Comme le quadrant de Davis, le sextant permet de mesurer les objets célestes par rapport à l’horizon, plutôt que par rapport à l’instrument. Cela permet une excellente précision. De même, contrairement au bâton de dos, le sextant permet l’observation directe des étoiles. Cela permet d’utiliser le sextant la nuit lorsque le bâton est difficile à utiliser. Pour les observations solaires, des filtres permettent une observation directe du soleil.
Puisque la mesure est relative à l’horizon, le pointeur de mesure est un faisceau lumineux qui atteint l’horizon. La mesure est donc limitée par la précision angulaire de l’instrument et non par l’erreur sinusoïdale de la longueur d’une alidade, comme c’est le cas dans un astrolabe de marin ou un instrument similaire plus ancien.
Un sextant ne nécessite pas une visée complètement stable, car il mesure un angle relatif. Par exemple, lorsqu’un sextant est utilisé sur un navire en mouvement, l’image de l’horizon et de l’objet céleste se déplace dans le champ de vision. Cependant, la position relative des deux images restera stable, et tant que l’utilisateur peut déterminer quand l’objet céleste touche l’horizon, la précision de la mesure restera élevée par rapport à l’ampleur du mouvement.
Le sextant ne dépend pas de l’électricité (contrairement à de nombreuses formes de navigation moderne) ou d’ailleurs de tout ce qui dépend de signaux contrôlés par l’homme (comme les satellites GPS). Pour ces raisons, il est considéré comme un outil de navigation de secours éminemment pratique pour les navires.
DesignEdit
La monture d’un sextant a la forme d’un secteur qui représente environ 1⁄6 de cercle (60°), d’où son nom (sextāns, -antis est le mot latin pour » un sixième « ). Des instruments plus petits et plus grands sont (ou étaient) utilisés : l’octant, le quintant (ou pentant) et le quadrant (doublement réfléchissant) couvrent des secteurs d’environ 1⁄8 de cercle (45°), 1⁄5 de cercle (72°) et 1⁄4 de cercle (90°), respectivement. Tous ces instruments peuvent être qualifiés de « sextants ».
Attachés au bâti, on trouve le « miroir d’horizon », un bras d’indexation qui déplace le miroir d’indexation, une lunette de visée, des pare-soleil, une échelle graduée et une jauge à tambour micrométrique pour des mesures précises. L’échelle doit être graduée de manière à ce que les divisions en degrés correspondent au double de l’angle de rotation du bras d’indexation. Les échelles de l’octant, du sextant, du quintant et du quadrant sont graduées de moins de zéro à 90°, 120°, 140° et 180° respectivement. Par exemple, le sextant ci-contre a une échelle graduée de -10° à 142°, il s’agit donc fondamentalement d’un quintant : le bâti est un secteur de cercle sous-tendant un angle de 76° (et non 72°) au pivot du bras d’index.
La nécessité de la lecture de l’échelle doublée découle de la considération des relations du rayon fixe (entre les miroirs), du rayon objet (de l’objet visé) et de la direction de la normale perpendiculaire au miroir d’index. Lorsque le bras de l’index se déplace d’un angle, disons de 20°, l’angle entre le rayon fixe et la normale augmente également de 20°. Mais l’angle d’incidence étant égal à l’angle de réflexion, l’angle entre le rayon objet et la normale doit également augmenter de 20°. L’angle entre le rayon fixe et le rayon objet doit donc augmenter de 40°. C’est le cas illustré dans le graphique ci-contre.
Il existe aujourd’hui deux types de miroirs d’horizon sur le marché. Les deux types donnent de bons résultats.
Les sextants traditionnels ont un miroir demi-horizon, qui divise le champ de vision en deux. D’un côté, il y a une vue de l’horizon ; de l’autre côté, une vue de l’objet céleste. L’avantage de ce type de miroir est que l’horizon et l’objet céleste sont tous deux lumineux et aussi clairs que possible. C’est un avantage la nuit et dans la brume, lorsque l’horizon et/ou l’étoile à observer peuvent être difficiles à voir. Cependant, il faut balayer l’objet céleste pour s’assurer que son membre le plus bas touche l’horizon.
Les sextants à horizon entier utilisent un miroir d’horizon à demi-évasé pour fournir une vue complète de l’horizon. Il est ainsi facile de voir quand la branche inférieure d’un objet céleste touche l’horizon. Étant donné que la plupart des vues portent sur le soleil ou la lune, et que la brume est rare en l’absence de ciel couvert, les avantages du miroir semi-horizon en cas de faible luminosité sont rarement importants dans la pratique.
Dans les deux types, des miroirs plus grands donnent un champ de vision plus large, et facilitent donc la recherche d’un objet céleste. Les sextants modernes ont souvent des miroirs de 5 cm ou plus, alors que les sextants du XIXe siècle avaient rarement un miroir de plus de 2,5 cm (un pouce). Cela s’explique en grande partie par le fait que les miroirs plats de précision sont devenus moins coûteux à fabriquer et à argenter.
Un horizon artificiel est utile lorsque l’horizon est invisible, comme cela se produit dans le brouillard, les nuits sans lune, dans le calme, lors de la visée par une fenêtre ou sur un terrain entouré d’arbres ou de bâtiments. Il existe deux modèles courants d’horizon artificiel. Un horizon artificiel peut consister simplement en un bassin d’eau protégé du vent, permettant à l’utilisateur de mesurer la distance entre le corps et son reflet, et de la diviser par deux. Une autre conception permet le montage d’un tube rempli de fluide avec une bulle directement sur le sextant.
La plupart des sextants ont également des filtres à utiliser lors de l’observation du soleil et de la réduction des effets de la brume. Les filtres consistent généralement en une série de verres progressivement plus foncés qui peuvent être utilisés seuls ou en combinaison pour réduire la brume et la luminosité du soleil. Cependant, des sextants avec des filtres polarisants réglables ont également été fabriqués, où le degré d’obscurité est ajusté en tournant le cadre du filtre.
La plupart des sextants montent un monoculaire de 1 ou 3 puissances pour la visée. De nombreux utilisateurs préfèrent un simple tube de visée, qui offre un champ de vision plus large et plus lumineux et qui est plus facile à utiliser la nuit. Certains navigateurs montent un monoculaire amplificateur de lumière pour aider à voir l’horizon les nuits sans lune. D’autres préfèrent utiliser un horizon artificiel éclairé.
Les sextants professionnels utilisent une mesure de degré à cliquet et un réglage à vis sans fin qui lit à la minute, 1/60 de degré. La plupart des sextants comprennent également un vernier sur le cadran de la vis sans fin qui se lit à 0,1 minute. Comme une minute d’erreur équivaut à environ un mille marin, la meilleure précision possible de la navigation céleste est d’environ 0,1 mille marin (200 m). En mer, des résultats à plusieurs milles nautiques, bien en deçà de la portée visuelle, sont acceptables. Un navigateur très compétent et expérimenté peut déterminer la position avec une précision d’environ 0,25 mille nautique (460 m).
Un changement de température peut déformer l’arc, créant des imprécisions. De nombreux navigateurs achètent des étuis étanches afin que leur sextant puisse être placé à l’extérieur de la cabine pour s’équilibrer avec les températures extérieures. Les cadres standard (voir illustration) sont censés égaliser l’erreur angulaire différentielle due aux changements de température. La poignée est séparée de l’arc et du cadre afin que la chaleur du corps ne déforme pas le cadre. Les sextants destinés à un usage tropical sont souvent peints en blanc pour refléter la lumière du soleil et rester relativement frais. Les sextants de haute précision ont une monture et un arc en invar (un acier spécial à faible dilatation). Certains sextants scientifiques ont été construits en quartz ou en céramique avec des dilatations encore plus faibles. De nombreux sextants commerciaux utilisent du laiton ou de l’aluminium à faible dilatation. Le laiton est moins dilaté que l’aluminium, mais les sextants en aluminium sont plus légers et moins fatigants à utiliser. Certains disent qu’ils sont plus précis car la main tremble moins. Les sextants à armature en laiton massif sont moins susceptibles d’osciller par grand vent ou lorsque le navire travaille dans une mer agitée, mais, comme nous l’avons dit, ils sont nettement plus lourds. Des sextants avec des armatures en aluminium et des arcs en laiton ont également été fabriqués. Essentiellement, un sextant est intensément personnel à chaque navigateur, et ils choisiront le modèle qui a les caractéristiques qui leur conviennent le mieux.
Les sextants d’avion sont maintenant hors production, mais ils avaient des caractéristiques spéciales. La plupart avaient des horizons artificiels pour permettre de prendre une vue à travers un hublot aérien affleurant. Certains avaient également des moyenneurs mécaniques pour effectuer des centaines de mesures par visée afin de compenser les accélérations aléatoires du fluide de l’horizon artificiel. Les anciens sextants d’avion avaient deux trajectoires visuelles, l’une standard et l’autre conçue pour être utilisée dans les avions à cockpit ouvert qui permettaient de regarder directement au-dessus du sextant sur les genoux. Les sextants d’avion plus modernes étaient périscopiques avec seulement une petite projection au-dessus du fuselage. Avec ceux-ci, le navigateur calculait au préalable sa visée et notait ensuite la différence entre la hauteur observée et la hauteur prévue du corps pour déterminer sa position.
Prendre une viséeEdit
Une visée (ou mesure) de l’angle entre le soleil, une étoile ou une planète, et l’horizon se fait avec la » lunette astronomique » montée sur le sextant en utilisant un horizon visible. Sur un navire en mer, même par temps brumeux, la visée peut être effectuée depuis une faible hauteur au-dessus de l’eau pour obtenir un horizon plus précis et de meilleure qualité. Les navigateurs tiennent le sextant par sa poignée dans la main droite, en évitant de toucher l’arc avec les doigts.
Pour une visée solaire, un filtre est utilisé pour surmonter l’éblouissement tel que des « ombres » couvrant à la fois le miroir de l’index et le miroir de l’horizon conçus pour éviter les dommages aux yeux. En mettant la barre d’index à zéro, on peut voir le soleil à travers le télescope. En relâchant la barre d’index (soit en desserrant une vis de serrage, soit, sur les instruments modernes, en utilisant le bouton de dégagement rapide), l’image du soleil peut être ramenée à peu près au niveau de l’horizon. Il est nécessaire de rabattre l’ombre du miroir d’horizon pour pouvoir voir l’horizon, puis de tourner la vis de réglage fin à l’extrémité de la barre d’index jusqu’à ce que la courbe inférieure (le limbe inférieur) du soleil touche juste l’horizon. « En faisant pivoter le sextant autour de l’axe du télescope, on s’assure que la lecture est effectuée avec l’instrument tenu verticalement. L’angle de la visée est alors lu sur l’échelle de l’arc, en utilisant le micromètre ou l’échelle de vernier fournis. L’heure exacte de la visée doit également être notée simultanément, et la hauteur de l’œil au-dessus du niveau de la mer enregistrée.
Une autre méthode consiste à estimer l’altitude (angle) actuelle du soleil à partir des tables de navigation, puis à régler la barre d’index sur cet angle sur l’arc, à appliquer des ombres appropriées uniquement sur le miroir d’index, et à pointer l’instrument directement sur l’horizon, en le balayant d’un côté à l’autre jusqu’à ce qu’un éclair des rayons du soleil soit vu dans le télescope. Les réglages fins sont alors effectués comme ci-dessus. Cette méthode a moins de chances de réussir pour la visée des étoiles et des planètes.
Les visées d’étoiles et de planètes se font normalement au crépuscule nautique, à l’aube ou au crépuscule, alors que les corps célestes et l’horizon marin sont tous deux visibles. Il n’est pas nécessaire d’utiliser des ombres ou de distinguer le membre inférieur, car le corps apparaît comme un simple point dans le télescope. La lune peut être aperçue, mais elle semble se déplacer très rapidement, semble avoir des tailles différentes à différents moments, et parfois seul le membre inférieur ou supérieur peut être distingué en raison de sa phase.
Après avoir pris une vue, on la réduit à une position en regardant plusieurs procédures mathématiques. La réduction de vue la plus simple consiste à tracer sur un globe le cercle d’égale altitude de l’objet céleste observé. L’intersection de ce cercle avec une trace de navigation à l’estime, ou une autre observation, donne une position plus précise.
Les sextants peuvent être utilisés avec une grande précision pour mesurer d’autres angles visibles, par exemple entre un corps céleste et un autre et entre des points de repère à terre. Utilisé horizontalement, un sextant peut mesurer l’angle apparent entre deux repères tels qu’un phare et une flèche d’église, ce qui peut ensuite être utilisé pour trouver la distance au large ou en mer (à condition que la distance entre les deux repères soit connue). Utilisée verticalement, une mesure de l’angle entre la lanterne d’un phare de hauteur connue et le niveau de la mer à sa base peut également être utilisée pour la distance au large.
RéglageModification
En raison de la sensibilité de l’instrument, il est facile de faire tomber les miroirs hors de leur réglage. Pour cette raison, un sextant doit être vérifié fréquemment pour les erreurs et ajusté en conséquence.
Il y a quatre erreurs qui peuvent être ajustées par le navigateur, et elles doivent être enlevées dans l’ordre suivant.
Erreur de perpendicularité C’est lorsque le miroir d’index n’est pas perpendiculaire au cadre du sextant. Pour le tester, placez le bras de l’index à environ 60° sur l’arc et tenez le sextant horizontalement avec l’arc éloigné de vous à bout de bras et regardez dans le miroir d’index. L’arc du sextant doit sembler se poursuivre sans interruption dans le miroir. S’il y a une erreur, alors les deux vues sembleront être brisées. Ajustez le miroir jusqu’à ce que la réflexion et la vue directe de l’arc semblent être continues. Erreur latérale Cela se produit lorsque le miroir/verre d’horizon n’est pas perpendiculaire au plan de l’instrument. Pour tester ce phénomène, mettez d’abord à zéro le bras d’indexation puis observez une étoile à travers le sextant. Tournez ensuite la vis tangente d’avant en arrière de façon à ce que l’image réfléchie passe alternativement au-dessus et au-dessous de la vue directe. Si, en passant d’une position à l’autre, l’image réfléchie passe directement au-dessus de l’image non réfléchie, il n’y a pas d’erreur latérale. Si elle passe sur un côté, il y a erreur latérale. L’utilisateur peut tenir le sextant sur le côté et observer l’horizon pour vérifier le sextant pendant la journée. S’il y a deux horizons, il y a une erreur de côté ; ajustez le verre/miroir de l’horizon jusqu’à ce que les étoiles se fondent en une seule image ou que les horizons se fondent en un seul. L’erreur latérale est généralement sans conséquence pour les observations et peut être ignorée ou réduite à un niveau simplement gênant. Erreur de collimation C’est lorsque le télescope ou le monoculaire n’est pas parallèle au plan du sextant. Pour le vérifier, vous devez observer deux étoiles distantes de 90° ou plus. Faites coïncider les deux étoiles à gauche ou à droite du champ de vision. Déplacez légèrement le sextant pour que les étoiles se déplacent de l’autre côté du champ de vision. Si elles se séparent, il y a une erreur de collimation. Comme les sextants modernes utilisent rarement des télescopes réglables, il n’est pas nécessaire de corriger l’erreur de collimation. Erreur d’index Il y a erreur d’index lorsque les miroirs d’index et d’horizon ne sont pas parallèles l’un à l’autre lorsque le bras d’index est mis à zéro. Pour tester l’erreur d’indexation, mettez le bras d’indexation à zéro et observez l’horizon. Si l’image réfléchie et l’image directe de l’horizon sont alignées, il n’y a pas d’erreur d’index. Si l’un est au-dessus de l’autre, ajustez le miroir d’indexation jusqu’à ce que les deux horizons se rejoignent. Ceci peut être fait de nuit avec une étoile ou avec la lune.
Formation de la marine moderne
Après un interrègne de 15 ans, la marine américaine a recommencé à s’entraîner au sextant comme dispositif de navigation de secours, selon les instructions du 30e chef des opérations navales, dans la mesure où il ne dépend pas des systèmes électriques.