le Soleil indiquera le Sud.
  • Exemple 2 : Bordeaux se trouve à l’Ouest du méridien de Greenwich, à la longitude 0°34′49″ Ouest. Le Soleil passe au Sud environ 5 minutes après Greenwich. En été, midi heure solaire correspondra donc à 14 h 05 heure légale : 14 h auxquelles on ajoutera 5 minutes. C’est à cette heure que le Soleil indiquera le Sud.

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Orientation-sans-boussole-analemme-solaire-soleil1.3. Second raffinement selon la date

Dire que le Soleil passe systématiquement au Sud à midi heure solaire implique que l’orbite de la Terre soit strictement circulaire et centrée sur le Soleil. Or, cette orbite est elliptique et le Soleil n’en est pas son centre. Le Soleil passe au Sud à midi heure solaire en moyenne sur toute une année, mais des décalages de quelques minutes entre l’heure solaire apparente et l’heure solaire moyenne s’observent selon la date. L’estimation de cette différence fait appel à l’équation du temps qui fournit un paramètre utilisé en astronomie pour rendre compte de l’écart de position du Soleil par rapport au Soleil moyen. L’observation quotidienne de l’astre sur une année, en un point donné de la Terre et à une heure solaire fixe révèle son mouvement apparent relatif dans le ciel et permet la construction d’une courbe analemmatique solaire (Figure 2). Aux latitudes de la France métropolitaine, le Soleil suit une trajectoire en forme de 8 autour de sa position moyenne (Figure 2 : la position moyenne est mise en évidence par le trait vertical rouge).

Sans détailler mathématiquement, l’équation du temps permet de corriger deux phénomènes:

  • Le premier est relatif aux effets combinés de l’excentricité et du caractère elliptique de l’orbite de la Terre autour du Soleil, qui impliquent que la vitesse apparente de déplacement du Soleil dans le ciel n’est pas constante. En effet, la Terre effectue une rotation sur elle-même par jour, et une révolution autour du Soleil par année – 365 jours pour simplifier. Cette révolution place la Terre chaque jour un peu plus loin sur son orbite modifiant sensiblement la direction de l’axe Terre-Soleil (Figure 3). La variation de cette direction forme un angle, nommé α dans la figure 3. Ainsi, pour qu’un point donné de la surface de la Terre vise le centre du Soleil pour deux jours consécutifs, la Terre aura dû effectuer une rotation complète sur elle-même plus une rotation complémentaire qui permettra de compenser l’angle α formé par les deux axes Terre-Soleil. Si la Terre décrivait une orbite circulaire et effectuait sa révolution à vitesse constante, cet angle serait égal à 0,986 degrés (360 degrés divisé par 365 unités de temps). Or, sa distance au Soleil varie, ce que modifie sa vitesse de déplacement selon la seconde loi de Kepler (Figure 4). En effet, la vitesse est inversement proportionnelle au carré de la distance Terre-Soleil. Autrement dit, plus la Terre est proche du Soleil, plus son déplacement sur l’orbite est rapide. Le passage au plus proche du Soleil – nommé périhélie – se fait entre le 2 et le 5 janvier selon les années, alors que le passage au plus loin – nommé aphélie – a lieu entre les 3 et 7 juillet. L’angle formé par les directions de l’axe Terre-Soleil de deux jours consécutifs est d’autant plus grand que la date est proche du périhélie, et d’autant plus petit que la date est proche de l’aphélie. Ainsi, entre octobre et mars (période de six mois centrée sur la date du périhélie ; secteur beige en figure 4), la distance Terre-Soleil est inférieure à la moyenne, la vitesse supérieure à la vitesse moyenne et l’angle plus grand que l’angle moyen. La durée de rotation complémentaire de la Terre est donc plus longue, la course du Soleil prend du retard dans le ciel et la vitesse apparente de déplacement du Soleil est plus faible. A l’inverse, d’avril à septembre (période de six mois centrée sur la date de l’aphélie ; secteur vert en figure 4), l’angle est plus petit que la moyenne, le temps de rotation complémentaire plus court et la course du Soleil dans le ciel rattrape son retard.

Orientation-sans-boussole-axe-terre-soleil-rotation-complementaire        Orientation-sans-boussole-vitesse-revolution-terre

  • Le second est relatif à l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre. Le temps solaire moyen est donné pour un soleil fictif se déplaçant sur l’équateur alors que le Soleil se déplace sur le plan de l’écliptique (Figure 5). Il faut donc rapporter le mouvement du Soleil dans le plan de l'équateur pour apprécier correctement le retard ou l'avance du temps solaire par rapport à une heure légale. Cette opération est appelée réduction à l’équateur.

Orientatio-sans-boussole-plan-equateur-ecliptique-lune-soleil-terre             Orientation-sans-boussole-equation-du-temps-soleil-terre

Selon l’équation du temps qui combine ces deux phénomènes, le soleil passe strictement au Sud à midi heure solaire à quatre dates dans l’année : 15 avril, 15 juin, 1er septembre et 25 décembre (Figures 2 et 6). Pour toutes les autres dates, il existe un décalage positif ou négatif, qui atteint +14 minutes vers 3 novembre et -16 minutes vers le 12 février (Figure 6). L’amplitude sur une année est donc de 30 minutes et ne doit pas être négligée, notamment aux alentours du 3 novembre et du 12 février.

Exemple : Nancy se trouve à l’Est du méridien de Greenwich, à la longitude 6°11′05″ Est. Le Soleil passe au Sud environ 21 minutes avant Greenwich. La date du jour est le 18 septembre. A cette date, le décalage entre l’heure légale et l’heure solaire est de +2 h (heure d’été) et l’équation du temps indique un décalage de -6 minutes (Figure 6 : trait vertical vert). Midi heure solaire correspondra donc à 13 h 33 heure légale : 14 h auxquelles on soustraira 21 minutes puis 6 minutes.

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2. Avec le Soleil et un bâton vertical

Orientation-sans-boussole-sud-ombre-soleilLa longueur de l'ombre au sol d’un objet est minimale à midi heure solaire car le Soleil est au plus haut dans le ciel. Ainsi, en suivant la trajectoire de l’ombre et en la comparant à un cercle de référence, il est possible de connaître la direction du Sud en quelques dizaines de minutes. Comme il s’agit ici d’estimer une longueur minimale d’ombre, cette méthode doit être mise en place avant que le soleil ait atteint son point le plus haut dans le ciel. Quatre étapes sont à distinguer (Figure 7) :

  • étape 1 : planter un bâton rectiligne – type bâton de randonnée – à la verticale sur une zone plate. La verticalité et le caractère plat du terrain sont indispensables à une bonne estimation de la trajectoire de l’ombre sans craindre que celle-ci soit déformée.
  • étape 2 : tracer un cercle dont le centre correspond au bas du bâton et qui passe par l’extrémité de l’ombre du bâton (cercle rouge en figure 7). Il est important de noter la position de l’ombre à cet instant par une marque au sol (caillou, bout de bois, trou creusé avec le doigt).
  • étape 3 : attendre que la course du Soleil modifie la direction de l’ombre, la raccourcisse dans un premier temps pour ensuite la rallonger. L’ombre se rallonge une fois que le Soleil a dépassé le Sud.
  • étape 4 : lorsque l’ombre recoupe le cercle dessiné à l’étape 2, tracer la bissectrice de l’angle formé par les deux rayons définis par les intersections entre ombre et cercle (points rouges en figure 7). Cette bissectrice indique l’axe Nord-Sud, la première intersection l’Ouest et la seconde l’Est.

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3. Avec le Soleil et une montre à aiguilles

Cette méthode repose sur le fait que la petite aiguille d’une montre fait le tour du cadran en 12 heures, alors que le Soleil fait le tour du ciel en 24 heures. Ainsi, le Soleil parcourt un angle donné deux fois moins vite dans le ciel que la petite aiguille sur le cadran. La direction du Sud peut donc être déterminée en suivant ces trois étapes :

  • étape 1 : calculer l’heure légale correspondant à l’heure midi solaire, soit 13 h en hiver et 14 h en été en France. L’heure légale du midi solaire peut être calculée avec plus de précision en suivant les préconisations de la partie Avec le Soleil uniquement de cet article.
  • étape 2 : prendre la montre à aiguilles, la positionner à l’horizontal et pointer la petite aiguille en direction du Soleil.
  • étape 3 : repérer sur la montre l’angle défini d’une part par l’heure indiquée par la petite aiguille et d’autre part par l’heure légale calculée dans l’étape 1 ; cet angle est nommé α dans la figure 8. Puisque le Soleil parcourt un angle donné deux fois moins vite que la petite aiguille, il sera à la moitié du secteur lorsque la petite aiguille indiquera l’heure légale correspondant au midi solaire. La direction du Sud est ainsi indiquée par la bissectrice de l’angle α.

Orientation-sans-boussole-sud-montre-aiguilles

Cette méthode fonctionne dès que le Soleil est visible. Elle est cependant d’autant plus précise que le Soleil est facile à viser, c’est-à-dire lorsqu’il est proche de l’horizon. Lorsque le Soleil est au zénith, il est préférable de viser la direction opposée à celle des ombres projetées au sol plutôt que le Soleil lui-même.

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4. Avec la phase lunaire

Cette méthode est simple à mémoriser mais reste très grossière, notamment parce que la Lune et le Soleil ne se déplacent pas sur le même plan : plan de l’équateur pour la Lune et plan de l’écliptique pour le Soleil (Figure 5). Cette différence de plans d’orbite explique d’ailleurs pourquoi le trio Terre-Lune-Soleil n’est que très rarement aligné dans l’espace et pourquoi les éclipses ne sont pas systématiques lorsque la Lune se situe entre le Soleil et la Terre (éclipse de Soleil) ou lorsque la Terre se situe entre le Soleil et la Lune (éclipse de Lune). Pour simplifier la suite de cette partie, le terme alignement ne correspondra pas à un alignement strict au sens écliptique. Il désignera le fait que la Lune soit positionnée entre le Soleil et la Terre ou que la Terre soit positionnée entre la Lune et le Soleil, mais sans contrainte de même hauteur (Figure 9).

Orientation-sans-boussole-alignement-terre-soleil

Cette technique nécessite de connaître les heures de lever de la Lune lors de ses quatre principales phases : premier quartier, pleine Lune, dernier quartier et nouvelle Lune. Pour retenir ces heures, il faut comprendre la relation qu’il existe entre les phases lunaires et l’alignement du trio Terre-Lune-Soleil (Figure 10) :

  • premier quartier : la Lune est située à la perpendiculaire gauche de la Terre lorsque l’on regarde le Soleil depuis la Terre. Dans cette configuration, la Lune passe en une direction donnée 6 heures après le Soleil. Elle se lève donc à l’Est à midi heure solaire, passe du Sud à 18 h et se couche à l’Ouest à minuit.
  • pleine Lune : si la face éclairée de la Lune est totalement visible depuis la Terre, alors la Terre est positionnée entre le Soleil et la Lune. En conséquence, la Lune passe en une direction donnée avec 12 heures de décalage par rapport au Soleil. Elle se lève donc à l’Est à 18 h heure solaire, passe du Sud à minuit et se couche à l’Ouest à 6 h.
  • dernier quartier : la Lune est située à la perpendiculaire droite de la Terre lorsque l’on regarde le Soleil depuis la Terre. Dans cette configuration, la Lune passe en une direction donnée 6 heures avant le Soleil (ou 18 h après). Elle se lève donc à l’Est à minuit heure solaire, passe du Sud à 6 h et se couche à l’Ouest à 12 h.
  • nouvelle Lune : la nouvelle Lune est difficilement visible puisque sa face éclairée n’est pas tournée vers la Terre. Mais il est possible d’assimiler à cette phase aux jours de Lune à croisant fin – plus ou moins un jour autour de la date de la nouvelle Lune. Dans cette configuration, la Lune est positionnée entre le Soleil et la Terre. En conséquence, la Lune passe en une direction donnée à la même heure que le Soleil. Elle se lève donc à l’Est à 6 h heure solaire, passe au Sud à midi heure solaire et se couche à l’Ouest à 18 h heure solaire.

Orientation-sans-boussole-phases-lune-pleine-nouvelle-quartier-premier-dernier

Si la Lune est entre deux de ces quatre phases, il faut estimer depuis combien de jours elle a quitté la dernière phase connue puis faire une règle de trois. Le cycle lunaire étant de 28 jours et la durée du jour de 24 heures, chacune des quatre phases lunaires est séparée de 7 jours et correspond à un décalage de 6 heures dans la trajectoire céleste. Ainsi, chaque jour du cycle, l’heure de passage de la Lune en une direction donnée se décale de 51 minutes. Si la Lune était en premier quartier il y a 3 jours, elle se lèvera à 20 h 33 heure solaire, soit 18 h auxquelles il faut ajouter 3 x 51 minutes.

Comment reconnaître les premier et dernier quartiers de Lune ? Le moyen mnémotechnique efficace consiste à prolonger virtuellement la ligne de bord du quartier de Lune. Si cela forme un P comme premier, il s’agit du premier quartier et de la période de la Lune croissante ; si cela forme un D comme dernier, il s’agit du dernier quartier et de la période de la Lune décroissante (Figure 10 : lettres vertes).

Rappelons ici que l’orientation par la méthode des phases lunaires est peu précise, mais qu’elle peut se révéler d’une première aide les nuits durant lesquelles les nuages et le brume masquent les étoiles. Si le ciel est dégagé, il est conseillé de s’orienter avec l’étoile polaire.

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5. Avec l’étoile polaire

L’étoile polaire est définie comme l’étoile visible à l’œil nu la plus proche de l’axe de rotation de la Terre. L’orientation de cet axe variant dans le temps, l’étoile polaire n’est pas toujours la même. Depuis l’an 450 et jusqu’en 3100, il s’agit de l’étoile Polaris de la constellation de la Petite Ourse, aussi appelée Alpha Ursae Minoris. Cette étoile est la plus brillante de la constellation et présente une distance angulaire au pôle céleste d'environ 0°45'.

Plusieurs techniques existent pour identifier Polaris. La plus facile et courante consiste à repérer la Grande Casserole, cet ensemble de sept étoiles dans la constellation de la Grande Ourse (Ursa Major) qui compte 19 visibles à l’œil nu. Ces sept étoiles sont parmi les plus lumineuses de l’hémisphère Nord, apparaissent rapidement après le coucher du Soleil et restent facilement identifiables les nuits de pleine Lune. Pour trouver Polaris, il suffit de prolonger cinq fois le bord de la casserole le plus éloigné du manche, dans la direction permettant de s’éloigner du fond de la casserole (Figure 11).

Orientation-sans-boussole-etoile-polaire-polaris-petite-grande-ours

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6. Méthodes à proscrire

Les mousses sur les troncs d’arbres : les mousses se développent préférentiellement en milieu humide et abrité du Soleil. Sur toute la circonférence d’un arbre, le contexte le plus humide et ombragé se trouve effectivement exposé au Nord. Mais de nombreuses caractéristiques locales perturbent cette généralité : vent, proximité d’une barre rocheuse qui renvoie une partie des rayons du Soleil, arbres penchés qui conduisent à un ruissellement dirigé de l’eau de pluie sur la face inférieur du tronc, etc. De plus, dans les lieux très humides, la mousse pousse tout autour des troncs d’arbres.

La fonte des neiges au printemps : à une altitude donnée, la neige fond plus rapidement sur les versants exposés au Sud car elle est confrontée à plus de rayonnement et de chaleur. Il existe plusieurs limites à ce raisonnement :

  • le Sud ne peut être déterminé avec précision que si l’exposition du versant l’est aussi ;
  • les versants Ouest sont plus chauds que les versants Est du fait du réchauffement de l’air au cours de la journée, ce qui peut entraîner une confusion ;
  • cette technique ne peut être mise en œuvre que pendant une très courte période de l’année ;
  • cette technique ne s’applique qu’aux reliefs marqués, excluant les plaines, les plateaux et les montagnes aux pentes faibles.

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7. Quelques liens pour aller plus loin …

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