NAVIGATION AÉRIENNE
RÉFÉRENCES TERRESTRES
- Les coordonnées géographiques
- Loxodromie et orthodromie
- Les différentes cartes
Caractéristiques de la Terre
Le globe terrestre n'est pas une sphère parfaite. Le diamètre de l'Equateur est légèrement supèrieur à celui des pôles (6884 NM contre 6860 NM). Cette différence négligeable est ignorée en navigation.
La Terre tourne sur elle-même autour d'un axe. Cet axe de rotation de la Terre n'est pas perpendiculaire au plan de son orbite. Son inclinaison est de 23,5°.
Systéme de coordonnées
Le système de coordonnées géographiques (SCG) est un système de coordonnées sphériques ou géodésiques permettant de mesurer et de communiquer des positions directement sur la Terre sous forme de latitude et de longitude. Ce système de coordonnées géographiques n'est pas cartésien, car les mesures sont des angles et ne se font pas sur une surface plane.
L'axe de la Terre passant par le pôle Nord et le pôle Sud a une inclinaison de 23°27’. Grâce à cette configuration, la Terre, en gravitant autour du Soleil, bénéficie d'une répartition relativement équilibrée de la lumière ainsi que de la chaleur sur l'ensemble de sa surface, ce qui lui permet d'abriter la vie dans ses moindres recoins.
Les méridiens
Les méridiens sont des lignes imaginaires verticales qui relient les deux pôles géographiques (Nord et Sud), ils permettent de mesurer la longitude.
Comme il n'existe pas de référence naturelle pour fixer l'origine des longitudes, il est donc nécessaire de définir un méridien d'origine, où les points ont par définition une longitude égale à zéro.
Actuellement, le méridien d'origine pour la plupart des systèmes géodésiques est voisin du méridien de Greenwich. Le méridien de Greenwich correspond donc au degré de longitude 0. Il sépare la Terre en deux hémisphères, l'hémisphère Est et l'hémisphère Ouest. On l'appelle parfois le méridien d'origine ou le méridien Zéro.
Les méridiens qui se trouvent dans l'hémisphère Est sont gradués de 0 à 180 degrés Est. Ceux qui se trouvent dans l'hémisphère Ouest sont gradués de 0 à 180 degrés Ouest.
Un fuseau horaire correspond à un angle équivalent à 15 méridiens, sachant qu'il y a 24 heures dans une journée.
Le méridien 180° ou antiméridien est situé à l’opposé du méridien de Greenwich. La ligne de changement de date suit cet antiméridien sur la majeure partie de sa longueur.
À noter que tous les méridiens ont tous la même longueur, égale à 20 003,9315 km. Et sont convergents aux pôles.
Les parallèles
Un parallèle est un cercle abstrait reliant tous les lieux situés sur une même latitude. Leur nom de «parallèles» fait référence au fait qu'ils sont parallèles au plan de l’Équateur.
Il existe 90 parallèles au nord de l’Équateur et 90 parallèles au sud de l’Équateur. Dans chaque hémisphère, aucun parallèle n'a la même longueur.
Il y a cinq parallèles qui sont relativement importants pour délimiter des zones climatiques ou des points de repères.
L’équateur est l’un des parallèles fondamentaux. Il sépare le globe terrestre en deux hémisphères, l’hémisphère Nord et l’hémisphère Sud. C’est le parallèle de référence, à partir duquel on exprime les autres. Les parallèles s’expriment en degrés, en partant de 0 degré à l’équateur pour atteindre 90 degrés aux pôles.
Le Tropique du Cancer : à la latitude de 23,26° nord, est le point qui est le plus près du soleil lors du solstice d’été.
Le Tropique du Capricorne : est lui aussi à 23,26°, mais il est au sud de l’équateur. Cette latitude représente la section la plus près du soleil lors du solstice d’hiver.
Le cercle polaire Arctique : se situe à 66,34° au nord de l’équateur. Ce point marque le début de la zone polaire. Dans le Cercle polaire Arctique, le soleil ne s’y lève pas au cours de l’hiver. Par contre, en été, le soleil ne se couche pas dans cette zone.
Le cercle polaire Antarctique : se situe à 66,34° au sud de l’équateur. Ce point marque le début de la zone polaire. Presque tout le continent Antarctique se situe au sud du cercle polaire antarctique, ainsi que la péninsule Antarctique. Le cercle Antarctique marque la limite nord du jour polaire lors du solstice de décembre et de la nuit polaire lors du solstice de juin.
Les coordonnées géographiques
Les coordonnées géographiques permettent de localiser un lieu de manière précise sur la Terre à l’aide de trois valeurs :
- la latitude (en degrés) ;
- la longitude (en degrés) ;
- l’altitude par rapport au niveau moyen de la mer (en mètres).
On arrive à identifier ces coordonnées grâce aux parallèles et aux méridiens.
La latitude.
La latitude est une coordonnée géographique représentée par une valeur angulaire, qui sépare un point sur Terre au nord ou au sud de l'équateur, qui est le plan de référence, donc de 0°. Elle varie entre la valeur 0° à l'équateur et 90° aux pôles.
Voici comment une coordonnée très précise est écrite : 29°57′16″ nord.
La longitude.
La longitude est une valeur angulaire, sur un parallèle, et comprise entre le méridien d'origine (Greenwich) et un point situé sur ce parallèle. Elle s'exprime en degrés, minutes et secondes (de longitude Est ou Ouest ).
Voici comment une coordonnée très précise est écrite : 90°04′30″ Ouest.
L'altitude.
L'altitude est historiquement une notion géographique qui désigne la hauteur géométrique verticale entre un point et un référent altimétrique, le plus souvent le niveau de la mer.
Exemple : Les coordonnées géographiques de La Nouvelle-Orléans, Louisiane, États-Unis.
- Latitude : 29°57′16″ Nord
- Longitude : 90°04′30″ Ouest
- Altitude par rapport au niveau de la mer : 18 m
Lorsqu’on écrit une coordonnée, la latitude est toujours placée en premier !
La loxodromie
Une loxodromie (du grec lox(o)- et -dromie course (δρόμος) oblique (λοξός), en anglais rhumb line), est une courbe qui coupe les méridiens d'une sphère sous un angle constant. C'est la trajectoire suivie par un aéronef qui suit un cap constant. Sur une carte aéronautique en projection de Mercator (voir ci-dessous), une route loxodromique est représentée par une ligne droite, mais elle ne représente pas la distance la plus courte entre deux points.
En navigation, si un aéronef se déplace en conservant la même orientation à l'aide du compas, il parcourt automatiquement une route loxodromique.
L'orthodromie
L'orthodromie (du grec dromos (course) et ortho (droit), signifie courir en ligne droite. Une route orthodromique désigne ainsi la route la plus courte à la surface du globe terrestre entre deux points.
Ci-dessous, la différence entre la loxodromie et l'orthodromie sur le trajet Paris - New-York.
Un peu de calcul
| Différence de Latitude (l.) `l = |L_B - L_A |` Exemple : On donne deux points - A (22°27'N - 000°) et B (18°14'S - 9°14'E) La différence de latitude est de : `l = 18°14' + 22°27' = 40° 41'` |
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| Différence de Longitude (g.) `g = |G_B - G_A |` Exemple : On donne deux points - A (49°N - 002°33'E) et B (44°31'N - 03°57'W) La différence de latitude est de : ` g = (- 03°57') - 02°33' = 5,90° soit 6° 30'` |
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| Suivi d'un paralléle C'est la distance parcourue en suivant un parallèle. `d= g cosL` Exemple : On donne deux points - A (42°27' N - 10°20' E) et B (42°30' N - 30°14' E) `g = 30°14' - 10°10' = 20°04' = 20 \times 60 + 4 = 1204 ` soit 1204 Nm `d = g cos L soit d= 1204 \times cos42 = 895 Nm ` |
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Mesure du temps
- Temps Atomique International (TAI)
Le Temps Atomique International est calculé par le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) à partir des données de plus de 200 horloges atomiques situées dans des instituts de météorologie ou des observatoires de plus de 30 pays.
- Greenwich Mean Time (GMT)
GMT est un acronyme anglophone signifiant heure solaire moyenne de Greenwich. Le système horaire GMT a été adopté au niveau international en 1884.
- Universal Time Coordinated (UTC)
La norme UTC (Temps universel coordonné) est la base légale de l'heure dans le monde. Cette norme est dérivée du Temps Atomique International.
- Heure locale
L'heure locale d’un méridien est fonction de sa longitude.
1° de longitude = 4 minutes de différence, donc heure locale = UTC ± long x 4
Lorsque l’on se déplace vers l’Est, l’heure avance et lorsque l’on se déplace vers l’ouest, l’heure retarde.
- Heure légale
La terre est divisée en 24 fuseaux appelés fuseaux horaires et numérotés de 0 à 12 positivement à l’ouest du méridien de Greenwich, et négativement à l’est.
- En France : l’heure locale légale = UTC+1 h en hiver ; l’heure locale légale = UTC+2 h en été.
La nuit aéronautique commence 30 minutes après le coucher du soleil et se termine 30 minutes avant le lever du soleil.
Représentation cartographique
La projection cartographique est une transformation mathématique d’un espace à trois dimensions en une représentation en plan à deux dimensions. Cette transformation introduit des déformations de la réalité.
Le cartographe utilise différentes méthodes de projection (suivant l’usage de cette carte), afin d’obtenir le respect :
- des rapports des angles,
- des rapports des distances,
- des rapports des aires.
L’une des méthodes de projection employées est la projection de MERCATOR. Elle consiste à utiliser un cylindre tangent à l’équateur que l’on développera ensuite.
La représentation des méridiens et des parallèles s’appelle le canevas.
L’échelle d’une carte est le rapport entre les distances lues sur cette carte et les distances correspondantes sur la sphère terrestre. Nous considérons que les cartes aéronautiques sont équidistantes, c’est-à-dire que les distances lues sur les cartes et les distances sur la sphère sont proportionnelles. Pour des calculs approchés, on peut considérer que l’échelle est la même sur toute une zone importante.
Carte Mercator
La projection de Mercator est une méthode de représentation cartographique, elle permet de créer une carte plane, et non un globe, pour représenter la terre. Cette technique consiste à projeter la surface de la Terre sur un cylindre tangent à l’équateur ; les méridiens sont donc représentés par des droites verticales à égale distance les unes des autres, et les parallèles par des droites horizontales, perpendiculaires aux méridiens et de même longueur que l’Équateur. Les pôles sont projetés vers l’infini et ne peuvent pas être affichés sur la carte.
Carte conique Lambert
La projection conique conforme de Lambert est l'une des projections cartographiques présentées par le mathématicien mulhousien Johann Heinrich Lambert en 1772. Dans ce système de projection conforme, les méridiens sont des droites concourantes, et les parallèles des arcs de cercle centrés sur le point de convergence des méridiens.
La Terre est supposée avoir la forme d'un ellipsoïde de révolution. Le sommet du cône appartient à l'axe des pôles et donc de l'ellipsoïde.
- les parallèles sont des cercles concentriques autour du point P, projection du pôle Nord et sommet du cône ;
- les méridiens sont des droites concourantes en P ;
- l'axe des ordonnées est la projection du méridien de référence ;
- le cercle, projection du parallèle de référence, est appelé isomètre ;
- les angles sont conservés.
La déformation linéaire est relativement importante lorsque l'on s'éloigne du parallèle d'origine.
