Le Théodolite permet de localiser les astres sur la sphère céleste. Les coordonnées utilisées pour le Théodolite sont l'azimut et la hauteur ou élévation. Elles s'apparentent à la longitude terrestre pour l'azimut et aux parallèles pour la hauteur. Ces coordonnées sont sphériques et permettent de localiser les astres sur la demi-sphère qu'est le ciel local au dessus d'un observateur terrestre. L'azimut et la hauteur se mesurent en degrés. L'azimut vaut 360°; il est circonscrit sur le cercle de l'horizon, il débute par le nord 0°ou 360°, passe ensuite par l'Est 90°, le Sud 180° et l'Ouest 270°. La hauteur débute sur l'horizon 0° et s'élève jusqu'au zénith point le plus haut du ciel à 90°. Avec ce système de coordonnées l'ensemble de la voûte céleste qui surplombe un observateur terrestre est quadrillée, permettant ainsi d'y positionner les astres. Cependant, la Terre étant en rotation, ce système sphérique se modifie en permanence. L'azimut et la hauteur sont donc en étroite relation avec l'heure. Ainsi, chaque individu terrestre possède son propre système de coordonnées sphériques.

La fonction première du Théodolite est celle qui permet aux géomètres de tracer les alignements géographiques des constructions. Mais comme dans l'antiquité et au moyen âge, il permet aussi diverses mesures astronomiques. Cependant, avec sa fonction de repérage d'étoiles brillantes, il permet aussi à l'astronome débutant, à l'aide d'une carte céleste complémentaire, de retrouver une constellation entière, se familiarisant ainsi petit à petit avec le ciel. C'est l'idée qui a présider à l'élaboration de l'outil en Bristol que je propose aux instituteurs (trices) qui le souhaitent.

Comment ça fonctionne ?

L'utilisation du Théodolite est relativement simple. Il suffit de mettre à niveau et d'aligner le cercle azimutal sur l'aiguille d'une boussole. Il faut ensuite afficher les coordonnées "AZ" sur le cercle azimutal, puis relever l'alidade de la valeur "H" donnée. Pour l'utilisation du Théodolite, je vous propose une page d'éphémérides. Ces pages fournissent la position en Azimut et Hauteur de quelques étoiles les plus lumineuses du ciel de l'hémisphère Nord. Dans la mesure du possible, elles sont réparties sur l'ensemble du ciel. N'oubliez pas que les éphémérides sont données pour les observateurs (trices) situés (es) sur le parallèle 45°37' nord. Pour les autres, il faut procéder à quelques corrections. Je vous conseille donc de bien prendre connaissance des conditions d'utilisation.

Applications : Trouver l'étoile polaire et mesurer ainsi la latitude terrestre nord. Identifier une étoile ou une planète. Mesurer les déplacements planétaires.

Utilisation : Une fois la direction identifiée, il suffit de pointer l'astre dans le prolongement de l'axe de visé de l'alidade.

L'Alidade est un outil qui mesure des angles. Dans le Théodolite c'est la partie qui mesure l'élévation (H) d'un astre. La seconde partie du Théodolite est le Cercle Azimutal. Ce cercle n'est en fait qu'une boussole. Il indique l'azimut (AZ).

Deux coordonnées permettent d'utiliser le Théodolite : H "l'élévation" qui est l'angle de hauteur à partir de l'horizon, et AZ "l'azimut" qui est la direction sur l'horizon. H et AZ sont fournies pour une date et une heure données.

Dans un cadre scolaire, le Théodolite permet d'aborder diverses matières; la géométrie pour le traçage, le magnétisme et l'orientation pour l'utilisation de la boussole, la géographie avec la mesure de la hauteur de l'étoile polaire, et l'astronomie pour de nombreuses applications. Pour une classe de CM2, je vous propose une réalisation en Bristol.

Avec la pointe d'un compas percer un trou sur O, trou dans lequel passe l'une des extrémités d'un fil de pêche d'environ 35 cm de longueur. Pour bloquer le retour du fil, réaliser plusieurs nœuds sur lesquels on applique un morceau de scotch. Attacher ensuite deux ou trois trombones à l'autre extrémité du fil. Les trombones doivent dépasser de la feuille bristol.

Sur la face opposée (verso) de l'Alidade vous pouvez installer une poignée. Pour cela découper dans du carton (ou bristol) un rectangle d'environ 20cm de longueur sur 3cm de largeur. Coller ensuite deux extrémités de ce rectangle, d'environ 5cm, sur la face opposée, approximativement au centre du verso de l'alidade (dessin 3).

Pour le passage des doigts, veilliez à laisser un espace flottant entre les deux extrémités. Lors du collage prenez donc vos repères et surtout ne tirez pas sur les extrémités.

Prendre une feuille bristol au format A4, puis identifier le centre O par traçage des droites médianes. Avec un compas tracer un cercle de 20 cm de diamètre ayant pour centre O. Un plus petit cercle est tracé au rayon du rapporteur. Marquer ensuite légèrement au crayon à papier les degrés, dizaines et intervalles de 5° (voir plus pour ceux et celles qui le souhaitent). Les médianes servent de pointage (marqueur) pour les quatre points cardinaux : Nord Sud Est et Ouest. Attention de bien respecter les positions exactes des points cardinaux. Vous pouvez aussi tout simplement reproduire le cercle que nous vous proposons "Cercle Azimutal", et de le coller directement sur une feuille bristol. Découper ensuite un rectangle de bristol (ou carton) de 4cm sur 16 cm de longueur. Plier le en deux dans le sens de la longueur, puis identifier le centre par les médianes et percer ce centre à l'aide d'une pointe de compas. Avec une attache parisienne relier ce rectangle au centre O du cercle azimutal. Dessiner ensuite une flèche à l'une des extrémités, elle servira d'index (dessin 4).

Pour identifier un astre dont vous possédez les coordonnées

L'opération débute par le repérage du point AZ sur l'horizon. Le cercle azimutal doit être aligné sur l'aiguille Nord-Sud d'une boussole (dessin 6). Ainsi, n'importe quel point de l'horizon, entre 0° et 359° peut être identifié. Dans l'exemple AZ est 90°, ce qui correspond à l'Est. Remonter ensuite verticalement l'alidade au dessus du point de l'horizon AZ de la valeur de H. Il suffit d'élever l'alidade jusqu'au moment ou le fil tendu par les trombones (index) affiche l'élévation (H) fournie par les éphémérides. Dans l'exemple H est de 34°.

En mesurant la hauteur "H" de l'étoile polaire (ou Polaris) au dessus de l'horizon nord, vous serez en possession de votre latitude terrestre nord. En effet, la Polaire s'élève au dessus de l'horizon d'un angle égal à la latitude du lieu d'observation. Tout au long de l'année, et à n'importe quelle heure de la nuit, la direction AZ de Polaris est de 0° ou 360°.

Les coordonnées fournies dans la page "éphémérides" sont données pour les résidents (tes) du Nord-Isère situés sur le parallèle 45°37'. Pour les autres, il suffit d'aller les chercher sur un logiciel astronomique. SkyMap ou Guide 7 par exemple. D'une manière générale, les logiciels astronomiques les fournissent, pour activer cette fonction, il suffit simplement de la sélectionner dans le menu approprié.

Il faut aussi faire très attention à l'heure. En effet, les logiciels donnent souvent les coordonnées pour l'heure universelle. Penser donc à ajouter 1 heure en heure d'hiver, et 2 heures en heure d'été pour l'accorder à celle de votre montre. Vous pouvez cependant demander à votre logiciel d'afficher les coordonnées en heure locale. Comme toujours, il suffit d'activer cette fonction.

Il est aussi très important de bien indiquer votre longitude. En effet, tout changement de longitude entraîne un décalage temporel des coordonnées. Ainsi un résident de l'Est de la France, de la ville de Strasbourg par exemple, verra se lever les astres plu tôt qu'un résident de l'Ouest pourtant situé sur le même parallèle.