Et la longitude fut

Pour un capitaine et son équipage, il est vital de connaître en permanence la position de leur navire. Aujourd’hui, les bateaux sont guidés vers leur destination par des satellites. Il y a deux cent cinquante ans, franchir l’océan était une dangereuse aventure. Jusqu’à ce qu’un horloger anglais trouve la solution. Les astronomes de la cour royale, très influents, préfèrent consulter les étoiles pour garantir une navigation sûre. Il est impensable pour eux qu’un simple artisan résolve un des problèmes majeurs de la marine : déterminer la longitude en mer. Pourtant, l’horloger John Harrison relève le défi.

1 – Et la longitude fut

En 1707, après avoir mené des combats victorieux, l’amiral britannique Cloudesley Shovell met le cap sur sa terre natale avec son escadre. Des jours durant, il se fraye un chemin à travers un épais brouillard en direction de la Manche.

L’amiral et ses officiers pensent leur flotte en sécurité dans les eaux de Bretagne. Un marin découvre alors que les vaisseaux se dirigent tout droit vers les inquiétantes îles Scilly. Mais comme cela contredit les prévisions des officiers de la Navy, l’amiral se refuse à dévier de son cap. Les îles Scilly se dressent face à Lands End et le 22 octobre, vers huit heures, ce vaisseau est le premier à percuter les rochers perfides. Cette nuit-là, la Couronne britannique perd quatre des cinq navires de guerre. Les îles Scilly se transforment en tombeau anonyme pour 1 700 marins, uniquement en raison de l’impossibilité de déterminer la longitude et donc la position exacte d’un navire.

Des méthodes rudimentaires

On retrouve la longitude, héritage de Ptolémée, sur certaines représentations du monde striées de lignes horizontales et verticales. La plus proche intersection de deux lignes permet de localiser un point. La latitude est constituée de lignes fictives parallèles à l’équateur et faisant le tour du globe terrestre. De zéro degré à l’équateur à quatre-vingt-dix degrés à chacun des deux pôles. Les trois cent soixante lignes de longitude forment des demi-cercles verticaux reliant les pôles et subdivisant l’équateur en autant de degrés. Jusqu’au XVIIIe siècle, les navigateurs ne savent se diriger que grâce à la latitude, calculée selon la course du soleil. S’il ne peut déterminer à la fois la latitude et la longitude, un marin est incapable de connaître sa position exacte.

Les capitaines sont alors condamnés à évaluer la longitude au jugé. Le nombre de nœuds déroulés par un filin durant un tour de sablier donne la distance. En tenant compte des courants marins et des vents instables, le capitaine tente ensuite de déterminer sa position. Cette technique porte un nom terrible, celui de « Dead reckoning » (« estimation de la mort »), car elle conduit souvent à des erreurs fatales.

La longitude à tout prix

Les navires condamnés à employer des routes éprouvées constituent des proies faciles pour les pirates. Les assauts sont si fréquents que la navigation dans les Caraïbes est pratiquement paralysée. Le cabotage est tout aussi périlleux. La nuit, des naufrageurs agitent des lanternes pour attirer les navires marchands sur des récifs et piller ainsi les épaves dès le lendemain venu.

Les capitaines, les commerçants et les propriétaires de bateaux marchands signent une résolution qu’ils soumettent comme un défi au Parlement. Ils exigent que le gouvernement agisse, qu’il reconnaisse l’urgence du problème de la longitude, qu’il nomme une commission et alloue des fonds pour développer des solutions.

2 – L’horloger

La mesure de l’heure pour objectif

En juillet 1714, le Parlement anglais vote finalement une ordonnance appelée « Longitude Act ». Une prime faramineuse de vingt mille livres, équivalent de deux millions d’euros actuels, est promise à celui qui mettra au point un dispositif permettant de déterminer la longitude en mer avec une marge d’erreur maximale d’un demi degré en quarante-deux jours de mer.

L’Observatoire royal de Greenwich devient le siège de la « Commission de la Longitude ». Constituée de scientifiques, d’officiers de marine et de membres du gouvernement, elle a carte blanche pour la remise du prix. La prestigieuse commission comprend sir Edmond Halley, astronome royal, ainsi que le savant Isaac Newton, conseiller le plus influent. Newton est convaincu que la solution est indissociable de l’organisation des corps célestes.

John Harrison, un horloger inventif …

À quelques jours de voyage de Londres, dans un petit village sur les bords de la rivière Humber, un homme entrevoie une solution complètement différente à ce problème. Il s’agit de John Harrison. Ce fils d’un modeste charpentier est doué d’une grande intelligence. Formé à l’ébénisterie, il est fasciné par la mécanique. À l’âge de 20 ans, il crée sa première horloge à balancier.

L’ hypothèse suivante va le lancer dans la compétition pour la prime. La Terre tourne de trois cent soixante degrés en un jour, soit quinze degrés par heure. Si la montre d’un marin indique exactement midi dans son port d’attache, par exemple Greenwich, en Angleterre, et que le soleil est à une heure de son zénith là où il se trouve en mer, il sait que son navire se situe à quinze degrés à l’ouest de Greenwich. Il semble donc impératif pour les marins de connaître l’heure exacte du port d’attache, même lorsqu’ils naviguent à des milliers de kilomètres de chez eux. Connaître l’heure exacte en mer peut-il contribuer à déterminer la longitude ? Newton émet des doutes : aucune horloge au monde n’est capable de livrer des résultats fiables en mer.

… et un candidat inattendu

On ignore comment John Harrison, habitant au fin fond du Yorkshire, a pris connaissance de la prime offerte. Le jour où il décida de participer au concours il s’attaquait en tout cas à l’œuvre de sa vie. Horloger autodidacte, il se fait rapidement un nom dans le comté. Lord Yarborough entend parler de l’artisan et lui commande une horloge pour la tour de sa fastueuse demeure de Brocklesby Park. Nous sommes en 1720.

John Harrison crée une horloge en bois dont le mécanisme n’a pas besoin d’être lubrifié. Les rares pièces métalliques sont en laiton, matériau qui ne rouille pas. Le système d’échappement permet au mécanisme de fonctionner avec un minimum de frictions. Une horloge pouvant se passer de lubrifiant, véritable révolution à l’époque, doit être plus exacte en mer que les horloges en métal.

Isaac Newton est lui très sceptique sur la possibilité de créer une horloge capable de fonctionner sous des conditions aussi extrêmes que celles d’un voyage ne bateau.

Riche et célèbre ?

Au cours de l’été 1730, Harrison entame les trois cent soixante kilomètres qui le séparent de Londres. Depuis quatre ans, il a mis au point un dispositif pour remédier aux fluctuations de température qui affectent les balanciers d’horloge. La chaleur dilate et ralentit le mécanisme, le froid le rétracte et l’accélère. Le pendule de Harrison alterne les tiges de laiton et d’acier dont les coefficients de dilatation thermique sont différents et se contrarient, de sorte que le centre de gravité du balancier ne bouge pas. Harrison est conscient qu’il peut devenir riche et célèbre si ses horloges précises se révèlent aussi fiables en mer.

3 – La compétition avec les astronomes

La question de la meilleure méthode

Arrivé à Greenwich et confiant en ses innovations, Harrison présente ses plans aux astronomes royaux. La « Commission de la Longitude » ne s’est encore jamais réunie officiellement.

Premier examen

Harrison a résolu le problème de la lubrification, il a développé un chronomètre pratiquement vierge de toutes frictions et a inventé un balancier convenant à tous les climats. À présent, il se sent prêt à affronter les astronomes. Sir Halley est un des premiers à analyser ses plans et à écouter Harrison lui décrire son garde-temps de marine révolutionnaire. Dans son for intérieur, l’astronome sait pertinemment que la « Commission de la Longitude » n’acceptera pas une solution mécanique pour un problème qu’elle considère comme strictement astronomique. La Commission est composée d’astronomes reconnus, de mathématiciens renommés et de navigateurs chevronnés. Comment un simple charpentier de village a-t-il l’outrecuidance de penser résoudre le plus grand problème de marine de l’époque !

L’Europe scientifique à la même heure

À travers toute l’Europe, les astronomes s’acharnent à trouver le moyen de déterminer la longitude en mer. À Paris, cette quête a provoqué des décennies auparavant la construction d’un nouvel observatoire. Louis XIV fait venir de célèbres scientifiques dans son royaume. En observant les lunes de Jupiter, on est capable de déterminer avec précision la longitude sur terre.

Un siècle plus tard, John Harrison se met en tête de remplacer cette horloge cosmique peu aisée à observer depuis un bateau par une horloge mécanique. Il a reçu un prêt sans intérêts pour réaliser un chronomètre de marine. Harrison travaille des années durant comme un possédé à un projet baptisé « H1 ». Au cours de cette période, son épouse décède, il se remarie et sa nouvelle femme lui donne deux enfants. Quant au « H1 », il n’est toujours pas satisfait de son fonctionnement. Il ne peut pas le présenter à la « Commission de la Longitude » à Londres. Pas encore.

Un test grandeur nature

Harrison attend l’occasion de tester son chronomètre en mer. Bien que les décideurs à Londres soient impressionnés, ils font patienter l’horloger. En mai 1736, il obtient enfin une réponse positive. Pour son tout premier voyage en bateau, Harrison va naviguer jusqu’à Lisbonne. Les creux de la mer et le roulis du bateau font maintes fois perdre la mesure à l’horloge. Lors du retour, la mer est plus calme et le « H1 » se montre bien plus précis. Après quatre semaines, le capitaine pense avoir atteint Start Point, sur la côte anglaise. Selon les calculs de Harrison, le vaisseau se trouve soixante milles marins plus à l’ouest dans des eaux dangereuses. Le capitaine se laisse convaincre et change de cap au dernier moment. Grâce à sa précision, le chronomètre de marine a sauvé un équipage lors de son tout premier essai en mer.

La compétition commence

Fin juin 1737, John Harrison passe avec son merveilleux garde-temps devant la « Commission de la Longitude ». L’astronome royal Halley, l’amiral Norris, le professeur d’astronomie Bradley et le premier amiral sir Charles reconnaissent à l’unanimité que Harrison a rendu un immense service à la Couronne. Il peut s’en prévaloir pour demander une traversée afin de prouver que le « H1 » mérite de remporter les vingt mille livres de prime promises par la « Longitude Act ». Mais Harrison est trop perfectionniste pour se satisfaire de ce résultat.

L’horloger têtu rentre finalement chez lui avec cinq cents livres en poche. Il veut améliorer son œuvre, construire un « H2 » avant de solliciter un essai officiel. Or il n’est pas le seul à s’intéresser à la formidable prime de la « Longitude Act ». John Harrison est confronté à un adversaire redoutable. Neville Maskelyne, astronome ambitieux, s’installe à Londres et fait rapidement parler de lui. Diplômé de Cambridge, c’est un bourreau de travail et un donneur de leçon. Devenu l’assistant de l’astronome Bradley, il tente avec lui de résoudre le « problème des longitudes » à l’aide des étoiles. Une compétition implacable commence entre le défenseur de la méthode de la distance lunaire et le « gardien du temps ».

Aux horloges de la quatrième génération de réussir Harrison n’a mis que deux ans pour achever son « H2 », une version améliorée du chronomètre « H1 ». Le « H2 » possède des roues dentées en laiton car Harrison est alors convaincu que les roues en bois sont la cause de l’imprécision du « H1 ». Seconde invention : le remontoir, un dispositif qui doit garantir la plus grande régularité possible au mouvement. Au bout de deux ans, Harrison découvre que les balanciers du « H1 » et du « H2 » constituent un problème insurmontable, même en essayant de les améliorer. L’échappement doit être fait de roues et non de tiges.

4 – La série H

Aux horloges de la quatrième génération de réussir

Harrison n’a mis que deux ans pour achever son « H2 », une version améliorée du chronomètre « H1 ». Le « H2 » possède des roues dentées en laiton car Harrison est alors convaincu que les roues en bois sont la cause de l’imprécision du « H1 ». Seconde invention : le remontoir, un dispositif qui doit garantir la plus grande régularité possible au mouvement. Au bout de deux ans, Harrison découvre que les balanciers du « H1 » et du « H2 » constituent un problème insurmontable, même en essayant de les améliorer. L’échappement doit être fait de roues et non de tiges.

Un perfectionnisme qui prend son temps

Au cours des deux années où il travaille à son « H2 », Harrison entame son troisième prototype, le « H3 ». Il travaille dix-neuf ans avec son fils au développement de ce chronomètre exceptionnel. Dix-neuf ans au cours desquels les bateaux continuent de s’échouer ou d’être attaqués par les pirates, dix-neuf ans qui coûtent un nombre incalculable de vies humaines et des milliers de tonnes de marchandises précieuses. Dix-neuf ans au cours desquels les adeptes de la méthode de la distance lunaire gagnent du terrain.

En 1759, on lui annonce que son « H3 » va enfin être testé. L’expédition est cependant annulée au dernier moment. La guerre des Sept Ans a éclaté. Bien que l’amirauté britannique doute de l’efficacité du « H3 », elle ne prend pas le risque de voir tomber le chronomètre entre des mains ennemies.

Changement de cap

Ne répondant pas encore aux conditions minimales requises par le concours, le « H3 » présente tout de même deux inventions cruciales. Le compensateur thermique, une lame courbe, est la première pièce bimétallique au monde, toujours utilisée aujourd’hui dans les thermostats et dans les clignotants de voitures. L’autre découverte majeure est l’amélioration de la réduction des frictions sous forme d’un palier à rouleaux, l’ancêtre des roulements à billes modernes.

Il était convaincu que si le « H3 » n’avait jamais été testé à bord d’un navire, c’était parce qu’il était trop encombrant. Harrison s’attache alors à améliorer le mécanisme qui anime les montres de l’époque en concevant un oscillateur à haute fréquence. Il constate que sa montre est bien plus précise qu’espérée et que ces montres constituent la véritable solution au problème de la navigation. Il entame aussitôt la conception du « H4 », son quatrième chronomètre de marine sous forme d’une grosse montre de treize centimètres de diamètre.

5 – La lutte pour la récompense

Formule mathématique ou instrument mécanique ? En 1751, un jeune cartographe d’à peine 28 ans issu de la ville universitaire de Göttingen fait parler de lui. Géographe et astronome, expert en arithmétique et en géométrie, auteur d’ouvrages sur les fortifications militaires et sur le nombre de couleurs discernables, Tobias Mayer va jouer un rôle prépondérant pour la détermination des degrés de longitude. En 1750, Tobias Mayer publie une carte de la Lune dont la précision ne sera pas dépassée avant plus d’un siècle. Comme les autres astronomes, Mayer est convaincu que le calcul des distances lunaires constitue la seule solution possible. Il n’existe toutefois pas d’éphémérides lunaires très précises, des tables de prévision des positions de la lune permettant de traduire la distance en position longitudinale. L’élaboration de ces éphémérides se révèle la tâche la plus ardue. Mayer réussit toutefois à résoudre le problème. S’appuyant sur les récents travaux théoriques d’Alexis Clairaut, il crée les premières éphémérides, clé manquante pour les adeptes du calcul des distances lunaires.

Mayer pense avoir résolu la question de la longitude et envoie ses explications à Londres. Tobias Mayer décède la même année. Sa famille touche à titre posthume trois mille livres de la « Commission de la Longitude ». Neville Maskelyne, ardent défenseur de la méthode des distances lunaires, est convaincu que cette voie ne tardera pas à s’imposer.

Un « H4 » au-delà des exigences

En 1761, Harrison a soixante-huit ans lorsque sa montre est finalement mise à l’essai lors d’un voyage à la Barbade. Il est accompagné de son fils. En neuf semaines, le « H4 » ne perd que cinq secondes, bien mieux que le minimum exigé pour recevoir le prix. La Commission n’est pourtant pas satisfaite. Elle prétend que c’est un coup de chance et impose une seconde traversée. Pour les scientifiques et les navigateurs, cette montre semble incongrue. Harrison consent à un second test en mer. Trois plus tard, son fils William monte à bord du « Tartar » pour se rendre à la Barbade. C’est une sensation : le « H4 » ne perd que trente-neuf secondes en cinquante-six jours.

Les brimades de la « Commission de la Longitude »

Dès le retour de Harrison en Angleterre, la « Commission de la Longitude » se réunit. Le prix doit revenir à l’artisan, car son invention répond en tout point aux exigences de la « Longitude Act ». Les astronomes royaux inverse l’ordre des choses. La commission persécutera des années durant le vieil homme : convocations à répétitions, modification de l’interprétation des règles de la « Longitude Act ». Cet acharnement ira jusqu’à la confiscation des horloges d’Harrison. Devant tant de brimades, celui-ci aura finalement recours au roi George III.

Le roi contourne la Commission et s’adresse directement au Parlement. Harrison reçoit le droit de se justifier auprès des ministres. La même année, on lui attribue une prime de huit mille sept cent cinquante livres. Cinquante ans après ses premiers plans, son garde-temps est enfin reconnu. Les capitaines se procurent avec leur propre argent la précieuse montre, bientôt produite en série.

John Harrison n’a guère profité de sa célébrité et de sa richesse. Le modeste horloger de la campagne qui a permis aux marins du monde entier une navigation sûre décède le 24 mars 1776. Le méridien zéro traverse le jardin de l’Observatoire de Greenwich. Cette longitude est le point de référence pour déterminer l’heure mondiale, et l’heure demeure la base de toute la navigation.

Le fabuleux destin des inventions – Et la longitude fut
Documentaire d’Axel Engstfeld (Allemagne, 2002, 52mn), ZDF

Source : www.arte-tv.com