Usage du Théo
Le Théodolite
Introduction
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.
Le Théodolite
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.
Pour les scolaires
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.
Construction d'une Alidade en papier Bristol
Prendre une feuille bristol au format A4 à carreaux, la placer dans le sens horizontal. Si nécessaire, éliminer aux ciseaux le bout de carreau supérieur pour obtenir une ligne déjà tracée sur la feuille A A'. Trois carreaux sous A A' tracer la droite B B'. Quatre (4) carreaux sous B B' tracer une seconde droite C C' et à encore quatre (4) carreaux sous C C' une troisième droite D D'. Identifier ensuite le milieu de D D' et tracer une droite perpendiculaire E E'. A 6 carreaux (ou 3cm) de E marquer le point O. De chaque côté de O tracer une droite F F' de 16 carreaux (ou 8cm). A partir de O tracer à l'aide d'un compas ayant un écartement du même rayon que le rapporteur utilisé, un demi cercle. Dans tout les cas tracer un demi cercle de 16 carreaux (ou 8cm) entre F et F'.A l'aide d'un rapporteur placer les degrés de 10° en 10° par des points sur le demi cercle. Placer ensuite des points plus faibles sur les intervalles de 5° entre les dizaines (dessin 1). Tracer des droites entre le point O et les points des dizaines. Les droites des dizaines dépassent de 2 cm le cercle. Tracer ensuite une seconde série de droites entre O et les intervalles de 5°. Ces droites s'arrêteront sur le cercle. Il reste à marquer les degrés en face des droites de 0° à 90°. E' est le point 0° tandis que F et F' sont les 90°. Les gauchers tracent sur le côté gauche, les droitiers sur celui de droite. Réaliser ensuite le pliage des lignes A/A' B/B' C/C' et D/D' sur la face arrière (verso) de l'Alidade, Puis encoller le rectangle contenu entre AA' et BB' et le maintenir plaquer quelques instants contre la face opposée (dessin 2).
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.
Construction d'un Cercle Azimutal en bristol
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).
Comment se servir du Théodolite en bristol ?
Correction du décalage magnétique
Il suffit d'aligner l'axe nord sud du cercle azimutal sur celui d'une boussole. Il faut penser à réaliser la correction magnétique afin d'être correctement orienté sur l'axe géographique. Pour cette opération, en France, il faut faire glisser le cercle azimutal de 5° sur la gauche du nord magnétique indiqué par l'aiguille de la boussole.
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°.
Comment trouver les coordonnées ?
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.
Tableaux des Ephémérides
Utilisation des coordonnées
Les coordonnées que je vous propose sont données pour les résidents (tes) du Nord Isère situés (ées) sur le parallèle 45°37'. Pour les autres je vous invite à utiliser un logiciel astronomique. N'oubliez pas d'activer vos coordonnées géographiques "Longitude et Latitude" ainsi que l'heure de vos observations.
Lors du réglage du cercle azimutal, penser à le décaler de 5° sur la gauche du nord magnétique de la boussole.
Heure/Verticale en Temps universel : ajouter + 1 heure en heure d'hiver et + 2 heures en heure d'été pour obtenir l'heure légale en France
Date/Horizontale Dessous : Hauteur H en premier Azimut AZ en second
Le nom de l'étoile est donné au dessus de chaque tableau.
SIRIUS (Janvier-Février)
Heure 15.01 20.01 25.01 30.01 10.02 20.02 28.02
19 9 126 12 130 15 134 17 138 22 149 52 158 27 167
20 17 138 19 143 21 147 23 152 26 164 28 174 28 183
21 23 152 25 157 26 162 27 167 28 180 27 190 26 199
22 27 168 27 173 28 178 28 183
PROCYON du Petit Chien (Janvier Février)
Heure 10.01 20.01 30.01 10.02
19 15 98 21 105 28 113 45 123
20 25 109 31 118 37 127 43 139
21 34 123 40 133 45 145 48 159
22 43 139 46 151 49 165 50 182
Centre d'Orion étoile ALNILAM (Décembre-Janvier-Février)
Heure 20.12 30.12 10.01 20.01 30.01 10.02 20.02 28.02
19 17 110 23 118 30 127 35 138 38 148 42 162 43 176 42 186
20 26 122 32 132 36 143 40 154 42 167 43 182 42 196 40 206
21 34 137 38 148 42 161 43 174 43 187 41 203 38 215 34 224
22 40 154 42 167 43 181 42 194 40 207
CAPELLA du Cocher (Décembre-Janvier Février)
Heure 01.12 10.12 20.12 30.12 10.01 20.01 30.01 10.02 20.02
19 38 59 43 63 50 67 56 71 63 75 70 78 77 80 84 81 89 299
20 47 66 53 69 59 73 66 76 74 79 80 81 87 76 85 280 78 279
21 57 72 63 75 70 78 76 80 84 81 89 307 82 279 75 280 68 283
22 67 77 73 80 80 83 87 77 85 280 79 279 72 281 64 285 58 288
ALDEBARAN du Taureau (Décembre-Janvier)
Heure 01.12 05.12 10.12 15.12 20.12 25.12 30.12 10.01 15.01 20.01
19 27 94 30 97 33 101 46 119 40 109 43 114 46 119 53 131 57 146 60 163
20 37 106 40 109 43 114 55 138 49 124 52 130 55 137 59 154 61 173 61 192
21 47 120 49 125 52 131 60 163 57 145 59 153 60 162 61 183 60 202 56 218
22 55 139 57 145 59 154 37 105 61 172 61 182 60 191 58 211 54 226 48 238
REGULUS du Lion (Mars-Avril)
Heure 01.03 10.03 15.03 20.03 25.03 30.03 10.04 20.04
20 38 115 43 124 46 129 49 135 51 142 53 149
21 46 131 51 142 53 149 54 157 56 165 56 174 56 193 53 209
22 53 151 56 166 56 174 56 183 56 192 55 200 51 217 47 230
ARCTURUS du Bouvier (Avril-Mai)
Heure 20.04 30.04 10.05 15.05 20.05 25.05 30.05
21 45 111 51 121 57 134 59 142 61 150 62 159 63 169
22 54 128 59 142 62 160 63 170 64 180 63 191 62 201
23 61 151 63 170 63 191 62 201 61 210 59 219 56 226
SPICA ou l'Epi de la Vierge (Avril-Mai)
Heure 20.04 25.04 30.04 10.05 15.05 20.05 25.05
20 19 130 22 135 24 139 28 149 30 154 31 160 32 165
21 26 145 28 150 30 155 32 166 33 171 33 177 33 183
22 31 161 32 166 33 172 33 183 33 189 32 195 31 200
23 33 178 33 184 33 189 31 201 30 206 28 211 26 216
ANTARES du Scorpion (Juin-Juillet)
Heure 01.06 10.06 20.06 30.06 10.07 15.07 20.07
22 15 160 17 168 18 177 18 187 16 196 15 200 14 205
23 18 174 18 182 17 191 15 200 12 209 11 213 9 227
24 18 188 16 196 14 205 11 213
ALTAÏR de l'Aigle (Juillet-Août)
Heure 10.07 15.07 20.07 30.07 05.08 20.08 30.08
21 35 116 38 120 41 125 46 137 48 144 53 166 54 183
22 43 131 46 137 48 144 51 158 53 167
23 50 151 51 158 53 166 53 182 53 192
24 53 174 53 182 53 190 51 206 49 214
VEGA de la Lyre (Juillet-Août)
Heure 01.07 10.07 20.07 30.07 10.08 20.08 30.08
21 67 96 73 106 80 126 83 181 80 232 74 253
22 71 103 77 116 82 149 82 209 77 245 70 259
23 81 133 83 180 80 230 74 252 66 264 60 272
24 82 215 77 243 71 258 64 267 56 275 49 281
DENEB du Cygne (Juillet Août)
Heure 01.07 10.07 20.07 30.07 10.08 20.08 30.08
21 48 67 54 71 61 75 68 79 75 84 82 87
22 52 70 58 74 65 78 72 82 79 86 86 93
23 62 76 68 80 75 84 82 88 89 134 83 270
24 72 82 79 86 85 92 88 263 78 273 73 277
POLARIS ou étoile polaire H 45°37' et AZ 360 (toute l'année à toutes les heures)
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